將電子控制與光電信號處理引入合成生物領(lǐng)域,提出了一種新型便捷式的低功耗生物反應(yīng)器.系統(tǒng)以AVR微控制器為核心,負責ST2L2B-ST1KLA光電傳感前端,nRF24L01模塊與控制端、上位機間的通信,輔以FGB25、FGL530光陣列角度計算與磁路設(shè)計,實現(xiàn)了在不同氣體條件,不同光源下對光密度值,綠熒光蛋白演化趨勢等參數(shù)的多樣品并行,實時同步自動化監(jiān)測.論證了電子檢測平臺可以表征個體熒光亮度,應(yīng)用于基因重構(gòu)的檢測領(lǐng)域. 

【文章來源】：南開大學學報(自然科學版). 2020,53(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)整體設(shè)計圖

n RF24l01、ATmega328P芯片與前端基本單元組合可以構(gòu)成輸出對比實驗參數(shù)的一個節(jié)點.圖1左側(cè)即為節(jié)點結(jié)構(gòu).先在制備好的合成細胞樣品周圍組裝光陣列.光陣列由貼片燈條、兩組LED光源、對應(yīng)波長濾片及探測器組成.一組光源用來測量樣品的低頻折射光強.在偏壓電路作用下,LED燈源(940 nm)為樣品提供光密度測量入射光,經(jīng)菌體折射后由光電三極管接收.細菌濃度會決定其接收光強.另一組用來測量樣品的熒光性能.當接入不同的基因,細胞可以由不同波長的光來控制其光基因電路的啟動與抑制.啟動時細胞產(chǎn)生熒光蛋白,可被對應(yīng)波長激發(fā).用濾片將背景雜光濾除后,其出射光轉(zhuǎn)換的電壓值能夠表征樣品的熒光基因表達情況.ATmega328P芯片讀入多組探測器電壓值,由n RF24L01模塊進行數(shù)據(jù)的收發(fā).準確的光學量測需要配合旋轉(zhuǎn)磁力激起的震蕩.系統(tǒng)利用ATmega328P控制達林頓管驅(qū)動風扇完成對樣品的定時攪拌.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

主控芯片負責讀取光電壓.系統(tǒng)采用AVR系列的8 bit微控制器ATmega328P,它擁有32個8位通用寄存器RISC處理器內(nèi)核,主頻達20 MHz.內(nèi)部NVM包含32 k B的閃存,1 k B的EEPROM及2 k B的SRAM.其具備豐富的片上外設(shè)資源,主要包括兩個8 bit定時器,一個16 bit計數(shù)器及預(yù)分頻器,6個PWM通道,COMP、UART、ADC、I2C、SPI等接口.可以提供6種低功耗模式,省電模式下在1 MHz功耗僅1.35μW,可以保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定工作.系統(tǒng)利用PWM輸出調(diào)節(jié)LED光源,模擬腳位讀取光電壓后利用SPI接口與n RF24l01通信.定時器完成100個循環(huán)計數(shù)后進入掉電狀態(tài),自動化完成監(jiān)測實驗.誘發(fā)光采用LED燈條,單片機為其提供偏壓時需要在輸出管腳外接升壓(Boost)電路(圖3),將5 V轉(zhuǎn)換成12 V來驅(qū)動.Boost電路采取Linear技術(shù)公司生產(chǎn)的高功率開關(guān)穩(wěn)壓芯片LT1170.其采用3-60 V的寬工作電源電壓范圍,靜態(tài)電流低至6 m A.反激式調(diào)節(jié)模式具有全浮動輸出.自適應(yīng)抗飽和開關(guān)驅(qū)動以允許寬變化范圍的負載電流.能夠在所有標準的開關(guān)配置中運作,包括降壓、升壓、反激式、正激式、副輸出和"Cuk"型.選取適當元件值配置外圍電路將5 V的控制器管腳輸出升壓到接收器驅(qū)動電壓.2.2 自動攪拌模塊

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于fNIRS與SiPM的腦血氧檢測電路設(shè)計[J]. 吳凱,劉燕,佟寶同,邢曉曼,戴亞康.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(01)
[2]基于AVR單片機的線陣CCD智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 王彩霞.  儀器儀表學報. 2005(S2)



本文編號：3358999