Summary

Тепловые методы измерения в аналитической микрофлюидных устройств

Published: June 03, 2015
doi:

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

Три различных микро-масштабе методы измерения тепловых представлены в этой статье. Три различные конфигурации устройств микрожидкостных используются для обнаружения тепловой частиц (ТПД), тепловой характеристике (теплопроводность и теплоемкость), и калориметрического обнаружения химических реакций и взаимодействий.

Обнаружение Тепловая частиц

Обнаружение и подсчет частиц в микрофлюидных устройств широко используется для экологических, промышленных и биологических приложений 1. TPD является одним из новых приложений тепловых измерений в микрожидкостных устройств 2. Использование теплопередачу для обнаружения и подсчета частиц на основе размера частиц уменьшает сложность, стоимость и размер системы. В других методов, сложных или комплексных оптики электрических измерений и современное программное обеспечение обработки сигналов используются для детектирования частиц.

Тепловая Чараcterization жидких веществ с помощью Micro-калориметр

Жидкость образец тепловой характеристика Второе применение теплового измерения в микрофлюидных устройств. Выполнение микро-масштабе калориметрии снизит потребление образец и увеличить точность, предлагая более высокую повторяемость по сравнению с обычными методами, сыпучих калориметрии. Процедуры для теплопроводности и удельной тепловой измерения с использованием микро-калориметр устройство на чипе представлены в другом месте 3. Подробная информация о технике времени проникновения тепла для измерения теплопроводности и термического анализа волны (TWA) для измерений теплоемкости в микрофлюидных устройств описаны в разделе протокола.

Калориметрическое Био-химического обнаружения в бумажной Микрожидкостных Устройство

Другое применение теплового измерения биохимические обнаружение в бумажных микрофлюидики. Капиллярное действие впористая структура из бумаги несет жидкость и позволяет избежать проблем пузырь инициации в микро-каналов. Наиболее распространенные механизмы обнаружения в бумажных микрофлюидных устройств оптических или электрохимических методов. Оптическое детектирование страдает от высокой сложности и необходимость современного программного обеспечения для обработки изображений для квантования обнаруженный сигнал. Электрохимические обнаружений также ограничены, так как они могут быть применены только к реакциям, которые производят активные побочных продуктов. Недавно представила Калориметрический бумажной основе биохимического датчика платформа 4 использует бумажной основе микрофлюидного системы и механизма термического обнаружения этикеток бесплатно. Процедуры калориметрического выявления глюкозы с использованием оксидазы глюкозы (Бога) фермент в бумажной микрофлюидного платформы представлены в разделе протокола.

Целью данной работы является демонстрация возможности методов измерения тепловых в микрофлюидных устройств. Препараты устройствон, детектор обращение и термостойкость жидкий образец (RTD), возбуждение датчика и измерение представлены в следующих разделах.

Protocol

1. Тепловая обнаружения частиц (ТПР) Подготовка микро-изготовлены кремния устройства с тонкопленочной мембраны из нитрида кремния и встроенным датчиком температуры по микрообработке, используя стандартные технологии полупроводников 2 обработки. Промойте изготовленный ус…

Representative Results

Рисунок 3 показывает график измеренной тепловой сигнал. Сформированные сигналы в присутствии шариков с соответствующими оптических изображений показывают успешное обнаружение микросфер ПС бусин в микро-канал. Теплопроводность жидкости, проходящей через микро-канал меняет?…

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…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Частичное финансовая поддержка для этой работы была предоставлена ​​Национальным научным фондом США через кооперативного исследовательского центра промышленность / университет по водным оборудования и Политика расположенный в Университете Висконсин-Милуоки (МИП-0968887) и Университета Маркетт (МИП-0968844). Мы благодарим Гленна М. Уокер, Woo-Jin Chang и Шанкар Радхакришнан за полезные обсуждения.

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

Referenzen

  1. Zhang, H., Chon, C., Pan, X., Li, D. Methods for counting particles in microfluidic applications. Microfluid Nanofluid. 7 (6), 739-749 (2009).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Davaji, B., Lee, C. H. A paper-based calorimetric microfluidics platform for bio-chemical sensing. Biosens. Bioelectron. 59, 120-126 (2014).
  5. Liu, J., et al. Process research of high aspect ratio microstructure using SU-8 resist. Microsystem Technologies. 10, 265-268 (2004).
  6. Dusen, M. S. V. Platinum-resistance thermometry at low temperatures. J. Am. Chem. Soc. 47 (2), 326-332 (1925).
  7. Arpaci, V. S. . Conduction Heat Transfer. , (1966).
  8. 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).
  9. Kilo, C., et al. Evaluation of a New Blood Glucose Monitoring System with Auto-Calibration. Diabetes Technol. Ther. 7 (2), 283-294 (2005).
  10. Scheper, T. . Thermal Biosensors Bioactivity Bioaffinity (Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology). , (1999).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Davaji, B., Lee, C. H. Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (100), e52828, doi:10.3791/52828 (2015).

View Video