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Strobl, Christoph (2005): Mikro- und Nanofluidik auf piezoelektrischen Substraten. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Die Verwendung akustischer Oberflächenwellen (OFW) zum Transport kleinster Flüssigkeitsmengen stellt eine besonders elegante Methode dar ein mikrofluidisches System zu realisieren. Der Transport kleinster Flüssigkeitsmengen durch eine OFW bringt große Vorteile mit sich. Das System besitzt keine beweglichen Bauteile, ist von außen leicht zugänglich und wird ausschließlich durch Planartechnologie hergestellt. Ein wesentlicher Bestandteil zur Anfertigung dieser Arbeit war die Untersuchung akustisch induzierter Mischvorgänge. Die Fluidik im flüssigkeitsgefüllten Spalt und speziell der Mischvorgang in einem engen Spalt wurde betrachtet. Mit diesen Betrachtungen erhielt man die Möglichkeit, die Wirkung des elektrischen Feldes der OFW, das bei Ausbreitung einer OFW auf einem piezoelektrischen Substrat vorhanden ist, zu untersuchen. Durch die Verringerung des mechanischen Einfluss' auf die Flüssigkeit ergab sich die Möglichkeit die Wirkung des elektrischen Feldes der OFW auf eine im Spalt befindliche Nanotubelösung zu beobachten. Füllte man eine Nanotubelösung in den Spalt, erfuhren die Nanotubes Kräfte durch die Fluidik und das elektrische Feld. Das Zusammenspiel der beiden Kräfte bietet die Möglichkeit Nanotubes auszurichten. Wie Nanotubes wurden auch Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet und der dazu notwendige Aufbau in eine geeignete Optik integriert. Bei den Untersuchungen erwiesen sich Scherwellenbauteile als geeignete Testsysteme die Ergebnisse einer weiteren Prüfung zu unterziehen. Mit Untersuchung der Eigenschaften der Scherwellenbauteile, zeigte sich ihre Einsatzmöglichkeit in der Mikrofluidik für Aktorik und Sensorik. Mit Verwendung der Scherwellenbauteile bot sich im weiteren an Volumenmoden und Modenkonversion zu studieren. Es zeigte sich, dass Volumenmoden in der akustisch getriebenen Fluidik sehr vorteilhaft eingesetzt werden können, um kleinste Mengen Flüssigkeiten zu mischen. Dazu zeigte sich die Möglichkeit auf, die Technik der akustisch getriebenen Fluidik auf beliebige Materialien zu erweitern und für Mischeraufbauten zu nutzen. Neben dem Mischen verschiedener Bestandteile ist die Trennung verschiedener Inhalte einer Flüssigkeit betrachtet worden. Unter Verwendung elektrischer Felder wurde Separation eines elektrophoretisch beweglichen Farbstoffs aus einem akustisch getriebenen Fluss in einem kontinuierlich fließenden System betrachtet. Bei diesen Untersuchungen wurde auch die Verwendbarkeit planarer Elektroden gezeigt und die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Wasser auf Elektrolyte. Mit den Erfahrungen dieser Untersuchungen wurde zum Abschluss eine Gelelektrophorese für einen Chip mit akustisch getriebener Fluidik entwickelt. Das System lies sich ohne Technologiebruch in ein Gesamtsystem integrieren. Dieses Beispiel für eine Anwendung des Systems zeigt die Verwendbarkeit für Alltagsprobleme wie der Analyse.