Beitrag

Simulationsstudie zur Generierung von orts- und zeitdiskreten Druckfeldern auf Basis der Zeitumkehrtechnik für die Akustophorese

Tag / Zeit: 17.08.2021, 16:00-16:40
Raum: Lehar 3
Typ: Poster
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Zusammenfassung: Die Akustophorese ist in der Biotechnologie eine etablierte Methode zur Trennung, Sortierung und Positionierung von Zellen und Partikeln in kleinen Volumen. Auf Basis der Acoustic Radiation Force (ARF) lassen sich speziell mit fokussierten akustischen Feldern gezielt Kraftwirkungen auf einzelne Objekte erreichen. Bisherige Realisierungen mit Ultraschall-Gruppenstrahlern (Phased-Arrays), stationären Schallfeldern (sog. passive Systeme) oder speziellen Wandlergeometrien weisen jedoch u. a. aufgrund von Reflexionseffekten wesentliche Einschränkungen auf, wenn in geschlossenen Volumen (Kavitäten) in 3D fokussiert werden soll. In einer aktuellen Simulationsstudie wurde untersucht, inwieweit ein fokussiertes Schallfeld auf Basis der Zeitumkehrtechnik realisierbar ist, um gezielt die vorher einschränkenden Mehrfachreflexionen zugunsten der Fokussierung auszunutzen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich mit dieser Technik grundsätzlich variable Schallfeldgeometrien in geschlossenen Kavitäten umsetzen lassen. Die besten Ergebnisse hinsichtlich des Druckfeldes, der Reproduzierbarkeit und des Kraftvektors auf ein Partikel liefert dabei die sog. Bottle-Trap. Bei dieser Schallfeldgeometrie werden simultan sechs Fokuspunkte erzeugt, wovon sich in jeder Achse eines kartesischen Koordinatensystems zwei in einem Abstand von λ/2 gegenüber stehen. Werden diese gegenüberliegenden Fokuspunkte so angeregt, dass sich eine inverse Phasenlage ausbildet, ergibt sich eine lokal begrenzte stehende Welle in drei Dimensionen. Innerhalb der Simulation wurden Kraftwirkungen erreicht, die ein sicheres Partikel-Trapping in drei Dimensionen erlauben.