분석 미세 유체 장치의 열 측정 기술

다음 실험의 전반적인 목표는 미세유체 장치에서 민감한 감지를 위한 열 측정을 수행하는 것입니다. 3개의 서로 다른 날조된 미세유체 장치는 분석적인 미세유체 장치에 있는 다른 열 측정 기술을 설명하기 위하여 이용될 것입니다. 두 번째 단계로, 저항 기반 온도 감지기가 장치에 연결되고 설정이 컴퓨터에 연결됩니다.

다음으로, 샘플이 장치에 로드되고 컨트롤러에 의해 열 감지가 활성화됩니다. 결과는 미세유체 장치에서 열 측정의 확장된 감지 기능을 보여줍니다. 콜레 메트릭 및 전기화학적 검출과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 이 기술이 검출 범위를 확장하면서 측정의 복잡성을 줄인다는 것입니다.

vota et al.에서 설명한 기술을 사용하여 온도 센서가 통합된 박막 질화규소 멤브레인을 미세 제작하는 것으로 시작합니다.완성된 장치를 탈이온수로 헹구고 질소 가스를 사용하여 장치를 건조합니다. 다음으로, 이전에 발표된 기술을 사용하여 마이크로 채널이 있는 SU 8 금형을 제작하고 검출할 입자 크기 범위에 맞게 마이크로 채널의 길이와 너비를 조정합니다.

염기 30밀리리터와 경화제 3밀리리터를 혼합하여 PDMS를 만듭니다. 혼합되면 5-10분 동안 진공 청소기에 노출시켜 거품을 제거합니다. 그런 다음 PDMS를 금형에 붓습니다.

그런 다음 금형을 섭씨 70도의 핫 플레이트에 2시간 동안 놓습니다. 경화되면 마이크로 채널이 손상되지 않도록 PDMS를 매우 조심스럽게 벗겨냅니다. 수동 펀치를 사용하여 PTFE 튜브용 마이크로 채널의 한쪽 끝에 1mm 구멍을 뚫습니다.

다른 쪽 끝을 2mm 펀치로 사용하여 저장소를 만듭니다. 다음으로, 펀칭된 마이크로 채널을 장치 상단에 놓고 전기 인터페이스의 현미경을 사용하여 마이크로 채널 중앙에 있는 저항 기반 온도 감지기를 정렬합니다. 접촉 패드 위치에 전기 핀을 연결하고 잠금 나사를 조입니다.

높이 조절 핀이 장치의 올바른 전극 패드에 있는지 확인하십시오. 다음으로, 폴리스티렌 비드를 1.5 밀리리터 튜브에 100 마이크로리터의 DI 워터에 1에서 10으로 희석하여 준비합니다. PS 비드가 2.7 마이크로리터의 글리세롤에서 혼합물에 중성 부력을 유지하고 위아래로 피펫팅하여 혼합하도록 합니다.

1밀리리터 유리 주사기에 0.5밀리리터의 DI 워터를 채웁니다. 유리 주사기를 PTFE 튜브의 한쪽 끝에 연결하고 튜브의 다른 쪽 끝을 미세유체 채널에 부착합니다. DI 물이 채워진 주사기를 컴퓨터 제어 주사기 펌프에 놓고 유속을 분당 5-20마이크로리터 사이로 설정합니다.

저장소까지 전체 채널을 유체로 채우십시오. 다음으로, 10마이크로리터의 평형 비드 용액을 저장소에 로드하고 주사기 펌프의 흐름 방향을 변경하여 비드 용액을 마이크로 채널에 도입합니다. 마지막으로, 저항을 측정하고 측정된 데이터를 정렬하는 동안 컴퓨터 제어 미터를 통해 1밀리암페어의 DC 전류를 바이어스하여 저항 기반 온도 감지기를 켭니다.

시작하려면 다른 곳에서 설명한 대로 온칩 열량계 장치와 미세유체층을 제작합니다. 마이크로 열량계 장치를 장치 홀더에 놓고 장치를 PDMS 씰층의 홀더 피팅과 함께 미세유체 입구 및 배출구에 정렬하여 장치를 조립합니다. 그런 다음 장치 홀더에 전기 연결 핀을 설치하고 홀더 나사를 제자리에 잠급니다.

