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Mikrofluidische Kanalstruktur - Flüssig-flüssig-Separator

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Artikel und Hintergründe zum Thema

Mikrofluidische KanalstrukturFlüssig-flüssig-Separator

Für die Auftrennung von Zweiphasensystemen wie z.B. segmentierte Flüssig-flüssig-Strömungen in der Mikrofluidik werden in der Regel Zentrifugen oder Membransys-teme eingesetzt, die nur mit relativ hohem technischen Aufwand in kontinuierliche Prozessketten integriert werden können.

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Mikrofluidischer Flüssig-flüssig-Separator

Eine deutlich einfachere Prozessintegration bei hohen Trennleistungen ermöglicht der am Fraunhofer IST entwickelte Flüssig-flüssig-Separator. Viele Verfahren zur Trennung von flüssigen Mehrphasensystemen, so z.B. Zentrifugen, nutzen häufig den Dichteunterschied zwischen den Flüssigkeiten aus. Die Effizienz hängt dabei von der Größe des Dichteunterschieds ab. Eine weitere Möglichkeit, flüssige Mehrphasensysteme aufzutrennen, ergibt sich unter Ausnutzung der unterschiedlichen Oberflächenspannungen der einzelnen Phasen. Entsprechende Separatoren benötigen kleinste Kanal- oder Membranstrukturen, bei denen die einzelnen Flüssigkeitsphasen mit unterschiedlichen Oberflächenbereichen in Kontakt treten können. Unterschiedlich polare fluidische Phasen lassen sich durch Ausnutzung der in der Regel stark unterschiedlichen Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten trennen, indem das Mehrphasensystem durch eine Kanalstruktur geleitet wird, die sich in hydrophile und hydrophobe Kanäle aufspaltet. Dabei gilt: Je besser die Dimensionierung der Kanalstrukturen den Tröpfchendurchmessern der dispersen Phase entspricht, desto besser gelingt die vollständige Separation. Weitere wichtige Parameter sind die Oberflächenspannung und das Aspektverhältnis der Kanäle.

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Derartige Trennsysteme bzw. Separatoren lassen sich in einer breiten Materialvielfalt realisieren, indem Mikrostrukturierungstechniken mit Oberflächenbeschichtungsverfahren kombiniert werden.

Durch den Einsatz kalter Plasmen bei Atmosphärendruck lassen sich die Mikrokanäle direkt von innen beschichten.

Das Bild zeigt einen solchen Separator: Bei der linken Y-Struktur ist der weiße Bereich unbeschichtet und damit hydrophil. Der graue Bereich ist hydrophob beschichtet. Für die rechte Y-Struktur gilt: Nur der dunkelrote Bereich wird von eingefärbtem Wasser benetzt.

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