Summary
Ett protokoll för att tillverka en enhet för torkning samtidigt flera optiska celler presenteras.
Abstract
Optiska celler, som är experimentella instrument, är små, torget rör förseglade på ena sidan. Ett prov placeras i detta rör, och en mätning utförs med ett spektroskop. Det material som används för optisk celler i allmänhet innehålla kvarts glas eller plast, men dyra kvarts glas återanvänds genom att ta bort ämnen än vätskor, som skall analyseras som följer insidan av behållaren. I sådana fall är optiska cellerna tvättas med vatten eller etanol och torkas. Sedan, nästa provet läggs och mätt. Optiska celler torkas naturligt eller en manuell hårtork. Torkningen tar dock tid, vilket gör det en av de faktorer som ökar experiment tiden. I denna studie är syftet att drastiskt minska torktiden med en dedikerad automatisk torktumlare som kan torka flera optiska celler på en gång. För att inse detta, en krets var avsedd för en mikrodator och maskinvara med det var självständigt utformats och tillverkats.
Introduction
Optiska celler används som laboratoriet instrument i ett stort antal områden. I biovetenskaplig forskning, biomolekyler som nukleinsyror och proteiner är ofta utnyttjas för experiment och spektroskopiska metoder används allmänt för kvantitativa metoder. Exakt kvantifiera provet av experimentet är oundgänglig för att erhålla mer exakta och reproducerbara resultat. Absorptionsspektrum erhålls genom en spektrofotometer har ofta använts för kvantifiering av biomolekyler som nukleinsyror och proteiner1,2,3,4. Forskning om oxidation-reduktion egenskaper orsakas av ändringen i absorptionsspektrum och fotoluminescens av en nanorör (CNT) sprids med hjälp av DNA har också genomfört5,6,7, 8,9,10. Optiska celler används för dessa mätningar, men noggranna mätningar kan inte göras om de inte noggrant tvättas och torkas.
När mäta Absorptionsspektra eller fotoluminescens, är det omöjligt att mäta just i smutsig optisk celler11,12,13,14,15. Ekonomisk disponibla optiska celler av polystyren och poly-metylmetakrylat används också att undanröja tvättning och kontaminering. Men när exakta mätningar krävs, används quartz glas ofta, eftersom de har extremt utmärkta optiska egenskaper såsom ljusgenomsläpplighet. I det här fallet optiska cellerna tvättas efter mätningen av provet och upprepade gånger används. Vanligtvis efter tvättning optiska celler med vatten eller etanol, är de torkat naturligt. När snabb torkning krävs, är de torkade en efter en genom att använda hårtork eller liknande utrustning. Rengöring optiska celler är ett av de mest obehagliga och tidskrävande förfarandena i experimentet. Antalet prover ökar, de snabbtorkande ökar, som i sin tur ökar tid krävs för att genomföra experiment och forskning. I tidigare studier, har det förekommit några rapporter på kringutrustning av optiska celler. Denna studie syftar till att minska forskningstid som genom torkning flera optiska celler samtidigt.
Vi undersökt om det finns andra liknande produkter. En box-typ konstant temperatur torktumlare med temperatur kontrollfunktion samt en timerfunktion finns redan; dock finns inga kommersiella produkter med samma konfiguration.
En disposition av produktionen av denna enhet beskrivs. Första, box-typ fallet görs med hjälp av en akrylplatta. Nylon nät är kopplad till toppen. En plast rutnät placeras på det fixar cellen optiska. Styrkretsen lagras inuti höljet och plast plattan är ansluten för att skydda kretsen från vattendroppar. Styrkretsen består av en CPU och styrs av program. Fläktar är fäst på baksidan av ärendet, och vinden tillhandahålls av sugluftsmängden träder optiska cellerna ställa uppochner. Sugluftsmängden aktiveras med en brytare på främst, och de stoppas automatiskt av timern. Beroende på antalet optiska celler torkas, kan två eller fyra blåsare väljas för drift. Vattendroppar droppande från optiska cellerna avdunstar med vinden från sugluftsmängden. Quartz cellerna tvättas med vatten eller etanol, och torktiden är jämfört med naturlig torkning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. design
- Se figur 1 för detaljer om utvecklingen ritning.
