„Mikrofluidik“ – Versionsunterschied
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Werden zwei nichtmischbare Flüssigkeiten gezielt durch einen Mikrokanal geschickt, so bilden sich Phasengrenzen aus und eine Flüssigkeit bildet Tropfen innerhalb der anderen. Dies bezeichnet man als ''„tropfenbasierte Mikrofluidik“ oder "digitale Mikrofluidik"''. Üblicherweise werden ganze Sequenzen von Tropfen erzeugt. Diese Tropfen stellen Versuchsgefäße dar, in denen chemische Reaktionen und biologische Prozesse untersucht werden.<ref>{{Literatur |Autor= Karin Martin, Thomas Henkel et al. |Titel= Generation of larger numbers of separated microbial populations by cultivation in segmented-flow microdevices |Sammelwerk= Lab on a Chip |Nummer=3 |Datum=2003-06-03 |Seiten=202-203 |DOI= 10.1039/b301258c |Online=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2003/LC/B301258C#!divAbstract |Sprache=en |Abruf=2020-01-12}}</ref> Auch für die logische Informationsverarbeitung können sie verwendet werden.<ref>{{Literatur |Autor= Manu Prakash, Neil Gershenfeld et al. |Titel=Microfluid Bubble Logic |Sammelwerk=Science |Nummer=315 |Datum=2007-02-09 |Auflage=5813 |Seiten=832-835 |DOI=10.1126/science.1136907 |Online=https://science.sciencemag.org/content/315/5813/832 |Sprache=en |Abruf=2020-01-12}}</ref> Die tropfenbasierte Mikrofluidik stellt eine (teil-)serielle Alternative zu [[Mikrotiterplatte]]n dar. Die [[Mikrofluidsegmenttechnik]] ist ein Spezialfall der tropfenbasierten Mikrofluidik. Sie wird u. a. für Partikelsynthesen, für kombinatorische Syntheseexperimente, in [[Durchfluss-Thermocycler]]n für die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR), in der [[Mikrodurchfluss-Kalorimetrie]], für die Suche nach unbekannten Mikroorganismen und in der [[Mikrotoxikologie]] eingesetzt<ref> |
Werden zwei nichtmischbare Flüssigkeiten gezielt durch einen Mikrokanal geschickt, so bilden sich Phasengrenzen aus und eine Flüssigkeit bildet Tropfen innerhalb der anderen. Dies bezeichnet man als ''„tropfenbasierte Mikrofluidik“ oder "digitale Mikrofluidik"''. Üblicherweise werden ganze Sequenzen von Tropfen erzeugt. Diese Tropfen stellen Versuchsgefäße dar, in denen chemische Reaktionen und biologische Prozesse untersucht werden.<ref>{{Literatur |Autor= Karin Martin, Thomas Henkel et al. |Titel= Generation of larger numbers of separated microbial populations by cultivation in segmented-flow microdevices |Sammelwerk= Lab on a Chip |Nummer=3 |Datum=2003-06-03 |Seiten=202-203 |DOI= 10.1039/b301258c |Online=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2003/LC/B301258C#!divAbstract |Sprache=en |Abruf=2020-01-12}}</ref> Auch für die logische Informationsverarbeitung können sie verwendet werden.<ref>{{Literatur |Autor= Manu Prakash, Neil Gershenfeld et al. |Titel=Microfluid Bubble Logic |Sammelwerk=Science |Nummer=315 |Datum=2007-02-09 |Auflage=5813 |Seiten=832-835 |DOI=10.1126/science.1136907 |Online=https://science.sciencemag.org/content/315/5813/832 |Sprache=en |Abruf=2020-01-12}}</ref> Die tropfenbasierte Mikrofluidik stellt eine (teil-)serielle Alternative zu [[Mikrotiterplatte]]n dar. Die [[Mikrofluidsegmenttechnik]] ist ein Spezialfall der tropfenbasierten Mikrofluidik. Sie wird u. a. für Partikelsynthesen, für kombinatorische Syntheseexperimente, in [[Durchfluss-Thermocycler]]n für die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR), in der [[Mikrodurchfluss-Kalorimetrie]], für die Suche nach unbekannten Mikroorganismen und in der [[Mikrotoxikologie]] eingesetzt.<ref>{{Literatur |Autor=Michael J.Köhler, Brian P. Cahill |Titel=Micro-Segmented Flow |Hrsg=Springer |Ort=Berlin-Heidelberg |ISBN=978-3-642-38779-1 |Datum=2014 |Sprache=en}}</ref> |
