Summary
En protokoll for fabrikere en enhet samtidig tørking optisk cellene er presentert.
Abstract
Optisk celler som er eksperimentell instrumenter, er små, firkant rør forseglet på én side. Et eksempel er plassert i dette røret, og en måling utføres med en spektroskopisk. Materialene som brukes for optisk celler generelt omfatter kvarts glass eller plast, men dyrt kvarts glass er på nytt ved å fjerne stoffer, enn væsker, skal analyseres som overholder interiøret i beholderen. I slike tilfeller er optisk cellene vasket med vann eller etanol og tørket. Deretter er neste prøven lagt og målt. Optisk celler er tørket naturlig eller med manuell hårføner. Imidlertid tar tørking tid, som gjør det en av faktorene som øke eksperiment. I denne studien er målet å drastisk redusere tørketid med en dedikert automatisk tørketrommel som kan tørke optisk cellene samtidig. For å realisere dette, en krets ble utviklet for en mikrodatamaskin og maskinvare som bruker det ble uavhengig designet og produsert.
Introduction
Optisk celler brukes som laboratorium instrumenter i en rekke felt. I livet vitenskap forskning, biomolecules som nucleic syrer og proteiner benyttes ofte for eksperimenter og spektroskopiske metoder brukes for kvantitative metoder. Nøyaktig kvantifisere prøven av eksperimentet er uunnværlig for å få mer nøyaktige og reproduserbar resultater. Absorpsjon spekteret ved et spektrofotometer er ofte brukt for kvantifisering av biomolecules som nucleic syrer og proteiner1,2,3,4. Forskning på oksidering-reduksjon egenskaper forårsaket av endringer i absorpsjon spectrum og photoluminescence av en Karbonnanorør (CNT) spredt med DNA har også vært gjennomført5,6,7, 8,9,10. Optisk celler brukes for disse målingene, men nøyaktige målinger kan ikke foretas med mindre de er grundig vasket og tørket.
Når måle absorpsjon spectra eller photoluminescence, er det umulig å måle nøyaktig i skittent optisk celler,11,,12,,13,,14,,15. Økonomisk disponibel optisk celler av polystyren og poly-metyl-methacrylate brukes også til å eliminere vask og forurensning. Men når presise mål, brukes kvarts briller ofte, fordi de har svært gode optiske egenskaper som lystransmisjon. I dette tilfellet er optisk cellene vasket etter måling av prøven og gjentatte ganger brukt. Vanligvis etter vask optisk celler med vann eller etanol, er de tørket naturlig. Når det er nødvendig å rask tørking, er de tørket ettall med hårføner eller lignende utstyr. Rengjøring optiske celler er en av de mest ubehagelige og tidkrevende prosedyrene i eksperimentet. Som antall utdrag tørking gang øker, som i sin tur øker tiden nødvendig for å gjennomføre eksperimentet og forskning. I tidligere studier, det har ikke vært rapportert på eksterne enheter av optisk celler. Denne studien har som mål å redusere tiden forskning ved tørking optisk cellene samtidig.
Vi undersøkt om det finnes andre lignende produkter. Det finnes allerede en boks-type konstant temperatur tørketrommel med en temperatur kontroll funksjonen og en timer-funksjonen. men kan ingen kommersielle produkter med samme konfigurasjon bli funnet.
En disposisjon av produksjonen av denne enheten er beskrevet. Først er boks-type saken laget med en akryl plate. Nylon netting er festet til toppen. En plast rutenettet er plassert på det å fikse den optiske cellen. Kontroll krets er lagret inne i saken, og plast plate er knyttet til beskytte krets vanndråper. Kontroll krets består av en CPU og kontrolleres av programvare. Blåsere er festet til baksiden av saken, og vinden fra viftene går optisk cellene satt opp ned. Viftene er aktivert av en bryter på forsiden, og de blir automatisk stoppet av timeren. Hvor mange optisk celler å, kan to eller fire blåsere velges for operasjonen. Vanndråper drypper fra optisk cellene fordampe med vinden fra viftene. Kvarts cellene er vasket med vann eller etanol og på tørketid sammenlignes med den naturlige tørking.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. design
- Se figur 1 for detaljer om utviklingen tegning.
