News: Tröpfchen-Teiler
Hoch komplex und diffizil ist manche Apparatur, mit der sich die Mikrowelt manipulieren lässt. Doch manchmal geht es auch mit einfachen Mitteln - als wäre es Spielzeug, könnte man meinen.
© (Ausschnitt)
Aus abertausend winzig kleinen Tröpfchen setzt ein Tintenstrahldrucker Bild und Schrift zusammen. Hat die Tinte dabei erst einmal die Düse verlassen, trifft sie in der Größe unverändert aufs Papier. Was beim Druck sicherlich wünschenswert ist und für verlässlich reproduzierbare Qualität sorgt, ist bei manch anderer Anwendung vielleicht nicht immer das Erstrebenswerte. Beispielsweise könnte man sich vorstellen, dass unterschiedliche Mengen bestimmter Substanzen miteinander zu vermengen sind, und da wären dann verschiedene Tröpfchengrößen eventuell von Vorteil.
Einen verblüffend simplen Weg, die Größe von Mikrometer kleinen Wassertropfen zu verändern haben, nun Wissenschaftler um Darren Link von der Harvard University gefunden. Lediglich einen Parcours aus rund 30 Mikrometer dünnen Kanälen muss das Flüssigkeitsgemisch aus Wasser und Hexadecan – ein flüssiger Kohlenwasserstoff – passieren. Die Maße der Flüssigkeitströpfchen stellen sich hier bei hohen Flussraten wie von selbst ein. Der Trick an der Sache: einfache Verzweigungen in Form des Buchstaben T, an denen je ein Teil der Flüssigkeit zu beiden Seiten wegströmt.
Sind die beiden Arme dieser T-Kreuzung symmetrisch gleich lang, dann teilt sich das Tröpfchen gerecht auf beide Richtungen auf und es entstehen doppelt so viele Wasserperlen genau der halben Größe. Werden die beiden Ströme anschließend wieder zusammengeführt, so macht das gar nichts: Die kleinen Tropfen bleiben getrennt und verschmelzen nicht wieder miteinander.
Und was einmal funktioniert, klappt auch ein zweites Mal: So stellten die Forscher fest, dass mehrere T-Verzweigungen hintereinander gestaffelt die Tröpfchengröße weiter halbieren konnten, sodass nur noch ein Viertel, ein Achtel und entsprechend noch kleinere Teile des ursprünglichen Exemplars übrig blieben.
Aber nicht nur in gleiche Teile lässt sich das Wasser aufteilen. Je nachdem, wie lang die dünnen Arme des T-Stücks sind, lässt sich mal mehr, mal weniger Wasser zu einer Seite bewegen. Der Grund: Je länger der Weg ist, den die Flüssigkeit in einer engen Kanüle zurücklegen muss, desto größer ist der Widerstand, um so langsamer fließt sie hier. Sie wählt dann stattdessen lieber den bequemen kürzeren Weg und lässt also das Gros in diese Richtung sprudeln. So teilen sich an unsymmetrischen T-Kreuzungen die Tröpfchen in unterschiedliche Größen. Prinzipiell lässt sich auf diese Weise jeder beliebige Tropfen-Durchmesser einstellen.
Damit jedoch noch nicht genug: Link und sein Team stellten fest, dass es auch ein Hindernis im Weg tut – es muss nicht gleich eine Kreuzung sein. Ein Quadrat mitten in der Kanüle platziert, sorgt ebenso für eine Teilung und je nach Position für unterschiedliche Tropfengröße. Die Ergebnisse können in Qualität allerdings nicht ganz so überzeugen wie die bewährten T-Stücke.
Damit steht Wissenschaftlern also wieder ein neues "Spielzeug" für die Mikrofluidik zur Verfügung. Ob es jemals Anwendung in einer Apparatur der Chemie oder Biochemie findet? Jedenfalls ist es nett, dem Tröpfchenspiel zuzuschauen. Schauen Sie mal rein in die Videos.
Einen verblüffend simplen Weg, die Größe von Mikrometer kleinen Wassertropfen zu verändern haben, nun Wissenschaftler um Darren Link von der Harvard University gefunden. Lediglich einen Parcours aus rund 30 Mikrometer dünnen Kanälen muss das Flüssigkeitsgemisch aus Wasser und Hexadecan – ein flüssiger Kohlenwasserstoff – passieren. Die Maße der Flüssigkeitströpfchen stellen sich hier bei hohen Flussraten wie von selbst ein. Der Trick an der Sache: einfache Verzweigungen in Form des Buchstaben T, an denen je ein Teil der Flüssigkeit zu beiden Seiten wegströmt.
Sind die beiden Arme dieser T-Kreuzung symmetrisch gleich lang, dann teilt sich das Tröpfchen gerecht auf beide Richtungen auf und es entstehen doppelt so viele Wasserperlen genau der halben Größe. Werden die beiden Ströme anschließend wieder zusammengeführt, so macht das gar nichts: Die kleinen Tropfen bleiben getrennt und verschmelzen nicht wieder miteinander.
Und was einmal funktioniert, klappt auch ein zweites Mal: So stellten die Forscher fest, dass mehrere T-Verzweigungen hintereinander gestaffelt die Tröpfchengröße weiter halbieren konnten, sodass nur noch ein Viertel, ein Achtel und entsprechend noch kleinere Teile des ursprünglichen Exemplars übrig blieben.
Aber nicht nur in gleiche Teile lässt sich das Wasser aufteilen. Je nachdem, wie lang die dünnen Arme des T-Stücks sind, lässt sich mal mehr, mal weniger Wasser zu einer Seite bewegen. Der Grund: Je länger der Weg ist, den die Flüssigkeit in einer engen Kanüle zurücklegen muss, desto größer ist der Widerstand, um so langsamer fließt sie hier. Sie wählt dann stattdessen lieber den bequemen kürzeren Weg und lässt also das Gros in diese Richtung sprudeln. So teilen sich an unsymmetrischen T-Kreuzungen die Tröpfchen in unterschiedliche Größen. Prinzipiell lässt sich auf diese Weise jeder beliebige Tropfen-Durchmesser einstellen.
Damit jedoch noch nicht genug: Link und sein Team stellten fest, dass es auch ein Hindernis im Weg tut – es muss nicht gleich eine Kreuzung sein. Ein Quadrat mitten in der Kanüle platziert, sorgt ebenso für eine Teilung und je nach Position für unterschiedliche Tropfengröße. Die Ergebnisse können in Qualität allerdings nicht ganz so überzeugen wie die bewährten T-Stücke.
Damit steht Wissenschaftlern also wieder ein neues "Spielzeug" für die Mikrofluidik zur Verfügung. Ob es jemals Anwendung in einer Apparatur der Chemie oder Biochemie findet? Jedenfalls ist es nett, dem Tröpfchenspiel zuzuschauen. Schauen Sie mal rein in die Videos.
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