Mikrofluidische Separationsverfahren und -systeme: Ihr Einsatz zur Rückgewinnung von Katalysatorwerkstoffen

Mikro- und Nanopartikel zeichnen sich durch ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aus. Mit einer funktionalisierten Oberfläche versehen sind sie daher für die spezifische Bindung von Molekülen in den Biowissenschaften oder der Medizintechnik geeignet. Speziell der Einsatz mikroskopisch kleiner magnetischer Kügelchen, sogenannter Magnetic beads, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum. Mikro- und Nanopartikel zeichnen sich durch ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aus. Mit einer funktionalisierten Oberfläche versehen sind sie daher für die spezifische Bindung von Molekülen in den Biowissenschaften oder der Medizintechnik geeignet. Speziell der Einsatz mikroskopisch kleiner magnetischer Kügelchen, sogenannter Magnetic beads, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum. Dieses Buch beschreibt die Grundlagen der Theorie mikrofluidischer Strömungen, gibt einen Überblick über verschiedene Fertigungstechnologien sowie Materialien für mikrofluidische Systeme und erläutert die Funktionsweise von mikrofluidischen Separationsverfahren unter Einsatz elektrischer und magnetischer Felder. In zwei Anwendungsbeispielen - von denen eines die Manipulation von Biomolekülen umfasst, während sich das zweite mit der Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe beschäftigt - werden die Lerninhalte praktisch nachvollziehbar. Das Innovationspotential dieser Separationsverfahren zeigt sich vor allem in der aktuellen Debatte um das begrenzte natürliche Rohstoffvorkommen, da sich aus der Wiederabtrennung von Nanopartikeln eine völlig neue Recyclingmethode ergibt. Die Zielgruppen Besonders Studenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie werden von der Lektüre dieses Buches profitieren, da es die Grundlagen mikrofluidischer Lab-on-a-Chip-Systeme vermittelt, ohne spezielle Vorkenntnisse vorauszusetzen. Aber auch Ingenieure und Naturwissenschaftler in den Bereichen Nanotechnik, Mikrosysteme und Mikrofluidik können sich dank dieses Buches detailliert über die Einsatzmöglichkeiten der mikrofluidischen Separationsverfahren informieren. Die Autorin Christine Ruffert promovierte 2007 im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 516 "Konstruktion und Fertigung aktiver Mikrosysteme". Nach 12 Jahren der Forschung und eigenständiger Lehre am Institut für Mikroproduktionstechnik der Leibniz Universität Hannover, davon ein Jahr an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), ist sie heute am Fraunhofer IMM in Mainz tätig. Sie habilitierte im Jahr 2017 mit der venia legendi im Fachgebiet Mikrofluidik an der TU Braunschweig Die moderne Industrie ist ohne Schlüsseltechnologien wie die Mikrosystemtechnik und die Nanotechnologie heutzutage kaum mehr vorstellbar. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Erforschung von Mikro- und Nanopartikeln, die sich durch ein hohes spezifisches Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnen. Diese Eigenschaft ist vor allem für die Biowissenschaften und die Medizintechnik interessant, da sich diese Oberfläche funktionalisieren lässt. Speziell der Einsatz magnetischer mikroskopisch kleiner Kügelchen, Magnetic beads genannt, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum, das die Wissenschaft im Rahmen der Mikrofluidik erforscht. Dieses Buch beschreibt die Grundlagen mikrofluidischer Strömungen. Die Autorin gibt einen Überblick über verschiedene Fertigungstechnologien und Materialien für mikrofluidische Systeme und erläutert die Funktionsweise von mikrofluidischen Separationsverfahren unter Einsatz elektrischer und magnetischer Felder. In zwei Anwendungsbeispielen - von denen eines die Manipulation von Biomolekülen umfasst, während sich das zweite mit der Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe beschäftigt - werden die Lerninhalte praktisch nachvollziehbar. Das Innovationspotential dieser Separationsverfahren zeigt sich vor allem in der aktuellen Debatte um das begrenzte natürliche Rohstoffvorkommen, da sich aus der Wiederabtrennung von Nanopartikeln eine völlig neue Recyclingmethode ergibt. Besonders Studenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie werden von der Lektüre dieses Buches profitieren, da es die Grundlagen mikrofluidischer Lab-on-a-Chip-Systeme vermittelt ohne spezielle Vorkenntnisse vorauszusetzen. Aber auch Ingenieure und Naturwissenschaftler in den Bereichen Nanotechnik, Mikrosysteme und Mikrofluidik können sich dank dieses Buches detailliert über die Einsatzmöglichkeiten der mikrofluidischen Separationsverfahren informieren. Front Matter ....Pages i-xiii Einleitung: Mikrofluidische Lab-on-a-Chip-Systeme (Christine Ruffert)....Pages 1-6 Mathematische Beschreibung von Fluiden, Strömungstheorien im Mikrobereich (Christine Ruffert)....Pages 7-10 Elektrohydrodynamik und elektrische Trennverfahren (Christine Ruffert)....Pages 11-26 Magnetohydrodynamik in der Mikrofluidik (Christine Ruffert)....Pages 27-56 Technologien und Materialien für mikrofluidische Systeme (Christine Ruffert)....Pages 57-76 Oberflächenfunktionalisierung (Christine Ruffert)....Pages 77-101 Partikelströmungen und Partikelseparation (Christine Ruffert)....Pages 102-108 Anwendungsbeispiel und kommerzielle Separationssysteme (Christine Ruffert)....Pages 109-126 Zusammenfassung und Ausblick (Christine Ruffert)....Pages 127-129 Back Matter ....Pages 130-132 Die moderne Industrie ist ohne Schlusseltechnologien wie die Mikrosystemtechnik und die Nanotechnologie heutzutage kaum mehr vorstellbar.