Startseite » Technik » Entwicklung »

Thermofluidik: Laser für das Lab-on-chip

Mikrofluidik-Systeme
Thermofluidik: Laser für das Lab-on-chip

Thermofluidik für Lab-on-chip-Systeme illustriert am Beipiel eines Goldpartikels
So könnte es aussehen: Die Illustration zeigt einen Goldnanopartikel, der durch hydrodynamische und van-der-Waals-Kräfte in der Nähe einer lokal erhitzten Goldoberfläche gefangen ist (Bild: Martin Fränzl/Universität Leipzig)

Winzige Flüssigkeitsmengen lassen sich nach Belieben bewegen, wenn man Wasser über einem Metallfilm via Laser ferngesteuert erhitzt. Mit den Strömungen lassen sich kleine Objekte manipulieren oder einfangen – auch für Nanotechnologie oder Diagnostik. 

Strömungen sind auf allen Größenskalen wichtig − für den Transport von Flüssigkeiten in Rohren, von Nährstoffen in Blutgefäßen oder von Chemikalien in mikrofluidischen Systemen. Meist geht es dabei um ungesteuerte Strömungen, die durch eine Druckdifferenz entstehen. Sie bewegen alle Objekte mit der gleichen Geschwindigkeit entlang der Gefäßwände. Damit Moleküle zu sensorischen Elementen in der Mikrofluidik zu bringen oder Objekte mit Hilfe dieser Strömungen zusammenzusetzen, ist schwierig. 

In kleisten Kanälen wie im Lab-on-chip starke Strömungen auslösen

Es gibt allerdings eine Alternative: Auch in kleinsten Kanälen lassen sich sehr starke Flüssigkeitsströmungen erzeugen, indem ein fokussierter Laserstrahl einen sehr dünnen Metallfilm auf einer Seite des Kanals erhitzt. Das löst Strömungen in einer ultradünnen Flüssigkeitsschicht nur wenige Nanometer über der Metalloberfläche aus. Diese vermischen die Flüssigkeit im Kanal mit einem bestimmten Strömungsmuster. Das lässt sich mit Nanopartikeln als Tracern nachweisen. 

Martin Fränzl und Prof. Dr. Frank Cichos vom Institut für Physik der weichen Materie der Universität Leipzig haben herausgefunden, dass sich durch geschickte Kombination von Strömungen und die Kontrolle anderer Kräfte neue Möglichkeiten ergeben. Damit lassen sich, quasi ferngesteuert durch einen Laser, auch Nano-Objekte einfangen, separieren oder transportieren. 

Objekte bewegen, ohne dass sich die ganze Flüssigkeit bewegt

„Das ist faszinierend“, sagt Fränzl, „denn so können wir kontrollieren, wie sich Objekte und Flüssigkeiten auf der Nanoskala bewegen, ohne die gesamte Flüssigkeit in den Kanälen zu bewegen.“ Ähnliche Ansätze werden bereits in einem Projekt des Sonderforschungsbereichs Transregio 102 der Universität Halle-Wittenberg und der Universität Leipzig genutzt. Die Wissenschaftler erforschen damit die Bildung von Proteinaggregaten, die an der Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind. 

Beide Forscher wollen nun die lasergesteuerte Thermofluidik mit Techniken des maschinellen Lernens kombinieren. Das könnte die Basis sein, um automatisierte intelligente Nanofabriken zu erstellen oder programmierte Materialmanipulation und Sensorik zu schaffen.  

Diagnostik im Briefmarken-Format

Thermofluidik im Dienst des Lab-on-chip

Die Thermofluidik könnte helfen, neue Technologien und Lösungen zu entwickeln, die Physik, Chemie, Biochemie und Künstliche Intelligenz in Mikroumgebungen verbinden – bis hin zum Lab-on-chip. 

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Frank Cichos
Molekulare Nanophotonik
Peter-Debye-Institut für Physik der weichen Materie
Universität Leipzig
E-Mail:  cichos@physik.uni-leipzig.de
URL: https://home.uni-leipzig.de/~physik/sites/mona/people/ 

Aktuelle Ausgabe
Titelbild medizin technik 3
Ausgabe
3.2022
LESEN
ABO
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Titelthema: Theranostik in der Medizin

Wie theranostische Implantate und Systeme die Medizin verändern

Alle Webinare & Webcasts

Webinare aller unserer Industrieseiten

Aktuelles Webinar

Multiphysik-Simulation

Medizintechnik: Multiphysik-Simulation

Whitepaper

Whitepaper aller unserer Industrieseiten

Anzeige

Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de