Name: 과학 교육을 위한 디지털 미세 유체 액적 액적 을 기반으로 하는 다목적 키트 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-04-26T13:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 46 s
Description: 학습하세요 디지털 미세유체 교육 키트를 사용하여 액적 조작과 전극 어레이 플랫폼의 원리를 실습합니다. 이 저비용 PCB 기반 방법은 학생들이 전자공학과 미세유체 역학을 직접 경험하며 이해하는 데 도움을 줍니다.

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Y. T. Y. 보조금 번호에 따라 과학기술부의 자금 지원을 인정하고 싶습니다 107-2621-M-007-001-MY3 및 국립 칭화 대학 보조금 번호 109Q2702E1. 에단츠 그룹(https://en-author-services.edanzgroup.com/ac)의 마크 크반은 이 원고초안을 편집했다.

1) 디지털 미세 유체 키트 조립
<ol><li>도 1b의회로도에 따라 표면 마운트 저항기, 트랜지스터 및 발광 다이오드를 PCB 보드에 납땜한다.</li>
	<li>고전압 전원 공급 판의 출력을 납땜 부품과 PCB 보드에 연결합니다(그림2 및 보충 도 1).</li>
	<li>전압 부스터 보드에 배터리를 연결하여 6V에서 12V로 전압을 향상시킵니다(그림2 및 보충 도 1).</li>
	<li>고전압 공급 보드를 전압 부스터 보드에 연결하여 전압을 12 V에서 ~230 V로 향상시킵니다(그림2 및 보충 도 1).</li>
	<li>습도 센서를 마이크로 컨트롤러 보드에 연결합니다. 초음파 압압 분무기 및 분무기 드라이버 보드를 마이크로 컨트롤러 보드(도 2 및 보충 도 1)에연결합니다.</li>
	<li>전체 어셈블리를 치수 23cm x 20.5cm x 6cm의 아크릴 인클로저에 넣습니다.</li>
	<li>코드(보충 코드)로마이크로 컨트롤러를 켜고 디지털 멀티미터를 사용하여 EWOD 전극의 전압을 측정하여 출력 전압이 ~230 V. 고전압 공급 보드의 가변 저항기를 조정하여 출력 전압이 ~230V(보조도 2)되도록한다.</li>
</ol>2) 전극 배열에 절연체의 준비
<ol><li>깨끗한 니트릴 장갑을 착용하십시오. 마이크로파이펫을 사용하여 전극 영역에 5 cSt 실리콘 오일의 ~10 μL을 적용하고 손가락을 사용하여 전극 영역에 실리콘 오일을 고르게 퍼뜨리는 경우. 실리콘 오일은 전극과 식품 랩 절연체 사이의 충전 역할을하며 에어갭을 방지합니다.</li>
	<li>약 2.5cm x 4cm의 치수로 푸드 랩을 자르고 전극 위에 놓습니다. 마이크로파이펫을 사용하여 전극 영역에 5 cSt 실리콘 오일의 ~10 μL을 적용하고 손가락을 사용하여 실리콘 오일을 고르게 퍼뜨리도록 합니다. 실리콘 오일은 절연체 위에 소수성 층역할을 합니다.</li>
</ol>3) 루미놀을 기반으로 한 화학 발광 실험
<ol><li>용액을 얻기 위해 유리 교반기와 비커에 25 mL의 루미놀과 NaOH의 1.6 g를 혼합.</li>
	<li>과산화수소 3%의 20mL와 이전 단계에서 용액의 20mL를 혼합합니다.</li>
	<li>마이크로피펫을 사용하여 표적 전극의 이전 단계에서 루미놀 용액의 2-5 μL을 배치한다.</li>
	<li>마이크로 피펫을 사용하여 전극에 칼륨 페리시야니드를 0.1%w/w의 10 μL을 배치합니다. 이것은 전기 습식을 위해 이동해야 할 액적입니다.</li>
	<li>마이크로 컨트롤러를 켜서 륨 페리시야니드의 10 μL 액적을 이동하여 루미놀과 병합합니다.</li>
</ol>4) 형광 화상 진찰 실험
<ol><li>~ 1cm x 1cm의 치수로 반투명 테이프 조각을 잘라냅니다. 발광 다이오드와 EWOD 전극 사이에 반투명 테이프를 놓습니다.</li>
	<li>테이프와 함께 스마트 폰의 카메라에 방출 색상 유리 필터를 부착합니다.</li>
	<li>수성 에탄올 (3 % w / w) 용액에 2.5 mg의 형광이이소이소정제를 섞는다.</li>
	<li>파이펫 ~10 μL의 용액은 전극 중 하나에 대한 이전 단계로부터.</li>
	<li>마이크로 컨트롤러를 켭니다.</li>
	<li>스마트폰을 사용하여 물방울 작동 비디오를 녹화합니다.</li>
</ol>5) 초음파 분무기와 장기 물방울 작동 실험
<ol><li>초음파 분무기에 물 1 mL을 놓습니다. 코드는 임계값 피드백 알고리즘을 사용하여 습도 수준을 90% 이상 유지하도록 작성되었습니다.</li>
	<li>마이크로파이프와 함께 10 μL 방울을 놓습니다. 마이크로 컨트롤러를 켜고 인클로저의 뚜껑을 즉시 닫습니다.</li>
	<li>~1h 기다립니다. 물방울 작동을 시각적으로 확인합니다.</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>
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</ol>

