Name: Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: Leer thermische meettechnieken voor analytische microfluïdische apparaten met weerstandsthermometers. Deze methode vereenvoudigt detectie en breidt het meetbereik uit voor diverse toepassingen.

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

Gedeeltelijke financiële steun voor dit werk werd geleverd door de Amerikaanse National Science Foundation door de industrie / University Cooperative Research Center on Water Equipment &amp; Beleid gevestigd aan de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee (IIP-0.968.887) en Marquette University (IIP-0.968.844). Wij danken Glenn M. Walker, Woo-Jin Chang en Shankar Radhakrishnan voor behulpzaam discussies.

1. Thermische Particle Detection (TPD) <ol><li> Bereid de microgefabriceerde silicium inrichting met een dunne-film silicium nitride membraan en geïntegreerde temperatuursensor met micromachining gebruik van standaard halfgeleider- technologie 2. Spoel de gefabriceerde apparaat met gedeïoniseerd (DI) water. Opmerking: De fabricagemethode voor het thermisch deeltjesdetector microfluïdische inrichting is beschreven in eerdere publicatie 2. </li><li> Om polydimethylsiloxaan (PDMS) substraten met micro-kanalen te produceren, zorgen voor een SU8 mal met behulp van standaard lithografie processen 5. Opmerking: De kanaalbreedte is voor elke specifieke afmeting deeltje. <ol><li> Voeg PDMS door mengen van een 10: 1 verhouding van base (30 ml) en het hardingsmiddel (3 ml). Giet de PDMS op de vorm en de bellen door kort bloot te stellen aan een vacuüm (5-10 min). Opmerking: Het vacuümniveau geen kritische waarde voor het ontgassen en worden voortgezet tot gas bubbles zijn volledig verwijderd uit gemengde PDMS. </li><li> Plaats de vorm op een kookplaat (~ 70 ° C) gedurende 2 uur om het PDMS harden. Schil vervolgens de PDMS heel voorzichtig om niet de mal beschadigen. Opmerking: De Vacuum niveau is niet een kritische waarde. </li></ol></li><li> Met behulp van een handmatige punch, punch een strakke gat (1 mm) voor de PTFE-buis aan de ene kant. Gebruik een grote stempel (2 mm) aan het andere uiteinde op de PDMS een reservoir te maken. Plaats de geponste microkanaal bovenop het apparaat onder de microscoop en lijn de RTD in het midden van de micro-channel (Figuur 1A). </li><li> In de elektrische interface, sluit de elektrische pennen in het contact pad posities en draai de borgschroeven. Zorg ervoor dat de hoogte verstelbare pennen (Pogo pins) zitten op de juiste elektroden op het apparaat. </li><li> Verdun 10 pi van het geconcentreerde PS korrels in 100 pi DI water in een 1,5 ml buis. </li><li> Om de PS beads blijven neutraal drijfvermogen zorgen, voeg 2,7 pl van glycerol (1,26g / cm 3) DI water om de vloeistofdichtheid het polystyreen (PS) korreldichtheid (overeenkomen 1,05 g / cm 3). </li><li> Sluit de PTFE-buis naar het kanaal aan één einde en het andere uiteinde op een 1 ml injectiespuit. Vul het glas spuit met 0,5 ml DI water. Opmerking: Volledig aansluitende gemaakt door het selecteren van de juiste punch grootte zal lekkage in buizen te voorkomen. </li><li> Plaats de DI water spuit op de computergestuurde injectiepomp. Schuif het water (5-20 pl / min) in het kanaal om de gehele kanaal te vullen met vloeistof tot aan het reservoir. </li><li> Belasting 10 pi evenwichtige kraal oplossing van het reservoir en voeren de kraal oplossing van het micro-kanaal veranderen van de stromingsrichting op