Name: تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: تعلم تقنيات القياس الحراري في الأجهزة الميكروفلويدية التحليلية باستخدام كواشف الحرارة المقاومة. تُبسّط هذه الطريقة عملية الكشف وتُوسّع نطاق التحليل مقارنة بالطرق التقليدية.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

وقدم الدعم المالي الجزئي لهذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأميركية من خلال مركز البحوث التعاونية الصناعة / جامعة على معدات المياه والسياسات التي تقع في جامعة ويسكونسن ميلووكي (IIP-0968887) وجامعة ماركيت (IIP-0968844). نشكر غلين م. ووكر، وو جين تشانغ وشانكار راداكريشنان لإجراء مناقشات مفيدة.

1. الحراري كشف الجسيمات (طن يوميا) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير الجهاز السيليكون ملفقة الصغير مع الأغشية الرقيقة نيتريد السيليكون الغشاء واستشعار درجة الحرارة متكامل من قبل متناهي الصغر، وذلك باستخدام أشباه الموصلات القياسية تكنولوجيا معالجة 2. شطف الجهاز ملفقة مع منزوع الأيونات (DI) المياه. ملاحظة: يتم شرح طريقة التصنيع للكشف عن الجسيمات الحرارية جهاز ميكروفلويديك في نشرها قبل 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لإنتاج polydimethylsiloxane (PDMS) ركائز مع القنوات الصغيرة، إنشاء قالب SU8 باستخدام الطباعة الحجرية القياسية بمعالجة 5. ملاحظة: تم تصميم حجم القناة عن البعد كل جسيم معين ل. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جعل PDMS عن طريق خلط 10: 1 نسبة من قاعدة (30 مل) وكيل علاج (3 مل). صب PDMS إلى العفن وإزالة الفقاعات من خلال تعريض لفترة وجيزة على فراغ (5-10 دقيقة). ملاحظة: مستوى الفراغ ليس القيمة الحرجة لdegasification ويجب أن تستمر حتى bubb الغازتتم إزالة ليه تماما من PDMS مختلطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع القالب على موقد (~ 70 درجة مئوية) لمدة 2 ساعة لعلاج PDMS. ثم انزع PDMS بعناية فائقة حتى لا تتلف القالب. ملاحظة: مستوى فراغ ليست قيمة حرجة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام لكمة اليدوي، لكمة ثقب ضيق (1 مم) لأنبوب PTFE في نهاية واحدة. استخدام لكمة كبيرة (2 ملم) في الطرف الآخر لجعل PDMS الخزان. وضع كمات القنوات الصغيرة على رأس الجهاز تحت المجهر ومحاذاة RTD في مركز للقناة الصغيرة (الشكل 1A). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في واجهة الكهربائية، وربط المسامير الكهربائية في مواقف وحة الاتصال وتشديد الخناق القفل. تأكد من دبابيس ارتفاع قابل للتعديل (دبابيس بوجو) الجلوس في منصات قطب كهربائي الصحيحة على الجهاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمييع 10 ميكرولتر من الخرز PS المركزة في 100 ميكرولتر من المياه DI في أنبوب 1.5 مل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لضمان PS لا تزال حبات مزدهرة بشكل محايد، إضافة 2.7 ميكرولتر من الجلسرين (1.26جم / سم 3) على مياه DI لتتناسب مع كثافة السوائل إلى البوليسترين (PS) كثافة حبة (1.05 جم / سم 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل أنبوب PTFE إلى القناة في نهاية واحدة والطرف الآخر إلى كوب 1 مل حقنة. ملء حقنة زجاجية مع 0.5 مل من الماء DI. ملاحظة: ضيقة مصنوعة عن طريق تحديد الحجم الصحيح لكمة سوف تجنب تسرب في أنابيب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع المياه DI شغل حقنة على ضخ حقنة الكمبيوتر التي تسيطر عليها. دفع الماء (5-20 ميكرولتر / دقيقة) في القناة لملء القناة بأكملها مع السائل على طول الطريق إلى الخزان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل 10 ميكرولتر من محلول حبة متوازن إلى الخزان وإدخال حل حبة لقناة الصغرى عن طريق تغيير اتجاه تدفق على ضخ حقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على RTD التي يتحامل 1 مللي أمبير من التيار المستمر من خلال الكمبيوتر التي تسيطر عليها المصدر / متر بينما قياس المقاومة المصدر / متر وفرز البيانات المقاسة (الشكل 2). ملاحظة: أثناء التجربة، واستشعار منحازة؛ وبالتالي، يتم قياس درجة الحرارة بشكل مستمر حتى نهاية التجربة العد. منحازة للاستشعار RTD كهربائيا من خلال تطبيق العاصمة الحالية في مجموعة من 100 أمبير إلى 1 مللي أمبير لقياس مستمر لدرجات الحرارة حتى نهاية التجربة العد. فمن الأهمية بمكان لتحديد المستوى الحالي الصحيح أنه ليس هناك مفاضلة بين مستوى الضوضاء والسعة إشارة الكشف عنها. يستخدم ضخ حقنة لتوليد التدفق في قناة الصغرى. اختيار معدل التدفق المناسب لإجراء التجربة TPD غير محدود لسرعة القياس. هذه السرعة هي وظيفة من ثابت الوقت الحراري للجهاز والكهربائية سرعة القياس. وأظهرت نتائج التجربة الحرارية كشف الجسيمات في الشكل (3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام ضعت برامج معالجة البيانات (ابفيف) لتحويل بيانات المقاومة قياس لدرجة الحرارة باستخدام المعادلة كالاندار-فان دوسين 6. </li></ol> 2. الحراريةتوصيف المواد السائلة باستخدام مايكرو-المسعر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في هذه العملية، استخدم جهاز المسعر على رقاقة (الشكل 4A) 3 لقياس انتشارية الحراري والحرارة النوعية من العينات. ملاحظة: على كل يموت، وهناك 2 غرف الصغرى المسعر (الشكل 4B). كل غرفة لديها 2 مداخل ومخرج واحد. وكل غرفة لديها سخان وجهاز استشعار RTD متكاملة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الجهاز الصغير المسعر على حامل الجهاز (الشكل 4C). محاذاة الجهاز إلى مداخل ومنافذ ميكروفلويديك مع التجهيزات حامل. وضع طبقة ختم PDMS على رأس الجهاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت المسامير الربط الكهربائي على حامل الجهاز وقفل مسامير حامل. ملاحظة: تأكد من محاذاة دبابيس بوجو-ارتفاع قابل للتعديل مع منصات الاتصال الكهربائية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت طبقة واجهة ميكروفلويديك مع المزالج المغناطيسي لصاحب الجهاز (الشكل 4D). ربط PTFE أنابيب إلى كل مداخل ومخرج. ربط مدخل واحد إلى تحميل عينة ضخ حقنة وإغلاق الآخر، كما لا يقاس المحتوى الحراري في هذه الحالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام برنامج الكمبيوتر التي تسيطر عليها وضعت لتحميل عينة في القناة الصغرى وغرف. ملاحظة: سوف يستخدم البرنامج تدفق قفها لاطلاق سراح الضغط المفرط على غرفة مع وقف التنفيذ الأغشية الرقيقة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل العينة 300 ميكرولتر في حقنة زجاجية ووضعه على ضخ حقنة. استخدام بطيئة جدا (0.25 ميكرولتر / دقيقة) معدلات التدفق المستمر للعينات عالية اللزوجة (على سبيل المثال، الجلسرين والسوائل الأيونية). استخدام عينة الجلسرين لقياس الانتشارية الحرارية والسوائل الأيونية لقياس الحرارة النوعية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> القياسات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياسات انتشارية الحرارية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط الإعداد القياسات كما هو مبين في الشكل 5A. تحميل عينة الجلسرين إلى غرفة صغيرة المسعر. قم بتشغيل برنامج الكمبيوتر التي تسيطر عليها تعديل لهيئة التعليم العالي<html> ر اختراق قياس الوقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المعادلة اختراق الحرارة معايرة لحساب انتشارية الحرارية من الحرارة المقاسة الوقت اختراق 7: <img alt="المعادلة 1" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> حيث α هو انتشارية الحراري، L هو سمك الغرفة، ص هو العامل سمك المعايرة نظرا لاختلاف عملية التصنيع، ور 0 آن الأوان اختراق الحرارة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياسات الحرارة النوعية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الإعداد قياس TWA كما هو مبين في الشكل 5B. استخدام نفس البرنامج عينة التحميل وتحميل السائل الأيونية في الغرفة. تشغيل البرنامج TWA للحصول على السعة من التقلبات في درجات الحرارة AC (∂ T AC) واستخدام معادلة الحرارة النوعية لحساب محددة، ج ص، الحرارة لكل عينة السائل الأيونية 8: 28eq2.jpg &quot;العرض =&quot; 117 &quot;/&gt; حيث C 0 يتم إدخال عامل المعايرة السلطة، P في غير مدخلات الطاقة، ω هو التردد للإشارة يشتغل، و m هو كتلة من عينة السائل. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. المسعرية كشف الكيمياء الحيوية في الورقية جهاز ميكروفلويديك <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام microfabricated رقيقة (40-50 نانومتر النيكل) استشعار RTD. وأوضح الخطوات تلفيق للاستشعار RTD في الأعمال السابقة 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لالورقية قناة تلفيق 4، استخدام راسمة سكين لقطع ورقة قنوات ميكروفلويديك مع نمط تصميم (L-الشكل). وضع ورقة على رأس حصيرة القطع، تحميل ورقة وحصيرة قطع الراسمة لسكين، واستخدام وصفة مناسبة لقطع قنوات رقة الموائع الدقيقة 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للجهاز وقناة التكامل، استخدم طبقة لاصقة الاكريليك (5 ميكرون) لدمج ورقة على استشعار RTD. استخدام ب نظيفةجمعية لدفع الصحيفة إلى الجهاز وإزالة فقاعات الهواء (الشكل 6A). الفيلم الاكريليك هو طبقة لاصقة لعقد ورقة على استشعار RTD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتنشيط انزيم، استخدم 50 ملي العازلة خلات الصوديوم لتنشيط انزيم الله. إضافة 1 ملغ من انزيم GOD إلى 1 مل من الصوديوم العازلة خلات لجعل 1 ملغ / مل حل. ضبط درجة الحموضة من الحل إلى 5.1. ملاحظة: ضبط كمية من حمض الخليك في المنطقة العازلة خلات الصوديوم للحفاظ على PH من حل 5.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انحياز RTD مع 1 أمبير من العاصمة الحالية لتفعيل الحق في التنمية والبدء في قياس مصدر المقاومة / متر متواصلة بينما المقاومة يستقر بعد التجربة (~ 4 دقائق). ملاحظة: يبين الشكل 6B الإعداد قياس لاختبار مقياس الكالوري الورقية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعرض ميكرولتر 2 من الحل أعده الله للمركز من ورقة الصغرى قناة (موقع الشلل) عن طريق ماصة. درجة الحرارة الكشف عن (الشكل 7A) يجب أن يبدأ رس الانخفاض. ملاحظة: هذا تأثير التبريد ويرجع ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة تشغيل RTD والتبخر من العينة معا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لقياس تركيز السكر، وإدخال السيطرة على مستويات الجلوكوز القياسية حل 9 إلى مدخل القناة وقياس التغير المقاومة الناجمة عن رد الفعل. تكرار هذه التجربة مع جميع الحلول السيطرة على مستويات الجلوكوز مختلفة (عالية، عادية وتركيزات منخفضة) وحفظ البيانات المقاومة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام معامل درجة الحرارة المقاومة (TCR) لRTD النيكل وكالاندار-فان دوسين المعادلة، وتحويل التغيير المقاومة لدرجة الحرارة. حساب تركيز الغلوكوز في كل عينة من خلال النظر في المحتوى الحراري رد فعل الجلوكوز والانزيم الله (Δ H = -80 كج / مول) وباستخدام معادلة تركيز 10: <img alt="المعادلة 3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> حيث تم الكشف عن ن ص التركيز المولي، C <sub&gt; p غير السعة الحرارية للنظام ويتم احتساب ΔT درجة الحرارة. </li></ol>

