MiMi - Mikroakustische Mischer für Laboranalysensysteme - Dresden

Die InnoProfile-Initiative "Akustoelektronische Mikrofluidik“(2007-2012) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

In Laborgeräten zur Flüssigkeitsanalyse ist eine gute Durchmischung der Proben unerlässlich, um die Analysen mit der erforderlichen Reproduzierbarkeit durchführen zu können und falsche Ergebnisse zu vermeiden. Bisher werden für die Durchmischung typischerweise motorbetriebene Miniaturrührstäbe oder Magnete verwendet, die in die Flüssigkeiten eingetaucht werden müssen. Diese Varianten haben jedoch praktische Nachteile für die Integration in ein automatisches Analysesystem, da sie entweder manuellen Aufwand erfordern oder die Gefahr der Probenverunreinigung erhöhen bzw. durch zusätzliche Konstruktionen den Aufbau komplizierter und aufwändiger gestalten. In Fließsystemen werden typischerweise Y-Mischstücke verwendet, die nicht immer eine homogene Mischung gewährleisten. Hier bietet sich der Einsatz innovativer mikroakustischer Mischer an. Diese basieren auf akustoelektronischen Chips, die klein und leicht sind und deshalb gut in Autosampler und Analyseautomaten integriert werden können.

Aufbauend auf den Erkenntnissen, die im vorangegangenen InnoProfile-Projekt mit diesen Bauelementen gewonnen wurden, will die InnoProfile-Transfer-Initiative MiMi effektive, robuste und kostengünstige mikroakustische Mischer für den praktischen Laboreinsatz entwickeln.

Die Ziele

Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung von innovativen mikroakustischen Mischern, die zunächst mit Fokus auf den praktischen Einsatz in Laborsystemen zur Flüssigkeitsanalyse optimiert werden. Diese Mischer basieren auf akustoelektronischen Fluidaktorik-Chips. Deren Arbeitsprinzip ist das sogenannte Acoustic Streaming, ein physikalischer Effekt, der sowohl das Anregen von Strömungen in Flüssigkeiten als auch das Erwärmen derselben mithilfe von Schallwellen gestattet. Eingesetzt werden dabei hochfrequent schwingende piezoelektrische Einkristallchips, auf denen sich akustische Oberflächenwellen (SAW) ausbreiten. Durch den Einsatz dieser speziellen Ultraschallform wird es ermöglicht, die Bauelemente bis auf Chipgröße zu miniaturisieren.

Durch eine innovative robuste Verkapselung gegen mechanische Beschädigungen und korrosive Medien geschützt, besitzen diese Chips eine hohe Lebensdauer im Laboralltag. Angesteuert über ein adaptives elektronisches Hochfrequenzmodul werden sie in modernen Laboranalysensystemen kleine Flüssigkeitsmengen effektiv zur Analyse aufbereiten, rühren, homogenisieren und temperieren.

Im Projekt entwickelte Demonstrator-Lösungen werden von den beteiligten Firmenpartnern im praktischen Einsatz bezüglich der Anwenderakzeptanz und Marktfähigkeit untersucht. Darüber hinaus sollen die Entwicklungen auch als Grundlage für die Konzeption weiterer Geräteklassen im Umfeld der Flüssigkeitsanalyse dienen. Die so entstehende technologische Basis ermöglicht den beteiligten Firmen nachhaltig, ihre internationale Marktpräsenz mit innovativen Systemlösungen weiter voranzutreiben.

Die thematischen Schwerpunkte

  • Untersuchung und anwendungsorientierte Aufbereitung der Mechanismen zur mikroakustischen Flüssigkeitsaktorik (Mischen, Erwärmen und Zerstäuben), Entwicklung applikationsangepasster Aktorik-Bauelemente für unterschiedliche Konfigurationen von Analysegeräten sowie Proben-, Verfahrens- und Ergebnisvalidierung (IFW Dresden)
  • Entwicklung innovativer Verkapselungstechnologien für Fluidaktorik-Chips auf mikroakustischer Basis zum Schutz der zugrundeliegenden piezo- und pyroelektrischen Bauelemente vor mechanischer und chemischer Beschädigung sowie zum Schutz der Messlösung vor Kontamination durch Chip-Komponenten (Sensortechnik Meinsberg)
  • Entwicklung adaptiver elektronischer Steuermodule zur hochfrequenten Leistungsansteuerung von Fluidaktorik-Chips (PROLATEC)
  • Integration mikroakustischer Mischer in Laboranalysensysteme (Autosampler, FIA-Systeme), Erforschung des Einflusses mikroakustischer Probenvor- und -aufbereitung auf Analyseergebnisse (Auflösung, Reproduzierbarkeit, Probendurchsatz), Entwicklung und Validierung angepasster Analysenprotokolle (Medizin- und Labortechnik Engineering)

Die Partner

  • Medizin- und Labortechnik Engineering GmbH Dresden, Radebeul
  • PROLATEC Prozess- und Labortechnik GmbH, Radebeul
  • Sensortechnik Meinsberg GmbH, Waldheim

Kontakt

Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden)
Helmholtzstraße 20
01069 Dresden

Dr. Hagen Schmidt
Institut für Festkörperforschung
Abt. Magnetische und akustische Resonanzen
Tel.: 0351 4659-278
Fax: 0351 4659-313
E-Mail: h.schmidt[at]ifw-dresden.de


Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt "Akustoelektronische Mikrofluidik" finden Sie hier. Weitere Informationen zum ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Nachwuchsgruppe HoBelAB finden Sie hier.