טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic אנליטי
Summary
Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.
Abstract
Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.
Introduction
שלוש שיטות מדידה שונות מיקרו בקנה מידה תרמית מוצגות במאמר זה. שלוש התצורות שונות של מכשירי microfluidic משמשות לגילוי תרמית חלקיקים (TPD), אפיון תרמי (מוליכות תרמית וחום ספציפי), וזיהוי calorimetric של תגובות ואינטראקציות כימיות.
גילוי חלקיקים תרמי
זיהוי וספירת חלקיקים במכשירי microfluidic הוא בשימוש נרחב עבור יישומים סביבתיים, תעשייתיים, וביולוגיים 1. TPD הוא אחד יישומי הרומן של מדידות תרמית במכשירי microfluidic 2. באמצעות העברת חום לגילוי וספירת חלקיקים המבוססים על גודל החלקיקים מפחית את המורכבות, עלות, וגודלה של המערכת. בשיטות אחרות, אופטיקה המורכבת או מדידות חשמליות מורכבות ותוכנת עיבוד אותות מתקדמת המשמשים לאיתור חלקיקים.
Chara התרמיcterization של חומרים נוזליים באמצעות מיקרו-קלורימטר
אפיון תרמי מדגם נוזלי הוא היישום השני של מדידת תרמית במכשירי microfluidic. ביצוע calorimetry מיקרו בקנה המידה יפחית את צריכת המדגם ולהגדיל את הדיוק על ידי מתן הדירות גבוהות יותר בהשוואה לשיטות קונבנציונליות calorimetry, בתפזורת. הנהלים למוליכות תרמית ומדידת חום סגולי שימוש במכשיר מיקרו-קלורימטר על השבב מוצגים במקום אחר 3. הפרטים של טכניקת חדירת חום למדידת זמן מוליכות תרמית וניתוח הגל התרמי (TWA) למדידות חום ספציפיות במכשירי microfluidic מתוארים בסעיף הפרוטוקול.
מכשיר microfluidic Calorimetric ביו-כימי איתור בנייר מבוסס
יישום נוסף של מדידת תרמית הוא גילוי ביוכימיים במיקרופלואידיקה המבוסס על נייר. פעולת הנימים במבנה נקבובי של נייר נושא את הנוזל וימנע בעיות ייזום בועה במייקרו-ערוצים. מנגנוני זיהוי הנפוצים ביותר במכשירי microfluidic מבוסס נייר טכניקות אופטיות או אלקטרוכימי. זיהוי אופטי סובל ממורכבות גבוהה ושיש הצורך בתוכנת עיבוד תמונה המתקדמת לקוואנטיזציה האות המזוהות. תגליות אלקטרוכימי גם מוגבלות, משום שהם יכולים להיות מיושמים רק לתגובות המייצרות תוצרי לוואי פעילים. הפלטפורמה הציגה לאחרונה calorimetric מבוסס נייר החיישן ביוכימיים 4 מנצלת את מערכת microfluidic מבוסס נייר ומנגנון זיהוי התרמי ללא תווית. הנהלים של זיהוי calorimetric של גלוקוז באמצעות אנזים גלוקוז אוקסידאז (אלוהים) בפלטפורמת מייקרו-נוזלית המבוסס על נייר מוצגים בסעיף הפרוטוקול.
המטרה של מאמר זה היא להדגים את היכולות של טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic. Preparatio המכשירn, מדגם נוזלי גלאי טמפרטורת טיפול והתנגדות עירור חיישן (RTD) ומדידה מוצגים בסעיפים הבאים.
Protocol
Representative Results
Discussion
Different thermal measurement techniques in microfluidic devices and their respective setup procedures are presented in this work. These thermal measurement methods such as thermal conductivity monitoring, thermal penetration time, amplitude of AC thermal fluctuations, and amplitude measurement of the generated heat are used to detect specific substances and investigate different reactions and interactions.
The thermal time constant plays a key role in the aforementioned thermal measurement t…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
תמיכה כספית חלקית עבור עבודה זו סופקה על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב דרך המרכז למחקר השיתופי התעשייה / אוניברסיטה במי ציוד ומדיניות הממוקמת באוניברסיטה ויסקונסין-מילווקי (IIP-0,968,887) ואוניברסיטת מרקט (IIP-0,968,844). אנו מודים גלן מ 'ווקר, וו-ג'ין צ'אנג והנקר Radhakrishnan לדיונים מועילים.
Materials
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| PS beads – 90 um | Corpuscular | 100265 | |
| PS beads – 200 um | Corpuscular | 100271 | |
| Glycerol | SigmaAldrich | G5516 | |
| GOD enzyme | SigmaAldrich | G7141 | |
| Glucose Control Solution-Low | Bayer contour | Low Control | |
| Glucose Control Solution-Normal | Bayer contour | Normal Control | |
| Glucose Control Solution-High | Bayer contour | High Control | |
| Chromatography filter paper | Whatman | 3001-845 | |
| Glass | VWR | 48393-106 | |
| Acrylic Film | Nitto Denko | 5600 | |
| Glass syringe (1 mL) | Hamilton | 1001 | |
| Syringe pump | New Era | NE-500 | |
| knife plotter | Silhouette | portrait | |
| Current Preamplifier | Stanford Research | SR-570 | |
| Ocilloscope | Agilent | DSO 2420A | |
| Signal Generator | HP | HP3324A | |
| Lock-in Amplifire | Stanford Research | SRS-830 | |
| Source/meter 2400 | Keithley | 2400 | |
| Source/meter 2600 | Keithley | 2436A |
References
- Zhang, H., Chon, C., Pan, X., Li, D. Methods for counting particles in microfluidic applications. Microfluid Nanofluid. 7 (6), 739-749 (2009).
- Vutha, A. K., Davaji, B., Lee, C. H., Walker, G. M. A microfluidic device for thermal particle detection. Microfluid Nanofluid. 17 (5), 871-878 (2014).
- Davaji, B., Bak, H. J., Chang, W. J., Lee, C. H. A Novel On-chip Three-dimensional Micromachined Calorimeter with Fully Enclosed and Suspended Thin-film Chamber for Thermal Characterization of Liquid Samples. Biomicrofluidics. 8 (3), 034101-034113 (2014).
- Davaji, B., Lee, C. H. A paper-based calorimetric microfluidics platform for bio-chemical sensing. Biosens. Bioelectron. 59, 120-126 (2014).
- Liu, J., et al. Process research of high aspect ratio microstructure using SU-8 resist. Microsystem Technologies. 10, 265-268 (2004).
- Dusen, M. S. V. Platinum-resistance thermometry at low temperatures. J. Am. Chem. Soc. 47 (2), 326-332 (1925).
- Arpaci, V. S. . Conduction Heat Transfer. , (1966).
- Garden, J. L., Chteau, E., Chaussy, J. Highly sensitive ac nanocalorimeter for microliter-scale liquids or biological samples. Appl. Phys. Lett. 84, 3597-3599 (2004).
- Kilo, C., et al. Evaluation of a New Blood Glucose Monitoring System with Auto-Calibration. Diabetes Technol. Ther. 7 (2), 283-294 (2005).
- Scheper, T. . Thermal Biosensors Bioactivity Bioaffinity (Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology). , (1999).