<ol><li>Zhang, H., Chon, C., Pan, X., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+counting+particles+in+microfluidic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">Methods for counting particles in microfluidic applications.</a> Microfluid Nanofluid. 7 (6), 739-749 (2009).</li>
<li>Vutha, A. K., Davaji, B., Lee, C. H., Walker, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfluidic+device+for+thermal+particle+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">A microfluidic device for thermal particle detection.</a> Microfluid Nanofluid. 17 (5), 871-878 (2014).</li>
<li>Davaji, B., Bak, H. J., Chang, W. J., Lee, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Novel+On-chip+Three-dimensional+Micromachined+Calorimeter+with+Fully+Enclosed+and+Suspended+Thin-film+Chamber+for+Thermal+Characterization+of+Liquid+Samples%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">A Novel On-chip Three-dimensional Micromachined Calorimeter with Fully Enclosed and Suspended Thin-film Chamber for Thermal Characterization of Liquid Samples.</a> Biomicrofluidics. 8 (3), 034101-034113 (2014).</li>
<li>Davaji, B., Lee, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+paper-based+calorimetric+microfluidics+platform+for+bio-chemical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">A paper-based calorimetric microfluidics platform for bio-chemical sensing.</a> Biosens. Bioelectron. 59, 120-126 (2014).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+research+of+high+aspect+ratio+microstructure+using+SU-8+resist%5BTitle%5D)+AND+%22Microsystem+Technologies%22%5BJournal%5D)">Process research of high aspect ratio microstructure using SU-8 resist.</a> Microsystem Technologies. 10, 265-268 (2004).</li>
<li>Dusen, M. S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Platinum-resistance+thermometry+at+low+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Platinum-resistance thermometry at low temperatures.</a> J. Am. Chem. Soc. 47 (2), 326-332 (1925).</li>
<li>Arpaci, V. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aArpaci%2C+VS+%22Conduction+Heat+Transfer%22">Conduction Heat Transfer</a>. , Addison-Wesley Pub. Co. Reading, MA. (1966).</li>
<li>Garden, J. L., Chteau, E., Chaussy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+sensitive+ac+nanocalorimeter+for+microliter-scale+liquids+or+biological+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Highly sensitive ac nanocalorimeter for microliter-scale liquids or biological samples.</a> Appl. Phys. Lett. 84, 3597-3599 (2004).</li>
<li>Kilo, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+a+New+Blood+Glucose+Monitoring+System+with+Auto-Calibration%5BTitle%5D)+AND+%22Diabetes+Technol.+Ther%22%5BJournal%5D)">Evaluation of a New Blood Glucose Monitoring System with Auto-Calibration.</a> Diabetes Technol. Ther. 7 (2), 283-294 (2005).</li>
<li>Scheper, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScheper%2C+T+%22Thermal+Biosensors+Bioactivity+Bioaffinity+%28Advances+in+Biochemical+Engineering%2FBiotechnology%29%22">Thermal Biosensors Bioactivity Bioaffinity (Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology)</a>. , Springer-Verlag. (1999).</li>
</ol>

أعلنت أي تضارب في المصالح.

يتم عرض تقنيات القياس الحراري المختلفة في أجهزة الموائع الدقيقة وإجراءات الإعداد الخاصة بها في هذا العمل. تستخدم طرق القياس الحراري هذه مثل مراقبة التوصيل الحراري ، ووقت الاختراق الحراري ، وسعة التقلبات الحرارية للتيار المتردد ، وقياس السعة للحرارة المتولدة للكشف عن مواد معينة والتحقيق في التفاعلات والتفاعلات المختلفة. 
يلعب ثابت الوقت الحراري دورا رئيسيا في تقنيات القياس الحراري المذكورة أعلاه. في تصميم جهاز الموائع الدقيقة ، يجب مراعاة تحسين ثوابت الوقت الحراري. ثابت الوقت الحراري هو دالة لل...

يتم عرض ثلاث تقنيات القياس الحرارية الصغيرة الحجم مختلفة في هذه المقالة. وتستخدم تكوينات مختلفة ثلاثة من الأجهزة ميكروفلويديك للكشف الحراري الجسيمات (طن يوميا)، وتوصيف الحراري (التوصيل الحراري والحرارة النوعية)، والكشف عن المسعر من التفاعلات الكيميائية والتفاعلات. الحراري كشف الجسيمات ويستخدم على نطاق واسع كشف والعد الجسيمات في أجهزة ميكروفلويديك في التطبيقات البيئية والصناعية والبيولوجية 1. TPD هي واحدة من تطبيقات جديدة من القياسات الحرارية في أجهزة ميكروفلويديك 2. عن طريق نقل الحرارة للكشف عن والعد الجسيمات على أساس حجم الجسيمات يقلل من التعقيد والتكلفة وحجم النظام. في أساليب أخرى، والبصريات المعقدة أو مقاييس الكهربائية المعقدة والمتقدمة برامج معالجة إشارة تستخدم للكشف عن الجسيمات. شارا الحراريcterization من المواد السائلة عن طريق مايكرو قياس السعرات الحرارية توصيف الحرارية عينة السائل هو التطبيق الثاني من القياس الحراري في أجهزة ميكروفلويديك. سوف يؤدون الصغيرة الحجم الكالوري تقليل استهلاك عينة وزيادة الدقة من خلال تقديم أعلى التكرار بالمقارنة مع التقليدية وأساليب الكالوري السائبة. وتعرض إجراءات التوصيل الحراري وقياس الحرارة معين باستخدام الجهاز الصغير المسعر على رقاقة في أي مكان آخر 3. ووصف تفاصيل تقنية الوقت اختراق الحرارة لقياس الموصلية الحرارية وتحليل الموجة الحرارية (TWA) لقياس الحرارة النوعية في أجهزة ميكروفلويديك في قسم البروتوكول. المسعرية الحيوية الكيميائية كشف في ورقة القائم على جهاز ميكروفلويديك تطبيق آخر لقياس الحراري هو الكشف عن والكيمياء الحيوية في microfluidics الورقية. عمل شعري فيبنية مسامية من الورق يحمل السائل والابتعاد عن مشاكل بدء فقاعة في القنوات الصغيرة. آليات الكشف الأكثر شيوعا في أجهزة الورقية ميكروفلويديك هي التقنيات البصرية أو كهروكيميائية. كشف بصري يعاني من التعقيد وضرورة متقدمة برامج معالجة الصور لتكمم إشارة الكشف عنها. تقتصر المكتشفة الكهروكيميائية أيضا لأنها لا يمكن تطبيقها على ردود الفعل التي تنتج مشتقات نشطة. أدخلت مؤخرا الورقية المسعرية استشعار الكيمياء الحيوية منصة 4 يستفيد من نظام ميكروفلويديك الورقية وآلية الكشف الحرارية خالية من التسمية. وتعرض إجراءات الكشف عن المسعر من الجلوكوز باستخدام أوكسيديز الجلوكوز (GOD) انزيم في منصة الورقية ميكروفلويديك في قسم البروتوكول. الهدف من هذه الورقة هو للتدليل على قدرات تقنيات القياس الحرارية في أجهزة ميكروفلويديك. ومحضرات الجهازن، يتم عرض عينة السائل كشف المناولة ومقاومة درجات الحرارة (RTD) الإثارة أجهزة الاستشعار والقياس في المقاطع التالية.

