芯片毛細(xì)管電泳作為生物組分分析的有效方法,已廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。在芯片毛細(xì)管電泳分析中,需要在生物芯片的多個(gè)溶液池內(nèi)施加高壓,并通過(guò)調(diào)節(jié)它們之間電壓值及其極性,實(shí)現(xiàn)樣品的進(jìn)樣和分離。因此,高壓電源電壓輸出的穩(wěn)定性和電極的切換速度,決定電泳分析精度和準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)的高壓電源體積龐大,輸出不穩(wěn)定,電泳中需要通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制。因此,本文開(kāi)展基于單片機(jī)和高壓模塊的智能化小型毛細(xì)管電泳高壓電源系統(tǒng)的研究。 本文以單片機(jī)AT89S52為控制核心,以三個(gè)集成高壓模塊組成電壓產(chǎn)生主電路,設(shè)計(jì)了三路輸出的高壓電源系統(tǒng)。3路輸出電壓分別實(shí)現(xiàn)了0～5KV連續(xù)可調(diào),輸出電流不超過(guò)0.25mA,其中第二路電壓輸出的正極可以與公共地端進(jìn)行切換。單片機(jī)AT89S52作為電源系統(tǒng)的控制核心,實(shí)現(xiàn)高壓模塊輸出電壓的調(diào)節(jié)、輸出顯示、與光子計(jì)數(shù)器及上位機(jī)通訊、數(shù)字穩(wěn)壓以及電壓極性的自動(dòng)切換,其內(nèi)部設(shè)置了過(guò)壓、短路保護(hù)功能。電極切換電路的設(shè)計(jì)采用四個(gè)高壓繼電器,以雙刀雙擲開(kāi)關(guān)方式聯(lián)結(jié),由單片機(jī)通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng),不僅切換速度快,還具有安全可靠的特點(diǎn)。用戶可通過(guò)矩陣鍵盤(pán)和LCD液晶顯示屏,對(duì)毛細(xì)管電泳的進(jìn)樣電壓、分離電壓、進(jìn)樣時(shí)間、分離時(shí)間分別進(jìn)行設(shè)定,系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)完成輸出及與采樣系統(tǒng)的通訊,減少了人為因素的影響,確保了分析的準(zhǔn)確性。另外,本文針對(duì)不同型號(hào)、不同結(jié)構(gòu)的單通道毛細(xì)管電泳芯片,設(shè)計(jì)了通用樣品實(shí)驗(yàn)架,便于向樣品溶液池中施加電壓。 組建后的電源系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室原有高壓電源相比,不僅體積大大減小,而且實(shí)際運(yùn)行中電壓輸出穩(wěn)定,漂移小,電極切換速度快,不需要計(jì)算機(jī)控制便可獨(dú)立運(yùn)行,滿足了芯片毛細(xì)管電泳分析的要求。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP368.12
【部分圖文】：

科學(xué)領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用川。芯片毛細(xì)管電泳分為進(jìn)樣和分離兩個(gè)過(guò)程，以常見(jiàn)的單通道十字形電泳芯片為例，其工作原理如圖1.1所示。在進(jìn)樣過(guò)程中，進(jìn)樣池、緩沖液池、廢液池分別接高壓電源正極，樣品廢液池接電源地端，并使緩沖液池和廢液池電壓略低于進(jìn)樣池電壓，在進(jìn)樣電壓作用下，分析樣品從樣品池經(jīng)進(jìn)樣溝道進(jìn)入樣品廢液池。進(jìn)樣完成后，迅速切換電極，使進(jìn)樣池、緩沖液池、樣品廢液池分別接高壓電源正極，廢液池為地，調(diào)整各個(gè)溶液池的電壓，保證處于十字中心的樣品在分離電壓的作用下進(jìn)入分離溝道完成檢測(cè)[2]。因此，芯片毛細(xì)管電泳分析中使用的高壓電源，必須保證能夠多路輸出，并且在進(jìn)樣完成后能迅速切換電極，以保證樣品及時(shí)分離。另外，在確保每一路高壓輸出的同時(shí)，要使輸出電流控制在uA級(jí)

大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文該電源的原理框圖如圖1.3所示。市電送入包括可控硅組成的電壓調(diào)節(jié)器，經(jīng)升壓、整流與濾波，被采樣后輸出。電壓采樣信號(hào)送至電壓比較器，電流采樣信號(hào)送至電流比較器。同時(shí)，該兩信號(hào)送入一個(gè)乘法器，得到的功率信號(hào)輸至功率比較器。當(dāng)采樣信號(hào)低于基準(zhǔn)電壓，比較器沒(méi)有輸出，則整個(gè)設(shè)備不受限制，其輸出將增加。當(dāng)采樣信號(hào)增加并達(dá)到基準(zhǔn)電壓，比較器開(kāi)始有輸出，并限制整個(gè)設(shè)備的輸出，這樣即可達(dá)到穩(wěn)定的目的。三個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓可通過(guò)面板上的旋鈕分別調(diào)到預(yù)置值。三個(gè)比較器的輸出均接至電平變換器，再由控制脈沖發(fā)生器來(lái)調(diào)整脈沖發(fā)生的狀況，并送人電壓調(diào)節(jié)器對(duì)電壓作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后又經(jīng)升壓、整流、濾波輸出，從而構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。圖1.3三控電泳電源原理框圖 Fig.1.3DiagramofTbree一ntrolledPower高壓電源變壓器普遍采用電磁變壓器

線圈間絕緣困難，成本高，浪費(fèi)銅材，而且容易燒毀。針對(duì)這些問(wèn)題，2001年陳績(jī)光、莫金垣等人123]將壓電陶瓷升壓技術(shù)應(yīng)用于毛細(xì)管電泳，研制出毛細(xì)管電泳專用高壓電源。圖1.4為壓電陶瓷變壓器的工作原理圖，X、Y為極化電極，當(dāng)向極化電極施予適當(dāng)頻率時(shí)，在縱軸方向的末端Z輸出高壓。圖1.4壓電陶瓷片工作電路圖Fig.1·4T五 eeirCultdlagr田叭 ofPiezoeleetrieeeramics

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