Name: טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic אנליטי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: למד טכניקות מדידה תרמית במכשירי microfluidic אנליטי באמצעות חיישני טמפרטורה מבוססי התנגדות. השיטה מפשטת את תהליך הזיהוי ומורחבת את טווח היכולות בהשוואה לשיטות מסורתיות.

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

תמיכה כספית חלקית עבור עבודה זו סופקה על ידי הקרן הלאומית למדע בארה&quot;ב דרך המרכז למחקר השיתופי התעשייה / אוניברסיטה במי ציוד ומדיניות הממוקמת באוניברסיטה ויסקונסין-מילווקי (IIP-0,968,887) ואוניברסיטת מרקט (IIP-0,968,844). אנו מודים גלן מ &#39;ווקר, וו-ג&#39;ין צ&#39;אנג והנקר Radhakrishnan לדיונים מועילים.

1. חלקיקים איתור תרמי (TPD) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את מכשיר סיליקון-מפוברק מיקרו עם קרום סרט דק סיליקון ניטריד וחיישן טמפרטורה משולב על ידי micromachining, באמצעות טכנולוגיית עיבוד מוליכים למחצה סטנדרטיים 2. יש לשטוף את המכשיר המפוברק עם מים ללא יונים (DI). הערה: שיטת הייצור למכשיר microfluidic גלאי חלקיקים תרמיים מוסברת בפרסום לפני 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לייצר polydimethylsiloxane מצעים (PDMS) עם מיקרו-ערוצים, ליצור עובש SU8 באמצעות יתוגרפיה סטנדרטית מעבד 5. הערה: גודל הערוץ מיועד לממד אחד של חלקיק מסוים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך PDMS על ידי ערבוב 10: 1 יחס של בסיס (30 מיליליטר) וסוכן ריפוי (3 מיליליטר). יוצקים את PDMS על העובש ולהסיר את הבועות על ידי חשיפתו לזמן קצר לואקום (5-10 דקות). הערה: רמת הוואקום היא לא ערך קריטי לdegasification ואת זה צריך להמשיך עד bubb גזles יוסרו לחלוטין ממעורב PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את התבנית על פלטה חמה (~ 70 מעלות צלזיוס) במשך שעה 2 כדי לרפא את PDMS. אז לקלף את PDMS מאוד בזהירות כדי לא לפגוע בעובש. הערה: רמת אבק היא לא ערך קריטי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות אגרוף ידני, אגרוף חור הדוק (1 מ&quot;מ) לצינור PTFE בקצה אחד. השתמש אגרוף גדול (2 מ&quot;מ) בקצה השני כדי להפוך את PDMS מאגר. מניחים את ערוץ מיקרו אגרוף בחלק העליון של המכשיר מתחת למיקרוסקופ וליישר את RTD במרכז ערוץ מיקרו (איור 1 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בממשק החשמל, לחבר את הסיכות חשמליות בעמדות כרית המגע ולהדק את ברגי הנעילה. ודא סיכות גובה מתכוונן (סיכות פוגו) לשבת ברפידות האלקטרודה הנכונות במכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל 10 μl של חרוזים PS מרוכזים במי DI 100 μl בצינור 1.5 מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להבטיח את PS חרוזים להישאר ניטראלי קלילים, להוסיף 2.7 μl של גליצרול (1.26g / סנטימטר 3) למים די כדי להתאים את צפיפות הנוזל לצפיפות חרוז פוליסטירן (PS) (1.05 גר &#39;/ סנטימטר 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את צינור PTFE לערוץ בקצה אחד ואת הקצה השני למזרק זכוכית 1 מיליליטר. מלא את מזרק הזכוכית עם 0.5 מיליליטר של מים DI. הערה: מתאים הדוק שנעשה על ידי בחירת גודל האגרוף הנכון יהיה למנוע דליפה בצינורות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המים די מילאו מזרק על משאבת המזרק מבוקר מחשב. לדחוף את המים (5-20 μl / min) לערוץ כדי למלא את כל הערוץ עם נוזל כל הדרך למאגר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עומס 