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Image-based feedback and analysis system for digital microfluidics
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2017-09-05 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7lc00826k Philippe Q. N. Vo 1, 2, 3, 4, 5 , Mathieu C. Husser 2, 3, 4, 5, 6 , Fatemeh Ahmadi 1, 2, 3, 4, 5 , Hugo Sinha 1, 2, 3, 4, 5 , Steve C. C. Shih 1, 2, 3, 4, 5
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2017-09-05 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7lc00826k Philippe Q. N. Vo 1, 2, 3, 4, 5 , Mathieu C. Husser 2, 3, 4, 5, 6 , Fatemeh Ahmadi 1, 2, 3, 4, 5 , Hugo Sinha 1, 2, 3, 4, 5 , Steve C. C. Shih 1, 2, 3, 4, 5
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Digital microfluidics (DMF) is a technology that provides a means of manipulating nL–μL volumes of liquids on an array of electrodes. By applying an electric potential to an electrode, these discrete droplets can be controlled in parallel which can be transported, mixed, reacted, and analyzed. Typically, an automation system is interfaced with a DMF device that uses a standard set of basic instructions written by the user to execute droplet operations. Here, we present the first feedback method for DMF that relies on imaging techniques that will allow online detection of droplets without the need to reactivate all destination electrodes. Our system consists of integrating open-source electronics with a CMOS camera and a zoom lens for acquisition of the images that will be used to detect droplets on the device. We also created an algorithm that uses a Hough transform to detect a variety of droplet sizes and to detect singular droplet dispensing and movement failures on the device. As a first test, we applied this feedback system to test droplet movement for a variety of liquids used in cell-based assays and to optimize different feedback actuation schemes to improve droplet movement fidelity. We also applied our system to a colorimetric enzymatic assay to show that our system is capable of biological analysis. Overall, we believe that using our approach of integrating imaging and feedback for DMF can provide a platform for automating biological assays with analysis.
中文翻译：
基于图像的数字微流控反馈与分析系统
数字微流控（DMF）是一项技术，可用于处理nL–μL体积的电极阵列上的液体。通过向电极施加电势，可以并行控制这些离散的液滴，这些液滴可以被传输，混合，反应和分析。通常，自动化系统与DMF设备连接，该设备使用用户编写的标准基本指令集来执行液滴操作。在这里，我们介绍了DMF的第一种反馈方法，该方法依赖于成像技术，该技术将允许在线检测液滴，而无需重新激活所有目标电极。我们的系统包括将开源电子设备与CMOS相机和变焦镜头集成在一起，以获取将用于检测设备上的液滴的图像。我们还创建了一种算法，该算法使用霍夫变换来检测各种液滴尺寸，并检测设备上奇异的液滴分配和运动故障。作为第一个测试，我们应用了该反馈系统来测试基于细胞的分析中使用的各种液体的液滴运动，并优化不同的反馈驱动方案以提高液滴运动的保真度。我们还将我们的系统应用于比色酶法测定，以表明我们的系统能够进行生物分析。总体而言，我们相信使用DMF的集成成像和反馈方法可以为通过分析实现生物学分析自动化提供平台。我们应用了该反馈系统来测试基于细胞的测定法中各种液体的液滴运动，并优化不同的反馈驱动方案以提高液滴运动的保真度。我们还将我们的系统应用于比色酶法测定，以表明我们的系统能够进行生物分析。总体而言，我们相信使用DMF的集成成像和反馈方法可以为通过分析实现生物学分析自动化提供平台。我们应用了该反馈系统来测试基于细胞的测定法中各种液体的液滴运动，并优化不同的反馈驱动方案以提高液滴运动的保真度。我们还将我们的系统应用于比色酶法测定，以表明我们的系统能够进行生物分析。总体而言，我们相信使用DMF的集成成像和反馈方法可以为通过分析实现生物学分析自动化提供平台。
更新日期：2017-09-05
中文翻译：
基于图像的数字微流控反馈与分析系统
数字微流控（DMF）是一项技术，可用于处理nL–μL体积的电极阵列上的液体。通过向电极施加电势，可以并行控制这些离散的液滴，这些液滴可以被传输，混合，反应和分析。通常，自动化系统与DMF设备连接，该设备使用用户编写的标准基本指令集来执行液滴操作。在这里，我们介绍了DMF的第一种反馈方法，该方法依赖于成像技术，该技术将允许在线检测液滴，而无需重新激活所有目标电极。我们的系统包括将开源电子设备与CMOS相机和变焦镜头集成在一起，以获取将用于检测设备上的液滴的图像。我们还创建了一种算法，该算法使用霍夫变换来检测各种液滴尺寸，并检测设备上奇异的液滴分配和运动故障。作为第一个测试，我们应用了该反馈系统来测试基于细胞的分析中使用的各种液体的液滴运动，并优化不同的反馈驱动方案以提高液滴运动的保真度。我们还将我们的系统应用于比色酶法测定，以表明我们的系统能够进行生物分析。总体而言，我们相信使用DMF的集成成像和反馈方法可以为通过分析实现生物学分析自动化提供平台。我们应用了该反馈系统来测试基于细胞的测定法中各种液体的液滴运动，并优化不同的反馈驱动方案以提高液滴运动的保真度。我们还将我们的系统应用于比色酶法测定，以表明我们的系统能够进行生物分析。总体而言，我们相信使用DMF的集成成像和反馈方法可以为通过分析实现生物学分析自动化提供平台。我们应用了该反馈系统来测试基于细胞的测定法中各种液体的液滴运动，并优化不同的反馈驱动方案以提高液滴运动的保真度。我们还将我们的系统应用于比色酶法测定，以表明我们的系统能够进行生物分析。总体而言，我们相信使用DMF的集成成像和反馈方法可以为通过分析实现生物学分析自动化提供平台。
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