Técnicas de Medição térmicos em analíticos microfluídicos

O objetivo geral do experimento a seguir é realizar medições térmicas para detecção sensível em dispositivos microfluídicos. Três dispositivos microfluídicos fabricados diferentes serão usados para demonstrar diferentes técnicas de medição térmica em dispositivos microfluídicos analíticos. Como segunda etapa, os detectores de temperatura baseados em resistência são acoplados aos dispositivos e a configuração é conectada a um computador.

Em seguida, as amostras são carregadas nos dispositivos e a detecção térmica é ativada pelo controlador. Os resultados mostram as capacidades de detecção estendidas da medição térmica em dispositivos microfluídicos. A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes, como detecções métricas e eletroquímicas de furo, é que essa técnica reduz a complexidade da medição enquanto a faixa de detecção é estendida.

Comece usando a microfabricação de uma membrana de nitreto de silício de filme fino com um sensor de temperatura integrado usando a técnica descrita por vota et al. Enxágue o dispositivo completo com água deionizada e seque o dispositivo com gás nitrogênio. Em seguida, fabrique um molde SU oito com micro canais usando uma técnica publicada anteriormente, adapte o comprimento e a largura dos micro canais para se adequar à faixa de tamanhos de partículas a serem detectados.

Faça o PDMS misturando 30 mililitros da base com três mililitros do agente de cura. Depois de misturado, remova todas as bolhas expondo-o ao vácuo por cinco a 10 minutos. Em seguida, despeje o PDMS no molde.

Em seguida, coloque o molde em uma placa quente a 70 graus Celsius por duas horas. Depois de curado, retire o PDMS com muito cuidado para não danificar os microcanais. Usando um punção manual, faça um furo de um milímetro em uma extremidade do microcanal para a tubulação de PTFE.

Use um punção de dois milímetros na outra extremidade para fazer um reservatório. Em seguida, coloque o microcanal perfurado na parte superior do dispositivo e alinhe o detector de temperatura baseado em resistência no centro do microcanal com o auxílio de um microscópio na interface elétrica. Conecte os pinos elétricos nas posições da almofada de contato e aperte os parafusos de travamento.

Certifique-se de que os pinos ajustáveis em altura estejam nas almofadas corretas do eletrodo no dispositivo. Em seguida, prepare as esferas de poliestireno diluindo-as de um a 10 em 100 microlitros de água DI em um tubo de 1,5 mililitro. Para garantir que os grânulos PS permaneçam flutuantes neutros a 2,7 microlitros de glicerol para a mistura e misture pipetando para cima e para baixo.

Encha uma seringa de vidro de um mililitro com 0,5 mililitros de água DI. Conecte a seringa de vidro a uma extremidade do tubo de PTFE e conecte a outra extremidade do tubo ao canal microfluídico. Coloque a seringa cheia de água DI em uma bomba de seringa controlada por computador e ajuste a vazão para entre cinco e 20 microlitros por minuto.

Encha todo o canal com fluido até o reservatório. Em seguida, carregue 10 microlitros da solução de esferas balanceada no reservatório e introduza a solução de esferas no microcanal alterando a direção do fluxo na bomba de seringa. Por fim, ligue o detector de temperatura baseado em resistência polarizando um miliampere de corrente CC através do medidor controlado por computador enquanto mede a resistência e classifica os dados medidos.

Para começar, fabrique o dispositivo calorímetro no chip e a camada microfluídica conforme descrito em outro lugar. Monte o dispositivo colocando o dispositivo de micro calorímetro no suporte do dispositivo e alinhando o dispositivo às entradas e saídas microfluídicas junto com os encaixes do suporte da camada de vedação PDMS. Em seguida, instale os pinos de conexão elétrica no suporte do dispositivo e trave os parafusos do suporte no lugar.

Em seguida, conecte os tubos de PTFE às entradas e à saída. Conecte uma entrada a uma bomba de seringa carregada com sample e feche a outra, pois a entalpia não é medida neste caso. Em seguida, coloque uma amostra de 300 microlitros na seringa de vidro e coloque-a na bomba da seringa.

Use taxas de fluxo constantes muito lentas para amostras de alta viscosidade, como glicerol e líquidos iônicos. Para medições de difusividade térmica. Conecte a configuração de medição conforme mostrado aqui.

Carregue a amostra de glicerol na câmara do microcalorímetro e execute um programa controlado por computador modificado. Para medição do tempo de penetração de calor. Use a equação de penetração de calor calibrada mostrada aqui para calcular a difusividade térmica a partir do tempo de penetração de calor medido.

Para medições de calor específicas, use a configuração de medição de análise de ondas térmicas conforme mostrado aqui. Desta vez, carregue o líquido iônico na câmara e use o mesmo programa de carregamento de amostras. Execute o programa de análise de ondas térmicas para obter a amplitude das flutuações de temperatura CA e calcular o calor específico para cada amostra de líquido iônico.

Este processo é descrito com mais detalhes em outro lugar. Para detecção calorimétrica, micro fabricar um detector de temperatura de resistência de filme de níquel de 40 a 50 nanômetros de espessura, conforme descrito anteriormente. Em seguida, use um plotter de faca para cortar papel em forma de L.

Canais microfluídicos com três milímetros de largura e 10 milímetros de comprimento na perna maior e três milímetros de comprimento na perna curta. Use uma pinça limpa para adicionar uma camada de cinco mícrons de espessura de adesivo acrílico dupla face ao sensor e coloque o canal de papel por cima. Use uma lâmina limpa para empurrar o papel para o dispositivo e remover quaisquer bolhas de ar.

Adicione um miligrama da enzima glicose oxidase a um mililitro de tampão acetato de sódio. Para fazer uma solução de um miligrama por mililitro, ajuste o pH da solução para 5,1 com tampão de acetato de sódio, se necessário. Em seguida, polarize o detector de temperatura de resistência com um miliampere de corrente CC.

Para ativar o detector e começar a medir a resistência continuamente, introduza dois microlitros da solução de glicose oxidase preparada no centro de um local de mobilização do microcanal de papel. A temperatura detectada começará a diminuir para medir a concentração de glicose, introduzir padrões de glicose na entrada do canal e medir a mudança de resistência causada pela reação. Repita este experimento com todas as diferentes soluções de controle de glicose e salve os dados de resistência.

Por fim, converta a mudança de resistência em concentração de glicose usando as equações listadas no protocolo de texto que acompanha e em outros lugares. O cordão de poliestireno mostrado aqui está passando pelo detector de temperatura de resistência com uma vazão de cinco microlitros por minuto. À medida que passa pelo sensor, a resistência aumenta ligeiramente e o tamanho da partícula pode ser detectado com base nessa mudança.

A saída típica de um sensor calormétrico baseado em papel é mostrada aqui. Uma vez que a glicose oxidase é adicionada, a temperatura começa a diminuir rapidamente até que a enzima encontre a solução de glicose. Quando isso acontece, ocorre uma reação e a temperatura aumenta e começa a esfriar novamente.

Essa mudança de temperatura pode ser convertida em concentração de glicose para medir com precisão os níveis de glicose em tigelas de amostras Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que o design e a estrutura do dispositivo desempenham um papel fundamental nas medições térmicas. Os parâmetros térmicos, massa térmica e resistência terminal e os parâmetros do sensor são bem descritos em artigos de referência.