Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströ men, ein System umfassend mindestens eine Anordnung, sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb der Anordnung oder des Systems. Die Vorrichtungen und Verfahren ge mäß der vorliegenden Erfindung können insbesondere auf dem Gebiet der Mikrofluidik eingesetzt werden. So können die Vorrichtungen und Verfahren zur Miniaturisierung eines Analyselabors, beispielsweise für die Analyse von Flüssigkeiten oder darin enthaltenen Komponenten, eingesetzt werden. Andere Anwendungen sind denkbar.

Stand der Technik

Für die Bereitstellung eines Labors im Mikromaßstab, das insbesondere ohne bewegte Tei le, beispielweise rein elektrisch funktioniert, stehen im Allgemeinen verschiedene Techno logien zur Verfügung. So können zum Transport von Flüssigkeiten einerseits elektrische Volumeneffekte und/oder Oberflächeneffekte ausgenutzt werden. Beispielsweise kann hierfür eine so genannte „Elektrobenetzung“ eingesetzt werden, welche insbesondere im Rahmen der digitalen Mikrofluidik Anwendung findet. Weiterhin bieten Antriebe, welche auf den Phänomenen von Elektroosmose und Elektrophorese, die zur Klasse der elektroki netischen Effekte gehören, beruhen, eine weitere Möglichkeit zur Bereitstellung eines La bors im Mikromaßstab.

Als „Elektroosmose“ wird die Bewegung einer Flüssigkeit unter dem Einfluss eines extern induzierten elektrischen Feldes bezeichnet. An der Oberfläche (Wand) eines Substrats sind in der Regel elektrische Ladungen vorhanden. Kommt die Oberfläche in Kontakt mit einer Flüssigkeit, die frei bewegliche elektrische Ladungen beinhaltet, bildet sich eine so ge nannte „elektrische Doppelschicht“ aus. Die Ladung an der Oberfläche des Substrats zieht Ladungsträger der Flüssigkeit, die entgegensetzt zur Ladung der Oberfläche geladen sind, an. Die Elektroneutralität der Flüssigkeit ist in der elektrischen Doppelschicht durch den Ladungsüberschuss dann nicht mehr gegeben. Durch das extern induzierte elektrische Feld wandern die überschüssigen Ladungsträger in der elektrischen Doppelschicht in eine Vor zugsrichtung. Aufgrund von viskosen Wechselwirkungen wird dadurch eine Bewegung der umgebenden Flüssigkeit verursacht. Die Geschwindigkeit der Bewegung ist proportional zum Betrag des induzierten elektrischen Felds. Der Proportionalitätsfaktor wird elektro osmotische Mobilität genannt.

Unter „Elektrophorese“ wird eine gerichtete Bewegung von zumindest teilweise elektrisch geladenen Teilchen in einer Flüssigkeit oder eines Gels unter Einwirkung eines angelegten elektrischen Feldes verstanden. Die Geschwindigkeit der Teilchen ist proportional zum Betrag des angelegten elektrischen Felds. Der Proportionalitätsfaktor wird „elektrophoreti sche Mobilität“ genannt. Die Mobilitäten sind in der Regel spezifisch und von der umge benden Flüssigkeit abhängig.

Im Allgemeinen weisen Anwendungen, die auf bekannten Antrieben mittels Elektroosmo- se oder Elektrophorese beruhen, üblicherweise festverdrahtete Kanäle auf, an denen im Vergleich zur Zersetzungsspannung der Flüssigkeit hohe Spannungen anliegen, um eine Bewegung der Flüssigkeit zu induzieren.

