Summary
提出了一种用于同时干燥多个光学电池的装置的制备方法。
Abstract
光学细胞是实验仪器, 是密封在一边的小的、方形的管。样品被放置在这个管中, 并使用光谱仪进行测量。用于光学电池的材料通常包括石英玻璃或塑料, 但昂贵的石英玻璃通过去除液体以外的物质进行再利用, 进行分析, 以粘附在容器内部。在这种情况下, 光学细胞用水或乙醇清洗并干燥。然后, 添加并测量下一个样本。光学电池自然干燥或使用手动吹风机。然而, 干燥需要时间, 这使得它成为增加实验时间的因素之一。在这项研究中, 目标是大幅减少干燥时间与专用的自动干燥机, 可以一次干燥多个光学细胞。为此, 为某一微电脑设计了电路, 并独立设计和制造了使用该电路的硬件。
Introduction
光学电池被用作广泛领域的实验室仪器。在生命科学研究中, 核酸和蛋白质等生物分子常被用于实验, 光谱方法被广泛用于定量方法。准确量化实验样本对于获得更准确、更可重现的结果是必不可少的。分光光度计获得的吸收光谱常用于对核酸和蛋白质1、2、3、4等生物分子进行定量。还对利用 dna 分散的碳纳米管 (cnt) 的吸收光谱和光致发光变化引起的氧化还原特性进行了5,6, 7、 8,9,10。光学电池用于这些测量, 但除非彻底清洗和干燥, 否则无法进行准确的测量。
在测量吸收光谱或光致发光时, 不可能在肮脏的光学细胞11、12、13、14、15中精确测量。由聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯制成的经济型一次性光学电池也被用来消除洗涤和污染。然而, 当需要精确测量时, 通常使用石英眼镜, 因为它们具有极优异的光学特性, 如透光率。在这种情况下, 光学电池在测量样品后进行清洗, 并反复使用。通常, 用水或乙醇清洗光细胞后, 它们自然干燥。当需要快速干燥时, 它们通过使用吹风机或类似的设备逐一干燥。清洁光学电池是实验中最令人不快和耗时的过程之一。随着样品数量的增加, 干燥时间增加, 进而增加了进行实验和研究所需的时间。在过去的研究中, 没有关于光学细胞外围设备的报告。本研究旨在通过同时干燥多个光学细胞来缩短研究时间。
我们调查了是否存在其他类似产品。一种具有温度控制功能和定时器功能的箱式恒温干燥机;但是, 找不到具有相同配置的商业产品。
介绍了该装置的生产概况。首先, 箱式的情况下, 使用丙烯酸板。尼龙网连接到顶部。在上面放置一个塑料网格来固定光学电池。控制电路存储在外壳内, 塑料板连接, 以保护电路不受水滴的影响。控制电路由 cpu 组成, 由软件控制。鼓风机连接到机箱的背面, 鼓风机提供的风进入倒置设置的光学单元。鼓风机由前面的开关激活, 并由计时器自动停止。根据要干燥的光学电池的数量, 可以选择两个或四个鼓风机进行操作。从光学细胞滴下来的水滴随着风从鼓风机蒸发。用水或乙醇清洗石英细胞, 将干燥时间与自然干燥时间进行比较。
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Protocol
1. 设计
- 有关开发图的详细信息, 请参阅图 1 。
- 切割3毫米厚的丙烯酸板, 宽度为210毫米 x 60 毫米的高度 x 104 毫米的深度, 与丙烯酸粘合剂粘合并组装外壳。
- 安装多达 30个 12.5 x 12.5 毫米的光学电池。
- 连接用于启动和停止的开关和灯具, 以及用于外壳正面干燥时间设置的可变表盘。
- 有关外部视图和组件配置, 请参见图 2 。
- 分别使用丙烯酸和尼龙的外壳和网。将网络固定在框架上, 并将其连接到机箱的上半部分。
- 使用丙烯酸安装的光学电池的晶格。将其连接到网顶。
- 将鼓风机安装到箱子的背面。
- 使用半透明丙烯酸的水滴预防分区。
2. 硬件设计大纲
- 有关电路图的详细信息, 请参见图 3 。
- 通过三端调节器从 12 v 降至 5 v, 用于操作微型计算机。
- 通过npn 晶体管 (25 v, 500 ma) 激活鼓风机。
注意: 因为微型计算机的输出引脚是 5 v。 - 通过输出引脚的脉宽调制 (pwm) 操作来控制鼓风机的转速。
注意: 鼓风机正在驱动, 旋转的数量被控制, 强度定期改变。 - 将启动推送开关连接到数字输入引脚。
