وقدم الدعم المالي الجزئي لهذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأميركية من خلال مركز البحوث التعاونية الصناعة / جامعة على معدات المياه والسياسات التي تقع في جامعة ويسكونسن ميلووكي (IIP-0968887) وجامعة ماركيت (IIP-0968844). نشكر غلين م. ووكر، وو جين تشانغ وشانكار راداكريشنان لإجراء مناقشات مفيدة.

1. الحراري كشف الجسيمات (طن يوميا) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير الجهاز السيليكون ملفقة الصغير مع الأغشية الرقيقة نيتريد السيليكون الغشاء واستشعار درجة الحرارة متكامل من قبل متناهي الصغر، وذلك باستخدام أشباه الموصلات القياسية تكنولوجيا معالجة 2. شطف الجهاز ملفقة مع منزوع الأيونات (DI) المياه. ملاحظة: يتم شرح طريقة التصنيع للكشف عن الجسيمات الحرارية جهاز ميكروفلويديك في نشرها قبل 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لإنتاج polydimethylsiloxane (PDMS) ركائز مع القنوات الصغيرة، إنشاء قالب SU8 باستخدام الطباعة الحجرية القياسية بمعالجة 5. ملاحظة: تم تصميم حجم القناة عن البعد كل جسيم معين ل. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جعل PDMS عن طريق خلط 10: 1 نسبة من قاعدة (30 مل) وكيل علاج (3 مل). صب PDMS إلى العفن وإزالة الفقاعات من خلال تعريض لفترة وجيزة على فراغ (5-10 دقيقة). ملاحظة: مستوى الفراغ ليس القيمة الحرجة لdegasification ويجب أن تستمر حتى bubb الغازتتم إزالة ليه تماما من PDMS مختلطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع القالب على موقد (~ 70 درجة مئوية) لمدة 2 ساعة لعلاج PDMS. ثم انزع PDMS بعناية فائقة حتى لا تتلف القالب. ملاحظة: مستوى فراغ ليست قيمة حرجة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام لكمة اليدوي، لكمة ثقب ضيق (1 مم) لأنبوب PTFE في نهاية واحدة. استخدام لكمة كبيرة (2 ملم) في الطرف الآخر لجعل PDMS الخزان. وضع كمات القنوات الصغيرة على رأس الجهاز تحت المجهر ومحاذاة RTD في مركز للقناة الصغيرة (الشكل 1A). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في واجهة الكهربائية، وربط المسامير الكهربائية في مواقف وحة الاتصال وتشديد الخناق القفل. تأكد من دبابيس ارتفاع قابل للتعديل (دبابيس بوجو) الجلوس في منصات قطب كهربائي الصحيحة على الجهاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمييع 10 ميكرولتر من الخرز PS المركزة في 100 ميكرولتر من المياه DI في أنبوب 1.5 مل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لضمان PS لا تزال حبات مزدهرة بشكل محايد، إضافة 2.7 ميكرولتر من الجلسرين (1.26جم / سم 3) على مياه DI لتتناسب مع كثافة السوائل إلى البوليسترين (PS) كثافة حبة (1.05 جم / سم 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل أنبوب PTFE إلى القناة في نهاية واحدة والطرف الآخر إلى كوب 1 مل حقنة. ملء حقنة زجاجية مع 0.5 مل من الماء DI. ملاحظة: ضيقة مصنوعة عن طريق تحديد الحجم الصحيح لكمة سوف تجنب تسرب في أنابيب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع المياه DI شغل حقنة على ضخ حقنة الكمبيوتر التي تسيطر عليها. دفع الماء (5-20 ميكرولتر / دقيقة) في القناة لملء القناة بأكملها مع السائل على طول الطريق إلى الخزان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل 10 ميكرولتر من محلول حبة متوازن إلى الخزان وإدخال حل حبة لقناة الصغرى عن طريق تغيير اتجاه تدفق على ضخ حقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على RTD التي يتحامل 1 مللي أمبير من التيار المستمر من خلال الكمبيوتر التي تسيطر عليها المصدر / متر بينما قياس المقاومة المصدر / متر