Mischa Brendel
Het blijkt mogelijk om microdeeltjes te scheiden met een elektronische variant van een honderd jaar oude scheidingsmethode. Dr. Wijnand Germs, die deze elektronische ‘Brownse ratel’ bouwde, promoveerde op 16 januari aan de TU/e op zijn vinding.
De Brownse ratel werd oorspronkelijk bedacht om de energie van Brownse bewegingen, ogenschijnlijk willekeurige bewegingen van microscopische deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof, te kunnen oogsten. De tweede wet van de thermodynamica maakt dit echter onmogelijk. In gewijzigde vorm blijkt de Brownse ratel wel bruikbaar voor andere toepassingen.
Zo ontwikkelde Germs een systeem waarbij vingervormige elektroden dwars onder een microkanaaltje van enkele honderden micrometers lang en honderd micrometer breed liggen. Door het microkanaaltje liet hij een vloeistof met daarin polystyreenbolletjes van 300 en 500 nm in doorsnee lopen. Wanneer er geen spanning op het systeem stond, verspreidden de bolletjes zich willekeurig door de vloeistof door de Brownse beweging. Zette hij echter spanning op de elektroden, dan ontstond er een elektronisch ‘heuvellandschap’, waarbij de bolletjes in de dalen gevangen werden. Door de asymmetrie van dit heuvellandschap worden meer bolletjes in de ene richting dan in de andere richting gevangen (zie afbeelding). Germs: ‘Er is een verschil in polariseerbaarheid tussen de watermoleculen en de bolletjes dat belangrijker lijkt te zijn dan de interactie met de lading van het deeltje.’ De bolletjes veranderen onder invloed van de watermoleculen in dipolen. ‘Hierdoor gaan ze naar de plek met het laagste elektrische veld.’
Door een pauze van ongeveer een seconde te kiezen tussen het herhaald in- en uitschakelen van het elektrische veld, zouden de bolletjes voor 94 procent van elkaar gescheiden kunnen worden; dit scheidingsproces duurt een half uur. Germs ontwikkelde echter een model dat aantoont dat het systeem veel sneller werkt wanneer het een factor tien kleiner is, een grootte die realistischer is voor een lab-on-a-chip. Dergelijke systemen lijken dan ook geschikt voor Germs’ vinding.
