多通道荧光基因电路射频表征型微反应器
发布时间：2021-08-24 01:28
将电子控制与光电信号处理引入合成生物领域,提出了一种新型便捷式的低功耗生物反应器.系统以AVR微控制器为核心,负责ST2L2B-ST1KLA光电传感前端,nRF24L01模块与控制端、上位机间的通信,辅以FGB25、FGL530光阵列角度计算与磁路设计,实现了在不同气体条件,不同光源下对光密度值,绿荧光蛋白演化趋势等参数的多样品并行,实时同步自动化监测.论证了电子检测平台可以表征个体荧光亮度,应用于基因重构的检测领域.
【文章来源】：南开大学学报(自然科学版). 2020,53(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
系统整体设计图
n RF24l01、ATmega328P芯片与前端基本单元组合可以构成输出对比实验参数的一个节点.图1左侧即为节点结构.先在制备好的合成细胞样品周围组装光阵列.光阵列由贴片灯条、两组LED光源、对应波长滤片及探测器组成.一组光源用来测量样品的低频折射光强.在偏压电路作用下,LED灯源(940 nm)为样品提供光密度测量入射光,经菌体折射后由光电三极管接收.细菌浓度会决定其接收光强.另一组用来测量样品的荧光性能.当接入不同的基因,细胞可以由不同波长的光来控制其光基因电路的启动与抑制.启动时细胞产生荧光蛋白,可被对应波长激发.用滤片将背景杂光滤除后,其出射光转换的电压值能够表征样品的荧光基因表达情况.ATmega328P芯片读入多组探测器电压值,由n RF24L01模块进行数据的收发.准确的光学量测需要配合旋转磁力激起的震荡.系统利用ATmega328P控制达林顿管驱动风扇完成对样品的定时搅拌.2 系统硬件设计
主控芯片负责读取光电压.系统采用AVR系列的8 bit微控制器ATmega328P,它拥有32个8位通用寄存器RISC处理器内核,主频达20 MHz.内部NVM包含32 k B的闪存,1 k B的EEPROM及2 k B的SRAM.其具备丰富的片上外设资源,主要包括两个8 bit定时器,一个16 bit计数器及预分频器,6个PWM通道,COMP、UART、ADC、I2C、SPI等接口.可以提供6种低功耗模式,省电模式下在1 MHz功耗仅1.35μW,可以保证系统长时间稳定工作.系统利用PWM输出调节LED光源,模拟脚位读取光电压后利用SPI接口与n RF24l01通信.定时器完成100个循环计数后进入掉电状态,自动化完成监测实验.诱发光采用LED灯条,单片机为其提供偏压时需要在输出管脚外接升压(Boost)电路(图3),将5 V转换成12 V来驱动.Boost电路采取Linear技术公司生产的高功率开关稳压芯片LT1170.其采用3-60 V的宽工作电源电压范围,静态电流低至6 m A.反激式调节模式具有全浮动输出.自适应抗饱和开关驱动以允许宽变化范围的负载电流.能够在所有标准的开关配置中运作,包括降压、升压、反激式、正激式、副输出和"Cuk"型.选取适当元件值配置外围电路将5 V的控制器管脚输出升压到接收器驱动电压.2.2 自动搅拌模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于fNIRS与SiPM的脑血氧检测电路设计[J]. 吴凯,刘燕,佟宝同,邢晓曼,戴亚康. 电子技术应用. 2017(01)
[2]基于AVR单片机的线阵CCD智能检测系统的设计[J]. 王彩霞. 仪器仪表学报. 2005(S2)
本文编号：3358999
【文章来源】：南开大学学报(自然科学版). 2020,53(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
系统整体设计图
n RF24l01、ATmega328P芯片与前端基本单元组合可以构成输出对比实验参数的一个节点.图1左侧即为节点结构.先在制备好的合成细胞样品周围组装光阵列.光阵列由贴片灯条、两组LED光源、对应波长滤片及探测器组成.一组光源用来测量样品的低频折射光强.在偏压电路作用下,LED灯源(940 nm)为样品提供光密度测量入射光,经菌体折射后由光电三极管接收.细菌浓度会决定其接收光强.另一组用来测量样品的荧光性能.当接入不同的基因,细胞可以由不同波长的光来控制其光基因电路的启动与抑制.启动时细胞产生荧光蛋白,可被对应波长激发.用滤片将背景杂光滤除后,其出射光转换的电压值能够表征样品的荧光基因表达情况.ATmega328P芯片读入多组探测器电压值,由n RF24L01模块进行数据的收发.准确的光学量测需要配合旋转磁力激起的震荡.系统利用ATmega328P控制达林顿管驱动风扇完成对样品的定时搅拌.2 系统硬件设计
主控芯片负责读取光电压.系统采用AVR系列的8 bit微控制器ATmega328P,它拥有32个8位通用寄存器RISC处理器内核,主频达20 MHz.内部NVM包含32 k B的闪存,1 k B的EEPROM及2 k B的SRAM.其具备丰富的片上外设资源,主要包括两个8 bit定时器,一个16 bit计数器及预分频器,6个PWM通道,COMP、UART、ADC、I2C、SPI等接口.可以提供6种低功耗模式,省电模式下在1 MHz功耗仅1.35μW,可以保证系统长时间稳定工作.系统利用PWM输出调节LED光源,模拟脚位读取光电压后利用SPI接口与n RF24l01通信.定时器完成100个循环计数后进入掉电状态,自动化完成监测实验.诱发光采用LED灯条,单片机为其提供偏压时需要在输出管脚外接升压(Boost)电路(图3),将5 V转换成12 V来驱动.Boost电路采取Linear技术公司生产的高功率开关稳压芯片LT1170.其采用3-60 V的宽工作电源电压范围,静态电流低至6 m A.反激式调节模式具有全浮动输出.自适应抗饱和开关驱动以允许宽变化范围的负载电流.能够在所有标准的开关配置中运作,包括降压、升压、反激式、正激式、副输出和"Cuk"型.选取适当元件值配置外围电路将5 V的控制器管脚输出升压到接收器驱动电压.2.2 自动搅拌模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于fNIRS与SiPM的脑血氧检测电路设计[J]. 吴凯,刘燕,佟宝同,邢晓曼,戴亚康. 电子技术应用. 2017(01)
[2]基于AVR单片机的线阵CCD智能检测系统的设计[J]. 王彩霞. 仪器仪表学报. 2005(S2)
本文编号：3358999
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