- 将鼓风机的运行时间设置音量连接到模拟输入引脚, 以便根据旋转位置改变电压。
- 使用互连电路 (i2c) 将用于运行时间显示的有机发光二极管 (oled) 连接到两个数字输出引脚。
- 将操作过程中亮起的 led 连接到数字输出引脚。
3. 软件设计大纲
- 使用微型计算机来控制鼓风机。
注意: 开发环境是使用 arduino 构建的, arduino 是称为开源硬件的开发环境之一, 所有电路和软件都向公众开放。 -
操作的概要
- 按启动开关。
- 阅读前面的选择按钮指定的按钮的状态, 并根据该状态激活鼓风机。
- 读取前面的可变电阻设置的干燥时间作为电压信号, 并开始倒计时。
- 打开 led 指示灯, 并在 oled 上显示剩余时间。
-
详细说明
- 读取连接到模拟输入引脚的音量位置作为电压;然后, 它转换为鼓风机的运行时间, 并显示在 oled 上。
- 按下启动开关时, 检测连接到 j1-9 的 oncoff 开关、电路图的10个引脚, 打开鼓风机的驱动器引脚, 激活鼓风机, 并在操作过程中打开 led。
- 通过 pwm 控制鼓风机。检测连接到电路图 j1-5、6、7的10-kω可变电阻的位置, 并使用相应的输出驱动鼓风机。
- 通过设置干燥时间, 检测连接到电路图 j1-1、2、3针的10-kω可变电阻的位置, 并激活鼓风机的时间与之相对应。
- 将电源指示灯连接到电路图 j1-15、16引脚。将启动指示灯连接到电路图 j1-12、13。
注意: 当电源打开时, 电源指示灯亮起, 当鼓风机启动时, 启动指示灯亮起。 - 使用 i2c 将 oled 连接到 cpu 的 pb4、pb5。
注意: oled 上显示的操作时间每秒计算一次。当操作时间达到 0时, 鼓风机的驱动器引脚设置为 0, 鼓风机停止, 并关闭操作指示灯, 使过渡到初始待机状态。 - 使用 ada二f ssd1306 库进行 arduino 的 oled 显示屏。
注意: 当电源开关打开时, 按初始化和消息显示的顺序操作。下面显示了源代码的一部分, 作为使用此库的示例。
#include "韦尔";
#include & lt;Adafruit_SSD1306.h>
#define oled _ reet-1
Adafruit_SSD1306 显示器 (oled _ reset);
无效设置 () {
Serial.begin(115200);
而 (!串行) {
;等待串行端口连接。仅适用于莱昂纳多
}
维纳. 开始 (sda, scl);(SDA、SCL)
delay(1000);
显示. 清晰显示 ();清除缓冲区。
display.setTextSize(1);
显示. 清晰显示 ();
显示. 打印 (f ("sd"));唤醒消息显示 (版本)
显示. println (ver);
显示. 显示 ();
}
4. 操作方法
- 有关外部视图的详细信息, 请参阅图 2 。
- 打开10号电源开关。11号的操作灯亮了起来。
- 将光学单元放置在第1塑料的晶格部分的网格编号2上。
注意: 可以安装的光学单元数与晶格数一样多。 - 选择双鼓风机操作或四鼓风机操作。根据驾驶情况, 5号和6号的操作灯亮起。
注意: 3号是用于操作右侧鼓风机的开关, 4号是用于操作左侧鼓风机的开关。 - 使用编号为9的计时器设置操作时间。
- 打开7号
注意: 12号风扇启动, 同时, 8号操作灯亮起。
5. 干燥时间的测量方法
-
在自然干燥的情况下
- 用水或乙醇彻底清洗光学细胞。使用厚吸水纸吸收光学细胞的水分, 然后将细胞移动到厚吸水纸上的另一个地方, 等待它们干燥。
-
在光电池干燥机的情况下
- 用水或乙醇彻底清洗光学细胞。
注: 使用厚吸水纸暂时吸湿。 - 将光学电池放入光学电池烘干机中, 然后等待干燥。
- 测量每个电池的干燥时间3倍。
- 用水或乙醇彻底清洗光学细胞。
-
平均值的比较
- 在30个地方测量干燥时间 3倍, 以获得分布。
注意: 这是根据细胞在光细胞干燥机中的位置检测时差。 - 使用所有30个地方的平均值与水进行比较。
注: 在用水清洗的情况下, 随机确定光电池的位置, 然后在10点测量干燥时间。
