Was ist eine Mikropumpe?
Mikropumpen sind kleine, präzise Pumpen.
Sie werden in analytischen Instrumenten, in der Medizin, in der Biotechnologie und in der Nanotechnologie als Geräte zur Steuerung und Manipulation mikroskopisch kleiner Flüssigkeiten eingesetzt. Mikropumpen können als mechanisch, d. h. mit mechanischem Antrieb, oder als nicht-mechanisch, d. h. durch eine externe physikalische Kraft angetrieben, klassifiziert werden.
Anwendungen von Mikropumpen
Mikropumpen werden in Präzisionsinstrumenten, medizinischen Geräten, in der Biotechnologie und in der Nanotechnologie eingesetzt. Sie spielen auch eine wichtige Rolle in zunehmend miniaturisierten Geräten.
In der Medizintechnik werden sie beispielsweise für die Insulininfusion und für künstliche Nieren, die in Kunstherzen eingebaut sind, verwendet. Zu den weiteren Merkmalen der Mikropumpen gehört ihre Fähigkeit, Leistungen in verschiedenen Bereichen zu kombinieren, wie z. B. die Steuerung von Chemikalien bei Experimenten mit seltenen Chemikalien.
Die üblicherweise erhältlichen Mikropumpen sind mechanisch angetriebene, spannungsgesteuerte Mikropumpen. Je nach Anwendung sollten jedoch auch nicht mechanisch angetriebene Mikropumpen verwendet werden.
Funktionsweise der Mikropumpen
Mikropumpen bestehen hauptsächlich aus einem Pumpenkopf und einem Treiber. Der Pumpenkopf ist das Bauteil, das die Flüssigkeit transportiert und in der Regel aus Silizium besteht. Der Treiber ist das Bauteil, das den Pumpenkopf bewegt und im Allgemeinen durch elektrische Signale gesteuert wird. Weitere elektronische Komponenten wie Steuerschaltungen und Stromversorgungen sind ebenfalls erforderlich.
Es gibt auch druckgetriebene Pumpen, die Druckunterschiede ausnutzen, nicht-mechanische, lichtgetriebene Mikropumpen, Mikropumpen, die von Nanomotoren betrieben werden, und Mikropumpen, die die Kapillarwirkung nutzen.
1. Druckbetriebene Pumpen
Druckbetriebene Pumpen sind eine Art von Pumpen, die Druckunterschiede zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Pumpe nutzen, um Flüssigkeit zu bewegen. Indem der Druck im Inneren der Pumpe erhöht wird, um die Flüssigkeit herauszudrücken, erzeugt der äußere niedrige Druck die Kraft, um die Flüssigkeit herauszusaugen.
Druckbetriebene Pumpen zeichnen sich durch hohe Präzision und Zuverlässigkeit aus, und es gibt viele verschiedene Typen für unterschiedliche Anwendungen. Beispiele sind Pumpen für hohe Drücke und Mikropumpen, die für die Förderung kleinster Flüssigkeiten geeignet sind. Ihre relativ einfache Bauweise ermöglicht niedrige Produktionskosten und einen breiten Einsatzbereich.
2. Mikropumpen mit Lichtantrieb
Lichtbetriebene Pumpen sind eine Art von Pumpen, die Lichtenergie nutzen, um Flüssigkeiten zu bewegen. Sie nutzen den Lichtdruck, der auf der Flüssigkeitsoberfläche entsteht, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, um die Flüssigkeit zu bewegen. Sie werden hauptsächlich in der Biotechnologie eingesetzt und können Flüssigkeiten durch winzige Kanäle pumpen.
Da lichtgetriebene Pumpen jedoch eine Lichtquelle benötigen, sind sie anfällig für äußere Einflüsse und ihre Leistung kann je nach Lichtintensität und Richtung der Lichtquelle variieren.
3. Nanomotorische Mikropumpen
Nanomotorische Mikropumpen sind Pumpen mit einem Mechanismus, der Nanomotoren verwendet, die intrazelluläre Energie in mechanische Bewegung umwandeln können, um Flüssigkeiten zu transportieren. Sie werden durch Energiequellen wie magnetische oder elektrische Felder angetrieben und können auf sehr kleinem Raum arbeiten.
4. Kapillar-Mikropumpen
Mikropumpen mit Kapillarwirkung sind Pumpen, die die Kapillarwirkung nutzen, um Flüssigkeiten in winzigen Kanälen zu transportieren. Ein dünner Schlauch wird in den Mikrokanal eingesetzt und mit Flüssigkeit gefüllt.
Die Funktionsweise besteht darin, dass sich die Flüssigkeit durch Biegen des dünnen Rohrs aufgrund der Oberflächenspannung zwischen der Innenwand des Rohrs und der Flüssigkeit nach oben bewegt. Dadurch wird es möglich, Flüssigkeit in einem Mikrokanal zu fördern.
Merkmale von Mikropumpen
Das Hauptmerkmal von Mikropumpen ist ihre Kompaktheit. Diese Pumpen können Flüssigkeiten in sehr kleinen Kanälen bewegen. Dank dieser Miniaturisierung können sie in zahlreichen Anwendungen im Mikrobereich eingesetzt werden, z. B. in der Mikrofluidikforschung und bei der Entwicklung von mikroskopischen Biochips.
Darüber hinaus können Mikropumpen zu geringen Kosten hergestellt werden. Dies ist auf die geringe Anzahl der für die Pumpen erforderlichen Komponenten und ihre relativ einfache Herstellung zurückzuführen. Dadurch können sie in großen Mengen hergestellt werden und finden in Bereichen wie Medizin und Biologie breite Anwendung.