Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikropumpen fürs Westentaschenlabor

07.11.2012
Flüssigkristalline Elastomere bilden winzige Hohlkugel, die bei einer
Temperaturerhöhung Flüssigkeit aus dem Innern nach außen pumpt

Wissenschaftler an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben winzige Mikropumpen aus elastischem Material entwickelt, die als Bauteile für Chiplabore Verwendung finden könnten. Die Mikropumpen haben einen Durchmesser von etwa einem halben Millimeter und sind damit nicht größer als Grieß.


Entstehung der Kern-Schale-Partikel im mikrofluidischen Reaktor

Foto: Institut für Organische Chemie, JGU

Sie sind als Kern-Schale-Teilchen aufgebaut mit einer äußeren Hülle aus flüssigkristallinen Elastomeren. Diese Materialien sind in der Lage, auf externe Reize zu reagieren. So verformen sich die runden Kern-Schale-Tropfen bei einer Temperaturerhöhung zu Stäbchen. Durch die Verformung der elastischen Außenhülle wird der innere, flüssige Kern durch ein Ventil nach außen gepumpt. Der Prozess ist reversibel, sodass die Flüssigkeit auch wieder in das Innere der Hohlkugel zurückströmt.

Die Wissenschaftler um Univ.-Prof. Dr. Rudolf Zentel vom Institut für Organische Chemie haben bei ihrer Entwicklung mit einer besonderen Materialklasse gearbeitet: Flüssigkristalline Elastomere (liquid crystalline elastomers, LCE) bestehen aus vernetzten Polymerketten, an die flüssigkristalline Moleküle angebunden sind. LCEs kombinieren dadurch das gummi-elastische Verhalten von Polymernetzwerken mit den selbstorganisierenden Eigenschaften der Flüssigkristalle, wie sie auch aus Flüssigkristalldisplays bekannt sind. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften werden diese Werkstoffe häufig als „künstliche Muskeln“ bezeichnet, der Formgedächtniseffekt erlaubt ihre Verwendung als Aktoren und Sensoren.

Eva-Kristina Fleischmann und Hsin-Ling Liang ist es gelungen, eine mikrofluidische Apparatur zu entwickeln, mit deren Hilfe in einem kontinuierlichen Prozess Mikroaktoren aus LCEs hergestellt werden können. Das Besondere an der Methode ist, dass auch Partikel mit einer Kern-Schale-Geometrie machbar sind, wobei ein flüssigkristallines Elastomer die Schale bildet und der Kern im Innern mit Glycerol gefüllt ist. In einer Veröffentlichung in Nature Communications beschreiben die Wissenschaftler weiter, wie sich die runden Kern-Schale-Partikel bei einer Temperaturerhöhung zu Stäbchen verformen.

Wird nun in der Elastomerschale ein Ventil angebracht, führt die Deformation des äußeren Elastomers dazu, dass der innere, flüssige Kern durch das Ventil nach außen gepumpt wird. Da dieser Prozess vollständig reversibel ist, eignen sich die Partikel als Mikropumpen. Damit ist eine neue Anwendung von LCEs als Mikropumpen in mikroelektromechanischen Systemen und Lab-on-chip-Systemen, auch als Chiplabore oder Westentaschenlabore bezeichnet, möglich.

Das Projekt ist eine Kooperation im Rahmen der International Research Training Group 1404, einem internationalen Graduiertenkolleg zwischen der Universität Mainz und der Seoul National University, Korea. Ebenfalls daran beteiligt waren Wissenschaftler vom Institut für physikalische Chemie der Universität Stuttgart.

Fotos:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_org_mikropumpen_kern-schale-partikel01.jpg
Entstehung der Kern-Schale-Partikel im mikrofluidischen Reaktor
Foto: Institut für Organische Chemie, JGU

http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_org_mikropumpen_kern-schale-partikel02.jpg
Kern-Schale-Partikel, der den inneren, flüssigen Kern in eine dünne Glaskapillare pumpt
Foto: Institut für Organische Chemie, JGU

Veröffentlichung:
Eva-Kristina Fleischmann, Hsin-Ling Liang, Nadia Kapernaum, Frank Giesselmann, Jan Lagerwall, Rudolf Zentel
One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles
Nature Communications, 6. November 2012
DOI: 10.1038/ncomms2193

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Rudolf Zentel
Institut für Organische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-20361
Fax +49 6131 39-24778
E-Mail: zentel@uni-mainz.de
http://www.ak-zentel.chemie.uni-mainz.de/

Eva Fleischmann, Hsin-Ling Liang
Institut für Organische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-25468
E-Mail: eva.fleischmann@uni-mainz.de, hliang@students.uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.optoelectronics.chemie.uni-mainz.de/
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n10/full/ncomms2193.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nervenschmerzen zukünftig wirksamer behandeln

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Zellstoffwechsel begünstigt Tumorwachstum

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten