ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 2 DOZOWANIE MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCI Z DETEKCJĄ KONDUKTOMETRYCZNĄ

Podobne dokumenty
ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 2 DOZOWANIE MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCI Z DETEKCJĄ KONDUKTOMETRYCZNĄ

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 2 DOZOWANIE MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCI Z DETEKCJĄ KONDUKTOMETRYCZNĄ

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 4 MIKROCYTOMETR DO BADANIA KOMÓREK BIOLOGICZNYCH

CHROMATOGRAFIA II 18. ANALIZA ILOŚCIOWA METODĄ KALIBRACJI

Odporny na korozję czujnik ciśnienia dla mikroreaktorów chemicznych

Odporny na korozję czujnik ciśnienia dla mikroreaktorów chemicznych

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: pomiar i wyznaczenie parametrów metrologicznych czujnika i przetwornika ciśnienia

PRZEWODNOŚĆ ROZTWORÓW ELEKTROLITÓW

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

PL B1. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL BUP 06/14

Badanie współczynników lepkości cieczy przy pomocy wiskozymetru rotacyjnego Rheotest 2.1

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Ćw. 5 Oznaczanie węglowodorów lekkich w powietrzu atmosferycznym

DETEKCJA W MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCIACH. Ćwiczenie nr 3 Detektor optyczny do pomiarów fluorescencyjnych

Opis dydaktycznych stanowisk pomiarowych i przyrządów w lab. EE (paw. C-3, 302)

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 11

Ćwicz. 4 Elementy wykonawcze EWA/PP

Wytrzymałość dielektryczne powietrza w zależności od ciśnienia

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

BADANIE ELEMENTÓW RLC

Katedra Fizyki i Biofizyki instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych dla kierunku Lekarskiego

Ćwiczenie 21. Badanie właściwości dynamicznych obiektów II rzędu. Zakres wymaganych wiadomości do kolokwium wstępnego: Program ćwiczenia:

Ćwiczenie 4 Badanie uogólnionego przetwornika pomiarowego

Temat: Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

Instrukcja obsługi Pehametru Schott Lab 850

Miernik ExStik EC400 Miernik przewodności/tds/zasolenia/ temperatury Nr produktu

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

4A. Chromatografia adsorpcyjna B. Chromatografia podziałowa C. Adsorpcyjne oczyszczanie gazów... 5

PODSTAWY CHROMATOGRAFII GAZOWEJ

Temat ćwiczenia: Przekaźniki półprzewodnikowe

Zespół B-D Elektrotechniki. Laboratorium Silników i układów przeniesienia

Płyny newtonowskie (1.1.1) RYS. 1.1

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Tranzystory bipolarne. Podstawowe układy pracy tranzystorów.

Instrukcja obsługi panelu sterowania

Ćwiczenie: "Mierniki cyfrowe"

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 10

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Ćwiczenie 4: Pomiar parametrów i charakterystyk wzmacniacza mocy małej częstotliwości REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

UKŁADY Z PĘTLĄ SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (wkładki DA171A i DA171B) 1. OPIS TECHNICZNY UKŁADÓW BADANYCH

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5b

MIERNIK ROZPŁYWU PRĄDU MRP ZA1110/B

1. Przeznaczenie testera.

RX10RF + VS RF + SALUS Smart Home Podłączenie modułu sterującego i regulatora

Politechnika Białostocka

Amperomierz EPM Nr produktu

Ćwiczenie 23. Cyfrowe pomiary czasu i częstotliwości.

POMIAR CZĘSTOTLIWOŚCI I INTERWAŁU CZASU

Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych: prawa Ohma i Kirchhoffa. Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 1 PRZEPŁYW I MIESZANIE CIECZY W MIKROKANAŁACH

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Zespół B-D Elektrotechniki. Laboratorium Silników i układów przeniesienia

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Oznaczanie lekkich węglowodorów w powietrzu atmosferycznym

INSTRUKCJA OBSŁUGI APARATU DO POMIARU TEMPERATURY TOPNIENIA STUART SMP 30

Aktualizacja Firmware >>> Android Jelly Bean >>> wersja 1

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie odbiornikiem hydraulicznym z rozdzielaczem typu Load-sensing

prędkości przy przepływie przez kanał

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO. Instrukcja wykonawcza

Urządzenie i sposób pomiaru skuteczności filtracji powietrza.