<table><tbody><tr><td>بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) &nbsp ؛</td><td>داو كورنينج</td><td>سيلجارد 184</td><td></td></tr><tr><td>حبة PS - 90 &# 956 ؛ م</td> الخرز <td>100265</td><td></td>PS <td>الجسدي</td></tr><tr><td>- 200 &# 956 ؛ م</td><td></td><td>100271</td><td></td></tr> الجسم <tr><td>الجلسرين</td><td>سيجماألدريتش</td><td>G5516</td><td></td></tr><tr><td>إنزيم GOD</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>محلول التحكم في الجلوكوز -</td> حل التحكم في <td></td> الجلوكوز منخفض <td>كونتور</td><td></td>باير</tr><tr><td>-</td> محيط باير الطبيعي <td>للتحكم</td> في الجلوكوز - <td>كونتور باير</td> الطبيعي للتحكم <td></td></tr><tr><td>في الجلوكوز - كونتور باير</td><td></td> العالي<td>ورق</td> ترشيح كروماتوغرافيا عالي <td></td></tr><tr><td></td><td>التحكم Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>Glass</td><td>VWR & nbsp ؛</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>فيلم أكريليك</td><td>Nitto Denko</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>حقنة زجاجية (1 مل)</td>مضخة <td>حقنة هاميلتون</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td></td><td>عصر جديد</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>سكين راسمة</td> صورة <td>ظلية</td><td>مضخم</td><td></td></tr><tr><td>الصوت الحالي</td><td>Stanford Research</td><td>SR-570</td><td></td></tr><tr><td>Ocilloscope</td><td>Agilent</td><td>DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>مولد إشارة</td><td>HP</td><td>HP3324A</td><td></td></tr><tr><td>قفل مضخم الصوت</td><td>ستانفورد للأبحاث</td><td>SRS-830</td><td></td></tr><tr><td>المصدر / متر 2400</td><td>كيثلي</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>المصدر / متر 2600</td><td>كيثلي</td><td>2436A</td><td></td></tr></tbody></table>

تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

تم استخدام تقنيات القياس الحراري في العديد من التطبيقات مثل التوصيف الحراري للمواد والكشف عن التفاعل الكيميائي. تسمح تقنيات التصنيع الدقيق بتقليل الكتلة الحرارية للهياكل المصنعة وتوفر إمكانية إجراء قياسات حرارية عالية الحساسية في الأجهزة ذات الحجم الصغير والنانوي. يسمح الجمع بين تقنيات القياس الحراري وأجهزة الموائع الدقيقة بإجراء قياسات تحليلية مختلفة مع استهلاك منخفض للعينة وتقليل وقت القياس من خلال دمج النظام المصغر على شريحة واحدة. يتم تقديم إجراءات تقنيات القياس الحراري للكشف عن الجسيمات وتوصيف المواد والكشف الكيميائي في هذه الورقة.

ويبين الشكل 3 مؤامرة من إشارة الحرارية قياس. الإشارات ولدت في وجود حبات مع الصور الضوئية المقابلة تظهر الكشف الناجح من الخرز microsphere PS في القناة الصغيرة. الموصلية الحرارية من السائل يمر من خلال القناة الدقيقة يتغير بسبب وجود من الخرز PS. هذا التغيير في التوصيل الحراري للقناة يؤثر على نقل الحرارة في القناة الصغيرة. تم الكشف عن التغير في نقل الحرارة في القناة الصغيرة التي RTD في شكل مقاومة التقلبات (3A الشكل وB). <p class="jove_content" sty...

هنا ، نقدم ثلاثة بروتوكولات للقياسات الحرارية في أجهزة الموائع الدقيقة.

