Name: 在分析微流体装置的热测量技术 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: 学习微流体装置中的热测量技术，通过电阻式温度检测器实现高灵敏度检测。该方法简化了测量流程，同时扩展了检测范围，适用于分析化学和生物传感等多种应用领域。

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本研究的部分经费由美国国家科学基金会通过水设备产业/大学合作研究中心提供。 &amp;#38; 政策位于威斯康星大学密尔沃基分校（IIP-0968887）和马凯特大学（IIP-0968844）。我们感谢 Glenn M. Walker、Woo-Jin Chang 和 Shankar Radhakrishnan 提供的有益讨论。

1. 热颗粒检测（TPD）
<ol>
	<li>采用标准半导体加工技术通过微加工制备带有薄膜氮化硅膜和集成温度传感器的微加工硅器件2。用去离子水（DI 水）冲洗制备好的器件。 
	注意：热颗粒检测器微流控器件的制备方法已在先前发表的文献中说明2。</li>
	<li>为制备带有微通道的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底，使用标准光刻工艺制作 SU8 模具5。 
	注意：通道尺寸根据每种特定颗粒的尺寸进行设计。
	<ol>
		<li>按10:1的比例混合PDMS基础液（30 ml）和固化剂（3 ml）制备PDMS。将PDMS浇注到模具上，并通过短暂抽真空（5–10分钟）去除气泡。 
		注意：真空度对脱气过程并非关键参数，应持续抽真空直至混合PDMS中的气体气泡完全去除。</li>
		<li>将模具置于加热板上（约70 °C）加热2小时以固化PDMS。然后小心剥离PDMS，避免损坏模具。 
		注意：真空度不是关键参数。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用手动打孔器，在一端用小孔冲头（1 mm）为PTFE管打一个紧密配合的孔；另一端用大孔冲头（2 mm）打孔，使PDMS形成储液池。在显微镜下将打孔后的微通道对准并放置在器件上方，并使RTD位于微通道中心（图1A）。</li>
	<li>在电气接口处，将电气引脚连接至焊盘位置，并拧紧锁紧螺丝。确保高度可调的探针（Pogo pins）正确接触器件上的电极焊盘。</li>
	<li>在1.5 ml离心管中，将10 µl浓缩的聚苯乙烯（PS）微球溶液与100 µl去离子水混合稀释。</li>
	<li>为确保PS微球保持中性浮力，向去离子水中加入2.7 µl甘油（密度1.26 g/cm3），使液体密度与聚苯乙烯（PS）微球密度（1.05 g/cm3）相匹配。</li>
	<li>将PTFE管一端连接至微通道，另一端连接至1 ml玻璃注射器。向玻璃注射器中加入0.5 ml去离子水。 
	注意：通过选择合适尺寸的打孔器实现紧密连接，可避免管路泄漏。</li>
	<li>将装有去离子水的注射器安装在计算机控制的注射泵上。以5–20 µl/min的流速推动水流，使液体充满整个微通道直至储液池。</li>
	<li>向储液池中加入10 µl平衡后的微球溶液，并通过改变注射泵的流动方向将微球溶液引入微通道。</li>
	<li>通过计算机控制的源表施加1 mA直流电流偏置以开启RTD，同时利用源表测量电阻并采集和分类数据（图2）。 
	注意：实验过程中传感器持续偏置，因此温度将连续测量直至计数实验结束。RTD传感器通过施加100 µA至1 mA范围内的直流电流进行电学偏置，以实现温度的连续测量。选择合适的电流水平至关重要，因为其在噪声水平与检测信号幅度之间存在权衡。注射泵用于在微通道中产生流动。选择适当的流速进行TPD实验受限于测量速度，该速度取决于器件的热时间常数和电学测量速度。热颗粒检测实验结果如图3所示。</li>
	<li>使用开发的数据处理软件（LabVIEW）根据Callendar–Van Dusen方程6将测得的电阻数据转换为温度。</li>
</ol>
2. 使用微量热计对液体物质进行热学表征
<ol>
	<li>在此过程中，使用芯片式量热仪设备（图4A）3 测量样品的热扩散率和比热容。 
	注意：每个芯片上有2个微热量计腔室（图4B）。每个腔室具有两个入口和一个出口，并集成了加热器和RTD传感器。</li>
	<li>将微热量计设备放置在设备支架上（图4C），使设备与支架接口对齐微流体的入口和出口。将PDMS密封层置于设备顶部。</li>
	<li>在设备支架上安装电气连接针脚，并锁紧支架螺丝。 
	注意：确保高度可调的Pogo针与电气接触焊盘对齐。</li>
	<li>将带有磁性卡扣的微流体接口层安装到设备支架上（图4D）。将PTFE管连接至两个入口和一个出口。将其中一个入口连接至装载样品的注射泵，另一个入口封闭，因为本实验不测量焓值。</li>
	<li>使用开发的计算机控制程序将样品注入微通道和腔室。 
	注意：该程序将采用间歇式流动，以释放薄膜悬空腔室上的过量压力。
	<ol>
		<li>将300 µl样品装入玻璃注射器，并将其安装在注射泵上。对于高粘度样品（例如，甘油和离子液体），使用极慢的恒定流速（0.25 µl/min）。热扩散率测量使用甘油样品，比热容测量使用离子液体样品。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>测量
	<ol>
		<li>热扩散率测量
		<ol>
			<li>按照图5A所示连接测量装置。将甘油样品注入微热量计腔室。运行改进的计算机控制程序，测量热渗透时间。</li>
			<li>使用校准后的热渗透方程，根据测得的热渗透时间计算热扩散率7： 
			<img alt="分析物理学中的α方程；公式：α=((L×p)²/((16/π)t₀))；用于教学。" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="方程1"> 
			其中α为热扩散率，L为腔室厚度，p为由于制造工艺变化引起的厚度校准因子，t0 为热渗透时间。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>比热容测量
		<ol>
			<li>使用如图5B所示的TWA测量装置。采用相同的样品加载程序，将离子液体注入腔室。运行TWA程序，获得交流温度波动的振幅（∂TAC），并利用比热容方程计算每种离子液体样品的比热容cp8： 
			<img alt="热容计算公式cp；用于热分析研究与实验的方程。" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq2.jpg" width="117" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="方程2"> 
			其中C0为输入功率校准因子，Pin为输入功率，ω为驱动信号频率，m为液体样品质量。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 基于纸质微流控装置的量热型生化检测
<ol>
	<li>使用微加工的薄膜（40–50 nm 镍）RTD 传感器。RTD 传感器的制备步骤已在先前的研究中说明4。</li>
	<li>对于基于纸张的通道制备4，使用刀片绘图仪按照设计图案（L 形）切割纸基微流控通道。将纸张放置在切割垫上，将纸张和切割垫装入刀片绘图仪，并使用适当的参数切割微流控纸通道4。</li>
	<li>对于器件与通道的集成，使用丙烯酸粘合层（5 µm）将纸张集成到 RTD 传感器上。使用干净的刀片将纸张压向器件并去除气泡（图 6A）。丙烯酸薄膜作为粘合层，用于将纸张固定在 RTD 传感器上方。</li>
	<li>对于酶的活化，使用 50 mM 醋酸钠缓冲液活化 GOD 酶。将 1 mg GOD 酶加入 1 ml 醋酸钠缓冲液中，配制成 1 mg/ml 的溶液。将溶液的 pH 调整至 5.1。 
	注意：通过调节醋酸钠缓冲液中乙酸的用量，维持溶液 pH 为 5.1。</li>
	<li>对 RTD 施加 1 mA 的直流电流以激活 RTD，并在实验后电阻趋于稳定期间（约 4 分钟），持续测量电阻源/表。 
	注意：图 6B 显示了基于纸张的量热测试的测量装置。</li>
	<li>通过移液器将 2 µl 配制好的 GOD 溶液引入纸基微通道中心（固定位点）。检测到的温度（图 7A）必须开始下降。 
	注意：这种冷却效应是由于 RTD 的工作温度较高以及样品蒸发共同作用所致。</li>
	<li>为测量葡萄糖浓度，将标准葡萄糖对照溶液9引入通道入口，并测量反应引起的电阻变化。使用所有不同浓度的葡萄糖对照溶液（高、正常和低浓度）重复该实验，并保存电阻数据。</li>
	<li>利用镍 RTD 的电阻温度系数（TCR）和 Callendar–Van Dusen 方程，将电阻变化转换为温度。结合葡萄糖与 GOD 酶的反应焓（ΔH = -80 kJ/mol）以及浓度计算公式10，计算每个样品中葡萄糖的浓度： 
	<img alt="热力学，比热方程 nₚ=Cₚ(ΔT/ΔH)；热容分析公式。" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="公式 3"> 
	其中 np 为检测到的摩尔浓度，Cp 为系统的热容，ΔT 为计算得到的温度。</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>

未声明任何利益冲突。

本文介绍了微流控器件中不同的热测量技术及其相应的设置步骤。这些热测量方法，如热导率监测、热渗透时间、交流热波动幅度以及产生热量的幅度测量，可用于检测特定物质并研究不同的反应和相互作用。
热时间常数在上述热测量技术中起着关键作用。在微流控器件设计中，必须考虑热时间常数的优化。热时间常数取决于所制备器件的热质量和热导率，而这两者又与各组件的材料有关。采用薄膜材料和微加工技术可降低系统的热质量。通过使用悬置结构和高热导率材料，可以增强热导率，减少与周围环境之间的热耦合。此外，采用热隔离措施控制环境温度，对于避免测量干扰也至关重要。
在所述器件中，薄膜RTD可在较宽的温度范围内提供高灵敏度和线性温度测量。采用所述技术时，热噪声和电子测量噪声是限制分辨率的主要因素。
采用热测量方法的微流控设备能够在RTD线性测量范围内进行多种物理和化学测量。这些技术还可用于不同化学反应及生物样本反应与相互作用的检测，适用于即时检测应用和样本表征。所介绍的技术能够实现从组织水平到单细胞水平的测量。

本文介绍了三种不同的微尺度热测量技术。这三种不同构型的微流控装置分别用于热颗粒检测（TPD）、热特性表征（热导率和比热容）以及化学反应和相互作用的量热检测。
热颗粒检测
在微流控装置中检测和计数颗粒物被广泛应用于环境、工业和生物学领域1。热颗粒检测（TPD）是热测量技术在微流控装置中的一种新型应用2。利用传热方法根据颗粒大小对颗粒进行检测和计数，可降低系统的复杂性、成本和体积。而在其他方法中，通常需要使用复杂的光学系统或复杂的电学测量手段，以及先进的信号处理软件来实现颗粒检测。
使用微量热计对液体物质进行热表征
液体样品的热学表征是微流控器件中热测量的第二个应用。与传统的宏观量热法相比，进行微尺度量热分析可减少样品消耗，并通过提供更高的重复性来提高测量精度。使用片上微热量计器件测量导热系数和比热容的方法已在其他文献中报道3。微流控器件中用于导热系数测量的热渗透时间技术，以及用于比热容测量的热波分析（TWA）方法的详细步骤将在本实验方案部分进行描述。
基于纸质微流控装置的量热生物化学检测
热测量的另一个应用是在基于纸张的微流控系统中进行生化检测。纸张多孔结构中的毛细作用可输送液体，并避免微通道中气泡的产生问题。目前基于纸张的微流控装置中最常见的检测机制是光学或电化学技术。光学检测存在复杂度高、需要先进的图像处理软件对检测信号进行定量的局限性。电化学检测也受到限制，因为它仅适用于能产生活性副产物的反应。最近提出的量热型纸基生化传感器平台4结合了纸基微流控系统和无标记热检测机制的优势。本实验方案部分将介绍在纸基微流控平台上利用葡萄糖氧化酶（GOD）进行葡萄糖量热检测的具体步骤。
本文的目的是展示热测量技术在微流控器件中的应用能力。在接下来的部分中，将介绍器件制备、液体样品处理以及电阻温度检测器（RTD）传感器的激励与测量方法。

<table><tbody><tr><td>聚二甲基硅氧烷（PDMS）&amp;nbsp;</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>聚苯乙烯微球 - 90 &amp;#956;m</td><td>Corpuscular</td><td>100265</td><td></td></tr><tr><td>聚苯乙烯微球 - 200 &amp;#956;m</td><td>Corpusular</td><td>100271</td><td></td></tr><tr><td>甘油</td><td>SigmaAldrich</td><td>G5516</td><td></td></tr><tr><td>葡萄糖氧化酶（GOD enzyme）</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>葡萄糖质控液 - 低值</td><td>Bayer contour</td><td>Low Control</td><td></td></tr><tr><td>葡萄糖质控液 - 正常值</td><td>Bayer contour</td><td>Normal Control</td><td></td></tr><tr><td>葡萄糖质控液 - 高值</td><td>Bayer contour</td><td>High Control</td><td></td></tr><tr><td>层析滤纸</td><td>Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>玻璃</td><td>VWR&amp;nbsp;</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>丙烯酸薄膜</td><td>Nitto Denko</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>玻璃注射器（1 ml）</td><td>Hamilton</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>注射泵</td><td>New Era</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>绘图切割机</td><td>Silhouette</td><td>portrait</td><td></td></tr><tr><td>电流前置放大器</td><td>Stanford Research</td><td>SR-570</td><td></td></tr><tr><td>示波器</td><td>Agilent</td><td>DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>信号发生器</td><td>HP</td><td>HP3324A</td><td></td></tr><tr><td>锁相放大器</td><td>Stanford Research</td><td>SRS-830</td><td></td></tr><tr><td>源表 2400</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>源表 2600</td><td>Keithley</td><td>2436A</td><td></td></tr></tbody></table>

分析微流控器件中的热测量技术

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

热测量技术已广泛应用于多种领域，例如材料的热表征和化学反应检测。微加工技术能够降低所制备结构的热容，从而使得在微米和纳米尺度器件中进行高灵敏度热测量成为可能。将热测量技术与微流控器件相结合，可通过在单芯片上集成微型化系统，实现低样品消耗和缩短测量时间的多种分析测量。本文介绍了用于颗粒检测、材料表征和化学检测的热测量技术的操作流程。

图3展示了测得的热信号曲线。在微珠存在条件下产生的信号及其对应的光学图像表明，微通道中成功检测到了微球PS微珠。由于PS微珠的存在，流经微通道的液体热导率发生变化。通道内热导率的这一变化影响了微通道中的热传递。微通道中热传递的变化由RTD以电阻波动的形式检测到（图3A 和 B）。
检测到的信号还可能受到局部流场变化的影响（图3C 和 D），这将影响通道内的传热过程。热导率的变化会导致温度升高。此外，由于聚苯乙烯微球（PS bead）的尺寸与通道尺寸相当，微通道内的局部流速会发生改变，从而增强局部传热。在此情况下，传热变化的影响占主导地位，表现为检测电阻的降低。因此，在热谱法（TPD）实验中，通道尺寸与粒子尺寸的匹配至关重要。本研究结果表明，TPD技术具备对粒子进行计数并检测其尺寸的能力。
测得的甘油热扩散系数为 9.94 × 10-8 m...

本文介绍了微流控装置中进行热测量的三种实验方案。

热测量技术已应用于多种领域，例如材料的热表征和化学反应检测。...

