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2018年01月04日 | 用MEMS芯片找到控制心脏病的方法

2018-01-04 来源:电子产品世界

  EETimes佛罗里达州报道,对于研究心血管疾病的成因和预防方法,未来将不仅局限于解剖大鼠或培养皿中培养心脏细胞。在新加坡南洋理工大学,医学研究人员正尝试利用一款新开发的微机电系统(MEMS)微流控芯片,来实现这一目标。下面就随嵌入式小编一起来了解一下相关内容吧。

  该芯片模拟了当脂肪和胆固醇积聚在内部动脉壁斑块上时,动脉中的精确血流情况。在活组织中,由此产生的动脉粥样硬化会(atherosclerosis)限制血液流动,并可能导致心脏病发作。这款芯片最牛的地方是,能够模拟心脏血管细胞的炎症反应,这种反应能够切断血液供应。如果这些反应能被抑制,那么心脏病就不会发生。

  在实验中,研究人员首先使用人造血液来完善通过微流体“血管”的流动通道,然后使用真实血液模拟需要消除的炎症反应,以防止心脏病发作。因为在芯片上可以密切观察到血管内壁细胞的反应,所以研究小组声称他们的动脉粥样硬化建模方法,远远优于使用培养细胞或实验室动物模拟条件的方法。

  该小组希望学习如何通过多种手段来调节血管收缩,以防止或至少减轻心脏病发作。到目前为止,研究人员的精力已经集中在心脏血流的整体生物力学上,并精确地模拟了心脏血管的形状和几何结构,以查明血管收缩原因。

  这个仅方寸之间的芯片拥有两个堆叠的腔室,通过柔性聚合物膜隔开,以模拟导致心脏病发作的条件。底部腔室包含压缩空气,顶部腔室包含血液(或血样测试流体)。为了准确地模拟一颗真实的心脏,研究人员从冠状静脉培养内皮细胞(endothelial cells ),使其充满流体填充室。该系统通过将空气泵送到柔性充气室中来操作,从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流。

  

 用MEMS芯片找到控制心脏病的方法

  在芯片上实现动脉粥样硬化的模拟,并在心脏病发作前评估血管的狭窄和血液的健康状况

  研究人员发现,随着血管堵塞情况的加剧,内皮细胞释放出一种导致动脉粥样硬化的蛋白质。当使用真实血液模拟时,免疫细胞的积聚则更快发展成动脉堵塞斑块的脂质。

  据芯片研发负责人韩伟厚(音译)介绍,该芯片在模仿这些众所周知的心脏病前兆的准确性,使其成为测试新疗法的理想装置。

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对于单级PFC电路,网友可能还会有多种问题,以下是一些常见问题及其回答:

一、技术原理与特性

  1. 单级PFC电路的基本工作原理是什么?
    • 回答:单级PFC电路通过共用一个开关管和一套PWM控制电路,同时实现功率因数校正(PFC)和对输出电压的调节。它通常由升压型PFC级和DC-DC变换器组合而成,两部分电路共用一个开关,通过控制开关的通断,电路同时完成对AC输入电流的整形和对输出电压的调节。
  2. 单级PFC电路相比两级PFC电路有哪些优缺点?
    • 回答:优点包括电路结构简单、成本较低、效率较高(在某些设计下)。缺点则在于PFC和对输入电流谐波抑制的效果可能不如两级PFC电路,且在某些应用中可能面临安规问题。

二、设计与应用

  1. 如何设计单级PFC电路以满足特定的功率因数要求?
    • 回答:设计单级PFC电路以满足特定功率因数要求时,需要考虑电感的选择、开关管的选型、控制电路的设计以及反馈机制等因素。通过精确控制开关管的通断时间和占空比,可以实现对输入电流的整形,从而改善功率因数。此外,还可以采用有源钳位和软开关技术来进一步提高效率并降低开关损耗。
  2. 单级PFC电路在哪些应用场景中较为常见?
    • 回答:单级PFC电路因其结构简单、成本较低而广泛应用于各种需要功率因数校正的电子设备中,如LED驱动电源、电源适配器、开关电源等。特别是在对成本有一定要求的场合,单级PFC电路更具竞争力。

三、故障与调试

  1. 单级PFC电路在调试过程中可能会遇到哪些常见问题?
    • 回答:在调试单级PFC电路时,可能会遇到次级去电流检测电阻过大、光耦供电电阻过大、比较器电流反馈电容过大等问题。这些问题可能导致PFC电路无法正常工作或性能下降。解决方法包括调整相关电阻和电容的数值、检查电路连接是否正确、更换损坏的元件等。
  2. 如何诊断和解决单级PFC电路中的故障?
    • 回答:诊断和解决单级PFC电路中的故障时,首先需要检查电路中的保险丝是否熔断、MOS管是否损坏或过热、反馈控制元件是否失效以及负载是否存在故障等。通过逐一排查这些可能的问题点,可以定位故障原因并采取相应的修复措施。在检修过程中,需要注意安全操作规范,避免触碰高压部位并断开电源。

四、性能优化

  1. 如何优化单级PFC电路的性能?
    • 回答:优化单级PFC电路的性能可以从多个方面入手,包括优化电感的设计以减小损耗、选择合适的开关管和二极管以降低导通压降和反向恢复时间、改进控制算法以提高控制精度和响应速度等。此外,还可以采用有源钳位和软开关技术来进一步降低开关损耗并提高整体效率。
  2. 单级PFC电路的效率如何提升?
    • 回答:提升单级PFC电路的效率可以通过多种方法实现,包括优化电路拓扑结构、选用高效率的开关管和二极管、降低电路中的寄生参数和损耗、采用先进的控制算法等。此外,合理设计散热系统以确保开关管和其他关键元件在正常工作温度下运行也是提高效率的重要手段之一。
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