Lab-on-a-Chip

Arbeitsgruppe "Lab-on-a-Chip"
Sprecher: Dr. Santer, IMTEK-AWE

Aufgabenverteilung innerhalb der Arbeitsgruppe:
Siemens: Definition und Realisierung der Demonstratoren, Bereitstellung der Meßdaten
IMTEK-AWE: CFD Modellierung auf physikalischer Ebene mit ACE+ (CFDRC) oder FIDAP bzw. CFX, Modellreduktion, Schnittstelle zur Schaltungsebene über VHDL-AMS
IMTEK-SIM: Modellierung auf Schaltungsebene mit Modellen reduzierter Ordnung in VHDL-AMS.

Ziele

Das Ziel dieser Arbeitsgruppe ist die Entwicklung and Anwendung einer Methodik zur Beschreibung komplexer mikrofluider Strömungsverhältnisse wie sie etwa in Mischern für Lab-on-a-Chip-Systeme auftreten. Weiterhin soll diese Beschreibung, die gewöhnlich auf CFD (Computational Fluid Dynamics) Simulationen basieren, durch Modellordnungsreduktionsverfahren in Kompaktmodelle überführt werden, welche in Netzwerksimulationen verwendet werden können. Die Kompaktmodelle beschreiben Funktionselemente wie Kanäle, Mischer, Filter, Mikroreaktoren, Pumpe(n), Druck- und Temperatursensoren.

Die Simulation in Netzwerksimulatoren hat zwei entscheidende Vorteile: Erstens können die Simulationszeiten drastisch reduziert werden, zweitens läst sich ein komplettes System inklusive einer eventuellen elektronischen schaltungsgesteuerten elektrostatischen Steuerung (Elektrowetting) simulieren.

Die entwickelte Methodik wird an zwei unterschiedlichen Demonstratoren gezeigt: an einem Mikroreaktor und beim Elektrowetting.

Abbildung 1: Von einer Elektronik gesteuerter Mikrodosierer

Abbildung 2: Schematische Darstellung des Modellordnungsreduktionsverfahrens

Abbildung 3: Simulation der Mischungskonzentration mit Kompaktmodellen

Die nachfolgende Abbildung zeigt das Vorgehen beim Elektrowetting . Mit Hilfe der Kompaktmodelle kann die Tröpfchendynamik auf die Elektrodensteuerung abgebildet werden. Die Elektrodensteuerung durch Mikrocontroller kann in die Simulation einbezogen werden und damit kann die Synchronisation des Mikrocontrollers und der Tröpfchenbewegung/Verteilung sichergestellt werden.

Abbildung 4: Elektrowettingverfahren

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