10 μl של פתרון חרוז מאוזן למאגר ולהציג את פתרון חרוז לערוץ מיקרו על ידי שינוי כיוון הזרימה על משאבת מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את RTD על ידי הטיית 1 mA של זרם DC במקור / מטר המחשב מבוקר, תוך מדידת ההתנגדות על ידי מקור / מטר ומיון הנתונים שנמדדו (איור 2). הערה: במהלך הניסוי, החיישן הוא מוטה; לכן, הטמפרטורה נמדדת ברציפות עד לסוף ניסוי הספירה. חיישן RTD מוטה חשמלי על ידי היישום נוכחי DC בטווח של 100 מיקרו-אמפר לmA 1 למדוד את הטמפרטורה עד סוף ניסוי הספירה ברציפות. זה קריטי כדי לבחור את הרמה הנוכחית הנכונה שכן יש תחלופה בין רמת רעש ומשרעת האות המזוהות. משאבת המזרק משמשת ליצירת הזרימה במייקרו-ערוץ. בחירת קצב זרימה מתאימה כדי לבצע את ניסוי TPD מוגבל למהירות של המדידה. מהירות זו היא פונקציה של זמן קבוע התרמית של המכשיר ומהירות מדידה חשמלית. התוצאות של ניסוי גילוי חלקיקים תרמי מוצגות באיור 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנה שפותחה על עיבוד נתונים (LabVIEW) להמיר את נתוני התנגדות נמדדו טמפרטורה באמצעות משוואת Callendar-ואן דוסן 6. </li></ol> 2. תרמייםאפיון של חומרים נוזליים באמצעות מיקרו-קלורימטר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתהליך זה, להשתמש במכשיר על-שבב קלורימטר (איור 4 א) 3 למדוד את diffusivity התרמי והחום סגולי של הדגימות. הערה: בכל ימות, יש 2 תאי מיקרו-קלורימטר (איור 4). לכל תא 2 פתחי הכניסה ויציאה אחת. וכל תא יש חימום וחיישן RTD המשולב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מכשיר מיקרו-קלורימטר על בעל המכשיר (איור 4C). יישר את המכשיר לצריכת microfluidic ושקעים עם אבזרי בעל. מניחים את שכבת חותם PDMS על גבי המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן סיכות חיבור חשמליות על בעל המכשיר ולנעול את הברגים מחזיק. הערה: ודא סיכות פוגו גובה מתכוונן מיושרות עם כריות מגע חשמליות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את שכבת ממשק microfluidic עם תפסים מגנטיים לבעל המכשיר (איור 4D). חבר PTFE צינורות שני פתחי הכניסה והיציאה. חבר כניסה אחת ל- נטען מדגם משאבת המזרק ולסגור את השני, כמו אנתלפיה אינה נמדדה במקרה זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתכנית מבוקרת מחשב שפותחה כדי לטעון את המדגם לערוץ מיקרו ותאים. הערה: התכנית תשתמש זרימה הופסקו לשחרר לחץ מוגזם על החדר המושעה סרט דק. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את מדגם 300 μl לתוך מזרק הזכוכית ולמקם אותו על משאבת המזרק. השתמש (0.25 μl / min) שיעורי זרימה מתמידים איטיים מאוד עבור דגימות צמיגות גבוהות (למשל, גליצרול ונוזלים יוניים). השתמש מדגם גליצרול למדידות תרמית diffusivity ונוזלים יוניים למדידות חום סגוליות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידות diffusivity תרמיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את התקנת המדידות כפי שמוצג באיור 5 א. טען את מדגם גליצרול לתא מיקרו-קלורימטר. הפעל את תכנית המחשב נשלט שונה מערכות חימום<html> חדירה לא מדידת זמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במשוואת חדירת חום המכויל כדי לחשב diffusivity תרמית מרגע חדירת החום שנמדד 7: <img alt="משוואת 1" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> שבו α הוא diffusivity התרמי, L הוא עובי של קאמרי, עמ &#39;הוא גורם כיול עובי בשל וריאציה תהליך הייצור, ולא 0 זמן חדירת חום. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידות חום סגולית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהגדרת מדידת TWA כפי שמוצג באיור 5. השתמש באותה תכנית טעינת מדגם ולטעון את הנוזל היוני בתא. הפעל את תכנית TWA כדי לקבל את המשרעת של תנודות טמפרטורת AC (∂ T AC) ולהשתמש במשוואת החום הסגולית לחישוב ספציפי, עמ &#39;ג, חום עבור כל דגימת נוזל יונית 8: &quot;Width =&quot; 117 28eq2.jpg &quot;/&gt; כאשר C הוא גורם כיול 0 כוח קלט, P בהוא כוח קלט, ω הוא התדר של האות להפעלה ללא, וM היא המסה של מדגם נוזלי. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Calorimetric יוכימית איתור במכשיר microfluidic מבוסס נייר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש חיישן RTD סרט דק (40-50 ננומטר ניקל) microfabricated. צעדי ייצור לחיישן RTD מוסברים בעבודות קודמות 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור ייצור ערוץ המבוסס על נייר 4, להשתמש תואי סכין כדי לחתוך את נייר ערוצי microfluidic עם דפוס שנועד (L-צורה). הנח את הנייר על גבי מחצלת החיתוך, טענת את הנייר ומחצלת החיתוך לתואי הסכין, ולהשתמש במתכון המתאים לחתוך את נייר ערוצי microfluidic 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשילוב מכשיר וערוץ, להשתמש שכבת דבק אקרילי (5 מיקרומטר) לשלב את הנייר על חיישן RTD. השתמש ב נקיאדה לדחוף את הנייר למכשיר ולהסיר בועות אוויר (איור 6 א). סרט אקריליק הוא שכבת דבק להחזיק את הנייר על חיישן RTD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפעלת אנזים, להשתמש חיץ נתרן אצטט 50 מ&quot;מ על מנת להפעיל את אנזים אלוהים. להוסיף 1 מ&quot;ג של אנזים אלוהים 1 מיליליטר של חיץ נתרן אצטט לעשות 1 מ&quot;ג / מיליליטר הפתרון. התאם את ה- pH של התמיסה 5.1. הערה: התאם את כמות החומצה אצטית במאגר נתרן אצטט כדי לשמור על PH של 5.1 פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ההטיה RTD עם 1 נוכחי mA של DC כדי להפעיל את RTD ולהתחיל למדוד את מקור התנגדות / המטר ברציפות תוך ההתנגדות נרגעת לאחר הניסוי (~ 4 דקות). הערה: איור 6 מראה את התקנת המדידה לבדיקת calorimetric המבוסס על נייר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג 2 μl של פתרון אלוהים הכין למרכז נייר ערוץ מיקרו (אתר קיבוע) באמצעות פיפטה. הטמפרטורה זוהתה (איור 7 א) חייבת להתחיל to להקטין. הערה: אפקט קירור זאת בשל הטמפרטורה גבוהה יותר בהפעלתה של RTD ואידוי של המדגם יחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למדוד את ריכוז הסוכר, להציג שליטת גלוקוז סטנדרטית פתרון 9 לכניסת הערוץ ולמדוד את השינוי בהתנגדות שנגרם על ידי התגובה. חזור על ניסוי זה עם כל פתרונות השונים שליטת גלוקוז (גבוהים, רגילים וריכוזים נמוכים) ולשמור את נתוני התנגדות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש במקדם הטמפרטורה של ההתנגדות (TCR) לRTD ניקל ומשוואת Callendar-ואן דוסן, להמיר את שינוי ההתנגדות לטמפרטורה. חשב את הריכוז של גלוקוז בכל דגימה על ידי בהתחשב באנתלפיה התגובה של גלוקוז ואנזים אלוהים (Δ H = -80 kJ / שומה) ובאמצעות משוואת הריכוז 10: <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> כאשר p n מזוהה ריכוז טוחנת, C <sub&gt; P הוא קיבולת חום של המערכת וΔT מחושב טמפרטורה. </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>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

