介绍了一种用于同时干燥多个光学池的装置的制备方案。
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摘要
摘要
光学池是一种实验仪器，为一侧密封的小型方形管。将样品置于该管中，并使用分光光度计进行测量。光学池的常用材料包括石英玻璃或塑料，其中价格较高的石英玻璃通常通过去除附着在容器内壁上、除待分析液体以外的物质后重复使用。在这种情况下，需先用清水或乙醇清洗光学池，然后进行干燥，再加入下一个样品并进行测量。光学池可通过自然晾干或使用手动吹风机干燥。然而，干燥过程耗时较长，成为延长实验时间的因素之一。本研究旨在通过专用的自动干燥仪，实现多个光学池同时快速干燥，从而大幅缩短干燥时间。为实现这一目标，设计了微电脑控制电路，并自主设计和制造了相应的硬件设备。
引言
比色皿作为实验室仪器被广泛应用于多个领域。在生命科学研究中，核酸和蛋白质等生物大分子常被用于实验，而光谱分析方法则被广泛用于定量分析。准确量化实验样品对于获得更精确且可重复的实验结果至关重要。分光光度计所获得的吸收光谱常被用于核酸和蛋白质等生物大分子的定量1,2,3,4。此外，已有研究利用DNA分散的碳纳米管（CNT），通过其吸收光谱和光致发光的变化来研究氧化还原特性5,6,7,8,9,10。这些测量均需使用比色皿，但若比色皿未彻底清洗并干燥，则无法实现准确测量。
在测量吸收光谱或光致发光时，无法在脏污的光学池中进行精确测量11,
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方案
1. 设计
- 参见图1了解设计图纸的详细信息。
- 将一块3 mm厚的亚克力板切割为210 mm（宽）× 60 mm（高）× 104 mm（深），使用亚克力胶粘合后组装外壳。
- 安装最多30个尺寸为12.5 × 12.5 mm的光学池。
- 在外壳正面安装启停开关和指示灯，以及用于设定干燥时间的可调旋钮。
- 参见图2查看设备外部视图及组件布局。
- 外壳和网架分别采用亚克力和尼龙材料。将网固定在框架上，并安装至外壳上部。
- 光学池安装格栅使用亚克力材料，将其固定在网架顶部。
- 将风机安装在外壳背面。
- 使用半透明亚克力作为防结露隔板。
2. 硬件设计概述
- 参见 图3 有关电路图的详细信息。
- 使用三端稳压器将电压从 12 V 降至 5 V，以供单片机工作。
- 启动鼓风机 通过 一个NPN晶体管（25 V，500 mA）。
注意：由于单片机的输出引脚为 5 V。 - 通过输出引脚的脉宽调制（PWM）操作控制风机的转速。
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结果
如表1所示，在乙醇清洗的情况下，自然干燥的平均干燥时间为426.4 s，光学镜片干燥器的平均干燥时间为106 s。在水清洗的情况下，自然干燥的平均干燥时间为1481.4 s，光学镜片干燥器的平均干燥时间为371.6 s。在两种情况下，干燥时间均缩短至约四分之一。光学镜片干燥器的干燥时间分布如图4所示。在30个位置的平均干燥时间为106 s。上一行的数字表示镜片的位置，下一行的数字表示干燥时间的平均值。
鼓风机的风量为31 m3/小时·单位，四个单位的总量为124 m3h. 空气温度为室温，未进行温度控制。
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讨论
光学池可与吹风机同时进行干燥，从而显著缩短干燥时间。即使未执行停止操作，也可通过定时器的自动停止功能安全地停止。根据干燥时间分布的测量结果，由于光学池安装位置的不同，干燥时间并无显著差异。
该方案的关键步骤是外壳的设计。难点在于如何使外壳结构紧凑。同时，还需要解决如何防止多余的乙醇或水滴入鼓风机的问题。
为缩短干燥时间，可增大鼓风机的风量，但存在光学池跳出的风险。为了提高鼓风机的性能并缩短干燥时间，有必要设计相应的防护措施，例如为固定光学池加装夹具，或为干燥器加装盖子使其成为封闭箱体。另一种缩短干燥时间的方法是提高鼓风机的进气温度。为此，需增加温度控制功能，以避免对光学池造成损伤。然而，由于需要更复杂的设备和控制电路，这将是后续需要完成的任务。
另一种缩短干燥时间的方法是振动水滴使其滴落，但这也是一个未来的研究方向。
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 鼓风机 | ebm-papst | 422JN | Mulfingen, Germany |
| 微控制器 | Atmel Corporation | ATmega 328 P | CA, USA |
| 鼓风机选择按钮 | Sengoku Densyo Co., Ltd. | MS-358 (red) | Tokyo, Japan |
| 鼓风机运行指示灯 | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | DB-15-T-OR | Tokyo, Japan |
| 鼓风机启动按钮 | Sengoku Densyo Co., Ltd. | MS-350M (white) | Tokyo, Japan |
| 定时器 | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | SH16K4A105L20KC | Tokyo, Japan |
| 电源开关 | Marutsuelec Co., Ltd. | 3010-P3C1T1G2C01B02BKBK-EI | Tokyo, Japan |
| 电源指示灯 | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | DB-15-T-G | Tokyo, Japan |
| OLED 模块 | Akihabara Co., Ltd. | M096P4W | Tokyo, Japan |
参考文献
- Byeon, J., Kang, K. H., Jung, H. K., Suh, J. K. Assessment for Quantification of Biopharmaceutical Protein Using a Microvolume Spectrometer on Microfluidic Slides. Biochip Journal. 11 (1), 21-29 (2017).
- You, C. C., et al. Detection and identification of proteins using nanoparticle-fluorescent polymer 'chemical nose' sensor....
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