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

الهدف العام من التجربة التالية هو إجراء قياسات حرارية للكشف الحساس في الأجهزة الموائعية الدقيقة. سيتم استخدام ثلاثة أجهزة موائعية دقيقة مصنعة مختلفة لاستعراض تقنيات قياس حرارية متنوعة في الأجهزة الموائعية الدقيقة التحليلية. وكخطوة ثانية، يتم ربط كواشف درجة الحرارة القائمة على المقاومة بالأجهزة، ثم يتم توصيل المنظومة بجهاز كمبيوتر.بعد ذلك، يتم تحميل العينات في الأجهزة وتفعيل الكشف الحراري بواسطة وحدة التحكم. وتظهر النتائج قدرات الكشف الموسعة للقياس الحراري في الأجهزة الموائعية الدقيقة. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية مثل الكشف اللوني والكهركيميائي، في أنها تقلل من تعقيد عملية القياس بينما يتم توسيع نطاق الكشف.ابدأ بتصنيع غشاء رقيق من نتريد السيليكون عبر التصنيع الدقيق، مع دمج مستشعر درجة حرارة باستخدام التقنية التي وصفها vota et al. اشطف الجهاز المكتمل بالماء منزوع الأيونات وجففه باستخدام غاز النيتروجين. بعد ذلك، قم بتصنيع قالب من SU-8 يحتوي على قنوات دقيقة باستخدام تقنية منشورة مسبقاً، مع ضبط طول وعرض القنوات الدقيقة لتناسب نطاق أحجام الجسيمات المراد اكتشافها.قم بتحضير الـ PDMS عن طريق خلط 30 milliliters من القاعدة مع ثلاثة milliliters من عامل المعالجة. وبمجرد الخلط، قم بإزالة أي فقاعات عن طريق تعريضه للفراغ لمدة تتراوح من خمس إلى 10 minutes. ثم صب الـ PDMS فوق القالب.بعد ذلك، ضع القالب على لوح تسخين عند 70 درجة Celsius لمدة ساعتين. وبمجرد التصلب، قم بإزالة الـ PDMS بعناية فائقة لتجنب إتلاف القنوات الدقيقة. وباستخدام خرامة يدوية، اصنع ثقباً بقطر 1 ملم عند أحد طرفي القناة الدقيقة من أجل أنابيب PTFE.استخدم خرامة بقطر 2 mm عند الطرف الآخر لعمل خزان. بعد ذلك، ضع القناة الدقيقة المخرمة فوق الجهاز وقم بمحاذاة كاشف درجة الحرارة المقاوم (resistance based temperature detector) في مركز القناة الدقيقة بمساعدة المجهر في الواجهة الكهربائية. قم بتوصيل الدبابيس الكهربائية في مواضع وسادة التلامس وأحكم ربط براغي التثبيت.تأكد من استقرار دبابيس ضبط الارتفاع على وسادات القطب الكهربائي الصحيحة في الجهاز. بعد ذلك، قم بتحضير حبيبات البوليسترين عن طريق تخفيفها بنسبة 1 إلى 10 في 100 µL من الماء منزوع الأيونات (DI water) داخل أنبوب سعة 1.5 mL. ولضمان بقاء حبيبات PS ذات طفو متعادل، أضف 2.7 µL من الجلسرول إلى الخليط واخلطه عن طريق السحب والطرد بالماصة.املأ محقنة زجاجية سعة 1 مل بـ 0.5 مل من الماء منزوع الأيونات (DI water). صِل المحقنة الزجاجية بأحد طرفي أنبوب PTFE، وثبت الطرف الآخر من الأنبوب بالقناة المائعية الدقيقة. ضع المحقنة المملوءة بالماء منزوع الأيونات على مضخة محاقن يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، واضبط معدل التدفق ليكون بين 5 و20 µL في الدقيقة.املأ القناة بأكملها بالسائل وصولاً إلى الخزان. بعد ذلك، قم بتحميل 10 µL من محلول الخرز المتوازن في الخزان، ثم أدخل محلول الخرز إلى القناة الدقيقة عن طريق تغيير اتجاه التدفق في مضخة السرنجة. وأخيراً، قم بتشغيل كاشف درجة الحرارة القائم على المقاومة عن طريق تمرير تيار مستمر بقيمة 1 mA عبر المقياس الذي يتحكم فيه الكمبيوتر أثناء قياس المقاومة وفرز البيانات المقاسة.للبدء، قم بتصنيع جهاز قياس السعرات الحرارية على الشريحة وطبقة الموائع الدقيقة كما هو موضح في مكان آخر. قم بتجميع الجهاز عن طريق وضع جهاز قياس السعرات الحرارية الدقيق في حامل الجهاز ومحاذاة الجهاز مع مداخل ومخارج الموائع الدقيقة بالإضافة إلى وصلات الحامل لطبقة سد PDMS. بعد ذلك، قم بتركيب دبابيس التوصيل الكهربائي على حامل الجهاز وأحكم ربط براغي الحامل في مكانها.