文档介绍：本科毕业设计外文翻译(1)
题目:便携嵌入式电化学检测系统
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便携嵌入式电化学检测系统
Sylvia Kwakye, Antje Baeumner
摘要:
描述了一个为掌上电脑提供微型电化学检测(miniEC)的嵌入式系统设计。系统的特别处在于选择现成的组件,以满足高性能和低功率低成本这些严格的要求,设计采用了微电极阵列传感器,恒电位电化学测试,液晶显示,四按钮用户界面输入,内存数据存储器和一个串行连接网络。一个单片机因其无与伦比的低功率能力被用来编程处理,显示和存储信号。它也可以通过串口通信模块使用RS 232协议传递数据到另一个输入设备如个人电脑。恒电位仪应用于潜在的传感器,还负责放大并转换至该传感器电流到电压范围,并用单片机记录。四按钮用户界面允许用户通过循环电化学测试变量在查看或更改之前采取测量。按钮界面也允许用户启动/停止测量,设置时间和日期,并查看以往的测量存档数据汇总。开发了图形用户界面,用户也可以从一个电脑的串行通信链路执行这些任务。miniEC非常小巧(约80毫米* 5毫米),(AAA或AA)供电就可以运行,例如在一个AAA单电池额定1000毫安供电下能连续使用2周。这种软件和硬件模块化,通用化和灵活化的设计使其在利基领域很快就获得成功。
关键词:稳压器;单片机;电流测定法;生物传感器;嵌入式系统
1 引言
在过去十年里,文献报道许多小型化分析系统已成功的应用于工业和医学领域[1-5]。然而除了葡萄糖传感器,大众市场生产的便携式的微型或“芯片实验室”系统并没有如预期的迅速发展。第一个此类系统才刚刚开始出现。例子包括血气分析仪便携式分析仪[ 6 ]和桑迪亚microchemlab生物毒素检测[ 7 ]。该统计使用微一次性墨盒进行多种选择的血液测试。microchemlab在波士顿地铁运输系统的田间使用(马萨诸塞州,美国)和在美国其他地区用于监测系统。另一个特别引人注目的例子是它的低成本,40美元的普里亚诊断男性生育工具[ 8 ]。
大多数便携式系统报告使用电化学检测[1-5, 7]。
电化学检测灵敏度和选择性可以和光谱检测方法相比[ 9 ]。此外,电化学检测,特别是安培,具有简单,更小的尺寸和更低的成本等重要的优势。在安培法里,一个潜在的应用是由一个恒电位电化学细胞造成氧化还原(还原)的反应--电化学活性分子在电极。氧化还原反应产生可衡量的电流跟电化学活性分子的浓度成正比。100美元的安培葡萄糖传感器的广泛使用表明了设置的简单实用。顺便说一句,葡萄糖传感器是使用最广泛的微型试验系统。它的成功是由于传感器体积小,价格低廉,稳定,易于使用和易于产生[ 10 ]。
传统的恒电位仪是专为研究而设计,能够执行许多不同类型的复杂的电化学分析。因为它们通常很笨重,因此微流控技术不适合应用于小型液体检测。一些公司已设计和制造出微型单芯片稳压器从可集成硅中[11
–13]。这种方法的优点是,恒电位仪可以做得非常小,达到毫米的要求,并能够按照目前的规模和频率为特定的实验要求专门定制制造。专门应用如体内神经递质的监测,这些集成稳压器可能是最好的选择[ 14 ]。然而,这种方法的安装和制造成本对于大众市场分析设备的生产来说过于昂贵。利用现有的集成电路(IC)如运算放大器,微控制器和系统级芯片组件是最不昂贵的方式,以最低的成本实现仪器的小型化[ 15 , 16 ]。这些组件已被优化用于微电子应用和制造,在许多不同的配置,一些研究发现,合适的可以满足实验要求。结合微电极,设备的精度和灵敏度可实现跟传统的台式电化学分析仪比较[ 16 , 17 ]。
大多数便携式电池供电设备的主要要求是能耗低,成本低、体积小[ 18 ]。考虑到这些和其他商务因素如生命周期长、生产简单,我们设计了一个强大的定制微控制器的小型电化学检测系统(miniec)。像其他的生物传感系统,如葡萄糖传感器,该miniec有两个部分。它包括一个一次性的微流体墨盒包装的安培传感器和一个由嵌入式系统供电的传感器和测量,显示和存储传感器的结果。本文致力于嵌入式系统的设计并讨论了各种设计的合理性。
2 硬件设计
传感器
这份出版物的传感器是以前在我们的实验室里发现的,由一个交叉微电极阵列(IDUA)传感器嵌入在微通道组成[19,20]。一个艾杜糖醛酸的一对由微电极阵列网格相互。每个阵列包含420个微电极。,1000微米长,。
在电流设置,IDUA可作为一个电极系统,由于一个小的压降,提高了信号的信噪比,由于小尺寸和扩散模式,跟其他地方描述的一样非常适合氧化还原循环反应[19]。
微