مجموعة متعددة الاستخدامات تعتمد على تشغيل قطرة Microfluidics الرقمية لتعليم العلوم
أبريل 26, 2021
نحن نصف مجموعة تعليمية تسمح للمستخدمين بتنفيذ تجارب متعددة واكتساب خبرة عملية على microfluidics الرقمية.
نحن نقدم مجموعة microfluidics التعليمية الرقمية على أساس لوحة الدوائر المطبوعة من مصادر تجارية التي تسمح للمستخدم للحصول على التدريب العملي على تجربة مع microfluidics الرقمية. وهذا حل قابل للتطبيق ومنخفض التكلفة للتعليم شريطة أن تكون ملفات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرقمية مشتركة. نقترح استخدام microfluidics الرقمية كأداة تعليمية لأنه يتم التلاعب قطرات على منصات صفيف القطب عامة.
يمكن للمستخدمين الاستفادة من مجموعة موسعة من المكونات الإلكترونية التي يمكن الوصول إليها الآن بشكل كبير لتطبيقات Do-it-yourself للتفاعل إلكترونيا مع القطرات. وسوف يظهر هذا الاجراء يو هاو قوه وهو طالب دراسات عليا من مختبر يانغ . تبدأ بحام المقاومات جبل السطح، الترانزستورات، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء على متن PCB.
قم بتوصيل مخرجات لوحة إمداد الطاقة ذات الجهد العالي بلوحة PCB مع المكونات اللحامية. ثم قم بتوصيل البطارية بلوحة تقوية الجهد لزيادة الجهد من ست فولت إلى 12 فولت. قم بتوصيل مستشعر الرطوبة ، ومطهر بيزو بالموجات فوق الصوتية ، ولوحة سائق الرذاذ بلوحة التحكم الدقيقة.
قم بتشغيل المتحكم الدقيق باستخدام التعليمات البرمجية التكميلية المقدمة. ضبط المقاوم المتغير من لوحة الجهد العالي واستخدام الرقمية متعددة متر لقياس الجهد الكهربائي للEWOD. ارتداء قفازات النتريل نظيفة وتطبيق 10 ميكرولتر من زيت السيليكون سنترستوك خمسة على منطقة القطب باستخدام micropipette.
انشر الزيت بالتساوي على منطقة القطب الكهربائي باستخدام إصبع. قطع قطعة من التفاف الغذاء مع أبعاد 2.5 في أربعة سنتيمترات ووضعها على رأس القطب. تطبيق زيت السيليكون على منطقة القطب باستخدام micropipette ونشرها بالتساوي.
لإجراء تجربة chemiluminescence ، ضع اثنين إلى خمسة ميكرولترات من محلول لومينول على القطب المستهدف باستخدام micropipette. ضع 10 ميكرولترات من 0.1٪ من فيروكيانيد البوتاسيوم على القطب الكهربائي والتي يمكن نقلها كقطيرة للكهربة. بدوره على المتحكم الدقيق بحيث قطرات فيروكيانيد البوتاسيوم يدمج مع لومينول.
للتصوير الفلوري، اقطع قطعة سنتيمتر مربع واحدة من الشريط شبه الشفاف ووضعها بين الصمام الثنائي الباعث للضوء وأقطاب EWOD. إرفاق فلتر الزجاج الانبعاثات على الكاميرا من الهاتف الذكي مع الشريط ووضع 10 ميكرولتر من محلول فيروكيانيد البوتاسيوم على الأقطاب الكهربائية. تسجيل الفيديو من تشغيل قطرة باستخدام الهاتف الذكي.
للشغل القطيرات على المدى الطويل، ضع ملليلتر واحد من الماء على رذاذ الموجات فوق الصوتية. ضع قطرة من فيروكيانيد البوتاسيوم ثم قم بتشغيل المتحكم الدقيق. ثم أغلق غطاء الحاوية على الفور.
تحقق من تشغيل القطيرات بعد ساعة. تظهر هنا حركة قطرة تمثيلية. لتجربة chemiluminescence ، يتم تشغيل قطرة من ferrocyanide للتحرك وخلط مع قطرة luminol المودعة مسبقا على القطب المستهدف في 12 ثانية.
يظهر هنا إعداد تخطيطي ل LED يعمل كمصدر للضوء للإثارة ، وشريط مكتبي واضح شبه شفاف كموزع ضوء ، وفلتر الانبعاثات المرفق مباشرة بكاميرا الهاتف الذكي. وينظر إلى التصوير الفلوري للقطرات التي تحتوي على إيزوثيوسيانات الفلورسين في الظلام نتيجة للشريط شبه الشفاف بمثابة الناشر لتوزيع ضوء الإثارة بالتساوي. لتجربة طويلة الأجل ، يمكن ملاحظة تنشيط قطرة ناجحة.
تظهر بيانات الرطوبة التمثيلية تحت تأثير رذاذ الموجات فوق الصوتية هنا. ويمكن استخدام هذا البروتوكول لتطوير مجموعة تعليمية على أساس microfluidics الرقمية. يتم الإبلاغ عن تجربة تشيميلومينسينس المستندة إلى لومينول كمثال محدد.