injectiepomp. </li><li> Schakel de RTD van vertekenende 1 mA DC stroom door de computer bestuurde / meter, terwijl de weerstand van bron / meter en sorteren van de gemeten data (figuur 2). Opmerking: Tijdens het experiment, de sensor is voorgespannen; Daarom wordt de temperatuur continu gemeten tot het einde van de telling experiment. De RTD sensor wordt elektrisch voorgespannen door een gelijkstroom in het traject van 100 pA tot 1 mA om de temperatuur tot het einde van de telling experiment continu meten. Het is cruciaal om de juiste stroom te selecteren aangezien er een afweging tussen geluidsniveau en het gedetecteerde signaalamplitude. De spuitpomp wordt gebruikt om de stroom in micro-kanalen te genereren. Selecteren van een geschikte stroomsnelheid naar de TPD experiment uitgevoerd is beperkt tot de snelheid van de meting. Deze snelheid is een functie van de thermische tijdconstante van het apparaat en elektrische meetsnelheid. De resultaten van thermische partikeldetectie experiment worden getoond in Figuur 3. </li><li> Gebruik de ontwikkelde data processing software (LabVIEW) om de gemeten weerstand data om te zetten in temperatuur met de Callendar-Van Dusen vergelijking 6. </li></ol> 2. ThermalKarakterisering van vloeistoffen met behulp van een micro-calorimeter <ol><li> Daarbij gebruikt de on-chip calorimeter-inrichting (figuur 4A) 3 de thermische diffusievermogen en de soortelijke warmte van de monsters te meten. Opmerking: Bij elke dobbelsteen, er 2 micro-calorimeter kamers (figuur 4B). Elke kamer heeft 2 ingangen en één uitgang. En elke kamer heeft een kachel en een RTD sensor geïntegreerd. </li><li> Plaats de micro-calorimeter apparaat het apparaat houder (Figuur 4C). Lijn het apparaat om de microfluïdische in- en uitlaten met de houder armaturen. Plaats de PDMS afdichtingslaag bovenop het apparaat. </li><li> Installeer elektrische aansluiting pinnen op de houder van het apparaat en vergrendel de houder schroeven. Opmerking: Zorg ervoor dat de in hoogte verstelbare Pogo pinnen zijn uitgelijnd met de elektrisch contact pads. </li><li> Installeer de microfluïdische-interface laag met magnetische grendels om het apparaat houder (Figuur 4D). Sluit de PTFE buizen zowel inlaten en de uitlaat. Sluit een inlaat naar de sample-loaded spuitpomp en sluit het andere, aangezien het niet enthalpie gemeten in casu. </li><li> Gebruik een ontwikkelde computergestuurde programma om het monster in het microkanaal en kamers te laden. Opmerking: Het programma zal beëindigde stroom te gebruiken om overmatige druk te verminderen op de dunne-film opgeschort kamer. <ol><li> Laad de 300 pi monster in de glazen spuit en plaats het op de injectiepomp. Gebruik zeer traag (0,25 pl / min) constant debieten voor hoge viscositeit monsters (bv glycerol en ionische vloeistoffen). Gebruik een glycerol monster voor thermische diffusie metingen en ionische vloeistoffen voor soortelijke warmte metingen. </li></ol></li><li> Metingen <ol><li> Thermische diffusie metingen <ol><li> Sluit de metingen opstelling als weergegeven in figuur 5A. Laad de glycerol monster naar de micro-calorimeter kamer. Start het aangepaste computer gestuurde programma voor hea<html> t penetratie tijdmeting. </li><li> Gebruik de geijkte warmte penetratie vergelijking om thermische diffusie berekenen op basis van de gemeten warmte penetratie tijd 7: <img alt="Vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> waarbij α is thermische diffusie, L is de dikte van de kamer, p de