Nature-inspired microfluidic propulsion using magnetic artificial cilia

Promotie: dhr. S.N. Khaderi, 13.15 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Nature-inspired microfluidic propulsion using magnetic artificial cilia

Promotor(s): prof.dr. P. Onck

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

 

Kunstmatige trilharen transporteren vloeistof in lab-on-a-chip

Lab-on-a-chip is een technologie voor het miniaturiseren van analyses op biologische vloeistofmonsters zoals bloed en urine, die traditioneel worden uitgevoerd in klinische laboratoria. Een lab-on-a-chip bestaat uit een collectie ‘microkamers’, waarin bioanalytische tests worden uitgevoerd. De microkamers zijn met elkaar verbonden via microkanalen waar vloeistof door moet worden getransporteerd. In zijn proefschrift presenteert Syed Nizamuddin Khaderi een nieuwe manier om deze vloeistoffen voort te bewegen door transportmechanismen uit de natuur na te bootsen.

In de natuur werken de transportmechanismen op de micrometerschaal op basis van trilhaartjes (cilia genaamd) die een collectieve golfbeweging vertonen (een metachronische golf). De individuele cilia bewegen op een asymmetrische manier met een effectieve slag en een aparte herstelslag. Tijdens de effectieve slag zijn de cilia recht en stuwen een grote hoeveelheid vloeistof vooruit; tijdens de herstelslag buigen ze, waardoor ze laag blijven en slechts een kleine hoeveelheid vloeistof terugstuwen. De netto vloeistofvoortstuwing is hierdoor in de richting van de effectieve slag.

In het onderzoek zijn kunstmatige trilhaartjes ontworpen uit dunne polymeerlagen gevuld met magnetische nano-deeltjes. Die kunnen vervormd worden met een extern magnetisch veld. Op basis van een gekoppeld magneto-mechanisch (solid-fluid) numeriek model zocht de promovendus uit hoe het magnetisch veld ontworpen moet worden om de asymmetrische beweging van natuurlijke cilia na te bootsen.

Syed Nizamuddin Khaderi (India, 1982) studeerde informatica aan het Idian Institute of Technology (Kanpur). Het onderzoek werd uitgevoerd bij het Zernike Institute for Advanced Materials, en gefinancierd door de EU.