טכניקות מדידה תרמיות שונות במכשירים מיקרופלואידיים ונהלי ההתקנה שלהם מוצגות בעבודה זו. שיטות מדידה תרמיות אלו כגון ניטור מוליכות תרמית, זמן חדירה תרמית, משרעת של תנודות תרמיות AC ומדידת משרעת של החום שנוצר משמשות לאיתור חומרים ספציפיים ולחקירת תגובות ואינטראקציות שונות. 
קבוע הזמן התרמי ממלא תפקיד מפתח בטכניקות המדידה התרמית שהוזכרו לעיל. בתכנון מכשיר מיקרופלואידי, יש לקחת בחשבון את האופטימיזציה של קבועי זמן תרמיים. קבוע הזמן התרמי הוא פונקציה של המסה התרמית והמוליכות התרמית של המכשיר המפוברק,...

שלוש שיטות מדידה שונות מיקרו בקנה מידה תרמית מוצגות במאמר זה. שלוש התצורות שונות של מכשירי microfluidic משמשות לגילוי תרמית חלקיקים (TPD), אפיון תרמי (מוליכות תרמית וחום ספציפי), וזיהוי calorimetric של תגובות ואינטראקציות כימיות. גילוי חלקיקים תרמי זיהוי וספירת חלקיקים במכשירי microfluidic הוא בשימוש נרחב עבור יישומים סביבתיים, תעשייתיים, וביולוגיים 1. TPD הוא אחד יישומי הרומן של מדידות תרמית במכשירי microfluidic 2. באמצעות העברת חום לגילוי וספירת חלקיקים המבוססים על גודל החלקיקים מפחית את המורכבות, עלות, וגודלה של המערכת. בשיטות אחרות, אופטיקה המורכבת או מדידות חשמליות מורכבות ותוכנת עיבוד אותות מתקדמת המשמשים לאיתור חלקיקים. Chara התרמיcterization של חומרים נוזליים באמצעות מיקרו-קלורימטר אפיון תרמי מדגם נוזלי הוא היישום השני של מדידת תרמית במכשירי microfluidic. ביצוע calorimetry מיקרו בקנה המידה יפחית את צריכת המדגם ולהגדיל את הדיוק על ידי מתן הדירות גבוהות יותר בהשוואה לשיטות קונבנציונליות calorimetry, בתפזורת. הנהלים למוליכות תרמית ומדידת חום סגולי שימוש במכשיר מיקרו-קלורימטר על השבב מוצגים במקום אחר 3. הפרטים של טכניקת חדירת חום למדידת זמן מוליכות תרמית וניתוח הגל התרמי (TWA) למדידות חום ספציפיות במכשירי microfluidic מתוארים בסעיף הפרוטוקול. מכשיר microfluidic Calorimetric ביו-כימי איתור בנייר מבוסס יישום נוסף של מדידת תרמית הוא גילוי ביוכימיים במיקרופלואידיקה המבוסס על נייר. פעולת הנימים במבנה נקבובי של נייר נושא את הנוזל וימנע בעיות ייזום בועה במייקרו-ערוצים. מנגנוני זיהוי הנפוצים ביותר במכשירי microfluidic מבוסס נייר טכניקות אופטיות או אלקטרוכימי. זיהוי אופטי סובל ממורכבות גבוהה ושיש הצורך בתוכנת עיבוד תמונה המתקדמת לקוואנטיזציה האות המזוהות. תגליות אלקטרוכימי גם מוגבלות, משום שהם יכולים להיות מיושמים רק לתגובות המייצרות תוצרי לוואי פעילים. הפלטפורמה הציגה לאחרונה calorimetric מבוסס נייר החיישן ביוכימיים 4 מנצלת את מערכת microfluidic מבוסס נייר ומנגנון זיהוי התרמי ללא תווית. הנהלים של זיהוי calorimetric של גלוקוז באמצעות אנזים גלוקוז אוקסידאז (אלוהים) בפלטפורמת מייקרו-נוזלית המבוסס על נייר מוצגים בסעיף הפרוטוקול. המטרה של מאמר זה היא להדגים את היכולות של טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic. Preparatio המכשירn, מדגם נוזלי גלאי טמפרטורת טיפול והתנגדות עירור חיישן (RTD) ומדידה מוצגים בסעיפים הבאים.

<table><tbody><tr><td>פולידימתילסילוקסן (PDMS)&nbsp;</td><td>חרוזי דאו קורנינג</td><td>סילגארד 184</td><td></td></tr><tr><td>PS - 90 & #956; m</td><td>Corpuscular</td><td>100265</td><td></td></tr><tr><td>חרוזי PS - 200 & #956; m</td><td>Corpuscular</td><td>100271</td><td></td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>SigmaAldrich</td><td>G5516</td><td></td></tr><tr><td>GOD Enzyme</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>תמיסת בקרת גלוקוז -</td><td>מתאר באייר</td> נמוך תמיסת בקרת גלוקוז <td>בקרה</td><td></td>נמוכה</tr><tr><td>-</td><td>מתאר באייר</td> רגיל תמיסת בקרת גלוקוז <td>בקרה</td><td></td>רגילה</tr><tr><td>-</td><td>מתאר באייר</td> גבוהנייר סינון כרומטוגרפיה <td>בשליטה</td><td></td>גבוהה</tr><tr><td></td><td>Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>זכוכית</td><td>VWR&nbsp;</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>סרט אקרילי</td><td>Nitto Denko</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>מזרק זכוכית (1 מ"ל)</td> <td>המילטון</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>משאבת מזרק</td><td>New Era</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>פלוטר סכין</td><td>צללית</td><td>דיוקן</td><td></td></tr><tr><td>זרם קדם מגבר</td><td>סטנפורד</td><td>מחקר SR-570</td><td></td></tr><tr><td>אוצילוסקופ</td><td>Agilent</td><td>מחולל אותות DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>מגבר נעילה</td> HP HP3324A <td></td><td></td> סטנפורד מחקר SRS-830 <td></td></tr><tr><td>מקור/מטר 2400</td><td>קית'לי</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>מקור/מטר 2600</td><td>קית'לי</td><td>2436A</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic אנליטי

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

טכניקות מדידה תרמיות שימשו ליישומים רבים כגון אפיון תרמי של חומרים וזיהוי תגובות כימיות. טכניקות מיקרו-עיבוד מאפשרות להפחית את המסה התרמית של מבנים מיוצרים ומציגות את האפשרות לבצע מדידות תרמיות ברגישות גבוהה במכשירים בקנה מידה מיקרו וננו. שילוב טכניקות מדידה תרמית עם התקנים מיקרופלואידיים מאפשר ביצוע מדידות אנליטיות שונות עם צריכת דגימה נמוכה וזמן מדידה מופחת על ידי שילוב המערכת הממוזערת על שבב יחיד. ההליכים של טכניקות מדידה תרמית לגילוי חלקיקים, אפיון חומרים וגילוי כימי מוצגים במאמר זה.

איור 3 מציג את העלילה של האות התרמית נמדדה. האותות שנוצרו בנוכחות חרוזים עם תמונות אופטיות מקבילה להראות זיהוי המוצלח של חרוזים PS microsphere בערוץ מיקרו. מוליכות התרמית של הנוזל עובר דרך ערוץ מיקרו משתנים בשל נוכחותם של חרוזים PS. שינוי במוליכות התרמית של הערוץ זה משפיע על העברת החום במייקרו-הערוץ. השינוי בהעברת החום בערוץ המייקר הוא זוהה על ידי RTD בצורה של תנודות התנגדות (איור 3 א &#39;וב&#39;). <p class="jove_content" style=";text-align:r...

כאן, אנו מציגים שלושה פרוטוקולים למדידות תרמיות במכשירים מיקרופלואידיים.

