Name: Técnicas de Medição térmicos em analíticos microfluídicos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: Aprenda técnicas de medição térmica em dispositivos microfluídicos analíticos usando detectores de temperatura baseados em resistência. Este método simplifica a detecção sensível enquanto estende as capacidades de análise.

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Apoio financeiro parcial para este trabalho foi fornecida pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA através do Centro de Pesquisa Cooperativa Indústria / Universidade de Equipamentos &amp; Política localizado na Universidade de Wisconsin-Milwaukee (IIP-0968887) e da Universidade de Marquette (IIP-0.968.844) de água. Agradecemos Glenn M. Walker, Woo-Jin Chang e Shankar Radhakrishnan para discussões úteis.

1. A detecção de partículas térmica (TPD) <ol><li> Prepare o dispositivo de silício micro fabricado com uma película fina membrana de nitreto de silício e sensor de temperatura integrado por micromachining, usando a tecnologia de processamento de semicondutores padrão 2. Lavar o dispositivo fabricado com deionizada (DI) de água. Nota: O processo de fabrico para o detector de partículas térmica dispositivo de microfluidos é explicado na publicação prévia 2. </li><li> Para produzir PDMS (polidimetilsiloxano) substratos com micro-canais, criar um molde SU8 utilizando litografia padrão processa 5. Nota: O tamanho do canal é projetado para a dimensão de cada partícula específico. <ol><li> Adicione PDMS por mistura de uma proporção de 10: 1 da base (30 ml) e agente (3 ml) a cura. Verter o PDMS em que o molde e remover as bolhas por exposição breve a um vácuo (5-10 min). Observação: O nível de vácuo não é um valor crítico para a desgaseificação e que deve continuar até que o gás bubbles são totalmente removido do PDMS mistos. </li><li> Coloque o molde sobre uma placa quente (~ 70 ° C) durante 2 horas para curar o PDMS. Em seguida, retire as PDMS com muito cuidado para não danificar o molde. Observação: O nível de vácuo não é um valor crítico. </li></ol></li><li> Usando um manual punch, perfurar um buraco apertado (1 mm) para o tubo de PTFE em uma extremidade. Utilizar um grande punção (2 mm) na outra extremidade para fazer o PDMS um reservatório. Inserir o micro-canal perfurado na parte superior do dispositivo sob o microscópio e alinhar o RTD no centro do micro-canal (Figura 1A). </li><li> Na interface elétrica, conecte os pinos elétricos nas posições de placa de contato e apertar os parafusos de fixação. Certifique-se os pinos com altura ajustável (Pogo pinos) sentar-se nas almofadas de eletrodo corretas no dispositivo. </li><li> Dilui-se 10 ul das esferas PS concentradas em 100 ul de água desionizada num tubo de 1,5 ml. </li><li> Para garantir o PS grânulos permanecem flutuabilidade neutra, adicionar 2,7 mL de glicerol (1,26g / cm 3) a água desionizada para coincidir com a densidade do fluido para o poliestireno (PS) a densidade do grânulo (1,05 g / cm 3). </li><li> Ligar o tubo de PTFE para o canal em uma extremidade e a outra extremidade a uma seringa de vidro de 1 ml. Encha a seringa de vidro com 0,5 ml de água DI. Nota: ajustada feita selecionando o tamanho soco direito vai evitar vazamentos em tubos. </li><li> Coloque a água Dl preenchido na seringa da bomba de seringa controlada por computador. Empurrar a água (5-20 ul / min) para dentro do canal para preencher todo o canal com o fluido por todo o caminho para o reservatório. </li><li> Carregar 10 ml de solução equilibrada grânulo para o reservatório e introduzir a solução do grânulo para o micro-canal, alterando a direcção do fluxo na bomba de seringa. </li><li> Ligue o RTD por polarização de 1 mA de corrente DC através da controlada computador de origem / metro ao medir a resistência por fonte / metro e classificando os dados medidos (Figura 2). Nota: Durante o experimento, o sensor é tendenciosa; por conseguinte, a temperatura é medida continuamente até ao final da experiência de contagem. O sensor RTD é electricamente polarizado através da aplicação de uma corrente DC na gama de 100 uA a 1 mA para medir continuamente a temperatura até ao fim da experiência de contagem. É crítico para selecionar o nível atual uma vez que existe um trade-off entre o nível de ruído e a amplitude do sinal detectado. A bomba de seringa é utilizada para gerar o fluxo em micro-canal. Seleccionar um caudal apropriado para a realização da experiência TPD é limitada à velocidade da medição. Esta velocidade é uma função da constante de velocidade e o dispositivo eléctrico de medida de tempo térmica. Os resultados da experiência de detecção térmica de partículas são mostrados na Figura 3. </li><li> Utilize o software de processamento de dados desenvolvido (LabVIEW) para converter os dados de resistência medidos a temperatura utilizando a equação de Callendar-Van Dusen 6. </li></ol> 2. térmicaCaracterização de substâncias líquidas Usando um Micro-calorímetro <ol><li> Neste processo, utilizar o dispositivo no chip calorímetro (Figura 4A) 3 para medir a difusividade térmica e calor específico das amostras. Nota: Em cada morrer, há duas câmaras micro-calorímetro (Figura 4B). Cada câmara tem duas entradas e uma saída. E cada uma das câmaras tem um aquecedor e um sensor integrado de IDT. </li><li> Colocar o dispositivo de micro-calorímetro localizado no suporte do dispositivo (Figura 4C). Alinhe o