Mikrofluidik

Die Mikrofluidik ermöglicht die präzise Steuerung von Flüssigkeiten im Mikrobereich und erleichtert so die Durchführung komplexer Prozesse auf einem kleinen Chip.

Die Mikrofluidik ist eine Technologie, die das Verhalten von Flüssigkeiten untersucht, die durch mikrometergroße Kanäle fließen, wobei sehr kleine Flüssigkeitsmengen (typischerweise 10^-6 bis 10^-12 L) in Kanälen mit Abmessungen von einigen zehn bis einigen hundert Mikrometern manipuliert werden. Die Flüssigkeit im Mikrometerbereich verhält sich anders als in alltäglichen Systemen: Die Strömung ist laminar, die Diffusion dominiert die Vermischung, viskose Kräfte überwiegen die Trägheit. Diese einzigartigen Eigenschaften von Flüssigkeiten im Mikrometerbereich werden in der Mikrofluidik für die kontrollierte Erzeugung von Bioreaktoren, die Bildung von Gradienten, die Diagnostik und die Sensorik genutzt.

In unserer Gruppe verwenden wir Tröpfchenmikrofluidik, bei der nicht mischbare Flüssigkeiten in Mikrokanälen manipuliert werden, um hochgradig gleichmäßige Doppelemulsionen zu erzeugen, die später über eine Entnetzungstransition in Polymersome umgewandelt werden. Die Flüssigkeit fließt durch präzise konstruierte T-Verzweigungen, die eine Tröpfchenbildung mit hohem Durchsatz ermöglichen. Die Tröpfchenbildung bietet eine Plattform zur Kompartimentierung von Biomolekülen oder Reagenzien, die im Wesentlichen als Tausende unabhängiger miniaturisierter Reaktoren mit genau definiertem Volumen fungieren und eine außergewöhnliche Kontrolle über die Reaktionsparameter ermöglichen.

Eine typische mikrofluidische Anordnung umfasst Mikrokanäle mit Ein- und Auslässen, Verbindungsschläuche, eine externe Pumpe und einen Vorratsbehälter. Der mikrofluidische Chip ist eine Schlüsselkomponente, auf der alle oben genannten Elemente integriert sind, und wird üblicherweise aus einer Vielzahl von Materialien wie Glas, Silizium und Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt. In unserer Gruppe verwenden wir PDMS als Hauptmaterial für die Entwicklung von Chips.