저자는 공개 할 것이 없습니다.

여기에 설명된 절차는 독자가 액적 작동을 위해 작동하는 EWOD 시스템을 조립하고 테스트하고 미세 유체와 실습 할 수 있게 합니다. 우리는 의도적으로 비싼 구성 요소와 화학 샘플을 피합니다. 현재, 하나의 키트는 사용자 정의 아크릴 인클로저(보충 표 1)를제외한 형광 이미징 및 마이크로 컨트롤러용 광학 색상 유리인 가장 비싼 구성 요소인 ~$130을 위해 구성될 수 있다. 이러한 비용을 위해, 형광 화상 진찰 기능 및 분무기에 근거를 둔 액티브 한 습도 환경 통제도 포함됩니다. (일반적인 형광 현미경은 ~ $ 1,50019이상 비용이 들며, 심지어 저가의 디지털 형광 현미경은 $ 300입니다.) 이러한 저렴한 비용으로 인해 대규모 교육 환경에서 키트가 실용적입니다. 비교를 위해 Dropbot은 현재 ~$5,00020의 비용이 들며 OpenDrop 플랫폼비용은 ~$1,0002입니다.<...

미세 유체학은 펨토리터에서 마이크로리터1에이르는 소량의 액체를 조작하기 위한 물리학, 화학, 생물학 및 엔지니어링 분야가 매우 학제간 분야입니다. 미세 유체학은 또한 매우 광범위하고 활동적인 분야입니다. 과학 검색의 웹은 거의 20,000 개의 출판물을 반환하지만 교육 도구2로미세 유체 의 사용에 대한 문헌 및 검토 논문이 충분하지 않습니다. 레게와 Fintschenko3,4에의해 오래된 리뷰 기사이기는하지만, 두 통찰력이 있습니다 . Legge는 칩3에실험실의 아이디어에 교육자 소개합니다. Fintschenko는 과학 기술 공학 수학 (STEM) 교육에서 미세 유체 교육 실험실의 역할을 지적하고 "미세 유체학을 가르치기"와 "미세 유체학사용"4로철학을 단순화했다. 라쿠스, 리델-크루스, 팜메의 최근 리뷰는 2019년 자연학 간 이외에 미세유체학도 매우 실무적인주제2라는점을 지적한다. 미세 유체 학의 연습과 관련된 실습 활동은 학생들에게 탐구 기반 학습에 빌려주며 과학 의사 소통 및 봉사 활동을위한 매력적인 도구입니다. 미세 유체학은 실제로 공식적이고 비공식적인 환경에서 과학 교육에 대한 많은 잠재력을 제공하며 현대 과학의 학제 간 측면에 대해 일반 대중을 열광시키고 교육하는 이상적인 "도구"이기도 합니다.
저비용 마이크로채널 장치, 종이 미세유체 및 디지털 미세 유체와 같은 예는 교육 목적으로 이상적인 도구입니다. 이러한 플랫폼 중 디지털 미세 유체는 디지털 미세 유체에 기반한 난해하고 동료 검토된 보고서가2가부족합니다. 여기서 우리는 여러 가지 이유로 디지털 미세 유체를 교육 도구로 사용할 것을 제안합니다. 첫째, 디지털 미세 유체는 작은 마이크로 혈관으로 물방울의 조작 및 사용법에 기초하기 때문에 마이크로 채널 기반 패러다임과 매우 구별됩니다. 둘째, 작은 물방울은 상대적으로 일반적인 전극 배열 플랫폼에서 조작되므로 디지털 미세 유체는 마이크로 전자 제품과 밀접하게 결합 될 수 있습니다. 사용자는 확장된 전자 부품 집합을 활용할 수 있으며, 이제 직접 할 수 있는 응용 프로그램에 액세스하여 물방울과 전자인터페이스할 수 있습니다. 따라서, 우리는 디지털 미세 유체학이 학생들이 이러한 독특한 측면을 경험하고 마이크로 채널 기반의 낮은 Reynold 번호 미세 유체 1에 충실지나치게 열린 마음을 할 수 있다고주장한다.
간단히 말해서, 디지털 미세 유체의 필드는 주로 가브리엘 Lippmann5,6에의해 처음 기술된 전기 습식 현상을 기반으로 합니다. 최근의 발전은 1990 년대 초에 베르게에 의해 시작되었다7. 그의 주요 기여는 전동 분해 문제를 제거하기 위해 금속 전극에서 전도성 액체를 분리하는 얇은 절연체를 도입하는 것입니다. 이 아이디어는 유전체 (EWOD)에 전기 습식으로 불려왔다. 그 후, 디지털 미세 유체는 여러 선구적인 연구원에 의해 대중화되었다8,9. 이제 임상 진단, 화학 및 생물학과 같은 포괄적인 응용 분야 목록은 디지털 미세 유체10,11,12에서 입증되었으며, 따라서 교육 환경에서 많은 예제를 사용할 수 있습니다. 특히, 저렴한 비용의 라인을 따라, 할 - 그것 - 자신 디지털 미세 유체, 압델가와드와 휠러는 이전에 디지털 미세 유체의 저렴한 비용, 빠른 프로토타이핑을보고했다 13,14. Fobel 등은 오픈 소스 디지털 미세 유체 제어 시스템15로DropBot을보고했습니다. Yafia 등은 또한 3D 인쇄 부품과 소형 전화16을기반으로 휴대용 디지털 미세 유체를 보고했습니다. 알리스타와 고덴츠는 또한 현장 효과 트랜지스터 어레이 및 DC 작동 17을 기반으로 하는 배터리 전원 OpenDrop 플랫폼을개발했습니다.