ZŁĄCZOWE TRANZYSTORY POLOWE

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Ćw. III. Dioda Zenera

Badanie właściwości dynamicznych obiektów I rzędu i korekcja dynamiczna

Wyposażenie Samolotu

Badanie właściwości multipleksera analogowego

Ćwiczenie 23. Cyfrowe pomiary czasu i częstotliwości.

Instrukcja obsługi Pehametru FE20 Mettler Toledo

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY

Oscyloskop. Dzielnik napięcia. Linia długa

Instrukcja obsługi spektrometru EPR

4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

Uwaga. Łącząc układ pomiarowy należy pamiętać o zachowaniu zgodności biegunów napięcia z generatora i zacisków na makiecie przetwornika.

Ćwiczenie 6. Wyznaczanie parametrów eksploatacyjnych kolektora słonecznego

Multimetr cyfrowy VA18B Instrukcja instalacji i obsługi. oprogramowania PC-LINK

Instrukcja użytkownika

Ilościowa analiza mieszaniny alkoholi techniką GC/FID

strona 1 MULTIMETR CYFROWY M840D INSTRUKCJA OBSŁUGI

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

PRZEŁĄCZANIE DIOD I TRANZYSTORÓW

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

MEOMSy - laboratorium

( L ) I. Zagadnienia. II. Zadania

1. Opis aplikacji. 2. Przeprowadzanie pomiarów. 3. Tworzenie sprawozdania

Systemy i architektura komputerów

Co się stanie, gdy połączymy szeregowo dwie żarówki?

Tranzystor bipolarny LABORATORIUM 5 i 6

Przetwarzanie AC i CA

Ćwiczenie nr 11. Projektowanie sekcji bikwadratowej filtrów aktywnych

Transkrypt:

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM Ćwiczenie nr 2 DOZOWANIE MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCI Z DETEKCJĄ KONDUKTOMETRYCZNĄ Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i warunkami poprawnego działania miniaturowego dozownika wielozaworowego zintegrowanego z detektorem konduktometrycznym. Mikrodetektor konduktometryczny wraz z dozownikiem został opracowany w Zakładzie Mikroinżynierii i Fotowoltaki na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki w ramach pracy dyplomowej magisterskiej. Zadaniem mikrodozownika jest precyzyjne dozowanie do cieczy nośnej (np. wody dejonizowanej) badanej próbki, której objętość jest rzędu mikrolitra. Analiza odpowiedzi mikrodetektora pozwala określić rodzaj i stężenie badanej substancji. Wprowadzenie: Mikrosystemy przepływowe (lab-on-a-chipy) znajdują zastosowanie w takich dziedzinach nauki i przemysłu jak farmacja, medycyna, chemia i biochemia. Dokładne dozowanie próbki o małej objętości (rzędu kilku mikrolitrów i mniejszych) jest bardzo ważne, ponieważ nawet mała zmiana w objętości dozy może wpływać niekorzystnie na dokładność analizy lub na jakość końcowego produktu reakcji chemicznej. Również w badaniach konduktometrycznych wstrzyk próbki (mikroobjętość) powinien być powtarzalny, aby można było wykonać analizę z dużą dokładnością. W celu precyzyjnego dozowania bardzo małych objętości zaprojektowano owoszklany mikrodozownik o wymiarach kilku centymetrów (rys. 1a). Dozownik sterowany jest przez zamykanie lub otwieranie zespołu mikrozaworów, metodą podania wysokiego ciśnienia powietrza (rys. 1b). Opracowany w laboratorium MEMSLab chip posiada układ mikrokanałów do prowadzenia przepływu cieczy nośnej i badanej próbki, membranowe zawory z folii kaptonowej oraz zintegrowany detektor konduktometryczny. Detektor ma za zadanie określić przewodność elektrolityczną badanej próbki. Na podstawie czasu retencji i powierzchni piku przewodności można określić ilość badanej substancji oraz jej rodzaj. W stanie początkowym ciecz nośna (woda dejonizowana, DI) podobnie jak badana próbka płyną własnymi kanałami. Zawory Z1, Z3 i Z5 są zamknięte, Z2, Z4 i Z6 są otwarte. W momencie przełączenia zaworów, następuje zmiana drogi przepływu DI oraz próbki. Zawory Z1, Z3 i Z5 są teraz otwarte, a zawory Z2, Z4 i Z6 zamknięte. Próbka kieruje się teraz do wylotu 3, aby nie zwiększać ciśnienia wywieranego na membranę zaworu Z2, co mogłoby spowodować przeciek przez ten zawór przy dużym ciśnieniu (ciecze są cały czas pompowane). Woda dejonizowana kierowana jest do kanału głównego próbki poprzez kanał boczny. Próbka o ściśle określonej przez wymiary kanału objętości (0,5 μl) zostaje przekierowana ze swojego kanału głównego do kanału z cieczą nośną i płynie w kierunku detektora. Kolejne przełączenie zaworów przywraca stan początkowy tzn. ciecz nośna DI oraz próbka płyną swoimi kanałami. 1

