Isothermal titration calorimetry in nanoliter droplets with subsecond time constants.
Isothermal titration calorimetry in nanoliter droplets with subsecond time constants.
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DOI：
10.1021/ac202026a
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发表时间：
2011-10-15
影响因子：
7.4
通讯作者：
Baudenbacher, Franz
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lubbers, Brad;Baudenbacher, Franz
我们将微制悬浮膜滴定量热计的反应体积减小到纳升液滴，并将灵敏度提高到纳瓦以下，时间常数约为100ms，用放热酸碱中和和详细的数值模型表征了器件的性能。基于有限元的数值模型使我们能够确定1%以内的灵敏度和作为液滴尺寸函数的中和反应温升的时间动力学。该模型被用来确定最佳的量热计设计(膜的大小和厚度、结面积和热电堆厚度)以及1nL的样品体积对氮化硅和聚合物膜的灵敏度。1√m SiN膜的最大灵敏度为153PW/μHz，1√m聚合物膜的最大灵敏度为79PW/μHz。利用脉冲激光提高纳升样品体积的温度，实验测定了量热系统的时间常数。对于2.5nL的样品体积，我们用薄膜热电堆测量了一种改进型商用红外传感器的噪声当量功率为500pW/√赫兹，1/e时间常数为110ms。此外，我们还演示了将25pl的1 mM HCl注入2.5 nL的1 mM NaOH液滴中，检测到1.4 nJ的反应能。
We reduced the reaction volume in microfabricated suspended-membrane titration calorimeters to nanoliter droplets and improved the sensitivities to below a nanowatt with time constants of around 100ms, The device performance was characterized using exothermic acid-base neutralizations and a detailed numerical model. The finite element based numerical model allowed us to determine the sensitivities within 1% and the temporal dynamics of the temperature rise in neutralization reactions as a function of droplet size. The model was used to determine the optimum calorimeter design (membrane size and thickness, junction area, and thermopile thickness) and sensitivities for sample volumes of 1 nl for silicon nitride and polymer membranes. We obtained a maximum sensitivity of 153 pW/√Hz for a 1 μm SiN membrane and 79 pW/√Hz for a 1 μm polymer membrane. The time constant of the calorimeter system was determined experimentally by using a pulsed laser to increase the temperature of nanoliter sample volumes. For a 2.5 nanoliter sample volume, we experimentally determined a noise equivalent power of 500 pW/√Hz and a 1/e time constant of 110ms for a modified commercially available infrared sensor with a thin-film thermopile. Furthermore, we demonstrated detection of 1.4 nJ reaction energies from injection of 25 pl of 1 mM HCl into a 2.5 nl droplet of 1 mM NaOH.
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影响因子：
4.6
作者：
Bourque-Viens, Alexandre;Aimez, Vincent;Charette, Paul G.
通讯作者：
Charette, Paul G.
DOI：
10.1109/tim.2003.811581
发表时间：
2003-04-01
影响因子：
5.6
作者：
Klushin, AM;Komkov, AV;Siegel, M
通讯作者：
Siegel, M
DOI：
10.1080/07391102.2011.10508619
发表时间：
2011-06-01
影响因子：
4.4
作者：
Khan, Shagufta H.;Ahmad, Faizan;Kumar, Raj
通讯作者：
Kumar, Raj
影响因子：
3.9
作者：
Johannessen, Erik A.;Weaver, John M. R.;Cooper, Jon M.
通讯作者：
Cooper, Jon M.
影响因子：
4.4
作者：
Wadsö, I;Wadsö, L
通讯作者：
Wadsö, L