Een veelzijdige kit gebaseerd op digitale microfluïdische druppelbediening voor wetenschappelijk onderwijs

We presenteren een digitale microfluïdische educatieve kit op basis van een commercieel geproduceerde printplaat waarmee de gebruiker praktische ervaring kan opdoen met digitale microfluïdica. Dit is een levensvatbare, goedkope oplossing voor onderwijs, op voorwaarde dat digitale PCB-ontwerpbestanden kunnen worden gedeeld. We stellen voor om digitale microfluïdica te gebruiken als een educatief hulpmiddel omdat druppels worden gemanipuleerd op generieke elektrode array platforms.

Gebruikers kunnen gebruik maken van een uitgebreide set elektronische componenten die nu zeer toegankelijk zijn voor doe-het-zelftoepassingen om elektronisch te communiceren met de druppels. Het demonstreren van de procedure zal Yu Hao Guo zijn, een afgestudeerde student van het Yang Laboratorium. Begin met het solderen van de oppervlaktebevestigingsweerstanden, transistors en lichtgevende dioden op de PRINTPLAAT.

Sluit de uitgang van de hoogspanningsvoedingskaart aan op de PRINTPLAAT met de gesoldeerde componenten. Sluit vervolgens de batterij aan op de spanningsbooster om de spanning van zes volt naar 12 volt te verhogen. Sluit de vochtigheidssensor, de ultrasone piëzo-verstuiver en het bestuurdersbord van de verstuiver aan op het microcontrollerbord.

Schakel de microcontroller in met behulp van de meegeleverde aanvullende code. Stel de variabele weerstand van de hoogspanningskaart in en gebruik de digitale multimeter om de spanning van de EWOD-elektrode te meten. Draag schone nitrilhandschoenen en breng 10 microliters van vijf centistoke siliconenolie aan op het elektrodegebied met behulp van een micropipet.

Verdeel de olie gelijkmatig over het elektrodegebied met een vinger. Snijd een stuk voedselfolie met afmetingen van 2,5 bij vier centimeter en plaats het bovenop de elektrode. Breng siliconenolie aan op het elektrodegebied met behulp van een micropipet en verdeel het gelijkmatig.

Om een chemiluminescentie-experiment uit te voeren, plaatst u twee tot vijf microliters lichtgevende oplossing op de doelelektrode met behulp van een micropipet. Plaats 10 microliters van 0,1% kaliumferrocyanide op de elektrode die kan worden verplaatst als een druppel voor elektrowetting. Zet de microcontroller aan zodat de kalium ferrocyanide druppel samensmelt met de luminol.

Voor fluorescerende beeldvorming snijdt u een stuk semi-transparante tape van één vierkante centimeter en plaatst u het tussen de excitatielichtgevende diode en EWOD-elektroden. Bevestig het emissieglasfilter op de camera van de smartphone met tape en plaats 10 microliters van de kaliumferrocyanideoplossing op de elektroden. Neem de video van de druppelbediening op met een smartphone.

Voor langdurige druppelbediening plaatst u een milliliter water op de ultrasone verstuiver. Plaats een druppel kaliumferrocyanide en zet de microcontroller aan. Sluit vervolgens onmiddellijk het deksel van de behuizing.

Controleer de druppelbediening na een uur. Hier wordt een representatieve druppelbeweging getoond. Voor het chemiluminescentie-experiment wordt de druppel ferrocyanide geactiveerd om na 12 seconden te bewegen en te mengen met de vooraf afgezet lichtdruppel op de doelelektrode.

Een schematische opstelling van een LED die dient als lichtbron voor excitatie, een semi-transparante heldere kantoortape als lichtverspreider en het emissiefilter dat direct op de smartphonecamera is bevestigd, wordt hier weergegeven. Fluorescerende beeldvorming van de druppel die fluoresceïne bevat isothiocyanaat in het donker wordt gezien als een resultaat van de semi-transparante tape die dient als de diffuser om het excitatielicht gelijkmatig te verdelen. Voor een langetermijnexperiment kan succesvolle druppelbediening worden waargenomen.

Representatieve vochtigheidsgegevens onder de werking van een ultrasone verstuiver worden hier weergegeven. Dit protocol kan worden gebruikt om een educatieve kit te ontwikkelen op basis van digitale microfluïdica. Een op luminol gebaseerd chemiluminescentie-experiment wordt gerapporteerd als een specifiek voorbeeld.

De kit kan in korte tijd en met minimale training in elektronica worden geassembleerd. Het hier beschreven vereenvoudigde experiment kan worden uitgebreid tot andere experimenten. Een papieren testkit kan bijvoorbeeld worden gebruikt door de druppel naar het op te nemen papier te verplaatsen.

Een microcontroller met interfacelogicacircuit kan ook worden toegevoegd om meer geavanceerde digitale controle en programmeerbaarheid te bieden. Dit protocol kan niet-professionele enthousiastelingen ten goede komen om elektronica te leren en toe te passen om hun kennis van het veld verder te bevorderen.