Name: Ein vielseitiges Kit basierend auf digitaler Mikrofluidics Droplet-Betätigung für die wissenschaftliche Bildung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-04-26T13:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 46 s
Description: Lernen Sie digitale Mikrofluidik mit einem kostengünstigen Bildungs-Kit auf Basis einer Leiterplatte. Diese Methode ermöglicht praktische Experimente zur Tröpfchenmanipulation für Studierende und Do-it-yourself-Anwendungen.

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Y. T. Y. möchte die finanzielle Unterstützung des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie unter den Fördernummern MOST 107-2621-M-007-001-MY3 und der National Tsing Hua University unter der Fördernummer 109Q2702E1 würdigen. Mark Kurban von der Edanz Group (https://en-author-services.edanzgroup.com/ac) hat einen Entwurf dieses Manuskripts herausgegeben.

1) Montage des digitalen Mikrofluidik-Kits
<ol><li>Löten Sie die Oberflächenmontagewiderstände, Transistoren und Leuchtdioden auf die Leiterplatte gemäß den Schaltplänen in Abbildung 1b.</li>
	<li>Schließen Sie den Ausgang der Hochspannungs-Netzteilplatine mit gelöteten Komponenten an die Leiterplatte an (Abbildung 2 und Zusatzabbildung 1).</li>
	<li>Schließen Sie die Batterie an die Spannungsverstärkerplatine an, um die Spannung von 6 V auf 12 V zu erhöhen (Abbildung 2 und Zusatzabbildung 1).</li>
	<li>Schließen Sie die Hochspannungs-Versorgungsplatine an die Spannungsverstärkerplatine an, um die Spannung von 12 V auf 230 V zu erhöhen(Abbildung 2 und Zusatzabbildung 1).</li>
	<li>Schließen Sie den Feuchtigkeitssensor an die Mikrocontrollerplatine an. Schließen Sie den Ultraschall-Piezo-Zerstäubeniser und das Zerstäuber-Treiberboard an die Mikrocontrollerplatine an (Abbildung 2 und Ergänzende Abbildung 1).</li>
	<li>Legen Sie die gesamte Baugruppe in das Acrylgehäuse mit den Abmessungen 23 cm x 20,5 cm x 6 cm.</li>
	<li>Schalten Sie den Mikrocontroller mit dem Code (Supplementary Code) ein und verwenden Sie das digitale Multimeter, um die Spannung der EWOD-Elektrode zu messen, um sicherzustellen, dass die Ausgangsspannung 230 V beträgt. Passen Sie den variablen Widerstand der Hochspannungs-Versorgungsplatine so an, dass die Ausgangsspannung 230 V beträgt(Zusatzabbildung 2).</li>
</ol>2) Herstellung des Isolators auf dem Elektrodenarray
<ol><li>Tragen Sie saubere Nitrilhandschuhe. Verwenden Sie eine Mikropipette, um silikonöl mit einem Wert von 10 °C 5 cSt auf den Elektrodenbereich aufzutragen und das Silikonöl gleichmäßig auf den Elektrodenbereich zu verteilen. Beachten Sie, dass das Silikonöl als Füllung zwischen Elektrode und Lebensmittel-Wrap-Isolator dient und Luftspalte zu vermeiden.</li>
	<li>Schneiden Sie ein Stück Lebensmittelfolie mit Abmessungen von ca. 2,5 cm x 4 cm und legen Sie es auf die Elektrode. Verwenden Sie die Mikropipette, um das Silikonöl mit einem Finger gleichmäßig zu verteilen. Beachten Sie, dass das Silikonöl als hydrophobe Schicht auf dem Isolator dient.</li>
</ol>3) Chemilumineszenzexperiment auf Basis von Luminol
<ol><li>Mischen Sie 0,25 g Luminol und 1,6 g NaOH in 25 ml entionisiertem Wasser in einem Becher mit einem Glasrührer, um eine Lösung zu erhalten.</li>
	<li>Mischen Sie 20 ml der Lösung aus dem vorherigen Schritt mit 20 ml 3% Wasserstoffperoxid.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Mikropipette, um 2-5 l der Luminol-Lösung aus dem vorherigen Schritt auf die Zielelektrode zu legen.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Mikropipette, um 10 l 0,1% mit Kaliumferricyanid auf die Elektrode zu legen. Beachten Sie, dass dies der Tröpfchen ist, der für die Elektrobenetzung bewegt werden soll.</li>
	<li>Schalten Sie den Mikrocontroller ein, um das 10-L-Tröpfchen Kaliumferricyanid zu bewegen, um mit dem Luminol zu verschmelzen.</li>
</ol>4) Fluoreszierendes Bildgebungsexperiment
<ol><li>Schneiden Sie ein Stück halbtransparentes Klebeband mit Maßen von 1 cm x 1 cm. Legen Sie das halbtransparente Band zwischen die Anregungsleuchtdiode und EWOD-Elektroden.</li>
	<li>Befestigen Sie den Emissionsfarbglasfilter mit Klebeband an der Kamera des Smartphones.</li>
	<li>Mischen Sie 2,5 mg Fluorescein isothiocyanat in wässriger Ethanollösung (3% w/w).</li>
	<li>Pipette 10 l der Lösung aus dem vorherigen Schritt auf einer der Elektroden.</li>
	<li>Schalten Sie den Mikrocontroller ein.</li>
	<li>Verwenden Sie das Smartphone, um ein Video der Tröpfchenbetätigung aufzunehmen.</li>
</ol>5) Langzeit-Tröpfchen-Betätigungsexperiment mit Ultraschall-Zerstäuben
<ol><li>1 ml Wasser auf den Ultraschallzerstäuber legen. Beachten Sie, dass der Code geschrieben wird, um einen Schwellenwert-Feedback-Algorithmus zu verwenden, um eine Luftfeuchtigkeit von über 90 % beizubehalten.</li>
	<li>Legen Sie ein 10-L-Tröpfchen mit einer Mikropipette. Schalten Sie den Mikrocontroller ein und schließen Sie sofort den Deckel des Gehäuses.</li>
	<li>Warten Sie auf 1 h. Visuelle Überprüfung der Tröpfchenbetätigung.</li>
</ol>

<ol><li>Convery, N., Gadegaard, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((30+years+of+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Micro+and+Nano+Engineering%22%5BJournal%5D)">30 years of microfluidics.</a> Micro and Nano Engineering. 2, 76-91 (2019).</li>
<li>Rackus, D. G., Ridel-Kruse, I. H., Pamme, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning+on+a+chip%3A+Microfluidics+for+formal+and+informal+science+education%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Learning on a chip: Microfluidics for formal and informal science education.</a> Biomicrofluidics. 13, 041501(2019).</li>
<li>Legge, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+under+the+microscope-Lab+on+a+chip+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Education%22%5BJournal%5D)">Chemistry under the microscope-Lab on a chip technologies.</a> Journal of Chemical Education. 79, 173(2002).</li>
<li>Fintschenko, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Education%3A+a+modular+approach+to+microfluidics+in+the+teaching+laboratory%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+On+A+Chip%22%5BJournal%5D)">Education: a modular approach to microfluidics in the teaching laboratory.</a> Lab On A Chip. 11, 3394(2011).</li>
<li>Mugele, F., Baret, J. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting%3A+from+basics+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">Electrowetting: from basics to applications.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 17, 705-774 (2005).</li>
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<li>Berge, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrocapillarite+et+mouillge+de+films+isolant+par+l%27eau%5BTitle%5D)+AND+%22C.+R.+Acad.+Sci.+II%22%5BJournal%5D)">Electrocapillarite et mouillge de films isolant par l'eau.</a> C. R. Acad. Sci. II. 317, 157(1993).</li>
<li>Pollack, M. G., Fair, R. B., Shenderov, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting-based+actuation+of+liquid+droplets+for+microfluidics+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidics applications.</a> Applied Physics Letters. 77, 1725(2000).</li>
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<li>Abdelgawad, M., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost%2C+rapid-prototyping+of+digital+microfluidics+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Low-cost, rapid-prototyping of digital microfluidics devices.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 4, 349-355 (2008).</li>
<li>Fobel, R., Fobel, C., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DropBot%3A+an+open-source+digital+microfluidic+control+system+with+precise+control+of+electrostatic+driving+force+and+instantaneous+drop+velocity+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">DropBot: an open-source digital microfluidic control system with precise control of electrostatic driving force and instantaneous drop velocity measurement.</a> Applied Physics Letters. 102, 193513(2013).</li>
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<li>Alistar, M., Gaudenz, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OpenDrop%3A+an+integrated+do-it-yourself+platform+for+personal+use+of+biochips%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineering%22%5BJournal%5D)">OpenDrop: an integrated do-it-yourself platform for personal use of biochips.</a> Bioengineering. 4 (2), 45(2017).</li>
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 <a target="_blank" href="https://microfluidics.utoronto.ca/dropbot/">https://microfluidics.utoronto.ca/dropbot/</a> (2020).</li>
<li>Busnel, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+capillary+isoelectric+focusing+in+glycerol-water+media+with+a+view+to+hydrophobic+protein+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Evaluation of capillary isoelectric focusing in glycerol-water media with a view to hydrophobic protein applications.</a> Electrophoresis. 26, 3369-3379 (2005).</li>
<li>Chatterjee, D., Shepherd, H., Garrell, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+model+for+actuating+liquids+in+a+two+plate+droplet+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+On+A+Chip%22%5BJournal%5D)">Electromechanical model for actuating liquids in a two plate droplet microfluidic device.</a> Lab On A Chip. 9, 1219-1229 (2009).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht es dem Leser, ein funktionierendes EWOD-System zur Tröpfchenbetätigung zusammenzustellen und zu testen und praktische Erfahrungen mit Mikrofluidik zu sammeln. Wir vermeiden bewusst teure Komponenten und chemische Proben. Derzeit kann ein Kit für 130 $ mit dem teuersten Bauteil optisches Farbglas für fluoreszierende Bildgebung und Mikrocontroller ohne das benutzerdefinierte Acrylgehäuse(Ergänzungstabelle 1) konstruiert werden. Zu einem solchen Preis sind auch ein...

Microfluidics ist ein hochgradig interdisziplinäres Feld, das Physik, Chemie, Biologie und Technik zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen von Femtoliter bis Mikroliter1. Mikrofluidik ist auch ein sehr breites und aktives Feld; eine Web of Science-Suche gibt fast 20.000 Publikationen zurück, und dennoch gibt es nicht genügend Literatur und Rezensionspapiere über die Verwendung von Mikrofluidik als pädagogisches Werkzeug2. Es gibt zwei aufschlussreiche, wenn auch veraltete Rezensionsartikel von Legge und Fintschenko3,4. Legge führt Pädagogen in die Idee eines Labors auf einem Chip3ein. Fintschenko wies auf die Rolle des Mikrofluidik-Lehrlabors in der Mint-Ausbildung (Science Technology Engineering Mathematics) hin und vereinfachte die Philosophien in "Mikrofluidik lehren" und "Mikrofluidik verwenden"4. Eine neuere Rezension von Rackus, Ridel-Kruse und Pamme im Jahr 2019 weist darauf hin, dass die Mikrofluidik nicht nur interdisziplinär ist, sondern auch ein sehr praktisches Thema2ist. Die praktische Aktivität im Zusammenhang mit der Praxis der Mikrofluidik verleiht den Studierenden forschungsbasiertes Lernen und macht es zu einem fesselnden Werkzeug für die Wissenschaftskommunikation und Öffentlichkeitsarbeit. Mikrofluidik bietet in der Tat viel Potenzial für die wissenschaftliche Bildung sowohl in formellen als auch in informellen Umgebungen und ist auch ein ideales "Werkzeug", um die breite Öffentlichkeit für den interdisziplinären Aspekt der modernen Wissenschaften zu begeistern und zu erziehen.
Beispiele wie kostengünstige Mikrokanalgeräte, Papiermikrofluidik und digitale Mikrofluidik sind ideale Werkzeuge für Bildungszwecke. Unter diesen Plattformen bleibt die digitale Mikrofluidik esoterisch, und es fehlen Berichte, die auf digitaler Mikrofluidik basieren,2. Hier schlagen wir vor, digitale Mikrofluidik aus mehreren Gründen als pädagogisches Instrument zu nutzen. Erstens unterscheidet sich die digitale Mikrofluidik sehr von mikrokanalbasierten Paradigmen, da sie auf der Manipulation der Tröpfchen und der Verwendung der Tröpfchen als diskrete Mikrogefäße basiert. Zweitens werden Tröpfchen auf relativ generischen Elektroden-Array-Plattformen manipuliert, so dass digitale Mikrofluidik eng mit Mikroelektronik gekoppelt werden kann. Benutzer können auf einen erweiterten Satz elektronischer Komponenten zugreifen, die jetzt für Heimwerkeranwendungen gut zugänglich sind, um die elektronische Schnittstelle mit Tröpfchen zu ermöglichen. Daher argumentieren wir, dass digitale Mikrofluidik es den Schülern ermöglichen kann, diese einzigartigen Aspekte zu erleben und aufgeschlossen zu sein, nicht übermäßig an Mikrokanal-basierter geringer Reynold-Anzahl mikrofluidics1festzuhalten.
Kurz gesagt, der Bereich der digitalen Mikrofluidik basiert weitgehend auf den Elektronässungsphänomenen, die zuerst von Gabriel Lippmann5,6beschrieben wurden. Die jüngsten Entwicklungen wurden von Berge In den frühen 1990er Jahreninitiiert 7. Sein Wichtigster Beitrag ist die Idee, einen dünnen Isolator einzuführen, um die leitfähige Flüssigkeit von metallischen Elektroden zu trennen, um das Problem der Elektrolyse zu beseitigen. Diese Idee wurde als Elektronässe auf Dielektrikum (EWOD) bezeichnet. In der Folge wurde die digitale Mikrofluidik von mehreren Pionierforschern bekannt gemacht8,9. Nun wurde eine umfassende Liste von Anwendungen, z.B. in der klinischen Diagnostik, Chemie und Biologie, zur digitalen Mikrofluidik10,11,12 nachgewiesen und somit stehen viele Beispiele für einen pädagogischen Rahmen zur Verfügung. Insbesondere auf der Linie der niedrigen Kosten, Do-it-yourself digitale Mikrofluidik, Abdelgawad und Wheeler haben zuvor berichtet low-cost, Rapid Prototyping der digitalen Mikrofluidik13,14. Fobel et al., hat auch Berichtet DropBot als Open-Source-Digital-Mikrofluid-Steuerungssystem15. Yafia et al., berichtete auch eine tragbare digitale Mikrofluidik auf Basis von 3D-gedruckten Teilen und kleineretelefon16. Alistar und Gaudenz haben auch die batteriebetriebene OpenDrop-Plattform entwickelt, die auf dem Feldeffekt-Transistor-Array und der DC-Betätigung17basiert.
Hier präsentieren wir ein digitales Mikrofluidik-Lernkit, das auf einer leiteritellen Leiterplatte (PCB) basiert, die es dem Benutzer ermöglicht, praktische Erfahrungen mit digitaler Mikrofluidik zu sammeln und zu sammeln (Abbildung 1). Die Gebühr für den Service zum Erstellen von Leiterplatten aus digitalen Designdateien ist weit verbreitet, und daher denken wir, dass es sich um eine praktikable kostengünstige Lösung für die Bildung handelt, vorausgesetzt, dass digitale Designdateien gemeinsam genutzt werden können. Die sorgfältige Auswahl der Komponenten und das Systemdesign werden getroffen, um den Montageprozess zu vereinfachen und eine Schnittstelle mit dem intuitiven Benutzer zu schaffen. Daher wird anstelle einer Zwei-Platten-Konfiguration eine Ein-Platten-Konfiguration verwendet, um eine Platte zu vermeiden. Sowohl die Komponenten als auch die Prüfchemikalien müssen leicht verfügbar sein. Zum Beispiel wird Lebensmittelverpackung aus dem Supermarkt als Isolator in unserem Kit verwendet.
Um die Machbarkeit unseres Kits zu beweisen, schlagen wir ein spezifisches Chemieexperiment vor, das auf der Chemilumineszenz von Luminol basiert, und stellen das Protokoll zur Verfügung. Die Hoffnung ist, dass die visuelle Beobachtung der Chemilumineszenz Studenten begeistern und begeistern kann. Luminol ist eine Chemikalie, die einen blauen Glanz aufweist, wenn sie mit einem Oxidationsmittel wieH2O2 gemischt wird und in der Regel in der Forensik verwendet wird, um Blut zu erkennen18. In unserem Labor dient Kaliumferricyanid als Katalysator. Luminol reagiert mit dem Hydroxid-Ion und bildet ein Dianion. Das Dianion reagiert anschließend mit Sauerstoff aus Wasserstoffperoxid, um 5-Aminophthalsäure mit Elektronen in einem angeregten Zustand zu bilden, und die Entspannung der Elektronen vom angeregten Zustand in den Bodenzustand führt zu Photonen, die als Blaulichtausbruch sichtbar sind.
Wir berichten auch über ein fluoreszierendes Bildgebungsexperiment mit einem Smartphone, um die Integration einer Leuchtdiode (LED) als Anregungslichtquelle zu demonstrieren. Schließlich ist die Tröpfchenverdunstung ein Problem in der Mikrofluidik, wird aber selten angegangen. (Ein Wassertröpfchen von 1 l geht innerhalb von 1 h von einem offenen Substrat3verloren.) Wir verwenden einen Zerstäuber auf Basis eines hochfrequenten Piezo-Wandlers, um Wasser in feinen Nebel umzuwandeln. Dadurch entsteht eine befeuchtete Umgebung, um eine Tröpfchenverdunstung zu verhindern, und zeigt eine langfristige (ca. 1 h) Tröpfchenbetätigung.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig01.jpg"> Abbildung 1:Schemata der EWOD-Einrichtung. (a) Ein Mikrocontroller wird verwendet, um der EWOD-Elektrode eine Regelsequenz zur Verfügung zu stellen. Auch die Luftfeuchtigkeit wird kontrolliert. (b) Schemata des Leiterplattenlayouts. Elektroden, LED für fluoreszierende Bildgebung, Widerstand und Feldeffekttransistoren (FET) sind gekennzeichnet. Maßstabsleiste von 1 cm wird ebenfalls angezeigt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig02.jpg"> Abbildung 2:Obere Ansicht des Kits. Mikrocontroller-Platine, Hochspannungs-Versorgungsplatine, EWOD-Leiterplatte, Feuchtesensor und Zerstäuber sind beschriftet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

