Summary
We beschrijven een educatieve kit waarmee gebruikers meerdere experimenten kunnen uitvoeren en praktische ervaring kunnen opdoen met digitale microfluïdica.
Abstract
Dit artikel beschrijft een educatieve kit op basis van digitale microfluïdica. Een protocol voor op luminol gebaseerd chemiluminescentie-experiment wordt gerapporteerd als een specifiek voorbeeld. Het heeft ook fluorescerende beeldvormingscapaciteit en gesloten bevochtigde behuizing op basis van een ultrasone verstuiver om verdamping te voorkomen. De kit kan in korte tijd en met minimale training in elektronica en solderen worden geassembleerd. De kit stelt zowel niet-gegradueerde / afgestudeerde studenten als enthousiastelingen in staat om op een intuïtieve manier praktische ervaring op te doen in microfluïdica en te worden opgeleid om vertrouwd te raken met digitale microfluïdica.
Introduction
Microfluidics is een zeer interdisciplinair veld dat fysica, chemie, biologie en engineering kamt voor de manipulatie van kleine hoeveelheden vloeistoffen, variërend van femtoliter tot microliters1. Microfluïdica is ook een zeer breed en actief vakgebied; een web of science-zoekopdracht levert bijna 20.000 publicaties op en toch is er onvoldoende literatuur en recensiedocumenten over het gebruik van microfluïdica als educatief instrument2. Er zijn twee inzichtelijke, zij het verouderde recensieartikelen van Legge en Fintschenko3,4. Legge laat opvoeders kennismaken met het idee van een lab op een chip3. Fintschenko wees op de rol van microfluïdica onderwijslab in Science Technology Engineering Mathematics (STEM) onderwijs en vereenvoudigde de filosofieën in "teach microfluidics" en "use microfluidics"4. Een recentere review van Rackus, Ridel-Kruse en Pamme in 2019 wijst erop dat microfluïdica niet alleen interdisciplinair van aard is, maar ook een zeer praktisch onderwerp2. De praktische activiteit met betrekking tot de praktijk van microfluïdica leent studenten voor op onderzoek gebaseerd leren en maakt het een boeiend hulpmiddel voor wetenschapscommunicatie en outreach. Microfluïdica biedt inderdaad veel potentieel voor wetenschapsonderwijs in zowel formele als informele omgevingen en is ook een ideaal "hulpmiddel" om het grote publiek te enthousiasmeren en te informeren over het interdisciplinaire aspect van moderne wetenschappen.
Voorbeelden zoals goedkope microkanaalapparaten, papieren microfluïdica en digitale microfluïdica zijn ideale hulpmiddelen voor educatieve doeleinden. Onder deze platforms blijven digitale microfluïdica esoterische en peer-reviewed rapporten op basis van digitale microfluïdica ontbreken2. Hier stellen we voor om digitale microfluïdica om verschillende redenen als educatief hulpmiddel te gebruiken. Ten eerste is digitale microfluïdica zeer verschillend van microkanaalgebaseerd paradigma omdat het is gebaseerd op manipulatie van de druppels en het gebruik van de druppels als discrete microvessels. Ten tweede worden druppels gemanipuleerd op relatief generieke elektrode-array platforms, zodat digitale microfluïdica nauw kunnen worden gekoppeld aan micro-elektronica. Gebruikers kunnen gebruikmaken van een uitgebreide set elektronische componenten, die nu zeer toegankelijk zijn voor doe-het-zelftoepassingen om elektronisch te communiceren met druppels. Daarom stellen we dat digitale microfluïdica studenten deze unieke aspecten kunnen laten ervaren en open-minded kunnen zijn om zich niet overdreven te houden aan microchannel-gebaseerde lage Reynold-nummermicrofluidics1.