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

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לבצע מדידות תרמיות לצורך גילוי רגיש בהתקנים מיקרופלואידיים. שלושה התקנים מיקרופלואידיים שונים שיובאלו ישמשו להדגמה של טכניקות מדידה תרמיות שונות בהתקנים מיקרופלואידיים אנליטיים. כשלב שני, גלאי טמפרטורה מבוססי התנגדות מוצמדים להתקנים והמערך מחובר למחשב.בשלב הבא, הדגימות מוכנסות למכשירים והגילוי התרמי מופעל על ידי הבקר. התוצאות מראים את יכולות הגילוי המורחבות של מדידה תרמית במכשירים מיקרופלואידיים. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון גילויים קולורימטריים ואלקטרוכימיים, הוא שטכניקה זו מפחיתה את מורכבות המדידה בעוד שטווח הגילוי מורחב.התחילו בייצור מיקרופבריקציה של ממברנת סיליקון ניטריד דקה עם חיישן טמפרטורה משולב, תוך שימוש בטכניקה המתוארת על ידי Vota et al. שטפו את המכשיר המוכן במים דה-יוניים וייבשו אותו באמצעות גז חנקן. לאחר מכן, ייצרו תבנית SU-8 עם מיקרו-ערוצים באמצעות טכניקה שפורסמה בעבר, והתאימו את אורך ורוחב המיקרו-ערוצים לטווח גדלי החלקיקים שברצונכם לזהות.הכינו את ה-PDMS על ידי ערבוב של 30 milliliters של הבסיס עם שלושה milliliters של חומר ההקשחה. לאחר הערבוב, הסירו בועות אוויר על ידי חשיפה לוואקום למשך חמש עד 10 דקות. לאחר מכן, שפכו את ה-PDMS על התבנית.לאחר מכן, הניחו את התבנית על פלטה מחממת בטמפרטורה של 70 °C למשך שעתיים. לאחר ההקשיה, קלפו את ה-PDMS בזהירות רבה כדי לא לפגוע במיקרו-תעלות. בעזרת מחורר ידני, חוררו חור בקוטר של 1 mm בקצה אחד של המיקרו-תעלה עבור צינור ה-PTFE.השתמשו במנקב של שני מילימטרים בקצה השני כדי ליצור מאגר. לאחר מכן, הניחו את המיקרו-תעלה המנוקבת על גבי המכשיר ויישרו את גשש הטמפרטורה המבוסס התנגדות במרכז המיקרו-תעלה בעזרת מיקרוסקופ בממשק החשמלי. חברו את הפינים החשמליים במיקומי פדי המגע והדקו את ברגי הנעילה.וודאו שפיני התמיכה בעלי הגובה可מתכוון מונחים על פדי האלקטרודות הנכונים במכשיר. לאחר מכן, הכינו את חרוזי הפוליסטירן על ידי דילול ביחס של 1:10 לתוך 100 µL של DI water במבחנה של 1.5 mL. כדי להבטיח שחרוזי ה-PS יישארו בעלי ציפה ניטרלית, הוסיפו 2.7 µL של glycerol לתערובת וערבבו באמצעות פיפוט למעלה ולמטה.מלאו מזרק זכוכית של 1 מיליליטר ב-0.5 מיליליטר של DI water. חברו את מזרק הזכוכית לקצה אחד של צינור ה-PTFE וחברו את הקצה השני של הצינור לתעלת המיקרופלואידיקה. הניחו את המזרק המלא ב-DI water על משאבת מזרקים מנוהגת במחשב והגדירו את קצב הזרימה לבין 5 ו-20 µL לדקה.מלאו את כל התעלה בנוזל עד למאגר. לאחר מכן, העמיסו 10 µL של תמיסת חרו지를 מאוזנת למאגר, והחדירו את תמיסת החרוזים למיקרו-תעלה על ידי שינוי כיוון הזרימה במשאבת המזרק. לבסוף, הפעילו את גשש הטמפרטורה המבוסס על התנגדות על ידי מתיגה של 1 mA של זרם DC דרך המד הנשלט במחשב, תוך כדי מדידת ההתנגדות ומיון הנתונים שנמדדו.כדי להתחיל, ייצרו את התקן הקלורימטר על השבב ואת השכבה המיקרופלואידית כפי שמתואר במקום אחר. הרכיבו את ההתקן על ידי הנחת התקן המיקרו-קלורימטר במחזיק ההתקן ויישור ההתקן לכניסות ויציאות המיקרופלואידיקה יחד עם מחברי השכבה של אטם ה-PDMS. לאחר מכן, התקינו את פיני החיבור החשמליים במחזיק ההתקן והדקו את ברגי המחזיק במקומם.