Summary
Een protocol voor het fabriceren van een apparaat voor het drogen gelijktijdig meerdere optische cellen wordt gepresenteerd.
Abstract
Optische cellen, die experimentele instrumenten zijn, zijn kleine, vierkante buizen verzegelde op één zijde. Een steekproef wordt geplaatst in deze buis en een meting wordt uitgevoerd met een spectroscoop. De materialen voor optische cellen in het algemeen omvatten quartz glas of kunststof, maar dure quartz glas wordt hergebruikt door het verwijderen van andere stoffen dan vloeistoffen, bestemd om te worden geanalyseerd die aan de binnenkant van de container voldoen. In dat geval zijn de optische cellen gewassen met water of ethanol en gedroogd. In het volgende voorbeeld wordt dan toegevoegd en gemeten. Optische cellen worden gedroogd nature of met een handmatige haardroger. Echter, drogen duurt, waardoor het een van de factoren die de tijd van het experiment te verhogen. In deze studie is het doel om drastisch te verminderen de droogtijd met een speciale automatische droger die meerdere optische cellen in één keer kan drogen. Om dit te realiseren, een circuit is ontworpen voor een microcomputer, en de hardware met behulp van het onafhankelijk werd ontworpen en vervaardigd.
Introduction
Optische cellen worden gebruikt als laboratoriuminstrumenten in een groot aantal gebieden. In life science onderzoek, biomoleculen, zoals nucleïnezuren en proteïnen worden vaak gebruikt voor experimenten en spectroscopische methoden worden veel gebruikt voor kwantitatieve methoden. Het monster van het experiment nauwkeurig te kwantificeren is onmisbaar voor het verkrijgen van meer nauwkeurige en reproduceerbare resultaten. Het absorptiespectrum verkregen door een spectrofotometer is vaak gebruikt voor de kwantificering van biomoleculen, zoals nucleïnezuren en proteïnen1,,2,,3,4. Onderzoek naar de kenmerken van de oxidation-reduction veroorzaakt door de verandering van het absorptiespectrum en fotoluminescentie van een koolstof nanobuis (CNT) verspreid met behulp van DNA is ook uitgevoerd5,6,7, 8,9,10. Optische cellen worden gebruikt voor deze metingen, maar nauwkeurige metingen kunnen niet worden gemaakt, tenzij ze worden grondig gewassen en gedroogd.
Bij het meten van de absorptiespectra of fotoluminescentie, is het onmogelijk om precies in vuile optische cellen11,12,13,14,15te meten. Economische wegwerp optische cellen gemaakt van polystyreen en poly-methyl-methacrylaat worden ook gebruikt om te wassen en verontreiniging te elimineren. Echter wanneer nauwkeurige metingen nodig zijn, worden quartz glazen vaak gebruikt, omdat ze hebben een zeer uitstekende optische eigenschappen zoals lichtdoorlatendheid. In dit geval zijn de optische cellen gewassen na de meting van het monster en herhaaldelijk gebruikt. Meestal na het wassen optische cellen met water of ethanol, zijn ze gedroogd natuurlijk. Als snelle drogen vereist is, zijn ze gedroogde één voor één met behulp van een haardroger of soortgelijke uitrusting. Schoonmaken van optische cellen is een van de meest vervelende en tijdrovende procedures in het experiment. Naarmate het aantal monsters toeneemt, de drogen tijd toeneemt, heeft op zijn beurt verhoogt de tijd nodig om het experiment en onderzoek te voeren. In verleden studies, zijn er geen verslagen over randapparatuur van optische cellen. Deze studie streeft naar een vermindering van de tijd onderzoek door meerdere optische cellen tegelijk drogen.
We onderzochten of andere vergelijkbare producten bestaan. Er bestaat al een vak-type constante temperatuur wasdroger met een besturingsfunctie temperatuur en een timer-functie; echter kunnen geen commerciële producten met dezelfde configuratie worden gevonden.