وفرز البيانات المقاسة (الشكل 2). ملاحظة: أثناء التجربة، واستشعار منحازة؛ وبالتالي، يتم قياس درجة الحرارة بشكل مستمر حتى نهاية التجربة العد. منحازة للاستشعار RTD كهربائيا من خلال تطبيق العاصمة الحالية في مجموعة من 100 أمبير إلى 1 مللي أمبير لقياس مستمر لدرجات الحرارة حتى نهاية التجربة العد. فمن الأهمية بمكان لتحديد المستوى الحالي الصحيح أنه ليس هناك مفاضلة بين مستوى الضوضاء والسعة إشارة الكشف عنها. يستخدم ضخ حقنة لتوليد التدفق في قناة الصغرى. اختيار معدل التدفق المناسب لإجراء التجربة TPD غير محدود لسرعة القياس. هذه السرعة هي وظيفة من ثابت الوقت الحراري للجهاز والكهربائية سرعة القياس. وأظهرت نتائج التجربة الحرارية كشف الجسيمات في الشكل (3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام ضعت برامج معالجة البيانات (ابفيف) لتحويل بيانات المقاومة قياس لدرجة الحرارة باستخدام المعادلة كالاندار-فان دوسين 6. </li></ol> 2. الحراريةتوصيف المواد السائلة باستخدام مايكرو-المسعر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في هذه العملية، استخدم جهاز المسعر على رقاقة (الشكل 4A) 3 لقياس انتشارية الحراري والحرارة النوعية من العينات. ملاحظة: على كل يموت، وهناك 2 غرف الصغرى المسعر (الشكل 4B). كل غرفة لديها 2 مداخل ومخرج واحد. وكل غرفة لديها سخان وجهاز استشعار RTD متكاملة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الجهاز الصغير المسعر على حامل الجهاز (الشكل 4C). محاذاة الجهاز إلى مداخل ومنافذ ميكروفلويديك مع التجهيزات حامل. وضع طبقة ختم PDMS على رأس الجهاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت المسامير الربط الكهربائي على حامل الجهاز وقفل مسامير حامل. ملاحظة: تأكد من محاذاة دبابيس بوجو-ارتفاع قابل للتعديل مع منصات الاتصال الكهربائية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت طبقة واجهة ميكروفلويديك مع المزالج المغناطيسي لصاحب الجهاز (الشكل 4D). ربط PTFE أنابيب إلى كل مداخل ومخرج. ربط مدخل واحد إلى تحميل عينة ضخ حقنة وإغلاق الآخر، كما لا يقاس المحتوى الحراري في هذه الحالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام برنامج الكمبيوتر التي تسيطر عليها وضعت لتحميل عينة في القناة الصغرى وغرف. ملاحظة: سوف يستخدم البرنامج تدفق قفها لاطلاق سراح الضغط المفرط على غرفة مع وقف التنفيذ الأغشية الرقيقة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل العينة 300 ميكرولتر في حقنة زجاجية ووضعه على ضخ حقنة. استخدام بطيئة جدا (0.25 ميكرولتر / دقيقة) معدلات التدفق المستمر للعينات عالية اللزوجة (على سبيل المثال، الجلسرين والسوائل الأيونية). استخدام عينة الجلسرين لقياس الانتشارية الحرارية والسوائل الأيونية لقياس الحرارة النوعية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> القياسات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياسات انتشارية الحرارية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط الإعداد القياسات كما هو مبين في الشكل 5A. تحميل عينة الجلسرين إلى غرفة صغيرة المسعر. قم بتشغيل برنامج الكمبيوتر التي تسيطر عليها تعديل لهيئة التعليم العالي<html> ر اختراق قياس الوقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المعادلة اختراق الحرارة معايرة لحساب انتشارية الحرارية من الحرارة المقاسة الوقت اختراق 7: <img alt="المعادلة 1" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq1.jpg" width="100" /> حيث α هو انتشارية الحراري، L هو سمك الغرفة، ص هو العامل سمك المعايرة نظرا لاختلاف عملية التصنيع، ور 0 آن الأوان