<table><tbody><tr><td>Acrylgehäuse</td><td>LOKALER Anbieter</td><td></td><td>23cm x 20,5 cm x 6cm</td></tr><tr><td>Ardunion Uno</td><td>Arduino</td><td>UNO</td><td>Mikrocontroller-Platine</td></tr><tr><td>Essigsäure</td><td>Sigma Alrich</td><td>695092-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Breadboard</td><td>MCIGICM</td><td>400tie</td><td>4 cm x 7 cm, 400 Punkte lötfreies Steckbrett, eine Packung mit 4</td></tr><tr><td>BSP89 H6327 Infineon MOSFET&nbsp;</td><td>Mouser</td><td>726-BSP89H6327</td><td>Drain Soure Durchbruchspannung 240V, Einschaltwiderstand 4,2 Ohm</td></tr><tr><td>Citridsäure</td><td>Sigma Alrich</td><td>251275-100G</td><td></td></tr><tr><td>Color Glasfilter &nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>FGL 530</td><td>Farbglasfilter für die Fluoreszenzbildgebung</td></tr><tr><td>DHT11 Temperatur- & Feuchtigkeitssensor</td><td>adafruit</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digitalmultimeter</td><td>Fluke</td><td>17B</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescein-Isothiocyanat-Isomer I</td><td>Sigma Alrich</td><td>F7250-50MG</td><td>50 mg Preis, Fluoreszenzbildgebung</td></tr><tr><td>Glycerinol</td><td>Sigma Alrich</td><td>G9012-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Hochspannungsnetzteil für Nixe-Röhre</td><td>Vaorwne</td><td>NCH6100HV</td><td>Hochspannungsleistung max. dc 235V</td></tr><tr><td>LM2596 Spannungsverstärkerschaltung</td><td></td><td></td><td>Boost-Spannung von 5V bis 12 V</td></tr><tr><td>Luminol</td><td>Sigma Alrich</td><td>123072-5G</td><td>5 g für $110</td></tr><tr><td>Pippet</td><td>Thermal Fisher</td><td></td><td>1- 10 ul</td></tr><tr><td>Leiterplatte&nbsp;</td><td>Lokaler Verkäufer</td><td></td><td>10 Stück für $60</td></tr><tr><td>Lebensmittelverpackung</td><td>Kirkland</td><td>Stretch-tite&nbsp;</td><td>Lebensmittelverpackung Lebensmittelfolie aus Kunststoff</td></tr><tr><td>Kaliumferricynid</td><td>Merck</td><td>104982</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>1N Kaliumhydroxidlösung (1 mol/l)</td><td>Scharlau&nbsp;</td><td></td><td>1 Liter</td></tr><tr><td>klares Büroband 3mm</td><td>3M Scotch</td><td></td><td>halbtransparent, wird als Diffusor für</td></tr><tr><td>Beleuchtungssalz</td><td>verwendet Tolles Wert Jodsalz</td><td></td><td>6 Unzen für $7 Salz aus dem Supermarkt</td></tr><tr><td>Silikonöl (5Cst)</td><td>Sigma Alrich</td><td>317667-250ML</td><td>obere hydrophobe Schicht & Füllschicht zwischen Elektrode und Isolator</td></tr><tr><td>Saccharose</td><td></td><td></td><td>Haushaltszucker&nbsp; aus jedem Supermarkt, 6 Dollar pro Pfund</td></tr><tr><td>Oberflächenmontage blaue LED</td><td>oznium</td><td>3528</td><td>Oznium 20 Stück PLCC-2 oberflächenmontierbare LEDs, 3528 Größe SMD SMT LED - Blau</td></tr><tr><td>Oberflächenmontage Widerstand 180k Ohm</td><td>Balance World Inc</td><td></td><td>3mm x 6 mm 1Watt</td></tr><tr><td>Oberflächenmontage Widerstand 510Ohm</td><td>Balance World Inc</td><td></td><td>Vorspannungswiderstand für LED, 3mmx6mm 1Watt</td></tr><tr><td>Wasserzerstäuber</td><td>Grove&nbsp;</td><td></td><td>Betriebsfrequenz 100 kHz&nbsp; Versorgungsvolumen 5V max 2W&nbsp; Das Kit wird mit Ultraschallwandler</td></tr><tr> geliefert<td colspan="4">Hochspannungstransistor</td></tr></tbody></table>

