과학 교육을 위한 디지털 미세 유체 액적 액적 을 기반으로 하는 다목적 키트

요약

우리는 사용자가 여러 실험을 실행하고 디지털 미세 유체학에 대한 실습 경험을 얻을 수있는 교육 키트를 설명합니다.

초록

이 논문은 디지털 미세 유체학을 기반으로 하는 교육 키트에 대해 설명합니다. 루미놀 계 화학 발광 실험에 대한 프로토콜은 특정 예로 보고된다. 또한 증발을 방지하기 위해 초음파 분무기에 기반한 형광 이미징 기능과 폐쇄된 가습 인클로저를 갖추고 있습니다. 이 키트는 단기간에 전자 제품 및 납땜 교육을 최소화하면서 조립할 수 있습니다. 이 키트를 통해 학부생/대학원생과 매니아 모두 직관적인 방식으로 미세 유체학에서 실습 경험을 쌓고 디지털 미세 유체에 익숙해지도록 훈련할 수 있습니다.

서문

미세 유체학은 펨토리터에서 마이크로리터^1에이르는 소량의 액체를 조작하기 위한 물리학, 화학, 생물학 및 엔지니어링 분야가 매우 학제간 분야입니다. 미세 유체학은 또한 매우 광범위하고 활동적인 분야입니다. 과학 검색의 웹은 거의 20,000 개의 출판물을 반환하지만 교육 도구^2로미세 유체 의 사용에 대한 문헌 및 검토 논문이 충분하지 않습니다. 레게와 Fintschenko^3,4에의해 오래된 리뷰 기사이기는하지만, 두 통찰력이 있습니다 . Legge는 칩^3에실험실의 아이디어에 교육자 소개합니다. Fintschenko는 과학 기술 공학 수학 (STEM) 교육에서 미세 유체 교육 실험실의 역할을 지적하고 "미세 유체학을 가르치기"와 "미세 유체^{학사용"4로}철학을 단순화했다. 라쿠스, 리델-크루스, 팜메의 최근 리뷰는 2019년 자연학 간 이외에 미세유체학도 매우 실무적인^{주제2라는}점을 지적한다. 미세 유체 학의 연습과 관련된 실습 활동은 학생들에게 탐구 기반 학습에 빌려주며 과학 의사 소....

프로토콜

1) 디지털 미세 유체 키트 조립

1. 도 1b의회로도에 따라 표면 마운트 저항기, 트랜지스터 및 발광 다이오드를 PCB 보드에 납땜한다.
2. 고전압 전원 공급 판의 출력을 납땜 부품과 PCB 보드에 연결합니다(그림2 및 보충 도 1).
3. 전압 부스터 보드에 배터리를 연결하여 6V에서 12V로 전압을 향상시킵니다(그림2 및 보충 도 1).
4. 고전압 공급 보드를 전압 부스터 보드에 연결하여 전압을 12 V에서 ~230 V로 향상시킵니다(그림2 및 보충 도 1).
5. 습도 센서를 마이크로 컨트롤러 보드에 연결합니다. 초음파 압압 분무기 및 분무기 드라이버 보드를 마이크로 컨트롤러 보드(도 2 및 보충 도 1)에연결합니다.
6. 전체 어셈블리를 치수 23cm x 20.5cm x 6cm의 아크릴 인클로저에 넣습니다.

결과

액적 작동은 스마트폰으로 기록됩니다. 화학 발광 및 형광 화상 진찰에 대한 대표적인 결과는 도 3 및 도 4에표시됩니다. 화학 발광 실험의 경우, 10 μL 페리시야니드의 액적은 도 3에도시된 바와 같이 표적 전극에 미리 기탁된 2 μL 액적과 함께 이동하고 혼합하도록 작동된다. 연속된 움직임 사이의 기간은 .......

토론

여기에 설명된 절차는 독자가 액적 작동을 위해 작동하는 EWOD 시스템을 조립하고 테스트하고 미세 유체와 실습 할 수 있게 합니다. 우리는 의도적으로 비싼 구성 요소와 화학 샘플을 피합니다. 현재, 하나의 키트는 사용자 정의 아크릴 인클로저(보충 표 1)를제외한 형광 이미징 및 마이크로 컨트롤러용 광학 색상 유리인 가장 비싼 구성 요소인 ~$130을 위해 구성될 수 있다. 이러한 비용?.......

자료

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