- Klipp en 3 mm tjock akryl styrelse till 210 mm i bredd x 60 mm i höjd x 104 mm i djup, bond med akryllim och montera fallet.
- Installera så många som 30 optiska celler 12,5 x 12,5 mm.
- Fäst växlar och lampor för start och stopp och en variabel ringa för torkning tidsinställningen på framsidan av höljet.
- Se figur 2 för en extern vy och Komponentkonfiguration.
- Använda akryl och nylon för hölje och net, respektive. Fixa nätet på ramen och fäst den i den övre delen av fallet.
- Använda akryl för väven av optisk-cell installationen. Bifoga det till toppen av nätet.
- Montera fläktarna på baksidan av ärendet.
- Använd genomskinlig akryl för en vattendroppe förebyggande partition.
2. hårdvara Design disposition
- Se figur 3 för detaljer om kopplingsschemat.
- Steg från 12 V till 5 V för en tre-terminal regulator för drift av mikrodatorer.
- Aktivera den blåsmaskiner via en NPN transistorn (25 V, 500 mA).
Obs: Eftersom den utdata pin av en mikrodator är 5 V. - Kontroll rotationshastighet sugluftsmängden med puls bredd modulation (PWM) drift av utgångsstiftet.
Obs: Fläkten drivs, numrera av rotationer är kontrollerad och styrkan ändras regelbundet. - Anslut växeln start push till digital ingång stift.
- Anslut sugluftsmängden drift tid inställning volym till det analoga ingångsstiftet att ändra spänningen enligt roterande position.
- Anslut den organiska lysdioder (OLED) för drift tidsvisning till två digitala utgångsstift med en mellan integrerad krets (I2C).
- Anslut den LED som lyser upp under åtgärden till digital utgång stift.
3. programvara Design disposition
- Använda en mikrodator för att styra blåsmaskiner.
Obs: Utvecklingsmiljön konstruerades med Arduino, som är en av de utvecklingsmiljöer som kallas öppen hårdvara, och alla kretsar och mjukvara är öppen för allmänheten. -
Disposition av operationen
- Tryck på start-knappen.
- Läs delstaten knappen anges av select-knappen på framsidan och aktivera fläkten enligt denna stat.
- Läs torktiden som variabla resistorn på framsidan som en spänningssignal och börja nedräkningen timern.
- LED-lampor upp och visa återstående tid på OLED tur.
-
Detaljerad förklaring
- Läs volymläget ansluten till de analoga ingångsstiftet som en spänning; därefter konverterar till den fläktens operationstiden och visar på OLED.
- Upptäcka ON/OFF switch ansluten till J1-9, 10 stift av kopplingsschemat när du trycker på start växeln, aktivera sugluftsmängden drive pin, aktivera blåsmaskiner och slå på LED under operationen.
- Styra sugluftsmängden med PWM. Identifiera positionen för 10-kΩ variabla resistorn ansluten till kopplingsschemat J1-5, 6, 7, och köra sugluftsmängden med motsvarande utgång.
- Identifiera positionen för 10-kΩ variabla resistorn ansluten till kretsen diagram J1-1, 2, 3-pin av inställningen torkning tid och aktivera blåsmaskiner för en tid som motsvarar den.
- Anslut Ström-LED till kretsscheman J1-15, 16 pin. Anslut början LED till kretsscheman J1 - 12, 13.
Obs: Strömindikatorn lyser när strömmen slås på och start lysdioden lyser medan sugluftsmängden aktiveras. - Anslut den OLED till PB4, PB5 CPU med en I2C.
