Bilim Eğitimi için Dijital Mikroakışkanlar Damlacık Aktüasyonuna Dayalı Çok Yönlü Bir Kit
26 Nisan 2021
Kullanıcıların birden fazla deney gerçekleştirmesine ve dijital mikroakışkanlar üzerinde uygulamalı deneyim kazanmasına olanak tanıyan bir eğitim kiti açıklıyoruz.
Kullanıcının dijital mikroakışkanlarla uygulamalı deneyim elde etmesini sağlayan ticari kaynaklı baskılı devre kartına dayalı bir dijital mikroakışkanlar eğitim kiti sunuyoruz. Bu, dijital PCB tasarım dosyalarının paylaşılabilmesi koşuluyla eğitim için uygulanabilir, düşük maliyetli bir çözümdür. Damlacıklar jenerik elektrot dizisi platformlarında manipüle edildiği için dijital mikroakışkanları bir eğitim aracı olarak kullanmayı öneriyoruz.
Kullanıcılar, damlacıklarla elektronik arayüz kurmak için kendin yap uygulamaları için artık yüksek oranda erişilebilir olan genişletilmiş bir elektronik bileşen kümesinden yararlanabilir. Prosedürü gösteren, Yang Laboratuvarı'ndan yüksek lisans öğrencisi Yu Hao Guo olacak. Yüzey montaj dirençlerini, transistörleri ve ışık yayan diyotları PCB kartına lehimleme ile başlayın.
Yüksek gerilim güç kaynağı panosunun çıkışını lehimli bileşenlerle PCB kartına bağlayın. Ardından, voltajı altı volttan 12 volta çıkarmak için pili voltaj güçlendirici kartına bağlayın. Nem sensörini, ultrasonik piezo atomizer'ı ve atomizer sürücü tahtasını mikrodenetleyici kartına bağlayın.
Sağlanan ek kodu kullanarak mikrodenetleyiciyi açın. Yüksek gerilim panosunun değişken direncini ayarlayın ve EWOD elektrodunun voltajını ölçmek için dijital çok metreyi kullanın. Temiz nitril eldivenler giyin ve bir mikropipette kullanarak elektrot bölgesine 10 mikrolitre beş centistoke silikon yağı uygulayın.
Bir parmak kullanarak yağı elektrot bölgesine eşit olarak yayın. Boyutları 2,5'e dört santimetre olan bir parça gıda sargısını kesin ve elektronun üzerine yerleştirin. Bir mikropipette kullanarak elektrot bölgesine silikon yağı uygulayın ve eşit şekilde yayın.
Bir chemiluminescence deneyi yapmak için, bir mikropipette kullanarak hedef elektrot üzerine iki ila beş mikrolitre luminol çözeltisi yerleştirin. Elektrot üzerine% 0.1 potasyum ferrosiyanid 10 mikrolitre yerleştirin ve bu da elektrowetting için bir damlacık olarak hareket ettirilebilir. Potasyum ferrosiyanid damlacığın luminol ile birleşmesi için mikrodenetleyiciyi açın.
Floresan görüntüleme için, bir santimetrekare yarı saydam bant parçası kesin ve heyecan ışığı yayan diyot ve EWOD elektrotları arasına yerleştirin. Emisyon camı filtresini akıllı telefonun kamerasına bantla takın ve potasyum ferrosiyanür çözeltisinin 10 mikrolitresini elektrotların üzerine yerleştirin. Damlacık aktüasyonunun videosunu bir akıllı telefon kullanarak kaydedin.
Uzun süreli damlacık aktüasyonu için ultrasonik atomizer üzerine bir mililitre su yerleştirin. Bir damla potasyum ferrosiyanür yerleştirin ve mikrodenetleyiciyi açın. Ardından hemen muhafazanın kapağını kapatın.
Bir saat sonra damlacık aktüasyonunu kontrol edin. Burada temsili bir damlacık hareketi gösterilir. Chemiluminescence deneyi için, ferrosiyanid damlası, hedef elektrot üzerinde önceden biriktirilmiş luminol damlacık ile 12 saniyede hareket etmek ve karıştırmak için harekete geçirildi.
Heyecan verici için ışık kaynağı olarak hizmet veren bir LED'in şematik kurulumu, hafif difüzör olarak yarı saydam net bir ofis bandı ve doğrudan akıllı telefon kamerasına bağlı emisyon filtresi burada gösterilmiştir. Karanlıkta floresan izotiyosiyanat içeren damlacığın floresan görüntülemesi, heyecan ışığını eşit bir şekilde dağıtmak için difüzör görevi gören yarı saydam bandın bir sonucu olarak görülür. Uzun süreli bir deney için başarılı damlacık aktüasyonu gözlenebilir.
Ultrasonik atomizörün etkisi altındaki temsili nem verileri burada gösterilmiştir. Bu protokol, dijital mikroakışkanlara dayalı bir eğitim kiti geliştirmek için kullanılabilir. Luminol bazlı bir chemiluminescence deneyi özel bir örnek olarak bildirilmektedir.
Kit kısa bir süre içinde ve elektronikte minimum eğitimle monte edilebilir. Burada açıklanan basitleştirilmiş deney diğer deneylere de genişletilebilir. Örneğin, damlacık emilecek kağıda taşınarak bir kağıt test kiti kullanılabilir.