OUT 1 IN 1 Z 5 Z 4 Z 3 OUT 3 Z 1 OUT 2 IN 2 Z 6 Z 2 a) b) c) Rys. 1. Dozownik cieczowy typu lab-on-a-chip wraz ze zintegrowanym detektorem konduktometrycznym: a) gotowy chip, b) schemat ideowy działania dozownika, c) lab-on-a-chip zamontowany w obudowie z podłączeniami cieczowymi i gazowymi Zadaniem detektora ulokowanego w chipie jest wykrycie zmiany przewodności elektrolitycznej w momencie przepływu badanej próbki. Do chipów wbudowano jeden z dwóch modeli detektorów konduktometrycznych: 2- lub 4- elektrodowy (rys. 2). 2

górna elektroda elektroda dolna dolna elektroda elektroda elektroda elektroda 1 elektroda 1 elektroda 4 elektroda 4 elektroda 3 elektroda 3 elektroda 2 elektroda 2 a) b) Rys. 2. Przekrój przez strukturę detektora konduktometrycznego oraz układ elektrod: a) w modelu 2- elektrodowym, b) w modelu 4-elektrodowym Ponieważ detektor 4-elektrodowy posiada dużą komórkę pomiarową (przestrzeń pomiędzy elektrodami), można nim analizować próbki o objętości większej niż 0,5 µl. Opis stanowiska: Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rysunku 3. W układzie pomiarowym do zintegrowanego dozownika, umieszczonego w specjalnej obudowie podłączone są (rys. 1c): 1) rurka doprowadzająca ciecz nośną, 2) rurka doprowadzająca ciecz dozowaną, 3) przewód pneumatyczny doprowadzający sprężone powietrze sterujące pracą mikrodozownika, 4) rurka wylotowa wyprowadzająca roztwór badany i ciecz nośną (odpadki). Przyrządy: Generator drgań sinusoidalnych Instek GFG-3015, zasilacz napięcia stałego MANSON, przyrząd uniwersalny USB, pompy strzykawkowe Ascor. Na 2 elektrody detektora należy podać sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1 khz i napięciu 1 V. Pomiary wykonuje się na zakresie VAC z częstotliwością miernika uniwersalnego, która wynosi 2 Hz,. Napięcie mierzone na rezystorze R (100 kω) zależy od przewodności elektrycznej słupa cieczy płynącej pomiędzy elektrodami konduktometru. Miernik napięcia podłączony do komputera wskazuje aktualną, wartość napięcia skutecznego odkładającego się na rezystorze pomiarowym, dzięki czemu możliwe jest zaobserwowanie pików, które pojawiają się w momencie przepływania próbki. Do badania właściwości detektora stosowane są wzorcowe roztwory KCl o stężeniach 1 mm, 10 mm i 100 mm. Wstrzyk próbki realizowany jest przez odpowiednie zamykanie 3

i otwieranie zaworów ciśnieniowych (objętość próbki 0,5 µl) lub ręcznie za pomocą strzykawki chromatograficznej. Cieczą nośną jest woda dejonizowana (DI). Rys. 3. Schemat układu pomiarowego Przebieg ćwiczenia: 1. Zaznajomienie się z układem pomiarowym Po uruchomieniu układu pomiarowego i zamontowaniu odpowiednich strzykawek w pompach ustawić na obu pompach przepływ 50 ml/h, włączyć dozownik (czas dozowania: 10 s, stand by 10 s) i poczekać na ustabilizowanie się odpowiedzi detektora. 2. Przeprowadzenie pomiarów: a) Ustalenie optymalnego czasu dozowania i odstępu pomiędzy kolejnymi dozowaniami (stand by) dla prędkości przepływu cieczy nośnej 0,1 ml/h. Odpowiedzi detektora na zadozowaną próbkę powinny być powtarzalne. b) Wykonanie pomiarów odpowiedzi detektora przy stałej objętości próbki KCl (0,5 µl) w zależności od: stężenia roztworu KCl: 0,1; 0,01; 0,001 M prędkości przepływu cieczy nośnej: 1,2; 0,6; 0,3; 0,1 ml/h c) Wykonanie pomiaru odpowiedzi detektora dla nieznanego stężenia próbki, przy ustalonych pozostałych parametrach układu 4