dikte ijkfactor vanwege fabricageproces variatie en t 0 is warmtepenetratie tijd. </li></ol></li><li> Specifieke warmte metingen <ol><li> Gebruik TWA meetopstelling zie figuur 5B. Gebruik hetzelfde monster laden programma en laadt de ionische vloeistof in de kamer. Voer het TWA programma om de amplitude van de AC temperatuurschommelingen (∂ T AC) krijgen en nauwkeurig gebruik van warmtevergelijking de berekening van de specifieke, c p, voor elke warmte ionische vloeistofmonster 8: 28eq2.jpg &quot;width =&quot; 117 &quot;/&gt; waarbij C 0 is ingangsvermogen ijkfactor P is ingangsvermogen, ω is de frequentie van het bekrachtigingssignaal, en m de massa van het vloeistofmonster. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Calorimetrische Biochemische Detectie in Papieren microfluïdische apparaat <ol><li> Gebruik microfabricated dunne film (40-50 nm nikkel) RTD sensor. Fabrication stappen voor de OTO-sensor worden uitgelegd in eerdere werken 4. </li><li> Voor papieren kanaal fabricage 4, gebruik dan een mes plotter om het papier te snijden microfluïdische kanalen met een ontworpen patroon (L-vorm). Plaats het papier op de top van de snij mat, laadt het papier en de snijmat het mes plotter, en gebruik de juiste recept om de microfluïdische papieren kanalen 4 snijden. </li><li> Voor de inrichting en het kanaal integratie, gebruiken een acryl hechtlaag (5 micrometer) om het papier te integreren op de RTD sensor. Gebruik een schone blade om het papier te duwen om het apparaat en verwijder de luchtbellen (figuur 6A). De acryl film is een hechtlaag aan het papier over RTD sensor te houden. </li><li> Voor enzymactivering, gebruiken 50 mM natriumacetaatbuffer aan de GOD enzym te activeren. Voeg 1 mg van de GOD enzym 1 ml natriumacetaatbuffer aan de 1 mg / ml oplossing te maken. Stel de pH van de oplossing 5,1. Opmerking: Pas de hoeveelheid azijnzuur in natriumacetaat buffer om de pH van de oplossing 5,1 te handhaven. </li><li> Bias van de RTD met 1 mA DC stroom naar de RTD activeren en beginnen met het meten van de weerstand bron / meter continu terwijl de weerstand tot rust komt na het experiment (~ 4 min). Opmerking: Figuur 6B toont de meetopstelling voor de papier-gebaseerde calorimetrische testen. </li><li> Introduceren 2 ul van de bereide oplossing GOD het midden van het papier micro-channel (immobilisatie ter) via een pipet. De gedetecteerde temperatuur (figuur 7A) moet beginnen to verlagen. Opmerking: Deze koelende werking vanwege de hogere werktemperatuur van de RTD en verdamping van het monster tezamen. </li><li> Om de glucoseconcentratie te meten, te introduceren standaard glucose-controle-oplossing 9 om het kanaal inlaat en meet de weerstand tegen verandering als gevolg van de reactie. Herhaal dit experiment met alle verschillende glucose controle-oplossingen (hoge, normale en lage concentraties) en sla de weerstand data. </li><li> De weerstandstemperatuurcoëfficiënt (TCR) nikkel RTD en Callendar-Van Dusen vergelijking, zet de weerstandsverandering van de temperatuur. Bereken de concentratie van de glucose in elk monster door te overwegen de reactie-enthalpie van glucose en het enzym GOD (Δ H = -80 kJ / mol) en met behulp van de concentratie formule 10: <img alt="Vergelijking 3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> waarin n p wordt gedetecteerd molaire concentratie, C <sub&gt; P warmtecapaciteit van het systeem en AT berekend temperatuur. </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>

