Name: a versatile kit based on digital microfluidics droplet actuation for science education
Uploaded: 2021-04-26T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Versatile Kit Based on Digital Microfluidics Droplet Actuation for Science Education at JoVE.com

Y. T. Y. vil gerne anerkende finansiering støtte fra Ministeriet for Videnskab og Teknologi under tilskud numre MOST 107-2621-M-007-001-MY3 og National Tsing Hua University under tilskud nummer 109Q2702E1. Mark Kurban fra Edanz Group (https://en-author-services.edanzgroup.com/ac) redigerede et udkast til dette manuskript.

1) Samling af det digitale mikrofluidics kit
<ol><li>Lodde overflademonteringsmodstande, transistorer og lysdioder på PRINT-brættet i henhold til skemaerne i figur 1b.</li>
	<li>Tilslut højspændingsforsyningskortets output til PRINT-brættet med loddede komponenter(figur 2 og supplerende figur 1).</li>
	<li>Tilslut batteriet til spændingsforstærkerpladen for at øge spændingen fra 6 V til 12 V (figur 2 og <...

<ol>
	<li>Convery, N., Gadegaard, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=30+years+of+microfluidics.">30 years of microfluidics.</a> Micro and Nano Engineering. 2, 76-91 (2019).</li><li>Rackus, D. G., Ridel-Kruse, I. H., Pamme, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+on+a+chip:+Microfluidics+for+formal+and+informal+science+education.">Learning on a chip: Microfluidics for formal and informal science education.</a> Biomicrofluidics. 13, 041501 (2019).</li><li>Legge, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+under+the+microscope-Lab+on+a+chip+technologies.">Chemistry under the microscope-Lab on a chip technologies.</a> Journal of Chemical Education. 79, 173 (2002).</li><li>Fintschenko, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Education:+a+modular+approach+to+microfluidics+in+the+teaching+laboratory.">Education: a modular approach to microfluidics in the teaching laboratory.</a> Lab On A Chip. 11, 3394 (2011).</li><li>Mugele, F., Baret, J. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrowetting:+from+basics+to+applications.">Electrowetting: from basics to applications.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 17, 705-774 (2005).</li><li>Lippmann, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relations+entre+les+phenomenes+electriques+et+capillary.">Relations entre les phenomenes electriques et capillary.</a> Ann. Chim. Phys. 6, 494 (1875).</li><li>Berge, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocapillarite+et+mouillge+de+films+isolant+par+l'eau.">Electrocapillarite et mouillge de films isolant par l'eau.</a> C. R. Acad. Sci. II. 317, 157 (1993).</li><li>Pollack, M. G., Fair, R. B., Shenderov, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrowetting-based+actuation+of+liquid+droplets+for+microfluidics+applications.">Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidics applications.</a> Applied Physics Letters. 77, 1725 (2000).</li><li>Lee, J., Kim, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-tension-driven+microactuation+based+on+continuous+electrowetting.">Surface-tension-driven microactuation based on continuous electrowetting.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 9 (2), 171 (2000).</li><li>Choi, K., Ng, A. H. C., Fobel, R., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+Microfluidics.">Digital Microfluidics.</a> Annual Review of Analalytical Chemistry. 5, 413-440 (2012).</li><li>Jebrail, M. J., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Let's+get+digital:+digitizing+chemical+biology+with+microfluidics.">Let's get digital: digitizing chemical biology with microfluidics.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 14, 574-581 (2000).</li><li>Pollack, M. G., Pamula, V. K., Srinivasan, V., Eckhardt, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2011.+Applications+of+electrowetting-based+digital+microfluidics+in+clinical+diagnostics.">2011. Applications of electrowetting-based digital microfluidics in clinical diagnostics.</a> Expert Review of Molecular Diagnostics. 11, 393-407 (2011).</li><li>Abdelgawad, M., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+in+copper+substrates+for+digital+microfluidics.">Rapid prototyping in copper substrates for digital microfluidics.</a> Advanced Materials. 19 (1), 133-137 (2007).</li><li>Abdelgawad, M., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost,+rapid-prototyping+of+digital+microfluidics+devices.">Low-cost, rapid-prototyping of digital microfluidics devices.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 4, 349-355 (2008).</li><li>Fobel, R., Fobel, C., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DropBot:+an+open-source+digital+microfluidic+control+system+with+precise+control+of+electrostatic+driving+force+and+instantaneous+drop+velocity+measurement.">DropBot: an open-source digital microfluidic control system with precise control of electrostatic driving force and instantaneous drop velocity measurement.</a> Applied Physics Letters. 102, 193513 (2013).</li><li>Yafia, M., Ahmadi, A., Hoorfar, M., Najjaran, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-portable+smartphone+controlled+integrated+digital+microfluidic+system+in+a+3D-printed+modular+assembly.">Ultra-portable smartphone controlled integrated digital microfluidic system in a 3D-printed modular assembly.</a> Micromachines. 6 (9), 1289-1305 (2015).</li><li>Alistar, M., Gaudenz, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OpenDrop:+an+integrated+do-it-yourself+platform+for+personal+use+of+biochips.">OpenDrop: an integrated do-it-yourself platform for personal use of biochips.</a> Bioengineering. 4 (2), 45 (2017).</li><li>Khan, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Luminol-based+chemiluminescent+signals:+clinical+and+non-clinical+application+and+future+uses.">Luminol-based chemiluminescent signals: clinical and non-clinical application and future uses.</a> Applied Biochemistry and Biotechnology. 173 (2), 333-355 (2014).</li><li>Agresti, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh-throughput+screening+in+drop-based+microfluidics+for+directed+evolution.">Ultrahigh-throughput screening in drop-based microfluidics for directed evolution.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (9), 4004-4009 (2010).</li><li>. Microfluidics Available from: <a target="_blank" href="https://microfluidics.utoronto.ca/dropbot/">https://microfluidics.utoronto.ca/dropbot/</a> (2020)</li><li>Busnel, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+capillary+isoelectric+focusing+in+glycerol-water+media+with+a+view+to+hydrophobic+protein+applications.">Evaluation of capillary isoelectric focusing in glycerol-water media with a view to hydrophobic protein applications.</a> Electrophoresis. 26, 3369-3379 (2005).</li><li>Chatterjee, D., Shepherd, H., Garrell, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+model+for+actuating+liquids+in+a+two+plate+droplet+microfluidic+device.">Electromechanical model for actuating liquids in a two plate droplet microfluidic device.</a> Lab On A Chip. 9, 1219-1229 (2009).</li></ol>

