Mikrofluidik ist die Technologie zur Entwicklung und Herstellung von Geräten, die sehr kleine Flüssigkeitsströme im Mikroliter-/Nanoliterbereich kanalisieren können. Ein Mikroliter und ein Nanometer sind ein Millionstel bzw. ein Milliardstel Liter. Als Referenz ist ein Wassertropfen etwa 25 Mikroliter groß.
Beim Umgang mit so kleinen Flüssigkeitsmengen ergeben sich verschiedene interessante Eigenschaften. Eigenschaften wie die Oberflächenspannung, die beim Umgang mit Wassermengen, die wir gewohnt sind, keine Rolle spielen, beginnen die Dynamik auf diesen Skalen zu dominieren. Die Reynolds-Zahl, die die Turbulenz der Strömung bestimmt, ist auf kleinen Skalen extrem niedrig, was bedeutet, dass die Flüssigkeitsströmung ziemlich laminar bleibt. Dies macht einige Aspekte der Mikrofluidik bequemer und vorhersehbarer und andere etwas schwieriger. Sie können sich zum Beispiel nicht auf Turbulenzen verlassen, um zwei Strömungen miteinander zu vermischen, sondern müssen sich allein auf die Diffusion verlassen, wie die Zellmaschinerie im Körper.
Systeme mit Mikrofluidik müssen sehr präzise gefertigt werden. Glas ist ein gängiges Material, aber auch Kunststoffe und Silizium sind beliebte Medien. Herkömmliche lithographische Techniken können verwendet werden, um winzige Kanäle auf der Oberfläche von Geräten ähnlich einem Computerchip aufzubauen. Alle Flüssigkeiten müssen relativ rein und frei von Partikeln sein, die diese empfindlichen Kanäle verstopfen. Mikrofluidische Systeme erfordern kompetente Fluidphysiker für Design und Test.
Mikrofluidik findet Anwendungen in Biologie und Chemie. DNA-Mikroarrays, mit denen Biologen gleichzeitig Millionen von Tests an einer bestimmten Protein- oder Gensequenz durchführen können, nutzen die Mikrofluidik. Chemische Trennmaschinen können Kombinationen aus Zentrifugen und Mikrofluidik-Chips verwenden, um die chemische Zusammensetzung einer bestimmten Substanz zu analysieren. Sie können verwendet werden, um biologische Proben für Tests vorzubereiten. Da die meisten mikrofluidischen Chips Designs haben, die nicht rekonfiguriert werden können, schränkt dies ehrgeizigere Anwendungen ein, aber die Forschung ist in Arbeit, um dies zu umgehen.
Ein spannendes neues Forschungsgebiet ist die Integration der Mikrofluidik mit der MEMS-Technologie (Mikroelektromechanische Systeme). Durch die Integration winziger Pumpen oder elektrischer Geräte auf einem Mikrofluidik-Chip wird die Anwendungsvielfalt erheblich erweitert. Zukünftige Mikrofluidik-Geräte können mit Millionen winziger Gates ausgestattet sein, mit denen Benutzer den Fluss auf komplexe und nützliche Weise manipulieren können. Die Regierung war an der Verwendung von Mikrofluidik-Chips interessiert, um das Vorhandensein von biologischen und chemischen Waffen zu testen.