Een overzicht van de productie van dit apparaat wordt beschreven. Ten eerste, de vak-type case is gemaakt met behulp van een acryl plaat. Nylon verrekening is gekoppeld aan de bovenkant. Een plastic rooster wordt op het te repareren de optische cel geplaatst. Het controle-circuit is opgeslagen in de behuizing, en de kunststof plaat is verbonden ter bescherming van het circuit van waterdruppels. Het controle-circuit bestaat uit een CPU en wordt bestuurd door software. Ventilatoren zijn aangesloten op de achterkant van het doosje, en de wind kopen van de ventilatoren komt de optische cellen instellen ondersteboven. De ventilatoren worden geactiveerd door een schakelaar aan de voorkant, en ze worden automatisch gestopt door de timer. Afhankelijk van het aantal optische cellen worden gedroogd, kunnen twee of vier ventilatoren worden geselecteerd voor bewerking. Waterdruppels druipend uit de optische cellen verdampen met de wind van de ventilatoren. De quartz-cellen worden gewassen met water of ethanol en de droogtijd is vergeleken met die van natuurlijk drogen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. design
- Zie afbeelding 1 voor meer informatie over de ontwikkeling die tekening.
- Knippen van een 3 mm dik acryl bord tot 210 mm in de breedte x 60 mm in hoogte x 104 mm in diepte, band met acryllijm en monteren van het geval.
- Installeren van maar liefst 30 optische cellen van 12,5 x 12,5 mm.
- Schakelaars en lampen voor het starten en stoppen en een variabele wijzerplaat voor het drogen tijdsinstelling op de voorkant van de behuizing koppelen.
- Zie Figuur 2 voor een externe weergave en configuratie van onderdelen.
- Acryl en nylon voor de behuizing en net, respectievelijk gebruiken. Het net aan het frame vast en deze koppelen aan het bovenste deel van de zaak.
- Gebruik acryl voor de tralie van de optische-cel-installatie. Bevestig het aan de bovenkant van het net.
- Monteer de ventilatoren aan de achterkant van het doosje.
- Gebruik Doorschijnend acryl voor een waterdrop preventie partitie.
2. hardware ontwerp overzicht
- Zie Figuur 3 voor details van het circuit diagram.
- Aftreden van 12 V naar 5 V door een drie-terminal regulator voor het bedienen van de microcomputer.
- Activeren van de aanjagers via een NPN transistor (25 V, 500 mA).
Opmerking: Omdat de pin van de uitvoer van de microcomputer 5 V is. - Controle van de rotatiesnelheid van de blowers door de puls breedte modulatie (PWM) werking van de uitgang-Pins.
Opmerking: De blazer is verdreven, het aantal omwentelingen wordt gecontroleerd en de kracht wordt periodiek gewijzigd. - De start push switch verbinden met de digitale invoer pin.
- De Blazers operatie tijd instelling volume sluit aan op de analoge input pin wijzigen de spanning volgens de roterende positie.
- Sluit de organische licht afgevende diodes (OLED) voor de tijdweergave operatie op de twee pinnen van de digitale uitgang met een onderling geïntegreerde circuit (I2C).
- Sluit de LED die tijdens de bewerking op de digitale uitgang stift brandt.
3. software Design overzicht
- Gebruik een microcomputer om te bepalen van de ventilatoren.
Opmerking: De ontwikkelomgeving werd gebouwd met behulp van Arduino, die behoort tot de ontwikkelomgevingen aangeduid als open-source hardware, en alle circuits en software zijn open voor het publiek. -
Overzicht van de operatie
- Druk op de start toets.
- Lees de status van de knop opgegeven door de selecteren knop aan de voorzijde en activeren van de blazer volgens die staat.
- Lees de droogtijd instellen door de variabele weerstand aan de voorzijde als een signaal van de spanning en start de timer aftellen.
- Draai de LED-lichten omhoog en de resterende tijd weer te geven op de OLED.
-
Gedetailleerde uitleg
- Lees de volume positie aangesloten op de analoge input pin als een spanning; vervolgens converteert naar de werking van de blowertijd en wordt weergegeven op de OLED.
- Detecteren van de ON/uit-schakelaar aangesloten op J1-9, 10 pinnen van het circuit diagram bij het indrukken van de start-switch, op de Blazers station pin, activeren de ventilatoren, en inschakelen de LED tijdens de operatie.
- Controle van de aanjagers door PWM. Detecteren van de positie van de 10-kΩ variabele weerstand aangesloten op het circuit diagram J1-5, 6, 7, en rijden de aanjagers met de bijbehorende output.
- De positie van de 10-kΩ variabele weerstand aangesloten op het circuit diagrammen J1-1, 2, 3 pin door het drogen tijd en activeren van de aanjagers voor een tijdsbestek dat overeenkomt met die worden gedetecteerd.
- Sluit het lampje aan de schakelschema's J1-15, 16 pins. Het begin LED verbinden met de schakelschema's J1 - 12, 13.
