تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك

الهدف العام من التجربة التالية هو إجراء قياسات حرارية للكشف عن الحساسية في أجهزة الموائع الدقيقة. سيتم استخدام ثلاثة أجهزة مختلفة من الموائع الدقيقة المصنعة لإظهار تقنيات القياس الحراري المختلفة في أجهزة الموائع الدقيقة التحليلية. كخطوة ثانية ، تقترن أجهزة الكشف عن درجة الحرارة القائمة على المقاومة بالأجهزة ويتم توصيل الإعداد بجهاز كمبيوتر.

بعد ذلك ، يتم تحميل العينات في الأجهزة ويتم تنشيط الكشف الحراري بواسطة وحدة التحكم. تظهر النتائج قدرات الكشف الموسعة للقياس الحراري في أجهزة الموائع الدقيقة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل الاكتشافات المترية والكهروكيميائية ، هي أن هذه التقنية تقلل من تعقيد القياس بينما يتم توسيع نطاق الكشف.

ابدأ باستخدام التصنيع الدقيق لغشاء نيتريد السيليكون الرقيق مع مستشعر درجة حرارة مدمج باستخدام التقنية التي وصفها vota et al. اشطف الجهاز المكتمل بالماء منزوع الأيونات وجفف الجهاز باستخدام غاز النيتروجين. بعد ذلك ، قم بتصنيع قالب SU ثمانية بقنوات صغيرة باستخدام تقنية منشورة مسبقا ، وقم بتخصيص طول وعرض القنوات الدقيقة لتناسب نطاق أحجام الجسيمات المراد اكتشافها.

اصنع PDMS عن طريق خلط 30 مل من القاعدة مع ثلاثة ملليلتر من عامل المعالجة. بمجرد الخلط ، قم بإزالة أي فقاعات عن طريق تعريضها للفراغ لمدة خمس إلى 10 دقائق. ثم صب PDMS على القالب.

ثم ضع القالب على طبق ساخن على حرارة 70 درجة مئوية لمدة ساعتين. بمجرد الشفاء ، انزع PDMS بعناية فائقة حتى لا تتلف القنوات الدقيقة. باستخدام لكمة يدوية ، قم بعمل ثقب بمقدار ملليمتر واحد في أحد طرفي القناة الدقيقة لأنبوب PTFE.

استخدم لكمة بحجم ملليمترين في الطرف الآخر لعمل خزان. بعد ذلك ، ضع القناة المصغرة المثقوبة أعلى الجهاز وقم بمحاذاة كاشف درجة الحرارة القائم على المقاومة في وسط القناة الدقيقة بمساعدة مجهر في الواجهة الكهربائية. قم بتوصيل المسامير الكهربائية في مواضع لوحة التلامس وشد مسامير القفل.

تأكد من أن المسامير القابلة لضبط الارتفاع موجودة على وسادات القطب الكهربائي الصحيحة على الجهاز. بعد ذلك ، قم بإعداد حبات البوليسترين عن طريق تخفيفها من واحد إلى 10 إلى 100 ميكرولتر من ماء DI في أنبوب سعة 1.5 مل. لضمان بقاء حبيبات PS طافية بشكل محايد عند 2.7 ميكرولتر من الجلسرين إلى الخليط وتخلط عن طريق سحب العينات لأعلى ولأسفل.

املأ حقنة زجاجية سعة مليلتر واحد ب 0.5 مل من ماء DI. قم بتوصيل المحقنة الزجاجية بأحد طرفي أنبوب PTFE وقم بتوصيل الطرف الآخر من الأنبوب بقناة الموائع الدقيقة. ضع المحقنة المملوءة بالماء DI على مضخة حقنة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر واضبط معدل التدفق على ما بين خمسة و 20 ميكرولتر في الدقيقة.

املأ القناة بأكملها بالسوائل وصولا إلى الخزان. بعد ذلك ، قم بتحميل 10 ميكرولتر من محلول الخرزة المتوازن إلى الخزان ، وأدخل محلول الخرزة إلى القناة الدقيقة عن طريق تغيير اتجاه التدفق على مضخة المحقنة. أخيرا ، قم بتشغيل كاشف درجة الحرارة القائم على المقاومة عن طريق تحيز مللي أمبير واحد من تيار التيار المستمر عبر العداد الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر أثناء قياس المقاومة وفرز البيانات المقاسة.

للبدء ، قم بتصنيع جهاز المسعر الموجود على الرقاقة وطبقة الموائع الدقيقة كما هو موضح في مكان آخر. قم بتجميع الجهاز عن طريق وضع جهاز المسعر الصغير في حامل الجهاز ومحاذاة الجهاز مع مداخل ومخارج الموائع الدقيقة جنبا إلى جنب مع تركيبات حامل طبقة مانع التسرب PDMS. بعد ذلك ، قم بتثبيت دبابيس التوصيل الكهربائي على حامل الجهاز وقفل مسامير الحامل في مكانها.

ثم قم بتوصيل أنابيب PTFE بكل من المداخل والمخرج. قم بتوصيل مدخل واحد بمضخة حقنة محملة بعينة وأغلق المدخل الآخر حيث لا يتم قياس المحتوى الحراري في هذه الحالة. ثم قم بتحميل عينة سعة 300 ميكرولتر في المحقنة الزجاجية وضعها على مضخة المحقنة.

استخدم معدلات تدفق ثابتة بطيئة جدا للعينات عالية اللزوجة مثل الجلسرين والسوائل الأيونية. لقياسات الانتشار الحراري. قم بتوصيل إعداد القياس كما هو موضح هنا.

قم بتحميل عينة الجلسرين في غرفة المسعر الصغير وقم بتشغيل برنامج معدل يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر. لقياس وقت اختراق الحرارة. استخدم معادلة اختراق الحرارة المعايرة الموضحة هنا لحساب الانتشار الحراري من وقت اختراق الحرارة المقاس.

لقياسات حرارة محددة ، استخدم إعداد قياس تحليل الموجات الحرارية كما هو موضح هنا. هذه المرة ، قم بتحميل السائل الأيوني في الغرفة واستخدم نفس برنامج تحميل العينة. قم بتشغيل برنامج تحليل الموجات الحرارية للحصول على سعة تقلبات درجة حرارة التيار المتردد وحساب الحرارة المحددة لكل عينة سائل أيوني.

يتم وصف هذه العملية بمزيد من التفصيل في مكان آخر. للكشف عن السعرات الحرارية المترية ، قم بتصنيع كاشف درجة حرارة مقاومة غشاء النيكل بسمك 40 إلى 50 نانومتر كما هو موضح سابقا. بعد ذلك ، استخدم راسمة سكين لقص الورق على شكل حرف L.

قنوات الموائع الدقيقة التي يبلغ عرضها ثلاثة ملليمترات وطولها 10 ملليمترات على الساق الأكبر وطولها ثلاثة ملليمترات على الساق القصيرة. استخدم ملاقط نظيفة لإضافة طبقة سميكة خمسة ميكرون من لاصق الأكريليك على الوجهين إلى المستشعر ووضع القناة الورقية في الأعلى. استخدم شفرة نظيفة لدفع الورق إلى الجهاز وإزالة أي فقاعات هواء.

أضف ملليغراما واحدا من إنزيم أوكسيديز الجلوكوز إلى مليلتر واحد من أسيتات الصوديوم. لعمل محلول واحد ملليغرام لكل مليلتر ، اضبط درجة الحموضة للمحلول على 5.1 باستخدام محلول أسيتات الصوديوم إذا لزم الأمر. بعد ذلك ، قم بتحيز كاشف درجة حرارة المقاومة بمللي أمبير واحد من تيار التيار المستمر.

لتنشيط الكاشف والبدء في قياس المقاومة بشكل مستمر ، أدخل ميكرولترين من محلول أوكسيديز الجلوكوز المحضر إلى مركز موقع تعبئة القناة الدقيقة الورقية. ستبدأ درجة الحرارة المكتشفة في الانخفاض لقياس تركيز الجلوكوز ، وإدخال معايير الجلوكوز إلى مدخل القناة ، وقياس تغير المقاومة الناجم عن التفاعل. كرر هذه التجربة مع جميع حلول التحكم في الجلوكوز المختلفة واحفظ بيانات المقاومة.

أخيرا ، قم بتحويل تغيير المقاومة إلى تركيز الجلوكوز باستخدام المعادلات المدرجة في بروتوكول النص المصاحب وفي أي مكان آخر. حبة البوليسترين الموضحة هنا تمر فوق كاشف درجة حرارة المقاومة بمعدل تدفق يبلغ خمسة ميكرولتر في الدقيقة. أثناء مروره بالمستشعر ، ترتفع المقاومة قليلا ويمكن اكتشاف حجم الجسيم بناء على هذا التغيير.

هنا الإخراج النموذجي من مستشعر مقياس السعرات الحرارية الورقي. بمجرد إضافة الجلوكوز أوكسيديز، تبدأ درجة الحرارة في الانخفاض بسرعة حتى يلتقي الإنزيم بمحلول الجلوكوز. بمجرد حدوث ذلك ، يحدث تفاعل وترتفع 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 أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن تصميم الجهاز وهيكله يلعبان دورا رئيسيا في القياسات الحرارية. تم وصف المعلمات الحرارية والكتلة الحرارية والمقاومة الطرفية ومعلمات المستشعر جيدا في المقالات المرجعية.