- Skjær en 3 mm tykk acrylic bord til 210 mm i bredde x 60 mm inne høyde x 104 mm i dybde, bånd med acryl og montere saken.
- Installere 30 optisk celler 12,5 x 12,5 mm.
- Fest brytere og lamper for å starte og stoppe og en variabel ring for tørking tidsinnstillingen på forsiden av dekselet.
- Se figur 2 for en ekstern visning og Komponentkonfigurasjon.
- Bruk akryl og nylon for casing og nettet, henholdsvis. Fikse nettet til rammen og knytte den til den øvre delen av saken.
- Bruke akryl gitteret av optisk-celle installasjonen. Knytte den til toppen av nettet.
- Montere viftene på baksiden av saken.
- Bruke gjennomsiktig akryl for en waterdrop forebygging partisjon.
2. hardware Design disposisjonen
- Se Figur 3 for detaljer om koblingsskjemaet.
- Gå fra 12 V 5 V av en tre-terminal regulator for drift av microcomputer.
- Aktivere blåsere via en NPN transistor (25 V, 500 mA).
Merk: Fordi utdataflytpunktet av microcomputer er 5 V. - Kontroll rotasjonshastigheten av viftene av puls bredde modulasjon (PWM) driften av utdataflytpunktet.
Merk: Viften er drevet, antall omdreininger kontrolleres og styrke endres regelmessig. - Koble bryteren start push til den digitale inndataflytpunkt.
- Koble viftene operasjon tid innstilling volumet til den analoge inndataflytpunkt endre spenningen i henhold til roterende posisjon.
- Koble den organisk lysdiode (OLED) for operasjonen tidsvisning til to digital utgang pinnene med en Inter integrert krets (I2C).
- Koble LED som lyser opp under operasjonen til digital utgang pinnen.
3. programvaren Design disposisjonen
- Bruk en mikrodatamaskin for å styre viftene.
Merk: Utviklingsmiljøet ble bygget med Arduino, som er en av utviklingsmiljøer kalt åpen kildekode-maskinvare, og alle kretser og programvare er åpen for publikum. -
Omrisset av operasjonen
- Trykk på start-bryteren.
- Les status for knappen angitt av Velg-knappen på forsiden og aktivere blåseren etter at staten.
- Les på tørketid satt av variabel Motstandsverdien foran som spenningen signalet og starte opptellingen ned timeren.
- Slå LED-lys opp og vise resten av tiden på OLED.
-
Detaljert forklaring
- Les volum posisjonen koblet til den analoge inndataflytpunkt som en spenning; deretter det konverterer til den blåser operasjonstid og viser på OLED.
- Oppdage på/av-bryter koblet til J1-9, 10 pinnene på koblingsskjemaet når du trykker start bryteren, slå på viftene kjøre pin, aktivere viftene og aktivere LED under operasjonen.
- Kontrollere viftene av PWM. Oppdage plasseringen av det 10-kΩ variabel resistor koblet til koblingsskjemaet J1-5, 6, 7, og kjører viftene med tilhørende utgang.
- Oppdage plasseringen av det 10-kΩ variabel resistor koblet til kretsen diagrammer J1-1, 2, 3 pin av tørking gang og aktivere viftene tid tilsvarende som.
- Koble strøm-LED til kretsdiagrammer J1-15, 16 pin. Koble start LED til kretsdiagrammer J1 - 12, 13.
Merk: Strømlampen lyser opp når strømmen slås på, og start LED lyser mens viftene er aktivert. - Koble den OLED til PB4, PB5 av CPU med en I2C.