- 在30个地方测量干燥时间 3倍, 以获得分布。
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Representative Results
如表 1所示, 在乙醇洗涤的情况下, 自然干燥的平均干燥时间为426.4 秒, 光细胞干燥机的平均干燥时间为106辆。在水洗的情况下, 自然干燥的平均干燥时间为1481.4 秒, 光细胞干燥机的平均干燥时间为37.1.6秒。在这两种情况下, 干燥时间都减少到约四分之一。光电池干燥机的干燥时间分布如图 4所示。30个地点的平均干燥时间为106秒。上一行中的数字表示单元格的位置。下一行中的数字表示干燥时间的平均值。
鼓风机的风量为每台31米3小时, 四个装置的总功率为124米3/小时。气温为室温, 未进行温度控制。
图 1: 开发图.将网连接在丙烯酸外壳的顶部, 并安装一个塑料栅格, 用于固定安装在其顶部的光学电池。外壳的尺寸为210毫米的宽度 x 60 毫米的高度 x 104 毫米的深度, 并且可以同时安装 12.5 x 12.5 毫米的30个光学单元。请点击这里查看此图的较大版本.
图 2: 外部视图.外壳的材料是丙烯酸, 这是很容易加工。网的材料是尼龙。它固定在框架上, 并连接到外壳的上半部分。用于光学电池安装的晶格材料是丙烯酸, 并连接到网顶。编号描述: 1 = 塑料晶格, 2 = 网, 3 = 鼓风机选择按钮 (右侧), 4 = 鼓风机选择按钮 (左侧), 5 = 鼓风机操作灯 (右侧), 6 = 鼓风机操作灯 (左侧), 7 = 鼓风机启动按钮, 8 = bl开灯, 9 = 定时器, 10 = 电源开关, 11 = 电源灯, 12 = oled 显示屏, 和 13 = 鼓风机。请点击这里查看此图的较大版本.
图 3: 电路图.电源为 12 v。鼓风机的工作电压为 12 v. 通过输出引脚的脉冲宽度调制 (pwm) 操作控制鼓风机的转速。将鼓风机运行时间设置音量连接到模拟输入引脚, 根据旋转位置改变电压。将用于运行时间显示的有机发光二极管 (oled) 连接到具有 i2c 的两个数字输出引脚。请点击这里查看此图的较大版本.
图 4: 使用乙醇的干燥时间分布.用乙醇对30个地点的干燥时间进行了三次测量, 以获得分布。30个地点的平均干燥时间为106秒。上一行中的数字表示单元格的位置。下一行中的数字表示干燥时间的平均值。请点击这里查看此图的较大版本.
表 1:光学电池干燥时间的比较.乙醇洗涤后自然干燥的平均干燥时间为 426.4 s, 使用光细胞干燥机的平均干燥时间为106秒。用水清洗后自然干燥的平均干燥时间为 1481.4 s, 使用光学电池干燥机的平均干燥时间为 37.1.6秒,请点击此处下载此文件.
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Discussion
光电池可与鼓风机同时干燥, 可显著缩短干燥时间。即使不执行停止操作, 也可以使用计时器的自动停止功能安全地停止停止。从干燥时间分布的测量结果看, 由于光学电池安装位置的差异, 干燥时间无显著差异。
协议的一个关键步骤是外壳的设计。面临的挑战是如何使外壳紧凑。同样重要的是要想办法防止多余的乙醇或水掉进鼓风机里。
为了减少干燥时间, 鼓风机的风量可以增加, 但光学细胞有可能跳出来。为了提高鼓风机的容量, 减少干燥时间, 有必要制定措施来防止这种情况发生, 例如安装固定光学电池的夹具或将盖子贴在烘干机上, 将其放入盒子中。还有一种增加鼓风机进气温度的方法, 以减少干燥时间。为此, 有必要增加一个温度控制功能, 以免损坏光学电池。但是, 这是未来的任务, 因为需要更复杂的设备和控制电路。
另一种减少干燥时间的方法是振动水滴, 使其掉落, 但这也是未来的研究话题。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
作者没有任何承认。
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
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