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== Siehe auch == |
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Version vom 12. Januar 2020, 15:09 Uhr
Die Mikrofluidik beschäftigt sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen auf kleinstem Raum. Dieses kann sich wesentlich von dem Verhalten makroskopischer Fluide unterscheiden, weil in dieser Größenordnung Effekte dominieren können, welche in der klassischen Strömungslehre oft vernachlässigt werden. Wenn beispielsweise die Reibungskräfte die Trägheitskräfte dominieren, was einer Strömung bei kleinen Reynoldszahlen entspricht, entsteht eine laminare Strömung ohne nennenswerte Turbulenzen. Dies erschwert das Mischen von Flüssigkeiten, welches ohne Turbulenz nur noch durch Diffusion geschieht. Ein weiterer Unterschied ist die mögliche Dominanz von Kapillarkräften gegenüber der Gewichtskraft. Dies drückt sich in einer kleinen Bond-Zahl aus und führt dazu, dass beim Transport sehr kleiner Flüssigkeitsmengen entgegen der Alltagserfahrung die Schwerkraft vernachlässigt werden kann.
Anwendungsbeispiele
Beispiele finden sich in vielen Gebieten der Biologie und Medizin, häufig unter dem Label Lab on a Chip. Dabei werden in mikrofluidischen Bauteilen einzelne Zellen, aber auch komplette Gewebe oder Organteile kultiviert und analysiert. Selbst zur Erforschung neuer Medikamente wird Mikrofluidik eingesetzt.[1] Technische Anwendungen gibt es in der Biotechnologie, Medizintechnik (speziell für point-of-care Diagnostik [2]), Prozesstechnik, Sensortechnik und neuerdings auch bei Konsumgütern. Dabei kommen unterschiedliche Technologien und Materialgruppen zum Einsatz, wie beispielsweise Glas (auch fotostrukturierbares Glas wie zum Beispiel Foturan), Kunststoff oder Silizium. Für die Herstellung von Prototypen wird häufig Poly-dimethyl-siloxan (PDMS) mit Glas verbunden (siehe Rapid Prototyping), oder zwei individuelle PDMS Halbteile miteinander verbunden, nachdem die Oberflächen mit reaktiovem Sauerstoffplasma aktiviert, bzw. radikalisiert wurden. Eine neue Methode erlaubt auch, PDMS-PDMS Hybride zu machen, welche klare Seitenflächen haben [3] und damit multi-angle imaging ermöglichen. Fluide werden bewegt, gemischt, getrennt oder anderweitig prozessiert. Dies kann rein passiv, beispielsweise über kapillare Fluidstrukturen gelöst werden. Hier kommen unter anderem zusätzliche externe Antriebsmechanismen wie z. B. CD-Player-ähnliche Systeme zum Einsatz. Unter Nutzung der Zentrifugalkraft als rotatorischen Antrieb des Flüssigkeitstransports kann in den rein passiven Fluidiksystemen eine gezielte Führung des Medientransports erreicht werden. Von einer „aktiven Mikrofluidik“ wird gesprochen, wenn die Manipulation der Arbeitsflüssigkeiten durch aktive (Mikro-)Komponenten wie durch Mikropumpen oder Mikroventile[4] gezielt gesteuert werden. Mikropumpen fördern oder dosieren Flüssigkeiten, Mikroventile bestimmen die Richtung bzw. den Bewegungsmodus von gepumpten Medien[5]. Mikromischer ermöglichen ein gezieltes Vermengen von Fluidvolumina. Oft sollen Verfahren, die sonst in einem Labor durchgeführt werden, zur Steigerung der Effizienz und der Mobilität oder zur Verringerung der benötigten Substanzen auf einem einzelnen Chip, dem sogenannten Chiplabor, durchgeführt werden.