여기서, 우리는 사용자가 조립하고 디지털 미세 유체(그림 1)와실습 경험을 얻을 수 있도록 상업적으로 공급 인쇄 회로 기판 (PCB)를 기반으로 디지털 미세 유체 교육 키트를 제시한다. 디지털 디자인 파일에서 PCB를 만드는 서비스 요금은 널리 사용 가능하므로 디지털 디자인 파일을 공유할 수 있는 경우 교육용 저가형 솔루션이라고 생각합니다. 조립 프로세스를 단순화하고 사용자의 직관적인 인터페이스를 만들기 위해 구성 요소 및 시스템 설계를 꼼꼼하게 선택할 수 있습니다. 따라서 상단 플레이트의 필요성을 피하기 위해 2 플레이트 구성 대신 1 플레이트 구성이 사용됩니다. 구성 요소와 테스트 화학 물질을 모두 쉽게 사용할 수 있어야 합니다. 예를 들어, 슈퍼마켓에서 음식 랩은 우리의 키트의 절연체로 사용됩니다.
키트의 타당성을 입증하기 위해 루미놀의 화학 발광을 기반으로 한 특정 화학 실험을 제안하고 프로토콜을 제공합니다. 희망은 케미발광의 시각적 관찰이 학생들을 흥분시키고 흥분시킬 수 있다는 것입니다. 루미놀은H2 O2와같은 산화제와 혼합할 때 푸른 빛을나타내며 일반적으로혈액(18)을검출하기 위해 법의학에 사용된다. 우리의 실험실 환경에서, 칼륨 페리시야니드는 촉매 역할을합니다. 루미놀은 수산화이온과 반응하여 다이아니온을 형성한다. 다이아니온은 이후 과산화수소의 산소와 반응하여 흥분된 상태에서 전자로 5-아미노프탈산을 형성하고, 흥분상태에서 지상 상태로 전자의 이완으로 인해 광자가 청색광의 파열로 볼 수 있습니다.
또한 발광 다이오드(LED)를 발광 광원으로 통합하는 것을 입증하기 위해 스마트폰을 사용하여 형광 이미징 실험을 보고합니다. 마지막으로, 액적 증발은 미세 유체 의 문제이지만 거의 해결되지 않습니다. (물방울 1μL은 열린 기판3에서1시간 이내에 손실됩니다.) 우리는 고주파 압압 트랜스듀서를 기반으로 분토미제를 사용하여 물을 미세 한 안개로 변환합니다. 이렇게 하면 액적 증발을 방지하고 장기(~1h) 액적 작동을 입증하는 가습된 환경을 만듭니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig01.jpg"> 도 1: EWOD 설정의 회로도가 설정됩니다. (a)마이크로 컨트롤러는 EWOD 전극에 제어 서열을 제공하는 데 사용된다. 또한 습도가 제어됩니다. (b)PCB 레이아웃의 회로도. 전극, 형광 이미징, 저항기 및 현장 효과 트랜지스터(FET)에 대한 LED가 표지됩니다. 1cm의 스케일 바도 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig02.jpg"> 그림 2: 키트의 상단 보기. 마이크로 컨트롤러 보드, 고전압 공급 보드, EWOD PCB, 습도 센서 및 분무제에 레이블이 지정되어 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>아크릴 케이스</td><td>로컬 벤더</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>마이크로컨트롤러 보드</td></tr><tr><td>아세트산</td><td>Sigma Alrich</td><td>695092-100ML</td><td></td></tr><tr><td>브레드보드</td><td>MCIGICM</td><td>400tie</td><td>4 cm x 7 cm, 400 포인트 무납땜 브레드보드, 4개 팩</td></tr><tr><td>BSP89 H6327 Infineon MOSFET&nbsp;</td><td>Mouser</td><td>726-BSP89H6327</td><td>드레인 soure 항복 전압 240V, 온 저항 4.2 옴</td></tr><tr><td>시트리드 산</td><td>시그마 Alrich</td><td>251275-100G</td><td></td></tr><tr><td>컬러 글라스 필터&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>FGL 530</td><td>컬러 유리 필터 형광 이미징</td></tr><tr><td>DHT11 온도 및 습도 센서</td><td>adafruit</td><td></td><td></td></tr><tr><td>디지털 멀티미터&nbsp;</td><td>Fluke</td><td>17B</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescein isothiocyanate 이성질체 I</td><td>Sigma Alrich</td><td>F7250-50MG</td><td>50mg 가격, 형광 이미징</td></tr><tr><td>글리세롤</td><td>Sigma Alrich</td><td>G9012-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Nixe 튜브 용 고전압 전원 공급 장치</td><td>Vaorwne</td><td>NCH6100HV</td><td>고전압 전력 최대 dc 235V</td></tr><tr><td>LM2596 전압 부스터 회로</td><td></td><td></td><td>5V에서 12V로 전압 향상</td></tr><tr><td>Luminol</td><td>Sigma Alrich</td><td>123072-5G</td><td>5 g for $110</td></tr><tr><td>Pippet</td><td>Thermal Fisher</td><td></td><td>1- 10 ul</td></tr><tr><td>인쇄 회로 기판&nbsp;</td><td>현지 벤더</td><td></td><td>10개, $60</td></tr><tr><td>플라스틱 식품 랩</td><td>Kirkland</td><td>Stretch-tite&nbsp;</td><td>식품 포장 플라스틱 식품 포장</td></tr><tr><td>포타슘 페리시니드</td><td>머크</td><td>104982</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>1N 수산화칼륨 용액 (1 mol/l)&nbsp;</td><td>샬라우&nbsp;</td><td></td><td>1 리터</td></tr><tr><td>투명 사무용 테이프 3mm</td><td>3M 스카치</td><td></td><td>반투명, 조명 소금 디퓨저로 사용</td></tr><tr><td></td><td>Great Value 요오드 소금</td><td></td><td>6 oz 슈퍼마켓에서 $7 소금</td></tr><tr><td>실리콘 오일(5Cst)</td><td>Sigma Alrich</td><td>317667-250ML</td><td>전극과 절연체 자당</td></tr> <tr><td></td><td></td><td></td><td>사이의 상단 소수성 층 및 충전층테이블 설탕&nbsp; 어떤 슈퍼마켓에서든, 파운드 당 6달러</td></tr><tr><td>표면 마운트 블루 LED</td><td>오즈늄</td><td>3528</td><td>오즈늄 20개의 PLCC-2 표면 마운트 LED, 3528 사이즈 SMD SMT LED - 블루</td></tr><tr><td>표면 마운트 저항기 180k 옴</td><td>밸런스 월드 Inc</td><td></td><td>3mm x 6 mm 1와트</td></tr><tr><td>표면 마운트 저항기 510Ohm</td><td>밸런스 월드 Inc</td><td></td><td>바이어스 저항기 LED, 3mmx6mm 1와트</td></tr><tr><td>워터 아토마이저</td><td>그로브&nbsp;</td><td></td><td>운영 주파수 100 kHz&nbsp; 공급 전압 5V 최대 2W&nbsp; 이 키트에는 초음파 변환기</td></tr><tr><td colspan="4"> 고전압 트랜지스터가 함께 제공됩니다</td></tr></tbody></table>.

