Nichtlinear optische Geschwindigkeitsfeldanalyse vom mikroskaligen Strömungsprozessen in Flüssigkeiten

Die Entwicklung immer kleinerer Strömungsmodule in der Medizintechnik und chemischen Analytik, so genannter „lab-on-a-chip“ Systeme stellt eine aktuelle Herausforderung an die fluidmechanische Untersuchung dieser Strömungsprozesse. Etablierte Verfahren zur makrosk. Geschwindigkeitsfeldanalyse basieren auf einen Partikelbesatz des Fluids. Durch die viel kleineren Dimensionen der Tracer in der Mikrofluidik nimmt deren Detektierbarkeit dramatisch ab, was zu einem inakzeptablen Signal-zu Rauschverhältnis führt. Lösungsansätze werden häufig durch fluoreszierende Partikel realisiert, die unerwünschte Wechselwirkungen mit biologischen und medizinischen Lösungen aufweisen. Wir verfolgen einen alternativen Ansatz, der auf optisch nichtlinearer Filterung beruht. Unter Verwendung photorefraktiver Zweistrahlkopplung haben wir ein bewegungsdetektierendes Mikroskop entwickelt, das das Signal zu Rauschverhältnis beliebiger Tracerpartikel, insbesondere biologischer Tracer wie Hefe- oder Blutzellen deutlich erhöht. In diesem Beitrag werden experimentelle Untersuchungen von biologischen und technischen Mikroströmungen vorgestellt und die Grenzen des Auflösungsvermögens des Verfahrens diskutiert.