Summary
פרוטוקול עבור בדיית מכשיר לייבוש בו זמנית מספר תאים אופטי מוצג.
Abstract
תאים אופטי, שהן כלי ניסיוני, קטן, מרובע צינורות אטום על צד אחד. מדגם מושם בצינור הזה, מדידה מתבצע באמצעות ספקטרוסקופ. החומרים אשר השתמשו בהם תאים אופטי בדרך כלל כוללים קוורץ זכוכית או פלסטיק, אבל יקר זכוכית קוורץ שימוש חוזר על-ידי הסרת חומרים, מלבד נוזלים, כדי להיות מנותח זה לדבוק הפנים של הגורם המכיל. במקרה כזה, התאים אופטי עם מים או אתנול שטופים יבשים. לאחר מכן, הדוגמה הבאה הוסיף, נמדד. תאים אופטי עוברות ייבוש טבעי או עם מייבש ידנית. עם זאת, ייבוש לוקח זמן, מה שהופך אותו לאחד הגורמים להאריך את זמן הניסוי. במחקר זה, המטרה היא להפחית באופן דרסטי את זמן ייבוש עם מייבש אוטומטי ייעודי יכול לייבש תאים אופטי מרובים בבת אחת. לשם כך, מעגל תוכנן עבור מיקרו-מחשב, החומרה משתמש בו היה עצמאי מעוצב ומיוצר.
Introduction
אופטי תאים משמשים מכשירי מעבדה במגוון רחב של תחומים. במחקר מדעי החיים, מולקולות כגון חומצות גרעין וחלבונים לעיתים קרובות מנוצלים לניסויים, שיטות ספקטרוסקופיות נמצאים בשימוש נרחב עבור שיטות כמותיות. בצורה מדויקת לכימות המדגם של הניסוי הוא חיוני להשגת תוצאות לשחזור ומדויקים יותר. ספקטרום הבליעה מתקבל על ידי ספקטרופוטומטרים שימש לעתים קרובות עבור כימות של מולקולות כגון חומצות גרעין, חלבונים1,2,3,4. מחקר על מאפייני oxidation-reduction נגרם על-ידי שינוי ספקטרום הבליעה של פוטולומיניסנציה של ננו-צינורית פחמן (CNT) התפזרו באמצעות DNA היה גם מתנהל5,6,7, 8,9,10. אופטי תאים משמשים עבור מדידות אלה, אך לא ניתן לבצע מדידות מדויקות, אלא אם כן הם ביסודיות שטופים יבשים.
כאשר מדידת ספקטרום בליעה או פוטולומיניסנציה, זה בלתי אפשרי למדוד בדיוק בעוד תאים אופטי מלוכלך11,12,13,14,15. חסכוני תאים אופטי חד פעמיים עשויים פוליסטירן ופולי-חומצתי משמשים גם כדי לחסל את הכביסה וזיהום. עם זאת, כאשר מידות מדויקות נדרשות, קוורץ משקפיים משמשים לעתים קרובות, כי יש להם בהחלט מעולה מאפיינים אופטיים כגון להדמיה אור. במקרה זה, התאים אופטי כובס לאחר המדידה של המדגם, נעשה שימוש חוזר ונשנה. בדרך כלל, אחרי כביסה תאים אופטי עם מים או אתנול, הן עוברות ייבוש טבעי. כאשר ייבוש מהיר נדרש, הם יבשים אחד אחד על-ידי שימוש מייבשי שיער או ציוד דומים. ניקוי תאים אופטי הוא אחד מההליכים הכי לא נעים ולגזול לניסוי. במספר הדגימות גודלת, העליות זמן ייבוש, אשר, בתורו, מגביר את הזמן הנדרש כדי לערוך את ניסוי ומחקר. ב אחרי הלימודים, היו אין דיווחים על היקפי של תאים אופטי. מחקר זה נועד להפחית את זמן המחקר ע י ייבוש תאים אופטי מרובים בו-זמנית.
. חקרנו אם קיימים מוצרים דומים אחרים. סוג תיבת טמפרטורה מייבש עם פונקציה בקרת טמפרטורה, בפונקציה טיימר כבר קיים; עם זאת, ניתן למצוא מוצרים מסחריים עם תצורה זהה.
חלוקה לרמות של הייצור של מכשיר זה מתואר. ראשית, המקרה מסוג תיבת מבוצעת באמצעות צלחת אקרילי. רשת ניילון מחוברת העליון. רשת פלסטיק מושם על אותו כדי לתקן את התא האופטי. מעגל הבקרה מאוחסן בתוך התיק, לוח פלסטיק מצורפת להגן על המעגל טיפות מים. מעגל הבקרה מורכבת CPU ונשלט על-ידי תוכנה. מפוחים מחוברים לחלק האחורי של המארז, וכניסה הרוח שסופקו על ידי מפוחים התאים אופטי להגדיר במהופך. מפוחים מופעלים על ידי מתג על החלק הקדמי, הן מופסקים אוטומטית על ידי הטיימר. בהתאם למספר תאים אופטי להיות מיובשים, ניתן לבחור שניים או ארבעה מפוחי לפעולה. טיפות מים נוטפים התאים אופטי להתנדף עם הרוח מן מפוחים. התאים קוורץ נשטפים עם מים או אתנול, זמן ייבוש מושווה לזה של ייבוש טבעי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. עיצוב
- לפרטים של התפתחות ציור, ראה איור 1 .
- לחתוך לוח אקרילי בעובי 3 מ מ 210 מ מ רוחב x 60 מ מ, גובה x 104 מ מ לעומק, להתחבר עם דבק אקרילי ולהרכיב את התיק.
- התקן כ 30 תאי אופטי 12.5 x 12.5 מ מ.
- צרף ובוררים פנסי ובעצירה וחייג משתנה עבור הגדרת זמן הייבוש על הפנים הקדמי של המארז.
- ראה איור 2 עבור תצוגה חיצונית וגם תצורת רכיבים.
- השתמש אקריליק ניילון כדי להפוך את מעטפת הרשת, בהתאמה. לתקן את הרשת למסגרת ולחבר אותו לחלק העליון של התיק.
- השתמש אקריליק השבכה של ההתקנה אופטי-cell. לצרף אותו לחלק העליון של הרשת.
- הר של מפוחים לחלק האחורי של המארז.
- השתמש אקרילי שקוף עבור מחיצה מניעת waterdrop.
2. חומרה עיצוב חלוקה לרמות
- לפרטים של דיאגרמת המעגל, ראה איור 3 .
- לרדת מ- 12 V 5 V על ידי הרגולטור שלוש-מסוף עבור הפעלה של מיקרו-מחשב.
- הפעלת מפוחים ויה NPN הטרנזיסטור (25 V, 500 מא).
הערה: מכיוון פין הפלט של מיקרו-מחשב 5 V. - בקרת מהירות סיבוב מפוחים על-ידי הפעולה אפנון (PWM) רוחב הדופק של פין הפלט.
הערה: המצלצל מונעים המספר של מהפכות נשלטת, הכוח משתנה מעת לעת. - להתחבר מתג ההפעלה לדחוף הסיכה קלט דיגיטלי.
- לחבר מבצע בזמן הגדרת אמצעי אחסון של מפוחים ה-pin קלט אנלוגי כדי לשנות את המתח בהתאם למיקום המסתובבת.
- לחבר את אורגני דיודה פולטת אור (OLED) עבור תצוגת הזמן מבצע שני פינים פלט דיגיטלי עם מעגל משולב בין (I2C).
- חיבור ה-LED שמאיר במהלך פעולת ה פלט דיגיטלי.
3. תוכנה עיצוב חלוקה לרמות
- השתמש מיקרו-מחשב כדי לשלוט על מפוחים.
הערה: סביבת הפיתוח של נבנה באמצעות Arduino, שהיא אחת של סביבות פיתוח שנקרא פתוח חומרה, ואת כל המעגלים ותוכנה פתוחים לציבור. -
חלוקה לרמות של הפעולה
- לחץ על מתג ההפעלה.
- לקרוא את המדינה של לחצן שצוין על-ידי לחצן בחר בחזית ולהפעיל את המצלצל לפי מצב זה.
- קרא את זמן ייבוש שקבע את resistor המשתנה בחזית אות מתח, התחל ספירה לאחור את הטיימר.
- הפעל נוריות ה-LED למעלה ולהציג את הזמן הנותר על OLED.
-
הסבר מפורט
- קרא מיקום האחסון מחובר לפין קלט אנלוגי כמו מתח; לאחר מכן, זה ממיר את זמן הפעולה של מפוח ומציג על OLED.
- לזהות את ON/המתג מחובר J1-9, 10 סיכות של דיאגרמת מעגל בעת לחיצה על מתג ההפעלה, הפעל את כונן ה-pin מפוחי, להפעיל את מפוחי ולאחר הפעלת ה-LED במהלך המבצע.
- בקרת מפוחים את מאת PWM. לזהות את המיקום של resistor משתנה 10-kΩ מחובר את דיאגרמת מעגל J1-5, 6, 7, ובמרחק נסיעה של מפוחים עם המתאימה פלט.
- לזהות המיקום של resistor משתנה 10-kΩ מחובר המעגל דיאגרמות J1-1, 2, 3 פינים על-ידי הגדרת הייבוש זמן ולהפעיל את מפוחי לזמן המתאים לזה.
- להתחבר נורית ההפעלה מעגל דיאגרמות J1-15, 16 פינים. להתחבר ההתחלה LED מעגל דיאגרמות J1 - 12, 13.
הערה: נורית ההפעלה נדלקת כאשר הכוח מדליק, הנורית התחלה אורות בזמן מפוחים מופעלים. - לחבר את OLED PB4, PB5 של ה-CPU עם I2C.
הערה: זמן הפעולה במסך OLED נספרת למטה כל שנייה. זמן הפעולה מגיע ל 0, כונן ה-pin של מפוחים מוגדר 0, מפוחים מופסקים ולאחר נורית ההפעלה כבויה לעשות את המעבר למצב המתנה הראשונית. - השתמש בספרייה Adafruit SSD1306 עבור תצוגת OLED Arduino.
הערה: כאשר מתג ההפעלה מופעלת, לפעול לפי סדר האתחול ואת ההודעה התצוגה. חלק קוד המקור מוצג להלן כדוגמה של השימוש בספריה זו.
#include "Wire.h";
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#define OLED_RESET-1
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
{setup() הריק
Serial.begin(115200);
בזמן (!. {טורי)
; המתן יציאה טורית להתחבר. לצורך לאונרדו בלבד
}
Wire.begin (SDA, SCL); (SDA, SCL)
delay(1000);
display.clearDisplay(); לנקות את המאגר.
display.setTextSize(1);
display.clearDisplay();
display.print (F ("SD")); Weake מעלה הודעה Display(Version)
display.println(ver);
display.display();
}
4. שיטת הפעולה
- לפרטים של התצוגה חיצוני, ראה איור 2 .
- הפעל את מתג החשמל הראשי של אן מספר 10. מבצע לפיד מספר 11 מאיר.
- המקום התאים אופטי על מספר רשת 2 מהחלק סריג של הפלסטיק של מספר 1.
הערה: מספר התאים אופטי שניתן להרכיבו היא כמה שיותר המספר של סורגים. - בחר פעולה דו-מפוח או מבצע ארבע-מפוח. בהתאם למצב הנהיגה, מבצע לפיד מספר 6 5 ו מספר מאיר.
הערה: מספר 3 הוא מתג עבור הפעלה של מפוחים בצד ימין ולאחר מספר 4 הוא מתג עבור הפעלה של מפוחים בצד שמאל. - להגדיר את זמן הפעולה עם הטיימר עם מספר 9.
- פנייה מספר 7.
הערה: מתחיל המאוורר עם מספר 12,, במקביל, מאיר מבצע לפיד מספר 8.
5. שיטת כדי למדוד את זמן ייבוש
-
במקרה של ייבוש טבעי
- לשטוף את התאים אופטי ביסודיות עם מים או אתנול. השתמש בנייר סופג עבה כדי לספוג את הלחות של התאים אופטי, ואז להעביר את התאים למקום אחר על נייר סופג עבה, לחכות עד שהם יבשים.
-
במקרה של המייבש אופטי-תא
- לשטוף את התאים אופטי ביסודיות עם מים או אתנול.
הערה: השתמש בנייר סופג עבה באופן זמני לספוג את הלחות. - המקום התאים אופטי במייבש אופטי-תא ולאחר מכן המתן עד שהם יבשים.
- למדוד את זמן ייבוש 3 x עבור כל תא.
- לשטוף את התאים אופטי ביסודיות עם מים או אתנול.
-
השוואה של ערכי הממוצע
- למדוד את ייבוש פעמים 3 x 30 מקומות כדי לקבל את ההתפלגות.
הערה: זה כדי לזהות את הפרש הזמנים בהתאם למיקום של התאים במייבש אופטי-cell. - השתמש ממוצע של ערכים מכל המקומות 30 עבור השוואה עם מים.
הערה: במקרה של שטיפה עם מים, לקבוע את העמדות של התאים אופטי באופן אקראי, ואז למדוד את זמן ייבוש ב 10 נקודות.
- למדוד את ייבוש פעמים 3 x 30 מקומות כדי לקבל את ההתפלגות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
כפי שמוצג בטבלה 1, במקרה של אתנול כביסה, ייבוש זמן ייבוש טבעי הממוצע עמד 426.4 s, לבין ממוצע זמן במייבש אופטי-תא יבוש היה 106 s. במקרה של המים זורמים, הממוצע ייבוש זמן ייבוש טבעי היה 1481.4 s, לבין ממוצע זמן במייבש אופטי-תא יבוש היה 371.6 s. בשני המקרים, זמן ייבוש נתקף כ רבע. חלוקת זמן הייבוש במייבש אופטי-תא מוצג באיור4. ממוצע זמן יבוש מקומות 30 היה 106 s. המספר ובשורה העליונה מייצג את המיקום של התא. המספר שבשורה התחתונה מייצג את הערך הממוצע של זמן ייבוש.
נפח האוויר מתקשרים היה 31 מ'3/h ליחידה אחת, הסכום הכולל של ארבע היחידות היה /h3מ' 124. טמפרטורת האוויר הייתה בטמפרטורת החדר, בקרת טמפרטורה לא בוצעה.
איור 1: התפתחות ציור. לצרף את הרשת על המקרה אקריליק והר רשת פלסטיק לתיקון אופטי התאים מחוברים על גבי זה. הגודל של המקרה הוא 210 מ מ רוחב x 60 מ מ, גובה x 104 מ מ לעומק ולאחר 30 תאי אופטי 12.5 x 12.5 מ מ יכול להיות מותקן בו זמנית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: תצוגה חיצונית. החומר של המארז הוא אקרילי, אשר קל לתהליך. החומר של הרשת הוא ניילון. קבוע על המסגרת, לחבר את החלק העליון של התיק. החומר של השבכה תא אופטי שההתקנה אקריליק, היא מחוברת העליון של הרשת. מספר תיאור: 1 = השבכה פלסטיק, 2 = 3 נטו, הלחצן בחירת מפוח (צד ימין), 4 = = הלחצן בחירת מפוח (בצד שמאל), 5 = הפעלה מפוח המנורה (צד ימין), 6 = הפעלה מפוח המנורה (בצד שמאל), 7 = לחצן התחל מפוח, 8 = את הכחולים. הפעלה ower המנורה, 9 = את הטיימר, 10 = הבורר אספקת החשמל, 11 = המנורה אספקת החשמל, 12 = תצוגת OLED, ו- 13 = של מפוחים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: דיאגרמת מעגל. ספק הכוח הוא 12 V. מתח ההפעלה של מפוחים זה 12 נ' פקד מהירות הסיבוב של מתקשרים על-ידי הפעולה אפנון (PWM) רוחב הדופק של פין הפלט. להתחבר האחסון הגדרה מפוח זמן פעולת ה-pin קלט אנלוגי כדי לשנות את המתח בהתאם למיקום המסתובבת. לחבר את אורגני דיודה פולטת אור (OLED) עבור תצוגת הזמן מבצע שני פינים פלט דיגיטלי עם I2C. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: ייבוש זמן ההפצה באמצעות אתנול. זמן ייבוש במיקומים 30 נמדדה שלוש פעמים באמצעות אתנול כדי להשיג את ההתפלגות. ממוצע זמן יבוש מקומות 30 היה 106 s. המספר ובשורה העליונה מייצג את המיקום של התא. המספר שבשורה התחתונה מייצג את הערך הממוצע של זמן ייבוש. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
טבלה 1: השוואה של זמן ייבוש עבור תאים אופטי. ממוצע זמן הייבוש של ייבוש טבעי אחרי כביסה עם אתנול 426.4 s, לבין ממוצע זמן שימוש במייבש אופטי-תא יבוש היה 106 s. ממוצע זמן הייבוש של ייבוש טבעי לאחר שטיפה במים היה 1481.4 s, לבין ממוצע זמן שימוש במייבש אופטי-תא יבוש היה 371.6 ס אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ניתן לייבש את התאים אופטי בו זמנית עם מפוחים, יכול להיות מופחת במידה ניכרת זמן ייבוש. גם אם אינו מבוצע הניתוח להפסיק, זה יכול להיות בבטחה עצר באמצעות הפונקציה עצירה אוטומטית של הטיימר. מתוצאות המדידה של התפלגות זמן ייבוש, היה הבדל משמעותי בזמן הייבוש בגלל ההבדל במצב התקנה של התאים אופטי.
שלב קריטי של הפרוטוקול הוא העיצוב של המארז. האתגר הוא כיצד להפוך את המארז קומפקטי. חשוב גם להבין כיצד למנוע את עודף אתנול או המים צונח לתוך מתקשרים.
