Um Kit Versátil baseado em atuação de gotículas de microfluídicas digitais para educação científica

Apresentamos um kit educacional de microfluidos digitais baseado em uma placa de circuito impresso de origem comercial que permite ao usuário ter experiência prática com microfluidos digitais. Esta é uma solução viável e de baixo custo para a educação, desde que os arquivos de design de PCB digitais possam ser compartilhados. Propomos usar microfluidos digitais como uma ferramenta educacional porque as gotículas são manipuladas em plataformas genéricas de matrizes de eletrodos.

Os usuários podem aproveitar um conjunto estendido de componentes eletrônicos agora altamente acessíveis para aplicativos "faça você mesmo" para interagir eletronicamente com as gotículas. Demonstrando o procedimento estará Yu Hao Guo, um estudante de pós-graduação do Laboratório Yang. Comece soldando os resistores de montagem de superfície, transistores e diodos emissores de luz na placa PCB.

Conecte a saída da placa de alimentação de alta tensão à placa PCB com os componentes soldados. Em seguida, conecte a bateria à placa de reforço de tensão para aumentar a tensão de seis volts para 12 volts. Conecte o sensor de umidade, o atomizador piezo ultrassônico e a placa do motorista atomizador à placa de microcontrolador.

Ligue o microcontrolador usando o código suplementar fornecido. Ajuste o resistor variável da placa de alta tensão e use o multimetro digital para medir a tensão do eletrodo EWOD. Use luvas de nitrito limpas e aplique 10 microliters de óleo de silicone de cinco centistoke na área do eletrodo usando uma micropipette.

Espalhe o óleo uniformemente na área do eletrodo usando um dedo. Corte um pedaço de envoltório de alimentos com dimensões de 2,5 por quatro centímetros e coloque-o em cima do eletrodo. Aplique óleo de silicone na área do eletrodo usando uma micropipette e espalhe-o uniformemente.

Para realizar um experimento de chemiluminescência, coloque de dois a cinco microliters de solução luminol no eletrodo alvo usando uma micropipette. Coloque 10 microlitadores de ferrocianídeo de potássio de 0,1% no eletrodo que pode ser movido como gotícula para eletrowetação. Ligue o microcontrolador para que a gota de ferrocida de potássio se funda com o luminol.

Para imagens fluorescentes, corte um pedaço quadrado de fita semi-transparente e coloque-a entre a luz de excitação emitindo diodo e eletrodos EWOD. Conecte o filtro de vidro de emissão na câmera do smartphone com fita adesiva e coloque 10 microliters da solução ferrociana de potássio nos eletrodos. Grave o vídeo da atuação de gotícula usando um smartphone.

Para a atuação de gotículas a longo prazo, coloque um mililitro de água no atomizador ultrassônico. Coloque uma gota de ferrocianida de potássio e ligue o microcontrolador. Em seguida, feche imediatamente a tampa do gabinete.

Verifique a atuação da gotícula após uma hora. Um movimento representativo de gotículas é mostrado aqui. Para o experimento de quimiomiluminescência, a gota de ferrocianida é acionada para se mover e misturar-se com a gotícula luminol pré-depositada no eletrodo alvo em 12 segundos.

Uma configuração esquemática de um LED servindo como fonte de luz para excitação, uma fita de escritório transparente semi-transparente como difusor de luz, e o filtro de emissão diretamente ligado à câmera do smartphone é mostrado aqui. A imagem fluorescente da gotícula contendo isocitonato de fluoresceína no escuro é vista como resultado da fita semi-transparente servindo como difusor para distribuir uniformemente a luz de excitação. Para um experimento de longo prazo, pode-se observar a atuação de gotícula bem sucedida.

Dados de umidade representativos sob a ação de um atomizador ultrassônico são mostrados aqui. Este protocolo pode ser usado para desenvolver um kit educacional baseado em microfluidos digitais. Um experimento de chemiluminescência baseado em luminol é relatado como um exemplo específico.

O kit pode ser montado em um curto período de tempo e com treinamento mínimo em eletrônica. O experimento simplificado descrito aqui pode ser estendido a outros experimentos. Por exemplo, um kit de teste de papel pode ser usado movendo a gota para o papel para ser absorvida.

Um microcontrolador com circuito lógico de interface também pode ser adicionado para fornecer controle digital e programabilidade mais sofisticados. Este protocolo pode beneficiar os entusiastas não profissionais a aprender e aplicar eletrônicos para avançar ainda mais seus conhecimentos sobre o campo.