以下实验的总体目标是在微流控装置中进行高灵敏度的热学测量。将使用三种不同的微流控装置来展示分析型微流控装置中的不同热测量技术。第二步，将基于电阻的温度检测器与装置连接，并将整个系统连接至计算机。接下来，将样品加载到装置中，并由控制器启动热检测。结果显示了微流控装置中热测量的扩展检测能力。与现有的比色法和电化学检测等方法相比，该技术的主要优势在于，在扩展检测范围的同时，降低了测量的复杂性。首先，采用 Vota 等人所述的技术，通过微加工制备带有集成温度传感器的薄层氮化硅膜。用去离子水冲洗完成的器件，并使用氮气将器件吹干。接下来，采用先前发表的技术制备带有微通道的 SU-8 模具，并根据待检测颗粒的尺寸范围调整微通道的长度和宽度。将30毫升的基液与3毫升的固化剂混合，制备PDMS。混合后，通过真空处理5到10分钟以去除其中的气泡。然后将PDMS浇注到模具上。然后将模具置于70摄氏度的加热板上放置两小时。固化后，小心地剥离PDMS，以免损坏微通道。使用手动打孔器在微通道一端打一个直径为1毫米的孔，用于连接PTFE管。在另一端使用直径为2毫米的打孔器制作储液池。接下来，将打孔后的微通道置于装置上方，并借助显微镜在电气接口处将基于电阻的温度检测器与微通道中心对齐。将电极引脚连接至焊盘位置，并拧紧锁定螺丝。确保高度可调的插针位于器件的正确电极焊盘上。接下来，通过将聚苯乙烯微球按1比10的比例稀释至100微升去离子水中（使用1.5毫升离心管）来制备微球悬液。为确保聚苯乙烯微球保持中性浮力，向混合液中加入2.7微升甘油，并通过移液上下吹打混匀。用一个1毫升的玻璃注射器吸取0.5毫升去离子水。将玻璃注射器连接到聚四氟乙烯（PTFE）管的一端，并将管的另一端连接至微流控通道。将装有去离子水的注射器置于计算机控制的注射泵上，并将流速设定在每分钟5至20微升之间。将流体充满整个通道直至储液池。接着，向储液池中加入10微升平衡好的微珠溶液，并通过改变注射泵的流动方向将微珠溶液引入微通道。最后，通过计算机控制的仪表施加1毫安的直流偏置电流，开启基于电阻的温度检测器，同时测量电阻并分类采集到的数据。首先，按照其他地方所述的方法制备芯片式量热仪装置和微流控层。通过将微型量热仪装置放入装置支架中，并将其与PDMS密封层的微流控入口、出口以及支架接头对齐，完成装置的组装。接着，安装装置支架上的电连接针，并拧紧支架螺丝以固定装置。然后将聚四氟乙烯管连接到两个入口和一个出口。将其中一个入口连接至装有样品的注射泵，另一个入口封闭，因为本实验不测量焓变。接着，将300微升样品装入玻璃注射器中，并将其安装到注射泵上。对于高粘度样品（如甘油和离子液体）的热扩散率测量，应使用非常缓慢且恒定的流速。连接测量装置，如下图所示。将甘油样品装入微量量热仪腔室，并运行经修改的计算机控制程序，用于测量热渗透时间。使用此处所示的已校准热渗透方程，根据测得的热渗透时间计算热扩散率。进行比热测量时，使用此处所示的热波分析测量装置。此次将离子液体装入腔室，并使用相同的样品加载程序。运行热波分析程序，获取交流温度波动的幅度，并计算每种离子液体样品的比热。该过程在其他地方已有更详细的描述。对于量热检测，按照先前所述方法微加工制备一个40至50纳米厚的镍薄膜电阻温度检测器。接着，使用刀具绘图仪切割L形纸片。微流控通道的长臂宽为3毫米，长为10毫米，短臂长为3毫米。使用洁净的镊子将一层5微米厚的双面丙烯酸胶粘剂贴附到传感器上，然后将纸质通道置于其上方。用洁净的刀片将纸质通道压向器件，并去除所有气泡。将一毫克葡萄糖氧化酶加入一毫升醋酸钠缓冲液中。为配制一毫克每毫升的溶液，必要时用醋酸钠缓冲液调节溶液 pH 至 5.1。接下来，用一毫安直流电流对电阻温度检测器施加偏置。为了激活检测器并开始连续测量电阻，向纸微通道的启动位点中心加入2 µL已配制的葡萄糖氧化酶溶液。检测到的温度将开始下降，以测量葡萄糖浓度；将葡萄糖标准品加入通道入口，测量反应引起的电阻变化。使用所有不同浓度的葡萄糖对照溶液重复该实验，并保存电阻数据。最后，利用随附文本方案及其他资料中列出的公式，将电阻变化转换为葡萄糖浓度。此处所示的聚苯乙烯微珠以每分钟五微升的流速通过电阻温度检测器。当微珠经过传感器时，电阻会出现轻微的尖峰，可根据此变化检测颗粒的大小。纸质比色传感器的典型输出结果如图所示。一旦加入葡萄糖氧化酶，温度便开始迅速下降，直至酶与葡萄糖溶液接触。此时发生反应，温度迅速上升，随后再次开始下降。这种温度变化可转换为葡萄糖浓度，从而准确测量样本容器中的葡萄糖水平。在进行该操作时，需注意设备的设计与结构在热测量中起着关键作用。相关的参考文献中已对热参数、热质量、终端电阻以及传感器参数进行了详细描述。

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科研

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工程

在分析微流体装置的热测量技术

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基于液滴的微流控平台有望用于高通量实验，因其能够以千赫兹速率低成本生成皮升级、自成隔室的微小反应容器。通过与快速、灵敏且高分辨率的荧光光谱方法相结合，可高效地提取、利用并整合这些系统中产生的大量信息。...

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一种用于制备对可见光和红外光透明观察窗的塑料微流控器件的软光刻工艺

近红外测温技术用于测量感应加热小型磁性球体周围水的温度

本方案将质谱光度法与一种新型微流控系统相结合，用于研究低亲和力的蛋白质-蛋白质相互作用。该方法基于对溶液中高浓度复合物的快速稀释，从而实现对低亲和力的测量，并拓展了质谱光度法的应用范围。...

通过将微流控技术与质量光度法结合分析微摩尔浓度下的蛋白质复合物形成

本文介绍了用于局部无损热表征与成像的频域热反射（FDTR）技术。...

基于频域热反射技术的热物性测量方法

学习微流体装置中的热测量技术，通过电阻式温度检测器实现高灵敏度检测。该方法简化了测量流程，同时扩展了检测范围，适用于分析化学和生物传感等多种应用领域。

分析微流控器件中的热测量技术

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