dispositivo para as entradas e saídas de microfluídicos com os acessórios titular. Coloque a camada de selagem de PDMS na parte superior do dispositivo. </li><li> Instale pinos de conexão elétrica no suporte do dispositivo e bloquear os parafusos do suporte. Nota: Certifique-se os Pogo pinos ajustáveis ​​em altura estão alinhados com as almofadas de contato elétrico. </li><li> Instale a camada de interface microfluídico com travas magnéticas para o suporte de dispositivo (Figura 4D). Conecte o PTFE tubos para ambas as entradas e da saída. Conectar uma entrada da bomba de seringa carregadas com amostra e fechar a outra, como a entalpia não é medida, neste caso. </li><li> Utilizar um programa controlado por computador desenvolvido para carregar a amostra para o micro-canais e câmaras. Nota: O programa usará fluxo descontinuada para liberar a pressão excessiva no compartimento suspensos de película fina. <ol><li> Coloque a amostra de 300 ul para a seringa de vidro e coloque-o sobre a bomba de seringa. Use (0,25 mL / min) taxas de fluxo constantes muito lentas para amostras de alta viscosidade (por exemplo, glicerol e líquidos iônicos). Use uma amostra de glicerol para medidas de difusividade térmica e líquidos iônicos para medidas de calor específico. </li></ol></li><li> Medições <ol><li> Medidas de difusividade térmica <ol><li> Ligue a configuração medições, como mostrado na Figura 5A. Carregar a amostra de glicerol para a câmara de micro-calorímetro. Execute o programa de computador controlado modificado para hea<html> t penetração medição do tempo. </li><li> Use a equação penetração de calor calibrado para calcular difusividade térmica a partir do momento penetração de calor medido 7: <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> onde α é difusividade térmica, L é a espessura da câmara, p é o factor de calibração da espessura devido à variação do processo de fabricação, e t 0 é o tempo de penetração de calor. </li></ol></li><li> Medidas de calor específico <ol><li> Utilizar a configuração de medição TWA como mostrado na Figura 5B. Utilizar o mesmo programa de carregamento de amostra e carregar o líquido iónico na câmara. Executar o programa TWA para obter a amplitude das flutuações de temperatura AC (∂ T AC) e utilizar a equação de calor específico para calcular o específico, c p, de calor para cada amostra de líquido iónico 8: &quot;Width =&quot; 117 28eq2.jpg &quot;/&gt; onde C é 0 factor de calibração de potência de entrada, P representa na potência de entrada, ω é a frequência do sinal de actuação, e m é a massa da amostra líquida. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Calorimétrico Detecção Biochemical em dispositivos microfluídicos baseados em papel <ol><li> Use microfabricated película fina (40-50 nm níquel) sensor RTD. Etapas de fabricação para o sensor RTD são explicados em trabalhos anteriores 4. </li><li> Para o canal de fabricação baseado em papel 4, use um plotter faca para cortar o papel canais microfluídicos com um padrão projetado (L-forma). Coloque o papel em cima da esteira de corte, coloque o papel eo tapete de corte para o plotter faca, e usar a receita adequada para cortar os canais microfluídicos de papel 4. </li><li> Por dispositivo e canais de integração, utilizar uma camada adesiva acrílica (5 uM) para integrar o papel sobre o sensor RTD. Use a b limpolade para empurrar o papel para o dispositivo e remover as bolhas de ar (Figura 6A). O filme acrílico é uma camada adesiva para segurar o papel sobre sensor RTD. </li><li> Para a activação da enzima, utilizam tampão acetato de sódio 50 mM para activar a enzima GOD. Adicionar 1 mg de enzima GOD para 1 ml de tampão de acetato de sódio para tornar a solução 1 mg / ml. Ajustar o pH da solução para 5,1. Nota: Ajustar a quantidade de ácido acético em tampão de acetato de sódio para manter o pH da solução 5,1. </li><li> Viés do IDT com 1 mA de corrente DC para ativar o IDT e começar a medir a fonte de resistência / metro continuamente enquanto a resistência se estabelece após o experimento (~ 4 min). Nota: A Figura 6B mostra a configuração de medição para o teste calorimétrico à base de papel. </li><li> Introduzir os 2 ul da solução de GOD preparado para o centro do micro-canal de papel (local imobilização) através de uma pipeta. A temperatura detectada (Figura 7A) deve começar tO diminuir. Nota: O efeito de arrefecimento é devido à temperatura mais elevada a operação de RTD e evaporação da amostra em conjunto. </li><li> Para medir a concentração de glucose, introduzir a solução de controlo de glucose padrão 9 para a entrada do canal e medir a alteração da resistência causada pela reacção. Repita essa experiência com todas as soluções de controle de glicose diferentes (alto, normal e baixas concentrações) e salvar os dados de resistência. </li><li> Utilizando o coeficiente de temperatura de resistência (TCR) por RTD níquel e equação de Callendar-Van Dusen, converter a alteração da resistência à temperatura. Calcula-se a concentração da glicose em cada amostra, considerando a entalpia de reacção da glucose e a enzima GOD (Δ H = -80 kJ / mol) e utilizando a equação de concentração 10: <img alt="Equação 3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> onde n p é detectada uma concentração molar, C <sub&gt; P é a capacidade de calor do sistema e AT é calculada temperatura. </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>

