Optoelektrobenetzung zur Nanolitertröpfchen-Aktuierung, genauer betrachtet

• Antragsteller: Professor Dr. Henning Fouckhardt
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500403890

In den numerischen Voruntersuchungen der Gruppe des Antragstellers wurde belegt, dass die bisher verbreitete Annahme, das Tröpfchen-Schieben mit OEW (Optoelektrobenetzung) sei schwächer und läge bei höheren Frequenzen vor als das Tröpfchen-Ziehen, nicht allgemein gültig ist. Ein genauerer Blick auf die üblicherweise verwendeten Gleichungen zur Beschreibung von EWOD (Elektrobenetzung) und OEW und entsprechende Modifikationen zeigen verschiedene Lösungen für die Kontaktwinkeländerung über der Frequenz beim Einschalten des OEW-Steuerlichts. Dass das Tröpfchen-Schieben auch relativ stark sein und bei geringen Frequenzen (z.B. um 50 Hz) auftreten kann, belegten auch Experimente. Diese Vielfalt macht auch die Optimierung der Chips und ihren Betrieb schwierig. Gleichwohl wäre es für potenzielle Anwendungen der Tröpfchenaktuierung mittels OEW hilfreich, wenn sowohl das Ziehen als auch das Schieben als Aktuierungsmöglichkeiten zur Verfügung stünden: Ziehen z.B. zum Vereinigen von Tröpfchen, Schieben evtl. zum Zerteilen von Tröpfchen.Um also OEW für die praktische und praktikable Nutzung zu erschließen, müssen detailliertere experimentelle und numerische Untersuchungen vorgenommen werden. Darum soll sich dieses Vorhaben drehen, ohne dass eine ganz konkrete Anwendung im Hintergrund stehen soll.Sowohl die angelegte Spannung als auch ihre Modulationsfrequenz haben einen starken und nicht leicht vorhersagbaren Einfluss auf den Kontaktwinkel und die Netto-OEW-Kraft. Auch die elektrische Leitfähigkeit und die Größe der Tröpfchen spielen eine Rolle, so dass eine Optimierung für Tröpfchen bestimmter Eigenschaften nicht automatisch eine Optimierung auch für Tröpfchen anderer Parameter bedeutet.Optimierung von Bauelementen und Betrieb heißt auch Finden und Nutzen des Maximums der normierten OEW-Kraft auf die Tröpfchen. Das von dieser Gruppe vorgeschlagene Konzept der Lichtlinien-OEW (LL-OEW) hat hierbei prinzipielle Vorteile (nicht nur was die Aufbau-Geometrie angeht), denn durch die Lichtlinie kann ein größerer Teil der Kontaktlinie des Tröpfchens beleuchtet und genutzt werden als beim senkrechten Lichteinfall im üblichen OEW-Konzept. Die Ergebnisse des Projekts würden den Werkzeugkasten der OEW-Nutzung zur Tröpfchen-Manipulation erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen