Gesellschaft zur Förderung von Medizin-,
Bio- und Umwelttechnologien e. V.

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Klassische Separationsverfahren wie Filtration, Sedimentation, Flokkulation und Zentrifugation nutzen Trägheitskräfte und Dichtedifferenzen als Fraktionierungskriterium. Dabei wird die Filtratphase während des Trennvorgangs durch Koagulation oft irreversibel geschädigt. In Filtermembranen setzen Foulingprozesse deren Funktionsfähigkeit schon nach kurzer Zeit herab, so daß ihr Einsatz z.B. für die Zellkulturtechnik in Frage steht.

Weniger bekannt ist die Trennung von Mikropartikeln mit Hilfe von akustischen Strahlungskräften (s. Bild 1). Teilchen in einem akustischen Feld sind einer zeitlich gemittelten Strahlungskraft ausgesetzt. In einem Stehwellenfeld können diese Strahlungskräfte genutzt werden, um Teilchen im Medium zu konzentrieren oder zu bewegen. Bild 1 zeigt die Konzentration von Mikroglaskugeln in einem Rohr. Mit Hilfe von Piezoringen erfolgt eine Anregung der Rohrwand (Bild 2). Im Ergebnis entsteht eindimensional approximiert entlang der Rohrachse ein Pseudostehwellenfeld.

Das zeitabhängige akustische Druckfeld in einer zylindersymmetrischen Konfiguration mit dem Radius r und der axialen Koordinatenachse z wird durch zwei Transducer mit gleicher Amplitude und entgegengesetzt gerichteter Phasengeschwindigkeit angeregt. Die Transducer schwingen mit einer geringen Frequenzdifferenz. Dies ermöglicht den gezielten Transport der Teilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen je nach Frequenzdifferenz. Eine positive oder negative Bewegungsrichtung wird durch das Vorzeichen der Frequenzdifferenz festgelegt.

Forschungsschwerpunkte
  • Modellbildung und Simulation für verschiedene Bauformen von Piezoaktoren, Transducern (Platte, Rohr) und der Schallausbreitung in passiven Materialien
  • Applikationsentwicklungen für den Einsatz akustischer Trennverfahren für die Zellmanipulation (z.B. Mikroskopie), für die Zellaufarbeitung (berührungslose Filter)