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tm – Technisches Messen 2016; 83(5): 274–288 DE GRUYTER OLDENBOURG Beiträge Fedor Schreiber*, Stefan Kahnert, Andreas Goehlich, Dieter Greifendorf, Frank Bartels, Udo Janzyk, Klaus Lennartz, Uwe Kirstein, Andreas Rennings, Ralf Küppers und Daniel Erni Mikrofluidik-Chip-Architekturen für eine Zell-Sortieranlage basierend auf der Elektrowetting-Technologie Microfluidic chip architectures for a cell sorter based on the electrowetting technology DOI 10.1515/teme-2015-0054 Eingang 8. Juni 2015; überarbeitet 24. September 2015; angenommen 19. Oktober 2015

Zusammenfassung

Im folgenden Artikel wird eine optische Messtechnik vorgestellt und qualifizert, welche die simultane Bestimmung des dreidimensionalen (3D) Temperaturfeldes und der drei Komponenten des dreidimensionalen Geschwindigkeitsfeldes (3D3C) in mikrofluidischen Anwendungen ermöglicht. Dabei wird die Temperatur über das Verhältnis der Intensität der Lumineszenzsignale von zweifarbigen Polymerpartikeln ermittelt, während das Geschwindigkeitsfeld gleichzeitig anhand der Verschiebung individueller Partikelbilder berechnet werden kann. Um die Tiefeninformation zu erhalten, wird das etablierte Astigmatismus particle tracking velocimetry Verfahren verwendet. Mit der beschriebenen Methode werden simultane, volumetrische Messungen des Temperatur- und Geschwindigkeitsfeldes in einem temperierten Kanal durchgeführt und mit numerischen Simulationen verglichen. Dabei werden zwei unterschiedliche Kamerasysteme verwendet, um die Emission der lumineszierenden Farbstoffen zu trennen. Einerseits kommt ein Zweikameraaufbau mit einem dichroitischen Spiegel und andererseits eine einzelne Farbkamera zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigen eine gute qualitative Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation, wobei die Qualität der Messergebnisse für beide Kamerasysteme vergleichbar ist. Durch die Verwendung von nur einer Farbkamera kann der experimentelle Aufwand jedoch stark verringert werden.

Process Analytical Technology
Theory and Practice for Beginners

the mask. This technique can be used in a variety of applica- tions as it is possible to produce customized microlens for specific applications. Keywords: microfluidic chip; integrated microlens; optical fiber; fabrication; beam shaping. Zusammenfassung Hintergrund: Die Leistungsdichte der optischen Anre- gung auf Mikrofluidik-Chips wird durch die Strahl- divergenz der optischen Faser abgeschw ä cht, so dass es schwierig ist, das Emissions- oder Streulicht „ einzusam- meln “ . Die Lichtleistung des Anregungslichtes und die Kopplungseffizienz k ö nnen

Applications in Biotechnology
Series: De Gruyter STEM

über integrierte künstliche Gefäßsysteme si- chergestellt. Die Herausforderung besteht im applikati- onsspezifischen Dimensionieren dieser Gefäßnetzwerke sowie demBestimmen der erforderlichenBetriebsparame- ter. Dazu wird eine Technologie-Plattform vorgestellt, die ein applikationsspezifisches Simulationsmodell und ein Validierungssystem umfasst. Schlüsselwörter: Mikrofluidik, Zellkultursystem, Perfusi- on, Gefäßnetzwerk. Abstract: For developing and cultivating of complex 3D tissue cultures microfluidic perfusion systems are of cru- cial importance. The supplying

Abstract

The progressing miniaturisation and increasing power demand of microelectronic devices require efficient cooling systems to avoid thermal damage. Future cooling systems have to be capable of dealing with heat loads of more than 200 W/cm2, at small temperature differences. However, the convective heat transfer in microchannels is limited due to the laminar flow regime. Nanofluids, i. e. fluids with suspended particles of nanometer size, have been shown to enhance the heat transfer. Nevertheless, their potential was recently controversially discussed in the literature. Therefore, reliable experimental heat transfer investigations are necessary to understand the underlying physical phenomena and help to establish design rules for future microelectronic cooling systems. For this reason the aim of the current study was to design and test a platform for the characterization of the fluid flow and the heat transfer in a straight microchannel. The heat transfer using pure water and water with 30–60 nm Al2O3 nanoparticles were investigated at two different volume concentrations, 1% and 2.5% and Reynolds numbers ranging from 70 to 300. The results imply that the experimental platform allows for reliable and reproducible measurements of heat transfer and its sensitivity to the appropriated fluid and the flow properties. It could be shown that the heat transfer coefficient can be enhanced by up to 5.5% using 2.5% water-Al2O3 nanofluids compared to distilled water.

Es werden ein auf der Laser-Doppler-Anemometrie basierender neuartiger interferometrischer Sensor und entsprechende Konzepte zur Signalverarbeitung vorgestellt. Der Sensor ermöglicht es, entlang einer Linie das Geschwindigkeitsprofil von Strömungen mit einer Ortsauflösung bis in den Sub-Mikrometerbereich zu vermessen und eignet sich deshalb besonders für Turbulenzforschung, Mikrofluidik und Durchflussmessungen. Die Kombination zweier solcher Sensoren erlaubt die Bestimmung von drei Geschwindigkeitskomponenten innerhalb eines zweidimensionalen Bereichs ohne Verwendung einer Kamera und bietet aufgrund der geringen Messunsicherheit Vorteile gegenüber abbildenden Verfahren.