ein vielseitiges kit basierend auf digitaler mikrofluidics droplet-betätigung für die wissenschaftliche bildung

A Versatile Kit Based on Digital Microfluidics Droplet Actuation for Science Education

Dieses Papier beschreibt ein Schulungspaket, das auf digitaler Mikrofluidik basiert. Als spezifisches Beispiel wird ein Protokoll für ein Luminol-basiertes Chemilumineszenzexperiment berichtet. Es hat auch fluoreszierende Bildgebungsfähigkeit und geschlossenbefeuchtetes Gehäuse auf Basis eines Ultraschallzerstäubers, um Verdunstung zu verhindern. Das Kit kann in kurzer Zeit und mit minimaler Ausbildung in Elektronik und Löten montiert werden. Das Kit ermöglicht es sowohl Studenten und Enthusiasten, praktische Erfahrungen in der Mikrofluidik auf intuitive Weise zu sammeln und geschult zu werden, um sich mit digitaler Mikrofluidik vertraut zu machen.

Die Tröpfchenbetätigung wird mit einem Smartphone aufgezeichnet. Repräsentative Ergebnisse für Chemilumineszenz und fluoreszierende Bildgebung sind in Abbildung 3 und Abbildung 4dargestellt. Für das Chemilumineszenzexperiment wird das Tröpfchen von 10 L Ferricyanid betätigt, um sich zu bewegen und mit vorgelagerten 2 L Tröpfchen auf der Zielelektrode zu mischen, wie in Abbildung 3dargestellt. Der Zei...

Wir beschreiben ein Schulungspaket, mit dem Benutzer mehrere Experimente durchführen und praktische Erfahrungen mit digitaler Mikrofluidik sammeln können.

Ein vielseitiges Kit basierend auf digitaler Mikrofluidics Droplet-Betätigung für die wissenschaftliche Bildung

This paper describes an educational kit based on digital microfluidics. A protocol for luminol-based chemiluminescence experiment is reported as a ...

