Electrokinetic pumping in microchannels with superhydrophobic surfaces

• Applicant: Professor Dr. Stephan Gekle
• Subject Area: Fluid Mechanics ; Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering ; Microsystems
• Term: from 2010 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 168901403

Der enorme Fortschritt der Mikrotechnologie in den letzten Jahren hat zur Entwicklung eines neuen, hoch-integrierten Instrumententyps für chemische Analysen geführt: das Laboratory-on-a-Chip. Eines der Haupthindernisse für den Einsatz solcher Geräte ist momentan das Fehlen eines effizienten Mechanismus, um Flüssigkeiten durch sehr dünne (Mikrometer) Kanäle zu pumpen, in welchen die Reibung an der Wand einen dominierenden Einfluss ausübt. Im vorliegenden Projekt wollen wir diese Beschränkung überwinden, indem wir einen passenden mikrofluidischen Pumpmechanismus (“Elektroosmose”) mit neuartigen “superhydrophoben” Oberflächen kombinieren, welche extrem niedrige Reibung aufweisen. Diese mikrostrukturierten Oberflächen wurden vor ca. 10 Jahren in der Biologie entdeckt, wo sie Pflanzenblätter verschmutzungsfrei halten: ein Regentropfen, der auf solch eine Oberfläche fällt, kann nahezu reibungsfrei abrollen – ein Phänomen, das als sog. Lotus-Effekt berühmt geworden ist. Diese Entdeckung hatte vielfache Anstrengungen zur Folge, um ähnliche Oberflächen für Lab-ona- Chip Anwendungen künstlich herzustellen. Durch die Kombination unserer molekularen sowie Kontinuums-Simulationen mit Experimenten unserer Kooperationspartner an der Universität Lyon (Frankreich), möchten wir erforschen ob und wie superhydrophobe Oberflächen mit elektro-osmotischem Pumpen kombiniert werden können, um eine deutliche Steigerung der Pumpeffizienz durch Mikrokanäle zu erzielen.

• DFG Programme: Research Grants