Thermal transport in PDMS microfluidics

Abstract

Lämmön siirtymistä polydimetyylisiloksaanissa (PDMS), jota käytetään mikrofluidisten alustojen valmistuksessa, mallinnettiin elementtimallinnussimulaatioilla (FEM) ja simulaatioiden tuloksia verrattiin kokeellisiin tuloksiin, jotka mitattiin PDMS -näytteestä. Pysyvän tilan kuumennussimulaatioissa kakki tulokset olivat 0.81K sisällä toisistaan ja useimmat tulokset olivat 0.2K sisällä toisistaan. Ajasta riippuvissa kuumennusmittauksissa ja -simulaatiossa PDMS:n lämpötila muuttui nopeammin simulaatioissa kuin kokeissa. Elementtisimulaatioita käytettiin myös PDMS mikrofluidiikkojen simulaatioon kahdella kuumentimella. Lämpölevykuumennusta käyttämällä simuloitiin lämpögradientti PDMS mikrofluidiikan yli. Pistelämmönlähteiden kanssa FEM simulaatioita käytettiin optimisaatioalgoritmin bisektiometodin kanssa optimaalisen lämmitystehon löytämiseksi 0.1mW virhetoleranssilla.

Thermal transport in polydimethylsiloxane (PDMS), which is used to fabricate microfluidic platforms, was modelled with finite element method (FEM) simulations and the results of the simulations were compared to experimental results measured from a PDMS sample. In steady-state heating simulations all of the results were within 0.81K of each other and most of the results were within 0.2K of each other. In time-dependent heating measurements and simulations the temperature of the PDMS was found to change faster in the simulations than the experiments. FEM was then used to simulate the heating of PDMS microfluidics with two different heaters. Using a hot plate heater the temperature gradient over the PDMS microfluidic was simulated. With point heaters FEM simulations were used with the bisection method optimization algorithm to find optimal heating power values with an error tolerance of 0.1mW.