Adaptiver Transport von Tropfen durch gekoppelte Strömungswege

• Antragsteller: Dr. Thomas Pfohl
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422791884

Flexible und adaptive Materialsysteme mit ihrer Fähigkeit, dynamische Verformungen im Mikrobereich zu erzeugen, sind für eine Vielzahl spannender neuer Anwendungen relevant, wie z.B. in der „Tissue-Engineering“, adaptiven Optik, flexiblen Elektronik und weichen Robotik. Ziel dieses Projekts ist es, den Transport von Flüssigkeiten und Tröpfchen in Kanälen zu untersuchen und zu analysieren, die durch flexible Membranen in mikrofluidischer Umgebung miteinander verbunden sind. Der vorgeschlagene mikrofluidische Aufbau für mehrphasige Strömungsexperimente, bestehend aus zwei durch eine dünne flexible Membran getrennten Transportkanälen, ermöglicht eine definierte laminare Strömungskontrolle innerhalb der Transportkanäle, eine genaue Positionierung der Tröpfchen und die Möglichkeit, die Tröpfchenbewegungen und den Transport innerhalb der Kanäle zu analysieren und Kreuzkorrelationen zwischen den Kanälen zu bestimmen. Aufgrund der sich bewegenden Tröpfchen und der auf beide Seiten der Membran einwirkenden Strömung reagiert die dünne elastische Membran spezifisch und verformt sich lokal auf die sich bewegenden Kontaktlinien der Tröpfchen, strömungsinduzierte Druckdifferenzen und scherinduzierte Effekte, was einen starken Einfluss auf die Transporteigenschaften in beiden Kanälen hat. Darüber hinaus wird mit Hilfe der Elektro-Hydrodynamik (EHD), die zur Unterstützung der strömungsinduzierten Instabilitäten der Membranen und der Rückkopplung in beiden Transportkanälen eingesetzt wird, die Kopplung und Querkommunikation der fließenden Materialien und der Informationstransport verstärkt und spezifisch gestaltet. Diese membraninduzierte Wechselwirkung wird verwendet, um die Tröpfchenbewegung und spezifische Strömungen innerhalb von fluidischen Transportwegen zu bewegen, anzupassen, steuern, verschieben und stoppen und darüber hinaus Strömungsmuster mit Anpassungs- und Selbstregulierungsfähigkeiten sowie langfristige logische Verbindungen und Operationen innerhalb der Transportnetze einzuführen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2171: Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ullrich Steiner