اختراق الحرارة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياسات الحرارة النوعية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الإعداد قياس TWA كما هو مبين في الشكل 5B. استخدام نفس البرنامج عينة التحميل وتحميل السائل الأيونية في الغرفة. تشغيل البرنامج TWA للحصول على السعة من التقلبات في درجات الحرارة AC (∂ T AC) واستخدام معادلة الحرارة النوعية لحساب محددة، ج ص، الحرارة لكل عينة السائل الأيونية 8: 28eq2.jpg &quot;العرض =&quot; 117 &quot;/&gt; حيث C 0 يتم إدخال عامل المعايرة السلطة، P في غير مدخلات الطاقة، ω هو التردد للإشارة يشتغل، و m هو كتلة من عينة السائل. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. المسعرية كشف الكيمياء الحيوية في الورقية جهاز ميكروفلويديك <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام microfabricated رقيقة (40-50 نانومتر النيكل) استشعار RTD. وأوضح الخطوات تلفيق للاستشعار RTD في الأعمال السابقة 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لالورقية قناة تلفيق 4، استخدام راسمة سكين لقطع ورقة قنوات ميكروفلويديك مع نمط تصميم (L-الشكل). وضع ورقة على رأس حصيرة القطع، تحميل ورقة وحصيرة قطع الراسمة لسكين، واستخدام وصفة مناسبة لقطع قنوات رقة الموائع الدقيقة 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للجهاز وقناة التكامل، استخدم طبقة لاصقة الاكريليك (5 ميكرون) لدمج ورقة على استشعار RTD. استخدام ب نظيفةجمعية لدفع الصحيفة إلى الجهاز وإزالة فقاعات الهواء (الشكل 6A). الفيلم الاكريليك هو طبقة لاصقة لعقد ورقة على استشعار RTD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتنشيط انزيم، استخدم 50 ملي العازلة خلات الصوديوم لتنشيط انزيم الله. إضافة 1 ملغ من انزيم GOD إلى 1 مل من الصوديوم العازلة خلات لجعل 1 ملغ / مل حل. ضبط درجة الحموضة من الحل إلى 5.1. ملاحظة: ضبط كمية من حمض الخليك في المنطقة العازلة خلات الصوديوم للحفاظ على PH من حل 5.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انحياز RTD مع 1 أمبير من العاصمة الحالية لتفعيل الحق في التنمية والبدء في قياس مصدر المقاومة / متر متواصلة بينما المقاومة يستقر بعد التجربة (~ 4 دقائق). ملاحظة: يبين الشكل 6B الإعداد قياس لاختبار مقياس الكالوري الورقية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعرض ميكرولتر 2 من الحل أعده الله للمركز من ورقة الصغرى قناة (موقع الشلل) عن طريق ماصة. درجة الحرارة الكشف عن (الشكل 7A) يجب أن يبدأ رس الانخفاض. ملاحظة: هذا تأثير التبريد ويرجع ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة تشغيل RTD والتبخر من العينة معا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لقياس تركيز السكر، وإدخال السيطرة على مستويات الجلوكوز القياسية حل 9 إلى مدخل القناة وقياس التغير المقاومة الناجمة عن رد الفعل. تكرار هذه التجربة مع جميع الحلول السيطرة على مستويات الجلوكوز مختلفة (عالية، عادية وتركيزات منخفضة) وحفظ البيانات المقاومة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام معامل درجة الحرارة المقاومة (TCR) لRTD النيكل وكالاندار-فان دوسين المعادلة، وتحويل التغيير المقاومة لدرجة الحرارة. حساب تركيز الغلوكوز في كل عينة من خلال النظر في المحتوى الحراري رد فعل الجلوكوز والانزيم الله (Δ H = -80 كج / مول) وباستخدام معادلة تركيز 10: <img alt="المعادلة 3" src="/files/ftp_upload/52828/52828eq3.jpg" width="83" /> حيث تم الكشف عن ن ص التركيز المولي، C <sub&gt; p غير السعة الحرارية للنظام ويتم احتساب ΔT درجة الحرارة. </li></ol>

<ol>
	<li>Zhang, H., Chon, C., Pan, X., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+counting+particles+in+microfluidic+applications.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+device+for+thermal+particle+detection.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Novel+On-chip+Three-dimensional+Micromachined+Calorimeter+with+Fully+Enclosed+and+Suspended+Thin-film+Chamber+for+Thermal+Characterization+of+Liquid+Samples.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+paper-based+calorimetric+microfluidics+platform+for+bio-chemical+sensing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+research+of+high+aspect+ratio+microstructure+using+SU-8+resist.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Platinum-resistance+thermometry+at+low+temperatures.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Conduction Heat Transfer. , (1966).</li><li>Garden, J. L., Chteau, E., Chaussy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+ac+nanocalorimeter+for+microliter-scale+liquids+or+biological+samples.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+New+Blood+Glucose+Monitoring+System+with+Auto-Calibration.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thermal Biosensors Bioactivity Bioaffinity (Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology). , (1999).</li></ol>

أعلنت أي تضارب في المصالح.

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...

يتم عرض ثلاث تقنيات القياس الحرارية الصغيرة الحجم مختلفة في هذه المقالة. وتستخدم تكوينات مختلفة ثلاثة من الأجهزة ميكروفلويديك للكشف الحراري الجسيمات (طن يوميا)، وتوصيف الحراري (التوصيل الحراري والحرارة النوعية)، والكشف عن المسعر من التفاعلات الكيميائية والتفاعلات. الحراري كشف الجسيمات ويستخدم على نطاق واسع كشف والعد الجسيمات في أجهزة ميكروفلويديك في التطبيقات البيئية والصناعية والبيولوجية 1. TPD هي واحدة من تطبيقات جديدة من القياسات الحرارية في أجهزة ميكروفلويديك 2. عن طريق نقل الحرارة للكشف عن والعد الجسيمات على أساس حجم الجسيمات يقلل من التعقيد والتكلفة وحجم النظام. في أساليب أخرى، والبصريات المعقدة أو مقاييس الكهربائية المعقدة والمتقدمة برامج معالجة إشارة تستخدم للكشف عن الجسيمات. شارا الحراريcterization من المواد السائلة عن طريق مايكرو قياس السعرات الحرارية توصيف الحرارية عينة السائل هو التطبيق الثاني من القياس الحراري في أجهزة ميكروفلويديك. سوف يؤدون الصغيرة الحجم الكالوري تقليل استهلاك عينة وزيادة الدقة من خلال تقديم أعلى التكرار بالمقارنة مع التقليدية وأساليب الكالوري السائبة. وتعرض إجراءات التوصيل الحراري وقياس الحرارة معين باستخدام الجهاز الصغير المسعر على رقاقة في أي مكان آخر 3. ووصف تفاصيل تقنية الوقت اختراق الحرارة لقياس الموصلية الحرارية وتحليل الموجة الحرارية (TWA) لقياس الحرارة النوعية في أجهزة ميكروفلويديك في قسم البروتوكول. المسعرية الحيوية الكيميائية كشف في ورقة القائم على جهاز ميكروفلويديك تطبيق آخر لقياس الحراري هو الكشف عن والكيمياء الحيوية في microfluidics الورقية. عمل شعري فيبنية مسامية من الورق يحمل السائل والابتعاد عن مشاكل بدء فقاعة في القنوات الصغيرة. آليات الكشف الأكثر شيوعا في أجهزة الورقية ميكروفلويديك هي التقنيات البصرية أو كهروكيميائية. كشف بصري يعاني من التعقيد وضرورة متقدمة برامج معالجة الصور لتكمم إشارة الكشف عنها. تقتصر المكتشفة الكهروكيميائية أيضا لأنها لا يمكن تطبيقها على ردود الفعل التي تنتج مشتقات نشطة. أدخلت مؤخرا الورقية المسعرية استشعار الكيمياء الحيوية منصة 4 يستفيد من نظام ميكروفلويديك الورقية وآلية الكشف الحرارية خالية من التسمية. وتعرض إجراءات الكشف عن المسعر من الجلوكوز باستخدام أوكسيديز الجلوكوز (GOD) انزيم في منصة الورقية ميكروفلويديك في قسم البروتوكول. الهدف من هذه الورقة هو للتدليل على قدرات تقنيات القياس الحرارية في أجهزة ميكروفلويديك. ومحضرات الجهازن، يتم عرض عينة السائل كشف المناولة ومقاومة درجات الحرارة (RTD) الإثارة أجهزة الاستشعار والقياس في المقاطع التالية.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)&#160;</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PS beads - 90 um&#160;</td>
			<td>Corpuscular</td>
			<td>100265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PS beads - 200 um&#160;</td>
			<td>Corpuscular</td>
			<td>100271</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>G5516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GOD enzyme</td>
			<td>SigmaAldrich</td>
			<td>G7141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose Control Solution-Low</td>
			<td>Bayer contour</td>
			<td>Low Control</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose Control Solution-Normal</td>
			<td>Bayer contour</td>
			<td>Normal Control</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose Control Solution-High</td>
			<td>Bayer contour</td>
			<td>High Control</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromatography filter paper</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>3001-845</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass</td>
			<td>VWR&#160;</td>
			<td>48393-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic Film</td>
			<td>Nitto Denko</td>
			<td>5600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass syringe (1 mL)</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>New Era</td>
			<td>NE-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>knife plotter</td>
			<td>Silhouette</td>
			<td>portrait</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Current Preamplifier</td>
			<td>Stanford Research</td>
			<td>SR-570</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ocilloscope</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>DSO 2420A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal Generator</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>Source/meter 2400</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Source/meter 2600</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>2436A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

thermal measurement techniques in analytical 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.