Não há conflitos de interesse declarados.

Diferentes técnicas de medição térmica em dispositivos microfluídicos e seus respectivos procedimentos de setup são apresentados neste trabalho. Esses métodos de medição térmica, como monitoramento de condutividade térmica, tempo de penetração térmica, amplitude das flutuações térmicas CA e medição de amplitude do calor gerado, são usados para detectar substâncias específicas e investigar diferentes reações e interações. 
A constante de tempo térmica desempenha um papel fundamental nas técnica...

Três técnicas de medição térmica de micro-escala diferentes são apresentados neste artigo. As três configurações diferentes de dispositivos microfluidicos são utilizados para a detecção térmica de partículas (TPD), caracterização térmica (condutividade térmica e calor específico), e calorimetria de detecção de reacções químicas e interacções. Detecção de partículas térmica Detecção e contagem de partículas em dispositivos microfluídicos é amplamente utilizado para aplicações ambientais, industriais e biológicos 1. TPD é uma das novas aplicações de medições térmicas em dispositivos microfluídicos 2. Usando a transferência de calor para a detecção e contagem de partículas com base no tamanho de partícula reduz a complexidade, custo e tamanho do sistema. Em outros métodos, óptica complexos ou medições elétricas complexas e software avançado de processamento de sinal são utilizados para a detecção de partículas. Chara térmicacterization de substâncias líquidas Usando Micro-Calorimeter Líquido caracterização térmica da amostra é a segunda aplicação de medição térmica em dispositivos microfluídicos. Executando calorimetria micro-escala vai reduzir o consumo de amostra e aumentar a precisão, oferecendo maior repetibilidade, em comparação com métodos de calorimetria granel convencionais. Os procedimentos de medição de condutividade térmica e calor específico usando o dispositivo micro-calorímetro on-chip são apresentados em outros lugares 3. Os detalhes da técnica o tempo de penetração de calor para a medição da condutividade térmica e a análise de onda térmica (TWA) para medições específicas de calor em dispositivos de microfluidos são descritos na secção de protocolo. Dispositivo micro-Base de Papel Calorimétrico Bio-Chemical Detection em Outra aplicação de medição térmica é a detecção bioquímica em microfluidos baseados em papel. A acção capilar noestrutura porosa de papel transporta o líquido e evita problemas de iniciação bolha em micro-canais. Os mecanismos de detecção mais comuns em dispositivos microfluídicos baseados em papel são técnicas ópticas ou eletroquímicos. Detecção óptica sofre de alta complexidade ea necessidade de software avançado de processamento de imagem para quantificar o sinal detectado. Detecções electroquímica também é limitado dado que eles só podem ser aplicadas a reacções que produzem subprodutos activas. O sensor bioquímica plataforma calorimétrico à base de papel recentemente introduzida 4 leva vantagem de o sistema de microfluidos à base de papel e o mecanismo de detecção térmica livre de marcador. Os procedimentos de detecção de glucose através de calorimetria de enzima glucose oxidase (GOD) em uma plataforma de microfluidos à base de papel são apresentados na secção de protocolo. O objetivo deste artigo é demonstrar as capacidades de técnicas termais de medição em dispositivos microfluídicos. O dispositivo preparation, amostra de líquido detector manuseio e resistência à temperatura (RTD) de excitação do sensor e medição são apresentados nas próximas seções.

<table><tbody><tr><td>Polidimetilsiloxano (PDMS)&nbsp;</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>PS contas - 90 &#956; m</td><td>Contas corpusculares</td><td>100265</td><td></td></tr><tr><td>PS - 200 &#956; m</td><td>Glicerol de</td><td>100271</td><td></td>Corpuscular</tr><tr><td></td><td>SigmaAldrich</td><td>G5516</td><td></td></tr><tr><td>GOD enzima</td><td>SigmaAldrich</td><td>G7141</td><td></td></tr><tr><td>Solução de Controle de Glicose - Contorno de Bayer Baixo</td><td></td><td>Controle</td><td></td></tr> de <tr><td>Glicose Solução de Controle de Glicose - Contorno Bayer Normal</td><td></td><td>Solução</td> de Controle de Glicose de Controle <td></td></tr> de <tr><td>Glicose - Contorno Bayer Alto</td><td></td>Papel de filtro de cromatografia <td>de alto controle</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Whatman</td><td>3001-845</td><td></td></tr><tr><td>Glass</td><td>VWR&nbsp;</td><td>48393-106</td><td></td></tr><tr><td>Filme Acrílico</td><td>Nitto Denko</td><td>5600</td><td></td></tr><tr><td>Seringa de vidro (1 ml)</td><td>Hamilton</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de seringa</td><td>New Era</td><td>NE-500</td><td></td></tr><tr><td>plotter faca Silhueta</td><td></td><td>retrato</td><td></td></tr><tr><td>Pré-amplificador Pré-amplificador</td><td>Stanford Research</td><td>SR-570</td><td></td></tr><tr><td>Agilent</td><td></td><td>DSO 2420A</td><td></td></tr><tr><td>Gerador de Sinal</td><td>HP</td><td>HP3324A</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in Amplifire</td><td>Stanford Research</td><td>SRS-830</td><td></td></tr><tr><td>Fonte/medidor 2400</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Fonte/medidor 2600</td><td>Keithley</td><td>2436A</td><td></td></tr></tbody></table>

