科学教育のためのデジタルマイクロ流体ドロップレット作動に基づく多目的なキット

デジタルマイクロ流体工学を実際に体験できる、市販のプリント基板をベースにしたデジタルマイクロ流体教育キットを提供します。これは、デジタルPCB設計ファイルを共有できる教育のための実行可能で低コストのソリューションです。一般的な電極アレイプラットフォーム上で液滴を操作するため、教育用ツールとしてデジタルマイクロ流体を使用することを提案する。

ユーザーは、液滴と電子的にインターフェースする日曜大工アプリケーションに対して、電子部品の拡張セットを活用できます。この手順のデモンストレーションは、ヤン研究所の大学院生であるYu Hao Guoです。まず、表面実装抵抗、トランジスタ、発光ダイオードをPCB基板にはんだ付けします。

高圧電源基板の出力を、はんだ付きコンポーネントでPCBボードに接続します。その後、バッテリーを電圧ブースターボードに接続して、電圧を6ボルトから12ボルトに引き上げます。湿度センサー、超音波ピエゾアトマイザー、およびアトマイザードライバボードをマイクロコントローラボードに接続します。

付属コードを使用してマイクロコントローラの電源を入れます。高電圧ボードの可変抵抗を調整し、デジタルマルチメーターを使用してEWOD電極の電圧を測定します。きれいなニトリル手袋を着用し、マイクロピペットを使用して電極領域に5センチストークシリコーンオイルの10マイクロリットルを塗布します。

指で電極の部分に油を均等に広げます。2.5センチメートルの寸法でフードラップをカットし、電極の上に置きます。マイクロピペットを用いて電極領域にシリコーンオイルを塗布し、均一に広げます。

化学発光実験を行う場合は、マイクロピペットを用いて2~5マイクロリットルの発光溶液を標的電極に配置する。電気湿式の液滴として移動できる電極に0.1%フェロシアン化カリウムを10マイクロリットル置きます。カリウムフェロシアン化物の液滴がルミノールと合体するようにマイクロコントローラをオンにします。

蛍光イメージングの場合は、半透明テープを1平方センチメートル切り、励起発光ダイオードとEWOD電極の間に置きます。スマートフォンのカメラにエミッショングラスフィルターをテープで取り付け、フェロシアン化カリウム溶液を10マイクロリットルの電極に取り付けます。スマートフォンを使用して液滴作動の動画を録画します。

長期の液滴作動のために、超音波アトマイザーに1ミリリットルの水を置きます。フェロシアン化カリウムの液滴を置き、マイクロコントローラをオンにします。その後、すぐにエンクロージャの蓋を閉じます。

1時間後に液滴の作動を確認してください。代表的な液滴の動きがここに示されています。化学発光実験の場合、フェロシアン化物の液滴を作動させて、12秒で対象電極上に予め堆積したルミノール液滴と混合する。

励起用の光源となるLED、光ディフューザーとしての半透明のクリアオフィステープ、スマートフォンカメラに直接接続されたエミッションフィルタの概略設定を示します。暗闇の中でフッ素イソチオシアネートを含む液滴の蛍光画像化は、励起光を均等に分配するディフューザーとして役立つ半透明テープの結果として見られる。長期実験では、成功した液滴作動が観察される。

超音波アトマイザーの作用下での代表的な湿度データがここに示されている。このプロトコルは、デジタルマイクロ流体に基づく教育キットの開発に使用できます。特定の例として、ルミノール系化学発光実験が報告されている。

キットは、短時間で、電子機器の最小限のトレーニングで組み立てることができます。ここで説明する簡略化された実験は、他の実験にも拡張できます。例えば、紙のテストキットは、吸収する用紙に液滴を移動することによって使用することができる。

インターフェイスロジック回路を備えたマイクロコントローラを追加して、より高度なデジタル制御とプログラマビリティを提供することもできます。このプロトコルは、学び、フィールドの彼らの知識をさらに進めるために電子機器を適用する非専門家愛好家に利益をもたらすことができます。