Ein vielseitiges Kit basierend auf digitaler Mikrofluidics Droplet-Betätigung für die wissenschaftliche Bildung

Zusammenfassung

Wir beschreiben ein Schulungspaket, mit dem Benutzer mehrere Experimente durchführen und praktische Erfahrungen mit digitaler Mikrofluidik sammeln können.

Zusammenfassung

Dieses Papier beschreibt ein Schulungspaket, das auf digitaler Mikrofluidik basiert. Als spezifisches Beispiel wird ein Protokoll für ein Luminol-basiertes Chemilumineszenzexperiment berichtet. Es hat auch fluoreszierende Bildgebungsfähigkeit und geschlossenbefeuchtetes Gehäuse auf Basis eines Ultraschallzerstäubers, um Verdunstung zu verhindern. Das Kit kann in kurzer Zeit und mit minimaler Ausbildung in Elektronik und Löten montiert werden. Das Kit ermöglicht es sowohl Studenten und Enthusiasten, praktische Erfahrungen in der Mikrofluidik auf intuitive Weise zu sammeln und geschult zu werden, um sich mit digitaler Mikrofluidik vertraut zu machen.

Einleitung

Microfluidics ist ein hochgradig interdisziplinäres Feld, das Physik, Chemie, Biologie und Technik zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen von Femtoliter bis Mikroliter¹. Mikrofluidik ist auch ein sehr breites und aktives Feld; eine Web of Science-Suche gibt fast 20.000 Publikationen zurück, und dennoch gibt es nicht genügend Literatur und Rezensionspapiere über die Verwendung von Mikrofluidik als pädagogisches Werkzeug². Es gibt zwei aufschlussreiche, wenn auch veraltete Rezensionsartikel von Legge und Fintschenko^3,4. Legge führt Pädagogen in die Idee eines ....

Protokoll

1) Montage des digitalen Mikrofluidik-Kits

1. Löten Sie die Oberflächenmontagewiderstände, Transistoren und Leuchtdioden auf die Leiterplatte gemäß den Schaltplänen in Abbildung 1b.
2. Schließen Sie den Ausgang der Hochspannungs-Netzteilplatine mit gelöteten Komponenten an die Leiterplatte an (Abbildung 2 und Zusatzabbildung 1).
3. Schließen Sie die Batterie an die Spannungsverstärkerplatine an, um die Spannung von 6 V auf 12 V zu erhöhen (Abbildung 2 und Zusatzabbildung 1).
4. Schließen Sie die Hochspannungs-Versorgun....

Ergebnisse

Die Tröpfchenbetätigung wird mit einem Smartphone aufgezeichnet. Repräsentative Ergebnisse für Chemilumineszenz und fluoreszierende Bildgebung sind in Abbildung 3 und Abbildung 4dargestellt. Für das Chemilumineszenzexperiment wird das Tröpfchen von 10 L Ferricyanid betätigt, um sich zu bewegen und mit vorgelagerten 2 L Tröpfchen auf der Zielelektrode zu mischen, wie in Abbildung 3dargestellt........

Diskussion

Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht es dem Leser, ein funktionierendes EWOD-System zur Tröpfchenbetätigung zusammenzustellen und zu testen und praktische Erfahrungen mit Mikrofluidik zu sammeln. Wir vermeiden bewusst teure Komponenten und chemische Proben. Derzeit kann ein Kit für 130 $ mit dem teuersten Bauteil optisches Farbglas für fluoreszierende Bildgebung und Mikrocontroller ohne das benutzerdefinierte Acrylgehäuse(Ergänzungstabelle 1) konstruiert werden. Zu einem solchen Preis sind a.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrylic enclosure	LOCAL vendor		23cm x 20.5 cm x 6cm
Ardunion Uno	Arduino	UNO	microcontroller board
acetic acid	Sigma Alrich	695092-100ML
Breadboard	MCIGICM	400tie	4 cm x 7 cm, 400 Points Solderless Breadboard, a pack of 4
BSP89 H6327 Infineon MOSFET	Mouser	726-BSP89H6327	drain soure breakdown voltage 240V,on resistance 4.2 ohm
citrid acid	sigma Alrich	251275-100G
Color glass filter	Thorlabs	FGL 530	color glass filter for fluorescent imaging
DHT11 temperature & humidity sensor	adafruit
Digital multimeter	Fluke	17B
Fluorescein isothiocyanate isomer I	sigma Alrich	F7250-50MG	50 mg price, fluorescent imaging
Glycerol	Sigma Alrich	G9012-500ML
High voltage power supply for Nixe tube	Vaorwne	NCH6100HV	High voltage power max dc 235V
LM2596 voltage booster circuit			boost voltage from 5V to 12 V
Luminol	Sigma Alrich	123072-5G	5 g for $110
Pippet	Thermal Fisher		1- 10 ul
Printed circuit board	Local vender		10 piece for $60
Plastic food wrap	Kirkland	Stretch-tite	food wrap Plastic food wrap
Potassium ferricynide	Merck	104982	1 kg
1N Potassium hydroxide solution (1 mol/l)	Scharlau		1 Liter
Clear Office tape 3mm	3M Scotch		semi-transparent, used as diffuser for illumination
salt	Great Value Iodized Salt		6 oz for $7 salt from supermarket
Silicone oil (5Cst)	Sigma Alrich	317667-250ML	top hydrophobic layer & filling layer between electrode and insulator
sucrose			table sugar  from any supermarket, 6 dollar per pound
Surface mount blue LED	oznium	3528	Oznium 20 Pieces of PLCC-2 Surface Mount LEDs, 3528 Size SMD SMT LED - Blue
Surface mount resistor 180k Ohm	Balance World Inc		3mm x 6 mm 1watt
Surface mount resistor 510Ohm	Balance World Inc		bias resistor for LED, 3mmx6mm 1watt
Water atomizer	Grove		operating frequency 100 kHz  supply votage 5V max 2W  The kit comes with ultrasonic transducer
			high voltage transistor