Un kit versatile basato sull'attuazione digitale delle goccioline microfluidici per l'educazione scientifica

Presentiamo un kit didattico di microfluidica digitale basato su un circuito stampato di provenienza commerciale che consente all'utente di ottenere un'esperienza pratica con le microfluidica digitale. Questa è una soluzione praticabile e a basso costo per l'istruzione a condizione che i file di progettazione di PCB digitali possano essere condivisi. Proponiamo di utilizzare la microfluidica digitale come strumento educativo perché le goccioline vengono manipolate su piattaforme generiche di array di elettrodi.

Gli utenti possono sfruttare un set esteso di componenti elettronici ora altamente accessibili per le applicazioni fai-da-te per interfacciarsi elettronicamente con le goccioline. A dimostrare la procedura sarà Yu Hao Guo, uno studente laureato del Laboratorio Yang. Inizia saldando i resistori di montaggio superficiale, i transistor e i diodi emettitori di luce sulla scheda PCB.

Collegare l'uscita della scheda di alimentazione ad alta tensione alla scheda PCB con i componenti saldati. Quindi collegare la batteria alla scheda booster di tensione per aumentare la tensione da sei volt a 12 volt. Collegare il sensore di umidità, l'atomizzatore piezo ultrasonico e la scheda driver dell'atomizzatore alla scheda del microcontroller.

Accendere il microcontrollore utilizzando il codice supplementare fornito. Regolare il resistore variabile della scheda ad alta tensione e utilizzare il multimetro digitale per misurare la tensione dell'elettrodo EWOD. Indossare guanti in nitrile pulito e applicare 10 microlitri di olio di silicone da cinque centistoke sull'area dell'elettrodo utilizzando una micropipetta.

Stendere l'olio uniformemente sull'area dell'elettrodo usando un dito. Tagliare un involucro alimentare con dimensioni 2,5 per quattro centimetri e posizionarlo sopra l'elettrodo. Applicare l'olio di silicone sull'area dell'elettrodo utilizzando una micropipetta e diffonderlo uniformemente.

Per eseguire un esperimento di chemiluminescenza, posizionare da due a cinque microlitri di soluzione di luminol sull'elettrodo di destinazione utilizzando una micropipetta. Posizionare 10 microlitri dello 0,1% di ferrocianuro di potassio sull'elettrodo che può essere spostato come goccia per l'elettrowetting. Accendere il microcontrollore in modo che la goccia di ferrocianuro di potassio si unisa al luminolo.

Per l'imaging fluorescente, tagliare un pezzo di nastro semitrasparente di un centimetro quadrato e posizionarlo tra il diodo emettitore della luce di eccitazione e gli elettrodi EWOD. Attaccare il filtro di vetro ad emissione sulla fotocamera dello smartphone con nastro adesivo e posizionare 10 microlitri della soluzione di ferrocianuro di potassio sugli elettrodi. Registrare il video dell'attuazione delle goccioline utilizzando uno smartphone.

Per l'azionamento a goccia a lungo termine, posizionare un millilitro di acqua sull'atomizzatore ad ultrasuoni. Posizionare una goccia di ferrocianuro di potassio e accendere il microcontrollore. Quindi chiudere immediatamente il coperchio del recinto.

Controllare l'attuazione della goccia dopo un'ora. Qui viene mostrato un movimento rappresentativo delle goccioline. Per l'esperimento di chemiluminescenza, la goccia di ferrocianuro viene azionata per muoversi e mescolarsi con la goccia di luminolo pre-depositata sull'elettrodo bersaglio a 12 secondi.

Qui viene mostrata una configurazione schematica di un LED che funge da sorgente luminosa per l'eccitazione, un nastro da ufficio trasparente semitrasparente come diffusore di luce e il filtro di emissione direttamente collegato alla fotocamera dello smartphone. L'imaging fluorescente della goccia contenente isotiocianato di fluoresceina al buio è visto come risultato del nastro semitrasparente che funge da diffusore per distribuire uniformemente la luce di eccitazione. Per un esperimento a lungo termine, si può osservare un'azionamento delle goccioline di successo.

I dati di umidità rappresentativi sotto l'azione di un atomizzatore ad ultrasuoni sono mostrati qui. Questo protocollo può essere utilizzato per sviluppare un kit educativo basato sulla microfluidica digitale. Un esperimento di chemiluminescenza basato su luminolo è riportato come esempio specifico.

Il kit può essere assemblato in un breve periodo di tempo e con un allenamento minimo in elettronica. L'esperimento semplificato qui descritto può essere esteso ad altri esperimenti. Ad esempio, un kit di prova della carta può essere utilizzato spostando la goccia sulla carta da assorbire.

È inoltre possibile aggiungere un microcontroller con circuito logico di interfaccia per fornire un controllo digitale e una programmabilità più sofisticati. Questo protocollo può avvantaggiare gli appassionati non professionisti nell'apprendere e applicare l'elettronica per far progredire ulteriormente la loro conoscenza del campo.