Geen belangenconflicten verklaard.

In dit werk worden verschillende thermische meettechnieken in microfluïdische apparaten en hun respectieve installatieprocedures gepresenteerd. Deze thermische meetmethoden zoals thermische geleidbaarheidsbewaking, thermische penetratietijd, amplitude van AC thermische fluctuaties en amplitudemeting van de gegenereerde warmte worden gebruikt om specifieke stoffen te detecteren en verschillende reacties en interacties te onderzoeken.
De thermische tijdconstante speelt een sleutelrol in de boven...

Drie verschillende micro-schaal thermische meettechnieken worden gepresenteerd in dit artikel. De drie verschillende configuraties van microfluïdische inrichtingen worden gebruikt voor thermische partikeldetectie (TPD), thermische karakterisering (thermische geleidbaarheid en de soortelijke warmte) en calorimetrische detectie van chemische reacties en interacties. Thermische Particle Detection Het detecteren en tellen van deeltjes in microfluïdische inrichtingen wordt veel gebruikt voor het milieu, industriële en biologische toepassingen 1. TPD is een van de nieuwe toepassingen van thermische metingen in microfluïdische inrichtingen 2. Met warmteoverdracht voor het detecteren en tellen van deeltjes op basis van de deeltjesgrootte vermindert de complexiteit, kosten en grootte van het systeem. In andere werkwijzen, complexe optische of complexe elektrische metingen en geavanceerde signaalverwerking software worden gebruikt voor het detecteren van deeltjes. Thermische Characterization van vloeibare stoffen met behulp van micro-Calorimeter Vloeibaar monster thermische karakterisering is de tweede toepassing van thermische metingen in microfluïdische apparaten. Het uitvoeren van micro-schaal calorimetry zal het monster verbruik te verminderen en verhoging van de precisie door het aanbieden van hogere herhaalbaarheid ten opzichte van conventionele, bulk calorimetrie methoden. De procedures voor de thermische geleidbaarheid en soortelijke warmte metingen met behulp van de on-chip micro-calorimeter apparaat worden elders 3 gepresenteerd. De data van warmte penetratietijd techniek warmtegeleidingsvermogen meten en thermische golfanalyse (TWA) te soortelijke warmte metingen in microfluïdische inrichtingen worden beschreven in de sectie protocol. Calorimetrische Bio-chemische detectie in Paper-Based microfluïdische apparaat Een andere toepassing van de thermische meting biochemische detectie in papieren microfluidics. De capillaire werking in deporeuze structuur papier draagt ​​de vloeistof en voorkomt bubble initiatie problemen in microkanalen. De meest voorkomende detectie mechanismen in papier gebaseerde microfluïdische apparaten zijn optische of elektrochemische technieken. Optische detectie lijdt aan een hoge complexiteit en de noodzaak van geavanceerde beeldverwerking software om de gedetecteerde signaal te kwantiseren. Elektrochemische detecties zijn ook beperkt, omdat zij slechts kunnen worden toegepast op reacties die actieve bijproducten produceren. De onlangs geïntroduceerde colorimetrische papieren biochemische sensor platform 4 maakt gebruik van de papieren microfluïdische systeem en de thermische detectiemechanisme label-free. De procedures van de colorimetrische detectie van glucose die glucose oxidase (GOD) enzym in een papieren microfluïdische platform worden in het protocol. Het doel van dit document is om de mogelijkheden van thermische meettechnieken in microfluïdische apparaten te demonstreren. Het apparaat VOORBEREIDIn, vloeibaar monster handling en weerstand temperatuur detector (RTD) sensor excitatie en meting worden gepresenteerd in de volgende paragrafen.

<table><tbody><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)&nbsp;</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>PS kralen - 90 &#956;m</td><td>Corpuscular</td><td>100265</td><td></td></tr><tr><td>PS kralen - 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 enzym</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>Glucose Control Solution - Laag</td><td>Bayer contour</td><td>Low Control</td><td></td></tr><tr><td>Glucose Control Solution - Normaal</td><td>Bayer contour</td><td>Normal Control</td><td></td></tr><tr><td>Glucose Control Solution - Hoog</td><td>Bayer contour</td><td>High Control</td><td></td></tr><tr><td>Chromatografiefilterpapier</td><td>Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>Glas</td><td>VWR&nbsp;</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>Acrylaatfilm</td><td>Nitto Denko</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>Glazen spuit (1 ml)</td><td>Hamilton</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>New Era</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>Mesplotter</td><td>Silhouette</td><td>portrait</td><td></td></tr><tr><td>Stroomvoorversterker</td><td>Stanford Research</td><td>SR-570</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscoop</td><td>Agilent</td><td>DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>Signaalgenerator</td><td>HP</td><td>HP3324A</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in versterker</td><td>Stanford Research</td><td>SRS-830</td><td></td></tr><tr><td>Bron/meter 2400</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Bron/meter 2600</td><td>Keithley</td><td>2436A</td><td></td></tr></tbody></table>

thermische meettechnieken in analytical microfluïdische devices

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermische meettechnieken zijn gebruikt voor vele toepassingen zoals thermische karakterisering van materialen en detectie van chemische reacties. Microbewerkingstechnieken maken het mogelijk om de thermische massa van vervaardigde structuren te verminderen en introduceren de mogelijkheid om met hoge gevoeligheid thermische metingen uit te voeren op micro- en nano-schaalapparaten. Het combineren van thermische meettechnieken met microfluïdische apparaten maakt het mogelijk om verschillende analytische metingen uit te voeren met een laag monsterverbruik en verminderde meettijd door het geminiaturiseerde systeem op een enkele chip te integreren. De procedures van thermische meettechnieken voor deeltjesdetectie, materiaalkarakterisering en chemische detectie worden in dit artikel geïntroduceerd.

