Name: 分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: 学ぶマイクロ流体デバイスにおける熱測定技術。抵抗温度検出器を用いた3つのプロトコルにより、検出能力を拡張し測定プロセスを簡略化する方法を解説。分析化学の応用に有用です。

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この仕事のための部分的な財政支援はウィスコンシン州ミルウォーキー（IIP-0968887）の大学とマルケット大学（IIP-0968844）に位置する給水用機器＆政策に関する産業/大学共同研究センターを通じて、米国国立科学財団によって提供されました。私たちは役に立つ議論のためにグレン·M.ウォーカー、ウー·ジン·チャンとシャンカルラダクリシュナンに感謝します。

1.熱粒子検出（TPD） <ol><li>標準的な半導体加工技術2を用いて、微細加工によって薄膜シリコン窒化膜と内蔵温度センサを微細加工シリコンデバイスを準備します。脱イオン（DI）水で製造されたデバイスをすすぎます。 注意：熱粒子検出器、マイクロ流体デバイスの製造方法は、従来文献2に説明されます。 </li><li>マイクロチャネルを有するポリジメチルシロキサン（PDMS）基板を製造するために、5を処理する標準的なリソグラフィを用いて、SU8型を作成します。 注：チャネルサイズは、各特定の粒子の大きさのために設計されています。 <ol><li> 1塩基の割合（30ミリリットル）と硬化剤（3ミリリットル）：10を混合することによりPDMSを行います。金型へのPDMSを注いで簡単に真空（5〜10分間）に曝露することにより気泡を除去。 注：真空レベルは、脱ガスの臨界値ではなく、それはガスbubbまで継続すべきですレは、完全に混合PDMSから削除されます。 </li><li> PDMSを硬化させるために2時間ホットプレート（〜70℃）での金型を置きます。金型を傷つけないように続いて非常に慎重にPDMSを剥がします。 注：真空レベルが臨界値ではありません。 </li></ol></li><li>マニュアルパンチを使用して、一方の端部にPTFE管用タイト穴（1 mm）をパンチ。 PDMSリザーバを作るためにもう一方の端に大きなパンチ（2 mm）を使用してください。顕微鏡下でのデバイスの上にパンチマイクロ流路を配置し、マイクロ流路（ 図1A）の中心でRTDを揃えます。 </li><li>電気的インターフェースでは、コンタクトパッド位置で電気ピンを接続し、固定ネジを締めます。高さ調節可能なピン（ポゴピン）は、デバイス上の正しい電極パッドに座っていることを確認します。 </li><li> 1.5mlチューブに脱イオン水100μlに集中PSビーズを10μl希釈します。 </li><li> （グリセロールの2.7μlを添加、1.26をビーズが中性浮力ままPSを確保するために、グラム/ cm 3）を脱イオン水に、ポリスチレン（PS）ビーズの密度に流体密度（一致1.05グラム/ cm 3で）。 </li><li>一方の端部でのチャネルと1ミリリットルのガラスシリンジに他端にPTFEチューブを接続します。 DI水0.5mlでガラスシリンジを埋めます。 注：右のパンチサイズを選択することによって作られたタイトフィットがチューブに漏れが回避されます。 </li><li>コンピュータ制御のシリンジポンプにDI水充填された注射器を置きます。流体をリザーバにすべての方法を、チャネル全体を埋めるために、チャネル内に水（5〜20μL/ min）を押します。 </li><li>負荷10のリザーバにバランスのとれたビーズ溶液のマイクロリットルシリンジポンプに流れ方向を変化させることによって、マイクロチャネルにビーズ溶液を導入します。 </li><li>ソース/メーターで抵抗を測定し、（ 図2）は、測定データをソートしながら、コンピュータ制御のソース/メーターを介して直流電流1mAのバイアスをかけることによって、RTDをオンにします。 注：実験の間、センサはバイアスされ;従って、温度を連続的に計数実験終了まで測定されます。 RTDセンサは、電気的に連続して計数実験の終了時まで温度を測定するために100μAから1ミリアンペアの範囲で直流電流を印加することによってバイアスされます。ノイズレベルと検出信号の振幅との間のトレードオフが存在するので、それは適切な電流レベルを選択することが重要です。シリンジポンプは、マイクロチャネル内の流れを生成するために使用されます。 TPD実験を実行するための適切な流量を選択すると、測定の速度に制限されます。この速度は、デバイスと電気測定速度の熱時定数の関数です。熱粒子検出実験の結果を図3に示します。 </li><li>カレンダー-ヴァンドゥーゼン式6を使用して、温度に測定された抵抗データを変換するために開発されたデータ処理ソフトウェア（LabVIEWの）を使用します。 </li></ol> 2.熱マイクロ熱量計を用いた液体物質のキャラクタリゼーション<ol><li>このプロセスでは、熱拡散率と試料の比熱を測定するためのオンチップ熱量計装置（ 図4A）3 を使用します。 注：各ダイ上に、2マイクロ熱量計室（ 図4B）があります。各チャンバーは2入口と一つの出口を有しています。また、各チャンバーはヒーターとRTDセンサー統合を持っています。 </li><li>デバイスホルダー（ 図4C）上のマイクロ熱量計装置を配置します。ホルダーの金具を使用し、マイクロ流体入口と出口にデバイスを合わせます。デバイスの上にPDMSシール層を配置します。 </li><li>デバイスホルダーに電気的接続ピンを取り付け、ホルダーのネジをロックします。 注：高さ調節可能なポゴ·ピンが電気接触パッドと整列していることを確認してください。 </li><li>デバイスホルダー（ 図4D）に磁気ラッチ付きマイクロ流体界面層をインストールします。 PTを接続しますFEは、入口と出口の両方にチューブ。エンタルピーは、この場合には測定されないように、サンプルを装填し、シリンジポンプに一つの入口を接続し、もう一方を閉じます。 </li><li>マイクロチャネルおよびチャンバにサンプルをロードするために開発されたコンピュータ制御プログラムを使用します。 注：このプログラムは、薄膜懸濁室に過度の力を解放するために中止フローを使用します。 <ol><li>ガラスシリンジに300μlのサンプルをロードし、シリンジポンプの上に置きます。高粘度のサンプル（ 例えば 、グリセロールおよびイオン性液体）のための非常に遅い（0.25μL/分）は、一定の流量を使用してください。比熱測定のための熱拡散率の測定とイオン液体のためのグリセロールサンプルを使用してください。 </li></ol></li><li>測定結果<ol><li>熱拡散率の測定<ol><li> 図5（a）に示すように、測定のセットアップを接続します。マイクロ熱量計チャンバにグリセロールサンプルをロードします。ょんのための修正されたコンピュータ制御プログラムを実行します。<html> T浸透時間測定。 </li><li>測定された熱浸透時間7から熱拡散率を計算するために較正された熱浸透式を使用します。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> αは熱拡散率であり、Lは、チャンバの厚さであり、pは、製造プロセスの変動に起因する厚さの較正係数であり、t 0は、熱浸透時間です。 </li></ol></li><li>比熱測定<ol><li> 図5（b）に示すように、TWA測定のセットアップを使用してください。同じサンプルローディングプログラムを使用して、チャンバ内のイオン性液体をロードします。 AC温度変動の振幅（∂T AC）を取得し、特定の、C pを計算するために、特定の熱方程式を使用し、各イオン性液体試料8のための熱するTWAプログラムを実行します。 28eq2.jpg &quot;幅=&quot; 117 &quot;/&gt; C 0は、入力電力較正係数であり、入力電力であるP で 、ωは、駆動信号の周波数であり、mは、液体試料の質量です。 </li></ol></li></ol></li></ol>紙ベースのマイクロ流体デバイス内の3熱量生化学的検出<ol><li>微細加工、薄膜（40〜50 nmのニッケル）RTDセンサを使用してください。 RTDセンサーの製造工程は、前の作品4で説明されています。 </li><li>紙ベースのチャネルの製作4の場合は、紙に設計されたパターン（L字型）とマイクロ流体チャネルを切断するためにナイフプロッタを使用しています。カッティングマットの上に紙を置き、ナイフプロッタに紙やカッティングマットをロードし、マイクロ流体紙チャンネル4を切断するための適切なレシピを使用します。 </li><li>デバイスとチャネルの統合については、RTDセンサ上に紙を統合するために、アクリル系粘着剤層（5μm）を使用します。きれいなBを使用してくださいデバイスに紙をプッシュして（ 図6A）の気泡を除去するために、クレード。アクリルフィルムは、RTDセンサーの上に紙を保持するための接着剤層です。 </li><li>酵素活性化のために、GOD酵素を活性化するために、50mMの酢酸ナトリウム緩衝液を使用します。 1mg / mlの溶液を作製するための酢酸ナトリウム緩衝液1mlにGOD酵素1mgを加えます。 5.1に溶液のpHを調整します。 注：溶液を5.1のpHを維持するために、酢酸ナトリウム緩衝液中の酢酸の量を調整します。 </li><li>直流電流1mAのとバイアスRTD RTDを活性化し、抵抗は実験（〜4分）の後に落ち着くながら連続的に抵抗ソース/メーターの測定を開始します。 注： 図6Bは、紙ベースの比色試験のための測定のセットアップを示しています。 </li><li>ピペットを介して、紙、マイクロチャンネル（固定化部位）の中心に準備されたGOD溶液2μLをご紹介します。検出された温度（ 図7A）は、Tを起動する必要がありますO減少。 注：この冷却効果は、RTDと一緒にサンプルの蒸発の高い動作温度に起因するものです。 </li><li>グルコース濃度を測定するために、チャネルの入口に標準血糖コントロール液9を導入し、反応による抵抗変化を測定します。すべての異なる血糖コントロールソリューション（高、標準および低濃度）で、この実験を繰り返し、抵抗データを保存します。 </li><li>ニッケルRTD及びカレンダー·ヴァンドゥーゼン方程式の抵抗の温度係数（TCR）を使用して、温度に対する抵抗の変化に変換します。グルコースの反応エンタルピーとGOD酵素（ΔH = -80 kJの/モル）を考慮し、濃度の式10を用いて、各試料中のグルコースの濃度を計算します。 <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> N pはモル濃度、Cが検出された場合<sub&gt; P系の熱容量であり、ΔTは、計算された温度です。 </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>

