Mikrofluidik
Die Mikrofluidik beschäftigt sich mit den physikalischen und physikochemischen Grundlagen des Transports von kleinsten Flüssigkeitsmengen und der Anwendung kleiner Flüssigkeitsströme und Flüssigkeitsvolumina in der Chemie, in der medizinischen Diagnostik und der Biotechnologie. Während in konventionellen technischen Systemen oft Flüssigkeitsvolumina von vielen Kubikmetern (> 1000 Liter) bewegt und verarbeitet werden und bei konventionellen Laborprozessen die typischen Volumina immerhin noch im Milliliter bis oberen Mikroliterbereich (1 Liter bis ca. 0,1 mL) liegen, können mit Hilfe der Mikrofluidik auch Einzelvolumina im Nanoliter- und im Pikoliterbereich (ein Millionstel Milliliter bis 1 Milliardelstel Milliliter) erzeugt und gehandhabt werden. Derartig kleine Flüssigkeitsmengen sind vor allem für analytische und diagnostische Verfahren sowie für Forschungszwecke interessant, bei denen mit gefährlichen Stoffen oder bei größere Experimentserien mit minimalem Chemikalieneinsatz gearbeitet werden muß.
Je nach den Anforderungen an die Volumina, an Materialverträglichkeit, Prozeßschritte, Druck und Temperatur kommen in der Mikrofluidik Kapillarschläuche, feinmechanisch hergestellte Bauelemente oder direkt oder mittelbar durch mikrolithografische Verfahren hergestellte Chip-Bauelemente (Lab-on-a-chip-Technik) zum Einsatz. Mittlerweile steht ein breites Repertoire an Bauelement- und Reaktorlösungen für unterschiedlichste Anwendungszwecke bereit. Allerdings ist nur ein beschränkter Teil des breiten Spektrums an Mikroreaktoren und fluidischen Bauelementen, die publiziert wurden, auch bereits kommerziell verfügbar.
Durch die Mikrofluidik wurde zunächst das Prinzip kontinuierlicher Stoffströme, wie es aus der chemischen Technik lange bekannt ist, in den Labormaßstab und in den Chip-Maßstab übertragen. In den letzten Jahren gewann darüber hinaus der Aspekt der Aufteilung von Flüssigkeitsvolumina in kleine Portionen zunehmend an Bedeutung. Dieses Prinzip kann als biomimetische Variante der Kompartimentierung von Reaktionsräumen in Analogie zu Geweben, Zellen und Zellorganellen aufgefaßt werden. Die Mikrofluidik wird so zum Hilfsmittel der Speicherung und Prozessierung stoffgebundener Informationen. In Kombination mit geeigneten Verfahren des Fluidtransports, der Reaktionsaktivierung, der Manipulation fluidischer Phasen und der sensorischen Auslesung von Konzentrationen wird die Mikrofluidik zu einem entscheidenden Instrumentarium an der Schnittstelle zwischen chemischer, biomolekularer und digital-elektronischer Informationsverarbeitung.
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