Microgolf verhittingssystemen voor microfluidica

Dit doctoraatsproject beoogt de ontwikkeling van geïntegreerde microgolf en millimetergolf gebaseerde verhittingssystemen voor gebruik in zgn. micro total analysis systems (μTAS), hetgeen geminiaturiseerde microfluidica lab-op-chip componenten zijn die verschillende labo-operaties uitvoeren.

In μTAS systemen is het nauwkeurig controleren van temperatuurscycli een belangrijk aspect. Temperatuurscontrole in huidige implementaties gebruiken typisch Peltier elementen of resistieve verwarmingselementen dewelke beperkt worden door de thermische weerstand tussen het element en de te verhitten vloeistof. Andere nadelen van deze methoden zijn hun beperkte snelheid en de vereiste dat het verwarmingselement zich in de onmiddellijke nabijheid van het sample moet bevinden.

Het gebruik van microgolven of millimetergolven kan deze beperkingen omzeilen. Het heeft het potentieel om te werken op een contactloze manier en ruimtelijk selectieve manier. Dissipatie van warmte gebeurt enkel in de vloeistof. Als het materiaal tussen de verwarmingsstructuur en de te verwarmen vloeistof lage dialectische verliezen heeft (zoals glas) dan zal de warmte die in dit medium zal worden gedissipeerd verwaarloosbaar zijn. Bovendien kunnen de beoogde structuren makkelijk in bestaande technologie platformen worden geïntegreerd.

Het ontwikkelen van de verwarmingsstructuren voor μTAS is het primaire objectiefin dit project, maar meer algemeen is het controleren van temperatuurseffecten voor sensoren die gebruik maken van microgolven en millimetergolven een erg belangrijk aspect van ontwikkeling. Dit werk past dus in hetbredere kader van vloeistofmetingen op kleine volumes. Tenslotte kan het begrip van thermische elektromagnetische effecten op termijn leiden tot nieuwe manieren voor het manipuleren van deze vloeistoffen.

De primaire objectieven kunnen samengevat worden als volgt:

1) De beste methode vinden om microgolf vermogen te leveren aan kleine volumes vloeistof.
2) Een manier vinden om, ook met microgolven of millimetergolven, de temperatuur te voelen. Dit is belangrijk om een volwaardig alternatief te ontwikkelen voor Peltier of resistiviteit gebaseerde methoden.

Om deze structuren te ontwikkelen zullen de interacties tussen microgolven en kleine volumes vloeistof in detail worden bestudeerd. Een drietal secundaire objectieven kunnen worden voorzien die op een natuurlijke manier voort kunne vloeien uit de bovenstaande primaire objectieven:

1) Het modelleren van vloeistofdynamica ten gevolge van het toedienen van vermogen via microgolven kan leiden tot nieuwe manieren omde beweging van vloeistoffen te controleren.
2) Omdat de combinatie van vloeistofdynamica en het meten van temperatuur met microgolven wordtbestudeerd, kunnen nieuwe methoden worden gevonden om vloeistofbewegingte meten.
3) Microgolf en millimetergolf spectroscopie wordt gezien als een potentieel zeer gevoelige manier om biovloeistoffen te karakteriseren. Deze gevoeligheid kan aar worden gerealiseerd wanneer temperatuurseffecten kunnen worden beheerst. Dit project zal hiertoe een belangrijke bijdrage leveren.