Laborgeräte

Neues Microfluidics-Modul

COMSOL Multiphysics kündigte kürzlich den Launch eines neuen Microfluidics-Moduls an. Es bietet Werkzeuge für die Untersuchung mikrofluider Komponenten und Strömungen in stark verdünnten Gasen. Das Modul wurde für Forscher, Ingenieure und Experimentalphysiker im Bereich der Mikrofluidik und Vakuumtechnik entworfen.
Simulation einer Flüssigkeitslinse mit variablem Fokus für eine Miniaturkamera während der Veränderung der Brennweite. Die Linse entsteht durch die Grenzschicht zwischen zwei Flüssigkeiten – der untere Teil des Geschwindigkeitsfeldes ist farbig, der obere durch ein Pfeildiagramm dargestellt. Der Electrowetting-Effekt wird dazu benutzt, den Kontaktwinkel an der Zylinderwand zu ändern und somit einen anderen Wulstrandradius zu erzeugen, wodurch die Brennweite der Linse verändert wird.

Das Modul kann u.a. für Simulationen von Lab-on-a-Chip-Komponenten, digitaler Mikrofluidik, Biosensoren, elektrokinetischen und magnetokinetischen Komponenten sowie für das Tintenstrahl- und Vakuumsystemdesign eingesetzt werden. Ergänzt wird das Modul durch eine Modellbibliothek mit zahlreichen Anleitungen und industrierelevanten Modellen, die sowohl als Lehrbeispiele als auch als Grundlage für zukünftige Arbeiten dienen.

„Die Simulation mikrofluider Komponenten erfordert häufig die Berücksichtigung mehrerer physikalischer Effekte”, sagte Dr. James Ransley, Entwickler des Microfluidics-Moduls bei COMSOL. „Das Modul bietet eine ganze Reihe von Werkzeugen für die Behandlung von Ein- und Mehrphasenströmungen, Massetransport und chemischen Reaktionen, Strömungen in porösen Medien und in verdünnten Gasen. Dank der einheitlichen COMSOL-Anwenderoberfläche für alle physikalischen Anwendungen können diese Phänomene nahtlos mit thermalen und elektromagnetischen Effekten gekoppelt werden.” Das Microfluidics-Modul enthält Eingabemasken für einphasige Strömungen. Hiermit können Benutzer Anwendungen wie z.B. Strömungen kompressibler Gase bei niedrigen Drücken, nichtnewtonsche sowie laminare Strömung und Kriechströmung, die typischerweise in Lab-on-a-Chip-Systemen auftreten, simulieren. Eine besondere Stärke sind seine Anwendungsmodi für die Umsetzung von zweiphasigen Strömungssimulationen unter Verwendung von Level Set, Phase Field oder beweglichen Netzen. Es werden eine Vielzahl wichtiger Effekte, wie z.B. Kräfte durch Oberflächenspannungen, Kapillarkräfte und Marangoni-Effekte, berücksichtigt.

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Die Strömungssimulationswerkzeuge und die multiphysikalischen Fähigkeiten von COMSOL vereinfachen die Erstellung gekoppelter elektrokinetischer und magnetodynamischer Simulationen, wie z.B. bei der Elektrophorese, Magnetophorese, Dielektrophorese, Elektroosmose und Electrowetting. Diese Effekte können einzeln oder in Kombination sowohl für existierende als auch für neue passive Displaytechnologien genutzt werden, um deren grundlegende Funktionen abzubilden. „Darüber hinaus ist auch die chemische Diffusion für multiple verdünnte Spezies im Modul enthalten und ermöglicht die Simulation von Prozessen, wie sie auf einer Lab-on-a-Chip-Komponente und in Biosensoren auftreten“, erklärte Entwickler Ransley.
Das Microfluidics-Modul bietet eine neue Eingabemaske für molekulare Strömung, die die schnelle Winkelkoeffizientenmethode verwendet und Simulationen ermöglicht, bei denen die molekulare mittlere freie Weglänge wesentlich länger als die geometrischen Dimensionen ist. In Kombination mit den LiveLink-Schnittstellen von COMSOL für Industriestandard-CAD-Pakete ist dieses Werkzeug beim Design von Vakuumsystemen äußerst nützlich, da es schnelle Parameterstudien der Kammergeometrien und Pumpenkonfigurationen ermöglicht.

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