Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.
Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.
Tre olika mikroskala termiska mätmetoder presenteras i den här artikeln. De tre olika konfigurationer av mikrofluidikanordningar används för partikeldetektering termisk (TPD), termisk karakterisering (värmeledningsförmåga och specifikt värme), och kalorimetriska upptäcka kemiska reaktioner och interaktioner.
Termisk Partikel Detektion
Upptäcka och räkna partiklar i mikrofluidikanordningar används allmänt för miljön, industriella och biologiska tillämpningar 1. TPD är en av de nya tillämpningar av termiska mätningar i mikrofluidikanordningar 2. Använda värmeöverföring för detektering och räkning av partiklar baserade på partikelstorleken reducerar komplexiteten, kostnaden och storleken på systemet. I andra metoder, komplexa optik eller komplexa elektriska mätningar och avancerad signalbehandling programvara används för att detektera partiklar.
Termisk Characterization av flytande ämnen med hjälp av mikro-Calorimeter
Vätskeprov termisk karakterisering är den andra appliceringen av termisk mätning i mikrofluidikanordningar. Utföra mikroskala kalorimetri kommer att minska provförbrukningen och öka precisionen genom att erbjuda högre repeterbarhet jämfört med konventionella, bulk kalorimetriska metoder. Procedurerna för värmeledningsförmåga och specifik värmemätning med hjälp av on-chip mikrokalori enhet presenteras på annat håll 3. Detaljerna i det värmepenetrationstiden teknik för termisk konduktivitetsmätning och den termiska vågen analys (TWA) för specifika värmemätningar i mikrofluidikanordningar beskrivs i protokollenheten.
Kalorimetrisk Bio-kemiska upptäckt i pappersbaserade mikroflödessystem enhet
En annan tillämpning av värmemätning är biokemisk detektion i pappersbaserade mikrofluidik. Den kapillärverkan iporös struktur av papper bär vätskan och undviker bubbla initiering problem i mikrokanaler. De vanligaste mekanismerna upptäckt i pappersbaserade mikrofluidikanordningar är optiska eller elektrokemiska metoder. Optiska detekterings lider hög komplexitet och behovet av avancerad bildbehandlingsprogram för att kvantisera den detekterade signalen. Elektrokemiska upptäckter är också begränsad eftersom de bara kan tillämpas på reaktioner som producerar aktiva biprodukter. Den nyligen introducerade kalorimetrisk pappersbaserade biokemiska sensorplattform 4 drar fördel av det pappersbaserade mikroflödessystem och värmemekanismen detekteringsetikett fritt. Förfarandena i kalorimetrisk detektion av glukos med användning av glukosoxidas (GOD) enzym i ett pappersbaserat mikroflödes plattform presenteras i protokollenheten.
Målet med detta dokument är att visa möjligheterna med värme mättekniker i mikrofluidikanordningar. Anordningen FÖRBEREDELSEn, är vätskeprov detektor hantering och temperaturbeständighet (RTD) sensor excitation och mätning som presenteras i nästa avsnitt.
Different thermal measurement techniques in microfluidic devices and their respective setup procedures are presented in this work. These thermal measurement methods such as thermal conductivity monitoring, thermal penetration time, amplitude of AC thermal fluctuations, and amplitude measurement of the generated heat are used to detect specific substances and investigate different reactions and interactions.
The thermal time constant plays a key role in the aforementioned thermal measurement t…
The authors have nothing to disclose.
Delvis ekonomiskt stöd för detta arbete lämnades av US National Science Foundation genom Industri / universitet kooperativa Research Center på Vattenutrustning & policy som finns vid University of Wisconsin-Milwaukee (IIP-0.968.887) och Marquette University (IIP-0.968.844). Vi tackar Glenn M. Walker, Woo-Jin Chang och Shankar Radhakrishnan för bra diskussioner.
Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
PS beads – 90 um | Corpuscular | 100265 | |
PS beads – 200 um | Corpuscular | 100271 | |
Glycerol | SigmaAldrich | G5516 | |
GOD enzyme | SigmaAldrich | G7141 | |
Glucose Control Solution-Low | Bayer contour | Low Control | |
Glucose Control Solution-Normal | Bayer contour | Normal Control | |
Glucose Control Solution-High | Bayer contour | High Control | |
Chromatography filter paper | Whatman | 3001-845 | |
Glass | VWR | 48393-106 | |
Acrylic Film | Nitto Denko | 5600 | |
Glass syringe (1 mL) | Hamilton | 1001 | |
Syringe pump | New Era | NE-500 | |
knife plotter | Silhouette | portrait | |
Current Preamplifier | Stanford Research | SR-570 | |
Ocilloscope | Agilent | DSO 2420A | |
Signal Generator | HP | HP3324A | |
Lock-in Amplifire | Stanford Research | SRS-830 | |
Source/meter 2400 | Keithley | 2400 | |
Source/meter 2600 | Keithley | 2436A |