ويبين الشكل 3 مؤامرة من إشارة الحرارية قياس. الإشارات ولدت في وجود حبات مع الصور الضوئية المقابلة تظهر الكشف الناجح من الخرز microsphere PS في القناة الصغيرة. الموصلية الحرارية من السائل يمر من خلال القناة الدقيقة يتغير بسبب وجود من الخرز PS. هذا التغيير في التوصيل ?...

Watch this Scientific Journal Video about Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices at JoVE.com

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك

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

thermal-measurement-techniques-in-analytical-microfluidic-devices

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Views.  Marquette University. Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices. 

Video: Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

توصيف النقل الحراري في المواد الصلبة ذات بعد واحد

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

الرابطة المذيبات لتصنيع PMMA وCOP أجهزة ميكروفلويديك

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. The developed technique can be performed in two ways: using the reconstructed multiplication moir&#233; method or the spatial phase-shifting sampling moir&#233; method. When the specimen grid pitch is around 2 pixels, 2-pixel sampling moir&#233; fringes are generated to reconstruct a multiplication moir&#233; pattern for a deformation measurement. Both the displacement and strain sensitivities are twice as high as in the traditional scanning moir&#233; method in the same wide field of view. When the specimen grid pitch is around or greater than 3 pixels, multi-pixel sampling moir&#233; fringes are generated, and a spatial phase-shifting technique is combined for a full-field deformation measurement. The strain measurement accuracy is significantly improved, and automatic batch measurement is easily achievable. Both methods can measure the two-dimensional (2D) strain distributions from a single-shot grid image without rotating the specimen or scanning lines, as in traditional moir&#233; techniques. As examples, the 2D displacement and strain distributions, including the shear strains of two carbon fiber-reinforced plastic specimens, were measured in three-point bending tests. The proposed technique is expected to play an important role in the non-destructive quantitative evaluations of mechanical properties, crack occurrences, and residual stresses of a variety of materials.

Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&amp;#233; Fringes

A sampling moir&#233; technique featuring 2-pixel and multi-pixel sampling methods for high-accuracy strain distribution measurements at the micro/nano-scale is presented here.

مايكرو / نانو مقياس مقياس توزيع سلالة من أخذ العينات مويري هامش

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

جيل من التحكم في حجم بولي (جليكول) "قطرات دياكريلاتي" عبر شبه-3-الأبعاد "تدفق تركز موائع جزيئية الأجهزة"

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine micro-organisms, and/or sediments in the ocean, or fluidized bed reactors and combustion processes in engineered systems. In order to study the effect of turbulence on the kinematics of particles in such flows, simultaneous measurements of both the flow and particle kinematics are required. Non-intrusive, optical flow measurement techniques for measuring turbulence, or for tracking particles, exist but measuring both simultaneously can be challenging due to interference between the techniques. The method presented herein provides a low cost and relatively simple method to make simultaneous measurements of the flow and particle kinematics. A cross section of the flow is measured using a particle image velocimetry (PIV) technique, which provides two components of velocity in the measurement plane. This technique utilizes a pulsed-laser for illumination of the seeded flow field that is imaged by a digital camera. The particle kinematics are simultaneously imaged using a light emitting diode (LED) line light that illuminates a planar cross section of the flow that overlaps with the PIV field-of-view (FOV). The line light is of low enough power that it does not affect the PIV measurements, but powerful enough to illuminate the larger particles of interest imaged using the high-speed camera. High-speed images that contain the laser pulses from the PIV technique are easily filtered by examining the summed intensity level of each high-speed image. By making the frame rate of the high-speed camera incommensurate with that of the PIV camera frame rate, the number of contaminated frames in the high-speed time series can be minimized. The technique is suitable for mean flows that are predominantly two-dimensional, contain particles that are at least 5 times the mean diameter of the PIV seeding tracers, and are low in concentration.

The technique described herein offers a low cost and relatively simple method to simultaneously measure particle kinematics and turbulence in flows with low particle concentrations. The turbulence is measured using particle image velocimetry (PIV), and particle kinematics are calculated from images obtained with a high-speed camera in an overlapping field-of-view.

