Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку с ростом общей концентрации и величины токов возрастает и
уровень шума, воспроизводимость величины Д1/ДС для первой добавки
стандартного раствора лучше, чем для последующих: например, для первых
восьми добавок стандартных растворов глюкозы CV = 2,0%, тогда как для
последующих семи добавок CV = 10,9% (рис. 35.4, б, стационарный сигнал,
расчет на калькуляторе). Таким образом, при использовании ферментного
сенсора в ячейке с перемешиванием, в которую вводят как стандартный, так
и исследуемый растворы, для поддержания воспроизводимости на должном
уровне необходимо менять буферный раствор и промывать сенсор достаточно
часто.
Описанная установка дает возможность оценивать аналитические
характеристики стационарных сигналов, но не позволяет обрабатывать
нестационарные значения сигналов и хранить в памяти кривые отклика
сенсора целиком для последующего более детального изучения. Поэтому мы
разработали более мощный прибор, в котором для хранения и обработки
данных используется микрокомпьютер.
35.4. Использование микрокомпьютера для автоматизации ферментных
глюкозных электродов
35.4.1. Разработка автоматизированного устройства для оценки
параметров ферментного электрода
Персональные микрокомпьютеры имеют значительно большие возможности для
хранения и обработки данных, чем любые настольные калькуляторы. Для
повышения точности преобразования аналогового сигнала в цифровой
описанный выше калькулятор с интерфейсом в виде цифрового милливольтметра
можно заменить на выпускаемый серийно 12-битовый АЦП, связанный с 8-
битовым ЦАП с программируемым смещением (рис. 35.2). Если в предыдущей
установке скорость сбора данных была фиксирована при максимальном
значении, соответствующем частоте 0,5 Гц, то система с микрокомпьютером
обеспечивает более точный и гибкий контроль скорости сбора данных:
последнее достигается с помощью контроллера сбора данных, управляемого
таймерной платой, содержащей три связанных 16-битовых счетчика. Бюретка,
контролируемая платой с TTL-входами и реле, вводит в ячейку заданные
объемы стандартного раствора глюкозы.
Разработанное для данного случая программное обеспечение использует два
входных канала, связанные соответственно с ферментным (ЕД и
компенсирующим (Е2) электродами. Как показано на рис. 35.5, программное
обеспечение, организуемое в единую систему иерархической системой меню,
включает несколько программ с общим файлом параметров. В зависимости от
требуемого для каждой из этих программ быстродействия использовали либо
машинный язык 6502, либо компилируемый Бейсик. Например, в ходе
установочной процедуры диалоговая скомпилированная
36 1145
562
Глава 35
Рис. 35.5. Блок-схема программного обеспечения микрокомпьютера Apple II,
обслуживающего автоматизированные ферментные электроды.
программа на Бейсике обеспечивает сохранение всех экспериментальных
параметров, в частности номеров опытов, диапазонов потенциалов (+20, ±
100, + 1500 или + 2500 мВ); единиц измерения сигнала (нА или мА),
диапазонов изменения значений (например, 200 нА при 5000 мВ), частот
опроса числа вводимых значений (меньше 2000) в виде файла с прямым
доступом.
Программа эксперимента состоит из нескольких взаимосвязанных
скомпилированных программ на Бейсике, при выполнении которых:
1) проводится проверка АЦП на дрейф нулевого уровня;
2) смещение на обоих каналах оптимизируется с тем, чтобы до начала
эксперимента уменьшить фоновые сигналы;
3) готовится экран дисплея высокого разрешения, и оси координат для
графиков размечаются в выбранных пользователем единицах;
4) регистрируются и передаются на хранение в файл параметров дата и время
начала эксперимента;
5) таймер генерирует IRQ-прерывания с заданной частотой;
6) при нажатии соответствующей кнопки инициируется процедура опроса.
Кроме того, имеется несколько программ, написанных на машинном языке,
которые:
1) контролируют сбор данных по обоим каналам;
2) сохраняют в памяти старшие и младшие байты численных значений;
3) выводят на дисплей высокого разрешения точки, соответствующие обоим
каналам.
Процедура сбора данных и вывода кривых на дисплей в режиме реального
времени лимитируется не временем выполнения этих программ, а постоянными
времени АЦП и
Использование микропроцессоров
563
20.О 401
Ij СгхА'З
-16.0 401
-12.0 401
.00.0 400
*
г\
а
25.0 4по"] 12 <пу4> I
опт
10.0 400.
50.0 -01
>'г з < s 6
rt III i.ili II II I I I Mill I II I Ij I II I li I III
Time < min x 10 )
Puc. 35.6. Распечатанная на матричном принтере копия изображения на
дисплее высокого разрешения, полученного в опытах по проверке линейности
отклика проточного глюкозного электрода при высокой концентрации глюкозы:
экспериментальные (а) и расчетные (б) кривые отклика сенсора на
ступенчатое (по 5 мМ) увеличение концентрации глюкозы. Сглаживание
экспериментальных кривых при обработке проводили с помощью цифрового
фильтра с постоянной времени 70 с. GOD-ацетилцеллюлозная мембрана; 37,0 ±