Figuur 3 toont de grafiek van de gemeten thermische signaal. De gegenereerde signalen in aanwezigheid van de bolletjes met bijbehorende optische beelden tonen de succesvolle detectie van het microbolletje PS korrels in het microkanaal. De thermische geleidbaarheid van de vloeistof die door de micro-kanalen verandert door de aanwezigheid van PS korrels. Deze verandering in de thermische geleidbaarheid van het kanaal waardoor de warmteoverdracht in het microkanaal. De verandering in de warmteoverdracht in...

Hier presenteren we drie protocollen voor thermische metingen in microfluïdische apparaten.

Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices

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

Het algemene doel van het volgende experiment is het uitvoeren van thermische metingen voor gevoelige detectie in microfluïdische apparaten. Drie verschillende gefabriceerde microfluïdische apparaten zullen worden gebruikt om verschillende thermische meettechnieken in analytische microfluïdische apparaten te demonstreren. Als tweede stap worden op weerstand gebaseerde temperatuursensoren aan de apparaten gekoppeld en wordt de opstelling aangesloten op een computer.Vervolgens worden de monsters in de apparaten geladen en wordt de thermische detectie via de controller geactiveerd. De resultaten tonen de uitgebreide detectiemogelijkheden van thermische metingen in microfluïdische apparaten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals colorimetrische en elektrochemische detecties, is dat deze techniek de complexiteit van de meting vermindert terwijl het detectiebereik wordt uitgebreid.Begin met het microfabriceren van een dunne siliciumnitride-membraanfilm met een geïntegreerde temperatuursensor met behulp van de techniek beschreven door Vota et al. Spoel het voltooide apparaat af met gedeïoniseerd water en droog het apparaat met stikstofgas. Fabriceer vervolgens een SU-8 mal met microkanalen met behulp van een eerder gepubliceerde techniek; pas de lengte en breedte van de microkanalen aan zodat deze passen bij het bereik van de te detecteren partikelgroottes.Maak het PDMS door 30 milliliters van de basis te mengen met drie milliliters van het uithardingsmiddel. Nadat het is gemengd, worden eventuele bellen verwijderd door het mengsel gedurende vijf tot 10 minuten bloot te stellen aan een vacuüm. Giet vervolgens het PDMS op de mal.Plaats de mal vervolgens twee uur lang op een warmteplaat bij 70 °C. Pel na uitharding het PDMS zeer voorzichtig af om beschadiging van de microkanalen te voorkomen. Maak met een handpons een gat van 1 mm aan één uiteinde van het microkanaal voor de PTFE-buis.Gebruik aan het andere uiteinde een pons van twee millimeter om een reservoir te maken. Plaats vervolgens het geponste microkanaal bovenop het apparaat en richt de weerstandsgebaseerde temperatuursensor in het midden van het microkanaal uit met behulp van een microscoop in de elektrische interface. Verbind de elektrische pinnen op de posities van de contactpads en draai de borgschroeven vast.Zorg ervoor dat de in hoogte verstelbare pinnen op de juiste elektrodepads van het apparaat rusten. Bereid vervolgens de polystyreenbolletjes voor door deze 1 op 10 te verdunnen in 100 µL gedestilleerd water in een buisje van 1,5 mL. Om te zorgen dat de PS-bolletjes neutraal drijfvermogen behouden, wordt 2,7 µL glycerol aan het mengsel toegevoegd; meng dit door herhaaldelijk te pipetteren.Vul een glazen spuit van 1 milliliter met 0,5 milliliters DI-water. Verbind de glazen spuit met één uiteinde van de PTFE-buis en bevestig het andere uiteinde van de buis aan het microfluïdische kanaal. Plaats de met DI-water gevulde spuit op een computergestuurde spuitenpomp en stel de stroomsnelheid in op tussen 5 en 20 µL per minuut.Vul het gehele kanaal met vloeistof tot aan het reservoir. Laad vervolgens 10 µL van de gebalanceerde kraaloplossing in het reservoir en breng de kraaloplossing in het microkanaal door de stroomrichting op de spuitpomp te wijzigen. Schakel tot slot de weerstandsgebaseerde temperatuursensor in door een DC-stroom van 1 mA door de computergestuurde meter te sturen, terwijl de weerstand wordt gemeten en de gemeten gegevens worden gesorteerd.Begin met het vervaardigen van het on-chip calorimetrie-apparaat en de microfluïdische laag zoals elders beschreven. Assembleer het apparaat door het micro-calorimetrie-apparaat in de apparaathouder te plaatsen en het apparaat uit te lijnen met de microfluïdische in- en uitlaten, samen met de houderkoppelingen van de PDMS-afdichtingslaag. Installeer vervolgens de elektrische aansluitpinnen op de apparaathouder en draai de houderschroeven vast.Sluit vervolgens de PTFE-buisjes aan op beide inlaatpoorten en de uitlaatpoort. Sluit één inlaatpoort aan op een spuitpomp waarin een monster is geladen en sluit de andere af, aangezien de enthalpie in dit geval niet wordt gemeten. Laad vervolgens een monster van 300 µL in de glazen spuit en plaats deze op de spuitpomp.Gebruik zeer lage constante stroomsnelheden voor monsters met een hoge viscositeit, zoals glycerol en ionische vloeistoffen. Voor metingen van de thermische diffusiviteit. Sluit de meetopstelling aan zoals hier wordt weergegeven.Laad het glycerolmonster in de kamer van de microcalorimeter en voer een aangepast, computergestuurd programma uit voor de meting van de warmtepenetratietijd. Gebruik de hier getoonde gekalibreerde warmtepenetratievergelijking om de thermische diffusiviteit te berekenen op basis van de gemeten warmtepenetratietijd.Gebruik voor de metingen van de specifieke warmte de opstelling voor thermische golfanalyse zoals hier getoond. Laad ditmaal de ionische vloeistof in de kamer en gebruik hetzelfde programma voor het laden van de monsters. Voer het programma voor thermische golfanalyse uit om de amplitude van de AC-temperatuurschommelingen te bepalen en bereken de specifieke warmte voor elk monster van de ionische vloeistof.Dit proces wordt elders in meer detail beschreven. Fabriceer voor calorimetrische detectie via microfabricage een nikkelen filmweerstandsthermometer met een dikte van 40 tot 50 nanometer, zoals eerder beschreven. Gebruik vervolgens een snijplotter om L-vormig papier uit te snijden.Microfluïdische kanalen die 3 mm breed en 10 mm lang zijn op het langere deel en 3 mm lang op het korte deel. Gebruik schone pincetten om een 5 µm dikke laag dubbelzijdige acrylkleefstof op de sensor aan te brengen en plaats het papieren kanaal erbovenop. Gebruik een schoon mesje om het papier tegen het apparaat aan te drukken en verwijder eventuele luchtbellen.Voeg één milligram glucoseoxidase-enzym toe aan één milliliter natriumacetaatbuffer. Om een oplossing van één milligram per milliliter te verkrijgen, wordt de pH van de oplossing indien nodig aangepast naar 5.1 met natriumacetaatbuffer. Vervolgens wordt de weerstandstemperatuurdetector gevoed met een gelijkstroom van één milliamp.Om de detector te activeren en de weerstand continu te gaan meten, voegt u twee µL van de bereide glucose-oxidase-oplossing toe aan het midden van een mobilisatieplaats van het papieren microkanaal. De gedetecteerde temperatuur zal beginnen te dalen. Om de glucoseconcentratie te meten, voegt u glucosestandaarden toe aan de inlaat van het kanaal en meet u de weerstandsverandering die door de reactie wordt veroorzaakt. Herhaal dit experiment met alle verschillende glucose-controlesoluties en sla de weerstandsgegevens op.Zet tot slot de weerstandsverandering om in een glucoseconcentratie met behulp van de vergelijkingen die vermeld staan in het bijbehorende tekstprotocol en elders. De hier getoonde polystyreenkraal passeert de weerstandstemperatuursensor met een stroomsnelheid van 5 µL per minuut. Terwijl deze de sensor passeert, vertoont de weerstand een lichte piek, waarop de grootte van het deeltje kan worden vastgesteld.De typische output van een op papier gebaseerde calorimetrische sensor wordt hier getoond. Zodra glucose-oxidase wordt toegevoegd, begint de temperatuur snel te dalen totdat het enzym de glucoseoplossing bereikt. Op dat moment vindt er een reactie plaats, waardoor de temperatuur plotseling stijgt om vervolgens weer af te koelen.Deze temperatuurverandering kan worden omgezet in een glucoseconcentratie om de glucosespiegels in monsterbakjes nauwkeurig te meten. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat het ontwerp en de structuur van het apparaat een cruciale rol spelen bij thermische metingen. De thermische parameters, de thermische massa en de terminale weerstand, evenals de sensorparameters, zijn uitgebreid beschreven in referentieartikelen.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Dit protocol beschrijft de ontwikkeling van een microfluïdische apparaat voor het onderzoeken van bacteriële chemotaxis in stabiele concentratiegradiënten van chemoeffectors.

Een microfluïdische apparaat voor het kwantificeren van Bacteriële Chemotaxis in stabiele concentratiegradiënten

Druppel op basis van microfluïdische platforms zijn veelbelovende kandidaten voor high throughput experimenten, omdat zij in staat zijn om goedkoop te genereren picoliter, self-gecompartimenteerde schepen op kHz tarieven. Door integratie met snelle, gevoelige en een hoge resolutie fluorescentie spectroscopische methoden, kunnen de grote hoeveelheden informatie uit die in deze systemen efficiënt kunnen worden geëxtraheerd, aangewend en gebruikt.

Fluorescentie detectiemethoden voor microfluïdische druppel platforms

De wijze van toepassing van een brekingsindex sensor voor terahertz frequenties gebaseerd op een gegroefde parallelle plaat golfgeleider geometrie beschreven. De werkwijze levert een meting van de brekingsindex van een klein volume vloeistof door controle van de verschuiving van de resonantiefrequentie van de...

Terahertz Microfluïdische Sensing via een parallelle-plaat Waveguide Sensor

Hier beschrijven we een procedure die de microschalige schlieren-techniek gebruikt om mengingsongelijkheid in een microfluïdisch apparaat te meten. Door middel van kalibratie kan de verdeling van de concentratiegradiënt worden afgeleid uit de micro-schlieren-afbeelding.

Het analyseren van Mengen Inhomogeniteit in een microfluïdische apparaat door Microscale Schlieren Technique

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) een optische luminescentie lijn bij 612 nm, waarvan de activering efficiëntie sterk af met de temperatuur. Indien een monster bekleed met een dunne film van dit materiaal micro-afgebeeld, kan de 612 nm luminescentie reactie intensiteit worden omgezet in een rechtstreekse kaart monster oppervlaktetemperatuur.

High-resolution thermische Micro-imaging Met behulp europiumchelaat Lichtgevende Coatings

Demonstreren we gebruik van een vezeloptische sensor voor gedistribueerde In kaart brengen mengtemperatuur luchtstralen. De Rayleigh-verstrooiing gebaseerde sensor genereert duizenden gegevenspunten langs een enkele vezel buitengewone ruimtelijke resolutie die onbereikbaar met traditionele sensoren, zoals thermokoppels leveren.

Fiber Optic Distributed Sensoren voor Mapping Temperature Field High-resolution

Beschrijven we het proces van fabricage en beproeving van fotonische thermometers.

Fabricage en beproeving van fotonische Thermometers

Een protocol voor de fabrikatie van kunststof microfluidic apparaten met transparante weergave-poorten voor zichtbaar en infrarood licht beeldvorming wordt beschreven.

Zachte lithografische Procedure voor de productie van kunststof Microfluidic apparaten met weergave-poorten transparant voor zichtbaar en infrarood licht

Een techniek met behulp van golflengten van 1150 en 1412 nm voor het meten van de temperatuur van het water rond een inductie-verwarmd kleine magnetische bol wordt gepresenteerd.

Nabij-infrarood temperatuur meting techniek voor het Water rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol

Dit protocol combineert massafotometrie met een nieuw microfluïdica-systeem om eiwit-eiwitinteracties met een lage affiniteit te onderzoeken. Deze aanpak is gebaseerd op de snelle verdunning van sterk geconcentreerde complexen in oplossing, wat metingen met een lage affiniteit mogelijk maakt en de toepasbaarheid van massafotometrie verbreedt.

Analyse van de vorming van eiwitcomplexen bij micromolaire concentraties door microfluïdica te koppelen aan massafotometrie

Dit artikel presenteert de Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR) techniek voor lokale niet-destructieve thermische karakterisering en beeldvorming.

De frequentiedomein-thermoreflectantietechniek voor thermische eigenschapsmetingen

Leer thermische meettechnieken voor analytische microfluïdische apparaten met weerstandsthermometers. Deze methode vereenvoudigt detectie en breidt het meetbereik uit voor diverse toepassingen.

Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices

Meer video's verkennen