Den her beskrevne procedure gør det muligt for læseren at samle og teste et fungerende EWOD-system til dråbeaktivering og få praktisk erfaring med mikrofluidics. Vi undgår med vilje dyre komponenter og kemiske prøver. I øjeblikket kan et sæt konstrueresfor ~ $ 130 med den dyreste komponent er optisk farveglas til fluorescerende billeddannelse og mikrokontroller eksklusive brugerdefinerede akryl kabinet(Supplerende Tabel 1). For en sådan omkostning, en fluorescerende billeddannelse kapacitet og e...

Mikrofluidics er et meget tværfagligt felt kæmning fysik, kemi, biologi og teknik til manipulation af små mængder væsker lige fra femtoliter til mikroliter1. Mikrofluidics er også et meget bredt og aktivt felt; en Web of Science søgning returnerer næsten 20.000 publikationer, og alligevel er der utilstrækkelig litteratur og revision papirer om brugen af mikrofluidics som pædagogisk værktøj2. Der er to indsigtsfulde, omend forældede anmeldelsesartikler af Legge og Fintschenko3,4. Legge introducerer undervisere til ideen om et laboratorium på en chip3. Fintschenko påpegede den rolle, mikrofluidics undervisning lab i Science Technology Engineering Mathematics (STEM) uddannelse og forenklet filosofier i "undervise mikrofluidics" og "brug mikrofluidics"4. En nyere gennemgang af Rackus, Ridel-Kruse og Pamme i 2019 påpeger, at mikrofluidics ud over at være tværfaglige er også et meget praktisk emne2. Den praktiske aktivitet i forbindelse med praksis med mikrofluidics giver studerende mulighed for undersøgelsesbaseret læring og gør det til et engagerende værktøj til videnskabskommunikation og opsøgende arbejde. Mikrofluidics faktisk giver et stort potentiale for naturvidenskabelige uddannelser i både formelle og uformelle omgivelser og er også et ideelt "værktøj" til at begejstre og uddanne offentligheden om det tværfaglige aspekt af moderne videnskab.
Eksempler som billige mikrokanalenheder, papirmikrofluidics og digitale mikrofluidics er ideelle værktøjer til uddannelsesmæssige formål. Blandt disse platforme mangler digitale mikrofluidics fortsat esoteriske og peer-reviewed rapporter baseret på digitale mikrofluidicsmangler 2. Her foreslår vi at bruge digitale mikrofluidics som et pædagogisk værktøj af flere grunde. For det første er digital mikrofluidics meget forskellig fra mikrokanal-baserede paradigme, fordi det er baseret på manipulation af dråber og brug af dråber som diskrete mikrovessels. For det andet manipuleres dråber på relativt generiske elektrode-array platforme, så digitale mikrofluidics kan tæt kombineres med mikroelektronik. Brugere kan udnytte et udvidet sæt elektroniske komponenter, der nu er meget tilgængelige for gør-det-selv-applikationer til elektronisk grænseflade med dråber. Derfor argumenterer vi for, at digitale mikrofluidics kan lade eleverne opleve disse unikke aspekter og være fordomsfri ikke alt for at holde sig til mikrokanalbaserede lav Reynold antal mikrofluidics1.
Kort sagt er området for digital mikrofluidics i vid udstrækning baseret på elektrowettingfænomenerne, som først blev beskrevet af Gabriel Lippmann5,6. Den seneste udvikling blev indledt af Berge i begyndelsen af 1990'erne7. Hans vigtigste bidrag er ideen om at indføre en tynd isolator for at adskille den ledende væske fra metalliske elektroder for at eliminere problemet med elektrolyse. Denne idé er blevet kaldt elektrowetting på dielektrisk (EWOD). Efterfølgende blev de digitale mikrofluidics populariseret af flere banebrydende forskere8,9. Nu er en omfattende liste over applikationer for eksempel i klinisk diagnostik, kemi og biologi blevet bevist på digital mikrofluidics10,11,12 og derfor er der masser af eksempler til rådighed for en uddannelsesmæssig indstilling. Især langs den linje af lave omkostninger, gør-det-selv digitale mikrofluidics, Abdelgawad og Wheeler har tidligere rapporteret billige, hurtig prototyper af digitale mikrofluidics13,14. Fobel et al., har også rapporteret DropBot som en open source digital mikrofluidic kontrolsystem15. Yafia et al., rapporterede også en bærbar digital mikrofluidics baseret på 3D trykte dele og mindre telefon16. Alistar og Gaudenz har også udviklet den batteridrevne OpenDrop platform, som er baseret på felteffekten transistor array og dc aktivering17.
Her præsenterer vi et digitalt mikrofluidics pædagogisk kit baseret på kommercielt indkøbt printkort (PCB), der giver brugeren mulighed for at samle og få praktisk erfaring med digitale mikrofluidics (Figur 1). Gebyr for service til at oprette PCB fra digitale designfiler er bredt tilgængeligt, og derfor synes vi, det er en levedygtig billig løsning til uddannelse, forudsat at digitale designfiler kan deles. Omhyggeligt valg af komponenter og systemdesign er lavet for at forenkle montageprocessen og gøre en grænseflade med brugerens intuitive. Derfor bruges en enpladekonfiguration i stedet for en topladekonfiguration for at undgå behovet for en topplade. Både komponenterne og testkemikalierne skal være let tilgængelige. For eksempel bruges madindpakning fra supermarkedet som isolator i vores kit.
For at bevise gennemførligheden af vores kit foreslår vi et specifikt kemieksperiment baseret på luminols chemiluminescens og leverer protokollen. Håbet er, at visuel observation af chemiluminescens kan begejstre og ophidse studerende. Luminol er et kemikalie, der udviser en blå glød, når det blandes med et oxiderende middel som H2O2 og bruges typisk i retsvidenskab til at detektere blod18. I vores laboratoriemiljø fungerer kaliumferricyanid som katalysator. Luminol reagerer med hydroxidionen og danner en dianion. Dianionen reagerer efterfølgende med ilt fra brintoverilte for at danne 5-aminophthalic syre med elektroner i ophidset tilstand, og afslapning af elektroner fra ophidset tilstand til jordtilstand resulterer i fotoner, der er synlige som et udbrud af blåt lys.
Vi rapporterer også et fluorescerende billedeksperiment med en smart telefon for at demonstrere integrationen af en lysdiode (LED) som en excitationslyskilde. Endelig er dråbefordampning et problem i mikrofluidics, men bliver sjældent behandlet. (En vanddråbe på 1 μL går tabt inden for 1 time fra et åbent substrat3.) Vi bruger en forstøver baseret på en højfrekvent piezo transducer til at omdanne vand til fin tåge. Dette skaber et befugtet miljø for at forhindre dråbefordampning og demonstrerer langvarig (~ 1 h) dråbeaktivering.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig01.jpg"> Figur 1: Skemaer over EWOD-opsætning. Fugtigheden styres også. (b) Skemaer over PCB-layout. Elektroder, LED for fluorescerende billeddannelse, modstand, og felteffekt transistorer (FET) er mærket. Skalabjælke på 1 cm vises også. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig01large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig02.jpg"> Figur 2:Topvisning af sættet. Microcontroller bord, højspændingsforsyning bord, EWOD PCB, fugtighed sensor, og forstøver er mærket. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig02large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acrylic enclosure</td>
			<td>LOCAL vendor</td>
			<td></td>
			<td>23cm x 20.5 cm x 6cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ardunion Uno</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>UNO</td>
			<td>microcontroller board</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>acetic acid</td>
			<td>Sigma Alrich</td>
			<td>695092-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Breadboard</td>
			<td>MCIGICM</td>
			<td>400tie</td>
			<td>4 cm x 7 cm, 400 Points Solderless Breadboard, a pack of 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSP89 H6327 Infineon MOSFET&#160;</td>
			<td>Mouser</td>
			<td>726-BSP89H6327</td>
			<td>drain soure breakdown voltage 240V,on resistance 4.2 ohm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>citrid acid</td>
			<td>sigma Alrich</td>
			<td>251275-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Color glass filter&#160;</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FGL 530</td>
			<td>color glass filter for fluorescent imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DHT11 temperature &#38; humidity sensor</td>
			<td>adafruit</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital multimeter&#160;</td>
			<td>Fluke</td>
			<td>17B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein isothiocyanate isomer I</td>
			<td>sigma Alrich</td>
			<td>F7250-50MG</td>
			<td>50 mg price, fluorescent imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>Sigma Alrich</td>
			<td>G9012-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High voltage power supply for Nixe tube</td>
			<td>Vaorwne</td>
			<td>NCH6100HV</td>
			<td>High voltage power max dc 235V</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LM2596 voltage booster circuit</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>boost voltage from 5V to 12 V</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luminol</td>
			<td>Sigma Alrich</td>
			<td>123072-5G</td>
			<td>5 g for $110</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pippet</td>
			<td>Thermal Fisher</td>
			<td></td>
			<td>1- 10 ul</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed circuit board&#160;</td>
			<td>Local vender</td>
			<td></td>
			<td>10 piece for $60</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic food wrap</td>
			<td>Kirkland</td>
			<td>Stretch-tite&#160;</td>
			<td>food wrap Plastic food wrap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium ferricynide</td>
			<td>Merck</td>
			<td>104982</td>
			<td>1 kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1N Potassium hydroxide solution (1 mol/l)&#160;</td>
			<td>Scharlau&#160;</td>
			<td></td>
			<td>1 Liter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Office tape 3mm</td>
			<td>3M Scotch</td>
			<td></td>
			<td>semi-transparent, used as diffuser for illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>salt</td>
			<td>Great Value Iodized Salt</td>
			<td></td>
			<td>6 oz for $7 salt from supermarket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone oil (5Cst)</td>
			<td>Sigma Alrich</td>
			<td>317667-250ML</td>
			<td>top hydrophobic layer &#38; filling layer between electrode and insulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>table sugar&#160; from any supermarket, 6 dollar per pound</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface mount blue LED</td>
			<td>oznium</td>
			<td>3528</td>
			<td>Oznium 20 Pieces of PLCC-2 Surface Mount LEDs, 3528 Size SMD SMT LED - Blue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface mount resistor 180k Ohm</td>
			<td>Balance World Inc</td>
			<td></td>
			<td>3mm x 6 mm 1watt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface mount resistor 510Ohm</td>
			<td>Balance World Inc</td>
			<td></td>
			<td>bias resistor for LED, 3mmx6mm 1watt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water atomizer</td>
			<td>Grove&#160;</td>
			<td></td>
			<td>operating frequency 100 kHz&#160; supply votage 5V max 2W&#160; The kit comes with ultrasonic transducer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>high voltage transistor</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a versatile kit based on digital microfluidics droplet actuation for science education

