2D-Einzelzellanalyseanordnung

Strömungs- und Temperaturuntersuchungen an einer mikroakustischen 2D-Einzelzellanalyseanordnung

Ansprechpartner

Prof. Christian Cierpka
Fachgebiet Technische Thermodynamik

Telefon: +49 3677 69-2445
e-mail:  christian.cierpka@tu-ilmenau.de

Förderinformation

Projektträger: DFG

Förderkennzeichen: CI 185/6-1

beteiligte Fachgebiete: Technische Thermodynamik

Laufzeit: 01.03.2019 - 28.02.2022

Projektinformation

Das Forschungsvorhaben hat das Ziel, eine 2D-Einzelzellanalyseanordnung basierend auf akustischen Oberflächenwellen zu erstelle und zu charakterisieren. Dabei wird erstmalig die Position der Zellen (durh Partikel simuliert), die Strömungsgeschwindigkeit der sie umgebenden Flüssigkeit sowie die lokale Temperaturverteilung mit neuartigen, örtlich hochauflösenden Messtechniken erfasst, um detaillierte Erkenntnisse zum Einfluss hochfrequenter Schallwellen (>100 MHz) auf Flüssigkeiten und die darin suspendierten korpuskularen Bestandteile (Partikel, Zellen) zu erhalten. Durch experimentelle Charakterisierungen der SAW-Felder in der fluidbeladenen Mikrokammmer mittels Laser-Doppler-Vibrometrie und Messungen der Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung mit der APTV, sollen grundlegende mikroakustische, strömungs- und thermodynamische Fragestellungen der SAW-Mikrofluidik, welche in der aktuellen Literatur nicht beantwortet werden, geklärt und deren Abhängigkeiten herausgestellt werden, geklärt und deren Abhängigkeiten herausgestellt werden. Dies soll durch eine  Erarbeitug von Modellen zur numerischen Simulation lokaler  Temperatur-, Druck- und Strömungsgradienten unterstützt werden. Anhand der Ergebnisse soll es zukünftig möglich sein, allgemeine Design- und Anwendungskriterien für die Mikrofluidik mit hochfrequenten akustischen Oberflächenwellen abzuleiten, die beispielsweise für die aisierte 2D-Einzelzellanalyseanordnung nicht nur einen stabilen Betrieb gewährleisten sondern auch im Dauerversuch eine geringe mechanische- und thermische Belastung der Zellen versprechen.

Zum Erreichen der wissenschaftlichen Ziele sollen die folgenden Einzelziele schrittweise erarbeitet werd

  1. Aufbau einer Referenzanordnung zur Untersuchung der neuartigen Messtechniken sowie zur Grundlagenforschung von den SAW-induzierten Scher- und Temperaturbelastungen an Modellpartikeln, die im Vergleich zur SAW-Wellenlänge groß sind.
  2. Charakterisierung akustischer Oberflächenwellenfelde durch doppelbrechendes Material mittel Laser-Doppler-Vibrometrie.
  3. Qualifizierung der Aptv zur gleichzeitigen Strömungs- und Temperaturmessung durch doppelbrechendes LiNbO3.
  4. Aufbau einer mikroakustischen 2D-Einzelzellanalyseanordnung.
  5. Charakterisierung der Partikelfokussierung sowie der Geschwindigkeits- und Temperaturfelder in der Einzelzellanalyseanordnung, um die Scher- und Temperaturbelastung im realistischen Anwendungsfall abzuleiten.
  6. Wellenfeldcharakterisierungen, um die Korrelation zu den gemessenen akustisch induzierten Geschwindigkeits- und Temperaturverteilungen zur SAW-Amplitude, Frequenz und Fluideigenschaften zu bestimmen.
  7. Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit der numerischen Simulation, um verbesserte Modelle für die SAW-Mikrofluidik abzuleiten.