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细胞电穿孔仪的研制

作　者: 刘群
导　师: 张凯
学　校: 扬州大学
专　业: 生物物理学
关键词: 细胞电穿孔细胞电融合 FPGA Nios Ⅱ 功率场效应管
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

细胞融合技术广泛的应用于遗传学、细胞学、病毒学、免疫学等多种学科的研究工作之中,并日益成为生物医药研发工作中的一种重要技术手段。在目前的多种融合技术中,电穿孔融合技术是最具有市场应用前景的一种。本论文根据以往细胞电融合实验的经验,和生物物理学理论上的支持,结合最新电子技术的发展,制定了仪器整体的设计方案。在仪器的设计中,通过对以单片机为核心与以可编程逻辑器件(FPGA)为核心的脉冲控制单元进行设计、测试和比较,确立了以FPGA为核心的脉冲控制单元的设计方案,其中对FPGA的设计过程中加入了以Nios Ⅱ软核为核心的SOPC系统的设计。同时对以光电耦合器和铁氧体变压器为主的电气隔离设备与POWER MOSFET的驱动设备进行设计、测试和比较,确立了以光电耦合器为电气隔离设备的POWER MOSFET的驱动设计为仪器的脉冲信号传输和放大的电路。由于仪器涉及到高压部分,为了仪器操作者的安全,在仪器中加入了安全模块的设计。同时为了仪器的正常运转,还增加了电源模块的设计。最后经过测试和验证,仪器可实现脉宽在1到300μS的脉冲精确输出,误差范围控制在0.15μS范围,并可实现312V高压脉冲的输出,满足仪器最初的设计要求,并符合生物物理理论上的要求。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-4
目录  4-6
第一章绪论  6-11
  1.1 细胞融合的概念  6
  1.2 细胞融合的意义  6-7
  1.3 细胞融合的方法  7-9
    1.3.1 细胞融合研究进展  7
    1.3.2 细胞融合技术  7-9
  1.4 本文的主要工作及创新点  9-11
第二章细胞电融合的原理及其实现方法  11-15
  2.1 细胞电融合的原理  11-12
  2.2 细胞电穿孔仪的整体实现方案  12-15
第三章高压驱动部分电路的设计  15-36
  3.1 变压器隔离电路的设计  15-22
    3.1.1 变压器的设计  15-18
    3.1.2 变压器性能的测试  18-20
    3.1.3 变压器在应用电路下的测试  20-22
  3.2 光电耦合器隔离电路的设计  22-25
    3.2.1 光电耦合器的介绍  22-23
    3.2.2 6N137实现的电气隔离设计  23-25
  3.3 POWER MOSFET的驱动电路  25-33
    3.3.1 POWER MOSFET的介绍  25-28
    3.3.2 POWER MOSFET的驱动设计方案一  28-30
    3.3.3 POWER MOSFET的驱动设计方案二  30-33
  3.4 电源的设计  33-34
    3.4.1 驱动电路电源的设计  33-34
    3.4.2 312V直流电源的设计  34
  3.5 安全模块的设计  34-36
第四章脉冲控制单元的设计  36-69
  4.1 脉冲控制单元的功能介绍  36-37
  4.2 基于单片机的脉冲控制单元设计  37-44
    4.2.1 单片机的选型  37
    4.2.2 基于单片机脉冲控制单元的设计方案  37-38
    4.2.3 单片机系统硬件设计  38-39
    4.2.4 单片机系统软件设计  39-43
    4.2.5 单片机系统脉冲的输出结果  43-44
  4.3 基于可编程逻辑器件的脉冲控制单元设计  44-69
    4.3.1 可编程逻辑器件的介绍  44
    4.3.2 FPGA核心板的介绍  44-45
    4.3.3 基于FPGA核心板的脉冲控制单元的结构  45-47
    4.3.4 pulse模块设计  47-54
      4.3.4.1 pulse模块的实现  47-52
      4.3.4.2 高脉冲精度的实现  52-54
    4.3.5 SOPC系统的设计  54-58
    4.3.6 PLL模块的实现  58-59
    4.3.7 NiosⅡ软核的程序设计  59-64
    4.3.8 FPGA核心板相关硬件的原理图和引脚配置说明  64-67
    4.3.9 基于可编程逻辑器件的脉冲控制单元的脉冲输出结果  67-69
第五章细胞电穿孔仪的整体测试与结果分析  69-75
  5.1 控制系统对由内部供电电源供电的光偶隔离驱动电路的控制效果测试  69-71
  5.2 细胞电穿孔仪整体电路的测试与结果分析  71-73
  5.3 总结和展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  80-81

细胞电穿孔仪的研制

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