利害の衝突は宣言されていません。

この研究では、マイクロ流体デバイスにおけるさまざまな熱測定技術とそれぞれのセットアップ手順について説明します。熱伝導率のモニタリング、熱浸透時間、交流熱変動の振幅、発生した熱の振幅測定などの熱測定方法は、特定の物質を検出し、さまざまな反応や相互作用を調査するために使用されます。 
熱時定数は、前述の熱測定技術において重要な役割を果たします。マイクロ流体デバイスの設計では、熱時定数の最適化を考慮する必要があります。熱時定数は、製造されたデバイスの熱質量と熱伝導率の関数であり、各コンポーネントの材料によって異なります。薄膜材料と微細加工技術を使用することで、システムの熱質量を低減できます。熱伝導率は、吊り下げ構造と高熱伝導率材料を使用して周囲条件への熱リンクを減らすことによって改善されます。また、熱絶縁を使用して測定障害を回避するために周囲温度を制御することも重要です。
薄膜RTDは、導入されたデバイスで幅広い温度範囲にわたって高感度で線形温度測定を提供します。熱的および電子的測定ノイズは、導入された技術による分解能の制約です。<...

三つの異なるマイクロスケールの熱測定技術は、この資料に示されています。マイクロ流体デバイスの三つの異なる構成は、熱粒子検出（TPD）、熱特性（熱伝導率および比熱）と、化学反応との相互作用の比色検出のために使用されます。 熱粒子検出マイクロ流体デバイス中の粒子を検出し、カウントが広く、環境、産業、および生物学的用途1に使用されます。 TPDは、マイクロ流体デバイス2の熱測定の新たなアプリケーションの1つです。粒子サイズに基づいて粒子を検出および計数するための熱伝達を使用すると、システムの複雑さ、コスト、およびサイズ​​を減少させます。他の方法では、複雑な光学部品や複雑な電気的測定及び高度な信号処理ソフトウェアは、粒子を検出するために使用されます。 熱キャラマイクロカロリメータを用いた液体物質のcterization 液体試料熱特性は、マイクロ流体デバイス内の熱測定の第二のアプリケーションです。マイクロスケールの熱量測定を実行すること、サンプル消費量を低減し、従来のバルク熱量測定法と比較してより高い再現性を提供することにより、精度を増加させます。オンチップマイクロ熱量計装置を用いて熱伝導率および比熱を測定するための手順は、他の場所3に提示されています。熱伝導率測定のための熱の浸透時間の技術とマイクロ流体デバイスにおける比熱測定用の熱波解析（TWA）の詳細については、プロトコルの項に記載されています。 紙ベースのマイクロ流体デバイスにおける比色バイオケミカル検出熱測定の別の用途は、紙ベースのマイクロ流体工学における生化学的検出です。での毛管作用紙の多孔質構造は、液体を搬送し、マイクロチャネル内の気泡の開始の問題を回避します。紙ベースのマイクロ流体デバイスの中で最も一般的な検出機構は、光学的又は電気化学的技術です。光学的検出は非常に複雑に悩まさ、高度な画像処理ソフトウェアの必要性が検出された信号を量子化します。それらは唯一の活性副生成物を生成する反応に適用することができるので、電気化学的検出も限られています。最近導入された比色紙ベースの生化学センサープラットフォーム4は、紙ベースのマイクロ流体システムおよびラベルフリー熱検出機構を利用しています。紙ベースのマイクロ流体プラットフォームでグルコースオキシダーゼ（GOD）酵素を用いたグルコースの比色検出の手順は、プロトコルセクションに示されています。 本稿の目的は、マイクロ流体デバイスの熱測定技術の能力を実証することです。デバイスpreparationは、液体試料取り扱いおよび抵抗温度検出器（RTD）センサ励起及び測定は、次のセクションに示されています。

<table><tbody><tr><td>ポリジメチルシロキサン(PDMS)&nbsp;</td><td>ダウコーニング</td><td>シルガード184</td><td></td></tr><tr><td>PSビーズ - 90 &#956;m</td><td>赤血球</td><td>100265</td><td></td></tr><tr><td>PSビーズ - 200 &#956;m</td><td>赤血球</td><td>100271</td><td></td></tr><tr><td>グリセロール</td><td>SigmaAldrich</td><td>G5516</td><td></td></tr><tr><td>GOD 酵素</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>グルコース制御ソリューション - 低</td><td>バイエル輪郭</td><td>低制御</td><td></td></tr><tr><td>グルコース制御ソリューション - ノーマル</td><td>バイエル輪郭</td><td>ノーマル コントロール</td><td></td></tr><tr><td>グルコース制御ソリューション - 高</td><td>バイエル輪郭</td><td>ハイコントロール</td><td></td></tr><tr><td>クロマトグラフィー濾紙</td><td>Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>ガラス</td><td>VWR&nbsp;</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>アクリルフィルム</td><td>日東電工</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>ガラスシリンジ (1ml)</td><td>ハミルトン</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>シリンジポンプ</td><td>ニューエラ</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>ナイフプロッター</td><td>シルエット</td><td>ポートレート</td><td></td></tr><tr><td>電流プリアンプ スタン</td><td>フォードリサーチ</td><td>SR-570</td><td></td></tr><tr><td>オシロスコープ</td><td>アジレント</td><td>DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>信号発生器</td><td>HP</td><td>HP3324A</td><td></td></tr><tr><td>ロックイン Amplifire</td><td>スタンフォード・リサーチ</td><td>SRS-830</td><td></td></tr><tr><td>ソース/メーター 2400</td><td>ケースレー</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>ソース/メーター 2600</td><td>ケースレー</td><td>2436A</td><td></td></tr></tbody></table>

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

熱測定技術は、材料の熱特性評価や化学反応検出など、多くの用途に使用されてきました。マイクロマシニング技術により、製造された構造の熱質量を減少させ、マイクロスケールおよびナノスケールのデバイスで高感度の熱測定を行う可能性を導入します。熱測定技術とマイクロ流体デバイスを組み合わせることで、小型化されたシステムを1つのチップに統合することにより、サンプル消費量を抑え、測定時間を短縮してさまざまな分析測定を行うことができます。このホワイトペーパーでは、粒子検出、材料特性評価、および化学検出のための熱測定技術の手順を紹介します。

図3は、測定された熱信号のプロットを示します。対応する光学画像とビーズの存在下で生成した信号は、マイクロチャネル内の微小球PSビーズの検出に成功を示します。マイクロ流路を通過する液体の熱伝導率は、PSビーズの存在による変化しています。チャネルの熱伝導率の変化は、マイクロチャネル内の熱伝達に影響を及ぼしています。マイクロチャネル内の熱伝達の変化は抵抗変動（ 図3AおよびB）の形でRTDによって検出されます。 検出された信号は、チャネル内の熱伝達に影響を与える局所流れ場（ 図3C及びD）の変化によって影響され得ます。熱伝導率の変化は、温度を増加させます。また、マイクロ流路内の局所速度の変更がベースチャネルサイズのPSビーズの寸法に匹敵する、局所熱伝達の増大を招きます。それが検出された抵抗の減少として現れるように、この場合には、熱伝達の変化の影響が支配的です。したがって、粒子サイズのチャネルサイズの対応がTPD実験に不...