ثم قم بتوصيل أنابيب PTFE بكل من المدخلين والمخرج. وصِل أحد المداخل بمضخة محقنة محملة بالعينة وأغلق المدخل الآخر حيث لا يتم قياس المحتوى الحراري في هذه الحالة. بعد ذلك، قم بتحميل عينة بحجم 300 µL في المحقنة الزجاجية وضعها على مضخة المحقنة.استخدم معدلات تدفق ثابتة وبطيئة جداً للعينات ذات اللزوجة العالية مثل الجلسرول والسوائل الأيونية. وبالنسبة لقياسات الانتشار الحراري، قم بتوصيل جهاز القياس كما هو موضح هنا.قم بتحميل عينة الجلسرول في غرفة الميكرو كالوريمتر (micro calorimeter) وقم بتشغيل برنامج معدل يتم التحكم فيه بواسطة الحاسوب. لقياس زمن اختراق الحرارة، استخدم معادلة اختراق الحرارة المعايرة الموضحة هنا لحساب الانتشار الحراري بناءً على زمن اختراق الحرارة المقاس.لقياس الحرارة النوعية، استخدم إعداد قياس تحليل الموجة الحرارية كما هو موضح هنا. هذه المرة، قم بتحميل السائل الأيوني في الغرفة واستخدم برنامج تحميل العينة ذاته. قم بتشغيل برنامج تحليل الموجة الحرارية للحصول على سعة تقلبات درجة الحرارة للتيار المتردد (AC) وحساب الحرارة النوعية لكل عينة من السوائل الأيونية.تم وصف هذه العملية بمزيد من التفصيل في مكان آخر. وللكشف القياس الحراري، قم بتصنيع دقيق لكاشف درجة حرارة بمقاومة من فيلم النيكل بسماكة 40 إلى 50 نانومتر كما تم وصفه سابقاً. بعد ذلك، استخدم راسمة سكين لقص ورق على شكل حرف L.قنوات مائعية دقيقة يبلغ عرضها ثلاثة مليمترات وطولها 10 مليمترات في الساق الأكبر وثلاثة مليمترات في الساق القصيرة. استخدم ملاقط نظيفة لإضافة طبقة بسمك خمس ميكرون من اللاصق الأكريليكي مزدوج الوجه إلى المستشعر، ثم ضع القناة الورقية فوقه. استخدم شفرة نظيفة لضغط الورقة على الجهاز وإزالة أي فقاعات هوائية.أضف 1 mg من إنزيم glucose oxidase إلى 1 mL من منظم أسيتات الصوديوم. ولتحضير محلول بتركيز 1 mg/mL، اضبط pH المحلول على 5.1 باستخدام منظم أسيتات الصوديوم إذا لزم الأمر. بعد ذلك، قم بإنحياز كاشف درجة الحرارة المقاوم (RTD) بتيار مستمر قدره 1 mA.لتنشيط الكاشف وبدء قياس المقاومة بشكل مستمر، ضع 2 µL من محلول glucose oxidase المُحضّر في مركز موقع التعبئة للقناة الورقية الدقيقة. ستبدأ درجة الحرارة المكتشفة في الانخفاض؛ ولقياس تركيز الجلوكوز، أدخل معايير الجلوكوز في مدخل القناة، وقم بقياس التغير في المقاومة الناتج عن التفاعل. كرر هذه التجربة مع جميع محاليل ضبط الجلوكوز المختلفة واحفظ بيانات المقاومة.أخيرًا، قم بتحويل التغير في المقاومة إلى تركيز الجلوكوز باستخدام المعادلات المدرجة في البروتوكول النصي المرفق وفي مواضع أخرى. تمر خرزة البوليسترين الموضحة هنا فوق كاشف درجة الحرارة بالمقاومة بمعدل تدفق قدره 5 µL لكل دقيقة. وعند مرورها عبر المستشعر، ترتفع المقاومة بشكل طفيف، ويمكن تحديد حجم الجسيم بناءً على هذا التغيير.يظهر هنا المخرج النموذجي لمستشعر قياس السعرات الحرارية القائم على الورق. بمجرد إضافة جلوكوز أوكسيداز، تبدأ درجة الحرارة في الانخفاض سريعاً حتى يلتقي الإنزيم بمحلول الجلوكوز. وبمجرد حدوث ذلك، يطرأ تفاعل يؤدي إلى ارتفاع حاد في درجة الحرارة، ثم تبدأ في البرودة مرة أخرى.يمكن تحويل هذا التغير في درجة الحرارة إلى تركيز الجلوكوز لقياس مستويات الجلوكوز بدقة في أوعية العينات. وأثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر أن تصميم الجهاز وبنيته يلعبان دوراً رئيسياً في القياسات الحرارية. وقد تم وصف المعاملات الحرارية، والكتلة الحرارية، والمقاومة الطرفية، ومعاملات المستشعر بشكل مفصل في المقالات المرجعية.