Opmerking: Het lampje brandt als de stroom wordt ingeschakeld en de start-LED oplicht terwijl de ventilatoren worden geactiveerd. - Verbinden met de OLED PB4, PB5 van de CPU met een I2C.
Opmerking: De bewerkingstijd weergegeven op de OLED is geteld naar beneden elke seconde. Wanneer de bewerkingstijd waarde 0 heeft bereikt, de Blazers station pin is ingesteld op 0, de ventilatoren worden gestopt en de operationele LED is uitgeschakeld om de overgang naar de oorspronkelijke stand-by staat. - Gebruik de Adafruit SSD1306 bibliotheek voor een OLED-display van Arduino.
Opmerking: Wanneer de schakelaar is ingeschakeld, werken in de volgorde van weergave initialisatie en bericht. Een deel van de broncode is hieronder weergegeven als een voorbeeld van het gebruik van deze bibliotheek.
#include "Wire.h";
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
VOID Setup {}
Serial.begin(115200);
terwijl (!. Seriële) {}
; wachten op de seriële poort te verbinden. Alleen nodig voor Leonardo
}
Wire.begin (SDA, SCL); (SDA, SCL)
delay(1000);
display.clearDisplay(); De buffer leeg.
display.setTextSize(1);
display.clearDisplay();
display.Print (F ("SD")); Weake Up bericht Display(Version)
display.println(ver);
display.display();
}
4. werkwijze
- Zie Figuur 2 voor meer informatie over de externe weergave.
- Zet de hoofdschakelaar van de nummer 10 ON. De lamp van de werking van nummer 11 oplicht.
- Plaats de optische cellen op het gaas nummer 2 uit het rooster gedeelte van de plastic van nummer 1.
Opmerking: Het aantal optische cellen dat gemonteerd kan worden is net zoveel als het aantal roosters. - Selecteer een twee-blower bewerking of vier-blower wordt uitgevoerd. Afhankelijk van de drijvende situatie oplicht de lamp van de werking van nummer 5 en nummer 6.
Opmerking: Nummer 3 is een schakelaar voor het bedienen van de ventilatoren aan de rechterkant, en nummer 4 is een schakelaar voor het bedienen van de ventilatoren aan de linkerkant. - De tijd van de operatie met de timer met nummer 9 instellen.
- Beurt nummer 7 op.
Opmerking: De ventilator met nummer 12 begint, en, tegelijkertijd, brandt de lamp van de werking van het getal 8.
5. methode voor het meten van de droogtijd
-
In het geval van natuurlijk drogen
- Wassen van de optische cellen grondig met water of ethanol. Gebruik dikke absorberend papier te absorberen het vocht van de optische cellen, vervolgens de cellen verplaatst naar een andere plaats op de dikke absorberend papier en wachten tot ze droog.
-
In het geval van de optische-cel droger
- Wassen van de optische cellen grondig met water of ethanol.
Opmerking: Gebruik dik absorberend papier tijdelijk de om vochtigheid te absorberen. - Plaats van de optische cellen in de optische-cel droger, en vervolgens wachten tot ze droog zijn.
- Meten van de droogtijd 3 x voor elke cel.
- Wassen van de optische cellen grondig met water of ethanol.
-
Vergelijking van de gemiddelden
- Maatregel het drogen keer 3 x op 30 plaatsen te verkrijgen van de verdeling.
Opmerking: Dit is om te ontdekken het tijdsverschil volgens het standpunt van de cellen in de optische-cel droger. - Gemiddelde waarden van alle 30 plaatsen voor een vergelijking met water gebruiken.
Opmerking: In het geval van wassen met water, bepalen de positie van de optische cellen willekeurig, dan meten de droogtijd op 10 punten.
- Maatregel het drogen keer 3 x op 30 plaatsen te verkrijgen van de verdeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Zoals aangegeven in tabel 1, in het geval van ethanol wassen, de gemiddelde droogtijd in natuurlijk drogen was 426.4 s, en de gemiddelde droogtijd in de optische-cel droger was 106 s. In het geval van water wassen, was de gemiddelde droogtijd in natuurlijk drogen 1481.4 s, en de gemiddelde droogtijd in de optische-cel droger was 371.6 s. In beide gevallen werd de droogtijd teruggebracht tot ongeveer een kwart. De drogen verdeling van de tijd van de optische-cel droger wordt weergegeven in Figuur 4. De gemiddelde droogtijd op 30 locaties was 106 s. Het nummer in de bovenste rij vertegenwoordigt de positie van de cel. Het getal in de onderste regel staat de gemiddelde waarde van de droogtijd.
