Partikelströmungen und Partikelseparation

Zusammenfassung

Auf in einem Fluid befindliche Partikel wirken unterschiedliche Kräfte: Gravitation, Trägheitskräfte durch Beschleunigung im Fluidstrom, Druckkraft und viskose Scherspannungskräfte durch das umgebende Fluid sowie Oberflächenkräfte. Bei Einwirken äußerer Felder kommen elektrische oder magnetische Feldkräfte hinzu. In der Mikrofluidik werden meistens Biomoleküle wie Proteine, Zellen, Viren oder Bakterien transportiert. Dabei bildet sich ein Kräftegleichgewicht zwischen den auf das Partikel wirkenden Kräften und der Reibungskraft durch das umgebende Fluid aus. Bei Trennung eines Gemisches aus verschiedenen Partikelsorten macht man sich die unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten zunutze, die durch die wirkenden Kräfte bzw. die partikelinhärenten physikalischen Eigenschaften wie Größe und dielektrische oder magnetische Eigenschaften zustande kommen. Bei sehr kleinen Partikeln ist die Nutzung der Gravitation oder von Trägheitskräften mit Ausnahme der Zentrifugation in der Regel zu gering zur Auftrennung von Partikelgemischen in Fraktionen. Magnetische Kräfte können durch den Einsatz von Magnetic beads verwendet werden. Dies ist jedoch nicht in allen Fällen möglich, sondern abhängig von der Verfügbarkeit entsprechender Bindungspartner, dem Aufwand und einigen weiteren Faktoren. Am häufigsten nutzt man daher elektrische Kräfte zur Separation von Partikeln, da nahezu alle Materialien eine dielektrische Antwort zeigen. In diesem Kapitel werden mikrofluidische Methoden zur Partikelseparation näher erläutert. Zu elektrischen und magnetischen Separationsansätzen wird auch auf die Kapitel 3 und 4 verwiesen.