Name: Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: Scopri le tecniche di misurazione termica in dispositivi microfluidici analitici. Questo metodo semplifica il rilevamento estendendo le capacità di analisi rispetto ai metodi tradizionali.

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

Sostegno finanziario parziale per questo lavoro è stato fornito dalla US National Science Foundation attraverso la Industria / Università Cooperative Research Center on Equipment Water &amp; Policy situato presso la University of Wisconsin-Milwaukee (IIP-0.968.887) e Marquette University (IIP-0.968.844). Ringraziamo Glenn M. Walker, Woo-Jin Chang e Shankar Radhakrishnan per le discussioni utili.

1. termica rivelazione di particelle (TPD) <ol><li> Preparare il dispositivo di silicio micro-fabbricate con una membrana di nitruro di silicio a film sottile e sensore di temperatura integrato per micromachining, utilizzando una tecnologia di semiconduttori standard di 2. Sciacquare il dispositivo fabbricato con acqua deionizzata (DI). Nota: il metodo di fabbricazione per il rivelatore di particelle termico dispositivo microfluidica è spiegato in pubblicazione preliminare 2. </li><li> Per produrre polidimetilsilossano (PDMS) substrati con micro-canali, creare uno stampo SU8 utilizzando la litografia standard di processi 5. Nota: La dimensione del canale è stato progettato per la dimensione di ogni particella specifica. <ol><li> Rendere PDMS mescolando un rapporto di 10: 1 di base (30 ml) e agente (3 ml) polimerizzazione. Versare il PDMS sulla allo stampo e rimuovere le bolle brevemente esponendola ad un vuoto (5-10 min). Nota: Il livello di vuoto non è un valore critico per la degassificazione e dovrebbe continuare fino bubb gasles sono totalmente rimosso da PDMS misti. </li><li> Mettere lo stampo su una piastra (~ 70 ° C) per 2 ore per curare il PDMS. Poi staccare il PDMS molta attenzione per non danneggiare lo stampo. Nota: il livello di vuoto non è un valore critico. </li></ol></li><li> Usando un punzone manuale, un buco stretto (1 mm) per il tubo di PTFE ad una estremità. Utilizzare un grande punzone (2 mm) all&#39;altra estremità per rendere le PDMS un serbatoio. Posizionare il micro-channel perforate sulla parte superiore del dispositivo al microscopio e allineare l&#39;RTD al centro della micro-canale (Figura 1A). </li><li> Nell&#39;interfaccia elettrico, collegare i pin elettriche al contatto posizioni pad e stringere le viti di bloccaggio. Assicurarsi che i piedini regolabili in altezza (pin Pogo) siedono alle elettrodi corretti sul dispositivo. </li><li> Diluire 10 ml di perline concentrati PS in 100 ml di acqua deionizzata in un provetta da 1,5 ml. </li><li> Per garantire la PS perline rimangono galleggiamento neutro, aggiungere 2,7 ml di glicerolo (1.26g / cm 3) di acqua deionizzata in modo che corrisponda alla densità del fluido al polistirolo (PS) densità tallone (1,05 g / cm 3). </li><li> Collegare il tubo di PTFE al canale ad una estremità e l&#39;altra estremità ad una siringa di vetro da 1 ml. Riempire la siringa di vetro con 0,5 ml di acqua deionizzata. Nota: ben aderente fatta selezionando il formato pugno destro permetterà di evitare perdite in tubi. </li><li> Mettere l&#39;acqua DI riempita siringa sul pompa a siringa controllati dal computer. Spingere l&#39;acqua (5-20 ml / min) nel canale di riempire l&#39;intero canale di fluido fino al serbatoio. </li><li> Carico 10 ml di soluzione tallone equilibrata al serbatoio ed introdurre la soluzione tallone al micro-channel cambiando la direzione di flusso della pompa a siringa. </li><li> Accendere l&#39;RTD polarizzando 1 mA di corrente continua attraverso il computer controllato source / metro mentre si misura la resistenza da source / metro e classificare i dati misurati (figura 2). Nota: Durante l&#39;esperimento, il sensore è polarizzato; Pertanto, la temperatura viene misurata in continuo fino alla fine dell&#39;esperimento conteggio. Il sensore RTD è elettricamente polarizzato applicando una corrente continua nel campo da 100 mA a 1 mA per misurare continuamente la temperatura fino alla fine dell&#39;esperimento conteggio. È fondamentale per selezionare il livello esatta poiché non vi è un compromesso tra il livello di rumore e l&#39;ampiezza del segnale rilevato. La pompa a siringa viene usato per generare il flusso di micro-channel. Selezionando una portata appropriata per eseguire l&#39;esperimento TPD è limitata alla velocità della misurazione. Questa velocità è una funzione della costante di tempo termica del dispositivo e velocità di misura elettrica. I risultati dell&#39;esperimento rivelazione di particelle termica sono mostrati in Figura 3. </li><li> Utilizzare il software di elaborazione dei dati sviluppato (LabVIEW) per convertire i dati di resistenza misurati temperatura mediante l&#39;equazione di Callendar-Van Dusen 6. </li></ol> 2. termicaCaratterizzazione di sostanze liquide Utilizzando un Micro-calorimetro <ol><li> In questo processo, utilizzare il dispositivo on-chip calorimetro (Figura 4A) 3 per misurare la diffusività termica e il calore specifico dei campioni. Nota: In ogni dado, ci sono 2 camere micro-calorimetrici (Figura 4B). Ogni camera dispone di 2 ingressi ed una uscita. E ogni camera ha una stufa e un sensore RTD integrato. </li><li> Posizionare il dispositivo di micro-calorimetro sul dispositivo supporto (Figura 4C). Allineare il dispositivo alle prese microfluidica e le uscite con i raccordi supporto. Posizionare lo strato di tenuta PDMS sulla parte superiore del dispositivo. </li><li> Installare i perni di collegamento elettrico del dispositivo supporto e bloccare le viti del supporto. Nota: Assicurarsi che i perni Pogo regolabili in altezza sono in linea con le pastiglie di contatto elettrico. </li><li> Installare lo strato di interfaccia microfluidica con fermi magnetici al dispositivo titolare (Figura 4D). Collegare il PTFE Tubi a entrambi gli ingressi e l&#39;uscita. Collegare un ingresso alla pompa a siringa campione caricato e chiudere l&#39;altra, come entalpia non è misurato in questo caso. </li><li> Utilizzare un programma controllato dal computer sviluppato per caricare il campione nel micro-canali e camere. Nota: il programma utilizzerà il flusso ha interrotto per rilasciare una pressione eccessiva sulla camera sospeso a film sottile. <ol><li> Caricare il campione 300 microlitri nella siringa vetro e posizionarlo sulla pompa a siringa. Usa (0,25 ml / min) le portate costanti molto lenta per campioni ad alta viscosità (ad esempio, glicerolo e liquidi ionici). Utilizzare un campione di glicerolo per misure di diffusività termica e liquidi ionici per specifiche misure di calore. </li></ol></li><li> Misure <ol><li> Misure diffusività termica <ol><li> Collegare la configurazione misurazioni come mostrato in Figura 5A. Caricare il campione glicerolo alla camera micro-calorimetro. Eseguire il programma di computer controllato modificato per hea<html> t penetrazione misurazione del tempo. </li><li> Usare l&#39;equazione penetrazione del calore calibrato per calcolare diffusività termica dal momento in penetrazione del calore misurato 7: <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> dove α è diffusività termica, L è lo spessore della camera, p è il fattore di calibrazione spessore a causa di variazioni di processo di fabbricazione, e t 0 è il tempo di penetrazione di