ここでは、マイクロ流体デバイスでの熱測定のための3つのプロトコルを紹介します。

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

本実験の全体的な目的は、マイクロ流体デバイスにおける高感度検出のための熱測定を行うことです。分析用マイクロ流体デバイスにおけるさまざまな熱測定手法を実証するために、作製した3種類の異なるマイクロ流体デバイスを使用します。次のステップとして、抵抗ベースの温度検出器をデバイスに結合させ、装置一式をコンピュータに接続します。次に、サンプルをデバイスにロードし、コントローラーによって熱検出を活性化させます。結果から、マイクロ流体デバイスにおける熱測定の拡張された検出能力が示されました。比色法や電気化学的検出などの既存の手法と比較した本技術の主な利点は、検出範囲を広げつつ、測定の複雑さを低減できることです。まず、Votaらによって記述された手法を用いて、温度センサーを組み込んだ薄膜窒化シリコン膜をマイクロファブリケーションで作製します。完成したデバイスを脱イオン水で洗浄し、窒素ガスを用いて乾燥させます。次に、既報の手法を用いてマイクロチャネルを有するSU-8モールドを作製し、検出対象となる粒子サイズの範囲に合わせてマイクロチャネルの長さと幅を調整します。ベース30 millilitersと硬化剤3 millilitersを混合してPDMSを作製します。混合後、真空状態で5〜10分間脱気し、気泡を取り除きます。その後、PDMSをモールドに流し込みます。次に、モールドを70 °Cのホットプレート上に2時間置いてください。硬化した後、マイクロチャネルを損傷させないように注意してPDMSを慎重に剥がします。マニュアルパンチを使用して、PTFEチューブを接続するため、マイクロチャネルの一端に1 mmの穴を開けます。もう一方の端を2 mmのパンチで穿孔し、リザーバーを作成します。次に、パンチしたマイクロチャネルをデバイスの上に配置し、電気インターフェース内の顕微鏡を用いて、抵抗温度検出器をマイクロチャネルの中心に合わせます。コンタクトパッド位置の電気ピンを接続し、固定ネジを締め付けます。高さ調節ピンがデバイス上の正しい電極パッドに配置されていることを確認します。次に、1.5 mLチューブ内でポリスチレンビーズを脱イオン水100 µLで10倍に希釈して調製します。PSビーズの中性浮力を維持するため、混合液に2.7 µLのグリセロールを加え、ピぺッティングによって混合します。1 mLのガラス製シリンジに0.5 mLの超純水（DI water）を満たします。ガラス製シリンジをPTFEチューブの一端に接続し、チューブのもう一端をマイクロ流路に取り付けます。超純水を満たしたシリンジをコンピュータ制御のシリンジポンプにセットし、流量を5〜20 µL/minに設定します。リザーバーまで流路全体を液体で満たします。次に、10 µLのバランスビーズ溶液をリザーバーにロードし、シリンジポンプの流れ方向を切り替えて、ビーズ溶液をマイクロチャネルに導入します。最後に、コンピュータ制御のメーターで1 mAのDC電流をバイアスして抵抗に基づいた温度検出器をオンにし、抵抗値を測定しながら、測定データをソートします。まず、別途記載されている手順に従い、オンチップカロリメーターデバイスとマイクロ流体層を作製します。マイクロカロリメーターデバイスをデバイスホルダーに設置し、デバイスをマイクロ流体入口および出口、ならびにPDMSシール層のホルダーフィッティングに合わせて組み立てます。次に、デバイスホルダーに電気接続ピンを取り付け、ホルダーのネジで固定します。次に、PTFEチューブを両方の入口と出口に接続します。一方の入口をサンプル充填済みのシリンジポンプに接続し、もう一方は、この場合はエンタルピーを測定しないため、閉じておきます。その後、300 µLのサンプルをガラスシリンジに充填し、シリンジポンプに設置します。グリセロールやイオン液体などの高粘度試料には、非常に低速で一定の流速を使用してください。熱拡散率の測定に用います。測定セットアップをここに示すように接続してください。グリセロール試料をマイクロカロリメーターのチャンバーにロードし、修正したコンピューター制御プログラムを実行します。熱浸透時間を測定するため、ここで示す較正済みの熱浸透方程式を用いて、測定された熱浸透時間から熱拡散率を算出します。比熱測定には、ここに示した熱波解析測定セットアップを使用してください。今回は、チャンバーにイオン液体を充填し、同様のサンプルロードプログラムを使用します。熱波解析プログラムを実行してAC温度変動の振幅を取得し、各イオン液体サンプルの比熱を算出してください。このプロセスについての詳細は、別の箇所で記述されています。カロリー測定による検出には、既報の通り、厚さ40〜50 nanometerのニッケル膜抵抗温度検出器をマイクロファブリケーションで作成します。次に、ナイフプロッターを用いてL字型の紙を切り出します。マイクロ流体チャネルは、長い方の脚が幅3 mm、長さ10 mmで、短い方の脚は長さ3 mmです。清潔なピンセットを使用して、5 µm厚の両面アクリル粘着剤をセンサーに貼り付け、その上にペーパーチャネルを配置します。清潔なブレードを用いてペーパーをデバイスに押し付け、気泡を取り除きます。1 mgのグルコースオキシダーゼ酵素を1 mLの酢酸ナトリウム緩衝液に加えます。1 mg/mL溶液にするために、必要に応じて酢酸ナトリウム緩衝液を用いて溶液のpHを5.1に調整します。次に、抵抗温度検出器に1 mAのDC電流を流してバイアスをかけます。検出器を活性化させ、抵抗値を連続的に測定し始めるには、調製したグルコースオキシダーゼ溶液 2 µLを、ペーパーマイクロチャネルの移動部位の中央に導入します。検出温度が低下し始めたら、グルコース濃度を測定するために、チャネルの入口にグルコース標準液を導入し、反応によって生じる抵抗値の変化を測定します。すべての異なるグルコースコントロール溶液を用いてこの実験を繰り返し、抵抗値データを保存します。最後に、付属のテキストプロトコルおよびその他の箇所に記載されている式を用いて、抵抗値の変化をグルコース濃度に変換します。ここに示されているポリスチレンビーズは、5 µL/minの流速で抵抗温度検出器を通過しています。センサーを通過する際、抵抗値がわずかに急増し、この変化に基づいて粒子のサイズを検出することができます。ペーパーベースの熱量計センサーから得られる典型的な出力結果をここに示します。グルコースオキシダーゼを添加すると、酵素がグルコース溶液に到達するまで温度が急速に低下し始めます。到達すると反応が起こり、温度が急上昇した後、再び冷却され始めます。この温度変化をグルコース濃度に換算することで、サンプルボウル内のグルコースレベルを正確に測定できます。この手順を行う際は、デバイスの設計と構造が熱測定において重要な役割を果たすことを留意してください。熱パラメータ、熱質量、端子抵抗、およびセンサーパラメータの詳細については、参照論文に記載されています。