thermal-measurement-techniques-in-analytical-microfluidic-devices

Research

JoVE Journal

Engineering

الهندسة

يصف هذا البروتوكول على تطوير جهاز للتحقيق في ميكروفلويديك الكيميائي الجرثومي في التدرجات تركيز chemoeffectors مستقرة.

جهاز ميكروفلويديك الانجذاب الكيميائي لقياس تركيز البكتيريا في التدرجات مستقرة

قطيرة المنصات المرتكزة ميكروفلويديك من المرشحين واعدة للتجارب إنتاجية عالية نظرا لأنها قادرة على توليد بيكو لتر ، ذاتية مجزأة السفن بأسعار غير مكلفة كيلوهرتز. من خلال التكامل مع الأساليب مضان سريع وحساسة وعالية الدقة الطيفية ، يمكن أن كميات كبيرة من المعلومات التي يتم انشاؤها داخل هذه النظم استخراج بكفاءة ، وتسخيرها والاستفادة منها.

طرق الكشف عن منصات مضان الحبرية ميكروفلويديك

يتم وصف الإجراء لتنفيذ الاستشعار معامل الانكسار للترددات تيراهيرتز على أساس الهندسة مخدد الدليل الموجي موازية لوحة هنا. طريقة تعطي قياس معامل الانكسار وحدة تخزين صغيرة من السائل من خلال رصد التغير في تردد الرنين لهيكل الدليل...

تيراهيرتز الاستشعار ميكروفلويديك باستخدام الاستشعار الدليل الموجي الموازي لوحة

هنا ، نصف إجراء يستخدم تقنية schlieren المجهرية لقياس عدم تجانس الخلط في جهاز الموائع الدقيقة. من خلال المعايرة ، يمكن اشتقاق توزيع تدرج التركيز من صورة micro-schlieren.

تحليل خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك التي كتبها الميكروسكيل انعراجي تقنية

ونحن لشرح استخدام جهاز استشعار توزيع الألياف البصرية لرسم خرائط حقل درجة حرارة خلط طائرات الهواء. أجهزة الاستشعار على أساس تشتت رايلي يولد الآلاف من نقاط البيانات على طول واحد من الألياف لتقديم قرار استثنائي المكاني الذي هو غير قابلة للتحقيق مع أجهزة الاستشعار التقليدية مثل المزدوجات الحرارية.

الألياف البصرية مجسات الموزعة لعالية الدقة لرسم الخرائط درجة الحرارة الميدان

ونحن تصف عملية تصنيع واختبار الحرارة الضوئية.

تصنيع واختبار الحرارة الضوئية

ويرد وصف بروتوكول لتصنيع أجهزة موائع جزيئية البلاستيك مع منافذ عرض شفافة لتصوير الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.

الإجراء معدني لينة لإنتاج أجهزة موائع جزيئية البلاستيك مع عرض-منافذ شفافة للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء

وتقدم تقنية استخدام أطوال موجية 1150 و 1412 نيوتن متر لقياس درجة حرارة المياه المحيطة مجال مغناطيسي صغيرة ساخنة التعريفي.

تقنية قياس درجات الحرارة القريبة من الأشعة تحت الحمراء للمياه المحيطة مجال مغناطيسي صغيرة ساخنة التعريفي

هذه المخطوطة يصف الأساليب التي تهدف إلى قياس معاملات نقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في تدفق أنابيب واحدة أو مرحلتين. ويرد أيضا أسلوب بصري بسيط لتحديد الطول وسرعة نشر ممدود فقاعة هواء (تايلور) تتحرك سرعة ثابتة.

قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في أنبوب--تدفق واحد ومرحلتين

ويصف هذا البروتوكول تبلور بلورات الجليد المجهرية وهيدرات الكلاثرات في أجهزة الموائع الدقيقة، مما يتيح تبادل السوائل حول البلورات المشكلة. وهذا يوفر إمكانيات لا مثيل لها لدراسة عملية التبلور وآليات ربط المثبطات.

نهج الموائع الدقيقة لدراسة تبلور هيدرات الجليد والكلاثرات

يجمع هذا البروتوكول بين القياس الضوئي الشامل ونظام الموائع الدقيقة الجديد للتحقيق في تفاعلات البروتين والبروتين منخفضة التقارب. يعتمد هذا النهج على التخفيف السريع للمعقدات عالية التركيز في المحلول ، مما يتيح قياسات منخفضة التقارب ويوسع إمكانية تطبيق القياس الضوئي الشامل.

تحليل تكوين مركب البروتين بتركيزات ميكرومولار عن طريق اقتران الموائع الدقيقة بالقياس الضوئي الشامل

تعلم تقنيات القياس الحراري في الأجهزة الميكروفلويدية التحليلية باستخدام كواشف الحرارة المقاومة. تُبسّط هذه الطريقة عملية الكشف وتُوسّع نطاق التحليل مقارنة بالطرق التقليدية.

تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك

استكشف المزيد من الفيديوهات