Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di eseguire misure termiche per la rilevazione sensibile in dispositivi microfluidici. Tre diversi dispositivi microfluidici fabbricati saranno utilizzati per dimostrare diverse tecniche di misurazione termica in dispositivi microfluidici analitici. In una seconda fase, i rilevatori di temperatura basati sulla resistenza vengono accoppiati ai dispositivi e la configurazione viene collegata a un computer.

Successivamente, i campioni vengono caricati nei dispositivi e il rilevamento termico viene attivato dal controller. I risultati mostrano le capacità di rilevamento estese della misurazione termica nei dispositivi microfluidici. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come le rilevazioni elettrochimiche e a base di colemetria, è che questa tecnica riduce la complessità della misurazione mentre il campo di rilevamento è esteso.

Inizia utilizzando la micro fabbricazione di una membrana in nitruro di silicio a film sottile con un sensore di temperatura integrato utilizzando la tecnica descritta da vota et al. Sciacquare il dispositivo completato con acqua deionizzata e asciugare il dispositivo utilizzando azoto gassoso. Successivamente, fabbricare uno stampo SU eight con micro canali utilizzando una tecnica precedentemente pubblicata, adattare la lunghezza e la larghezza dei micro canali per adattarli alla gamma di dimensioni delle particelle da rilevare.

Preparare il PDMS mescolando 30 millilitri di base con tre millilitri di agente indurente. Una volta mescolato, rimuovere eventuali bolle esponendolo a vuoto per cinque-10 minuti. Quindi versare il PDMS sullo stampo.

Posizionare quindi lo stampo su una piastra calda a 70 gradi Celsius per due ore. Una volta indurito, staccare il PDMS con molta attenzione per non danneggiare i microcanali. Utilizzando un punzone manuale, praticare un foro di un millimetro a un'estremità del microcanale per il tubo in PTFE.

Usa un punzone da due millimetri all'altra estremità per creare un serbatoio. Quindi, posizionare il microcanale perforato sulla parte superiore del dispositivo e allineare il rilevatore di temperatura basato sulla resistenza al centro del microcanale con l'aiuto di un microscopio nell'interfaccia elettrica. Collegare i pin elettrici nelle posizioni delle piastre di contatto e serrare le viti di bloccaggio.

Assicurarsi che i pin regolabili in altezza si trovino sui cuscinetti degli elettrodi corretti sul dispositivo. Successivamente, prepara le perle di polistirolo diluendole da uno a 10 in 100 microlitri di acqua deionizzata in un tubo da 1,5 millilitri. Per garantire che le perle di PS rimangano neutre a galleggiare a 2,7 microlitri di glicerolo nella miscela e mescolare pipettando su e giù.

Riempire una siringa di vetro da un millilitro con 0,5 millilitri di acqua deionizzata. Collegare la siringa di vetro a un'estremità del tubo in PTFE e collegare l'altra estremità del tubo al canale microfluidico. Posizionare la siringa riempita d'acqua deionizzata su una pompa a siringa controllata da computer e impostare la portata tra cinque e 20 microlitri al minuto.

Riempi l'intero canale con il fluido fino al serbatoio. Quindi, caricare 10 microlitri della soluzione di perline bilanciate nel serbatoio e introdurre la soluzione di microsfere nel microcanale modificando la direzione del flusso sulla pompa a siringa. Infine, accendi il rilevatore di temperatura basato sulla resistenza polarizzando un milliampere di corrente CC attraverso il misuratore controllato dal computer mentre misuri la resistenza e ordini i dati misurati.

Per iniziare, fabbricare il dispositivo calorimetrico su chip e lo strato microfluidico come descritto altrove. Assemblare il dispositivo posizionando il dispositivo microcalorimetro nel supporto del dispositivo e allineando il dispositivo agli ingressi e alle uscite microfluidiche insieme ai raccordi del supporto dello strato di tenuta PDMS. Quindi, installare i pin di collegamento elettrico sul supporto del dispositivo e bloccare le viti del supporto in posizione.

