Тепловые методы измерения в аналитической микрофлюидных устройств

Общая цель данного эксперимента заключается в проведении тепловых измерений для чувствительного детектирования в микрофлюидных устройствах. Три различных изготовленных микрофлюидных устройства будут использоваться для демонстрации различных методов тепловых измерений в аналитических микрофлюидных устройствах. В качестве второго шага датчики температуры, основанные на сопротивлении, подключаются к устройствам, а установка подключается к компьютеру.

Затем образцы загружаются в устройства, и контроллер активирует термическое обнаружение. Результаты показывают расширенные возможности обнаружения тепловых измерений в микрофлюидных устройствах. Основное преимущество этого метода по сравнению с существующими методами, такими как холометрическое и электрохимическое обнаружение, заключается в том, что этот метод снижает сложность измерений при одновременном расширении диапазона обнаружения.

Начните с микроизготовления тонкопленочной мембраны из нитрида кремния со встроенным датчиком температуры с использованием метода, описанного vota et al. Промойте готовое устройство деионизированной водой и высушите устройство с помощью газообразного азота. Затем изготовьте форму SU eight с микроканалами, используя ранее опубликованную технологию, настройте длину и ширину микроканалов в соответствии с диапазоном размеров частиц, которые должны быть обнаружены.

Сделайте PDMS, смешав 30 миллилитров основы с тремя миллилитрами отвердителя. После смешивания удалите все пузырьки, поместив его в вакуум на пять-10 минут. Затем вылейте PDMS на форму.

Затем поставьте форму на горячую плиту при температуре 70 градусов Цельсия на два часа. После отверждения очень осторожно снимите PDMS, чтобы не повредить микроканалы. С помощью ручного перфоратора пробивите отверстие диаметром в один миллиметр на одном конце микроканала для трубки из ПТФЭ.

Используйте двухмиллиметровый пробойник на другом конце, чтобы сделать резервуар. Затем поместите перфорированный микроканал в верхнюю часть устройства и выровняйте датчик температуры на основе сопротивления в центре микроканала с помощью микроскопа в электрическом интерфейсе. Подсоедините электрические контакты в местах контактной площадки и затяните стопорные винты.

Убедитесь, что регулируемые по высоте штифты расположены на правильных электродных прокладках на устройстве. Далее приготовьте гранулы из полистирола, разбавив их один к 10 на 100 микролитров деионизированной воды в 1,5-миллилитровой пробирке. Чтобы гарантировать, что шарики из полистирола сохраняют нейтральную плавучесть при концентрации 2,7 микролитра глицерина в смеси, перемешайте с помощью пипетирования вверх и вниз.

Наполните стеклянный шприц объемом один миллилитр 0,5 миллилитрами деионизированной воды. Подсоедините стеклянный шприц к одному концу трубки из ПТФЭ и присоедините другой конец трубки к микрофлюидному каналу. Поместите наполненный водой шприц DI на шприцевой насос с компьютерным управлением и установите скорость потока от пяти до 20 микролитров в минуту.

Заполните жидкостью весь канал до самого водоема. Далее загрузите в резервуар 10 микролитров сбалансированного раствора в шариках, и введите раствор в микроканал, изменив направление потока на шприцевом насосе. Наконец, включите датчик температуры, основанный на сопротивлении, направив один миллиампер постоянного тока через управляемый компьютером измеритель во время измерения сопротивления и сортировки измеренных данных.

Для начала изготовьте внутричиповое калориметрическое устройство и микрофлюидный слой, как описано в другом месте. Соберите устройство, поместив микрокалориметрическое устройство в держатель устройства и совместив его с входными и выходными отверстиями микрофлюидных элементов вместе с фитингами держателя уплотнительного слоя PDMS. Далее установите контакты электрического подключения на держатель устройства и зафиксируйте винты держателя на месте.

Затем подсоедините трубки из ПТФЭ к входу и выходу. Подсоедините одно входное отверстие к шприцевому насосу, загруженному пробой, и закройте другое, так как энтальпия в этом случае не измеряется. Затем загрузите образец объемом 300 микролитров в стеклянный шприц и поместите его на шприцевой насос.

Используйте очень медленный постоянный расход для образцов с высокой вязкостью, таких как глицерин и ионные жидкости. Для измерения теплопроводности. Подключите измерительную установку, как показано ниже.

Загрузите образец глицерина в камеру микрокалориметра и запустите модифицированную программу, управляемую компьютером. Для измерения времени проникновения тепла. Используйте показанное здесь калиброванное уравнение проникновения тепла для расчета теплопроводности по измеренному времени проникновения тепла.

Для измерения удельной теплоемкости используйте настройку для анализа тепловых волн, как показано ниже. На этот раз загрузите ионную жидкость в камеру и используйте ту же программу загрузки образца. Запустите программу анализа тепловых волн, чтобы получить амплитуду колебаний температуры переменного тока и рассчитать удельную теплоемкость для каждого образца ионной жидкости.

Более подробно этот процесс описан в другом месте. Для определения калориметрических характеристик компания Micro изготовила детектор температуры с никелевым сопротивлением толщиной от 40 до 50 нанометров, как описано ранее. Далее с помощью ножевого плоттера нарежьте L-образную бумагу.

Микрофлюидные каналы шириной три миллиметра и длиной 10 миллиметров на большой ножке и длиной три миллиметра на короткой ножке. С помощью чистого пинцета нанесите на датчик слой двустороннего акрилового клея толщиной пять микрон и поместите сверху бумажный канал. С помощью чистого лезвия протолкните бумагу к устройству и удалите пузырьки воздуха.

Добавьте один миллиграмм фермента глюкозооксидазы к одному миллилитру буфера ацетата натрия. Чтобы получить один миллиграмм на миллилитр раствора, при необходимости отрегулируйте pH раствора до 5,1 с помощью буфера из ацетата натрия. Затем сместите резистивный температурный детектор на один миллиампер постоянного тока.

Чтобы активировать детектор и начать непрерывное измерение сопротивления, введите два микролитра приготовленного раствора глюкозооксидазы в центр места мобилизации бумажного микроканала. Обнаруженная температура начнет снижаться для измерения концентрации глюкозы, введения стандартов глюкозы на вход в канал и измерения изменения сопротивления, вызванного реакцией. Повторите этот эксперимент со всеми различными растворами для контроля уровня глюкозы и сохраните данные о резистентности.

Наконец, преобразуйте изменение сопротивления в концентрацию глюкозы, используя уравнения, перечисленные в сопроводительном текстовом протоколе и в других местах. Показанный здесь полистирольный шарик проходит через резистивный температурный детектор со скоростью потока пять микролитров в минуту. Когда он проходит через датчик, сопротивление немного возрастает, и на основе этого изменения можно определить размер частицы.

Здесь показан типичный вывод измерительного датчика на основе бумаги. Как только глюкозооксидаза добавляется, температура начинает быстро снижаться до тех пор, пока фермент не встретится с раствором глюкозы. Как только это происходит, происходит реакция, и температура резко возрастает, а затем снова начинает охлаждаться.

Это изменение температуры может быть преобразовано в концентрацию глюкозы для точного измерения уровня глюкозы в чашах для образцов При попытке выполнить эту процедуру важно помнить, что дизайн и структура устройства играют ключевую роль в тепловых измерениях. Тепловые параметры, термическая масса и клеммное сопротивление, а также параметры датчика хорошо описаны в справочных статьях.