técnicas de medição térmicos em analíticos microfluídicos

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

As técnicas de medição térmica têm sido usadas para muitas aplicações, como caracterização térmica de materiais e detecção de reações químicas. As técnicas de microusinagem permitem a redução da massa térmica das estruturas fabricadas e introduzem a possibilidade de realizar medições térmicas de alta sensibilidade nos dispositivos em microescala e nanoescala. A combinação de técnicas de medição térmica com dispositivos microfluídicos permite realizar diferentes medições analíticas com baixo consumo de amostra e tempo de medição reduzido, integrando o sistema miniaturizado em um único chip. Os procedimentos de técnicas de medição térmica para detecção de partículas, caracterização de materiais e detecção química são apresentados neste artigo.

A Figura 3 mostra o gráfico do sinal térmico medido. Os sinais gerados na presença dos grânulos com imagens ópticas correspondentes mostram a detecção com sucesso das microesferas PS no micro-canal. A condutividade térmica do líquido que passa através do microcanal está a mudar devido à presença de grânulos de PS. Esta alteração na condutividade térmica do canal está a afectar a transferência de calor no micro-canal. A alteração na transferência de calor no micro-canal é detectado por RTD na forma de fl...

Aqui, apresentamos três protocolos para medições térmicas em dispositivos microfluídicos.