Quindi collegare i tubi in PTFE a entrambi gli ingressi e all'uscita. Collegare un ingresso a una pompa a siringa caricata con campione e chiudere l'altra poiché in questo caso l'entalpia non viene misurata. Quindi caricare un campione da 300 microlitri nella siringa di vetro e posizionarlo sulla pompa a siringa.

Utilizzare portate costanti molto lente per campioni ad alta viscosità come glicerolo e liquidi ionici. Per misure di diffusività termica. Collegare la configurazione di misurazione come mostrato qui.

Caricare il campione di glicerolo nella camera del microcalorimetro ed eseguire un programma modificato controllato da computer. Per la misurazione del tempo di penetrazione del calore. Utilizzare l'equazione calibrata di penetrazione del calore mostrata qui per calcolare la diffusività termica dal tempo di penetrazione del calore misurato.

Per misurazioni specifiche del calore, utilizzare la configurazione di misurazione dell'analisi delle onde termiche come mostrato qui. Questa volta, caricare il liquido ionico nella camera e utilizzare lo stesso programma di caricamento del campione. Eseguire il programma di analisi delle onde termiche per ottenere l'ampiezza delle fluttuazioni di temperatura CA e calcolare il calore specifico per ciascun campione di liquido ionico.

Questo processo è descritto più dettagliatamente altrove. Per il rilevamento calorimetrico, micro fabbricare un rilevatore di temperatura a resistenza con film di nichel spesso da 40 a 50 nanometri come descritto in precedenza. Quindi, usa un plotter a coltello per tagliare la carta a forma di L.

Canali microfluidici larghi tre millimetri e lunghi 10 millimetri sulla gamba più grande e tre millimetri sulla gamba corta. Utilizzare una pinzetta pulita per aggiungere uno strato di adesivo acrilico biadesivo spesso cinque micron al sensore e posizionare il canale di carta sulla parte superiore. Utilizzare una lama pulita per spingere la carta sul dispositivo e rimuovere eventuali bolle d'aria.

Aggiungere un milligrammo di enzima glucosio ossidasi a un millilitro di tampone acetato di sodio. Per ottenere una soluzione da un milligrammo per millilitro, regolare il pH della soluzione a 5,1 con tampone di acetato di sodio, se necessario. Quindi, polarizzare il rilevatore di temperatura a resistenza con un milliampere di corrente CC.

Per attivare il rilevatore e iniziare a misurare la resistenza in modo continuo, introdurre due microlitri della soluzione di glucosio ossidasi preparata al centro di un sito di mobilizzazione del microcanale di carta. La temperatura rilevata inizierà a diminuire per misurare la concentrazione di glucosio, introdurre standard di glucosio all'ingresso del canale e misurare la variazione di resistenza causata dalla reazione. Ripeti questo esperimento con tutte le diverse soluzioni di controllo del glucosio e salva i dati sulla resistenza.

Infine, converti la variazione di resistenza in concentrazione di glucosio utilizzando le equazioni elencate nel protocollo di testo allegato e altrove. La perlina di polistirene mostrata qui passa sopra il rilevatore di temperatura a resistenza con una portata di cinque microlitri al minuto. Quando passa davanti al sensore, la resistenza aumenta leggermente e la dimensione della particella può essere rilevata in base a questo cambiamento.

Di seguito è riportato l'output tipico di un sensore calor metrico a base di carta. Una volta aggiunta la glucosio ossidasi, la temperatura inizia a diminuire rapidamente fino a quando l'enzima incontra la soluzione di glucosio. Una volta che lo fa, ha luogo una reazione e la temperatura aumenta e poi inizia a raffreddarsi di nuovo.

Questa variazione di temperatura può essere convertita in concentrazione di glucosio per misurare con precisione i livelli di glucosio nelle ciotole dei campioni Durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare che il design e la struttura del dispositivo svolgono un ruolo chiave nelle misurazioni termiche. I parametri termici, la massa termica, la resistenza terminale e i parametri del sensore sono ben descritti negli articoli di riferimento.