Técnicas de medición Térmicas en analíticas de microfluidos Dispositivos

El objetivo general del siguiente experimento es realizar mediciones térmicas para la detección sensible en dispositivos microfluídicos. Se utilizarán tres dispositivos microfluídicos fabricados diferentes para demostrar diferentes técnicas de medición térmica en dispositivos microfluídicos analíticos. Como segundo paso, los detectores de temperatura basados en resistencia se acoplan a los dispositivos y la configuración se conecta a una computadora.

A continuación, las muestras se cargan en los dispositivos y el controlador activa la detección térmica. Los resultados muestran las capacidades de detección extendidas de la medición térmica en dispositivos microfluídicos. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes como las detecciones cholemétrica y electroquímica, es que esta técnica reduce la complejidad de la medición a la vez que amplía el rango de detección.

Comience mediante el uso de la microfabricación de una membrana de nitruro de silicio de película delgada con un sensor de temperatura integrado utilizando la técnica descrita por vota et al. Enjuague el dispositivo completo con agua desionizada y seque el dispositivo con gas nitrógeno. A continuación, fabrique un molde SU eight con microcanales utilizando una técnica publicada anteriormente, adapte la longitud y el ancho de los microcanales para que se ajusten a la gama de tamaños de partícula que se van a detectar.

Hacer el PDMS mezclando 30 mililitros de la base con tres mililitros del agente de curado. Una vez mezclado, elimine las burbujas exponiéndolo al vacío durante cinco a 10 minutos. A continuación, vierta el PDMS en el molde.

Luego coloque el molde en una placa caliente a 70 grados centígrados durante dos horas. Una vez curado, retire el PDMS con mucho cuidado para no dañar los microcanales. Con un punzón manual, perfore un orificio de un milímetro en un extremo del microcanal para la tubería de PTFE.

Usa un punzón de dos milímetros en el otro extremo para hacer un depósito. A continuación, coloque el microcanal perforado en la parte superior del dispositivo y alinee el detector de temperatura basado en resistencia en el centro del microcanal con la ayuda de un microscopio en la interfaz eléctrica. Conecte las clavijas eléctricas en las posiciones de las almohadillas de contacto y apriete los tornillos de bloqueo.

Asegúrese de que las clavijas ajustables en altura se asienten en las almohadillas de electrodos correctas del dispositivo. A continuación, prepare las perlas de poliestireno diluyéndolas de uno a 10 en 100 microlitros de agua desionizada en un tubo de 1,5 mililitros. Para garantizar que las perlas de PS permanezcan neutralmente flotantes a 2,7 microlitros de glicerol en la mezcla y mezcle pipeteando hacia arriba y hacia abajo.

Llene una jeringa de vidrio de un mililitro con 0,5 mililitros de agua desionizada. Conecte la jeringa de vidrio a un extremo del tubo de PTFE y conecte el otro extremo del tubo al canal microfluídico. Coloque la jeringa llena de agua desionizada en una bomba de jeringa controlada por computadora y ajuste el caudal entre cinco y 20 microlitros por minuto.

Llene todo el canal con líquido hasta el depósito. A continuación, cargue 10 microlitros de la solución de perlas balanceadas en el depósito e introduzca la solución de perlas en el microcanal cambiando la dirección del flujo en la bomba de jeringa. Finalmente, encienda el detector de temperatura basado en resistencia polarizando un miliamperio de corriente continua a través del medidor controlado por computadora mientras mide la resistencia y clasifica los datos medidos.

Para comenzar, fabrique el dispositivo calorímetro en chip y la capa microfluídica como se describe en otra parte. Ensamble el dispositivo colocando el dispositivo de microcalorímetro en el soporte del dispositivo y alineando el dispositivo con las entradas y salidas microfluídicas junto con los accesorios del soporte de la capa de sellado PDMS. A continuación, instale las clavijas de conexión eléctrica en el soporte del dispositivo y bloquee los tornillos del soporte en su lugar.

A continuación, conecte los tubos de PTFE a ambas entradas y a la salida. Conecte una entrada a una bomba de jeringa cargada con muestra y cierre la otra, ya que en este caso no se mide la entalpía. A continuación, cargue una muestra de 300 microlitros en la jeringa de vidrio y colóquela en la bomba de jeringa.

Utilice caudales constantes muy lentos para muestras de alta viscosidad, como glicerol y líquidos iónicos. Para mediciones de difusividad térmica. Conecte la configuración de medición como se muestra aquí.

Cargue la muestra de glicerol en la cámara del microcalorímetro y ejecute un programa modificado controlado por computadora. Para la medición del tiempo de penetración de calor. Utilice la ecuación de penetración de calor calibrada que se muestra aquí para calcular la difusividad térmica a partir del tiempo de penetración de calor medido.

Para mediciones de calor específicas, utilice la configuración de medición de análisis de ondas térmicas como se muestra aquí. Esta vez, cargue el líquido iónico en la cámara y utilice el mismo programa de carga de muestras. Ejecute el programa de análisis de ondas térmicas para obtener la amplitud de las fluctuaciones de temperatura de CA y calcular el calor específico para cada muestra de líquido iónico.

Este proceso se describe con más detalle en otra parte. Para la detección calorimétrica, microfabrique un detector de temperatura de resistencia de película de níquel de 40 a 50 nanómetros de espesor como se describió anteriormente. A continuación, utilice un plotter de cuchillas para cortar papel en forma de L.

Canales microfluídicos de tres milímetros de ancho y 10 milímetros de largo en la pata más grande y de tres milímetros de largo en la pata corta. Use pinzas limpias para agregar una capa de adhesivo acrílico de doble cara de cinco micras de espesor al sensor y coloque el canal de papel encima. Utilice una cuchilla limpia para empujar el papel hacia el dispositivo y eliminar las burbujas de aire.

Agregue un miligramo de enzima glucosa oxidasa a un mililitro de tampón de acetato de sodio. Para hacer una solución de un miligramo por mililitro, ajuste el pH de la solución a 5.1 con tampón de acetato de sodio si es necesario. A continuación, sesgue el detector de temperatura de resistencia con un miliamperio de corriente continua.

Para activar el detector y comenzar a medir la resistencia de forma continua, introduzca dos microlitros de la solución de glucosa oxidasa preparada en el centro de un sitio de movilización del microcanal de papel. La temperatura detectada comenzará a disminuir para medir la concentración de glucosa, introducir patrones de glucosa en la entrada del canal y medir el cambio de resistencia causado por la reacción. Repita este experimento con todas las diferentes soluciones de control de glucosa y guarde los datos de resistencia.

Finalmente, convierta el cambio de resistencia en concentración de glucosa utilizando las ecuaciones enumeradas en el protocolo de texto adjunto y en otros lugares. La perla de poliestireno que se muestra aquí pasa por el detector de temperatura de resistencia con un caudal de cinco microlitros por minuto. A medida que pasa por el sensor, la resistencia aumenta ligeramente y el tamaño de la partícula se puede detectar en función de este cambio.

Aquí se muestra la salida típica de un sensor termométrico basado en papel. Una vez que se agrega la glucosa oxidasa, la temperatura comienza a disminuir rápidamente hasta que la enzima se encuentra con la solución de glucosa. Una vez que lo hace, se produce una reacción y la temperatura se dispara y luego comienza a enfriarse nuevamente.

Este cambio de temperatura se puede convertir en concentración de glucosa para medir con precisión los niveles de glucosa en los tazones de muestras Al intentar este procedimiento, es importante recordar que el diseño y la estructura del dispositivo juegan un papel clave en las mediciones térmicas. Los parámetros térmicos, la masa térmica y la resistencia de los terminales, así como los parámetros del sensor, están bien descritos en los artículos de referencia.