Ultraschnelle Detektion in der Tröpfchenmikrofluidik mittels Ionenmobilitätsspektrometrie

• Antragsteller: Professor Dr. Detlev Belder; Professor Dr.-Ing. Stefan Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458829155

Im Fokus des Vorhabens steht die Entwicklung und Evaluierung einer schnellen markierungsfreien Detektionsmethode für die tröpfchenbasierte Mikrofluidik. Hierzu soll erstmals die Kopplung mikrofluidischer Tröpfchenchips mit der Ionenmobilitätsspektrometrie realisiert werden, um den Inhalt einzelner Tröpfchen im segmentierten Fluss mit hoher Geschwindigkeit in Echtzeit zu analysieren. Zentrale wissenschaftliche Aspekte des Vorhabens sind die Konzeption und instrumentelle Entwicklung eines ultraschnellen und auf die Tröpfchen synchronisierten Driftröhren-Ionenmobilitätsspektrometers zur markierungsfreien Detektion und Analyse einzelner Tröpfchen in mikrofluidischen Chipsystemen. Dabei wird eine hohe Aufzeichnungsrate der Ionenmobilitätsspektren von mindestens 300 Hz angestrebt, was verglichen mit den sonst üblichen Messzeiten in der Ionenmobilitätsspektrometrie bereits eine Verzehnfachung der Aufzeichnungsrate bedeutet. Eine weitere Steigerung der Messfrequenz soll durch die Modulation des Ionentors zwecks Kurzeitmultiplexing erreicht werden. Die Forschungsarbeiten im Bereich der Ionenmobilitätsspektrometrie gehen einher mit der Entwicklung maßgeschneiderter mikrofluidischer Tröpfchenchipsysteme sowie geeigneter Ionisations- und Interfacestrategien für eine effiziente Kopplung mit der Ionenmobilitätsspektrometrie. Mit dem hier verfolgten Ansatz der Kombination von Tröpfchenmikrofluidik und ultraschnellem Ionenmobilitätsspektrometer zur chemischen Analyse einzelner Mikrotröpfchen im segmentierten Fluss soll eine Enabling Technology geschaffen werden, mit der sich die Anwendungsbreite der Tropfenmikrofluidik als zukunftsträchtige Plattformtechnologie für Hochdurchsatzanwendungen signifikant vergrößern lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen