TY  - THES
AB  - Diese Arbeit fokussiert sich auf die Entwicklung und Charakterisierung elektroosmotischer Mikropumpen für Lab-on-Mikrochip-Anwendungen. Mikropumpen gehören zu den wichtigsten Komponenten des Labchips. Dabei sind mechanische Pumpen mit beweglichen Teilen aufgrund ihrer großen Abmessungen und komplizierten Konstruktionen nur mit großem Aufwand in Planartechnik integrierbar. Von den nichtmechanischen Mikropumpen mit elektrischer Ansteuerung sind elektroosmotische Pumpen von Bedeutung, da nach diesem Funktionsprinzip wässrige Lösungen mit sehr unterschiedlichen Leitfähigkeiten und pH-Werten gepumpt werden können. 
AC elektrokinetische Mikropumpen, bestehend aus auf dem Kanalboden angeordneten asymmetrischen Elektroden, ist einfach herzustellen, hat aber einen wesentlichen Nachteil: sie kann kaum einen Arbeitsdruck erzeugen und ist deswegen für den Einsatz in Labchips ungeeignet. Aus diesem Grunde konzentrierte sich die Entwicklung auf DC elektroosmotischen Mikropumpen.
Die Konstruktion der DC elektroosmotischen Mikropumpe mit mehreren vertikal angeordneten schmalen Mikrokanälen aus dem Polymer SU-8 reduziert die Pumpenabmessungen, ermöglicht einen hohen Arbeitsdruck bei einer niedrigen Arbeitsspannung und ist kompatibel mit der Post-CMOS-Bearbeitung. Ein einfaches analytisches Modell zur Bestimmung der Pumpgeschwindigkeit im feldfreien Lastkanal wurde entwickelt und dargestellt.
Ein wesentliches Problem elektroosmotischer Mikropumpen ist die Wasserelektrolyse an den Metallelektroden. Die nachteilige Gasblasenbildung kann durch die Verwendung von gasdurchlässigen Deckeln aus Polydimethylsiloxan (PDMS) reduziert werden. Diese Lösung hat aber folgende Nachteile: die Arbeitsspannung wird auf einen schmalen Bereich von 4-5 V begrenzt und die hydrophobe Oberfläche von PDMS verhindert die Selbstbefüllung der Kanäle.
Eine optimale Lösung des Gasblasenproblems bietet die Positionierung der Metallelektroden in offenen Hilfsreservoiren außerhalb des Hauptkanals. Der Ionenstromfluss von Elektroden in den Hilfsreservoiren zum Pumpenbereich erfolgt durch die Gelelektroden. Mikropumpen mit den Gelelektroden aus dem fotopolymerisierten Polyacrylamid wurden gefertigt und untersucht. Die Pumprate ist bidirektional linear und beträgt etwa 10 nl/min in einem 1 cm langen Lastkanal bei der angelegten Spannung von 40 V, was einem maximalen Arbeitsdruck von 65 Pa entspricht. Zur weiteren Steigerung der Pumpleistungen muss das Aspektverhältnis von den Pumpenmikrokanälen durch die Reduzierung des Rippenabstandes erhöht werden.
Zur Messung der Pumprate und damit zur Steuerung der Mikropumpe wurde ein monolithisch integrierter Massenflusssensor entworfen, realisiert und untersucht. Eine programmierbare Pumpe als Kombination der elektroosmotischen Mikropumpe, des Massenflusssensors und einer externen Steuerelektronik wurde erfolgreich getestet. Hierbei konnten Pumpraten bis zu ±30 nl/min eingestellt werden. Die programmierbare Mikropumpe kann auch als aktives Ventil in Labchips eingesetzt werden.
AU  - Seibel, Konstantin
DA  - 2008
KW  - Mikropumpe
KW  - Lab-on-Mikrochip
KW  - Elektroosmose
KW  - Elektrolyse
KW  - Gel
KW  - micropump
KW  - lab-on-a-chip
KW  - electroosmosis
KW  - electrolysis
KW  - gel
LA  - ger
PY  - 2008
TI  - Entwicklung elektroosmotischer Mikropumpen für Lab-on-Mikrochips
TT  - Development of electroosmotic micropumps for lab-on-microchips
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-3454
Y2  - 2024-11-22T07:11:00
ER  -