Forschungsthemen Trenntechnik
Dielektrophorese (DEP) beschreibt die Bewegung von geladenen und ungeladenen Partikeln in inhomogenen elektrischen Wechselfeldern. Dielektrophorese entsteht durch die Einwirkung eines r?umlich ungleichm??igen Feldes auf einen induzierten Dipol. DEP erm?glicht damit die Entwicklung von Verfahren zur Trennung von Partikelgemischen, bei denen konventionelle Trennverfahren versagen. Dies ist z.B. bei der Trennung sehr kleiner Partikel der Fall oder bei der Trennung von Partikeln die nur subtile Eigenschaftsunterschiede aufweisen, z.B. der Trennung von Blutk?rperchen nach Bluttyp.
Wir benutzen DEP zur Trennung von technischen Partikelgemischen nach Material und unser Fokus ist im Speziellen die Materialtrennung bei hohem (industriell relevanten) Durchsatz. Dies ist im Kontrast zu vielen konventionellen DEP-Anwendungen, bei denen das Verfahrena für (bio-)analytische Zwecke bei hoher Genauigkeit, aber geringen zu untersuchenden Volumina, eingesetzt wird. Eine gute ?bersicht über DEP Anwendungen findet sich z.B. im Reviewpaper von Hughes.
Die meisten herk?mmlichen DEP Anwendungen basieren auf mikrofluidischer Technik, also auf sehr kleinen Ma?st?ben der Kan?le und Elektroden, und werden bei geringen Durchflüssen betrieben. Ma?stabsvergr??erungen sind schwierig, da der Feldgradient sehr stark mit der Entfernung vom erzeugenden Elektrodenarray abnimmt. Mit der dielektrophoretischen Filtration forschen wir an einer M?glichkeit, diese inherente Limitierung zu umgehen. Hierbei wird der für die DEP notwendige Feldgradient durch die St?rung des Felds an isolierenden Strukturen erzeugt. Die isolierenden Strukturen k?nnen z.B. por?se Keramik- oder Polymersch?ume sein, die dann als (elektrisch) schaltbare Filter fungieren. Dann ist der Feldgradient vom Durchsatz entkoppelt, was ein Betrieb im pr?parativen oder sogar industriellen Ma?stab m?glich macht. Sind die Filterstrukturen gro? genug gew?hlt, sodass keine Partikel durch Gr??enauschlu? abgetrennt werden, so lassen sich gefangenene Partikel nach abschalten des Feldes rückgewinnen.
In Filtrationsprozessen, vor allem bei der Biomembranfiltration, bildet sich nach einiger Zeit der Operation eine Schmutzschicht auf der Oberfl?che ?der Filtermodule, die aus den gefiltertern Partikeln oder Organismen besteht. Konventionell werden solche Schichten durch Rückspülen (also ein Umkehren der Flussrichtung) von der Membran entfernt. Durch das Einbringen von Elektroden unter oder über der Filtrationsfl?che lassen sich inhomogene elektrische Felder erzeugen, die die (bio-)Partikel polarisieren und so von der Ablagerung abhalten k?nnen. Dadurch l?sst sich effektiv durch das einbringen einer (geringen) Spannung die Zeit die bis zur Rückspülung ben?tigt wird drastisch verl?ngern.
