Techniques de mesure thermiques dans les dispositifs microfluidiques analytiques
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
Trois techniques différentes de mesure thermiques à micro-échelle sont présentés dans cet article. Les trois configurations différentes de dispositifs microfluidiques sont utilisés pour la détection thermique des particules (TPD), la caractérisation thermique (conductivité thermique et la chaleur spécifique), et détection colorimétrique des réactions chimiques et des interactions.
Détection de particules thermique
Détection et le comptage des particules dans des dispositifs microfluidiques est largement utilisé pour des applications environnementales, industrielles et biologiques 1. DPT est l'une des nouvelles applications de mesures thermiques dans des dispositifs microfluidiques 2. Utilisation de transfert de chaleur pour la détection et le comptage des particules en fonction de la taille des particules réduit la complexité, le coût et la taille du système. Dans d'autres procédés, l'optique complexes ou des mesures électriques complexes et logiciel avancé de traitement de signal sont utilisés pour détecter des particules.
Chara thermiquecterization de substances liquides utilisant des micro-calorimètre
Caractérisation thermique échantillon liquide est la deuxième application de la mesure thermique dans des dispositifs microfluidiques. Exécution calorimétrie à micro-échelle permettra de réduire la consommation de l'échantillon et augmenter la précision en offrant une répétabilité élevée par rapport à des méthodes classiques de calorimétrie vrac. Les procédures pour la conductivité thermique et mesure de la chaleur spécifique en utilisant le dispositif de micro-calorimètre sur puce sont présentées ailleurs 3. Les détails de la technique de temps de pénétration de la chaleur pour la mesure de la conductivité thermique et l'analyse de l'onde thermique (TWA) pour des mesures spécifiques de chaleur dans des dispositifs microfluidiques sont décrits dans la partie protocole.
Dispositif microfluidique calorimétrique Bio-chimique de détection dans Paper-Based
Une autre application de mesure thermique est la détection biochimique en microfluidique à base de papier. L'action capillaire dans lestructure poreuse de papier porte le liquide et évite bulles problèmes d'initiation dans des micro-canaux. Les mécanismes de détection les plus communs dans les dispositifs microfluidiques sur support papier sont des techniques optiques ou électrochimiques. La détection optique souffre d'une grande complexité et de la nécessité de logiciels avancés de traitement d'image à quantifier le signal détecté. Détections électrochimiques sont également limitées car ils ne peuvent être appliquées à des réactions qui produisent des sous-produits actifs. La plate-forme de capteur calorimétrique biochimique à base de papier récemment introduit quatre tire parti du système microfluidique à base de papier et le mécanisme de détection thermique sans étiquette. Les procédures de détection colorimétrique du glucose utilisant la glucose oxydase (GOD) enzyme dans une plate-forme microfluidique à base de papier sont présentés dans la section de protocole.
Le but de cet article est de démontrer les capacités de techniques de mesure thermiques dans des dispositifs microfluidiques. Le dispositif PRÉPARATIOn, échantillon liquide détecteur manipulation et la résistance température (RTD) excitation du capteur et la mesure sont présentés dans les sections suivantes.
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
Un soutien financier partiel pour ce travail a été fourni par la National Science Foundation des États-Unis à travers le Centre de recherche coopérative de l'industrie / université sur les équipements et Politique situé à l'Université de Wisconsin-Milwaukee (PII-0968887) et de l'Université Marquette (PII-0968844) eau. Nous remercions M. Glenn Walker, Woo-Jin Chang et Shankar Radhakrishnan pour des discussions utiles.
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
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