Frei programmierbares Lab-on-a-Chip
Neuer mikrofluidischer Chip mit elektroosmotischen Antriebseinheiten
Aussteller
Beschreibung
Markteinführung
01 1
Um Analysen in der Medizin, Pharmazie und Chemie zu automatisieren, werden mikrofluidische Chips, bekannt als Lab-on-a-Chip, eingesetzt. Häufig werden die Chips kundenspezifisch und teuer hergestellt. Programmierbare Chips hingegen werden den Anforderungen an flexiblen Einsatz und kostengünstigere Produktion in großen Stückzahlen gerecht.
Der Transport von Flüssigkeiten oder Tropfen durch elektrische Felder ist in der digitalen Mikrofluidik bereits möglich. In Trägerflüssigkeiten gelöste (bio-)chemische Proben werden vermischt, zur Reaktion gebracht und die Ergebnisse analysiert. Jedoch scheitert die breite Anwendung der Verfahren auf kleinen Längenskalen an hohen Spannungen, übermäßiger Wärmeentwicklung und geringem Wirkungsgrad.
Mit einem neuen Verfahren zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen überwinden Wissenschaftler des KIT diese Nachteile. Der Antrieb erfolgt hier durch Wanderwellen-Elektroosmose (Travelling Wave Electroosmosis, TWEO). Ein aus Halbleitermaterial gefertigter Chip ist dabei in winzige Pixel in matrixförmiger Anordnung aufgeteilt. In jedem Pixel sind Elektroden eingelassen, die ein elektrisches Feld erzeugen und eine Strömungsrichtung und -geschwindigkeit vorgeben. So können ein oder mehrere Stoffströme der Proben auf beliebigen Pfaden entlang eines frei programmierbaren elektrischen Feldes auf dem vorgegebenen Pixelgitter bewegt werden. Aufgrund der kleinen Abmessungen der einzelnen Pixel werden hierfür nur geringe Spannungen benötigt. Der modulare Aufbau erlaubt eine effiziente Steuerung der einzelnen Pixel im Gitter.
Das Gesamtkonzept für den Chip (STOKES2) mit integrierter Steuerung ist kundenspezifisch gefertigten Systemen durch die Programmierbarkeit in seiner Flexibilität überlegen. Die niederspannungselektroosmotische Antriebseinheit mit Wechselstrom in kompakter 3-Elektroden-Bauweise erzeugt hohe Strömungsgeschwindigkeiten bei vergleichsweise geringer Wärmeentwicklung, sodass empfindliche Proben manipuliert werden können.
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
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