לאחר מכן, חברו את צינורות ה-PTFE לשני הכניסות ולמוצא. חברו כניסה אחת למשאבת מזרקים טעונה בדגימה וסגרו את הכניסה השנייה, כיוון שבמקרה זה אינה נמדדת האנתלפיה. לאחר מכן, טענו דגימה של 300 µL למזרק הזכוכית והניחו אותו על משאבת המזרקים.השתמשו בקצבי זרימה קבועים ואיטיים מאוד עבור דגימות בעלות צמיגות גבוהה, כגון גליצרין ונוזלים יוניים. עבור מדידות דיפוזיות תרמית, חברו את מערך המדידה כפי שמוצג כאן.העמיסו את דגימת הגליצרין לתא המיקרו-קלורימטר והפעילו תוכנית מותאמת הנשלטת במחשב. למדידת זמן חדירת החום, השתמשו במשוואת חדירת החום המכוילת המוצגת כאן כדי לחשב את הדיפוזיה התרמית מזמן חדירת החום שנמדד.עבור מדידות חום סגולי, השתמשו במערך המדידה של ניתוח גלי תרמי כפי שמוצג כאן. הפעם, טענו את הנוזל היוני לתא והשתמשו באותה תוכנית טעינת דגימות. הפעילו את תוכנית ניתוח הגלים התרמיים כדי לקבל את האמפליטודה של תנודות הטמפרטורה בזרם חילופין (AC) וחשבו את החום הסגולי עבור כל דגימת נוזל יוני.תהליך זה מתואר ביתר פירוט במקום אחר. לצורך גילוי קלורימטרי, ייצרו במיקרו-פבריקציה גלאי טמפרטורה התנגדותי (RTD) העשוי משכבת ניקל בעובי 40 עד 50 ננומטר כפי שתואר בעבר. לאחר מכן, השתמשו בבלוטר סכין כדי לחתוך נייר בצורת L.תעלות מיקרופלואידיות ברוחב של 3 mm ובאורך של 10 mm ברגל הגדולה ובאורך של 3 mm ברגל הקצרה. השתמשו בפינצטה נקייה כדי להוסיף שכבה בעובי של 5 µm של דבק אקרילי דו-צדדי לחיישן והניחו את תעלת הנייר מעליה. השתמשו בלהב נקי כדי להצמיד את הנייר למכשיר ולהוציא בועות אוויר.הוסיפו מיליגרם אחד של אנזים glucose oxidase למיליליטר אחד של בופר sodium acetate. כדי להכין תמיסה בריכוז של מיליגרם אחד למיליליטר, תקנו במידת הצורך את ה-pH של התמיסה ל-5.1 באמצעות בופר sodium acetate. לאחר מכן, הזינו את גשש הטמפרטורה (RTD) בזרם DC של מילי-אמפר אחד.כדי להפעיל את הגלאי ולהתחיל במדידה רציפה של ההתנגדות, הכניסו 2 µL של תמיסת glucose oxidase שהוכנה למרכזו של אתר הניידות (mobilization site) של המיקרו-תעלה בנייר. כאשר הטמפרטורה המגולה תתחיל לרדת, כדי למדוד את ריכוז הגלוקוז, הכניסו תמיסות סטנדרט של גלוקוז לפתח הכניסה של התעלה, ומדדו את השינוי בהתנגדות הנגרם מהתגובה. חזרו על ניסוי זה עם כל תמיסות הבקרת הגלוקוז השונות ושמרו את נתוני ההתנגדות.לבסוף, המירו את השינוי בהתנגדות לריכוז גלוקוז באמצעות המשוואות המופיעות בפרוטוקול הטקסט הנלווה ובמקומות אחרים. חבב הפוליסטירן המוצג כאן עובר מעל גלאי הטמפרטורה ההתנגדותי בקצב זרימה של 5 µL לדקה. בעת מעברו בחיישן, ההתנגדות מזנקת מעט, וניתן לזהות את גודל החלקיק על בסיס שינוי זה.הפלט הטיפוסי מחיישן קלורימטרי מבוסס-נייר מוצג כאן. לאחר הוספת ה-glucose oxidase, הטמפרטורה מתחילה לרדת במהירות עד שהאנזים פוגש את תמיסת הגלוקוז. ברגע שזה קורה, מתרחשת תגובה, הטמפרטורה מזנקת ולאחר מכן מתחילה לרדת שוב.ניתן להמיר שינוי טמפרטורה זה לריכוז גלוקוז כדי למדוד במדויק את רמות הגלוקוז בכלי הדגימות. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לזכור כי לתכנון ומבנה המכשיר יש תפקיד מרכזי במדידות תרמיות. הפרמטרים התרמיים, המסה התרמית, ההתנגדות הטרמינלית ופרמטרי החיישן מתוארים היטב במאמרי הסימוכין.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פרוטוקול זה מתאר את הפיתוח של המכשיר microfluidic לחקירת chemotaxis חיידקים הדרגתיים ריכוז יציב של chemoeffectors.

