Phononisch-Fluidische Systeme
Durch die Kombination von so genannten phononischen Kristallen und mikrofluidischen Systemen wird eine neuartige, physikalische Plattform für die (bio)chemische Analytik von Flüssigkeiten und Gemischen entwickelt. Wir erstellen mit Hilfe der additiven Fertigung geeignete dreidimensionale Mikrostrukturen für die notwendige Kontrolle der akustischen Wellenausbreitung und integrieren diese um und innerhalb von fluidischen Kavitäten und Kanälen.
Projektbeschreibung
Dieses Projekt vereint Grundlagenforschung auf dem Gebiet der phoNonischen Kristalle, dem akustischen Gegenstück zu phoTonischen Kristallen in der Optik, mit den rapide wachsenden Möglichkeiten der additiven Fertigung. Dadurch können wir 3D Strukturen mit Eigenschaften entwerfen, die nicht durch 1D oder 2D-Kristalle erreicht werden, und diese dann einfach drucken. Die wesentliche Besonderheit phononische Kristalle ist eine vollständige Bandlücke, ein Frequenzbereich in der sich akustische Wellen in diese Struktur nicht ausbreiten können.
Weiterhin eröffnet die additive Fertigung auch unkomplizierte Wege der Integration dieser Strukturen mit mikrofluidischen Systemen. Dabei stellt ein Fluid in Elementen wie Kavitäten und Kanälen innerhalb eines phononischen Kristalls einen Defekt dar, vergleichbar mit Fremdatomen innerhalb eines Halbleiterkristalls. Bei geeignetem Design kann dadurch ein Signal innerhalb der phononischen Bandlücke hervorgerufen werden, welches direkt von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit innerhalb dieses Defekts abhängig ist.
Die Zielstellung des Projekts ist die Erforschung verschiedener Strukturen, Materialien und Kombinationen mit Fluidikelementen für Anwendungen als Sensorplattform für die Analyse von Flüssigkeiten und Gemischen, aber auch der Detektion und Manipulation von Partikeln, z. B. auch Zellen, innerhalb dieser Fluide.
Das Projekt wurde vom 15.01.2019 - 31.10.2022 durch die DFG im Rahmen einer DFG-ANR Kooperation (Deutsch-französische Projekte in den Natur-, Lebens-, Ingenieurwissenschaften), Titel „Tubular Bell“ gefördert. Partner: Otto-von-Guericke-University Magdeburg, University Pierre et Marie Curie Paris, University Lille.
Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. M. Vellekoop
IMSAS, NW1, Raum O-2140
Tel: +49 421 218 62604
E-mail: Kontakt
Ausgewählte Veröffentlichungen
A. Gueddida, Y. Pennec, V. Zhang, A.L. Silveira Fiates, M.J. Vellekoop, B. Bonello, B. Djafari Rouhani, “Acoustic Sensor Based on a Cylindrical Resonator for Monitoring a Liquid Flow”, Crystals (2022) 12 (10), 1398.
A. Gueddida, Y. Pennec, V. Zhang, F. Lucklum, M.J. Vellekoop, N. Mukhin, R. Lucklum, B. Bonello, B. Djafari-Rouhani, Tubular Phononic Crystal Sensor. J. Appl. Phys. 130 (2021), 105103.
A. Gueddida, Y. Pennec, S. Hemon, F. Lucklum, M.J. Vellekoop, N. Mukhin, R. Lucklum, B. Bonello, B. Djafari-Rouhani, Numerical Analysis of a Tubular Phononic Crystal Sensor. 2020 IEEE SENSORS, Rotterdam, Netherlands.
F. Lucklum, N. Mukhin, M.J. Vellekoop, R. Lucklum, Phononic Crystal Sensors: 2D, 2.5D and 3D Designs and Realizations, Phononics 2019, Tucson, Arizona, USA, INVITED.
F. Lucklum, M.J. Vellekoop: Design and Fabrication of Tubular Phononic Crystals, Phononics 2019, Tucson, Arizona, USA, 307-308.
F. Lucklum, M.J. Vellekoop: Ultra-Sensitive and Broad Range Phononic-Fluidic Cavity Sensor for Determination of Mass Fractions in Aqueous Solutions, Proc. Transducers 2019, 885-888. https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2019.8808509
F. Lucklum and M. J. Vellekoop, “Design and Fabrication Challenges for Millimeter-Scale Three-Dimensional Phononic Crystals”, Crystals 7 (2017) 348.
F. Lucklum, F. Bunge, and M. J. Vellekoop, “Experimental and numerical analysis of complete acoustic band gaps in three-dimensional phononic crystals”, TRANSDUCERS (2017) 958.
F. Lucklum and M. J. Vellekoop, “3D Phononic-Fluidic Cavity Sensor for Resonance Measurements of Volumetric Fluid Properties”, IEEE Sensors Conf. (2016) 622. DOI:10.1109/ICSENS.2016.7808613
F. Lucklum and M. J. Vellekoop, “Realization of complex 3-D phononic crystals with wide complete acoustic band gaps”, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 63 (2016) 796. DOI: 10.1109/TUFFC.2016.2543527
F. Lucklum and M. J. Vellekoop, “Rapid prototyping of 3D phononic crystals using high-resolution stereolithography fabrication”, Procedia Eng. 120, Eurosensors XXIX (2015) 1095. DOI:10.1016/j.proeng.2015.08.783