Wir präsentieren ein digitales Mikrofluidik-Schulungskit, das auf einer handelsüblichen Leiterplatte basiert, die es dem Benutzer ermöglicht, praktische Erfahrungen mit digitaler Mikrofluidik zu sammeln. Dies ist eine praktikable, kostengünstige Lösung für die Bildung, vorausgesetzt, dass digitale PCB-Designdateien gemeinsam genutzt werden können. Wir schlagen vor, digitale Mikrofluidik als pädagogisches Werkzeug zu verwenden, da Tröpfchen auf generischen Elektroden-Array-Plattformen manipuliert werden.Benutzer können auf einem erweiterten Satz von elektronischen Komponenten nutzen, die jetzt für Do-it-yourself-Anwendungen gut zugänglich sind, um die elektronische Schnittstelle mit den Tröpfchen zu nutzen. Demonstriert wird das Verfahren von Yu Hao Guo, einem Doktoranden des Yang-Labors. Beginnen Sie mit dem Löten der Oberflächenhalterungwiderstände, Transistoren und Leuchtdioden auf die Leiterplatte.Schließen Sie den Ausgang der Hochspannungs-Netzteilplatine mit den gelöteten Komponenten an die Leiterplatte an. Schließen Sie dann die Batterie an die Spannungsverstärkerplatine an, um die Spannung von sechs Volt auf 12 Volt zu erhöhen. Schließen Sie den Feuchtigkeitssensor, den Ultraschall-Piezozerstäuber und das Zerstäuber-Treiberboard an die Mikrocontrollerplatine an.Schalten Sie den Mikrocontroller mit dem bereitgestellten Zusatzcode ein. Stellen Sie den variablen Widerstand der Hochspannungsplatine ein und verwenden Sie das digitale Multimeter, um die Spannung der EWOD-Elektrode zu messen. Tragen Sie saubere Nitrilhandschuhe und tragen Sie 10 Mikroliter fünf Centistoke Silikonöl auf den Elektrodenbereich mit einer Mikropipette auf.Das Öl gleichmäßig auf den Elektrodenbereich mit einem Finger verteilen. Schneiden Sie ein Stück Lebensmittelfolie mit den Abmessungen 2,5 mal vier Zentimeter und legen Sie es auf die Elektrode. Silikonöl mit einer Mikropipette auf den Elektrodenbereich auftragen und gleichmäßig verteilen.Um ein Chemilumineszenzexperiment durchzuführen, legen Sie zwei bis fünf Mikroliter Luminollösung mit einer Mikropipette auf die Zielelektrode. Legen Sie 10 Mikroliter 0,1% Kaliumferrocyanid auf die Elektrode, die als Tröpfchen zur Elektrobenetzung bewegt werden kann. Schalten Sie den Mikrocontroller ein, so dass das Kaliumferrocyanid-Tröpfchen mit dem Luminol verschmilzt.Für die fluoreszierende Bildgebung schneiden Sie ein halbtransparentes Band stück stück und legen Es zwischen die Anregungsleuchtdiode und EWOD-Elektroden. Befestigen Sie den Emissionsglasfilter mit Klebeband an der Kamera des Smartphones und legen Sie 10 Mikroliter der Kaliumferrocyanidlösung auf die Elektroden. Nehmen Sie das Video der Tröpfchenbetätigung mit einem Smartphone auf.Für die langfristige Tröpfchenbetätigung einen Milliliter Wasser auf den Ultraschallzerstäuber legen. Legen Sie ein Tröpfchen Kaliumferrocyanid und schalten Sie den Mikrocontroller ein. Schließen Sie dann sofort den Deckel des Gehäuses.Überprüfen Sie die Tröpfchenbetätigung nach einer Stunde. Hier wird eine repräsentative Tröpfchenbewegung angezeigt. Für das Chemilumineszenzexperiment wird das Tröpfchen Ferrocyanid betätigt, um sich zu bewegen und mit dem vorgelagerten Luminoltröpfchen auf der Zielelektrode nach 12 Sekunden zu mischen.Hier wird eine schematische Einrichtung einer LED als Lichtquelle für Anregung, ein halbtransparentes, klares Büroband als Lichtdiffusor und der direkt an der Smartphone-Kamera angeschlossene Emissionsfilter angezeigt. Die fluoreszierende Bildgebung des Fluorescein-Isothiocyanats im Dunkeln wird als Ergebnis des halbtransparenten Bandes gesehen, das als Diffusor dient, um das Anregungslicht gleichmäßig zu verteilen. Bei einem Langzeitexperiment kann eine erfolgreiche Tröpfchenbetätigung beobachtet werden.Repräsentative Feuchtedaten unter Der Einwirkung eines Ultraschallzerstäubers werden hier gezeigt. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um ein Schulungskit auf der Grundlage digitaler Mikrofluidik zu entwickeln. Als spezifisches Beispiel wird ein Luminol-basiertes Chemilumineszenzexperiment berichtet.Das Kit kann in kurzer Zeit und mit minimaler Ausbildung in Elektronik montiert werden. Das hier beschriebene vereinfachte Experiment kann auf andere Experimente ausgedehnt werden. Beispielsweise kann ein Papiertestkit verwendet werden, indem der Tröpfchen auf das zu absorbierende Papier bewegt wird.Ein Mikrocontroller mit Schnittstellenlogikschaltung kann auch hinzugefügt werden, um eine anspruchsvollere digitale Steuerung und Programmierbarkeit zu bieten. Dieses Protokoll kann nicht-professionellen Enthusiasten davon profitieren, Elektronik zu lernen und anzuwenden, um ihre Kenntnisse auf diesem Gebiet weiter zu erweitern.

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Ein neuartiger Mikrofluidik-System wurde entwickelt, mit dem Phänomen der passiven Pumpen und einem Benutzer gesteuert Flüssigkeit Delivery-System. Das Mikrofluidik-System hat das Potenzial, in einer Vielzahl von biologischen Anwendungen aufgrund ihrer niedrigen Kosten, einfache Handhabung, volumetrische Genauigkeit, hohe Geschwindigkeit, Reproduzierbarkeit und Automatisierung eingesetzt werden.

High Speed ​​Droplet-based Delivery System für Passive Pumping in Mikrofluidiksysteme

Droplet-based mikrofluidischen Plattformen sind vielversprechende Kandidaten für einen hohen Durchsatz Experimente, da sie in der Lage, Picoliter, Selbst-compartmentalized Schiffe kostengünstig erzeugen bei kHz Preise sind. Durch die Integration mit schnellen, empfindlichen und hoch aufgelöste Fluoreszenz-spektroskopischen Methoden kann die große Mengen von Informationen in diesen Systemen erzeugt effizient extrahiert werden können, genutzt und verwertet werden.

Fluoreszenz-Nachweisverfahren für Mikrofluidik-Tropfen-Plattformen

Wir haben eine automatisierte Zellkultur und Verhör Plattform für Mikro-Skala-Zell-Stimulation Experimente entwickelt. Die Plattform bietet eine einfache, vielseitige und präzise Kontrolle in den Anbau und die Förderung kleiner Populationen von Zellen und Gewinnen Lysate für molekulare Analysen. Die Plattform wird auch auf Studien, die kostbaren Zellen und / oder Reagenzien geeignet.