과학 교육을 위한 디지털 미세 유체 액적 액적 을 기반으로 하는 다목적 키트

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

이 논문은 디지털 미세 유체학을 기반으로 하는 교육 키트에 대해 설명합니다. 루미놀 계 화학 발광 실험에 대한 프로토콜은 특정 예로 보고된다. 또한 증발을 방지하기 위해 초음파 분무기에 기반한 형광 이미징 기능과 폐쇄된 가습 인클로저를 갖추고 있습니다. 이 키트는 단기간에 전자 제품 및 납땜 교육을 최소화하면서 조립할 수 있습니다. 이 키트를 통해 학부생/대학원생과 매니아 모두 직관적인 방식으로 미세 유체학에서 실습 경험을 쌓고 디지털 미세 유체에 익숙해지도록 훈련할 수 있습니다.

액적 작동은 스마트폰으로 기록됩니다. 화학 발광 및 형광 화상 진찰에 대한 대표적인 결과는 도 3 및 도 4에표시됩니다. 화학 발광 실험의 경우, 10 μL 페리시야니드의 액적은 도 3에도시된 바와 같이 표적 전극에 미리 기탁된 2 μL 액적과 함께 이동하고 혼합하도록 작동된다. 연속된 움직임 사이의 기간은 4s로 설정되어 있어 쉽게 관찰할 수 있을 만큼 느립니다. 루미놀 용액(과산화수소)과 칼륨 페리시야니드를 혼합하여 발생하는 청색광의 파열은 주변 광하에서도 육안으로 볼 수 있습니다. 도 4에전시된 형광 화상 진찰의 경우, 실험은 어둠 속에서 수행될 필요가 있다. 반투명 테이프는 디퓨저 역할을 하여 발광광을 방울에 고르게 분배합니다. 형광에서 방출된 광은 스...

우리는 사용자가 여러 실험을 실행하고 디지털 미세 유체학에 대한 실습 경험을 얻을 수있는 교육 키트를 설명합니다.