Tropfenbasierte Mikrofluidik
Werden zwei nichtmischbare Flüssigkeiten gezielt durch einen Mikrokanal geschickt, so bilden sich Phasengrenzen aus und eine Flüssigkeit bildet Tropfen innerhalb der anderen. Dies bezeichnet man als „tropfenbasierte Mikrofluidik“ oder "digitale Mikrofluidik". Üblicherweise werden ganze Sequenzen von Tropfen erzeugt. Diese Tropfen stellen Versuchsgefäße dar, in denen chemische Reaktionen und biologische Prozesse untersucht werden.[6] Auch für die logische Informationsverarbeitung können sie verwendet werden.[7] Die tropfenbasierte Mikrofluidik stellt eine (teil-)serielle Alternative zu Mikrotiterplatten dar. Die Mikrofluidsegmenttechnik ist ein Spezialfall der tropfenbasierten Mikrofluidik. Sie wird u. a. für Partikelsynthesen, für kombinatorische Syntheseexperimente, in Durchfluss-Thermocyclern für die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR), in der Mikrodurchfluss-Kalorimetrie, für die Suche nach unbekannten Mikroorganismen und in der Mikrotoxikologie eingesetzt.[8]
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ C. Regnault, D.S. Dheeman and A. Hochstetter: Microfluidic Devices for Drug Assays. In: High-Throughput. 2. Auflage. Nr. 2, 20. Juni 2018, doi:10.3390/ht7020018 (englisch, mdpi.com [abgerufen am 12. Januar 2020]).
- ↑ Michael P. Barrett, Jonathan M. Cooper et al.: Microfluidics-Based Approaches to the Isolation of African Trypanosomes. In: Pathogens. 4. Auflage. Nr. 6, 5. Oktober 2017, doi:10.3390/pathogens6040047 (englisch, mdpi.com [abgerufen am 12. Januar 2020]).
- ↑ Axel Hochstetter: Presegmentation Procedure Generates Smooth-Sided Microfluidic Devices: Unlocking Multiangle Imaging for Everyone? In: ACS Omega. 2. Dezember 2019, ISSN 2470-1343, S. 20972–20977, doi:10.1021/acsomega.9b02139 (englisch, acs.org [PDF; 3,9 MB; abgerufen am 11. Dezember 2019]).
- ↑ Matilda Jordanova-Duda: Ein starkes Gedächtnis: Formgedächnislegierung (FGL) als mini-Aktor. VDI-Nachrichten, 2. Mai 2019, archiviert vom am 3. Mai 2019; abgerufen am 12. Januar 2020.
- ↑ Gerhard Vogel: Mini-Ventile: Spezielle Lösung für kleinste Medizinprodukte. Medizin & Technik, 12. Februar 2018, abgerufen am 11. Juni 2019.
- ↑ Karin Martin, Thomas Henkel et al.: Generation of larger numbers of separated microbial populations by cultivation in segmented-flow microdevices. In: Lab on a Chip. Nr. 3, 3. Juni 2003, S. 202–203, doi:10.1039/b301258c (englisch, rsc.org [abgerufen am 12. Januar 2020]).
- ↑ Manu Prakash, Neil Gershenfeld et al.: Microfluid Bubble Logic. In: Science. 5813. Auflage. Nr. 315, 9. Februar 2007, S. 832–835, doi:10.1126/science.1136907 (englisch, sciencemag.org [abgerufen am 12. Januar 2020]).
- ↑ Michael J.Köhler, Brian P. Cahill: Micro-Segmented Flow. Hrsg.: Springer. Berlin-Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-38779-1 (englisch).