Het luchtvolume van de blazer was 31 m3/h per één eenheid, en het totaal van de vier eenheden was 124 m3/h. De temperatuur van de lucht was kamertemperatuur, en de temperatuurregeling is niet uitgevoerd.
Figuur 1: ontwikkeling tekening. Koppelen van het net op de bovenkant van het acryl geval en monteer een kunststof rooster voor de vaststelling van de optische cellen die zijn aangesloten op de top van het. De grootte van de zaak is 210 mm breedte x 60 mm in hoogte x 104 mm in diepte en 30 optische cellen van 12,5 x 12,5 mm gemonteerd kunnen worden op hetzelfde moment. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: externe weergave. Het materiaal van de behuizing is acryl, eenvoudig proces. Het materiaal van het net is nylon. Het is bevestigd aan het frame en aangesloten op het bovenste gedeelte van de zaak. Het materiaal van het rooster voor de installatie van optische cel is acryl, en deze is aangesloten op de bovenkant van het net. Beschrijving nummer: 1 = de kunststof rooster, 2 = de netto, 3 = de blower selectieknop (rechts), 4 = de blower selectieknop (linkerzijde), 5 = de blower-operationele lamp (rechts), 6 = de blower-operationele lamp (linkerzijde), 7 = de blower startknop, 8 = bl ower-operationele lamp, 9 = de timer, 10 = de schakelaar voor de levering, 11 = de macht levering lamp, 12 = het OLED display, en 13 = de aanjagers. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: schakeldiagram. De voeding is 12 V. De bedrijfsspanning van de blowers is 12 V. controle de rotatiesnelheid van de blazer door puls breedte modulatie (PWM) werking van de uitgang-Pins. Het blower operatie tijd instelling volume sluit aan op de analoge input pin wijzigen de spanning volgens de roterende positie. De organische licht afgevende diodes (OLED) voor de tijdweergave operatie op de twee pinnen van de digitale uitgang met een I2C aansluit. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: drogen van distributie van de tijd met behulp van ethanol. De droogtijd op 30 locaties driemaal werd gemeten met behulp van ethanol te verkrijgen van de verdeling. De gemiddelde droogtijd op 30 locaties was 106 s. Het nummer in de bovenste rij vertegenwoordigt de positie van de cel. Het getal in de onderste regel staat de gemiddelde waarde van de droogtijd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Tabel 1: Vergelijking van de droogtijd voor optische cellen. De gemiddelde droogtijd van natuurlijk drogen na het wassen met ethanol was 426.4 s, en de gemiddelde droogtijd met behulp van de optische-cel droger was 106 s. De gemiddelde droogtijd van natuurlijk drogen na het wassen met water was 1481.4 s, en de gemiddelde droogtijd met behulp van de optische-cel droger was 371.6 s. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De optische cellen kunnen gelijktijdig met de ventilatoren worden gedroogd en de droogtijd aanzienlijk kan worden verminderd. Zelfs als de stop-bewerking niet wordt uitgevoerd, kan het veilig worden gestopt met behulp van de automatische stop-functie van de timer. Uit de resultaten van de meting van de distributie keer Droogrek was er geen significant verschil in de droogtijd vanwege het verschil in de installatie-positie van de optische cellen.
Een kritieke stap van het protocol is het ontwerp van de behuizing. De uitdaging is hoe te maken van de behuizing compact. Het is ook belangrijk om erachter te komen hoe u kunt voorkomen dat de overtollige ethanol of water te laten vallen in de blower.
Verklein de droogtijd en het volume van de wind van de blowers kan worden verhoogd, maar er is een risico dat de optische cellen kunnen springen. Om de aanjagers capaciteit te verhogen en de droogtijd verminderen, is het noodzakelijk devise-maatregelen die voorkomen dit, dat zoals het koppelen van een competitieprogramma voor de vaststelling van de optische cellen of een deksel aansluiten in de droger om hem in een doos. Er is ook een methode voor het vergroten van de inlaat luchttemperatuur van de ventilatoren om de droogtijd. Te dien einde is het noodzakelijk om toe te voegen een besturingsfunctie temperatuur om niet te beschadigen de optische cel. Echter dit is een toekomstige taak omdat ingewikkelder apparaten en aanstuurkringen zijn vereist.
Een andere manier om de droogtijd is te trillen van de waterdruppels te laten vallen, maar dat is ook het onderwerp van een toekomstig onderzoek.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs hebben geen bevestigingen.
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).
