毛细管电泳高压电源系统设计

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 毛细管电泳高压电源研究现状
• 1.2.1 高压直流电源的发展
• 1.2.2 毛细管电泳高压电源研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 毛细管电泳高压控制原理
• 2.1 毛细管电泳的基本原理
• 2.1.1 毛细管电泳简介
• 2.1.2 电泳的基本原理
• 2.2 高压控制在毛细管电泳中的作用
• 2.3 系统组件和控制算法的选择
• 2.3.1 高压模块的功能
• 2.3.2 高压继电器的选择
• 2.3.3 数据拟合的最小二乘法
• 3 高压电源系统设计
• 3.1 系统总体结构设计
• 3.2 电极转换设计
• 3.3 电泳时间的标定
• 3.4 电压输出控制
• 3.5 电压采样及监督
• 3.5.1 电压采样
• 3.5.2 电源输出中的稳压控制
• 3.6 串口通信
• 3.7 键盘操作
• 3.8 系统显示
• 3.9 高压电源样品架的设计和制作
• 4 测试结果及其分析
• 4.1 电源输出特性
• 4.1.1 单路输出特性
• 4.1.2 时漂特性测试
• 4.2 毛细管电泳芯片分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 单片机系统主电路图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