Mikrofluidik

Die Mikrofluidik beschäftigt sich mit dem Verhalten von Fluiden (Flüssigkeiten, Gase) im Volumenbereich von Miko- und Nanolitern. Dieses unterscheidet sich wesentlich vom Verhalten von Fluiden im makroskopischen Volumenbereich, weil im Mikro- und Nanobereich Effekte dominieren, die in der klassischen makroskopischen Fluidik keine Rolle spielen bzw. vernachlässigt werden. Repräsentative Beispiele sind Kapillarkräfte, bei denen die Oberflächeneigenschaften (z. B. die Oberflächenenergie) von Fluiden im Vergleich zu deren Volumeneigenschaften (z. B. die Masse) die dominierende Rolle spielen. Ein weiteres Beispiel sind dielektrophoretische Kräfte, die mittels von Mikroelektroden generierten hohen elektrischen Feldstärken Partikel oder Zellen berührungslos bewegen können.

Wir nutzen solche Effekte sowohl für die Entwicklung als auch für die Anwendung, Erforschung und Charakterisierung von Bioreaktoren im Volumenbereich von Miko- und Nanolitern mit neuartigen Eigenschaften. Durch die Miniaturisierung sind wir in der Lage, die Bioreaktoren in hoher Zahl parallel (Modified Hanging Droplet) bzw. seriell (pipe based bioreactors) anzuordnen, aber auch neuartige optische (Lichtblattmikroskopie), spektroskopische und elektroimpedimetrische Detektionsprinzipien anzuwenden. Ein weiterer Anwendungsschwerpunkt sind die miniaturisierten Synthesetechnologien.

Die technische Realisierung der auf der Basis von CAD-Programmen entwickelten Bioreaktionssysteme erfolgt mit hochpräzisen Fertigungsmethoden (CNC-Fräsen, CNC-Drehen). Topografische Oberflächenmodifikationen während der Fertigung sowie spezifische Oberflächenbeschichtungen nach der Fertigung ermöglichen einen breiten Anwendungsbereich der Bioreaktionssysteme für einphasige (beispielsweise für Perfusionssysteme) und mehrphasige Fluide (Tropfen-basierte Mikrofluidik).