Eine vielseitige automatisierte Plattform für Mikro-Skala Handy Stimulation Experimente

Das Protokoll für die Herstellung und den Betrieb von Feldentnetzungsgeräten (Field-DW) wird beschrieben, sowie die vorläufigen Studien über die Auswirkungen elektrischer Felder auf den Tröpfchengehalt.

Vorteilhafte Reduzierte Droplet-Oberflächen-Wechselwirkung, um den Transport Bioanalyten in Digitale Mikrofluidik Optimieren

Wir präsentieren eine diskrete Tröpfchen Probeneinführungssystem für induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS). Es basiert auf einem günstigen und Einweg-Mikrofluidik-Chip, hochmonodispersen Tröpfchen von 90 bis 7000 Hz erzeugt in einem Größenbereich von 40 bis 60 &amp; mgr; m bei Frequenzen basiert.

Eines mikrofluidischen Chips für ICPMS Probenaufgabe

Wir beschreiben einen digitalen Endpunkt-Assay zur Quantifizierung von Nukleinsäuren mit einer vereinfachten (analogen) Auslesung. Wir messen die Massenfluoreszenz von tröpfchenbasierten digitalen Assays mit einem Standard-qPCR-Gerät anstelle von speziellen Instrumenten und bestätigen unsere Ergebnisse durch Mikroskopie.

Einfache Massen Auslesen des digitalen Nukleinsäure Quantifizierung Assays

Hier demonstrieren wir eine einfache Produktionsmethode für größensteuerbare, monodisperse Wasser-in-Öl (W/O) Mikrotröpfchen unter Verwendung eines kapillarbasierten zentrifugalen mikrofluidischen Geräts. Diese Methode benötigt nur ein geringes Probenvolumen und ermöglicht eine Produktion mit hoher Ausbeute. Wir gehen davon aus, dass diese Methode für schnelle biochemische und zelluläre Analysen nützlich sein wird.

Kapillar-basierten Kreisel Mikrofluidik-Vorrichtung zur Größe steuerbare Bildung von monodispersen Mikrotröpfchen

Labor-in-a-Drop Reaktionssysteme erlauben die vielseitige Implementierung von komplexen Reaktionen in mikrofluidischen Maßstab. Eine automatisierte Betätigung-Plattform, bestehend aus einem 3 x 3-Matrix von elektromagnetischen Spulen wurde entwickelt und erfolgreich eingesetzt, um verschmelzen zwei 10 µL Mikroreaktoren und dadurch eine enzymatische Reaktion in die resultierenden flüssige Murmeln zu initiieren.

Wässrige Tröpfchen als enzymatische Mikroreaktoren und deren elektromagnetischen Betätigung

Elektrowetting-basierte digitale Mikrofluidic ist eine Technik, die eine spannungsgetriebene Änderung des scheinbaren Kontaktwinkels eines Mikroliter-Volumentröpfchens nutzt, um seine Manipulation zu erleichtern. Die Kombination mit funktionalisierten Magnetperlen ermöglicht die Integration mehrerer Laboreinheiten zur Probenvorbereitung und Identifizierung von Krankheitserregern mittels Enzym-linked Immunosorbent Assay (ELISA).

Elektrowetting-basierte Digital Microfluidics Plattform für automatisierte enzymgebundene Immunsorbent Assay

Dieses Protokoll beschreibt, wie das mikrobielle Mikrotröpfchenkultursystem (MMC) verwendet wird, um eine automatisierte mikrobielle Kultivierung und adaptive Evolution durchzuführen. MMC kann Mikroorganismen automatisch und kontinuierlich kultivieren und subkultivieren und ihr Wachstum online mit relativ hohem Durchsatz und guter Parallelisierung überwachen, wodurch der Arbeits- und Reagenzienverbrauch reduziert wird.

Automatisierte mikrobielle Kultivierung und adaptive Evolution mit mikrobiellem Mikrotröpfchenkultursystem (MMC)

Die Herstellung einer auf Polydimethylsiloxan (PDMS) basierenden Doppelschichtbaurichtung zur Herstellung von kombinatorischen Bibliotheken in Wasser-in-Öl-Emulsionen (Plugs) wird hier vorgestellt. Die notwendige Hard- und Software, die zur Automatisierung der Steckerproduktion erforderlich ist, wird im Protokoll detailliert beschrieben, und die Herstellung einer quantitativen Bibliothek von Leuchtstoffsteckern wird ebenfalls demonstriert.

Zweischichtiges mikrofluidisches Gerät für die kombinatorische Steckerproduktion

Lernen Sie digitale Mikrofluidik mit einem kostengünstigen Bildungs-Kit auf Basis einer Leiterplatte. Diese Methode ermöglicht praktische Experimente zur Tröpfchenmanipulation für Studierende und Do-it-yourself-Anwendungen.

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