Un kit versátil basado en la actuación de gotas de microfluídica digital para la educación científica

Presentamos un kit educativo de microfluidics digitales basado en una placa de circuito impreso de origen comercial que permite al usuario obtener experiencia práctica con microfluídicos digitales. Esta es una solución viable y de bajo costo para la educación siempre que los archivos de diseño de PCB digitales se puedan compartir. Proponemos utilizar la microfluidics digital como herramienta educativa porque las gotas se manipulan en plataformas genéricas de matriz de electrodos.

Los usuarios pueden aprovechar un conjunto extendido de componentes electrónicos ahora altamente accesibles para aplicaciones do-it-yourself para interactuar electrónicamente con las gotas. Demostrando que el procedimiento será Yu Hao Guo, un estudiante graduado del Laboratorio Yang. Comience soldando las resistencias de montaje superficial, los transistores y los diodos emisores de luz en la placa PCB.

Conecte la salida de la placa de alimentación de alta tensión a la placa PCB con los componentes soldados. A continuación, conecte la batería a la placa de refuerzo de voltaje para aumentar el voltaje de seis voltios a 12 voltios. Conecte el sensor de humedad, el atomizador piezoeléctrico ultrasónico y la placa conductora del atomizador a la placa de microcontrolador.

Encienda el microcontrolador utilizando el código suplementario proporcionado. Ajuste la resistencia variable de la placa de alta tensión y utilice el multimesímetro digital para medir el voltaje del electrodo EWOD. Use guantes de nitrilo limpios y aplique 10 microlitros de aceite de silicona de cinco centistos en el área del electrodo utilizando un micropipette.

Extienda el aceite uniformemente en el área del electrodo con un dedo. Corta un trozo de envoltura de alimentos con dimensiones de 2,5 por cuatro centímetros y colóquelo encima del electrodo. Aplique aceite de silicona en el área del electrodo utilizando un micropipette y esparce uniformemente.

Para realizar un experimento de quimioluminiscencia, coloque de dos a cinco microlitros de solución de luminol en el electrodo objetivo utilizando un micropipette. Coloque 10 microlitros de ferrocianuro de potasio al 0,1% en el electrodo que se puede mover como gota para electrowetting. Encienda el microcontrolador para que la gota de ferrocianuro de potasio se fusione con el luminal.

Para imágenes fluorescentes, corte una pieza de un centímetro cuadrado de cinta semitransparente y colóquela entre el diodo emisor de luz de excitación y los electrodos EWOD. Conecte el filtro de vidrio de emisión a la cámara del smartphone con cinta adhesiva y coloque 10 microlitros de la solución de ferrocianuro de potasio en los electrodos. Graba el vídeo de la actuación de la gota con un smartphone.

Para una actuación de gotas a largo plazo, coloque un mililitro de agua en el atomizador ultrasónico. Coloque una gota de ferrocianuro de potasio y encienda el microcontrolador. A continuación, cierre inmediatamente la tapa de la carcasa.

Compruebe la actuación de las gotas después de una hora. Aquí se muestra un movimiento representativo de gotas. Para el experimento de quimioluminiscencia, la gota de ferrocianuro se acciona para moverse y mezclar con la gota de luminal pre-depositada en el electrodo objetivo a 12 segundos.

Aquí se muestra una configuración esquemática de un LED que sirve como fuente de luz para excitación, una cinta de oficina transparente y transparente como difusor de luz y el filtro de emisión conectado directamente a la cámara del smartphone. Las imágenes fluorescentes de la gota que contiene isoticianato de fluoresceína en la oscuridad se ven como resultado de la cinta semitransparente que sirve como difusor para distribuir uniformemente la luz de excitación. Para un experimento a largo plazo, se puede observar una actuación exitosa de las gotas.

Aquí se muestran los datos representativos de humedad bajo la acción de un atomizador ultrasónico. Este protocolo se puede utilizar para desarrollar un kit educativo basado en microfluídicos digitales. Un experimento de quimioluminiscencia basado en luminal se notifica como un ejemplo específico.

El kit se puede montar en un corto período de tiempo y con un entrenamiento mínimo en electrónica. El experimento simplificado descrito aquí se puede extender a otros experimentos. Por ejemplo, se puede utilizar un kit de prueba de papel moviendo la gota al papel que se va a absorber.

También se puede agregar un microcontrolador con circuito lógico de interfaz para proporcionar un control digital y una programación más sofisticados. Este protocolo puede beneficiar a los entusiastas no profesionales para aprender y aplicar la electrónica para avanzar aún más en su conocimiento del campo.