Promotie S. Fernandez Poza

Vangen en fractioneren van deeltjes met FIET

Het proefschrift van Sergio Fernandez Poza laat een nieuwe methodologie zien voor het vangen en het fractioneren van deeltjes. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de “flow-induced electrokinetic trapping” (FIET) techniek. FIET is een mechanisme om deeltjes te vangen, dat gebaseerd is op twee tegenover elkaar staande vloeistofstromen in rechte kanalen welke aan beide uiteinden in grootte toenemen. Deze vloeistofstromen zijn de drukgedreven (PF) en de elektro-osmotische (EOF) vloeistofstromen. Hierdoor ontstaan recirculerende vloeistofprofielen. Micrometergrote deeltjes worden gevangen in de gesloten recirculerende stroomlijnen en gescheiden op verschillen in oppervlaktelading (zeta potentiaal) en grootte.Ten eerste wordt het gedrag van de gevangen deeltjes in een smal recht kanaal gekarakteriseerd voor constante druk en variërende spanning. Hierdoor ontstaat een Gaussisch model, dat nauwkeurig de ruimtelijke verdeling van deeltjes in delengte van het trappingskanaal als functie van de toenemende spanning beschrijft. Dit model laat waardevolle informatie zien over het trappingsproces, zoals de reeks van toenemende spanning, waarin elk deeltje van een bepaalde grootte enlading wordt gevangen in het kanaal en de specifieke spanning, waarbij de maximale hoeveelheid deeltjes wordt gevangen. Het verrijken van suspensies van polymeerdeeltjes door middel van FIET wordt ook behandeld, waarbij gebruik wordt gemaakt van de trappingsparameters die experimenteel zijn bepaald.Ten tweede wordt de implementatie van dit verdelingsmodel behandeld voor kwantitatieve fractionering van mengsels van twee verschillende polymeer microdeeltjes in FIET microfluïdische kanalen. Hiervoor wordt de verdeling van deeltjes op grond van verschillen in grootte of lading beschreven als functie van toenemende spanning. Een vergelijking van de capaciteit van de fracties in elk mengsel werd vervolgens uitgevoerd bij verschillende toenemende druk, gebaseerd op de verworven verdelingscurves. Deeltjes van verschillende grootte laten hogere scheiding zien bij lage toenemende spanning (wat resulteert in duidelijke fracties voor beide deeltjestypes), terwijl deeltjes van verschillende zeta potentialen bijhogere druk worden gefractioneerd. Dit feit toont een duidelijk verschil aan tussen twee beschreven mechanismen (hydrodynamisch en elektrokinetisch), welke in het FIET proces samengaan.Ten derde wordt de toepasbaarheid van dit model verder uitgebreid met het fractioneren van drie verschillende mengsels op grond van verschillen in grootte en lading. De hierboven beschreven synergetische werking tussen de hydrodynamische en elektrokinetische mechanismen werd bereikt door geleidelijke toename van de spanning bij twee drukverschillen. Twee dimensies kwamen naar voren op grond van scheiding, gebaseerd op grootte en op lading. De gelijktijdige verschijning van deze twee mechanismen in hetzelfde FIET microfluïdische apparaat leidt tot een unieke orthogonaliteit, welke hier voor de eerste keer is beschreven op het gebied van microfluïdische scheiding van deeltjes.

Promotores: Prof.dr. E.M.J. Verpoorte en Prof.dr. T.I.F.H. Cremers