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Komplexe Fluidschnittstellen und die Nanofluidik

Ein Verständnis der Dynamik von Schnittstellen ist wichtig, um Lab-on-Chip-Geräte effektiv zu miniaturisieren. EU-finanzierte Forscher haben Instrumente zur Vereinfachung solcher Untersuchungen entwickelt.
Komplexe Fluidschnittstellen und die Nanofluidik
Die Nanofluidik, die Untersuchung der Dynamik und des Fließverhaltens von Flüssigkeiten im Nanometermaßstab, ist aus dem Schatten der Mikrofluidik getreten. Biotechnologische Anwendungen wie Labs-on-Chips-Geräte haben diese Entwicklung motiviert. Da die Größe solcher Geräte auf einen so kleinen Längenmaßstab verringert wird, nimmt die Bedeutung der Dynamik von Schnittstellen proportional zu. Für die am EU-finanzierten Projekt OPTMANDROPS (Optical manipulation of droplets and interfaces in colloid-polymer mixtures), arbeitenden Forscher boten Kolloid-Polymer-Gemische ein äußerst geeignetes Modellsystem zur detaillierten Erforschung der Schnittstellendynamik.

Die Zugabe nicht absorbierender Polymere an kolloide Suspensionen löst eine vielversprechende Interaktion zwischen den kolloiden Teilchen aus, was, entsprechend theoretischer Beschreibungen, in einer Phase der „kolloiden Flüssigkeit“ und des „kolloiden Gases“ zu einer Phasentrennung führen kann. In solchen Systemen sind ebenfalls Grenzflächenphänomene wie Tropfenablösungen untersucht worden. Eine aktive Steuerung dieser Grenzflächenphänomene konnte bislang allerdings nicht erreicht werden.

Im Rahmen von OPTMANDROPS wandten die Forscher optische Fallen an, um die Fluid-Fluid-Schnittstelle in wässrigen Kolloid-Polymer-Gemischen zu deformieren. Es wurde ein Laserstrahl angewandt, der parallel zu der Probe in die Schnittstelle eindrang und eine Manipulation der Schnittstelle parallel zur Richtung der Schwerkraft ermöglichte. Unter Nutzung der Gradientkraft des Laserstrahls konnten zudem Tropfen, die aus tausenden kolloiden Teilchen bestehen, abgetrennt werden.

Nachdem die optische Falle ausgeschaltet worden war, wurde die Schnittstelle mittels einer Fluoreszenzmikroskopie überwacht. Thermische Fluktuationen der ungestörten Schnittstelle wurden durch eine konfokale Mikroskopie abgebildet. Sowohl die statische Struktur als auch die dynamische Relaxation der deformierten Schnittstelle könnten mit den thermischen Fluktuationen der ungestörten Schnittstelle in Zusammenhang stehen, was nahelegt, dass das Fluktuationsdissipationstheorem auch bei großen Deformationen gilt.

Die Ergebnisse des OPTMANDROPS-Projekts sind in der renommierten Peer-Review-Zeitschrift Soft Matter veröffentlicht worden.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Nanofluidik, Lab-on-Chip, Kolloid-Polymer-Gemische, Laserstrahl, Fluoreszenzmikroskopie
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