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O+P Fluidtechnik 11-12/2022

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O+P Fluidtechnik 11-12/2022

MIKROFLUIDIK

MIKROFLUIDIK FLUIDTECHNIK IN MEDIZIN UND LABOR MIKROFLUIDISCHE LÖSUNGEN FÜR ANALYSE- UND DIAGNOSTIK-SYSTEME PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Die Bartels Mikrotechnik GmbH ist im Bereich der Mikrofluidik und Mikrotechnik tätig. In der Mikrofluidik geht es um die Erzeugung und Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen, die häufig in kleinen Kanälen im Submillimeterbereich fließen. Mikrofluidische Systeme werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der medizinischen Diagnostik, bei der medizinischen Behandlung, der chemischen Analyse oder der Kühlung von Chips. Die Vorteile dieser Systeme sind die kleine Größe, die geringen Kosten und der hohe Analysedurchsatz. Gerade in den letzten Jahren hat die Mikrofluidik an Wichtigkeit gewonnen. Viele Point-of-Care-Tests – wie Corona-Tests – basieren auf mikrofluidischen Prinzipien. Ein aktives mikrofluidisches System kann hier ein externes Labor ersetzen, bei nahezu gleicher Genauigkeit der Ergebnisse. Mikropumpen, die kleinste Mengen Gase oder Flüssigkeiten fördern, bilden das Herzstück der Mikrofluidik. Sie dienen der Manipulation, dem Transport und der Kontrolle einer präzisen Flüssigkeitsmenge im Bereich von Mikrolitern und Millilitern. Ihre Dienste sind in vielen Bereichen unentbehrlich. Die Mikrofluidik im Allgemeinen und Mikropumpen im speziellen bieten einige signifikante Vorteile gegenüber größeren Fluidik-Systemen. Der kleine Systemaufbau ermöglicht einen geringeren Verbrauch von Reagenzien und Proben. Weiterhin sind die Systeme besonders energieeffizient und können oft mit kleinen Akkus betrieben werden. Mikrofluidik und Mikropumpen werden in den verschiedensten Bereichen eingesetzt. In diesem Artikel wird auf Beispiele aus den Bereichen Prozessüberwachung, Pharmaka und Labortechnik eingegangen. NACHWEIS VON VOC-GASEN UND CO 2 DURCH AKTIVE PROBENZUFUHR Die Messung der Umgebungsluft ist eine wichtige Aufgabe – in der Industrie und im Alltag. Ob es nun darum geht, stabile Bedingungen zu erhalten oder potenziell toxische Konzentrationen zu überwachen, in vielen Fällen ist die Gasphasenanalyse zu einem leistungsfähigen Instrument geworden. Beispielsweise werden Sensoren für flüchtige organische Verbindungen (VOC) verwendet, wenn die Umweltverschmutzung gemessen werden soll. Um besonders schnelle und genaue Ergebnisse zu erzielen, ist ein System mit aktiver Sensorzuführung sinnvoll. Hier pumpt eine Mikropumpe konstant Luft in Richtung Sensor. So werden 20 O+P Fluidtechnik 2022/11-12 www.oup-fluidtechnik.de

