Termiske Måleteknikk i Analytiske microfluidic enheter

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

Tre forskjellige mikro-skala termiske måleteknikker er presentert i denne artikkelen. De tre forskjellige konfigurasjoner av microfluidic enheter brukes for termisk partikkeldeteksjon (TPD), termisk karakteristikk (termisk ledningsevne og spesifikk varme) og kalorimetrisk deteksjon av kjemiske reaksjoner og interaksjoner.

Termisk Particle Detection

Oppdage og telle partikler i microfluidic enheter er mye brukt for miljø, industrielle og biologiske anvendelser ^1. TPD er en av de nye anvendelser av termiske målinger i microfluidic enheter ^2. Ved hjelp av varmeoverføring for detektering og telling av partikler basert på partikkelstørrelsen reduserer kompleksiteten, omkostningene og størrelsen av systemet. I andre fremgangsmåter, komplekse optikk eller komplekse elektriske målinger og avansert signalbehandling programvare blir brukt til å detektere partikler.

Termisk Characterization av flytende stoffer ved hjelp av mikro-Calorimeter

Væskeprøve termisk karakterisering er den andre anvendelsen av termisk måling i microfluidic enheter. Utføre mikro-skala-kalorimetri vil redusere prøven forbruket og øke presisjonen ved å tilby bedre repeterbarhet, sammenlignet med konvensjonelle metoder, bulk kalorimetri. Prosedyrene for varmeledningsevne og spesifikk varmemåling ved hjelp av on-chip mikro-kalori enhet presenteres andre steder ^3. Detaljene i varmepenetreringstiden teknikk for måling av varmeledningsevnen og den termiske bølge analyse (TWA) for spesifikke varme målinger i microfluidic anordninger er beskrevet i protokollen delen.

Kalori Bio-Chemical Detection i papirbasert mikrofluid Device

En annen anvendelse av termisk måling er biokjemisk deteksjon i papirbaserte MicroFluidics. Den kapillærvirkning iporøs struktur av papir bærer væsken og unngår boble initiering problemer med mikrokanaler. De vanligste gjenkjenning i papirbaserte microfluidic enheter er optiske eller elektrokjemiske teknikker. Optisk deteksjon lider av høy kompleksitet og nødvendigheten av avansert bildebehandlingsprogram for å kvantisere det detekterte signal. Elektro påvisninger er også begrenset fordi de kan bare brukes på reaksjoner som produserer aktive biprodukter. Den nylig introduserte kaloripapirbasert biokjemisk sensor plattform ^fire utnyttet papirbaserte mikrofluidsystem og etiketten frie termisk deteksjon mekanisme. Fremgangsmåtene i kalorimetrisk påvisning av glukose ved bruk av glukoseoksidase (GOD) enzymet i en papirbasert mikrofluid plattform er presentert i protokollen delen.

Målet med denne artikkelen er å vise mulighetene termiske måleteknikker i microfluidic enheter. Enheten agingn, er væskeprøvehåndtering og motstand temperatur detektor (RTD) sensor eksitasjon og måling presentert i de neste avsnittene.

Protocol

1. Termisk Particle Detection (TPD) Forbered mikro-fabrikkert silisium enhet med en tynn-film siliciumnitrid membran og integrert temperatursensor ved mikromaskinering, med standard halvlederteknologi 2. Skyll fremstille anordningen med deionisert (DI) vann. Merk: fabrikasjon metode for termisk partikkeldetektor microfluidic enheten er forklart i tidligere publikasjon to. Å produsere polydimethylsiloxane (PDMS) substrater med mikro-kanaler, opprette en SU8 mold ved hjel…

Representative Results

Figur 3 viser en plotting av målte termiske signal. De genererte signalene i nærvær av kulene med tilsvarende optiske bilder som viser vellykket påvisning av mikrosfæren PS perler i mikrokanalen. Den termiske ledningsevnen til væsken som passerer gjennom mikrokanalen endrer seg på grunn av tilstedeværelsen av PS kuler. Denne endringen i varmeledningsevnen for kanalen påvirker varmeoverføring i mikrokanalen. Endringen i varmeoverføringen i mikro-kanalen blir detektert av RTD i form av motstand…

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…

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