Was wir von Emulsionströpfchen lernen können
Die Wechselwirkungen zwischen Öltröpfchen und festen Oberflächen bestimmen viele Anwendungen der Emulsionen. Das Projekt SLIDING DROPLETS(öffnet in neuem Fenster) verfolgte das Ziel, die Wechselwirkung zwischen Tröpfchen und festen Oberflächen unter gleitendem Kontakt zu erforschen. Das Projekt konzentrierte sich auf Hydrodynamik, Oberflächenkräfte sowie die Rolle von Tensiden und Polymeren für das Verhalten gleitender Tröpfchen. Die Messung von Kräften kombiniert mit Spektroskopie gestattete es den Wissenschaftlern, die Wechselwirkungen zwischen den Tröpfchen und den festen Oberflächen unter Gleitbedingungen zu "sehen" und zu "fühlen". Das Team setzte dynamische Oberflächenspannungsmessungen, eine Schwingquarzmikrowaage und die fortgeschrittene Form der Rasterkraftmikroskopie (AFM), die Interferometrie AFM, ein. Im ersten Projektteil wollte man hauptsächlich verstehen, wie Tröpfchen oder Bläschen mit festen Oberflächen in einer flüssigen Umgebung in Wechselwirkung treten. Die Wissenschaftler untersuchten das Haften der Tröpfchen an festen Oberflächen und führten Versuche mit frei steigenden und eingeschlossenen Tröpfchen in Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung durch. Diese Wechselwirkungen wurden durch elektrostatische, van-der-Waals- und andere Oberflächenkräfte beeinflusst. Die Resultate demonstrierten die Steuerbarkeit der Wechselwirkungen zwischen einem Tröpfchen und einer festen Oberfläche, indem die Konformation von Polymeren und Tensiden an der Grenzfläche passend gewählt wird. Die Emulsionströpfchen kommen auch oft als Modelle zum Einsatz, um die Mechanik lebender Zellen zu untersuchen. Die Wechselwirkung eines tensidbeschichteten Öltröpfchens mit einer festen Oberfläche ist ein sinnvolles Modellsystem, das dem Verständnis von Zell-Oberflächen-Wechselwirkungen dient. Zu diesem Zweck erforschte der zweite Teil des Projekts die Bewegung der Emulsionströpfchen in mikrofluidischen Kanälen. Der Arbeit beinhaltete die Auslegung maßgeschneiderter Mikrofluidikvorrichtungen zur Erzeugung und Oberflächenmodifikation von Tröpfchen, Steuerung der Strömung und Überwachung der Tröpfchengeschwindigkeit. Die Wissenschaftler durchschauten die Mechanismen, die das Verhalten von Tröpfchen in mikrofluidischen Kanälen bestimmen, was eine sehr präzise Manipulation der Tröpfchen in Mikrofluidikkreisen ermöglichte. Die erzielte präzise Mikrofluidiktröpfchenmanipulation verfügt über eine ganze Reihe von Anwendungen in Chemie, Physik, Biologie und medizinischer Diagnostik. Ein besseres Verständnis des Verhaltens der mikrofluidischen Tröpfchen kann nun die Entwicklung schneller, einfacher und kostengünstiger Diagnosetests vorantreiben.
Schlüsselbegriffe
Emulsion, Tröpfchen, Hydrodynamik, Oberflächenkräfte, Tenside, Benetzungsmittel