MIKROFLUIDIK Änderungen in der Umgebungsluft schneller festgestellt als in passiven Systemen. Die Anwendungsbereiche für diese Technik sind vielfältig. Im kleinen Rahmen kann es darum gehen, die Luftqualität in Büros zu messen. Größere Anwendungen liegen in Produktionshallen, wo die Konzentration bestimmter gefährlicher Gase überwacht werden muss. ERZEUGUNG VON HYDROGEL-KUGELN DURCH EXTRUSION Hydrogel-Kugeln sind eine weithin bekannte Technologie in der pharmazeutischen und kosmetischen Entwicklung und Produktion. Die Aufgabe dieser Tröpfchen besteht darin, bioaktive Reagenzien in stabile Kugeln zu verkapseln. Später geben sie dieses Material an definierten Arbeitspunkten am Patienten oder Verbraucher ab. Die Erzeugung von Hydrogel-Kugeln ist mit Hilfe eines mikrofluidischen, druckgesteuerten Strömungssystems auf der Basis piezoelektrischer Mikropumpen möglich. In Kombination mit der richtigen Wahl des Düsendurchmessers kann dies ein sehr leistungsfähiges Werkzeug für die Erzeugung von Hydrogel- Kugeln unterschiedlicher Größe in großen Mengen sein. Dies verringert den Entwicklungs- und Produktionsaufwand massiv. Aufgrund der geringen Systemgröße kann die Erzeugung von Hydrogel-Kugeln dort erfolgen, wo sie benötigt werden. Hydrogel-Perlen finden ihre Anwendung beispielsweise in Pharmaka. Hier können sie dafür sorgen, dass der in den Perlen vorhandene Wirkstoff genau dort abgegeben wird, wo er benötigt wird. So wird der Wirkstoff nicht schon im Magen verstoffwechselt. DROPLET GENERATION FÜR DIGITALE PCR-TESTS Mikrofluidische Systeme auf Tröpfchenbasis haben ihren Weg in die Labors gefunden, da es möglich ist, (monodisperse) Tröpfchen im Femto- bis Nanoliterbereich zu erzeugen. Damit eröffnen sie unbegrenzte experimentelle Möglichkeiten wie digitale PCRund Einzelzellexperimente. Hier sind die Kompartimentierung und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen besonders wichtig. Die Gasphasenanalyse ist ein leistungsfähiges Instrument, um flüchtige organische Verbindungen (VOC) nachzuweisen Die Droplet Generation („Tröpfchenerzeugung“) in der Mikrofluidik basiert auf der Verwendung von zwei nicht mischbaren Phasen, die als kontinuierliche Phase (Öl, Medium, in dem die Tröpfchen fließen) und dispergierte Phase (Wasser, das Tröpfchen innerhalb des Öls) bezeichnet werden. Zur Erzeugung von Tröpfchen bestehen mikrofluidische Systeme im Allgemeinen aus einem mikrofluidischen Chip, einem Flüssigkeitshandhabungssystem und Schläuchen. Dieses System ist in der Regel mit einem Computer und einem Mikroskop verbunden, um die Tröpfchenbildung zu visualisieren. Besonders interessant ist der Einsatz von Droplet Generation für die Analyse und Sortierung einzelner Zellen. So können verschiedene Tests an einzelnen Zellen vorgenommen werden. Dies ermöglicht sehr individuelle Medizin auf Zellebene. Bilder: Bartels Mikrotechnik www.bartels-mikrotechnik.de BARTELS MIKROTECHNIK: DER PARTNER FÜR MIKROFLUIDISCHE SYSTEME & LÖSUNGEN Seit mehr als 25 Jahren ist Bartels Mikrotechnik ein weltweit agierender Hersteller und Entwicklungsdienstleister im Bereich der Mikrofluidik. Zusammen mit seinen Partnern hilft das Unternehmen seinen Kunden dabei, die richtige mikrofluidische Lösung für ihre Anwendung zu finden. Als microfluidic SolutionMaker bietet Bartels ein komplettes, anwendungsorientiertes und modulares Liquid Handling System. Außerdem verfügt der Hersteller über ein großes Partnernetzwerk, welches es ermöglicht, hochwertige und getestete Komponenten zur Ergänzung mikrofluidischer Systeme anzubieten. Darüber hinaus arbeiten die Bartels-Spezialisten ständig an neuen Lösungen für neue Märkte, lassen neue Komponenten bis zum Patent reifen und arbeiten am Übergang von der Einzelanwendung zur Serie. Ziel ist es, komplette Produktwelten für einen globalen Markt zu schaffen. www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2022/11-12 21

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