Mikroakustischer Mischer für Laboranalysensysteme - MiMi, Teilprojekt 1: Akustoelektronische Fluid-Mikroaktorik : Schlussbericht zum InnoProfile-Transfer-Verbundprojekt

Abstract

Im Rahmen des Projekts wurden Funktionsprinzipien der Akustoelektronik, d.h. der akustischen Oberflächen- und Volumenwellen-Technik (surface acoustic waves: SAW, bulk acoustic waves: BAW) für die Nutzung zur Fluidaktorik in Laboranalysensystemen untersucht und weiterentwickelt. Angestrebt wurden vor allem kostengünstige und applikationsangepasste mikroakustische Lösungen. Hierzu wurden die Grundlagen verschiedener mikroakustischer Fluid-Manipulationen, wie Mischen/Homogenisieren, Erwärmen und Zerstäuben, für einen effizienten Einsatz in kommerziellen Anwendungen aufbereitet. Dies umfasste auch die Entwicklung von innovativen und kosteneffizienten Technologien zur flüssigkeitsdichten Verkapselung der Fluid-Mikroaktoren sowie Systemdesign, Aufbau, Charakterisierung und Optimierung derartiger Baugruppen für den Einsatz in unterschiedlichen Labor- und Analysengeräten. Es wurden mehrere Technologien auf ihre mikroakustische Tauglichkeit untersucht und Verkapselungsmaterialien charakterisiert, darunter silikatische Gläser und organische Polymere Auf der Geräteseite wurden ein Mischstab für den Einsatz in Autosamplern sowie eine optische Messzelle mit Mischfunktion als geeignete Anwendungen identifiziert. Mit den ausgewählten Verkapselungstechnologien ausgestattete mikroakustische Aktoren konnten erfolgreich gemeinsam mit den Projektpartnern im Rahmen von Demonstrationssystemen realisiert und getestet werden. Within the framework of the project, functional principles of acoustoelectronics, i.e. of surface acoustic wave (SAW) and bulk acoustic wave (BAW)technology have been investigated for the utilization as fluid actuators within lab analysis systems. Particularly cost-effective and application-oriented microacoustic solutions were strived for. For this purpose, the fundamentals of various microacoustical fluid manipulations, such as mixing / homogenizing, heating and atomizing, have been scrutinized for an efficient use in commercial applications. Included was also the development of innovative and costeffective technologies for the liquid-tight encapsulation of the fluid microactuators as well as system design, construction, characterization and optimization of such assemblies for the application in labbased analysis systems. Several encapsulation technologies have been investigated for their microacoustic compatibility and various encapsulation materials have been characterized, including silica-based glasses and organic polymers. As for the application, a mixing rod for the use in autosamplers as well as an optical cell with mixing functionality have been identified as promising demonstrators. Finally, microacoustic actuators equipped with the preferred encapsulation technologies were successfully realized jointly by the project partners and have been prooven within the framework of demonstration systems.