Técnicas de Medição térmicos em analíticos microfluídicos

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

O objetivo geral do experimento a seguir é realizar medições térmicas para detecção sensível em dispositivos microfluídicos. Três dispositivos microfluídicos fabricados diferentes serão utilizados para demonstrar diferentes técnicas de medição térmica em dispositivos microfluídicos analíticos. Como segundo passo, 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 demonstram as capacidades expandidas de detecção da medição térmica em dispositivos microfluídicos. A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como detecções colimétricas e eletroquímicas, é que ela reduz a complexidade da medição enquanto amplia a faixa de detecção.Inicie microfabricando uma membrana de nitreto de silício em filme fino com um sensor de temperatura integrado, utilizando a técnica descrita por Vota et al. Enxágue o dispositivo concluído com água desionizada e seque-o usando gás nitrogênio. Em seguida, fabrique um molde de SU-8 com microcanais utilizando uma técnica previamente publicada, ajustando o comprimento e a largura dos microcanais para adequá-los à faixa de tamanhos de partículas a serem detectados.Prepare o PDMS misturando 30 mililitros da base com três mililitros do agente de cura. Após a mistura, remova todas as bolhas expondo-o ao vácuo por cinco a dez minutos. Em seguida, despeje o PDMS sobre o molde.Em seguida, coloque o molde sobre uma placa aquecedora a 70 graus Celsius por duas horas. Após a cura, retire cuidadosamente o PDMS para não danificar os microcanais. Usando um furador manual, faça um orifício de um milímetro em uma extremidade do microcanal para o tubo de PTFE.Use um punção de dois milímetros na outra extremidade para fazer um reservatório. Em seguida, posicione o microcanal perfurado sobre o dispositivo e alinhe o detector de temperatura baseado em resistência no centro do microcanal com a ajuda de um microscópio na interface elétrica. Conecte os pinos elétricos nas posições dos pontos de contato e aperte os parafusos de fixação.Certifique-se de que os pinos ajustáveis em altura estejam posicionados corretamente sobre os pads de eletrodo no dispositivo. Em seguida, prepare as microesferas de poliestireno diluindo-as na proporção de 1 para 10 em 100 microlitros de água DI em um tubo de 1,5 mililitro. Para garantir que as microesferas de PS permaneçam neutras em termos de flutuabilidade, adicione 2,7 microlitros de glicerol à mistura e homogeneíze pipetando para cima e para baixo.Encha uma seringa de vidro de um mililitro com 0,5 mililitros de água desionizada. Conecte a seringa de vidro a uma extremidade do tubo de PTFE e fixe a outra extremidade do tubo ao canal microfluídico. Coloque a seringa cheia de água desionizada em uma bomba de seringa controlada por computador e ajuste a taxa de fluxo entre cinco e 20 microlitros por minuto.Preencha todo o canal com fluido até o reservatório. Em seguida, carregue 10 microlitros da solução equilibrada de microesferas no reservatório e introduza a solução de microesferas no microcanal alterando a direção do fluxo na bomba de seringa. Por fim, ligue o detector de temperatura baseado em resistência aplicando uma corrente contínua de um miliampère através do medidor controlado por computador, ao mesmo tempo em que mede a resistência e classifica os dados medidos.Para começar, fabrique o dispositivo do calorímetro em chip e a camada microfluídica conforme descrito em outro lugar. Monte o dispositivo colocando o calorímetro microfluídico no suporte do dispositivo e alinhando-o às entradas e saídas microfluídicas, juntamente com os encaixes do suporte da camada seladora de PDMS. Em seguida, instale os pinos de conexão elétrica no suporte do dispositivo e fixe os parafusos do suporte.Em seguida, conecte os