Kortom, het gebied van digitale microfluïdica is grotendeels gebaseerd op de elektrowettingsverschijnselen, die voor het eerst werden beschreven door Gabriel Lippmann5,6. De recente ontwikkelingen werden geïnitieerd door Berge in de vroege jaren '907. Zijn belangrijkste bijdrage is het idee om een dunne isolator in te voeren om de geleidende vloeistof van metalen elektroden te scheiden om het probleem van elektrolyse te elimineren. Dit idee wordt elektrowetting op diëlektrisch (EWOD) genoemd. Vervolgens werd de digitale microfluïdica gepopulariseerd door verschillende baanbrekende onderzoekers8,9. Nu is een uitgebreide lijst van toepassingen, bijvoorbeeld in klinische diagnostiek, chemie en biologie, bewezen op digitale microfluïdica10,11,12 en daarom zijn er tal van voorbeelden beschikbaar voor een educatieve omgeving. In het bijzonder hebben Abdelgawad en Wheeler, in het lijn van goedkope, doe-het-zelf digitale microfluïdica, eerder goedkope, snelle prototyping van digitale microfluïdicagerapporteerd 13,14. Fobel et al., heeft ook gemeld DropBot als een open source digitale microfluïdische controlesysteem15. Yafia et al., meldde ook een draagbare digitale microfluïdica op basis van 3D-geprinte onderdelen en kleinere telefoon16. Alistar en Gaudenz hebben ook het batterij aangedreven OpenDrop-platform ontwikkeld, dat is gebaseerd op de veldeffecttransistorarray en dc-bediening17.
Hier presenteren we een digitale microfluïdische educatieve kit op basis van commercieel geproduceerde printplaat (PCB) waarmee de gebruiker digitale microfluïdica kan assembleren en praktische ervaring kan opdoen (figuur 1). Fee-for-service om PCB's te maken van digitale ontwerpbestanden is op grote schaal beschikbaar, en daarom denken we dat het een haalbare goedkope oplossing voor onderwijs is, op voorwaarde dat digitale ontwerpbestanden kunnen worden gedeeld. Zorgvuldige keuze van componenten en systeemontwerp is gemaakt om het assemblageproces te vereenvoudigen en een interface te maken met het intuïtieve van de gebruiker. Daarom wordt een configuratie met één plaat gebruikt in plaats van een configuratie met twee platen om te voorkomen dat er een bovenplaat nodig is. Zowel de componenten als de teststoffen moeten gemakkelijk beschikbaar zijn. Voedselfolie uit de supermarkt wordt bijvoorbeeld gebruikt als isolator in onze kit.
Om de haalbaarheid van onze kit te bewijzen, stellen we een specifiek chemie-experiment voor op basis van chemiluminescentie van luminol en bieden we het protocol. De hoop is dat visuele observatie van chemiluminescentie studenten kan enthousiasmeren en prikkelen. Luminol is een chemische stof die een blauwe gloed vertoont wanneer gemengd met een oxidatiemiddel zoals H2O2 en wordt meestal gebruikt in forensisch onderzoek om bloed te detecteren18. In onze laboratoriumomgeving dient kalium ferricyanide als katalysator. Luminol reageert met het hydroxide-ion en vormt een dianion. Het dianion reageert vervolgens met zuurstof uit waterstofperoxide om 5-aminoftaalzuur te vormen met elektronen in een opgewonden toestand, en ontspanning van elektronen van de opgewonden toestand naar de grondtoestand resulteert in fotonen die zichtbaar zijn als een uitbarsting van blauw licht.
We rapporteren ook een fluorescerend beeldvormingsexperiment met een smartphone om de integratie van een lichtgevende diode (LED) als excitatielichtbron aan te tonen. Ten slotte is druppelverdamping een probleem in microfluïdica, maar wordt het zelden aangepakt. (Een waterdruppel van 1 μL gaat binnen 1 uur verloren van een open substraat3.) We gebruiken een verstuiver op basis van een hoogfrequente piëzo-transducer om water om te zetten in fijne nevel. Dit creëert een bevochtigde omgeving om druppelverdamping te voorkomen en demonstreert langdurige (~ 1 uur) druppelbediening.
Figuur 1: Schema's van EWOD-opstelling. (a) Een microcontroller wordt gebruikt om een controlevolgorde aan de EWOD-elektrode te geven. Ook wordt de luchtvochtigheid geregeld. (b) Schema's van PCB lay-out. Elektroden, LED voor fluorescerende beeldvorming, weerstand en veldeffecttransistors (FET) zijn gelabeld. Schaalbalk van 1 cm wordt ook getoond. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Bovenaanzicht van de kit. Microcontroller board, high voltage supply board, EWOD PCB, vochtigheidssensor en verstuiver zijn gelabeld. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1) Het assembleren van de digitale microfluidics kit
- Soldeer de weerstanden, transistors en lichtgevende dioden op de printplaat volgens de schema's in figuur 1b.
- Sluit de uitgang van de hoogspanningsvoedingskaart aan op de printplaat met gesoldeerde componenten(figuur 2 en aanvullende figuur 1).
- Sluit de batterij aan op de spanningsbooster om de spanning van 6 V naar 12 V te verhogen (afbeelding 2 en aanvullende figuur 1).
- Sluit de hoogspanningstoevoerkaart aan op de spanningsboosterkaart om de spanning van 12 V tot ~230 V te verhogen(figuur 2 en aanvullende figuur 1).
- Sluit de vochtigheidssensor aan op het microcontrollerbord. Sluit de ultrasone piëzo-verstuiver en de vernevelaar aan op het microcontrollerbord(figuur 2 en aanvullende figuur 1).
- Plaats het geheel in de acrylbehuizing met afmetingen 23 cm x 20,5 cm x 6 cm.
- Schakel de microcontroller in met de code (Aanvullende code) en gebruik de digitale multimeter om de spanning van de EWOD-elektrode te meten om ervoor te zorgen dat de uitgangsspanning ~230 V is. Stel de variabele weerstand van de hoogspanningsvoedingskaart zo in dat de uitgangsspanning ~230 V is ( Aanvullendefiguur 2).
2) Voorbereiding van isolator op de elektrodearray
- Draag schone nitril handschoenen. Gebruik een micropipet om ~10 μL 5 cSt siliconenolie op het elektrodegebied aan te brengen en gebruik een vinger om de siliconenolie gelijkmatig over het elektrodegebied te verspreiden. Merk op dat de siliconenolie dient als vulling tussen elektrode en voedselwikkelisolator en om airgap te voorkomen.
- Snijd een stuk voedselfolie met afmetingen van ongeveer 2,5 cm x 4 cm en plaats het op de elektrode. Gebruik de micropipet om ~10 μL 5 cSt siliconenolie op het elektrodegebied aan te brengen en gebruik een vinger om de siliconenolie gelijkmatig te verspreiden. Merk op dat de siliconenolie dient als een hydrofobe laag bovenop de isolator.
3) Chemiluminescentie-experiment op basis van luminol
- Meng 0,25 g luminol en 1,6 g NaOH in 25 ml gedeïoniseerd water in een bekerglas met een glazen roerder om een oplossing te verkrijgen.
- Meng 20 ml van de oplossing uit de vorige stap met 20 ml 3% waterstofperoxide.
- Gebruik een micropipet om 2-5 μL van de lichtgevende oplossing van de vorige stap op de doelelektrode te plaatsen.
- Gebruik een micropipet om 10 μL 0,1% kalium ferricyanide op de elektrode te plaatsen. Merk op dat dit de druppel is die moet worden verplaatst voor elektrowetting.
- Schakel de microcontroller in om de druppel van 10 μL kalium ferricyanide te verplaatsen om samen te smelten met de luminol.
4) Fluorescerend beeldvormingsexperiment
- Knip een stuk semi-transparante tape met afmetingen van ~1 cm x 1 cm. Plaats de semi-transparante tape tussen de excitatie lichtgevende diode en EWOD elektroden.
- Bevestig het emissiekleurglasfilter met tape op de camera van de smartphone.
- Meng 2,5 mg fluoresceïne-isothiocyanaat in waterige ethanol (3% m/w) oplossing.
- Pipet ~10 μL van de oplossing van de vorige stap op een van de elektroden.
- Schakel de microcontroller in.
- Gebruik de smartphone om een video van druppelbediening op te nemen.
5) Langdurig druppelbedieningsexperiment met ultrasone verstuiver
- Plaats 1 ml water op de ultrasone verstuiver. Houd er rekening mee dat de code is geschreven om een drempel feedback algoritme te gebruiken om een vochtigheidsgraad van meer dan 90% te behouden.
- Plaats een druppel van 10 μL met een micropipet. Schakel de microcontroller in en sluit onmiddellijk het deksel van de behuizing.
- Wacht tot ~1 uur. Controleer visueel de druppelbediening.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De druppelbediening wordt opgenomen met een smartphone. Representatieve resultaten voor chemiluminescentie en fluorescerende beeldvorming worden weergegeven in figuur 3 en figuur 4. Voor het chemiluminescentie-experiment wordt de druppel van 10 μL ferricyanide geactiveerd om te bewegen en te mengen met een vooraf afgezet druppel van 2 μL op de doelelektrode, zoals weergegeven in figuur 3. De tijdsperiode tussen opeenvolgende bewegingen is ingesteld op 4 s, langzaam genoeg voor eenvoudige observatie. Merk op dat de uitbarsting van blauw licht als gevolg van het mengen van lichtgevende oplossing (met waterstofperoxide) met kalium ferricyanide met het blote oog kan worden gezien, zelfs onder omgevingslicht. Voor fluorescerende beeldvorming in figuur 4moet het experiment in het donker worden uitgevoerd. De semi-transparante tape dient als diffuser om het excitatielicht gelijkmatig over de druppel te verdelen. Het uitgestraalde licht van de fluorescentie wordt gefilterd met een goedkoop emissiefilter dat op de smartphonecamera is bevestigd. Dit beeldvormingsschema is eenvoudiger dan het gebruikelijke dichroïsche spiegelgebaseerde schema in een typische benchtop fluorescentiemicroscoop. Voor een langetermijnexperiment (~1 uur) kan succesvolle druppelbediening worden waargenomen zoals weergegeven in figuur 5a. Figuur 5b toont representatieve vochtigheidsgegevens onder de werking van een ultrasone verstuiver. We meten ook de druppeldiameter met en zonder verstuiver. Zonder verstuiver krimpt de druppeldiameter van 4,0 mm tot 2,2 mm en verandert het volume van 10 μL naar 6 μL bij kamertemperatuur en omgevings relatieve vochtigheid van ~57%. Met verstuiver krimpt de druppeldiameter van 4 mm tot 3,1 mm en verandert het volume van 10 μL naar 8 μL bij kamertemperatuur en omgevings relatieve vochtigheid >90%.
Figuur 3: Momentopname van druppelbeweging en chemische luminescentie. Bij t = 12 s resulteert het mengen van luminol met kalium ferricyanide in een zichtbare uitbarsting van blauw licht. Schaalbalk van 1 cm wordt ook getoond. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4: Integratie met fluorescerende beeldvorming. (a) Schema van de opstelling. Een LED dient als lichtbron voor excitatie. Een semi-transparante heldere kantoortape dient als lichtverspreider. Het emissiefilter is direct aangesloten op de smartphonecamera. b) Fluorescerende beeldvorming van de druppel die fluoresceïne isothiocyanaat bevat. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5: Druppelbediening onder vochtigheidsregeling met ultrasone verstuiver. (a) Momentopname van druppelbeweging na 1 uur. Schaalbalk van 1 cm wordt ook getoond. (b) Relatieve vochtigheid versus tijd onder de werking van de ultrasone verstuiver. Een pijl geeft aan dat de verstuiver is uitgeschakeld vanwege het drempelalgoritme. De drempel voor relatieve vochtigheid is ingesteld op 90%. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Aanvullende figuur 1: Bedradingsschema's. Microcontroller en hoogspanningsvoedingskaart worden gevoed door een batterij. Alle bediening is georkestreerd met micro controller board. De verstuiver wordt geactiveerd door het bestuurdersbord. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2: Hoogspanningsschakelcircuit. Een hoogspanningsmetaaloxide halfgeleiderveldeffecttransistor (MOSFET) met een weerstand wordt gebruikt om ewod-elektrode te schakelen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende tabel 1: Kostenraming van componenten van onze kit. De eenheidskosten van componenten zoals transistors, weerstanden, lichtgevende diode worden geschat op basis van de bulkprijs van een verpakking van 10 tot 100 componenten. De kosten zijn exclusief de aangepaste acrylbehuizing. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Aanvullende code: Aangepast script om de bediening voor de druppelbeweging en ultrasone verstuiver mogelijk te maken om de druppelomgeving te bevochtigen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De hier beschreven procedure stelt de lezer in staat om een werkend EWOD-systeem te monteren en te testen op druppelbediening en praktijkervaring op te doen met microfluïdica. We vermijden opzettelijk dure componenten en chemische monsters. Momenteel, kan één uitrusting voor ~$130 worden geconstrueerd met het duurste component zijnd optisch kleurenglas voor fluorescente beeldvorming en microcontroller exclusief de douane acryldekking(Supplementige Lijst 1). Voor een dergelijke prijs is ook een fluorescerende beeldvormingscapaciteit en een actieve vochtigheidsmilieuregeling op basis van verstuiver inbegrepen. (Een typische fluorescentiemicroscoop kost meer dan ~ $ 1.50019,en zelfs een goedkope digitale fluorescentiemicroscoop kost $ 300.) Deze lage kosten maken onze kit praktisch voor een grootschalige educatieve setting. Ter vergelijking, de Dropbot kost momenteel ~ $ 5.00020 en het OpenDrop-platform kost ~ $ 1.0002. Tabel 1geeft een overzicht van de vergelijking van deze platforms .
| Vergelijking tussen Dropbot, OpenDrop en Education kit | |||
| DropBot | OpenDrop | De uitrusting van het onderwijs | |
| Het substraat van de elektrode | glazen substraat | Pcb | Pcb |
| Coating techniek | Vacuümdepositie | dunne film en olie | De omslag en de olie van het voedsel |
| Bedieningssignaal | ac (10kHz, standaard) | Dc | Dc |
| Het drijven van Elektronika | HV versterker en relais array | Veldeffecttransistor | Veldeffecttransistor |
| Bevochtigde omgeving | Geen | Geen | Ja. Met verstuiver |
| Beeldvormingscapaciteit | Externe Microscpe | Externe Microscpe | Ja. Met smartphone |
| Kosten | 5.000 dollar | 1000 dollar | 100 dollar |
Tabel 1: Vergelijking tussen Dropbot, OpenDrop en onze educatieve kit.
