Optimierung des mikrofluidischen Mischens viskoser Flüssigkeiten
Ein tiefes Verständnis der zugrundeliegenden Mikrofluidik-Technologie zeichnet fortschrittliche Auftragsfertigungsunternehmen aus, die die Branche bedienen. Unternehmen können zwar digitale Fertigungswerkzeuge kaufen, um kundenspezifische Designs herzustellen, aber nur ein Partner, der die der Mikrofluidik zugrunde liegenden Anforderungen umfassend und aus Erfahrung kennt, kann innovative Prozesse entwickeln, um die Designs der Kundengeräte zu verbessern und optimierte Produkte auf den Markt zu bringen.
Im Mittelpunkt der Innovation bei Potomac steht unser Bestreben, über die einfache Herstellung von mikrofluidischen Chips hinauszugehen und die Prozesse zu entwickeln, die die Produkte auf das höchste Leistungsniveau bringen. Eine unserer jüngsten Innovationen tut genau das, indem sie das Mischen von viskosen Flüssigkeiten in mikrofluidischen Geräten optimiert.
Innovative maßgeschneiderte mikrofluidische Mischer
Bei der Erfüllung der anspruchsvollen Gerätespezifikationen unserer Kunden hat Potomac erkannt, dass das Mischen viskoser Flüssigkeiten für laminare Strömungsprozesse in mikrofluidischen Geräten schwierig ist. Die Fähigkeit, Flüssigkeiten zu mischen, ist besonders wichtig, da für viele Anwendungen Blutproben benötigt werden, die sehr zähflüssig sein können. Zwar sind Mischer im Handel erhältlich, doch die fehlenden Anpassungsmöglichkeiten schränken die Möglichkeit ein, ein neues Produkt für bestimmte Anwendungen zu optimieren, was den Markterfolg schmälert.
Mit finanzieller Unterstützung des SBIR-Programms der National Science Foundation wollte das Forschungs- und Entwicklungsteam von Potomac eine neuartige mikrofluidische Mischtechnologie entwickeln, die in der Prototyping-Phase auf neue Biotech-, Umwelt- und Gesundheitsprodukte zugeschnitten werden könnte. Das Konzept besteht darin, die hydrodynamische Strömungsfokussierung [HDFF] mit Mikrostrukturen zu kombinieren, um die Flüssigkeit beim Fließen in den Kanälen eines Chips zu stören.
HDFF ist eine Möglichkeit, das Mischprofil mehrerer Flüssigkeiten zu manipulieren und so die Konzentration präzise zu steuern. Viskosere Flüssigkeiten stellen beim Mischprozess eine Herausforderung dar und verringern die Genauigkeit der Testergebnisse. Komplexe Geometrien in den Kanälen mikrofluidischer Geräte können jedoch den Fluss unterbrechen, um die Gleichmäßigkeit der Probenkonzentration zu verbessern.
Potomacs Innovation
Mit Hilfe eines Fischgrätenmusters aus 50-Mikrometer-Strukturen hat Potomac erfolgreich die Vermischung viskoser Flüssigkeiten in mikrofluidischen Kanälen mit einer Höhe von etwa 100 Mikrometern nachgewiesen. Die Strukturen erzeugen eine chaotische Advektion, ein Phänomen der diffusiven Vermischung, das zu einer schnelleren und gründlicheren Vermischung der Flüssigkeitsbestandteile führt.
Der Potomac-Wissenschaftler für Forschung und Entwicklung, Abhay Andar, erklärt, dass das Projekt die Anzahl der Fischgrätenstrukturen aufgezeigt hat, die für bestimmte Anwendungen optimal sind. Durch den Einsatz digitaler Fertigungsverfahren, die in computergestützter Konstruktionssoftware [CAD] geändert werden können, lässt sich die Herstellung der Strukturen schnell und einfach an veränderte Anwendungsanforderungen anpassen.
Nächste Schritte
Potomacs innovative Techniken zur Herstellung mikrofluidischer Geräte ermöglichen eine individuelle Anpassung in der schnellen Prototyping-Phase der Entwicklung neuer Produkte. Anschließend werden die neuartigen On-Chip-Mixer durch Automatisierung und andere Methoden auf hohe Produktionsmengen skaliert, mit entsprechend reduzierten Kosten und schneller Lieferung.
Die zunehmend verfügbaren Point-of-Care-Diagnoseanwendungen, die mit hochviskosen Flüssigkeiten wie Blut arbeiten, erfordern Innovationen wie den mikrofluidischen On-Chip-Mixer von Potomac, um den Mainstream-Markt zu erobern und Leben zu retten.