tubos de PTFE a ambas as entradas e à saída. Conecte uma entrada a uma bomba de seringa carregada com a amostra e feche a outra, já que a entalpia não é medida neste caso. Em seguida, carregue uma amostra de 300 microlitros na seringa de vidro e coloque-a na bomba de seringa.Utilize velocidades de fluxo constantes muito lentas para amostras de alta viscosidade, como glicerol e líquidos iônicos. Para medições de difusividade térmica. Conecte a montagem do experimento conforme mostrado aqui.Carregue a amostra de glicerol na câmara do microcalorímetro e execute um programa modificado controlado por computador. Para a medição do tempo de penetração de calor. Utilize a equação calibrada de penetração de calor mostrada aqui para calcular a difusividade térmica a partir do tempo de penetração de calor medido.Para medições de calor específico, utilize a configuração de medição por análise de onda térmica conforme mostrado aqui. Desta vez, carregue o líquido iônico na câmara e use o mesmo programa de carregamento de amostra. Execute o programa de análise de onda térmica para obter a amplitude das flutuações de temperatura em corrente alternada e calcule o calor específico para cada amostra de líquido iônico.Esse processo é descrito com mais detalhes em outra publicação. Para a detecção calorimétrica, microfabricar um detector de temperatura por resistência de filme de níquel com espessura de 40 a 50 nanômetros, conforme descrito anteriormente. Em seguida, utilizar um plotter de corte para cortar papel em formato de L.Canais microfluídicos com três milímetros de largura e dez milímetros de comprimento na perna maior e três milímetros de comprimento na perna menor. Use pinças limpas para adicionar uma camada de adesivo acrílico dupla-face de cinco mícrons de espessura ao sensor e posicione o canal de papel sobre ele. Utilize uma lâmina limpa para pressionar o papel contra o dispositivo e remova quaisquer bolhas de ar.Adicione um miligrama da enzima glicose oxidase a um mililitro de tampão de acetato de sódio. Para preparar uma solução de um miligrama por mililitro, ajuste o pH da solução a 5,1 com tampão de acetato de sódio, se necessário. Em seguida, polarize o detector de temperatura por resistência com uma corrente contínua de um miliampere.Para ativar o detector e iniciar a medição contínua da resistência, adicione duas microlitros da solução preparada de glicose oxidase ao centro de um local de mobilização do microcanal de papel. A temperatura detectada começará a diminuir; para medir a concentração de glicose, introduza padrões de glicose na entrada do canal e meça a alteração da resistência causada pela reação. Repita este experimento com todas as diferentes soluções de controle de glicose e salve os dados de resistência.Finalmente, converta a alteração na resistência em concentração de glicose utilizando as equações listadas no protocolo textual complementar e em outras fontes. A esfera de poliestireno mostrada aqui está passando sobre o detector de temperatura por resistência com uma vazão de cinco microlitros por minuto. À medida que passa pelo sensor, a resistência apresenta um pequeno pico e o tamanho da partícula pode ser detectado com base nesta alteração.A saída típica de um sensor calorimétrico baseado em papel é mostrada aqui. Assim que a glicose oxidase é adicionada, a temperatura começa a diminuir rapidamente até que a enzima entre em contato com a solução de glicose. Nesse momento, ocorre uma reação e a temperatura apresenta um pico, para então começar a diminuir novamente.Essa alteração de temperatura pode ser convertida em concentração de glicose para medir com precisão os níveis de glicose em amostras. Ao realizar 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, bem como os parâmetros do sensor, são descritos detalhadamente em artigos de referência.

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Engenharia

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Nós demonstramos a utilização de um sensor de fibra óptica distribuída para mapeamento do campo de temperatura da mistura de jactos de ar. O sensor baseado em espalhamento Rayleigh gera milhares de pontos de dados ao longo de uma única fibra para fornecer resolução espacial excepcionais que é inatingível com sensores tradicionais, tais como termopares.

Fibra Óptica sensores distribuídos para High-resolution Mapeamento Temperatura campo

Descrevemos o processo de fabricação e testes dos termómetros fotônicos.

Fabricação e teste dos termómetros fotônicos

É descrito um protocolo para a fabricação de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes para a imagem latente de luz visível e infravermelho.

Procedimento litográfico macio para a produção de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes à luz visível e infravermelho

Uma técnica que utiliza comprimentos de onda de 1150 e 1412 nm para medir a temperatura da água ao redor de uma esfera magnética pequena aquecida a indução é apresentada.

Técnica de medição de temperatura infravermelha para a água ao redor de uma esfera magnética pequena aquecida a indução

Este manuscrito descreve métodos vistos medir os coeficientes de transferência de calor convectiva instantânea local em um fluxo de tubulação única ou em duas fases. Também é apresentado um método óptico simples para determinar o comprimento e a velocidade de propagação de uma bolha de ar alongada (Taylor) se movendo a uma velocidade constante.

Medições de transferência de calor convectiva instantânea Local em uma tubulação - fluxo único e duas fases

O presente protocolo descreve a cristalização de cristais de gelo microscópicos e hidratos de clatratos em dispositivos microfluídicos, possibilitando a troca líquida ao redor dos cristais formados. Isso fornece possibilidades incomparáveis para examinar o processo de cristalização e os mecanismos de ligação dos inibidores.

Uma abordagem microfluídica para o estudo da cristalização de hidratos de gelo e clatrato

Este protocolo combina fotometria de massa com um novo sistema microfluídico para investigar interações proteína-proteína de baixa afinidade. Essa abordagem é baseada na rápida diluição de complexos altamente concentrados em solução, o que permite medições de baixa afinidade e amplia a aplicabilidade da fotometria de massa.

Análise da formação de complexos proteicos em concentrações micromolares por acoplamento de microfluídica com fotometria de massa

Aprenda técnicas de medição térmica em dispositivos microfluídicos analíticos usando detectores de temperatura baseados em resistência. Este método simplifica a detecção sensível enquanto estende as capacidades de análise.

Técnicas de Medição térmicos em analíticos microfluídicos

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