Dielektrophoretische Partikelfiltration in Por?sen Medien (GRK 1860)

Dielektrophorese (DEP), die Bewegung polarisierbarer Partikel in inhomogenen elektrischen Feldern, ist ein Effekt der gr??en- und materialselektiv zur Manipulation von Nano- und Mikropartikel eingesetzt werden kann. DEP bietet damit einzigartige M?glichkeiten zur Aufreinigung und Rückgewinnung hochwertiger Partikel. Ziel dieses Projektes ist es die M?glichkeiten der Abtrennung und Aufbereitung von Partikeln durch dielektrophoretisches Trapping in por?sen Strukturen zu untersuchen.

Wie in der Abbildung zu sehen, wird ein por?ser Filter zwischen zwei felderzeugenden Elektroden platziert. Durch Polarisation des Filtermaterials wird das elektrische Feld gest?rt und die resultierenden Inhomogenit?ten k?nnen genutzt werden um Partikel zu polarisieren und dielektrophertisch zu den Porenw?nden zu bewegen, wo sie bleiben, bis das elektrische Feld ausgeschaltet wird. Ein Vorteil gegenüber der h?ufig angewandten Tiefenfiltration liegt darin, dass der Porendurchmesser der verwendeten por?sen Strukturen deutlich gr??er als der Partikeldurchmesser (Partikelgr??enordnung: 0.2 ?m – 10 ?m) sein kann. Dies erlaubt schaltbare Filtration mit verschwindend kleinem Druckverlust und vernachl?ssigbarem Fouling.

Abbildung: Mikroskopaufnahme von fluoreszierende 5 ?m Polystyrolpartikeln (grüne Punkte) in einem Mikrokanal mit feldst?renden S?ulen. Links: Bei nicht angelegtem elektrischen Feld -> die Partikel treiben in der flüssigen Phase. Rechts: Bei angelegtem elektrischen Feld -> die Partikel werden durch DEP Kr?fte an die S?ulen gezogen und dort festgehalten.

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Abblidung: Offene DEP Filterzelle. In der Mitte ist die Filterkeramik zwischen den beiden Elektroden zu sehen.

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Abblidung: Keramischer Filter

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Abblidung: Durch getrappte Partikel grüngelb eingef?rbter keramischer Filter.

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Dielektrophorese ben?tigt einen elektrischen Feldgradienten, der in diesem Projekt durch die Feldst?rung innerhalb des por?sen Mediums erreicht wird. Der Filter dient damit nicht nur als Immobilisierungsmatrix sondern auch dazu, die elektrischen Feldgradienten zu induzieren, die für DEP ben?tigt werden. In der ersten Phase des Projektes wurde der Einfluss von Geometrie und Material der por?sen Struktur auf die DEP Partikelabtrennung durch numerische Methoden untersucht. Die Berechnungen wurden anschlie?end durch Experimente in Mikrokan?len validiert.

Das gewonnene Wissen wird aktuell für die Entwicklung von Filtermaterialien genutzt. In Experimenten wird die Anwendbarkeit von DEP in por?sen Strukturen zur gr??en- und materialabh?ngigen Trennung mit in diesem Feld bisher unerreichten Volumenstr?men untersucht. Dies erlaubt die Entwicklung von schaltbaren und (material-)selektiven Filtern für die Rückgewinnung von hochpreisigen Produkten bei industriell relevantem Durchsatz.

G.R. Pesch et al. (2014). Sep Purif Technol. 132, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.06.028.
G.R. Pesch et al. (2016). Electorphoresis 37, https://doi.org/10.1002/elps.201500313.
G.R. Pesch et al. (2017). J Chrom A 1483, https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.12.074.
G.R. Pesch et al. (2018). Sci Rep 8, http://doi.org/10.1038/s41598-018-28735-w.
M. Lorenz et al. (2020). Anal. Bioanal. Chem, https://doi.org/10.1007/s00216-020-02557-0
Georg Peschs Doktorarbeit
Malte Lorenz Doktorarbeit

Poster Mapex Symposium 2018
Dateiname: GPesch_Poster_MAPEXSymposium_2018.pdf
?nderungsdatum: 20.09.2018
Poster Begehung MIMENIMA Graduiertenkolleg
Dateiname: Poster_Begehung_P07_02_Investigation_of_dielectrophoretic_effects_in_porous_structures_Pesch_und_Lorenz.pdf
?nderungsdatum: 20.09.2018
Georg_DEPConference2014_London.pdf
Dateiname: Georg_DEPConference2014_London.pdf
?nderungsdatum: 20.09.2018
Pr?sentation DEP 2018 Konferenz
Dateiname: 20180709_GPesch_DEP2018.pdf
?nderungsdatum: 20.09.2018
Georgs Doktorverteidigung
Dateiname: Georg_PhD_thesis_defence__2018_.pdf
?nderungsdatum: 20.09.2018