Analitik mikroakışkan Cihazlar Termal Ölçme Teknikleri
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
Üç farklı mikro ölçekli ısı ölçüm teknikleri bu makalede sunulmuştur. mikroakışkan cihazlar üç farklı konfigürasyonu ısı parçacık algılama (TPD), ısı karakterizasyon (termal iletkenlik ve özgül ısı) ve kimyasal reaksiyonlar ve etkileşimleri kolorimetrik tespiti için kullanılır.
Termal Parçacık Algılama
Tespit etmek ve mikroakışkan cihazlar parçacıkların sayımı yaygın çevresel sanayi ve biyolojik uygulamalar 1 kullanılır. TPD mikroakışkan cihazlar 2 termik ölçümlerin yeni uygulamalardan biridir. Tespit ve partikül büyüklüğüne göre partiküllerin sayılması için ısı transferini kullanarak sistemin karmaşıklığı, maliyet ve büyüklüğünü azaltır. Diğer yöntemler, karmaşık optik veya kompleks elektrik ölçümler ve gelişmiş sinyal işleme yazılımında parçacıkların saptanması için kullanılır.
Termal CharaMikro-kalorimetre kullanarak sıvı maddelerin cterization
Sıvı örnek termal karakterizasyonu mikroakışkan cihazlarda ısı ölçüm ikinci uygulamasıdır. Mikro ölçekli kalorimetre Sahne örnek tüketimini azaltmak ve konvansiyonel dökme kalorimetre yöntemlerine göre daha yüksek tekrarlanabilirlik sunarak hassasiyetini artırır. çip üzerinde mikro kalorimetre cihazı kullanılarak ısı iletkenliği ve özgül ısı ölçümü için prosedürler başka 3 sunulmaktadır. ısıl iletkenlik ölçümü için ısı penetrasyon süresi tekniği ve mikroakışkan cihazlarda özgül ısı ölçümleri için termal dalga analizi (TWA) detayları protokol bölümünde açıklanmıştır.
Kalorimetrik Bio-Kimyasal Algılama Kağıt Tabanlı mikroakışkan Aygıt
Termal ölçüm başka bir uygulama kağıt tabanlı Mikroakiskan biyokimyasal algılama olduğunu. kılcal eylemiKağıdın gözenekli yapısı sıvıyı taşıyan ve mikro kanallarda kabarcık başlatma sorunlarını önler. kağıt tabanlı mikroakışkan cihazlarda en yaygın algılama mekanizmaları, optik veya elektrokimyasal teknikler bulunmaktadır. Optik algılama yüksek karmaşıklık muzdarip ve gelişmiş görüntü işleme yazılımı gerekliliği tespit sinyalini nicemlemek için. Sadece, aktif yan ürünler üreten reaksiyonları uygulanabilir, çünkü elektrokimyasal bulgulama da sınırlıdır. Son zamanlarda tanıtılan Kalorimetre kağıt tabanlı biyokimyasal sensör platformu 4 kağıt tabanlı mikroakışkan sistemi ve etiket içermeyen termal algılama mekanizmasının yararlanır. Bir kağıt tabanlı mikroakışkan platformda glikoz oksidaz (GOD) enzimini kullanarak, glikoz kolorimetrik tespit prosedürleri protokolü bölümünde sunulmaktadır.
Bu yazının amacı, mikroakışkan cihazlarda ısı ölçüm teknikleri yeteneklerini göstermek için. Cihaz ilaçlan, sıvı numune alma ve direnç sıcaklık dedektörü (RTD) sensör uyarma ve ölçüm sonraki bölümlerde sunulmuştur.
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
Bu iş için kısmi maddi destek Su Ekipmanları & Wisconsin-Milwaukee (IIP-0968887) ve Marquette Üniversitesi (IIP-0968844) Üniversitesi'nde bulunan Politikası Sanayi / Üniversite Kooperatif Araştırma Merkezi aracılığıyla ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından sağlandı. Biz yararlı tartışmalar için Glenn M. Walker, Woo-Jin Chang ve Shankar Radhakrishnan teşekkür ederiz.
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).
