Mehrdimensionale Feinstpartikelfraktionierung mit akustischen Oberflächenwellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Cierpka
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444806275

In vielen Industrieprodukten, verfahrenstechnischen Prozessen bis hin zur Lebensmittelchemie und Pharmakologie werden Partikelsysteme eingesetzt. Aufgrund der Skalierbarkeit unterschiedlicher Kräfte auf Partikel, eignen sich mikrofluidische Systeme zur Fraktionierung einer Partikelsuspension nach verschiedenen Kriterien. Methoden zur Fraktionierung von technischen Feinstpartikeln in mikrofluidischen Systemen können in aktive und passive Methoden unterteilt werden. Passive Methoden sind sehr robust und nutzen zumeist die laminaren Strömungsverhältnisse in Mikrokanälen aus. Aktive Methoden nutzen überlagerte elektrische, magnetische oder akustische Felder. Dabei können zusätzlich größenunabhängige Trennmerkmale basierend auf den elektrischen, magnetischen oder mechanischen Eigenschaften der Partikel adressiert werden. Obwohl aktive Methoden die Komplexität der Systeme deutlich erhöhen, können mit diesen mehrdimensionale Partikeleigenschaften adressiert und die Methode auf die jeweilige Partikelklasse angepasst werden. Um ein möglichst flexibles steuerbares System zur Partikelfraktionierung aufbauen zu können, bedarf es daher der Kombination aus einer passiven und einer aktiven Methode. Deshalb soll im Forschungsvorhaben ein Fraktionierungssystem aufgebaut werden, welches mit akustischen Oberflächenwellen (SAW, surface acoustic waves) eine Partikelfraktionierung nach Größe, akustischem Kontrast und Form ermöglicht. Zur Charakterisierung der Strömung, Partikelverteilung und Selektivität der Fraktionierung, soll zusätzlich eine Messtechnik auf Basis der astigmatischen Partikel Tracking Velocimetry in Kombinationen mit tief lernenden neuronalen Netze untersucht und entwickelt werden. Nach dem Aufbau der mikrofluidischen Systeme am DFG Gerätezentrum für Mikro- und Nanointegration an der TU Ilmenau und deren Charakterisierung, sollen schlussendlich Designkriterien zum Aufbau einer Fraktionierungskaskade zur Trennung von Feinstpartikeln (< 500 nm) mit sehr hoher Selektivität, bei flexibler Anpassung an die jeweils vorliegenden Partikelklassen, abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2045: Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Jörg König