Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices

Het algemene doel van het volgende experiment is het uitvoeren van thermische metingen voor gevoelige detectie in microfluïdische apparaten. Er worden drie verschillende gemaakte microfluïdische apparaten gebruikt om verschillende thermische meettechnieken in analytische microfluïdische apparaten te demonstreren. Als tweede stap worden op weerstand gebaseerde temperatuurdetectoren gekoppeld aan de apparaten en is de setup verbonden met een computer.

Vervolgens worden de monsters in de apparaten geladen en wordt thermische detectie geactiveerd door de controller. De resultaten tonen de uitgebreide detectiemogelijkheden van thermische metingen in microfluïdische apparaten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals chole metrische 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 membraan 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 behulp van stikstofgas. Maak vervolgens een SU acht mal met microkanalen met behulp van een eerder gepubliceerde techniek, pas de lengte en breedte van de microkanalen aan om de te detecteren bereik van deeltjesgroottes te passen.

Maak de PDMS door 30 milliliter van de basis te mengen met drie milliliter van het hardingsmiddel. Verwijder eventuele luchtbellen door het vijf tot 10 minuten aan een vacuüm bloot te stellen. Giet vervolgens de PDMS op de mal.

Plaats vervolgens de mal op een hotplate op 70 graden Celsius gedurende twee uur. Eenmaal uitgehard, trek de PDMS voorzichtig af om de microkanalen niet te beschadigen. Maak met behulp van een handmatige pons een gat van een millimeter aan één uiteinde van het microkanaal voor de PTFE buis.

Gebruik een pons van twee millimeter aan het andere uiteinde om een reservoir te maken. Plaats vervolgens het geponste microkanaal bovenop het apparaat en lijn de op weerstand gebaseerde temperatuurdetector uit in het midden van het microkanaal met behulp van een microscoop in de elektrische interface. Verbind de elektrische pinnen op de contactpadposities en draai de borgschroeven vast.

Zorg ervoor dat de in hoogte verstelbare pinnen op de juiste elektrodepaden op het apparaat zitten. Bereid vervolgens de polystyreenkralen voor door ze een op tien te verdunnen in 100 microliter DI water in een buis van 1,5 milliliter. Om ervoor te zorgen dat de PS kralen neutraal drijvend blijven, voegt u 2,7 microliter glycerol toe aan het mengsel en meng door middel van pipetteren op en neer.

Vul een glas spuit van één milliliter met 0,5 milliliter DI water. Verbind de glas 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 spuitpomp en stel de stroomsnelheid in op tussen de vijf en 20 microliters per minuut.

Vul het hele kanaal met vloeistof tot aan het reservoir. Laad vervolgens 10 microliters van de gebalanceerde kralenoplossing in het reservoir en introduceer de kralenoplossing in het microkanaal door de stromingsrichting op de spuitpomp te veranderen. Schakel tenslotte de op weerstand gebaseerde temperatuurdetector in door één milliampère DC-stroom door de computergestuurde meter te voeren terwijl de weerstand wordt gemeten en de gemeten gegevens worden gesorteerd.

Om te beginnen, fabriceer het on-chip calorimeter apparaat en de microfluïdische laag zoals elders beschreven. Monteer het apparaat door het micro calorimeter apparaat in de apparaathouder te plaatsen en het apparaat uit te lijnen met de microfluïdische in- en uitlaten samen met de houderpassen van de PDMS afdichtingslaag. Installeer vervolgens de elektrische verbindingspennen op de apparaathouder en vergrendel de houderschroeven op hun plaats.

Verbind vervolgens de PTFE buizen met beide inlaten en de uitlaat. Verbind een inlaat met een met monsters geladen spuitpomp en sluit de andere af omdat de enthalpie in dit geval niet wordt gemeten. Laad vervolgens een monster van 300 microliter in de glazen spuit en plaats deze op de spuitpomp.

Gebruik zeer langzame constante stromingssnelheden voor monsters met hoge viscositeit zoals glycerol en ionische vloeistoffen. Voor thermische diffusiemetingen. Verbind de meetopstelling zoals hier getoond.

Laad het glycerolmonster in de micro calorimeter kamer en voer een gemodificeerd computergestuurd programma uit. Voor warmtepenetratietijdmeting. Gebruik de gekalibreerde warmtepenetratie vergelijking hier getoond om de thermische diffusie te berekenen uit de gemeten warmtepenetratietijd.

Voor specifieke warmtemetingen, gebruik de thermische golfanalyse meetopstelling zoals hier getoond. Laad deze keer het ionische vloeistof in de kamer en gebruik hetzelfde monsterlaadprogramma. Voer het thermische golfanalyse programma uit om de amplitude van de AC temperatuurschommelingen te krijgen en bereken de specifieke warmte voor elk ionische vloeistof monster.

Dit proces wordt elders in meer detail beschreven. Voor calorimetrische detectie, microfabriceer een nikkelfilm weerstandstemperatuurdetector van 40 tot 50 nanometer dik zoals eerder beschreven. Gebruik vervolgens een messenplotter om L-vormig papier uit te snijden.

Microfluïdische kanalen die drie millimeter breed en 10 millimeter lang zijn op de lange poot en drie millimeter lang op de korte poot. Gebruik schone pincetten om een laag dubbelzijdig acrylkleefstof van vijf micrometer dik toe te voegen aan de sensor en plaats het papierkanaal erop. Gebruik een schone mes om het papier naar het apparaat te duwen en eventuele luchtbellen te verwijderen.

Voeg één milligram glucoseoxidase-enzym toe aan één milliliter natriumacetaatbuffer. Om een oplossing van één milligram per milliliter te maken, pas de pH van de oplossing aan op 5,1 met natriumacetaatbuffer indien nodig. Bias vervolgens de weerstandstemperatuurdetector met één milliampère DC-stroom.

Om de detector te activeren en de weerstand continu te meten, introduceer twee microliters van de bereide glucoseoxidaseoplossing in het midden van een mobilisatieplaats van het papier microkanaal. De gedetecteerde temperatuur zal beginnen te dalen om de