Dette papir beskriver en pædagogisk kit baseret på digitale mikrofluidics. En protokol for luminolbaseret chemiluminescenseksperiment rapporteres som et specifikt eksempel. Det har også fluorescerende billeddannelse kapacitet og lukket befugtet kabinet baseret på en ultralyd forstøver for at forhindre fordampning. Sættet kan samles inden for kort tid og med minimal træning i elektronik og lodning. Sættet giver både bachelor / kandidatstuderende og entusiaster til at opnå hands-on erfaring i mikrofluidics på en intuitiv måde og blive uddannet til at få kendskab til digitale mikrofluidics.

Dråbeaktivering registreres med en smartphone. De repræsentative resultater for chemiluminescens og fluorescerende billeddannelse er vist i figur 3 og figur 4. Til chemiluminescensforsøget aktiveres dråben på 10 μL ferricyanid for at bevæge sig og blandes med forudindstillet 2 μL dråbe på målelektroden som vist i figur 3. Tidsperioden mellem successive bevægelse er indstillet til at være...

Watch this Scientific Journal Video about A Versatile Kit Based on Digital Microfluidics Droplet Actuation for Science Education at JoVE.com

A Versatile Kit Based on Digital Microfluidics Droplet Actuation for Science Education

Vi beskriver et uddannelsessæt, der giver brugerne mulighed for at udføre flere eksperimenter og få praktisk erfaring med digitale mikrofluidics.

Et alsidigt sæt baseret på digital mikrofluidics droplet aktivering til naturvidenskabelige uddannelser

This paper describes an educational kit based on digital microfluidics. A protocol for luminol-based chemiluminescence experiment is reported as a ...

