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Flüssigkeiten auf dem Förderband

Ein neuartiger mikrofluidischer Chip kann für komplexe Analyseaufgaben so flexibel programmiert werden wie ein Computerchip.

Auf der Oberfläche des mikrofluidischen Chips können beliebige Strömungsverläufe verwirklicht werden.

Viele Analysen in der Medizin, Pharmazie und Chemie können heute unter Verwendung mikrofluidischer Chips durchgeführt werden, die auch als Lab-On-A-Chip bezeichnet werden. Bislang wird für jede Anwendung ein individueller Chip entworfen, in dem die Flüssigkeiten durch winzige Kanäle gepumpt werden. Kleine Stückzahlen und aufwändige Mikrofertigungsverfahren führen jedoch zu hohen Herstellungskosten.

Stand der Technik

Eine Alternative könnte der Transport von Flüssigkeiten durch elektrische Felder, also die Elektroosmose, sein. Allerdings sind dazu so hohe Spannungen notwendig, dass sich die Flüssigkeiten stark erwärmen oder durch Elektrolyse zersetzt werden können.

Technologie

Wissenschaftler des Instituts für Kern- und Energietechnik (IKET) haben einen mikrofluidischen Chip entwickelt, bei dem Flüssigkeiten wie auf einem Förderband transportiert werden. Der aus einem Halbleitermaterial gefertigte Chip ist wie ein Schachbrett in winzige Quadrate aufgeteilt. Jedes dieser Quadrate hat eine seinen Nachbarquadraten entgegengesetzte Oberflächenladung. In das Halbleitermaterial sind außerdem Elektroden eingelassen, die in jedem Quadrat ein elektrisches Feld erzeugen können. Gibt man eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, auf den Chip, so werden deren geladene Teilchen zur Chipoberfläche mit jeweils entgegengesetzter Ladung gezogen. Die Ladungsträger in der so entstandenen elektrischen Doppelschicht werden vom elektrischen Feld bewegt und ziehen, aufgrund der Viskosität der Flüssigkeit, einen Flüssigkeitsstrom nach sich. Die Flüssigkeit kann somit entlang einer Bahn von Quadraten mit alternierender Richtung des elektrischen Feldes bewegt werden. Die dazu benötigten Spannungen sind sehr klein, da immer nur die kurze Distanz innerhalb eines Quadrats zurückgelegt werden muss. Jedes dieser ein bis hundert Mikrometer großen Quadrate wirkt also ähnlich wie die Rolle eines Förderbandes.

Vorteile

Der Chip ist so flexibel wie ein Computerchip und kann für komplexe Analyse- oder Syntheseaufgaben programmiert werden, insbesondere können Flüssigkeiten mithilfe von Elektrophorese in verschiedene Bestandteile aufgespalten und auf ihre Leitfähigkeit untersucht werden.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung und Serienfertigung des Chips.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dagmar Vössing, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Leitung Technologietransfer, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25582

E-Mail: dagmar.voessing@kit.edu

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