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安定した濃度勾配で細菌走化性を定量化するためのマイクロ流体デバイス

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我々は、空気ジェットを混合する温度場をマッピングするためのセンサを分散光ファイバの使用を示します。レイリー散乱に基づくセンサは、熱電対のような従来のセンサと達成できない例外的な空間分解能を提供するために、単一のファイバに沿ってデータポイントの数千を生成します。...

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フォトニック温度計のテストと作製プロセスについて述べる。...

光温度計の作製と試験

可視・赤外光イメージングのための透明なビュー...

ビュー ポートの可視光と赤外線を透明なプラスチックのマイクロ流体デバイスを製造するためソフト平版のプロシージャ

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の温度を測定する 1150 と 1412 nm の波長を利用した手法である.

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

このプロトコルは、質量測光と新しいマイクロ流体システムを組み合わせて、低親和性のタンパク質間相互作用を調査します。このアプローチは、溶液中の高濃度の錯体を急速に希釈することに基づいており、低親和性測定を可能にし、質量測光の適用範囲を広げます。...

マイクロ流体と質量測光の結合によるマイクロモル濃度でのタンパク質複合体形成の解析

本記事では、局所的な非破壊熱特性評価およびイメージングのための周波数領域熱反射(FDTR)技術を紹介します。...

熱特性測定のための周波数領域熱反射法

学ぶマイクロ流体デバイスにおける熱測定技術。抵抗温度検出器を用いた3つのプロトコルにより、検出能力を拡張し測定プロセスを簡略化する方法を解説。分析化学の応用に有用です。

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

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