Obs: Drift tid visas på OLED räknas ner varje sekund. När operationstiden når 0 sugluftsmängden drive pin är satt till 0, sugluftsmängden stoppas och operativa LED är avstängd för att göra övergången till inledande beredskapsläge. - Använda Adafruit SSD1306 biblioteket för en OLED-display för Arduino.
Obs: När strömbrytaren är påslagen, verksamma i storleksordningen initiering och meddelande display. En del av källkoden nedan som ett exempel på användning av detta bibliotek.
#include ”Wire.h”;
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
void exkluderades {}
Serial.BEGIN(115200);
tag (!. Serial) {}
; vänta för seriell port att ansluta. Behövs för Leonardo bara
}
Wire.BEGIN (SDA, SCL); (SDA, SCL)
Delay(1000);
display.clearDisplay(); Rensa bufferten.
display.setTextSize(1);
display.clearDisplay();
display.Print F (”SD”). Försvagades upp meddelande Display(Version)
display.println(ver);
display.display();
}
4. metoden för drift
- Se figur 2 för information om den externa vyn.
- Stäng huvudströmbrytaren nummer 10 on. Nummer 11 drift lampa tänds.
- Placera de optiska cellerna på mesh numret 2 från galler del av plast nummer 1.
Obs: Antalet optiska celler som kan monteras är så många som antalet galler. - Välj en två-fläkt drift eller fyra-fläkt drift. Beroende på körsituationen tänds driftlampan av nummer 5 och nummer 6.
Obs: Nummer 3 är en switch för drift av fläktar på höger sida, och nummer 4 är en switch för drift av fläktar på vänster sida. - Ställ in operationstiden med timern med nummer 9.
- Tur nummer 7 på.
Obs: Fläkten med nummer 12 startar, och, samtidigt, tänds driftlampan av nummer 8.
5. metod för att mäta torktiden
-
När det gäller naturlig torkning
- Tvätta optiska cellerna grundligt med vatten eller etanol. Använd tjock absorberande papper att absorbera fukt optiska celler, sedan flytta celler till en annan plats på tjock absorberande papper och vänta tills de torkar.
-
När det gäller optisk-cell torktumlaren
- Tvätta optiska cellerna grundligt med vatten eller etanol.
Obs: Använd tjock absorberande papper till tillfälligt absorbera fukt. - Placera optisk cellerna i optisk-cell torktumlaren, och sedan vänta tills de är torra.
- Mäta torktiden 3 x för varje cell.
- Tvätta optiska cellerna grundligt med vatten eller etanol.
-
Jämförelse av medelvärdena
- Åtgärd torkning gånger 3 x på 30 ställen att få distribution.
Obs: Detta är att upptäcka skillnaden enligt positionen för cellerna i optisk-cell torktumlaren. - Använda genomsnittsvärdena för alla 30 platser för en jämförelse med vatten.
Obs: När det gäller tvättning med vatten, fastställa positionerna för optisk cellerna slumpmässigt och sedan mäta torktiden på 10 punkter.
- Åtgärd torkning gånger 3 x på 30 ställen att få distribution.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Som visas i tabell 1, i fråga om etanol tvättning, var den genomsnittliga torktid i naturlig torkning 426.4 s, och den genomsnittliga torktid i optisk-cell torktumlaren var 106 s. När det gäller vatten tvätt, var den genomsnittliga torktid i naturlig torkning 1481.4 s, och den genomsnittliga torktid i optisk-cell torktumlaren var 371.6 s. I båda fallen förminskades torktiden till cirka en fjärdedel. Snabbtorkande tid fördelningen av optisk-cell torktumlaren visas i figur 4. Var den genomsnittliga torktid på 30 platser 106 s. Siffran i den övre raden visar positionen för cellen. Siffran i den nedre raden visar det genomsnittliga värdet av torktiden.
Luftavolymen av fläkten var 31 m3/h per en enhet, och summan av de fyra enheterna var 124 m3/h. Lufttemperaturen var rumstemperatur och temperaturkontroll utfördes inte.
