Durchflusssensor für mikrofluide Systeme
Neue Möglichkeiten in der Diagnostik
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Mögliche Anwendungen
Kommerziell erhältliche mikrofluidische POCT-Geräte messen beispielsweise Proteine, die als Biomarker zur Diagnose von Herzinfarkt dienen. Andere Geräte analysieren Blutproben zur Bestimmung ihrer Zusammensetzung aus roten und weißen Blutzellen sowie deren Subtypen. Eine weitere Anwendung in der Medizintechnik sind Zytometer zur Bestimmung der Konzentration von T-Helferzellen zur Überwachung des Immunsystems von HIV/AIDS-Patienten. Schließlich gibt es auch Bestrebungen, molekularbiologische Methoden zum Nachweis von beispielsweise Antibiotika-resistenten Bakterien über ihre DNA auf Point-of-Care-Systeme zu übertragen. Selbst genetische Fingerabdrücke können mit POCT-Geräten für forensische Zwecke erstellt werden.
Mikrofluidik spielt aber nicht nur im klinischen Umfeld eine immer wichtigere Rolle. Auch in der Forschung und Entwicklung sowie in der industriellen Prozessüberwachung gewinnt Mikrofluidik an Bedeutung. Insbesondere in der Nahrungsmittel- und Getränkeproduktion ist die Mikrobiologie heute entscheidend. So wird die Qualität von Hefezellen, die Malz zu Bier vergären, ebenso überwacht wie die Bakterienpopulation in Milch, die bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf. Während bisher diskrete Proben aus dem Produktionsprozess abgezweigt und in externe Laboratorien zur Untersuchung geschickt werden, erlauben neuartige miniaturisierte Fluss-Zytometer eine direkte Verifikation einzelner Produktionslose oder sogar eine kontinuierliche Überwachung in der Produktionslinie.
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Verbesserte Leistung durch präzise Flussüberwachung
Das Feld der Mikrofluidik ist über seine Entstehung stark mit den Biowissenschaften und den dazugehörigen Technologien wie Zellsortierung, Zellmanipulation oder DNA-Analyse verbunden. Aber auch in allen anderen miniaturisierten Systemen, die Flüssigkeiten verwenden, ist die Mikrofluidik relevant – sei es in mikroskopischen chemischen Reaktoren oder Mikro-Brennstoffzellen für die tragbare Stromerzeugung.
In all diesen aufstrebenden Anwendungsgebieten ist die genaue Überwachung und Regelung des Flüssigkeitsdurchflusses für den zuverlässigen Betrieb der entsprechenden Geräte entscheidend. Mit einem Formfaktor von nur 10 × 10 mm2 bietet Sensirions Flüssigkeitsdurchflusssensor LPG10 (Bild) hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit bei der Messung von kleinsten Flussraten. Der Sensor besteht aus einem planaren mikrofluidischen Glas-Substrat und ermöglicht eine äußerst kompakte Integration in beliebige fluidische Systeme. Das bewährte mikro¬thermische Messverfahren in einem innovativen Design erlaubt Flussmessungen von wenigen Millilitern bis zu einzelnen Mikrolitern pro Minute und sogar darunter. Glas als einziges benetztes Material garantiert optimale Kompatibilität mit biologischen und pharmazeutischen Prozessen. Der Sensor liefert eine direkte und hochgenaue Messung der Flussrate an jedem beliebigen relevanten Punkt im fluidischen System. Die zuverlässige Erkennung von üblichen Fehlern, wie beispielsweise Verstopfung, Luftblasen oder Leckage, ist gleich mitinbegriffen.
Messprinzip eines mikrothermischen CMOSens-Durchflusssensors
Die CMOSens-Technologie integriert einen schnellen, miniaturisierten thermischen Sensor zusammen mit der gesamten präzisen Auswerteschaltung auf einem einzigen CMOS-Mikrochip. Ein Heizelement auf dem Mikrochip bringt für die thermische Flussmessung eine minimale Wärmemenge in das Medium ein (Bild). Zwei Temperatursensoren, symmetrisch oberhalb und unterhalb der Wärmequelle positioniert, erfassen mit hoher Sensitivität kleinste Temperaturdifferenzen und liefern so die grundlegende Information über die Wärmeausbreitung, welche direkt mit der Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit steht. Mit der Integration auf einem einzigen Chip wird sichergestellt, dass die empfindlichen, analogen Sensorsignale störungsfrei und hochpräzise verstärkt, digitalisiert und weiterverarbeitet werden können, sodass der Chip dem Anwender direkt ein kalibriertes und linearisiertes Signal über eine digitale Schnittstelle zur Verfügung stellt.
Miniatur-Durchflusssensor LPG10
Der Miniatur-Durchflusssensor LPG10 integriert einen digitalen CMOSens-Mikrosensor auf einem mikrofluidischen Chip von nur 10 × 10 mm2 und ist damit nach Herstellerangaben der weltkleinste vollständig kalibrierte digitale Flusssensor. Downmount-Anschlüsse erlauben eine kompakte Integration in fluidische Systeme.
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