그런 다음 PTFE 튜브를 입구와 출구 모두에 연결합니다. 하나의 주입구를 샘플이 로드된 주사기 펌프에 연결하고 이 경우 엔탈피가 측정되지 않으므로 다른 주입구를 닫습니다. 그런 다음 300마이크로리터 샘플을 유리 주사기에 넣고 주사기 펌프에 놓습니다.

글리세롤 및 이온 액체와 같은 고점도 샘플에 대해 매우 느리고 일정한 유속을 사용합니다. 열확산율 측정용. 여기에 표시된 대로 측정 설정을 연결합니다.

글리세롤 샘플을 마이크로 열량계 챔버에 로드하고 수정된 컴퓨터 제어 프로그램을 실행합니다. 열 침투 시간 측정용. 여기에 표시된 보정된 열 침투 방정식을 사용하여 측정된 열 침투 시간에서 열 확산율을 계산합니다.

특정 열 측정의 경우 여기에 표시된 대로 열파 분석 측정 설정을 사용합니다. 이번에는 챔버에 이온 액체를 로드하고 동일한 샘플 로딩 프로그램을 사용합니다. 열파 분석 프로그램을 실행하여 AC 온도 변동의 진폭을 얻고 각 이온 액체 샘플의 비열을 계산합니다.

이 프로세스는 다른 곳에서 자세히 설명되어 있습니다. 칼로리 측정 감지를 위해 앞서 설명한 대로 40-50나노미터 두께의 니켈막 저항 온도 감지기를 마이크로 제작합니다. 다음으로 나이프 플로터를 사용하여 L자형 종이를 자릅니다.

큰 다리는 너비가 3mm, 길이가 10mm이고 짧은 다리는 길이가 3mm인 미세유체 채널입니다.깨끗한 핀셋을 사용하여 5미크론 두께의 양면 아크릴 접착제 층을 센서에 추가하고 그 위에 종이 채널을 놓습니다. 깨끗한 칼날을 사용하여 종이를 장치에 밀어 넣고 기포를 제거합니다.

1ml의 아세트산나트륨 완충액에 포도당 산화효소 1mg을 추가합니다. 밀리리터당 1밀리그램 용액을 만들려면 필요한 경우 아세트산나트륨 완충액을 사용하여 용액의 pH를 5.1로 조정합니다. 다음으로, 1밀리암페어의 DC 전류로 저항 온도 감지기를 바이어스합니다.

검출기를 활성화하고 저항을 지속적으로 측정하려면 준비된 포도당 산화효소 용액 2마이크로리터를 종이 마이크로채널의 동원 부위 중앙에 도입합니다. 감지된 온도는 포도당 농도를 측정하고, 채널 입구에 포도당 표준물질을 도입하고, 반응으로 인한 저항 변화를 측정하기 위해 감소하기 시작합니다. 모든 다른 포도당 조절 용액에 대해 이 실험을 반복하고 저항 데이터를 저장합니다.

마지막으로, 함께 제공되는 텍스트 프로토콜 및 다른 곳에 나열된 방정식을 사용하여 저항 변화를 포도당 농도로 변환합니다. 여기에 표시된 폴리스티렌 비드는 분당 5마이크로리터의 유속으로 저항 온도 감지기를 통과합니다. 센서를 통과할 때 저항이 약간 급증하고 이 변화를 기반으로 입자의 크기를 감지할 수 있습니다.

종이 기반 칼로리 측정 센서의 일반적인 출력은 다음과 같습니다. 포도당 산화효소가 첨가되면 효소가 포도당 용액을 만날 때까지 온도가 빠르게 감소하기 시작합니다. 일단 그렇게 되면 반응이 일어나고 온도가 급상승한 다음 다시 냉각되기 시작합니다.

이 온도 변화는 포도당 농도로 변환되어 샘플 용기의 포도당 수치를 정확하게 측정할 수 있습니다.이 절차를 시도하는 동안 장치 설계 및 구조가 열 측정에서 중요한 역할을 한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 열 파라미터, 열 질량, 단자 저항, 센서 파라미터는 참조 문서에 잘 설명되어 있습니다.