Daha karmaşık dijital kontrol ve programlanabilirlik sağlamak için arayüz mantık devresine sahip bir mikrodenetleyici de eklenebilir. Bu protokol, profesyonel olmayan meraklıların alan bilgilerini daha da ilerletmek için elektronik öğrenmelerine ve uygulamalarına fayda sağlayabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, kullanıcıların dijital mikroakışkanlık ile uygulamalı deneyim kazanmasına olanak tanıyan bir dijital mikroakışkanlık eğitim kitini sunar. Ticari olarak temin edilen baskılı devre kartını kullanarak eğitim amaçlı düşük maliyetli bir çözümdür.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Dijital Mikroakışkanlık
- Eğitim Araçları
- Uygulamalı Öğrenme
Arka Plan
- Dijital mikroakışkanlık, elektrot dizi platformlarında damlaları manipüle etmeyi içerir.
- Kendin Yap uygulamaları için elektronik bileşenlere erişilebilirlik artmaktadır.
- Eğitim kitleri, bilimsel alanlardaki öğrenme deneyimlerini geliştirebilir.
- Dijital PCB tasarım dosyalarının kullanılması, kaynakların paylaşılmasını kolaylaştırabilir.
Çalışmanın Amacı
- Dijital mikroakışkanlığı anlamak için pratik bir eğitim aracı sağlamak.
- Damla manipülasyonu ile uygulamalı deney yapma imkanı sağlamak.
- Dijital mikroakışkanlık kitinin montajını ve kullanımını göstermek.
Kullanılan Yöntemler
- Yüzey montaj bileşenleri ile baskılı devre kartının (PCB) montajı.
- Dirençler, transistörler ve ışık yayan diyotların kullanılması.
- Bir lisansüstü öğrencisi tarafından yürütülen uygulamalı gösterimler.
- Eğitim amaçlı dijital tasarım dosyalarına erişim.
Ana Sonuçlar
- Dijital mikroakışkanlık kitinin başarılı bir şekilde monte edilmesi.
- Kullanıcıların damla manipülasyonunda pratik deneyim kazanmaları.
- Dijital mikroakışkanlığın eğitimsel potansiyelinin gösterilmesi.
- Eğitim için elektronik bileşenlere erişilebilirliğin artması.
Sonuçlar
- Eğitim kiti, dijital mikroakışkanlığı öğretmek için uygun bir çözümdür.
- Uygulamalı deneyim, mikroakışkanlık ilkelerinin anlaşılmasına yardımcı olur.
- Dijital tasarım dosyalarının paylaşılması işbirlikçi öğrenmeyi teşvik edebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Digital microfluidics platforms, such as the described educational kit, provide foundational exposure to droplet actuation and manipulation, which are core to assay miniaturization and automation in biopharma R&D. Early familiarity with programmable microfluidic systems supports the development of next-generation screening and analytical workflows. This capability underpins scalable, reproducible, and quantitative experimentation essential for discovery-stage innovation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hands-on interrogation of droplet-based reaction dynamics relevant to assay development.
- Supports functional validation of microfluidic control for biological de-risking.
- Facilitates rapid prototyping of programmable workflows for hypothesis testing.
Screening & Assay Development
- Prepares validated droplet actuation systems for downstream compound screening.
- Demonstrates reproducible manipulation of small volumes for quantitative assay outputs.
- Supports standardization of microfluidic platforms for scalable screening readiness.
Translational & Preclinical Research
- Provides a foundation for adapting microfluidic workflows to disease-relevant models.
- Enables continuity from discovery-stage droplet manipulation to preclinical assay formats.
- Supports predictive de-risking by enabling programmable and quantitative experimentation.
Pipeline & Workflow Integration
This digital microfluidics kit positions programmable droplet actuation at the interface of early discovery and assay development, supporting the transition from hypothesis-driven experimentation to scalable screening workflows.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing and pathway clarification through programmable droplet manipulation.
- Screening: Demonstrates assay readiness and reproducibility for quantitative outputs.
- Analytics: Enables measurement and comparison of reaction conditions via chemiluminescence and fluorescence readouts.
- Translational Research: Lays groundwork for adapting microfluidic methods to preclinical and disease-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Provides a reusable, modular platform for iterative workflow development and training.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in droplet-based assays.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability of microfluidic workflows.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient assay development.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of microfluidic-enabled programs.
Implementation Considerations
- Requires basic scientific and electronics expertise for assembly and operation.
- Needs access to standard laboratory instrumentation and analytical tools for readout.
- Benefits from cross-team standardization of droplet actuation protocols.
- Adaptable to various model systems with minor modifications to platform components.
- Limited to educational and prototyping use; not validated for regulated or clinical workflows.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:58
Assembling the Digital Microfluidics Kit and Preparation of Insulator on the Electrode Array
2:20
Chemiluminescence, Fluorescent Imaging, and Long-Term Droplet Actuation Experiment
3:45
Results: The Analysis of the Droplet Movement in Fluorescent Imaging and Under the Control of Ultrasonic Atomizer
4:43
Conclusion