Merk: Funksjonen tid vises på OLED telles ned hvert sekund. Når funksjonen tid når 0, viftene kjøre pin er satt til 0, viftene er stoppet og drift LED er slått av for å gjøre overgangen til første ventestatus. - Bruk Adafruit SSD1306 biblioteket for en OLED-skjerm til Arduino.
Merk: Når strømbryteren er slått, Operer i initialisering og melding. En del av kildekoden nedenfor som et eksempel på bruk av dette biblioteket.
#include "Wire.h";
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
Ugyldig setup() {
Serial.BEGIN(115200);
mens (!. Serial) {
; Vent til seriell port til å koble. Nødvendig for Leonardo bare
}
Wire.BEGIN (SDA, SCL); (SDA, SCL)
Delay(1000);
display.clearDisplay(); Tømme bufferen.
display.setTextSize(1);
display.clearDisplay();
Display.print (F ("SD")); Weake opp meldingen Display(Version)
Display.println(ver);
Display.display();
}
4. metode for operasjon
- Se figur 2 for detaljer om ekstern visning.
- Skru strømbryteren av nummer 10 ON. Operasjonen lampen av nummer 11 lyser.
- Plass optisk cellene på mesh antall 2 fra gitteret del av plast nummer 1.
Merk: Antall optisk celler som kan monteres er så mange som antall lattices. - Velg en to-blåser eller fire-blåser operasjon. Avhengig av kjøring situasjonen lyser lampen drift av nummer 5 og nummer 6.
Merk: 3 er en bryter for drift viftene på høyre side, og nummer 4 er en bryter for drift viftene på venstre side. - Angi operasjonstiden med tidtakeren med nummer 9.
- Slå nummer 7 på.
Merk: Viften med nummer 12 starter, og på samme tid, operasjon lampen antall 8 lyser.
5. metoden å måle på tørketid
-
Ved naturlig tørking
- Vask optisk cellene grundig med vann eller etanol. Bruk tykk tørkepapir absorbere fuktighet optisk cellene, flytte cellene til et annet sted på tykt papir som absorberende og vent til det tørre.
-
Ved optisk-celle tørketrommel
- Vask optisk cellene grundig med vann eller etanol.
Merk: Bruk tykk tørkepapir å midlertidig absorbere fuktighet. - Sett optisk cellene i tørketrommelen optisk-cellen, og deretter vente til de er tørre.
- Måle tørketid 3 x for hver celle.
- Vask optisk cellene grundig med vann eller etanol.
-
Sammenligning av gjennomsnittsverdiene
- Mål tørking ganger 3 x 30 steder å få distribusjon.
Merk: Dette er å oppdage tidsforskjellen etter plasseringen av cellene i optisk-celle tørketrommelen. - Bruk gjennomsnittlige verdiene av alle 30 steder for en sammenligning med vann.
Merk: Ved å vaske med vann, bestemme plasseringen av optisk cellene tilfeldig, og måle på tørketid på 10 poeng.
- Mål tørking ganger 3 x 30 steder å få distribusjon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Som vist i tabell 1i etanol vasking, gjennomsnittlig tørketid i naturlige tørking var 426.4 s, og den gjennomsnittlige tørketid i optisk-celle tørketrommelen var 106 s. Når det gjelder vann vask, gjennomsnittlig tørketid i naturlige tørking var 1481.4 s, og den gjennomsnittlige tørketid i optisk-celle tørketrommelen var 371.6 s. I begge tilfeller ble på tørketid redusert til ca en fjerdedel. Tørking gang fordelingen av optisk-celle tørketrommelen er vist i Figur 4. Gjennomsnittlig tørketid 30 steder var 106 s. Tallet i den øverste raden representerer plasseringen av cellen. Tallet i den nederste raden representerer gjennomsnittsverdien av på tørketid.
