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Milli- und Mikrofluidik: ein Einblick

Die Forschung im Bereich Mikrofluidik ist ein multidisziplinäres Gebiet, das Teile der Physik, Chemie, Biologie, aber auch der Ingenieurwissenschaft umfasst. Diese untersucht das Verhalten von Flüssigkeiten im Mikromaßstab und beinhaltet auch den Entwurf von Systemen, in denen sehr kleine Flüssigkeitsmengen Verwendung finden.
Ein wichtiger Effekt ist das sehr hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, sodass jede chemische Reaktion in einem Mikrofluid stark beschleunigt wird – ein Umstand, der vor allem im Bereich der DNA-Analyse und Lab-on-a-Chip-Systemen von Vorteil ist.

Das Verhalten von Flüssigkeiten im Mikromaßstab

Das Verhalten von Flüssigkeiten im Mikromaßstab kann sich also stark von Makrofluiden in Faktoren wie Oberflächenspannung, Energiedissipation und Fluidwiderstand unterscheiden. Der Bereich der Mikrofluidik untersucht diese Verhaltensveränderungen und wie sie vermieden oder für neue Zwecke genutzt werden können.

Im Durchmesser zwischen 100 Nanometern und ungefähr mehreren hundert Mikrometern treten einige Eigenschaften von besonderem Interesse auf: die Reynolds-Zahl, die das Vorhandensein einer turbulenten Strömung kennzeichnet, ist sehr niedrig, sodass die laminare Strömung erhalten bleibt.
Durch die leichten Turbulenzen fällt es Flüssigkeiten  somit schwerer, sich zu vermischen. Die Diffusion der zu mischenden Flüssigkeiten muss also mechanisch erfolgen.

Der kleine Unterschied zwischen Milli- und Mikrofluidik

Bei der Millifluidik werden Flüssigkeiten in Kanälen mit einem Durchmesser von ungefähr einem Millimeter beobachtet. Während die Millifluidik zwar größere Mengen an Flüssigkeiten verbraucht als die Mikrofluidik, ist sie im Vergleich zu herkömmlichen Testmethoden trotzdem nach wie vor effektiver.
Die Kanäle  können abhängig von den Projektanforderungen häufig das gleiche Maß an Flüssigkeitsmischung wie Mikrofluidikkanäle erreichen.
Die Vorteile zwischen Mikro- und Millifluidik sind also häufig die Gleichen, wobei allerdings Millifluidik-Chips oft einfacher und billiger herzustellen sind.

Die Anwendungsbereiche

Fortschritte in der Mikrofluidik-Technologie revolutionieren die Molekularbiologie bei enzymatischen Analyseverfahren (z.B Glucose- und Lactat-Assays), DNA-Analysen (z.B Polymerasekettenreaktion und Sequenzierung mit hohen Durchsatz) und der Proteomik.
Die Grundidee von mikrofluidischen Biochips besteht darin, Assay-Vorgänge, wie den Nachweis von Probenvorbehandlungen und Probenvorbereitungen, auf einem Chip zu integrieren.
Ein neues Anwendungsgebiet für Biochips ist die klinische Pathologie, insbesondere der unmittelbare Behandlungspunkt für die Diagnose von Krankheiten.
Darüber hinaus ist die gerätebasierte Mikrofluidik in der Lage, Luft- und Wasser-Probentests für biochemische Analysen von Toxinen und anderen gefährlichen Krankheitserregern in Echtzeit kontinuierlich zu entnehmen.

bionic surface technologies Expertise

Aufgrund der umfassenden Expertise von bionic surface technologies ist das Unternehmen Teil mehrerer Forschungsprojekte im Bereich der Milli- und Mikrofluidik.

NeGeMi

bionic surface technologies ist Mitglied des Microfluidics Innovation Hub (MIH), das esinen Kunden einen Einstiegspunkt in eine breite Palette bestehender hochmoderner Mikrofluidik-Technologien aus Europas führenden Forschungszentren und Unternehmen bietet. Diese decken die gesamte Wertschöpfungskette ab, um neue wissenschaftliche Durchbrüche im Bereich eines funktionierenden Prototyps und darüber hinaus in der Massenfertigung zu beschleunigen.

BST arbeitet hierbei an der Entwicklung mikrofluidischer Lab-on-a-Foil-Systeme und bietet Dienstleistungen für die Entwicklung und Produktion dieser für Unternehmen – von Start-Up bis zu großen Industriefirmen – an.

Projekt NeGeMi Logo
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SIMslider

Das Projekt zielt auf die Entwicklung von Simulationsalgorithmen für ein komplettes rollenbasiertes Beschichtungs- und Prägeverfahren für Miko- und Nanostrukturen ab.
Die Simulation von Abdruckharzen während des Beschichtungsprozesses, die Simulation der Harzchemie während einer sehr schnellen Polymerisation und Simulationen des Entformungsprozesses ermöglichen die Vorhersage von Prozessparametern über große Flächen und eine Bewertung der industriellen Herstellbarkeit vordefinierter Strukturen.

R2R Microfluidics

Von 2015 bis 2019 war BST zudem Teil eines internationalen Konsortiums zum Projekt „R2R Biofluidics“.
Hauptziel war die Entwicklung biomedizinischer In-Vitro-Diagnosesystemen. Hierbei wurden mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren zwei Demonstrationen entwickeln, die in der medizinischen Schnelldiagnostik eingesetzt werden könnten.
Das Unternehmen war verantwortlich für alle mikrofluidischen Simulationen der Strömungsmechanik.

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