Numerical Optimization of Key Design Parameters of a Thermoelectric Microfluidic Sensor for Ultrasensitive Detection of Biochemical Analytes

热电堆 材料科学 热电效应 热电冷却 散热片 微流控 量热计(粒子物理) 光电子学 热扩散率 灵敏度(控制系统) 热流密度 传热 电子工程 纳米技术 机械工程 机械 电气工程 红外线的 热力学 光学 探测器 物理 工程类
作者
Saif Mohammad Ishraq Bari,Louis G. Reis,Gergana G. Nestorova
出处
期刊:Journal of Thermal Science and Engineering Applications [ASME International]
卷期号:13 (2)
标识
DOI:10.1115/1.4047826
摘要

Abstract The design of highly sensitive thermoelectric microfluidic sensors for the characterization of biochemical processes is an important area of engineering research. This study reports the design and fabrication of a continuous-flow biosensor with an integrated thermopile and three-dimensional numerical analysis of the critical design parameters that significantly increase the detection sensitivity of the platform. The paper discusses the impact of volumetric flowrate, channel height, material thermal properties, and heat sink on the magnitude of the thermoelectric signal. In the platform understudy, the heat generated by the enzymatic reaction between glucose oxidase-conjugated antibody and glucose is converted to an electric output by an antimony-bismuth thin-film thermopile with a theoretical Seebeck coefficient of 7.14 µV mK−1. Since this experimental configuration has been implemented in a various biochemical analysis, particular emphasis in this work is maximizing the detection sensitivity of the device. Computational thermal modeling was performed to investigate the impact of channel height (50 µm, 100 µm, 150 µm, and 200 µm), the volumetric flow rate of the substrate (25 µL min−1 and 50 µL min−1), and the microdevice material (glass, PMMA, and PDMS) on the output of the thermoelectric sensor. Experimental data validated the model and provided an excellent correlation between the predicted and measured voltage output. Results show that fabricating the calorimeter out of materials with lower thermal diffusivity, reducing the channel height, and eliminating the heat sink at the reference junction of the thermopile increases the sensitivity of the platform by 783%.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
学术乞丐发布了新的文献求助10
刚刚
zz发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
lvyi发布了新的文献求助10
1秒前
科研通AI6应助max采纳,获得10
1秒前
2秒前
Gusta完成签到,获得积分10
2秒前
李富贵完成签到,获得积分10
2秒前
SciGPT应助含羞草采纳,获得10
2秒前
汉堡包应助终归采纳,获得10
3秒前
敬之发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
科研狗发布了新的文献求助10
3秒前
欣喜的砖头完成签到,获得积分10
4秒前
香蕉诗蕊应助12GAO采纳,获得10
5秒前
达夫斯基完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
上官若男应助zilhua采纳,获得10
6秒前
olivia发布了新的文献求助10
6秒前
CodeCraft应助ww采纳,获得10
7秒前
乐乐应助xldongcn采纳,获得10
7秒前
抱朴守真关注了科研通微信公众号
7秒前
半胖完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
Echo发布了新的文献求助10
9秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
10秒前
窝不想写论文完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
Siriluck发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
11秒前
xiaotian完成签到,获得积分10
11秒前
pupu发布了新的文献求助10
11秒前
1234发布了新的文献求助10
12秒前
Fjun发布了新的文献求助10
12秒前
噗咔咔ya完成签到 ,获得积分10
13秒前
YNWAlxh发布了新的文献求助10
13秒前
三岁应助学术糕手采纳,获得10
13秒前
14秒前
YL璐璐完成签到,获得积分10
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Reproduction Third Edition 3000
Comprehensive Methanol Science Production, Applications, and Emerging Technologies 2000
化妆品原料学 1000
Psychology of Self-Regulation 800
1st Edition Sports Rehabilitation and Training Multidisciplinary Perspectives By Richard Moss, Adam Gledhill 600
Red Book: 2024–2027 Report of the Committee on Infectious Diseases 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5642013
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4757923
关于积分的说明 15015955
捐赠科研通 4800475
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2566095
邀请新用户注册赠送积分活动 1524208
关于科研通互助平台的介绍 1483840