Vi præsenterer et digitalt mikrofluidics pædagogisk kit baseret på et kommercielt indkøbt printkort, der giver brugeren mulighed for at få praktisk erfaring med digitale mikrofluidics. Dette er en levedygtig, billig løsning til uddannelse, forudsat at digitale PCB-designfiler kan deles. Vi foreslår at bruge digitale mikrofluidics som et pædagogisk værktøj, fordi dråber manipuleres på generiske elektrode array platforme.Brugere kan udnytte et udvidet sæt elektroniske komponenter, der nu er meget tilgængelige for gør-det-selv-applikationer, til elektronisk grænseflade med dråberne. Demonstration af proceduren vil være Yu Hao Guo, en kandidatstuderende fra Yang Laboratory. Begynd med at lodde overflademonteringsmodstande, transistorer og lysdioder på PRINT-brættet.Tilslut højspændingsforsyningskortets output til PRINT-brættet med de loddede komponenter. Tilslut derefter batteriet til spændingsforstærkerkortet for at øge spændingen fra seks volt til 12 volt. Tilslut fugtighedssensoren, ultralydstærtezoforstøveren og forstøverdriverbrættet til mikrokontrollerbrættet.Tænd for mikrocontrolleren ved hjælp af den medfølgende supplerende kode. Juster højspændingskortets variable modstand, og brug den digitale multimåler til at måle ewodelektrodens spænding. Brug rene nitrilhandsker og påfør 10 mikroliter af fem centistok silikoneolie på elektrodeområdet ved hjælp af en mikropipette.Spred olien jævnt på elektrodeområdet med en finger. Skær et stykke madindpakning med dimensioner 2,5 gange fire centimeter og læg det oven på elektroden. Påfør silikoneolie på elektrodeområdet ved hjælp af en mikropipette og spred den jævnt.For at udføre et chemiluminescenseksperiment skal du placere to til fem mikroliter luminolopløsning på målelektroden ved hjælp af en mikropipette. Placer 10 mikroliter på 0,1% kaliumferrocyanid på elektroden, som kan flyttes som en dråbe til elektrowetting. Tænd for mikrocontrolleren, så kaliumferrocyaniddråben smelter sammen med luminolen.For fluorescerende billeddannelse, skære en en kvadratcentimeter stykke halvgennemsigtig tape og placere den mellem excitation lys udsender diode og EWOD elektroder. Sæt emissionsglasfilteret på smartphonens kamera med tape, og placer 10 mikroliter af kaliumferrocyanidopløsningen på elektroderne. Optag videoen af dråbeaktiveringen ved hjælp af en smartphone.For langsigtet dråbeaktivering skal du placere en milliliter vand på ultralydsforstøveren. Placer en dråbe kalium ferrocyanid og tænd for mikrocontrolleren. Luk derefter straks låget på kabinettet.Tjek dråbeaktiveringen efter en time. En repræsentativ dråbebevægelse vises her. Til chemiluminescenseksperimentet aktiveres dråben af ferrocyanid for at bevæge sig og blandes med den forudaflejrede luminoldråbe på målelektroden på 12 sekunder.En skematisk opsætning af en LED, der tjener som lyskilde til excitation, et halvgennemsigtigt klart kontorbånd som en lysdiffusor, og emissionsfilteret, der er direkte fastgjort til smartphonekameraet, vises her. Fluorescerende billeddannelse af dråben, der indeholder fluorescein isothiocyanat i mørke, ses som et resultat af det halvgennemsigtige bånd, der tjener som diffusor til jævnt at distribuere excitationslyset. For et langsigtet eksperiment kan vellykket dråbeaktivering observeres.Repræsentative fugtighedsdata under påvirkning af en ultralydsforstøver vises her. Denne protokol kan bruges til at udvikle et pædagogisk kit baseret på digitale mikrofluidics. Et luminolbaseret chemiluminescenseksperiment rapporteres som et specifikt eksempel.Sættet kan samles inden for kort tid og med minimal træning i elektronik. Det forenklede eksperiment, der er beskrevet her, kan udvides til andre eksperimenter. For eksempel kan et papirtestsæt bruges ved at flytte dråben til det papir, der skal absorberes.En mikrocontroller med interface logik kredsløb kan også tilføjes for at give mere sofistikeret digital kontrol og programmerbarhed. Denne protokol kan gavne ikke-professionelle entusiaster til at lære og anvende elektronik til yderligere at fremme deres viden om området.

Research

JoVE Journal

Engineering

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Drage fordel af reducerede Droplet-overflade Interaktion Optimer Transport af Bioanalytes i Digital Microfluidics

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

Adsorption Device Baseret på en Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption i zeolit ​​H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

En fabrikation og målemetode for en fleksibel Ferroelectric Element baseret på Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Fabrikation af fleksible billedsensor baseret på Lateral RAFNS Phototransistors

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

A Pipette-Tip Based Method for Seeding Cells to Droplet Microfluidic Platforms

En Pipette-Tip baseret metode for såning celler til dråbe mikrofluid platforme

Amongst various microfluidic platform designs frequently used for cellular analysis, droplet-microfluidics provides a robust tool for isolating and ...

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

Fabrikation af refraktive-index-matchede enheder for biomedicinsk mikrofluidik

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...

O-cresol Concentration Online Measurement Based On Near Infrared Spectroscopy Via Partial Least Square Regression

O-cresol koncentration online måling baseret på nær infrarød spektroskopi via delvis mindst kvadratisk regression

Unlike macroscopic process variables, near-infrared spectroscopy provides process information at the molecular level and can significantly improve the ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Gennemførelse af et ikke-lineært mikroskop baseret på stimuleret Raman spredning

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...

A Photonic System for Generating Unconditional Polarization-Entangled Photons Based on Multiple Quantum Interference

Et fotonisk system til generering af betingelsesløs polarisering-viklet fotoner baseret på flere kvante forstyrrelser

We present a high-performance source of unconditional polarization-entangled photons that have a high-emission rate, a broadband distribution, are ...

Cryogenic Liquid Jets for High Repetition Rate Discovery Science

Kryogene væskestråler til opdagelsesvidenskab med høj gentagelseshastighed

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as ...