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

우리는 사용자가 디지털 미세 유체와 실습 경험을 얻을 수 있도록 상업적으로 공급 인쇄 회로 기판을 기반으로 디지털 미세 유체 교육 키트를 제공합니다. 디지털 PCB 설계 파일을 공유할 수 있는 경우 교육용 실행 가능하고 저렴한 솔루션입니다. 일반 전극 어레이 플랫폼에서 액적을 조작하기 때문에 디지털 미세 유체를 교육 도구로 사용할 것을 제안합니다.사용자는 이제 직접 할 수 있는 응용 프로그램에 액세스하기 위해 방울과 전자적으로 인터페이스할 수 있는 확장된 전자 부품 집합을 활용할 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 것은 양연구소 대학원생인 유하오구오입니다. 표면 마운트 저항기, 트랜지스터 및 발광 다이오드를 PCB 보드에 납땜하여 시작합니다.고전압 전원 공급 판기의 출력을 PCB 보드에 납땜 부품과 연결합니다. 그런 다음 배터리를 전압 부스터 보드에 연결하여 6볼트에서 12볼트로 전압을 향상시킵니다. 습도 센서, 초음파 압전 원자제 및 분무기 드라이버 보드를 마이크로 컨트롤러 보드에 연결합니다.제공된 보충 코드를 사용하여 마이크로 컨트롤러를 켭니다. 고전압 보드의 가변 저항기를 조정하고 디지털 멀티 미터를 사용하여 EWOD 전극의 전압을 측정합니다. 깨끗한 니트릴 장갑을 착용하고 마이크로 피펫을 사용하여 전극 영역에 5센티미터 실리콘 오일 10 마이크로리터를 바르습니다.손가락을 사용하여 전극 영역에 오일을 고르게 펴기. 치수 2.5x 4cm로 푸드 랩을 자르고 전극 위에 놓습니다. 마이크로 피펫을 사용하여 전극 영역에 실리콘 오일을 바르고 균등하게 퍼짐합니다.화학 발광 실험을 수행하려면 마이크로 피펫을 사용하여 대상 전극에 루미놀 용액의 2 ~ 5 마이크로 리터를 배치합니다. 전극에 0.1%의 칼륨 페로시아니드의 10 마이크로리터를 배치하여 전기습을 위한 액적으로 이동할 수 있습니다. 칼륨 페로시아니드 액적루가 루미놀과 병합되도록 마이크로 컨트롤러를 켭니다.형광 이미징의 경우 1 평방 센티미터의 반투명 테이프를 자르고 발광 다이오드와 EWOD 전극 사이에 배치하십시오. 스마트폰 카메라에 테이프로 배출 유리 필터를 부착하고 전극에 페로시아니드 칼륨 용액 10마이크로리터를 배치합니다. 스마트폰을 사용하여 액적 작동 비디오를 녹화합니다.장기 물방울 작동을 위해 초음파 분무기에 1 밀리리터의 물을 놓습니다. 페로시아니드 칼륨 을 적어 마이크로 컨트롤러를 켭니다. 그런 다음 인클로저의 뚜껑을 즉시 닫습니다.한 시간 후에 액적 작동을 확인합니다. 대표적인 물방울 무브먼트가 여기에 표시됩니다. 화학 발광 실험의 경우, 페로시아니드의 액적은 12초 만에 표적 전극에 미리 기탁된 루미놀 액적액과 이동하여 혼합하도록 액화된다.여기를 위한 광원으로 사용되는 LED의 회로도 설정, 광 디퓨저로서의 반투명 투명 오피스 테이프, 스마트폰 카메라에 직접 부착된 방출 필터가 여기에 나와 있다. 어둠 속에서 형광균이소야네이트를 함유하는 액적의 형광 화상 진찰은 반사광을 고르게 분배하기 위해 디퓨저역할을 하는 반투명 테이프의 결과로 볼 수 있다. 장기 실험의 경우 성공적인 물방울 작동을 관찰할 수 있습니다.초음파 분무기의 작용하에 대표적인 습도 데이터가 여기에 나와 있다. 이 프로토콜은 디지털 미세 유체학을 기반으로 교육 키트를 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 루미놀 계 화학 발광 실험은 특정 예로 보고된다.이 키트는 단기간에 전자 제품 교육을 최소화하여 조립할 수 있습니다. 여기에 설명된 단순화된 실험은 다른 실험으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 종이 테스트 키트는 흡수될 용지로 액적을 이동하여 사용할 수 있습니다.인터페이스 로직 회로가 있는 마이크로 컨트롤러를 추가하여 보다 정교한 디지털 제어 및 프로그래밍 기능을 제공할 수도 있습니다. 이 프로토콜은 비 전문 매니아가 전자 제품을 배우고 적용하여 분야에 대한 지식을 더욱 발전시킬 수 있는 혜택을 누릴 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

소설 microfluidic 시스템을 수동 펌프의 현상과 사용자가 제어 유체 전달 시스템을 사용하여 개발되었습니다. 이 microfluidic 시스템의 사용의 저렴한 비용으로, 쉽게, 체적 정밀, 고속, repeatability 및 자동화 주어진 생물 학적 응용 프로그램의 다양한에서 사용될 수있는 잠재력이있다.

Microfluidic 장치에 수동 펌핑을위한 고속 비말 기반 전달 시스템

그들은 kHz에서 속도 저렴 picoliter, 자기들에게만 혈관을 생성할 수 있기 때문에 비말 기반 microfluidic 플랫폼은 높은 처리량 실험을위한 유망한 후보자 있습니다. 빠르고, 민감하고 고해상도 형광 spectroscopic 방법과의 통합을 통해 이러한 시스템 내에서 발생하는 정보의 다량은 효율적으로 추출 무력화하고 이용하실 수 있습니다.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

우리는 마이크로 스케일 세포 자극 실험에 자동 세포 배양 및 심문 플랫폼을 개발했습니다. 플랫폼은 양성 세포의 작은 인구를 자극 분자 분석을위한 해물을 복구하는 간단한 다목적 및 정밀한 컨트롤을 제공합니다. 플랫폼은 물론 귀중한 세포 및 / 또는 시약을 사용하는 연구에 적합합니다.

