Un kit polyvalent basé sur l’actionnement numérique de gouttelette de microfluidique pour l’éducation scientifique

Nous présentons un kit éducatif microfluidique numérique basé sur un circuit imprimé d’origine commerciale qui permet à l’utilisateur d’obtenir une expérience pratique avec les microfluidiques numériques. Il s’agit d’une solution viable et peu coûteux pour l’éducation à condition que les fichiers numériques de conception de BPC puissent être partagés. Nous proposons d’utiliser la microfluidique numérique comme outil éducatif car les gouttelettes sont manipulées sur des plateformes génériques de réseaux d’électrodes.

Les utilisateurs peuvent tirer parti d’un ensemble étendu de composants électroniques désormais hautement accessibles aux applications de faire soi-même pour interagir électroniquement avec les gouttelettes. Yu Hao Guo, un étudiant diplômé du Laboratoire Yang, démontrera la procédure. Commencez par souder les résistances de montage de surface, les transistors et les diodes électroluminescentes sur la planche pcb.

Connectez la sortie de la planche d’alimentation à haute tension à la carte PCB avec les composants soudés. Connectez ensuite la batterie à la planche d’appoint de tension pour augmenter la tension de six volts à 12 volts. Connectez le capteur d’humidité, l’atomiseur piezo ultrasonique et le tableau de bord du conducteur de l’atomiseur à la carte de microcontrôleur.

Allumez le microcontrôleur à l’aide du code supplémentaire fourni. Ajustez la résistance variable de la planche à haute tension et utilisez le multimètre numérique pour mesurer la tension de l’électrode EWOD. Portez des gants de nitrile propres et appliquez 10 microlitres de cinq huiles de silicone centistoke sur la zone de l’électrode à l’aide d’une micropipette.

Étendre l’huile uniformément sur la zone de l’électrode à l’aide d’un doigt. Couper un morceau d’enveloppement alimentaire avec des dimensions de 2,5 par quatre centimètres et le placer sur le dessus de l’électrode. Appliquer de l’huile de silicone sur la zone de l’électrode à l’aide d’une micropipette et l’étendre uniformément.

Pour effectuer une expérience de chimioluminescence, placez deux à cinq microlitres de solution de luminol sur l’électrode cible à l’aide d’une micropipette. Placer 10 microlitres de ferrocyanure de potassium à 0,1 % sur l’électrode qui peut être déplacé comme gouttelette pour l’électrowetting. Allumez le microcontrôleur pour que la gouttelette de ferrocyanure de potassium fusionne avec le luminol.

Pour l’imagerie fluorescente, coupez un morceau carré de ruban semi-transparent et placez-le entre la diode électroluminescente excitation et les électrodes EWOD. Fixez le filtre en verre d’émission sur l’appareil photo du smartphone avec du ruban adhésif et placez 10 microlitres de la solution de ferrocyanure de potassium sur les électrodes. Enregistrez la vidéo de l’actionnement gouttelette à l’aide d’un smartphone.

Pour l’actionnement à long terme des gouttelettes, placez un millilitre d’eau sur l’atomiseur ultrasonique. Déposer une gouttelette de ferrocyanure de potassium et allumer le microcontrôleur. Puis fermez immédiatement le couvercle de l’enceinte.

Vérifiez l’actionnement de gouttelette après une heure. Un mouvement représentatif de gouttelettes est montré ici. Pour l’expérience de chemiluminescence, la gouttelette de ferrocyanure est actionnée pour se déplacer et se mélanger avec la gouttelette de luminol pré-déposée sur l’électrode cible à 12 secondes.

Une configuration schématique d’une LED servant de source de lumière pour l’excitation, une bande de bureau claire semi-transparente comme diffuseur de lumière, et le filtre d’émission directement attaché à la caméra de smartphone est montré ici. L’imagerie fluorescente de la gouttelette contenant de l’isothiocyanate de fluorescéine dans l’obscurité est considérée comme le résultat de la bande semi-transparente servant de diffuseur pour répartir uniformément la lumière d’excitation. Pour une expérience à long terme, on peut observer une actionnement réussi des gouttelettes.

Des données représentatives d’humidité sous l’action d’un atomiseur ultrasonique sont montrées ici. Ce protocole peut être utilisé pour développer un kit éducatif basé sur la microfluidique numérique. Une expérience de chimioluminescence à base de luminol est rapportée comme un exemple spécifique.

Le kit peut être assemblé dans un court laps de temps et avec une formation minimale en électronique. L’expérience simplifiée décrite ici peut être étendue à d’autres expériences. Par exemple, une trousse d’essai papier peut être utilisée en déplaçant la gouttelette vers le papier pour être absorbée.

Un microcontrôleur avec circuit logique d’interface peut également être ajouté pour fournir un contrôle numérique et une programmabilité plus sophistiqués. Ce protocole peut bénéficier aux amateurs non professionnels d’apprendre et d’appliquer l’électronique pour faire progresser leurs connaissances sur le terrain.