3. Analiza wyników pomiarów: a) Wykreślić krzywą kalibracji detektora zależność sygnału wyjściowego (maksimum piku ) od stężenia KCl i oszacować stężenie nieznanej próbki, zmierzonej w punkcie 2c). b) Określić stałą naczyńka stosowanego mikrodetektora. c) Opracować wyniki, przygotować sprawozdanie. Przykładowe pytania: Opisać zasadę działania mikrochipa z detektorem i dozownikiem. Co to jest stała naczynka detektora konduktometrycznego i jak się ją wyznacza? W jaki sposób korzystając z wykresów odpowiedzi detektora konduktometrycznego wyznaczyć stężenie i objętość badanej próbki? Jakie warunki pomiarów muszą być spełnione, aby analiza próbki była wiarygodna? Przed wykonaniem ćwiczenia proszę zapoznać się z materiałami pomocniczymi przygotowanymi do ćwiczenia. Literatura: 1. Z. Witkiewicz, J. Hetper, Chromatografia gazowa, WN-T, Warszawa 2001 2. Jan A. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur owych i owo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004 3. Z. Brzózka, Laboratorium analizy instrumentalnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1998 5

Uwagi: 1. Uruchomić laptop MSi, użytkownik LabMed, używać katalogu Dozownik wielozaworowy. 2. Włączyć zasilacz Manson, ustawić 10 V pokrętłem VOLT., kliknąć Output: on. 3. Uruchomić pompę strzykawkową Ascor. Najpierw włączamy włącznik główny (1) jest na tylnej ściance. Następnie włączamy włącznik (2) On na przedniej ściance, włącza się wyświetlacz i pyta czy kontynuować?. Włączamy przepływ przez przyciśnięcie przycisku YES. Na tym etapie wybieramy szybkość przepływu cieczy przez przyciśnięcie odpowiedniej cyfry (np. 2 ml/h). Jeśli przyciśniemy No uzyskamy informacje na temat ustawionych warunków dozowania. Szybkość przepływu zmieniamy przez przyciśnięcie odpowiedniej cyfry i potwierdzenie przyciskiem YES. Zatrzymujemy przepływ przyciskając przycisk oznaczony. Pompę wyłączamy przez przyciśnięcie w czasie 3 sekund przycisku off3s, umieszczonego na przedniej ściance. 4. Uruchomić przyrząd uniwersalny AXIO-MET: a) podłączyć wyłączony przyrząd kablem USB do laptopa, uruchomić program PC Link jako administrator, w zakładce Set wybrać Set, potem wybrać COM3 (inny niż COM1), wybrać 120/minute, kliknąć Apply. b) Włączyć przyrząd przekręcając przełącznik na VAC trzymając jednocześnie wciśnięty Hz przez 2 3 sekundy przycisk. Na wyświetlaczu przyrządu pojawi się napis DUTY PC-LINK. 5. Uruchomić program Dozownik wielozaworowy: Na ekranie ustawić odpowiedni czas dozowania próbki oraz odstęp stand-by pomiędzy kolejnymi dozowaniami. Aby rozpocząć dozowanie kliknąć run lub run continously. Zapisywane przez AXIO-MET wyniki pomiarów są widoczne w oknie z prawej strony ekranu. Zapis wyników wykonujemy przez kolejne operacje: Stop (koniec pomiaru), File, Save (utworzyć foder grupy na pulpicie do zapisywania zbiorów z pomiarami). Zbiór z wynikami pomiarów ma rozszerzenie *.TXT. Można go otworzyć w Notatniku lub Excelu. Nowe pomiary rozpoczynamy po kliknięciu Reset. 6