마이크로 스케일 세포 자극 실험을위한 다목적 자동화 플랫폼

계자 디웨팅 장치(Field-DW)의 제조 및 작동을 위한 프로토콜과 액적 내용물에 대한 전기장의 영향에 대한 예비 연구에 대해 설명합니다.

감소 물방울 표면 상호 작용을 활용하는 디지털 미세 유체에 Bioanalytes의 전송을 최적화하려면

우리는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS) 미국 이산 액적 샘플 도입 시스템을 제시한다. 그것은 90 내지 7000 Hz의 주파수로 40-60 ㎛의 크기 범위 고도로 단 분산 액 적을 생성 저렴하고 일회용 미세 유체 칩에 기초한다.

ICPMS 샘플 소개를위한 미세 유체 칩

우리는 단순화된 (아날로그) 판독으로 핵산을 정량화하기 위한 종말점 디지털 분석을 설명합니다. 당사는 특수 기기가 아닌 표준 qPCR 기계를 사용하여 액적 기반 디지털 분석의 벌크 형광을 측정하고 현미경 검사로 결과를 확인합니다.

디지털 핵산 정량 분석​​ 실험의 단순 대량 판독

여기에서는 모세관 기반 원심 미세유체 장치를 사용하여 크기 제어 가능한 단분산 W/O(Water-in-Oil) 미세방울에 대한 간단한 생산 방법을 보여줍니다. 이 방법은 소량의 시료만 필요하며 고수율 생산이 가능합니다. 우리는 이 방법이 신속한 생화학 및 세포 분석에 유용할 것으로 기대합니다.

단 분산 미세 방울의 크기가 제어 형성을위한 모세관 기반 원심 미세 유체 장치

실험실에서 드롭 반응 시스템 미세 규모에 복잡 한 반응의 다양 한 구현을 수 있습니다. 전자기 코일의 3 x 3 매트릭스의 구성 하는 자동된 개폐 플랫폼 개발 되었다 성공적으로 병합 두 10 µ L microreactors를 사용 하 고 결과 액체 구슬에서 효소 반응 함으로써 시작.

효소 Microreactors 및 그들의 전자기 작동기로 사용 하는 수성 방울

전기 습윤 기반 디지털 미세 유체는 마이크로 리터 볼륨 액적의 명백한 접촉 각도에서 전압 구동 변화를 활용하여 조작을 용이하게하는 기술입니다. 이를 기능화된 자기 비드와 결합하면 효소 연결 면역흡착 분석(ELISA)을 사용하여 병원균의 시료 준비 및 식별을 위한 여러 실험실 단위 작업의 통합이 가능합니다.

자동화된 효소 연계 면역흡착제 분석기용 전기습식 기반 디지털 미세유체 분석 플랫폼

이 프로토콜은 미생물 마이크로액적 배양 시스템(MMC)을 사용하여 자동화된 미생물 배양 및 적응 진화를 수행하는 방법을 설명합니다. MMC는 미생물을 자동으로 지속적으로 재배 및 하위 재배 할 수 있으며 상대적으로 높은 처리량과 우수한 병렬화로 온라인으로 성장을 모니터링하여 노동 및 시약 소비를 줄일 수 있습니다.

미생물 마이크로액적 배양 시스템(MMC)을 이용한 자동화된 미생물 배양 및 적응 진화

여기에서는 수중수(water-in-oil) 에멀젼(플러그)의 조합 라이브러리를 생산하기 위한 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반 이중층 장치의 제조를 소개합니다. 플러그 생산을 자동화하는 데 필요한 하드웨어 및 소프트웨어는 프로토콜에 자세히 설명되어 있으며 형광 플러그의 정량적 라이브러리 생산도 시연됩니다.

조합 플러그 생산을 위한 이중층 미세유체 장치

학습하세요 디지털 미세유체 교육 키트를 사용하여 액적 조작과 전극 어레이 플랫폼의 원리를 실습합니다. 이 저비용 PCB 기반 방법은 학생들이 전자공학과 미세유체 역학을 직접 경험하며 이해하는 데 도움을 줍니다.

과학 교육을 위한 디지털 미세 유체 액적 액적 을 기반으로 하는 다목적 키트

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