מכשיר microfluidic לכימות Chemotaxis חיידקים Gradients ריכוז אורווה

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

ההליך ליישום חיישן שביר לתדרי terahertz מבוססים על גיאומטרית מוליך גל חורצת מקבילת צלחת מתואר כאן. השיטה מניבה מדידה של מקדם השבירה של נפח קטן של נוזל דרך ניטור של השינוי בתדר התהודה של מבנה מוליך...

חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

כאן, אנו מתארים הליך המשתמש בטכניקת שלירן בקנה מידה מיקרו כדי למדוד אי הומוגניות ערבוב במכשיר מיקרופלואידי. באמצעות כיול ניתן לגזור את התפלגות שיפוע הריכוז מתמונת המיקרו-שלירן.

ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren

אנו מדגימים שימוש בחיישן מופץ סיבים אופטיים למיפוי שדה הטמפרטורה של ערבוב מטוסי אוויר. חיישן הפיזור מבוסס ריילי מייצר אלף נקודות נתונים לאורך סיב בודד לספק רזולוציה מרחבית חריגה היא בלתי ניתן להשגה עם חיישנים מסורתיים כגון צמדים.

חיישני סיבים אופטיים מבוזרת עבור מיפוי שדה הטמפרטורה גבוהה ברזולוציה

נתאר את תהליך ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני.

ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני

פרוטוקול עבור הזיוף של התקנים microfluidic פלסטיק עם תצוגה שקוף-יציאות עבור הדמיה אור גלוי, אינפרא-אדום מתואר.

הליך ליטוגרפית רך לייצור מכשירים Microfluidic פלסטיק עם יציאות תצוגה שקוף לאור גלויים ולא אינפרא-אדום

טכניקה ניצול אורכי גל של nm 1150, 1412 כדי למדוד את הטמפרטורה של המים המקיפים של אינדוקציה המחוממת קטן מגנטי כדור מוצג.

בטכניקת מדידת טמפרטורה אינפרא אדום המקיפים של אינדוקציה המחוממת קטן מגנטי כדור מים

כתב יד זה מתאר שיטות שמטרתה מדידת מקדמי העברה מקומית נקודתית חום הולכת חום בתוך זרם צינור בודד או שני שלבים. גם מוצגת שיטה אופטי פשוטה כדי לקבוע את האורך ואת את מהירות התפשטות של בועת אוויר מוארך (טיילור) נע במהירות קבועה.

מדידות של העברת החום הולכת חום מקומי מיידי בתוך צינור - יחיד, דו-שלבית זרימה

הפרוטוקול הנוכחי מתאר התגבשות של גבישי קרח מיקרוסקופיים והידרטים של קלתראט בהתקנים מיקרופלואידיים, מה שמאפשר חילופי נוזלים סביב הגבישים שנוצרו. זה מספק אפשרויות שאין שני להן לבחון את תהליך ההתגבשות ומנגנוני הקשירה של המעכבים.

גישה מיקרופלואידית לחקר התגבשות קרח וקלתראט הידרט

פרוטוקול זה משלב פוטומטריית מסה עם מערכת מיקרופלואידיקה חדשנית לחקר אינטראקציות חלבון-חלבון בעלות זיקה נמוכה. גישה זו מבוססת על דילול מהיר של קומפלקסים מרוכזים מאוד בתמיסה, המאפשר מדידות בעלות זיקה נמוכה ומרחיב את תחולת פוטומטריית המסה.

ניתוח היווצרות קומפלקס חלבונים בריכוזים מיקרומולרים על ידי צימוד מיקרופלואידיקה עם פוטומטריית מסה

למד טכניקות מדידה תרמית במכשירי microfluidic אנליטי באמצעות חיישני טמפרטורה מבוססי התנגדות. השיטה מפשטת את תהליך הזיהוי ומורחבת את טווח היכולות בהשוואה לשיטות מסורתיות.

טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic אנליטי

גלה סרטונים נוספים