विश्लेषणात्मक microfluidic उपकरणों में थर्मल मापन तकनीक

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

तीन अलग अलग सूक्ष्म पैमाने पर थर्मल माप तकनीक इस लेख में प्रस्तुत कर रहे हैं। microfluidic उपकरणों के तीन अलग अलग विन्यास थर्मल कण का पता लगाने (टीपीडी), थर्मल लक्षण वर्णन (थर्मल चालकता और विशिष्ट गर्मी), और रासायनिक प्रतिक्रियाओं और बातचीत के उष्मापन का पता लगाने के लिए किया जाता है।

थर्मल कण का पता लगाने

का पता लगाने और microfluidic उपकरणों में कणों की गिनती व्यापक रूप से, पर्यावरण, औद्योगिक और जैविक अनुप्रयोगों ¹ के लिए प्रयोग किया जाता है। टीपीडी microfluidic उपकरणों ² में थर्मल माप के उपन्यास अनुप्रयोगों में से एक है। का पता लगाने और कण आकार के आधार पर कणों की गिनती के लिए गर्मी हस्तांतरण का उपयोग कर प्रणाली की जटिलता, लागत, और आकार कम कर देता है। अन्य विधियों, जटिल प्रकाशिकी या जटिल बिजली के माप और उन्नत सिग्नल प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर में कणों का पता लगाने के लिए किया जाता है।

थर्मल चारामाइक्रो-कैलोरीमीटर का प्रयोग तरल पदार्थ की cterization

तरल नमूना थर्मल लक्षण वर्णन microfluidic उपकरणों में थर्मल माप की दूसरी आवेदन है। सूक्ष्म पैमाने उष्मामिति प्रदर्शन नमूना खपत को कम करने और पारंपरिक, थोक उष्मामिति तरीकों की तुलना में अधिक है, repeatability की पेशकश के द्वारा परिशुद्धता में वृद्धि होगी। पर चिप माइक्रो कैलोरीमीटर डिवाइस का उपयोग तापीय चालकता और विशिष्ट गर्मी माप के लिए प्रक्रियाओं कहीं और ³ प्रस्तुत कर रहे हैं। थर्मल चालकता माप के लिए गर्मी पैठ समय तकनीक और microfluidic उपकरणों में विशिष्ट गर्मी मापन के लिए थर्मल लहर विश्लेषण (TWA) के विवरण प्रोटोकॉल अनुभाग में वर्णित हैं।

उष्मापन जैव रासायनिक में पता लगाने कागज आधारित microfluidic युक्ति

थर्मल माप का एक अन्य आवेदन कागज आधारित microfluidics में जैव रासायनिक पता लगाना है। में केशिका क्रियाकागज के झरझरा संरचना तरल किया जाता है और सूक्ष्म चैनलों में बुलबुला दीक्षा समस्याओं से बचा जाता है। कागज आधारित microfluidic उपकरणों में सबसे आम पता लगाने तंत्र ऑप्टिकल या विद्युत तकनीकों हैं। ऑप्टिकल पहचान उच्च जटिलता से ग्रस्त है और उन्नत इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर की आवश्यकता का पता चला संकेत quantize करने के लिए। वे केवल सक्रिय उपोत्पाद है कि उत्पादन प्रतिक्रियाओं के लिए लागू किया जा सकता है, क्योंकि विद्युत पता लगाने को भी सीमित कर रहे हैं। हाल ही में शुरू उष्मापन कागज आधारित जैव रासायनिक सेंसर मंच ⁴ कागज आधारित microfluidic प्रणाली और लेबल से मुक्त थर्मल का पता लगाने तंत्र का लाभ लेता है। एक कागज पर आधारित microfluidic मंच में ग्लूकोज oxidase (भगवान) एंजाइम का उपयोग कर ग्लूकोज की उष्मापन का पता लगाने की प्रक्रिया प्रोटोकॉल खंड में प्रस्तुत कर रहे हैं।

इस पेपर का लक्ष्य microfluidic उपकरणों में थर्मल माप तकनीक की क्षमताओं का प्रदर्शन करने के लिए है। डिवाइस preparatioएन, तरल नमूना हैंडलिंग और प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (सेवानिवृत्त) सेंसर उत्तेजना और माप अगले वर्गों में प्रस्तुत कर रहे हैं।

Protocol

1. थर्मल कण का पता लगाने (टीपीडी) मानक अर्धचालक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी 2 का उपयोग कर, micromachining द्वारा एक पतली फिल्म सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली और एकीकृत तापमान संवेदक के साथ सूक्ष्म गढ़े सिलिकॉन डि?…

Representative Results

चित्रा 3 मापा थर्मल संकेत की साजिश को दर्शाता है। इसी ऑप्टिकल छवियों के साथ मोतियों की उपस्थिति में उत्पन्न संकेतों सूक्ष्म चैनल में microsphere पुनश्च मोतियों की सफल पता लगाने दिखा। सूक्ष्म चैनल के म?…

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