calore. </li></ol></li><li> Misure di calore specifico <ol><li> Utilizzare il sistema di misura TWA come mostrato in Figura 5B. Utilizzare lo stesso programma di caricamento dei campioni e caricare il liquido ionico nella camera. Eseguire il programma TWA per ottenere l&#39;ampiezza delle fluttuazioni di temperatura AC (∂ T AC) e utilizzare l&#39;equazione del calore specifico per calcolare la specifica, c p, calore per ogni campione liquido ionico 8: 28eq2.jpg &quot;width =&quot; 117 &quot;/&gt; dove C 0 viene immesso fattore di calibrazione di potenza, in P è la potenza di ingresso, ω è la frequenza del segnale di attivazione, ed m è la massa del campione liquido. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. calorimetrico biochimica rilevamento in base Paper dispositivo a microfluidi <ol><li> Utilizzare microfabbricazione sensore RTD a film sottile (40-50 nm nichel). Fasi di fabbricazione per il sensore di RTD sono spiegati in lavori precedenti 4. </li><li> Per cartaceo canali fabbricazione 4, utilizzare un plotter coltello per tagliare la carta canali microfluidica con un modello progettato (L-forma). Posizionare la carta sulla parte superiore del tappeto di taglio, caricare la carta e il tappetino di taglio al plotter coltello, e usare la ricetta appropriata per tagliare i canali microfluidici carta 4. </li><li> Per il dispositivo e il canale di integrazione, utilizzare uno strato adesivo acrilico (5 micron) per integrare la carta sul sensore RTD. Utilizzare un b pulitolade per spingere la carta al dispositivo e rimuovere le bolle d&#39;aria (Figura 6A). Il film acrilico è uno strato adesivo per tenere il foglio sensore RTD. </li><li> Per l&#39;attivazione di enzimi, utilizzare 50 mM tampone di acetato di sodio per attivare l&#39;enzima GOD. Aggiungere 1 mg di enzima GOD a 1 ml di tampone di acetato di sodio per rendere la soluzione 1 mg / ml. Regolare il pH della soluzione a 5,1. Nota: regolare la quantità di acido acetico in tampone acetato di sodio per mantenere il pH della soluzione 5.1. </li><li> Bias il RTD con 1 mA di corrente continua per attivare la RST e iniziare a misurare la fonte di resistenza / metro continuamente mentre la resistenza si assesta dopo l&#39;esperimento (~ 4 min). Nota: La Figura 6B mostra la configurazione di misurazione per la prova calorimetrica cartaceo. </li><li> Introdurre 2 ml di soluzione GOD preparata al centro del foglio micro-channel (sito immobilizzazione) tramite pipetta. La temperatura rilevata (Figura 7A) deve iniziare to diminuire. Nota: Questo effetto di raffreddamento è dovuto alla maggiore temperatura funzionamento della RST e l&#39;evaporazione del campione insieme. </li><li> Per misurare la concentrazione di glucosio, introdurre soluzione di controllo del glucosio standard da 9 al canale di ingresso e misurare la variazione di resistenza causata dalla reazione. Ripetere questo esperimento con tutti i diversi soluzioni di controllo del glucosio (alta, normale e bassa concentrazione) e salvare i dati di resistenza. </li><li> Usando il coefficiente di temperatura della resistenza (TCR) di RST nichel e equazione Callendar-Van Dusen, convertire la variazione di resistenza alla temperatura. Calcolare la concentrazione di glucosio in ogni campione considerando l&#39;entalpia di reazione del glucosio e l&#39;enzima GOD (Δ H = -80 kJ / mole) e utilizzando l&#39;equazione concentrazione 10: <img alt="Equazione 3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> in cui viene rilevato n p concentrazione molare, C <sub&gt; P è la capacità termica del sistema e DT viene calcolata la temperatura. </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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

In questo lavoro vengono presentate diverse tecniche di misura termica nei dispositivi microfluidici e le rispettive procedure di configurazione. Questi metodi di misurazione termica, come il monitoraggio della conducibilità termica, il tempo di penetrazione termica, l'ampiezza delle fluttuazioni termiche CA e la misurazione dell'ampiezza del calore generato, vengono utilizzati per rilevare sostanze specifiche e studiare diverse reazioni e interazioni. 
La costante di tempo termica gioca un ru...

Tre differenti tecniche di misura termiche micro-scala sono presentati in questo articolo. Le tre diverse configurazioni di dispositivi microfluidici sono utilizzati per la rilevazione termica delle particelle (TPD), caratterizzazione termica (conducibilità termica e calore specifico), e la rilevazione calorimetrico di reazioni chimiche e interazioni. Rilevazione particelle termica Rilevazione ed il conteggio di particelle in dispositivi microfluidici è ampiamente usato per applicazioni ambientali, industriali e biologici 1. TPD è una delle nuove applicazioni delle misure termiche in dispositivi microfluidici 2. Utilizzando il trasferimento di calore per rilevazione ed il conteggio di particelle in base alla dimensione delle particelle riduce la complessità, il costo e le dimensioni del sistema. In altri metodi, ottiche complesse o misure elettriche complessi e avanzati software di elaborazione del segnale sono utilizzati per rilevare le particelle. Chara termicacterization di sostanze liquide Utilizzando Micro-calorimetro Caratterizzazione termica campione liquido è la seconda applicazione della misurazione termica in dispositivi microfluidici. Esecuzione di calorimetria micro-scala ridurrà il consumo di campione e aumentare la precisione, offrendo maggiore ripetibilità rispetto ai tradizionali metodi calorimetria rinfusa. Le procedure per la conducibilità termica e la misurazione calore specifico utilizzando il dispositivo on-chip micro-calorimetro sono presentati altrove 3. I dettagli della tecnica tempo di penetrazione di calore per la misura della conducibilità termica e l&#39;analisi dell&#39;onda termica (TWA) per specifiche misure di calore in dispositivi microfluidici sono descritti nella sezione del protocollo. Calorimetrico Bio-chimica di rilevamento in cartaceo dispositivo a microfluidi Un&#39;altra applicazione di misura termico è la diagnosi biochimica in microfluidica cartacei. L&#39;azione capillare instruttura porosa di carta porta il liquido ed evita problemi bolla iniziazione a micro-canali. I meccanismi di rilevazione più comuni in dispositivi microfluidici cartacei sono tecniche ottici o elettrochimici. Rilevamento ottico soffre di elevata complessità e la necessità di software avanzato di elaborazione delle immagini per quantizzare il segnale rilevato. Rilevazioni elettrochimiche sono limitati perché possono essere applicati solo a reazioni che producono sottoprodotti attivi. Il calorimetrica cartaceo piattaforma sensore biochimico recentemente introdotto 4 sfrutta il sistema di microfluidica cartaceo e il meccanismo di rilevamento termico senza etichetta. Le procedure di rilevazione calorimetrica di glucosio utilizzando glucosio ossidasi (GOD), enzima in una piattaforma microfluidica cartaceo sono presentati nella sezione del protocollo. L&#39;obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare le capacità tecniche di misura termici nei dispositivi microfluidici. Il preparatio dispositivon, campione liquido rivelatore maneggevolezza e resistenza alla temperatura (RTD) Sensore di eccitazione e la misurazione sono presentate nei prossimi paragrafi.

<table><tbody><tr><td>Polidimetilsilossano (PDMS)&nbsp;</td><td>Perline Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>PS - 90 &#956; m</td><td>Perline corpuscolari</td><td>100265</td><td></td></tr><tr><td>PS - 200 &#956; m</td><td>Glicerolo corpuscolare</td><td>100271</td><td></td></tr><tr><td></td><td>SigmaAldrich</td><td>G5516</td><td></td></tr><tr><td>GOD enzima</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>Soluzione per il controllo del glucosio - Basso</td><td>contorno Bayer</td> Soluzione per il controllo del glucosio <td>a basso controllo</td><td></td></tr><tr><td>- Contorno Bayer normale</td><td></td> Soluzione per il controllo del glucosio <td></td> - Contorno <td></td></tr><tr><td>Bayer alto</td><td></td>Carta da filtro per cromatografia <td>ad alto controllo</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>Vetro</td><td>VWR</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>Pellicola acrilica</td><td>Nitto Denko</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>Siringa in vetro (1 ml)</td><td>Hamilton</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>Pompa a siringa</td><td>New Era</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>plotter a coltello</td><td>Silhouette</td><td>ritratto</td><td></td></tr><tr><td>Preamplificatore di corrente Stanford</td><td>Research</td><td>SR-570</td><td></td></tr><tr><td>Ocilloscopio</td><td>Agilent</td><td>DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>Generatore di segnale</td><td>HP</td><td>HP3324A</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in Amplifire</td><td>Stanford Research</td><td>SRS-830</td><td></td></tr><tr><td>Sorgente/contatore 2400</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Sorgente/contatore 2600</td><td>Keithley</td><td>2436A</td><td></td></tr></tbody></table>

tecniche di misurazione termali in analytical dispositivi microfluidici

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Le tecniche di misurazione termica sono state utilizzate per molte applicazioni come la caratterizzazione termica dei materiali e il rilevamento di reazioni chimiche. Le tecniche di microlavorazione consentono di ridurre la massa termica delle strutture fabbricate e introducono la possibilità di eseguire misure termiche ad alta sensibilità nei dispositivi su microscala e nanoscala. La combinazione di tecniche di misura termica con dispositivi microfluidici consente di eseguire diverse misure analitiche con un basso consumo di campione e tempi di misura ridotti integrando il sistema miniaturizzato su un singolo chip. In questo documento vengono presentate le procedure delle tecniche di misurazione termica per il rilevamento di particelle, la caratterizzazione dei materiali e il rilevamento chimico.

La Figura 3 mostra l&#39;andamento del segnale termico misurata. I segnali generati in presenza delle perline con immagini ottiche corrispondenti mostrano la rilevazione successo delle perline microsfere PS nel micro-channel. La conducibilità termica del liquido passante attraverso il micro-channel cambia a causa della presenza di PS perline. Questo cambiamento nella conduttività termica del canale colpisce il trasferimento di calore nel micro-channel. La variazione di trasferimento di calore nel micro-...

Qui, presentiamo tre protocolli per misure termiche in dispositivi microfluidici.

Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici

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

L'obiettivo generale del seguente esperimento è effettuare misurazioni termiche per una rilevazione sensibile in dispositivi microfluidici. Tre diversi dispositivi microfluidici realizzati saranno utilizzati per dimostrare diverse tecniche di misurazione termica in dispositivi microfluidici analitici. Come secondo passaggio, rivelatori di temperatura basati sulla resistenza vengono accoppiati ai dispositivi e il sistema viene collegato a un computer.Successivamente, i campioni vengono caricati nei dispositivi e il rilevamento termico viene attivato dal controllore. I risultati mostrano le capacità ampliate di rilevamento della misurazione termica in dispositivi microfluidici. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come il rilevamento colometrico ed elettrochimico è che questa tecnica riduce la complessità della misurazione mentre l'intervallo di rilevamento viene esteso.Iniziare con la microfabbricazione di una membrana in nitruro di silicio sotto forma di film sottile, dotata di un sensore di temperatura integrato, utilizzando la tecnica descritta da Vota et al. Risciacquare il dispositivo completato con acqua deionizzata e asciugare il dispositivo utilizzando gas azoto. Successivamente, fabbricare uno stampo in SU-8 con canali microfluidici impiegando una tecnica precedentemente pubblicata, adattando lunghezza e larghezza dei canali microfluidici in base all'intervallo delle dimensioni delle particelle da rilevare.Preparare il PDMS mescolando 30 millilitri della base con tre millilitri dell'agente indurente. Dopo aver mescolato, rimuovere eventuali bolle sottoponendolo al vuoto per cinque-dieci minuti. Quindi versare il PDMS sullo stampo.Quindi posizionare lo stampo su una piastra riscaldante a 70 gradi Celsius per due ore. Una volta polimerizzato, rimuovere con molta attenzione il PDMS per non danneggiare i microcanali. Utilizzando un perforatore manuale, praticare un foro di un millimetro a un'estremità del microcanale per il tubo in PTFE.Utilizzare un punzone da due millimetri all'estremit&agrave; opposta per creare un serbatoio. Successivamente, posizionare il microcanale punzonato sulla sommit&agrave; del dispositivo e allineare il rilevatore di temperatura a base di resistenza al centro del microcanale con l'aiuto di un microscopio nell'interfaccia elettrica. Collegare i pin elettrici alle posizioni dei pad di contatto e serrare le viti di bloccaggio.Assicurarsi che i perni regolabili in altezza siano posizionati correttamente sui pad degli elettrodi del dispositivo. Successivamente, preparare le perle di polistirene diluendole uno a dieci in 100 microlitri di acqua deionizzata in un tubo da 1,5 millilitri. Per garantire che le perle di PS rimangano neutre in galleggiamento, aggiungere 2,7 microlitri di glicerolo alla miscela e mescolare aspirando e dispensando con la pipetta.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 fissare l'altra estremità del tubo al canale microfluidico. Posizionare la siringa riempita con acqua deionizzata su una pompa per siringhe controllata dal computer e impostare la portata tra cinque e 20 microlitri al minuto.Riempire l'intero canale con fluido fino al serbatoio. Successivamente, caricare 10 microlitri della soluzione equilibrata di perline nel serbatoio e introdurre la soluzione di perline nel microcanale modificando la direzione del flusso sulla pompa a siringa. Infine, accendere il rilevatore di temperatura basato sulla resistenza applicando una corrente continua di un milliampere attraverso il misuratore controllato dal computer, misurando nel contempo la resistenza e ordinando i dati misurati.Per iniziare, realizzare il dispositivo del calorimetro su chip e lo strato microfluidico come descritto