一种基于数字微流控液滴操控的多功能科学教育套件

我们推出了一款基于商用印刷电路板的数字微流控教学套件，使用户能够亲身体验数字微流控技术。只要能够共享数字PCB设计文件，该方案即可成为一种可行且低成本的教学解决方案。我们建议将数字微流控用作教学工具，因为液滴可在通用的电极阵列平台上进行操控。

用户可以利用现在广泛可得的一系列电子元件，这些元件非常适合用于自制应用，以实现与液滴的电子化连接。演示该操作流程的是来自杨氏实验室的研究生 Yu Hao Guo。首先将表面贴装电阻、晶体管和发光二极管焊接到 PCB 板上。

将高压电源板的输出端连接到焊接有元器件的PCB板。然后将电池连接到升压模块板，以将电压从6伏提升至12伏。将湿度传感器、超声波压电雾化片和雾化驱动板连接到微控制器板。

使用提供的补充代码启动微控制器。调节高压板上的可变电阻，并使用数字万用表测量数字微流控电极的电压。佩戴洁净的丁腈手套，用移液器在电极区域加入10微升五厘泊的硅油。

用手指将油均匀涂抹在电极区域。剪取一块尺寸为2.5厘米×4厘米的食品保鲜膜，覆盖在电极上方。使用微量移液器将硅油滴加到电极区域，并均匀涂抹。

进行化学发光实验时，使用微量移液器将两到五微升鲁米诺溶液滴加至目标电极上。将10微升0.1%亚铁氰化钾溶液滴加至可移动的电润湿电极上。开启微控制器，使亚铁氰化钾液滴与鲁米诺溶液合并。

进行荧光成像时，剪下一平方厘米大小的半透明胶带，置于激发光源发光二极管与数字微流控电极之间。用胶带将发射玻璃滤光片固定在智能手机的摄像头镜头上，然后在电极上放置10 µL的亚铁氰化钾溶液。使用智能手机录制液滴驱动过程的视频。

进行长期液滴驱动时，将一毫升水置于超声波雾化器上。放置一滴铁氰化钾，并开启微控制器。然后立即关闭 enclosure 的盖子。

一小时后检查液滴驱动情况。此处展示了一个典型的液滴运动过程。在化学发光实验中，二茂铁氰化物液滴在第12秒被驱动移动，并与预先沉积在目标电极上的鲁米诺液滴混合。

此处展示了一种示意图装置，其中发光二极管（LED）作为激发光源，半透明的透明办公胶带用作光线扩散器，发射滤光片则直接连接在智能手机相机上。在暗环境中，含有异硫氰酸荧光素的液滴经半透明胶带作为扩散器均匀分布激发光后，可观察到其荧光成像。在长期实验中，可观察到成功的液滴操控效果。

此处展示了在超声波雾化器作用下的典型湿度数据。该方案可用于开发基于数字微流控技术的教学套件。文中以基于鲁米诺的化学发光实验作为具体示例进行报道。

该试剂盒可在短时间内完成组装，且仅需基本的电子学操作培训。此处描述的简化实验可进一步拓展至其他实验。例如，可通过将液滴转移至试纸并被其吸收，来使用纸质检测试剂盒。

还可以添加带有接口逻辑电路的微控制器，以实现更复杂的数字控制和可编程性。该方案有助于非专业爱好者学习并应用电子技术，从而进一步提升他们在该领域的知识水平。