Robuste Produktion von Mikro- und Nano-Jets

Eine neu entwickelte, innovative Technik für Flüssigkeitsstrahlen im Mikro- und Nanometerbereich dürfte Prozesse, Technologien und Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie und anderen Branchen nicht nur erleichtern, sondern auch voran treiben.

Zu einer kontrollierten Produktion von Objekten in den Größenordnungen Mikrometer und Nanometer, seien es nun Strahlen oder Kapseln, gehört ein hohes Maß an Genauigkeit und Präzision. So muss beispielsweise die Größe eines gekapselten Partikels exakt definiert sein, damit es für andere Zwecke wie z.B. als Lebensmittelzusatz genutzt werden kann. Zudem muss die Standardabweichung der Partikelgrößen sehr klein sein, weil gekapselte Partikel sonst nicht nutzbar wären.

Eine Innovation aus Spanien, die sich elektrohydrodynamische Kräfte zunutze macht, könnte zu extrem genauen und präzisen Strahlen von Flüssigkeiten und gekapselten Partikeln mit Durchmessern im Mikro- und Nanometerbereich führen. Konkret werden dabei durch konzentrische, elektrifizierte Nadeln zwei nicht mischbare Flüssigkeiten bei definierten Durchflussraten injiziert. Beim Passieren von elektrifizierten, konischen Menisci, die das Ende der Nadeln umgeben, bilden sie einen kombinierten Strahl aus zwei strömenden Flüssigkeiten.

Aus dem kombinierten Strahl wird schließlich ein Aerosol aus einer Mischung von Tröpfchen, in der eine Flüssigkeit die andere umgibt. Diese Technologie kann auch für Einkapselungsprozesse vorteilhaft angewandt werden, beispielsweise dann, wenn eine Flüssigkeit eine Fotopolymerlösung ist, die unter Einwirkung von ultraviolettem Licht oder geeigneten thermischen bzw. chemischen Reagenzien aushärtet. Die gekapselten Objekte des Strahls weisen einen exakt spezifizierten Größenbereich mit schmaler Standardabweichung der Größendispersion auf. Der Prozess ist zudem so gut regelbar, dass er ganz bestimmte Partikelgrößen liefert.

Diese Technologie ist in Fällen anwendbar, in denen eine Flüssigkeit von ihrer Umgebung isoliert werden muss oder in denen mehrschichtige Mikro- oder Nano-Jets benötigt werden. So ist er beispielsweise gut in der Lebensmitteltechnologie oder bei der Verabreichung von Medikamenten einsetzbar, wann immer empfindliche Substanzen vor Zerfallserscheinungen oder einer Beteiligung an Reaktionen geschützt werden müssen. Mehrschichtige Mikro- oder Nano-Partikel könnten überdies als Bestandteile von Makrokomponenten mit speziellen Eigenschaften (z.B. von hoch stabilen Verbundwerkstoffen) dienen. Typische Anwendungen wären die Spezialmaterialverarbeitung wie etwa die Partikelbeschichtung, die Oberflächenbehandlung und die Glasfaserproduktion.

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Maria Jose Romero Garcia de Parades
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