Om de haalbaarheid van het gebruik van onze educatieve kit te evalueren, hebben we 13 niet-gegradueerde studenten met verschillende achtergronden gevraagd. Hun major omvat natuurkunde, biologie, chemische technologie, geneeskunde, materiaalkunde, werktuigbouwkunde en elektrotechniek. We proberen doelbewust de situatie te vermijden dat studenten overdreven uit de elektrotechniek komen en regelen slechts één student met major in elektrotechniek. We hebben ze geïnstrueerd om componenten aan de PCB te solderen en uiteindelijk druppelbediening op onze kit binnen 2 uur. Geen enkele student behalve iemand uit de elektrotechniek heeft ervaring met solderen. Uiteindelijk verzamelen we de statistieken. Het succesvolle percentage is 62%. We ontdekten dat het solderen van de surface mount component het knelpuntproces is van een succesvolle assemblage van de kit. De algemene richtlijn is als volgt. Fintschenko wees erop dat gereedschappen of experimenten ergens in het spectrum vallen tussen een doe-het-zelfgrens en de zwarte doosgrens. Met toenemende technische ervaring aan de kant van de studenten, bijvoorbeeld vanuit elektrotechnische achtergrond, kan meer van de laboratoriumsessie de doe-het-zelf-smaak aannemen. Onervaren studenten op het gebied van elektronicavaardigheden zoals die over chemie, biologie en biochemie kunnen echter een voordeel behalen aan de zwarte doos van het spectrum met kits die vooraf zijn samengesteld door instructeurs.
Ter referentie proberen we ook het parameterbereik van vloeibare druppels af te bakenen die kunnen worden gebruikt. Voor de grootte hebben we het maximale en minimale vloeistofvolume getest op respectievelijk 16 μL en 8 μL, met een nominaal vloeistofvolume van ~ 10 μL. We hebben onze vloeistof beperkt tot waterige oplossing en voorkomen organische oplosmiddelen om corrosie van polymeer food wrap isolator te voorkomen. We hebben ook algemeen beschikbare vloeibare systemen zoals tafelsuiker en zout gekozen om een reeks parameters te dekken, zoals ionische concentratie, PH-waarde, dichtheid en viscositeit. Het resultaat is samengevat in tabel 2. Onder deze tests hebben we glycerolwatermengsel gekozen als een middel om de maximale viscositeit van druppels te testen terwijl andere fysische eigenschappen zoals oppervlaktespanning relatief constant blijven. We bepalen het maximale gewichtspercentage van glycerol en de bijbehorende viscositeit om ~ 40% en 3,5 cp21te zijn. De maximale werkionale concentratie tot 1 M wordt getest met natriumchloride. De PH-waarde wordt getest met acetaat, citroenzuur en KOH-oplossing.
| Vloeibaar systeem | Sleutelparameter | Werkbereik |
| Glycerol watermengsel | Viscositeit | glycerol 40% wt of 3,5 cps |
| Sucrose in water | Dichtheid | tot 60% wt |
| Citroenzuur verdund in water | PH-waarde | zo laag als PH=3 |
| Azijnzuur | PH-waarde | zo laag als PH=4 |
| Koh | PH-waarde | zo hoog als PH= 11 |
| Natriumchloride | Ionische concentrtion | 10 mM tot 1 M |
Tabel 2: Bereik van vloeibaar systeem, parameters en werkbereik getest op onze kit.
Hier bespreken we kort de fysica die nodig is voor druppelbediening. Met behulp van de elektromechanische afleiding kan de drijvende kracht als functie van frequentie en druppelpositie worden afgeleid op basis van de energiecapaciteit die in het systeem is opgeslagen uit differentiatie van deze energieterm. Een kritische frequentie, fc, kan worden berekend voor elke apparaatgeometrie/vloeistofcombinatie21. Onder deze frequentie vermindert de geschatte kracht tot die voorspeld door de thermodynamische methode. In dit regime ontstaat de kracht die op de druppel werkt uit ladingen die zich in de buurt van de driefasige contactlijn hebben opgehoopt en elektrostatisch naar de aangedreven elektrode worden getrokken. Boven de kritische frequentie domineert een vloeistof-dielectroforetische kracht om de druppel naar de geactiveerde elektrode te trekken. In ons experiment gebruiken we dc-bediening en vandaar dat de werking onder deze kritische frequentie ligt en daarom wordt de driefasige contactlijn elektrostatisch naar de aangedreven elektrode getrokken.
Kortom, het algehele experiment is ontworpen om de lezer een hands-on blootstelling aan digitale microfluïdica te geven. Meer specifiek stelt de kit studenten in staat om optica, elektronica en fluidics te leren, dus dit aspect is geschikt voor elke laboratoriumcursus in elektrotechniek en werktuigbouwkunde op senior niveau. Ook kan het specifieke chemiluminescentie-experiment worden gebruikt in een experimentele cursus chemie of chemische technologie op senior niveau. Hoewel het hier beschreven experiment een vereenvoudigde versie van een real-life scenario is, kan het op een eenvoudige manier worden uitgebreid naar andere experimenten. Men kan bijvoorbeeld een papieren testkit koppelen en de druppel naar het te adsorberen papier verplaatsen. We kunnen ook gemakkelijk een microprocessor combineren met andere interactieve I/O-apparaten om meer geavanceerde digitale controle en programmeerbaarheid te bieden. Wij zijn van mening dat het protocol hier ook niet-professionele enthousiastelingen ten goede kan komen om elektronica te leren en toe te passen om hun kennis van het veld verder te bevorderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Acknowledgments
Y. T. Y. wil graag de financiële steun van het Ministerie van Wetenschap en Technologie erkennen onder subsidienummers MOST 107-2621-M-007-001-MY3 en National Tsing Hua University onder subsidienummer 109Q2702E1. Mark Kurban van Edanz Group (https://en-author-services.edanzgroup.com/ac) bewerkte een ontwerp van dit manuscript.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acrylic enclosure | LOCAL vendor | 23cm x 20.5 cm x 6cm | |
| Ardunion Uno | Arduino | UNO | microcontroller board |
| acetic acid | Sigma Alrich | 695092-100ML | |
| Breadboard | MCIGICM | 400tie | 4 cm x 7 cm, 400 Points Solderless Breadboard, a pack of 4 |
| BSP89 H6327 Infineon MOSFET | Mouser | 726-BSP89H6327 | drain soure breakdown voltage 240V,on resistance 4.2 ohm |
| citrid acid | sigma Alrich | 251275-100G | |
| Color glass filter | Thorlabs | FGL 530 | color glass filter for fluorescent imaging |
| DHT11 temperature & humidity sensor | adafruit | ||
| Digital multimeter | Fluke | 17B | |
| Fluorescein isothiocyanate isomer I | sigma Alrich | F7250-50MG | 50 mg price, fluorescent imaging |
| Glycerol | Sigma Alrich | G9012-500ML | |
| High voltage power supply for Nixe tube | Vaorwne | NCH6100HV | High voltage power max dc 235V |
| LM2596 voltage booster circuit | boost voltage from 5V to 12 V | ||
| Luminol | Sigma Alrich | 123072-5G | 5 g for $110 |
| Pippet | Thermal Fisher | 1- 10 ul | |
| Printed circuit board | Local vender | 10 piece for $60 | |
| Plastic food wrap | Kirkland | Stretch-tite | food wrap Plastic food wrap |
| Potassium ferricynide | Merck | 104982 | 1 kg |
| 1N Potassium hydroxide solution (1 mol/l) | Scharlau | 1 Liter | |
| Clear Office tape 3mm | 3M Scotch | semi-transparent, used as diffuser for illumination | |
| salt | Great Value Iodized Salt | 6 oz for $7 salt from supermarket | |
| Silicone oil (5Cst) | Sigma Alrich | 317667-250ML | top hydrophobic layer & filling layer between electrode and insulator |
| sucrose | table sugar from any supermarket, 6 dollar per pound | ||
| Surface mount blue LED | oznium | 3528 | Oznium 20 Pieces of PLCC-2 Surface Mount LEDs, 3528 Size SMD SMT LED - Blue |
| Surface mount resistor 180k Ohm | Balance World Inc | 3mm x 6 mm 1watt | |
| Surface mount resistor 510Ohm | Balance World Inc | bias resistor for LED, 3mmx6mm 1watt | |
| Water atomizer | Grove | operating frequency 100 kHz supply votage 5V max 2W The kit comes with ultrasonic transducer | |
| high voltage transistor | |||
References
- Convery, N., Gadegaard, N.
- Rackus, D. G., Ridel-Kruse, I. H., Pamme, N. Learning on a chip: Microfluidics for formal and informal science education. Biomicrofluidics. 13, 041501 (2019).
- Legge, C. H. Chemistry under the microscope-Lab on a chip technologies. Journal of Chemical Education. 79, 173 (2002).
- Fintschenko, Y. Education: a modular approach to microfluidics in the teaching laboratory. Lab On A Chip. 11, 3394 (2011).
- Mugele, F., Baret, J. -C. Electrowetting: from basics to applications. Journal of Physics: Condensed Matter. 17, 705-774 (2005).
- Lippmann, G. Relations entre les phenomenes electriques et capillary. Ann. Chim. Phys. 6, 494 (1875).
- Berge, B. Electrocapillarite et mouillge de films isolant par l'eau. C. R. Acad. Sci. II. 317, 157 (1993).
- Pollack, M. G., Fair, R. B., Shenderov, A. D. Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidics applications. Applied Physics Letters. 77, 1725 (2000).
- Lee, J., Kim, C. J. Surface-tension-driven microactuation based on continuous electrowetting. Journal of Microelectromechanical Systems. 9 (2), 171 (2000).
- Choi, K., Ng, A. H. C., Fobel, R., Wheeler, A. R.
- Jebrail, M. J., Wheeler, A. R. Let's get digital: digitizing chemical biology with microfluidics. Current Opinion in Chemical Biology. 14, 574-581 (2000).
- Pollack, M. G., Pamula, V. K., Srinivasan, V., Eckhardt, A. E. 2011. Applications of electrowetting-based digital microfluidics in clinical diagnostics. Expert Review of Molecular Diagnostics. 11, 393-407 (2011).
- Abdelgawad, M., Wheeler, A. R. Rapid prototyping in copper substrates for digital microfluidics. Advanced Materials. 19 (1), 133-137 (2007).
- Abdelgawad, M., Wheeler, A. R. Low-cost, rapid-prototyping of digital microfluidics devices. Microfluidics and Nanofluidics. 4, 349-355 (2008).
- Fobel, R., Fobel, C., Wheeler, A. R. DropBot: an open-source digital microfluidic control system with precise control of electrostatic driving force and instantaneous drop velocity measurement. Applied Physics Letters. 102, 193513 (2013).
- Yafia, M., Ahmadi, A., Hoorfar, M., Najjaran, H. Ultra-portable smartphone controlled integrated digital microfluidic system in a 3D-printed modular assembly. Micromachines. 6 (9), 1289-1305 (2015).
- Alistar, M., Gaudenz, U. OpenDrop: an integrated do-it-yourself platform for personal use of biochips. Bioengineering. 4 (2), 45 (2017).
- Khan, P., et al. Luminol-based chemiluminescent signals: clinical and non-clinical application and future uses. Applied Biochemistry and Biotechnology. 173 (2), 333-355 (2014).
- Agresti, J. J., et al. Ultrahigh-throughput screening in drop-based microfluidics for directed evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (9), 4004-4009 (2010).
- Microfluidics. , Available from: https://microfluidics.utoronto.ca/dropbot/ (2020).
- Busnel, J. M., et al. Evaluation of capillary isoelectric focusing in glycerol-water media with a view to hydrophobic protein applications. Electrophoresis. 26, 3369-3379 (2005).
- Chatterjee, D., Shepherd, H., Garrell, R. L. Electromechanical model for actuating liquids in a two plate droplet microfluidic device. Lab On A Chip. 9, 1219-1229 (2009).