قياس واحد من الاضطراب والجسيمات الكينماتيكا التدفق تقنيات التصوير باستخدام

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

تطوير الأسلوب للحصول علي تماس الرنانة تجويف الرنين عازله الدراسات الطيفية للورق السليوليك

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order surface acoustic wave (SAW) devices generate tremendous acceleration on their surface, up to 108 m/s2, in turn responsible for many of the observed effects that have come to define acoustofluidics: acoustic streaming and acoustic radiation forces. These effects have been used for particle, cell, and fluid manipulation at the microscale, although more recently SAW has been used to produce similar phenomena at the nanoscale through an entirely different set of mechanisms. Controllable nanoscale fluid manipulation offers a broad range of opportunities in ultrafast fluid pumping and biomacromolecule dynamics useful for physical and biological applications. Here, we demonstrate nanoscale-height channel fabrication via room-temperature lithium niobate (LN) bonding integrated with a SAW device. We describe the entire experimental process including nano-height channel fabrication via dry etching, plasma-activated bonding on lithium niobate, the appropriate optical setup for subsequent imaging, and SAW actuation. We show representative results for fluid capillary filling and fluid draining in a nanoscale channel induced by SAW. This procedure offers a practical protocol for nanoscale channel fabrication and integration with SAW devices useful to build upon for future nanofluidics applications.

We demonstrate fabrication of nanoheight channels with the integration of surface acoustic wave actuation devices upon lithium niobate for acoustic nanofluidics via liftoff photolithography, nano-depth reactive ion etching, and room-temperature plasma surface-activated multilayer bonding of single-crystal lithium niobate, a process similarly useful for bonding lithium niobate to oxides.

تصنيع قنوات Nanoheight دمج الموجات الصوتية السطحية الفعالة عبر الليثيوم نيوبات للنانوfluidics الصوتية

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. Currently, the surface temperature of objects processed in conveyor belt furnaces is typically measured via thermocouples. However, infrared (IR) thermography presents multiple advantages compared to thermocouple measurements, as it is a contactless, real-time, and spatially resolved method. Here, as a representative proof-of-concept example, an inline thermography system is successfully installed into an IR lamp powered solar firing furnace, which is used for the contact firing process of industrial Si solar cells. This protocol describes how to install an IR camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and perform the evaluation of spatial surface temperature distribution on a target object.

This protocol describes how to install an infrared camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and evaluate the spatial surface temperature distribution of an object of interest. The example objects are industrial silicon solar cells.

قياس درجة حرارة السطح في الموقع في فرن الحزام الناقل عبر ثيرموغرافية الأشعة تحت الحمراء المضمنة

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a result, these platforms have not been fully exploited for direct observation of high-pressure transport in fractures. This work introduces microfluidic platforms that enable direct observation of multiphase flow in devices featuring surrogate permeable media and fractured systems. Such platforms provide a pathway to address important and timely questions such as those related to CO2 capture, utilization and storage. This work provides a detailed description of the fabrication techniques and an experimental setup that may serve to analyze the behavior of supercritical CO2 (scCO2) foam, its structure and stability. Such studies provide important insights regarding enhanced oil recovery processes and the role of hydraulic fractures in resource recovery from unconventional reservoirs. This work presents a comparative study of microfluidic devices developed using two different techniques: photolithography/wet-etching/thermal-bonding versus Selective Laser-induced Etching. Both techniques result in devices that are chemically and physically resistant and tolerant of high pressure and temperature conditions that correspond to subsurface systems of interest. Both techniques provide pathways to high-precision etched microchannels and capable lab-on-chip devices. Photolithography/wet-etching, however, enables fabrication of complex channel networks with complex geometries, which would be a challenging task for laser etching techniques. This work summarizes a step-by-step photolithography, wet-etching and glass thermal-bonding protocol and, presents representative observations of foam transport with relevance to oil recovery from unconventional tight and shale formations. Finally, this work describes the use of a high-resolution monochromatic sensor to observe scCO2 foam behavior where the entirety of the permeable medium is observed simultaneously while preserving the resolution needed to resolve features as small as 10 &#181;m.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

This paper describes a protocol along with a comparative study of two microfluidic fabrication techniques, namely photolithography/wet-etching/thermal-bonding and Selective Laser-induced Etching (SLE), that are suitable for high-pressure conditions. These techniques constitute enabling platforms for direct observation of fluid flow in surrogate permeable media and fractured systems under reservoir conditions.

تقنيات التصنيع microfluidic لاختبار الضغط العالي من نقل رغوة CO2 فوق الحرجة الدقيقة في الخزانات غير التقليدية المكسورة

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...