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Dielektrophoretische Partikelchromatographie (DPC) mit skalierbarer Trennwirkung im präparativen Maßstab (SPP 2045)

Die dielektrophoretische Partikelchromatiographie (DPC) ist ein Trennverfahren für eine Vielzahl von Mikropartikeln, diese können biologischen oder synthetischen Ursprungs sein. Die Dielektrophorese bezeichnet die Bewegung von Partikeln in Folge von inhomogenen elektrischen Feldern. Als Chromatographie wird die zeitliche Auftrennung von Stoff- oder Partikelgemischen bezeichnet.
Im Gegensatz zu der bekannteren Gaschromatographie finden keine Gase, sondern Flüssigkeiten in der DPC Verwendung. Als stationäre Phase dienen Interdigitalelektroden (IDE), wohingegen die mobile Phase durch ein kontinuierlich fließendes Trägerfluid, beispielsweise entsalztes Wasser, gebildet wird.
Das Trägerfluid fördert eine injizierte Partikelsuspension durch eine Mikrodurchflusszelle. Innerhalb dieser Durchflusszelle wird durch die IDE ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt, welches zur Polarisation der Mikropartikel führt und folglich zur Dielektrophorese.

  • Abbildung : Elektrisches Feld unterhalb von Elektroden. Ein polarisierbares Partikel erfährt in einen inhomogenen elektrischen Feld die dielektrophoretische Kraft und wird durch diese beschleunigt.

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  • Abbildung : Prinzip der dielektrophoretischen Chromatographie. Das elektrische Feld ist gepulst (aktiviert/deaktiviert). In Phasen mit aktiviertem elektrischen Feld werden die Partikel in
    Richtung der Elektroden beschleunigt. In Phasen ohne elektrisches Feld kehren die Partikel
    aufgrund von Gravitation und Diffusion in die Strömung zurück. Die abgebildeten Kräfte
    sind von der Partikelgröße abhängig und ermöglichen so eine chromatographische Trennung
    der Partikel. Diffusion und Gravitation sind in Phasen mit aktiviertem elektrischem Feld
    existent, zur besseren Übersichtlichkeit jedoch nicht eingezeichnet.

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  • Abbildung : Schematische Darstellung der dielektrophoretischen Partikel-Chromatographie. Es erfolgt eine Fraktionierung anhand unterschiedlicher Mobilität der Partikel im fluiden Geschwindigkeits- und im inhomogenen elektrischem Feld.

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  • Schaubild eines PDMS Kanals auf Mikroelektroden.

    Abbildung : Mikrokanal für die dielektrophoretischen Partikel-Chromatographie. In einem mäandernden Kanal fließen Partikel und Trägerfluid. Der Boden des Kanals wird durch Interdigitalelektroden auf einem transparenten Substrat gebildet.

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In Abhängigkeit der dielektrischen Eigenschaften der Partikel findet die Dielektrophorese mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Richtung statt. Diese Unterschiede in der Mobilität werden ausgenutzt, um die Partikelarten voneinander zu trennen. Einflussfaktoren auf die Mobilität in inhomogenen elektrischen Feldern sind beispielsweise Größe und Material der Partikel. Anhand dieser Eigenschaften wird einzelnen Partikelarten eine spezifische Verweilzeit in der Trennsäule zugeordnet.
Die DPC ist perspektivisch nicht nur als Trennprozess zu sehen, sondern zukünftig auch als Analyseverfahren für Mikropartikel. Anwendungsgebiete bieten sich somit beispielsweise in der Medizintechnik und im Bereich der Nanomaterialien.

 

Kontakt:

Giesler, Jasper, M. Sc.
Raum UFT 2110
Tel. 0421- 218 - 63495

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Weitere Infos

DFG Schwerpunktprogramm "MehrDimPart" (SPP 2045).
Teilprojekt B12.

Aktualisiert von: Jasper Giesler