毛细管电泳高压电源系统设计

发布时间：2020-09-28 22:12

　　芯片毛细管电泳作为生物组分分析的有效方法,已广泛应用于生物技术、临床医学和环境保护等领域。在芯片毛细管电泳分析中,需要在生物芯片的多个溶液池内施加高压,并通过调节它们之间电压值及其极性,实现样品的进样和分离。因此,高压电源电压输出的稳定性和电极的切换速度,决定电泳分析精度和准确度。传统的高压电源体积庞大,输出不稳定,电泳中需要通过计算机对其进行控制。因此,本文开展基于单片机和高压模块的智能化小型毛细管电泳高压电源系统的研究。本文以单片机AT89S52为控制核心,以三个集成高压模块组成电压产生主电路,设计了三路输出的高压电源系统。3路输出电压分别实现了0～5KV连续可调,输出电流不超过0.25mA,其中第二路电压输出的正极可以与公共地端进行切换。单片机AT89S52作为电源系统的控制核心,实现高压模块输出电压的调节、输出显示、与光子计数器及上位机通讯、数字稳压以及电压极性的自动切换,其内部设置了过压、短路保护功能。电极切换电路的设计采用四个高压继电器,以双刀双掷开关方式联结,由单片机通过光耦隔离驱动,不仅切换速度快,还具有安全可靠的特点。用户可通过矩阵键盘和LCD液晶显示屏,对毛细管电泳的进样电压、分离电压、进样时间、分离时间分别进行设定,系统根据设定值自动完成输出及与采样系统的通讯,减少了人为因素的影响,确保了分析的准确性。另外,本文针对不同型号、不同结构的单通道毛细管电泳芯片,设计了通用样品实验架,便于向样品溶液池中施加电压。组建后的电源系统与实验室原有高压电源相比,不仅体积大大减小,而且实际运行中电压输出稳定,漂移小,电极切换速度快,不需要计算机控制便可独立运行,满足了芯片毛细管电泳分析的要求。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TP368.12
【部分图文】：

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科学领域有着十分广泛的应用川。芯片毛细管电泳分为进样和分离两个过程，以常见的单通道十字形电泳芯片为例，其工作原理如图1.1所示。在进样过程中，进样池、缓冲液池、废液池分别接高压电源正极，样品废液池接电源地端，并使缓冲液池和废液池电压略低于进样池电压，在进样电压作用下，分析样品从样品池经进样沟道进入样品废液池。进样完成后，迅速切换电极，使进样池、缓冲液池、样品废液池分别接高压电源正极，废液池为地，调整各个溶液池的电压，保证处于十字中心的样品在分离电压的作用下进入分离沟道完成检测[2]。因此，芯片毛细管电泳分析中使用的高压电源，必须保证能够多路输出，并且在进样完成后能迅速切换电极，以保证样品及时分离。另外，在确保每一路高压输出的同时，要使输出电流控制在uA级

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大连理工大学硕士学位论文该电源的原理框图如图1.3所示。市电送入包括可控硅组成的电压调节器，经升压、整流与滤波，被采样后输出。电压采样信号送至电压比较器，电流采样信号送至电流比较器。同时，该两信号送入一个乘法器，得到的功率信号输至功率比较器。当采样信号低于基准电压，比较器没有输出，则整个设备不受限制，其输出将增加。当采样信号增加并达到基准电压，比较器开始有输出，并限制整个设备的输出，这样即可达到稳定的目的。三个比较器的基准电压可通过面板上的旋钮分别调到预置值。三个比较器的输出均接至电平变换器，再由控制脉冲发生器来调整脉冲发生的状况，并送人电压调节器对电压作适当的调整，然后又经升压、整流、滤波输出，从而构成了一个闭环，达到调节的目的。图1.3三控电泳电源原理框图 Fig.1.3DiagramofTbree一ntrolledPower高压电源变压器普遍采用电磁变压器

工作电路,压电陶瓷片,极化电极,毛细管电泳

线圈间绝缘困难，成本高，浪费铜材，而且容易烧毁。针对这些问题，2001年陈绩光、莫金垣等人123]将压电陶瓷升压技术应用于毛细管电泳，研制出毛细管电泳专用高压电源。图1.4为压电陶瓷变压器的工作原理图，X、Y为极化电极，当向极化电极施予适当频率时，在纵轴方向的末端Z输出高压。图1.4压电陶瓷片工作电路图Fig.1·4T五 eeirCultdlagr田叭 ofPiezoeleetrieeeramics

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