Air volumet av viften var 31 m3/h per en enhet, og summen av fire enhetene var 124 m3/h. Temperaturen var romtemperatur, og temperaturen kontrollen ble ikke utført.
Figur 1: utvikling tegning. Fest på nettet på akryl sak og montere en plast rutenett for å fikse optisk cellene som legges oppå den. Saken er 210 mm i bredde x 60 mm inne høyde x 104 mm i dybden, og 30 optisk celler 12,5 x 12,5 mm kan monteres på samme tid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: ekstern visning. Materialet av casing er akryl, som er lett å behandle. Materialet på nettet er nylon. Det er festet til rammen og knyttet til den øvre delen av saken. Materialet i gitteret for optisk celle installasjonen er akryl, og er festet til toppen av nettet. Antall beskrivelse: 1 = plast gitteret, 2 = nett, 3 = blåser knappen (høyre side), 4 = blåser knappen (venstre), 5 = blåser drift lampen (høyre side), 6 = blåser drift lampen (venstre), 7 = blåser startknappen, 8 = bl ower drift lampe, 9 = stoppeklokken 10 = forsyning strømbryteren, 11 = power supply-lampen, 12 = OLED-displayet og 13 = viftene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: koblingsskjema. Strømforsyningen er 12 V. Driftsspenningen av viftene er 12 V. kontroll rotasjonshastigheten på viften ved puls bredde modulasjon (PWM) drift av utdataflytpunktet. Koble vifte operasjonen tid innstilling volumet til den analoge inndataflytpunkt endre spenningen i henhold til roterende posisjon. Koble den organisk lysdiode (OLED) for operasjonen tidsvisning til to digital utgang pinnene med en I2C. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: tørking gang distribusjon med etanol. Tørketid 30 steder ble målt tre ganger bruke etanol for å oppnå fordelingen. Gjennomsnittlig tørketid 30 steder var 106 s. Tallet i den øverste raden representerer plasseringen av cellen. Tallet i den nederste raden representerer gjennomsnittsverdien av på tørketid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Tabell 1: Sammenligning av tørketid for optisk celler. Den gjennomsnittlige tørketid av naturlige tørking etter vask med etanol var 426.4 s og gjennomsnittlig tørketid bruker optisk-celle tørketrommelen var 106 s. Den gjennomsnittlige tørketid av naturlige tørking etter vask med vann var 1481.4 s og gjennomsnittlig tørketid bruker optisk-celle tørketrommelen var 371.6 s. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Optisk cellene kan tørkes samtidig med viftene, og på tørketid kan reduseres betraktelig. Selv om stoppe operasjonen ikke utføres, kan det trygt stoppes ved hjelp av funksjonen automatisk stopp av timeren. Fra målingen resultatene av tørking gang fordelingen var det ingen signifikant forskjell i tørketid på grunn av forskjellen i installasjonsposisjonen til optiske cellene.
En kritisk trinn av protokollen er design av casing. Utfordringen er hvordan å gjøre casing kompakt. Det er også viktig å finne ut hvordan du forhindre at overflødig etanol eller vann slippe inn viften.
Reduser tørking tiden, vind volumet av viftene kan økes, men det er en risiko som optisk cellene kan hoppe ut. Å øke viftene kapasitet og Reduser tørking gang, er det nødvendig å utarbeide tiltak som hindrer dette, for eksempel å knytte en festeanordningen for fikse optisk cellene eller feste lokk til tørketrommelen å sette det i en boks. Det er også en metode for å øke inlet lufttemperatur av viftene å redusere på tørketid. Dette er det nødvendig å legge til en temperatur kontrollfunksjon for ikke å skade optisk cellen. Men dette er en fremtidig aktivitet fordi mer komplisert enheter og kontroll kretser kreves.
En annen måte å redusere tørking tiden er å vibrere vanndråpene å gjøre dem slippe, men det er også et fremtidig forskning emne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne har ingen takk.
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).
