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. desea reconocer el apoyo financiero del Ministerio de Ciencia y Tecnología bajo los números de subvención MOST 107-2621-M-007-001-MY3 y la Universidad Nacional Tsing Hua bajo el número de subvención 109Q2702E1. Mark Kurban de Edanz Group (https://en-author-services.edanzgroup.com/ac) editó un borrador de este manuscrito.

1) Montaje del kit de microfluídicos digitales
<ol><li>Soldar las resistencias de montaje superficial, transistores y diodos emisores de luz en la placa PCB según los esquemas de la Figura 1b.</li>
	<li>Conecte la salida de la placa de alimentación de alta tensión a la placa PCB con componentes soldados(Figura 2 y Figura Suplementaria 1).</li>
	<li>Conecte la batería a la placa de refuerzo de voltaje para aumentar la tensión de 6 V a 12 ...

<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>

El procedimiento descrito aquí permite al lector ensamblar y probar un sistema EWOD en funcionamiento para el accionamiento de gotas y obtener experiencia práctica con microfluídicos. Evitamos intencionalmente componentes costosos y muestras químicas. Actualmente, se puede construir un kit por ~$130 con el componente más caro es el vidrio óptico de color para imágenes fluorescentes y microcontrolador excluyendo la carcasa acrílica personalizada(Tabla complementaria 1). Para tal costo, también se...

Microfluidics es un campo altamente interdisciplinario que peina física, química, biología e ingeniería para la manipulación de pequeños volúmenes de líquidos que van desde femtoliter a microlitros1. La microfluídica también es un campo muy amplio y activo; una búsqueda en la Web of Science devuelve casi 20.000 publicaciones y, sin embargo, no hay suficiente literatura y artículos de revisión sobre el uso de microfluídicos como herramienta educativa2. Hay dos artículos de revisión perspicaces, aunque anticuados por Legge y Fintschenko3,4. Legge presenta a los educadores la idea de un laboratorio en un chip3. Fintschenko señaló el papel del laboratorio de enseñanza de microfluídicos en la educación en Matemáticas de Ingeniería de Tecnología Científica (STEM) y simplificó las filosofías en "enseñar microfluídicas" y "utilizar microfluídicos"4. Una revisión más reciente de Rackus, Ridel-Kruse y Pamme en 2019 señala que además de ser de naturaleza interdisciplinaria, la microfluídica también es un tema muy práctico2. La actividad práctica relacionada con la práctica de la microfluídica presta a los estudiantes al aprendizaje basado en la investigación y lo convierte en una herramienta atractiva para la comunicación científica y la divulgación. De hecho, la microfluidics ofrece mucho potencial para la educación científica tanto en entornos formales como informales y también es una "herramienta" ideal para entusiasmar y educar al público en general sobre el aspecto interdisciplinario de las ciencias modernas.
Ejemplos como dispositivos de microcanal de bajo costo, microfluídicos de papel y microfluídicos digitales son herramientas ideales para fines educativos. Entre estas plataformas, los microfluídicos digitales siguen siendo informes esotéricos y revisados por pares basados en microfluídicos digitales que carecende 2. Aquí proponemos utilizar la microfluídica digital como herramienta educativa por varias razones. En primer lugar, la microfluidics digital es muy distinta del paradigma basado en microcanal porque se basa en la manipulación de las gotas y el uso de las gotas como microvelas discretas. En segundo lugar, las gotas se manipulan en plataformas de matriz de electrodos relativamente genéricas para que los microfluídicos digitales puedan combinarse íntimamente con microelectrónica. Los usuarios pueden aprovechar un conjunto extendido de componentes electrónicos, ahora altamente accesibles para aplicaciones do-it-yourself para interactuar electrónicamente con gotas. Por lo tanto, argumentamos que los microfluídicos digitales pueden permitir a los estudiantes experimentar estos aspectos únicos y ser de mente abierta no demasiado para apegarse a microfluídicos de bajo número reynold basados en microcanal1.
Brevemente, el campo de los microfluídicos digitales se basa en gran medida en los fenómenos de electrowetting, que fue descrito por primera vez por Gabriel Lippmann5,6. Los últimos acontecimientos fueron iniciados por Berge a principios de la década de 19907. Su contribución clave es la idea de introducir un aislador delgado para separar el líquido conductor de los electrodos metálicos para eliminar el problema de la electrólisis. Esta idea ha sido denominada electrowetting en dieléctrico (EWOD). Posteriormente, la microfluídica digital fue popularizada por varios investigadores pioneros8,9. Ahora se ha probado una lista completa de aplicaciones, por ejemplo, en diagnóstico clínico, química y biología, en microfluídica digital10,11,12 y, por lo tanto, hay muchos ejemplos disponibles para un entorno educativo. En particular, a lo largo de la línea de microfluídicos digitales de bajo costo, do-it-yourself, Abdelgawad y Wheeler han reportado previamente prototipado rápido y de bajo costo de microfluidics digitales13,14. Fobel et al., también ha informado DropBot como un sistema de control microfluídico digital de código abierto15. Yafia et al., también informó de un microfluídico digital portátil basado en piezas impresas en 3D y el teléfono más pequeño16. Alistar y Gaudenz también han desarrollado la plataforma OpenDrop alimentada por batería, que se basa en la matriz de transistores de efecto de campo y la accionación de CC17.
Aquí, presentamos un kit educativo de microfluídicos digitales basado en placa de circuito impreso de origen comercial (PCB) que permite al usuario ensamblar y obtener experiencia práctica con microfluídicos digitales(Figura 1). Fee-for-service para crear PCB a partir de archivos de diseño digital está ampliamente disponible, y por lo tanto creemos que es una solución viable de bajo costo para la educación siempre que los archivos de diseño digital se puedan compartir. La elección meticulosa de los componentes y el diseño del sistema se hace para simplificar el proceso de montaje y hacer una interfaz con la intuición del usuario. Por lo tanto, se utiliza una configuración de una placa en lugar de una configuración de dos placas para evitar la necesidad de una placa superior. Tanto los componentes como los productos químicos de prueba deben estar fácilmente disponibles. Por ejemplo, la envoltura de alimentos del supermercado se utiliza como aislante en nuestro kit.
Para demostrar la viabilidad de nuestro kit, sugerimos un experimento químico específico basado en la quimioluminiscencia del luminol y proporcionamos el protocolo. La esperanza es que la observación visual de la quimioluminiscencia pueda entusiasmar y excitar a los estudiantes. El luminol es un químico que exhibe un resplandor azul cuando se mezcla con un agente oxidante como H2O2 y se utiliza típicamente en los forenses para detectar sangre18. En nuestro entorno de laboratorio, el ferricianuro de potasio sirve como catalizador. El luminol reacciona con el ión de hidróxido y forma un dianion. El dianion posteriormente reacciona con oxígeno del peróxido de hidrógeno para formar ácido 5-aminofálico con electrones en un estado excitado, y la relajación de los electrones desde el estado excitado hasta el estado del suelo resulta en fotones visibles como una explosión de luz azul.
También informamos de un experimento de imágenes fluorescentes con un teléfono inteligente para demostrar la integración de un diodo emisor de luz (LED) como fuente de luz de excitación. Por último, la evaporación de gotas es un problema en los microfluídicos, pero rara vez se está abordando. (A 1 μL de gota de agua se pierde dentro de 1 h de un sustrato abierto3.) Utilizamos un atomizador basado en un transductor piezozo de alta frecuencia para convertir el agua en niebla fina. Esto crea un ambiente humidificado para evitar la evaporación de gotas y demuestra la actuación de gotas a largo plazo (~1 h).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig01.jpg"> Figura 1: Esquemas de configuración EWOD. ( a ) Se utilizaunmicrocontrolador para proporcionar una secuencia de control al electrodo EWOD. Además, la humedad está controlada. b) Esquemas de diseño PCB. Los electrodos, el LED para imágenes fluorescentes, resistencias y transistores de efecto de campo (FET) están etiquetados. También se muestra barra de escala de 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61978/61978fig02.jpg"> Figura 2: Vista superior del kit. La placa de microcontrolador, la placa de alimentación de alta tensión, el PCB EWOD, el sensor de humedad y el atomizador están etiquetados. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61978/61978fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</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

Este artículo describe un kit educativo basado en microfluídicos digitales. Un protocolo para el experimento de quimioluminiscencia basado en luminal se notifica como un ejemplo específico. También tiene capacidad de imágenes fluorescentes y cerramiento humidificado cerrado basado en un atomizador ultrasónico para evitar la evaporación. El kit se puede montar en un corto período de tiempo y con un entrenamiento mínimo en electrónica y soldadura. El kit permite a estudiantes de pregrado/posgrado y entusiastas obtener experiencia práctica en microfluídicos de una manera intuitiva y ser entrenados para familiarizarse con los microfluídicos digitales.

El accionamiento de las gotas se graba con un teléfono inteligente. Los resultados representativos de la quimioluminiscencia y las imágenes fluorescentes se muestran en la Figura 3 y la Figura 4. Para el experimento de quimioluminiscencia, la gota de 10 μL de ferricyanida se acciona para mover y mezclar con gota pre-depositada de 2 μL en el electrodo objetivo como se muestra en la Figura 3. El pe...

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

Describimos un kit educativo que permite a los usuarios ejecutar múltiples experimentos y obtener experiencia práctica en microfluídicos digitales.

Un kit versátil basado en la actuación de gotas de microfluídica digital para la educación científica

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

Presentamos un kit educativo de microfluidics digitales basado en una placa de circuito impreso de origen comercial que permite al usuario obtener experiencia práctica con microfluídicos digitales. Esta es una solución viable y de bajo costo para la educación siempre que los archivos de diseño de PCB digitales se puedan compartir. Proponemos utilizar la microfluidics digital como herramienta educativa porque las gotas se manipulan en plataformas genéricas de matriz de electrodos.Los usuarios pueden aprovechar un conjunto extendido de componentes electrónicos ahora altamente accesibles para aplicaciones do-it-yourself para interactuar electrónicamente con las gotas. Demostrando que el procedimiento será Yu Hao Guo, un estudiante graduado del Laboratorio Yang. Comience soldando las resistencias de montaje superficial, los transistores y los diodos emisores de luz en la placa PCB.Conecte la salida de la placa de alimentación de alta tensión a la placa PCB con los componentes soldados. A continuación, conecte la batería a la placa de refuerzo de voltaje para aumentar el voltaje de seis voltios a 12 voltios. Conecte el sensor de humedad, el atomizador piezoeléctrico ultrasónico y la placa conductora del atomizador a la placa de microcontrolador.Encienda el microcontrolador utilizando el código suplementario proporcionado. Ajuste la resistencia variable de la placa de alta tensión y utilice el multimesímetro digital para medir el voltaje del electrodo EWOD. Use guantes de nitrilo limpios y aplique 10 microlitros de aceite de silicona de cinco centistos en el área del electrodo utilizando un micropipette.Extienda el aceite uniformemente en el área del electrodo con un dedo. Corta un trozo de envoltura de alimentos con dimensiones de 2,5 por cuatro centímetros y colóquelo encima del electrodo. Aplique aceite de silicona en el área del electrodo utilizando un micropipette y esparce uniformemente.Para realizar un experimento de quimioluminiscencia, coloque de dos a cinco microlitros de solución de luminol en el electrodo objetivo utilizando un micropipette. Coloque 10 microlitros de ferrocianuro de potasio al 0,1% en el electrodo que se puede mover como gota para electrowetting. Encienda el microcontrolador para que la gota de ferrocianuro de potasio se fusione con el luminal.Para imágenes fluorescentes, corte una pieza de un centímetro cuadrado de cinta semitransparente y colóquela entre el diodo emisor de luz de excitación y los electrodos EWOD. Conecte el filtro de vidrio de emisión a la cámara del smartphone con cinta adhesiva y coloque 10 microlitros de la solución de ferrocianuro de potasio en los electrodos. Graba el vídeo de la actuación de la gota con un smartphone.Para una actuación de gotas a largo plazo, coloque un mililitro de agua en el atomizador ultrasónico. Coloque una gota de ferrocianuro de potasio y encienda el microcontrolador. A continuación, cierre inmediatamente la tapa de la carcasa.Compruebe la actuación de las gotas después de una hora. Aquí se muestra un movimiento representativo de gotas. Para el experimento de quimioluminiscencia, la gota de ferrocianuro se acciona para moverse y mezclar con la gota de luminal pre-depositada en el electrodo objetivo a 12 segundos.Aquí se muestra una configuración esquemática de un LED que sirve como fuente de luz para excitación, una cinta de oficina transparente y transparente como difusor de luz y el filtro de emisión conectado directamente a la cámara del smartphone. Las imágenes fluorescentes de la gota que contiene isoticianato de fluoresceína en la oscuridad se ven como resultado de la cinta semitransparente que sirve como difusor para distribuir uniformemente la luz de excitación. Para un experimento a largo plazo, se puede observar una actuación exitosa de las gotas.Aquí se muestran los datos representativos de humedad bajo la acción de un atomizador ultrasónico. Este protocolo se puede utilizar para desarrollar un kit educativo basado en microfluídicos digitales. Un experimento de quimioluminiscencia basado en luminal se notifica como un ejemplo específico.El kit se puede montar en un corto período de tiempo y con un entrenamiento mínimo en electrónica. El experimento simplificado descrito aquí se puede extender a otros experimentos. Por ejemplo, se puede utilizar un kit de prueba de papel moviendo la gota al papel que se va a absorber.También se puede agregar un microcontrolador con circuito lógico de interfaz para proporcionar un control digital y una programación más sofisticados. Este protocolo puede beneficiar a los entusiastas no profesionales para aprender y aplicar la electrónica para avanzar aún más en su conocimiento del campo.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Tomando ventaja de la reducción de la interacción de gotas en la superficie para optimizar el transporte de Bioanalytes en microfluídica digitales

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

Investigación

Ingeniería

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

Dispositivo de adsorción Basado en una microbalanza de cristal Langatate de alta temperatura y alta presión de adsorción de gas en la zeolita 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

Una fabricación y método de medición de un elemento ferroeléctrico Flexible basado en heteroepitaxias de Van Der Waals

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

Fabricación del Sensor de imagen Flexible basado en Lateral NIPIN fototransistores

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

Método basado en una punta de pipeta para siembra células gota microfluídicos plataformas

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

Fabricación de dispositivos emparejados de índice refractivo para microfluidos biomédica

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

Medición en línea de concentración de O-cresol basada en espectroscopia infrarroja cercana a través de la regresión parcial de mínimos cuadrados

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

Implementación de un microscopio no lineal basado en la dispersión estimulada de Raman

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

Un sistema fotónico para generar fotones enredados de polarización incondicional basados en interferencias cuánticas múltiples

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

Chorros de líquido criogénico para una ciencia de descubrimiento de alta tasa de repetición

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