כדי לצמצם את זמן ייבוש, ניתן להגדיל את עוצמת הרוח מפוחים, אך ישנו סיכון זה התאים אופטי עלולה לקפוץ החוצה. כדי להעלות את הקיבולת של מפוחים ולצמצם את זמן ייבוש, יש צורך בצעדים ציטוט זה למנוע זאת, כמו הצמדת מתקן תיקון התאים אופטי או הצמדת מכסה המייבש לשים את זה בקופסה. יש גם שיטה של הגדלת כניסת אוויר הטמפרטורה של מפוחים כדי להפחית את זמן ייבוש. לשם כך, יש צורך להוסיף פונקציה בקרת טמפרטורה כדי לא לגרום נזק את התא האופטי. עם זאת, זה פעילות עתידית כי מסובך יותר התקנים, מעגלי בקרה נדרשים.
דרך נוספת כדי להפחית את זמן ייבוש לרטוט טיפות מים כדי להפוך אותם טיפה, אבל זה גם נושא למחקר עתידי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
המחברים יש אין התודות.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| blower | ebm-papst | 422JN | Mulfingen, Germany |
| Microcomputer | Atmel Corporation | ATmega 328 P | CA, USA |
| Blower selection button | Sengoku Densyo Co., Ltd. | MS-358 (red) | Tokyo, Japan |
| Blower operationg lamp | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | DB-15-T-OR | Tokyo, Japan |
| Blower start button | Sengoku Densyo Co., Ltd. | MS-350M (white) | Tokyo, Japan |
| Timer | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | SH16K4A105L20KC | Tokyo, Japan |
| Power supply switch | Marutsuelec Co., Ltd. | 3010-P3C1T1G2C01B02BKBK-EI | Tokyo, Japan |
| Power supply lamp | Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. | DB-15-T-G | Tokyo, Japan |
| OLED module | Akihabara Co., Ltd. | M096P4W | Tokyo, Japan |
References
- 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' sensors. Nature Nanotechnology. 2 (5), 318-323 (2007).
- Nonaka, H., Hideno, A. Quantification of cellulase adsorbed on saccharification residue without the use of colorimetric protein assays. Journal of Molecular Catalysis. 110, 54-58 (2014).
- Thongboonkerd, V., Songtawee, N., Kanlaya, R., Chutipongtanate, S. Quantitative analysis and evaluation of the solubility of hydrophobic proteins recovered from brain, heart and urine using UV-visible spectrophotometry. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 384 (4), 964-971 (2006).
- Nakashima, N., Okuzono, S., Murakami, H., Nakai, T., Yoshikawa, K. DNA dissolves single-walled carbon nanotubes in water. Chemistry Letters. 32 (8), 782-782 (2003).
- Ishibashi, Y., Ito, M., Homma, Y., Umemura, K. Monitoring the antioxidant effects of catechin using single-walled carbon nanotubes: Comparative analysis by near-infrared absorption and near-infrared photoluminescence. Colloids and Surfaces B-Biointerfaces. , 139-146 (2018).
- Zheng, M., et al. DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes. Nature Materials. 2 (5), 338-342 (2003).
- Hughes, M. E., Brandin, E., Golovchenko, J. A. Optical absorption of DNA-carbon nanotube structures. Nano Letters. 7 (5), 1191-1194 (2007).
- Zhao, W., Song, C. H., Pehrsson, P. E. Water-soluble and optically pH-sensitive single-walled carbon nanotubes from surface modification. Journal of the American Chemical Society. 124 (42), 12418-12419 (2002).
- Koh, B., Park, J. B., Hou, X. M., Cheng, W. Comparative Dispersion Studies of Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solution. Journal of Physical Chemistry B. 115 (11), 2627-2633 (2011).
- Nakayama, T., Tanaka, T., Shiraki, K., Hase, M., Hirano, A. Suppression of single-wall carbon nanotube redox reaction by adsorbed proteins. Applied Physics Express. 11 (7), 075101-075101 (2018).
- Zeranska-Chudek, K., et al. Study of the absorption coefficient of graphene-polymer composites. Scientific Reports. 8, 9132-9132 (2018).
- Laptinskiy, K. A., et al. Adsorption of DNA Nitrogenous Bases on Nanodiamond Particles: Theory and Experiment. Journal of Physical Chemistry C. 122 (20), 11066-11075 (2018).
- Jena, P. V., Safaee, M. M., Heller, D. A., Roxbury, D. DNA-Carbon Nanotube Complexation Affinity and Photoluminescence Modulation Are Independent. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (25), 21397-21405 (2017).
- Ohfuchi, M., Miyamoto, Y. Optical properties of oxidized single-wall carbon nanotubes. Carbon. 114, 418-423 (2017).