Figur 1: utveckling ritning. Fäst nätet på toppen av akryl fallet och montera ett plast rutnät för att fastställa de optiska celler som fästs ovanpå den. Storleken på fallet är 210 mm i bredd x 60 mm i höjd x 104 mm i djup och 30 optiska celler 12,5 x 12,5 mm kan monteras samtidigt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: externa vyn. Material i höljet är akryl, som är lätt att bearbeta. Materialet i nätet är nylon. Det är fast på ramen och fäst den övre delen av fallet. Materialet i väven för optisk cell installationen är akryl, och den är kopplad till toppen av nätet. Nummer Beskrivning: 1 = plast gallret, 2 = det netto, 3 = fläkt urval knappen (höger sida), 4 = fläkt knappen (vänster sida), 5 = fläkt i drift lampan (höger sida), 6 = fläkt i drift lampan (vänster sida), 7 = knappen start fläkt, 8 = bl Ower-drift lampa, 9 = timern, 10 = leverans strömbrytaren, 11 = power supply lampan, 12 = den OLED-displayen och 13 = sugluftsmängden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: kopplingsschema. Strömförsörjningen är 12 V. Driftspänningen av sugluftsmängden är 12 V. kontroll fläkten av puls bredd modulation (PWM) drift av utgångsstiftet rotationshastighet. Anslut fläkt drift tid inställning volymen till det analoga ingångsstiftet att ändra spänningen enligt roterande position. Anslut den organiska lysdioder (OLED) för drift tidsvisning till två digitala utgångsstift med en I2C. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: torkning tid distribution via etanol. Torktiden på 30 platser mättes tre gånger med etanol för att få distribution. Var den genomsnittliga torktid på 30 platser 106 s. Siffran i den övre raden visar positionen för cellen. Siffran i den nedre raden visar det genomsnittliga värdet av torktiden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Tabell 1: Jämförelse av torktiden för optisk celler. Den genomsnittliga torktid av naturlig torkning efter tvättning med etanol var 426.4 s, och den genomsnittliga torktid använder optisk-cell torktumlaren var 106 s. Den genomsnittliga torktid av naturlig torkning efter tvättning med vatten var 1481.4 s, och den genomsnittliga torktid använder optisk-cell torktumlaren var 371.6 s. vänligen klicka här för att hämta den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De optiska cellerna kan torkas samtidigt med blåsmaskiner och torktiden kan minskas avsevärt. Även om åtgärden stop inte körs, kan det stoppas på ett säkert sätt med hjälp av funktionen Automatisk stopp av timern. Från mätresultaten av torkning tid distribution fanns det ingen signifikant skillnad i torktid på grund av skillnaden i inbyggnadsläge optiska celler.
Ett avgörande steg i protokollet är utformningen av höljet. Utmaningen är hur man gör höljet kompakt. Det är också viktigt att räkna ut hur att förebygga överflödig etanol och vatten från att släppa in fläkten.
För att minska torktiden, sugluftsmängden vind volym kan ökas, men det finns en risk att de optiska cellerna kan hoppa ut. För att höja sugluftsmängden kapacitet och reducera torktiden, är det nödvändigt att utforma åtgärder som förhindrar detta, t ex att en fixtur för att fastställa de optiska cellerna eller bifoga ett lock till torktumlaren att sätta det i en låda. Det finns också en metod för att öka lufttemperaturen inlopp av sugluftsmängden att minska torktiden. I detta syfte är det nödvändigt att lägga till en temperatur kontrollfunktion så att inte skada cellen optiska. Men detta är en framtida uppgift för mer komplicerade enheter och styrkretsarna krävs.
Ett annat sätt att minska torktiden är att vibrera vattendropparna för att göra dem släppa, men det är också ett ämne för framtida forskning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Författarna har inga bekräftelser.
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).