ويمكن تجميع هذه المجموعة في غضون فترة قصيرة من الزمن مع الحد الأدنى من التدريب في مجال الالكترونيات. ويمكن توسيع نطاق التجربة المبسطة الموصوفة هنا لتشمل تجارب أخرى. على سبيل المثال، يمكن استخدام مجموعة اختبار الورق عن طريق تحريك القطرة إلى الورق ليتم امتصاصها.
يمكن أيضا إضافة متحكم دقيق مع دائرة منطق الواجهة لتوفير تحكم رقمي أكثر تطورا وقابلية للبرمجة. يمكن أن يفيد هذا البروتوكول المتحمسين غير المحترفين لتعلم وتطبيق الإلكترونيات لزيادة تقدم معرفتهم بالمجال.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة مجموعة تعليمية للميكروفلويديات الرقمية تمكن المستخدمين من اكتساب تجربة عملية مع الميكروفلويديات الرقمية. إنها حل منخفض التكلفة للأغراض التعليمية، وتستخدم لوحة دوائر مطبوعة متوفرة تجاريا.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- الميكروفلويديات الرقمية
- الأدوات التعليمية
- التعلم العملي
الخلفية
- تتضمن الميكروفلويديات الرقمية معالجة القطرات على منصات المصفوفات الكهربائية.
- هناك سهولة متزايدة في الوصول إلى المكونات الإلكترونية لتطبيقات DIY.
- يمكن للمجموعات التعليمية تعزيز تجارب التعلم في المجالات العلمية.
- يمكن أن يسهل استخدام ملفات تصميم PCB الرقمية مشاركة الموارد.
غرض الدراسة
- توفير أداة تعليمية عملية لفهم الميكروفلويديات الرقمية.
- تمكين التجربة العملية مع معالجة القطرات.
- توضيح التجميع واستخدام مجموعة الميكروفلويديات الرقمية.
الطرق المستخدمة
- تجميع لوحة دوائر مطبوعة (PCB) مع مكونات سطحية.
- استخدام المقاومات والترانزستورات وثنائيات باعثة للضوء.
- عروض توضيحية عملية بقيادة طالب دراسات عليا.
- الوصول إلى ملفات التصميم الرقمية للأغراض التعليمية.
النتائج الرئيسية
- التجميع الناجح لمجموعة الميكروفلويديات الرقمية.
- اكتساب المستخدمين تجربة عملية في معالجة القطرات.
- توضيح الإمكانيات التعليمية للميكروفلويديات الرقمية.
- زيادة إمكانية الوصول إلى المكونات الإلكترونية للتعليم.
الاستنتاجات
- المجموعة التعليمية هي حل قابل للتطبيق لتدريس الميكروفلويديات الرقمية.
- التجربة العملية تعزز فهم مبادئ الميكروفلويديات.
- يمكن أن يعزز مشاركة ملفات التصميم الرقمية التعلم التعاوني.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Digital microfluidics platforms, such as the described educational kit, provide foundational exposure to droplet actuation and manipulation, which are core to assay miniaturization and automation in biopharma R&D. Early familiarity with programmable microfluidic systems supports the development of next-generation screening and analytical workflows. This capability underpins scalable, reproducible, and quantitative experimentation essential for discovery-stage innovation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hands-on interrogation of droplet-based reaction dynamics relevant to assay development.
- Supports functional validation of microfluidic control for biological de-risking.
- Facilitates rapid prototyping of programmable workflows for hypothesis testing.
Screening & Assay Development
- Prepares validated droplet actuation systems for downstream compound screening.
- Demonstrates reproducible manipulation of small volumes for quantitative assay outputs.
- Supports standardization of microfluidic platforms for scalable screening readiness.
Translational & Preclinical Research
- Provides a foundation for adapting microfluidic workflows to disease-relevant models.
- Enables continuity from discovery-stage droplet manipulation to preclinical assay formats.
- Supports predictive de-risking by enabling programmable and quantitative experimentation.
Pipeline & Workflow Integration
This digital microfluidics kit positions programmable droplet actuation at the interface of early discovery and assay development, supporting the transition from hypothesis-driven experimentation to scalable screening workflows.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing and pathway clarification through programmable droplet manipulation.
- Screening: Demonstrates assay readiness and reproducibility for quantitative outputs.
- Analytics: Enables measurement and comparison of reaction conditions via chemiluminescence and fluorescence readouts.
- Translational Research: Lays groundwork for adapting microfluidic methods to preclinical and disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Provides a reusable, modular platform for iterative workflow development and training.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in droplet-based assays.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability of microfluidic workflows.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient assay development.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of microfluidic-enabled programs.
Implementation Considerations
- Requires basic scientific and electronics expertise for assembly and operation.
- Needs access to standard laboratory instrumentation and analytical tools for readout.
- Benefits from cross-team standardization of droplet actuation protocols.
- Adaptable to various model systems with minor modifications to platform components.
- Limited to educational and prototyping use; not validated for regulated or clinical workflows.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:58
Assembling the Digital Microfluidics Kit and Preparation of Insulator on the Electrode Array
2:20
Chemiluminescence, Fluorescent Imaging, and Long-Term Droplet Actuation Experiment
3:45
Results: The Analysis of the Droplet Movement in Fluorescent Imaging and Under the Control of Ultrasonic Atomizer
4:43
Conclusion
