Digitale Mikrofluidik – Schlüsseltechnologie für Lab on a Chip Systeme

Mikrofluidik verwendet kleinste Flüssigkeitsmengen auf engstem Raum, um unzählige Experimente in wenigen Minuten durchführen. Mikrofluidik wird bei Schwangerschaftstests, in Blutzuckermessgeräten, in der vitro-Diagnostik, der Medikamentenentwicklung, in der Biotechnologie und vielen weiteren Anwendungen eingesetzt. Mikrofluidische Systeme, sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme oder auch Chiplabore bilden die Funktionalitäten eines ganzen Labors auf kleinstem Raum ab. Die Digitale Mikrofluidik (DMF) ist ein Chiplabor, zur Manipulation mikroskopisch kleiner Tröpfchen. Das bedeutet, es können kleinste Flüssigkeitsmengen bewegt, gemischt, erhitzt oder abgekühlt werden, u.v.m. Die Bewegung der Tröpfchen ist der zentrale Punkt bei der digitalen Mikrofluidik. Sie geschieht mittels Electrowetting (Elektrobenetzung), einem Verfahren, mit welchem man die Benetzbarkeit von Flüssigkeitströpfchen auf Oberflächen mittels elektrischen Spannungen einstellen und damit die Tröpfchen bewegen kann.

Abbildung 1: Das Prinzip des Electrowetting on Dielectrics, der kontrollierten Benetzbarkeit auf dielektrischen Oberflächen.

Im Rahmen dieser AG soll eine digitale Mikrofluidik aufgebaut und zur Analyse und Synthese verwendet werden. Grundlage dieses Systems bildet die an der Universität Freiburg entwickelte FreiDrop-Plattform. Themen, die für das Projekt wichtig sind und die erarbeitet werden:

• Grundlagen: Oberflächenspannung, Benetzbarkeit, Electrowetting, Mikrofluidik, Chiplabore
• Programmierung von Mikrokontrollern
• Konzeption und Umsetzung der für die Plattform notwendigen Elektronik
• Programmierung der Steuerungsschnittstelle
• Konzeption von Bauteilen, die mittels 3D-Druck hergestellt werden
• Konzeption und Herstellung von Platinen unter Verwendung von Lithographie und Ätztechnik