تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك
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
يتم عرض ثلاث تقنيات القياس الحرارية الصغيرة الحجم مختلفة في هذه المقالة. وتستخدم تكوينات مختلفة ثلاثة من الأجهزة ميكروفلويديك للكشف الحراري الجسيمات (طن يوميا)، وتوصيف الحراري (التوصيل الحراري والحرارة النوعية)، والكشف عن المسعر من التفاعلات الكيميائية والتفاعلات.
الحراري كشف الجسيمات
ويستخدم على نطاق واسع كشف والعد الجسيمات في أجهزة ميكروفلويديك في التطبيقات البيئية والصناعية والبيولوجية 1. TPD هي واحدة من تطبيقات جديدة من القياسات الحرارية في أجهزة ميكروفلويديك 2. عن طريق نقل الحرارة للكشف عن والعد الجسيمات على أساس حجم الجسيمات يقلل من التعقيد والتكلفة وحجم النظام. في أساليب أخرى، والبصريات المعقدة أو مقاييس الكهربائية المعقدة والمتقدمة برامج معالجة إشارة تستخدم للكشف عن الجسيمات.
شارا الحراريcterization من المواد السائلة عن طريق مايكرو قياس السعرات الحرارية
توصيف الحرارية عينة السائل هو التطبيق الثاني من القياس الحراري في أجهزة ميكروفلويديك. سوف يؤدون الصغيرة الحجم الكالوري تقليل استهلاك عينة وزيادة الدقة من خلال تقديم أعلى التكرار بالمقارنة مع التقليدية وأساليب الكالوري السائبة. وتعرض إجراءات التوصيل الحراري وقياس الحرارة معين باستخدام الجهاز الصغير المسعر على رقاقة في أي مكان آخر 3. ووصف تفاصيل تقنية الوقت اختراق الحرارة لقياس الموصلية الحرارية وتحليل الموجة الحرارية (TWA) لقياس الحرارة النوعية في أجهزة ميكروفلويديك في قسم البروتوكول.
المسعرية الحيوية الكيميائية كشف في ورقة القائم على جهاز ميكروفلويديك
تطبيق آخر لقياس الحراري هو الكشف عن والكيمياء الحيوية في microfluidics الورقية. عمل شعري فيبنية مسامية من الورق يحمل السائل والابتعاد عن مشاكل بدء فقاعة في القنوات الصغيرة. آليات الكشف الأكثر شيوعا في أجهزة الورقية ميكروفلويديك هي التقنيات البصرية أو كهروكيميائية. كشف بصري يعاني من التعقيد وضرورة متقدمة برامج معالجة الصور لتكمم إشارة الكشف عنها. تقتصر المكتشفة الكهروكيميائية أيضا لأنها لا يمكن تطبيقها على ردود الفعل التي تنتج مشتقات نشطة. أدخلت مؤخرا الورقية المسعرية استشعار الكيمياء الحيوية منصة 4 يستفيد من نظام ميكروفلويديك الورقية وآلية الكشف الحرارية خالية من التسمية. وتعرض إجراءات الكشف عن المسعر من الجلوكوز باستخدام أوكسيديز الجلوكوز (GOD) انزيم في منصة الورقية ميكروفلويديك في قسم البروتوكول.
الهدف من هذه الورقة هو للتدليل على قدرات تقنيات القياس الحرارية في أجهزة ميكروفلويديك. ومحضرات الجهازن، يتم عرض عينة السائل كشف المناولة ومقاومة درجات الحرارة (RTD) الإثارة أجهزة الاستشعار والقياس في المقاطع التالية.
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
وقدم الدعم المالي الجزئي لهذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأميركية من خلال مركز البحوث التعاونية الصناعة / جامعة على معدات المياه والسياسات التي تقع في جامعة ويسكونسن ميلووكي (IIP-0968887) وجامعة ماركيت (IIP-0968844). نشكر غلين م. ووكر، وو جين تشانغ وشانكار راداكريشنان لإجراء مناقشات مفيدة.
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).