altrove. Assemblare il dispositivo posizionando il calorimetro microfluidico nel supporto del dispositivo e allineandolo ai canali di ingresso e uscita microfluidici insieme ai raccordi del supporto dello strato sigillante in PDMS. Successivamente, installare i pin di collegamento elettrico sul supporto del dispositivo e fissare le viti del supporto.Quindi collegare i tubi in PTFE a entrambi gli ingressi e all'uscita. Collegare un ingresso a una pompa per siringa caricata con il campione e chiudere l'altro, poiché in questo caso l'entalpia non viene misurata. Successivamente, caricare un campione di 300 microlitri nella siringa di vetro e posizionarla sulla pompa per siringa.Utilizzare flussi costanti molto lenti per campioni ad alta viscosità, come glicerolo e liquidi ionici. Per misurazioni della diffusività termica. Collegare il sistema di misura come mostrato qui.Caricare il campione di glicerolo nella camera del microcalorimetro ed eseguire un programma controllato dal computer modificato. Per la misurazione del tempo di penetrazione del calore. Utilizzare l'equazione calibrata della penetrazione del calore mostrata qui per calcolare la diffusività termica a partire dal tempo di penetrazione del calore misurato.Per misurazioni del calore specifico, utilizzare il sistema di misurazione per l'analisi delle onde termiche mostrato qui. In questo caso, 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 in corrente alternata e calcolare il calore specifico per ciascun campione di liquido ionico.Questo processo è descritto in maggiore dettaglio altrove. Per la rilevazione calorimetrica, microfabbricare un rilevatore di temperatura a resistenza costituito da un film di nichel spesso da 40 a 50 nanometri, come descritto in precedenza. Successivamente, utilizzare un plotter da taglio per ritagliare un pezzo di carta a forma di L.Canali microfluidici larghi tre millimetri e lunghi dieci millimetri sul ramo più lungo e tre millimetri sul ramo più corto. Utilizzare pinzette pulite per aggiungere uno strato di adesivo acrilico bifacciale spesso cinque micron al sensore e posizionare il canale di carta sopra. Usare una lama pulita per premere la carta sul dispositivo ed eliminare eventuali bolle d'aria.Aggiungere un milligrammo di enzima glucosio ossidasi a un millilitro di tampone di acetato di sodio. Per preparare una soluzione di un milligrammo per millilitro, regolare il pH della soluzione a 5,1 con tampone di acetato di sodio se necessario. Successivamente, polarizzare il rilevatore di temperatura a resistenza con una corrente continua di un milliampere.Per attivare il rilevatore e iniziare a misurare continuamente la resistenza, aggiungere due microlitri della soluzione di glucosio ossidasi preparata al centro di un sito di mobilizzazione del microcanale in carta. La temperatura rilevata inizierà a diminuire; per misurare la concentrazione di glucosio, introdurre gli standard di glucosio nell'ingresso del canale e misurare la variazione di resistenza causata dalla reazione. Ripetere questo esperimento con tutte le diverse soluzioni di controllo del glucosio e salvare i dati di resistenza.Infine, convertire la variazione di resistenza nella concentrazione di glucosio utilizzando le equazioni elencate nel protocollo testuale allegato e in altri documenti. La perlina di polistirene mostrata qui sta passando sopra il rilevatore di temperatura a resistenza con una portata di cinque microlitri al minuto. Mentre passa il sensore, la resistenza presenta un picco leggero e la dimensione della particella può essere rilevata in base a questa variazione.L'output tipico di un sensore calorimetrico su carta è mostrato qui. Una volta aggiunta la glucosio ossidasi, la temperatura inizia a diminuire rapidamente fino a quando l'enzima entra in contatto con la soluzione di glucosio. A quel punto, avviene una reazione e la temperatura aumenta bruscamente per poi iniziare nuovamente a diminuire.Questa variazione di temperatura può essere convertita in concentrazione di glucosio per misurare con precisione i livelli di glucosio nei campioni. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante ricordare che il design e la struttura del dispositivo svolgono un ruolo fondamentale nelle misurazioni termiche. I parametri termici, la massa termica e la resistenza terminale, così come i parametri del sensore, sono descritti dettagliatamente negli articoli di riferimento.

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

Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Questo protocollo descrive lo sviluppo di un dispositivo a microfluidi per indagare chemiotassi batterica in gradienti di concentrazione stabile di chemoeffectors.

Un dispositivo a microfluidi per quantificare chemiotassi batterica in gradienti di concentrazione stabile

Piattaforme microfluidica gocce a base sono candidati promettenti per la sperimentazione ad alto rendimento in quanto sono in grado di generare picolitri, auto-compartimenti imbarcazioni a buon mercato a prezzi kHz. Attraverso l'integrazione con veloce, sensibile e ad alta risoluzione metodi di spettroscopia di fluorescenza, la grande quantità di informazioni generate all'interno di questi sistemi possono essere estratte in modo efficiente, sfruttato ed utilizzato.

Metodi di rilevamento a fluorescenza per piattaforme goccia microfluidica

La procedura per l'attuazione di un sensore di indice di rifrazione per frequenze terahertz basato su un scanalata geometria a piatti paralleli guida d'onda è descritto qui. Il metodo fornisce una misura dell'indice di rifrazione di un piccolo volume di liquido attraverso il monitoraggio dello spostamento della frequenza di risonanza della struttura di guida...

Terahertz Sensing microfluidici Utilizzando un parallelo-piastra sensore guida d&#39;onda

Qui, descriviamo una procedura che impiega la tecnica di Schlieren su microscala per misurare la disomogeneità di miscelazione in un dispositivo microfluidico. Attraverso la calibrazione, la distribuzione del gradiente di concentrazione può essere derivata dall'immagine micro-Schlieren.

Analizzando disomogeneità Mescolando in un dispositivo a microfluidi da Tecnica microscala Schlieren

Si dimostra l'uso di un sensore distribuito in fibra ottica per la mappatura del campo di temperatura di miscelazione getti d'aria. Il sensore dispersione a base Rayleigh genera migliaia di punti di dati lungo una singola fibra per fornire risoluzione spaziale eccezionale che è irraggiungibile con sensori tradizionali quali termocoppie.

Fibre ottiche sensori distribuiti per alta risoluzione Mappatura temperatura Campo

Descriviamo il processo di fabbricazione e collaudo di termometri fotonici.

Fabbricazione e collaudo di termometri fotonici

Un protocollo per la fabbricazione di dispositivi microfluidici plastica con trasparente vista-porte per l'imaging di luce visibile e dell'infrarosso è descritto.

Procedura litografica morbido per la produzione di dispositivi microfluidici plastica con vista-porte trasparente alla luce visibile e infrarossa

Una tecnica che utilizza lunghezze d'onda di 1150 e 1412 nm per misurare la temperatura dell'acqua che circonda una sfera magnetica piccola riscaldata a induzione è presentata.

Tecnica di misurazione della temperatura vicino infrarosso per l'acqua che circonda una sfera magnetica piccola riscaldata a induzione

Questo manoscritto descrive metodi finalizzati a misura dei coefficienti di scambio di calore convettivo istantanea locale in un flusso di tubo monofase o bifase. Viene presentato un metodo ottico semplice per determinare la lunghezza e la velocità di propagazione di una bolla di aria (Taylor) allungata muove a una velocità costante.

Misure di scambio di calore convettivo istantanea locale in un tubo - flusso singolo e due fasi

Il presente protocollo descrive la cristallizzazione di microscopici cristalli di ghiaccio e clatrati idrati in dispositivi microfluidici, consentendo lo scambio di liquidi attorno ai cristalli formati. Ciò fornisce possibilità senza precedenti per esaminare il processo di cristallizzazione e i meccanismi di legame degli inibitori.

Un approccio microfluidico per lo studio della cristallizzazione di ghiaccio e clatrato idrato

Questo protocollo combina la fotometria di massa con un nuovo sistema microfluidico per studiare le interazioni proteina-proteina a bassa affinità. Questo approccio si basa sulla rapida diluizione di complessi altamente concentrati in soluzione, che consente misurazioni a bassa affinità e amplia l'applicabilità della fotometria di massa.

Analisi della formazione di complessi proteici a concentrazioni micromolari mediante accoppiamento di microfluidica con fotometria di massa

Scopri le tecniche di misurazione termica in dispositivi microfluidici analitici. Questo metodo semplifica il rilevamento estendendo le capacità di analisi rispetto ai metodi tradizionali.

Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici

Esplora altri video