Aktive photoresponsive mikrogelstrukturierte Oberflächen für getriggerte Partikelbewegung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Andrij Pich; Professorin Dr. Svetlana Santer
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544907265

Die Manipulation von Kolloiden, Partikeln oder Zellen in mikrofluidischen Systemen erfolgt meist durch globale Gestaltung von Strömungsmustern über ein geeignetes Mikrokanalnetzwerk und der Anwendung von äußerem Druck sowie von elektrokinetischem Antrieb oder der Selektion eines Partikels nach dem anderen mit optischen oder magnetischen Pinzetten. Die Kombinationen aus lokaler und globaler Manipulation, wie sie beispielsweise durch das Anregen künstlicher magnetischer Zilien erzeugt werden, stecken noch in den Kinderschuhen. Diese bieten jedoch eine große Flexibilität analog zu ihren biologischen Vorbildern. In diesem Projekt schlagen wir eine berührungslose Methode zur Erzeugung lokal-globaler, räumlich-zeitlich variierender hydrodynamischer Kräfte an der Fest-Flüssig-Grenzfläche vor. Entsprechende Strömungsfelder werden durch Überlagerung optischer Beleuchtungsmuster auf einem vorstrukturierten Mikrogelfilm in Gegenwart eines geeigneten ionischen, auf Licht ansprechenden, azobenzolhaltigen Tensids erzeugt, das zwischen einem hydrophilen cis- und einem hydrophoben trans-Konformationszustand umgeschaltet werden kann. Die Wellenlänge legt das Verhältnis der cis-/trans-Konzentration in der Nähe des Mikrogels fest, das wiederum als effektive Quelle/Senke wirkt, welche die räumliche Zusammensetzungsverteilung bestimmt. Hierdurch wird letztendlich ein entsprechender lichtgetriebener diffusio-osmotischer Fluss bewirkt, so dass die laterale Mikrogel-Vorstrukturierung die Voraussetzungen für die Erzeugung verschiedenster mikrofluidischer Strömungsmuster schafft. Unser Ansatz kann von besonderem Nutzen für flache Kanal- oder Assay-ähnliche Kammern sein, die zur kontrollierten Manipulation einzelner Partikel, zu Filtrationszwecken oder zur Organisation von Partikel- oder Zellensembles für optisches Manipulierien verwendet werden, wodurch ein Lab-on-a-Chip implementiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen