Die Größenabhängigkeit der Gleichgewichtsgeschwindigkeit von Partikeln beim Transport in Mikrokanälen

• Main Author: Sommer, Christian
• Format: Others
• Language: English; de
• Published: TU Darmstadt, tuprints 2014
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/4059/1/Promotion_Christian_Sommer_elektronisch.pdf; Sommer, Christian <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Sommer=3AChristian=3A=3A.html> : Die Größenabhängigkeit der Gleichgewichtsgeschwindigkeit von Partikeln beim Transport in Mikrokanälen. TU Darmstadt, tuprints, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2014)

Durchflusszytometer sind Standardgeräte in der klinischen Diagnostik und Bioanalytik, mit denen die Konzentration von Zellpopulationen in einer Probe gemessen wird. Ihr prinzipieller Aufbau ist seit über vierzig Jahren unverändert: Die verdünnte Probe wird durch einen Laserfokus geführt, wobei sich immer nur eine Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt im Fokus befindet. Die Zellen, die mit einem für sie spezifischen Fluoreszenzfarbstoff markiert sind, senden dabei einen Fluoreszenzlichtblitz aus, durch den sie detektiert werden. Gleichzeitig wird das an der Zelle gestreute Laserlicht detektiert und damit werden Rückschlüsse auf die Zellgröße und morphologie gewonnen. Das neu entwickelte Konzept der räumlich modulierten Fluoreszenz für die Durchfluss¬zytometrie setzt eine Maske ein, die aus abwechselnd transparenten und opaken Bereichen unterschiedlicher Ausdehnung besteht und in den Strahlengang des Fluoreszenzlichts zwischen Zelle und Detektor platziert wird. Dadurch wird das Signal einer Zelle moduliert (an/aus), welches anschließend im Schritt der Signalauswertung mit Hilfe von Korrelations¬techniken detektiert wird. Gleichzeitig misst dieses Detektionsverfahren präzise die Geschwin¬digkeit der Zellen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde mit Hilfe der Technik der räumlich modulierten Fluoreszenz die Geschwindigkeit von starren, sphärischen Partikeln im parabolischen Strömungsprofil eines mikrofluidischen Rechteckkanals (480∙12 〖μm〗^2 ) gemessen. Die unter solchen fluidischen Bedingungen auftretende Migration der Partikel quer zur Strömungsrichtung in ihre Gleichgewichtslage (Segré-Silberberg Effekt) wurde mit Hilfe der Geschwindigkeitsmessung genauer untersucht, als es bisher möglich war. Der Vergleich mit den theoretischen Beschreibungen des Effekts zeigt, dass die Verläufe der Partikeltrajektorien die gemessenen Geschwindigkeitsverteilungen erklären können, aber die berechneten Laufstrecken zum Erreichen der Gleichgewichtslage zu kurz sind. Des Weiteren wurde die Gleichgewichtsgeschwin¬digkeit in Abhängigkeit von der Reynoldszahl und vom Partikeldurchmesser gemessen. Die Abhängigkeit der Gleichgewichtsgeschwindigkeit vom Partikeldurchmesser kann technisch zur Größenmessung der Partikel genutzt werden. Bei den fluidischen Bedingungen dieser Arbeit konnten Partikel im Größenbereiche 4,24 μm bis 6,42 μm voneinander unterschieden werden. Die Auflösung des Partikeldurchmessers nimmt mit steigender Reynoldszahl bis zu einem Wert von 50 nm zu. Auch die Größe von Zellen kann an Hand der Geschwindig¬keitsmessung bestimmt werden, was demonstriert wird. Zum Schluss der Arbeit wird ein Vergleich zwischen der klassischen Größenmessung mittels Streulicht und der Größenmessung mittels der Gleichgewichtsgeschwindigkeit angestellt.