In WO 2007/090531 Al und DE 10 2006 004 887 Al wird jeweils eine spezielle Anord nung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmungen bzw. Teilchenströmen aus zumindest teilweise elektrisch geladenen Teilchen in einer Flüssigkeit beschrieben, welche ohne fest verdrahtete Kanäle Strömungen erzeugt. Die Anordnung umfasst ein Substrat und steuer bare Mittel zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen für eine Vielzahl von Elektro denpaaren auf der Oberfläche des Substrats, die ein elektrisches Feld erzeugen, das inner halb der elektrischen Doppelschicht eine Kraft auf den an die Oberfläche des Substrats angrenzenden Teil der Flüssigkeit ausübt und sowohl innerhalb als auch außerhalb der elektrischen Doppelschicht eine Kraft auf die Teilchen ausübt, wobei die Oberfläche des Substrats in Form einer Matrix in Bereiche untergliedert ist, die sich in Betrag oder Vor zeichen ihrer Oberflächenladung oder in ihrer Höhe über dem Substrat unterscheiden. Wei terhin wird ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb einer derartigen Anordnung sowie ihre Verwendung als programmierbare mikrofluidische Analyse- oder Syntheseein heit oder zur lokalen Kühlung eines angrenzenden mikroelektronischen Bauteils oder Pro zessors beschrieben.

Eine solche Anordnung ist im Allgemeinen zwar frei programmierbar und kann somit ein komplettes Labor im Mikromaßstab darstellen, findet aber noch keine Umsetzung, da die elektrische Doppelschicht eine Ab Schirmwirkung aufweisen kann, wodurch sich der elekt rokinetische Effekt auf die Flüssigkeit stark reduziert. Daher sind solche Antriebe im All gemeinen ineffektiv, da üblicherweise nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden können. Weiterhin benötigt eine Aufprägung von elektrischen Oberflächenladun gen in einer solchen Anordnung elektrische Steuermittel, welche zusätzlichen Platz in An spruch nehmen und daher die Miniaturisierung eines Labors im Mikromaßstab begrenzen.

Eine weitere Möglichkeit zur Bereitstellung eines Labors im Mikromaßstab kann die AC- Elektroosmose darstellen, mittels welcher Strömungen von Flüssigkeiten erzeugt werden können. Im Allgemeinen wird die AC-Elektroosmose mit Paaren von Elektroden und spe ziellen Geometrien realisiert. Häufig treten dabei jedoch Wirbel und weitere 2- oder 3- dimensionale Strukturen in der Strömung auf, die grundsätzlich nicht erwünscht sind. In einer Variante kann in einer symmetrischen Geometrie mit vier Elektroden eine sogenann te „Wanderwellen-Elektroosmose“ umgesetzt werden.

A. Ramos, H. Morgan, N.G. Green und A. Castellanos beschreiben in „AC Electric-Field- Induced Fluid Flow in Microelectrodes”, J. Colloid and Surface Sciences 1999, Band 217, S. 420-422, die Anregung von Partikeln in einer Suspension mittels Wechselstrom- Elektrokinetik auf einer Mikroelektrodenstruktur, wobei eine starke Frequenzabhängigkeit beobachtet wurde.

A. Ramos, H. Morgan, N.G. Green, A. Gonzales und A. Castellanos beschreiben in „Pum- ping of liquids with travelling-wave electroosmosis”, Journal of Applied Physics 2005, Band 97, S. 084906-1 bis 084906-8, eine Anordnung von Mikroelektroden, die durch An legen eines wandernden elektrischen Potentials einen Nettofluss eines Elektrolyten indu zieren.

In „Microfluidic mixing on application of traveling wave electroosmosis”, European Jour nal of Mechanics B/Fluids 2014, Band 48, S. 153 bis 164 beschreiben K. Huang, Z. Hong und J. Changa eine Mischtechnik unter Verwendung einer Vier-Phasen-Wanderwellen- Elektrodenanordnung. Wanderwellen-Elektrodenanordnungen, die Wechselstromsignalen ausgesetzt sind, sind auf beiden Seiten von Mikrokanalwänden angeordnet, wodurch ein chaotischer Mischmechanismus für einen kurzen Mikrokanal und eine angelegte Wechsel spannung mit niedriger Amplitude geschaffen wird.

A. Shamloo, M. Mirzakhanloo und M. R. Dabirzadeh beschreiben in „Numerical Simulati on for efficient mixing of Newtonian and non-Newtonian fluids in an electro-osmotic micro-mixer”, Chemical Engineering and Processing 2016, Band 107, S. 11 bis 20, eine zweiphasige Elektrodenanordnung, an welche Wechselstromsignale angelegt werden und die sich in bestimmten Teilen der Geometrie befindet. Dies trägt wesentlich zu einem chaotischen Mischmechanismus bei, der auf einer Wechselspannung mit niedriger Amplitude innerhalb eines Mikrokanals beruht.

US 7,708,873 B2 offenbart Vorrichtungen und Geräte zum effizienten Pumpen und/oder Mischen von relativ kleinen Mengen an Flüssigkeit. Die beschriebenen Vorrichtungen nut zen die nichtlineare Elektrokinetik als primären Mechanismus für den Antrieb des Flüssig keitsstroms. Weiterhin werden Verfahren der Zellanalyse und des Hochdurchsatzes, sowie Verfahren für multiple Produktbildung unter Verwendung von entsprechenden Vorrichtun gen beschrieben.

In J.H. Noh, J. Noh, E. Kreit, J. Heikenfeld und P.D. Rack, “Toward active-matrix lab-on- a-chip: programmable electrofluidic control enabled by arrayed oxide thin transistors”, Lab Chip, 2012, 12, 353, wird eine elektrofluidische Vorrichtung vorgestellt, die aus einer Ak tiv-Matrixanordnung von Dünnfilm-Transistoren (Thin-Film-Transistors, TFT) besteht. Darauf werden in Öl eingebettete wässrige Proben durch Elektrobenetzung bewegt. Die vorgestellte Aktiv-Matrix-Bauweise ermöglichte die Reduktion der Leitungen von m x n auf m + n, wobei m und n die jeweilige Anzahl der TFT-Elemente in eine Richtung be zeichnen, da so einzelnen Reihen nacheinander mit einem Anregungssignal beaufschlagt werden können.

In US 2013/0146459 Al werden Vorrichtungen, Geräte und Verfahren zum effizienten Pumpen und/oder Mischen relativ kleiner Fluidmengen beschrieben. Das Fluid enthält eine Probe innerhalb einer inneren Fluidphase, die in einer äußeren Phase dispergiert ist. Die Vorrichtungen nutzt nichtlineare Elektrokinetik als primären Mechanismus zum Antreiben des Fluidstroms und/oder zum Mischen des Fluids. Hierin werden unter anderem Verfah ren der Zellanalyse und der Arzneimittelabgabe beschrieben.

N. Loucaides, A. Ramos und G. E. Georghiou beschreiben in „Novel Systems for configu- rable AC electroosmotic pumping“, Microfluid Nanofluid, 2007, 3, 709-714 ein Verfahren zur Erzeugung und Verwendung geometrischer Asymmetrien für AC elektroosmotische Pumpen. Das Verfahren umfasst ein Gruppieren von Elektroden gleicher Spannung derart, dass veränderliche Asymmetrien in periodischen Elektrodenanordnungen erzeugt werden können, die eine Nettogeschwindigkeit des AC elektroosmotischen Flusses hervorrufen. A. Farzanehnia und A. Taheri beschreiben in „Optimization and parametric study of AC electroosmotic micropumping by response surface method“, SN Applied Sciences, 2019, 1:1556, eine Simulation einer ACEO Mikropumpe, in welcher periodische Elektrodenano rdnungen nach ihrer angelegten Spannung gruppiert werden, um Asymmetrien in der Elektrodenkonfiguration zu erzeugen.

EIS 2009/0314062 Al offenbart einen Fluidaktuator, umfassend einen piezoelektrischen Körper, einen Fluidkanal, der den piezoelektrischen Körper auf einem Teil seiner Innen wand aufweist und es einem Fluid ermöglicht, sich darin zu bewegen, sowie einen Ab schnitt zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen, um das Fluid in dem Fluidkanal durch akustische Oberflächenwellen anzutreiben, die von einer Interdigitalelektrode er zeugt werden, die auf der dem Fluidkanal zugewandten Oberfläche des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist. Der Abschnitt zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen ist an einer von der Mitte des Fluidkanals versetzten Position angeordnet.

US 2005/0161327 Al beschreibt eine mikrofluidische Vorrichtung, umfassend ein Einlass reservoir zur Aufnahme von in einem fluiden Medium dispergierten, elektrisch geladenen Substanzen, einen mikrofluidischen Kreislauf, der in fluider Verbindung mit dem Einlass reservoir steht, und eine elektrische Transportvorrichtung zum Bewegen der elektrisch geladenen Substanzen entlang des mikrofluidischen Kreislaufs. Die elektrische Transport vorrichtung umfasst eine Anzahl von leitfähigen Bereichen, die entlang des mikrofluidi schen Kreislaufs angeordnet und durch Bereiche entgegengesetzten Typs getrennt sind, wobei die leitfähigen Bereiche elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden sind, um eine gepulste Spannung bereitzustellen, die die geladenen Substanzen entlang des mikro fluidischen Kreislaufs transportiert.

DE 10 2018 210 693 Al offenbart eine Vorrichtung mit wenigstens einer Flusszelle zur dielektrischen Trennung von Partikeln gemäß einer Wanderwellen-Dielektrophorese. Der Flusszelle ist eine mehrlagige Elektrodenanordnung zugeordnet, wobei die Elektrodenano rdnung zur Erzeugung von wenigstens zwei in einem Winkel zueinanderstehenden elektri schen, sich bewegenden Feldern in der Flusszelle eingerichtet ist.

Ungeachtet der Vorteile durch die im Stand der Technik bekannten Anordnungen und Ver fahren, verbleiben weiterhin noch zahlreiche technische Herausforderungen. Insbesondere mangelt es vielen System an ausreichender Leistung für eine anwendungsbezogene Umset zung. Im Allgemeinen ist der Wirkungsgrad bei bekannten Strömungsantrieben zu gering für eine realitätsnahe Umsetzung. Außerdem treten häufig unerwünschte Nebenwirkungen, wie beispielsweise eine erhöhte Wärmeentwicklung, beim Betrieb der Antriebe auf. Wei terhin bereiten die oben erwähnten Ab schirm eff ekte der elektrischen Doppelschicht techni sche Probleme bei der Umsetzung bekannter Lösungen. Insbesondere weisen einige der bekannten Anordnungen strukturierte, beispielsweise stufenförmige, Strömungskanäle auf. Eine derartige Strukturierung ist im Allgemeinen ungeeignet, freie Strömungen auf freien Oberflächen zu erzeugen. Andere bekannte Anordnungen verwenden verschiedene Ober flächenmaterialien, um eine Strömung zu erzeugen. Dabei können jedoch technische Prob leme, z.B. Rückströmungen, Wirbelbildung oder Schwierigkeiten bei Umsetzung einer scharfen Trennung von Oberflächenspannungen durch Isolation, auftreten.

Aufgabe der Erfindung

Es wäre daher wünschenswert, eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen, ein System sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb der Anordnung bereitzustel len, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Ins besondere soll eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen mit verbesserter Antriebsleistung und erhöhter Strömungsgeschwindigkeit bereitgestellt werden, die An wendungen für ein Labor im Mikromaßstab ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen, ein System sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb der Anordnung oder des Sys tems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargestellt.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen aus zumindest teilweise elektrisch geladenen Teilchen, die sich in einer Flüssigkeit befinden, umfassend ein Substrat mit steuerbaren Mitteln zur Bereitstel lung von elektrischen Spannungen für eine Vielzahl von sich auf einer Oberfläche des Substrats befindlichen Elektrodentripeln. Die Vielzahl der Elektrodentripel ist derart ange ordnet, dass die Elektrodentripel bei Anlegen einer elektrischen Spannung zumindest zwei voneinander unabhängige bewegliche elektrische Feldkomponenten erzeugen, die jeweils eine Kraft auf die elektrisch geladenen Teilchen bewirken, wodurch die Flüssigkeit in zu mindest zwei voneinander verschiedenen Richtungen auf dem Substrat bewegbar ist. Der Begriff „Anordnung“ bezieht sich auf eine Kombination mehrerer Elemente, wobei die Elemente alleine oder gemeinsam eine Funktion erfüllen, die auf eine Handhabung einer Flüssigkeit gerichtet ist. Die Anordnung kann insbesondere im Bereich der Mikrofluidik verwendet werden, beispielsweise um Flüssigkeiten zu bewegen, zu separieren, zu vermi schen, zu analysieren und/oder zu charakterisieren. Dabei kann die Anordnung insbesonde re dazu eingerichtet sein, um Flüssigkeiten reaktionsschnell mit geringer Ansprechzeit zu bewegen. Der Begriff der „Ansprechzeit“ bezeichnet hierbei eine Zeitspanne zwischen einem Anlegen mindestens einer elektrischen Feldkomponente und dem Einsetzen einer Bewegung der Flüssigkeit. Insbesondere kann die vorliegende Anordnung dazu verwendet werden, mehrere Flüssigkeitsströme zu erzeugen, wobei sich die Flüssigkeitsströme in Richtung und/oder in Geschwindigkeit voneinander unterschieden können. Die vorliegen de Anordnung kann dabei als elektrokinetischer Antrieb, insbesondere als elektroosmoti scher Antrieb, betrachtet werden. Die Anordnung kann beispielsweise als elektrokineti scher Antrieb für ein Labor im Mikromaßstab verwendet werden. Die Anordnung kann weiterhin auch kombinierbar mit anderen Elementen und/oder Vorrichtungen sein, die üb licherweise im Bereich der Mikrofluidik verwendet werden, beispielsweise mit anderen Mikroantrieben, Mikropumpen, Mikroventilen und/oder Mikromischern. Insbesondere kann die Anordnung auch mit anderen, gleichartigen Anordnungen kombiniert werden, beispielsweise in einem System, wie weiter unter noch ausführlich erläutert wird.

Der Begriff „Erzeugung“ bezieht sich auf einen Vorgang, der mindestens einen Flüssig keitsstrom in der Anordnung auslösen, hervorrufen und/oder aufrechterhalten kann. Die Erzeugung von Flüssigkeitsströmen kann somit ein Auslösen, Hervorrufen und/oder Auf rechterhalten mindestens eines Flüssigkeitsstroms zumindest eines Teils der Flüssigkeit umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Erzeugung von Flüssigkeitsströmen eben falls das Auslösen, Hervorrufen und/oder Aufrechterhalten von mehreren Flüssigkeits strömen umfassen, wobei das Auslösen, Hervorrufen und/oder Aufrechterhalten mehrerer Flüssigkeitsströme in einer Ebene, die von der Oberfläche des Substrats der Anordnung aufgespannt wird, insbesondere unabhängig voneinander erfolgen kann. So können in der Anordnung mehrere Flüssigkeitsströme, insbesondere mindestens zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Flüssigkeitsströme, unabhängig voneinander erzeugt werden.

Der Begriff „Flüssigkeitsstrom“ bezieht sich auf eine gerichtete Bewegung einer Flüssig keit. Dabei bezeichnet der Begriff „Flüssigkeit“ mindestens eine Substanz, die einen flüs sigen Aggregatzustand aufweist. Insbesondere kann die Flüssigkeit eine im Wesentlichen inkompressible Substanz umfassen. Die Flüssigkeit kann als reine Substanz vorliegen oder, alternativ, auch als Gemisch von mindestens zwei Substanzen, beispielsweise als Emulsi- on, Lösung oder Suspension mindestens zweier Substanzen. Die Flüssigkeit kann insbe sondere auch eine Trägerflüssigkeit und darin zu handhabende Proben, insbesondere Parti keln, vorzugsweise anorganische Partikeln oder Zellen, und/oder diffuse Proben, umfassen. Als diffuse Probe wird ein räumlich abgegrenzter Bereich innerhalb der Trägerflüssigkeit bezeichnet, welcher sich bezüglich der Zusammensetzung und/oder bezüglich der Ionenzu sammensetzung von der Trägerflüssigkeit unterscheidet. Die diffuse Probe kann hierbei von der umgebenden Trägerflüssigkeit durch eine Diffusionsgrenzschicht getrennt sein.

Die gerichtete Bewegung der Flüssigkeit wird im Folgenden somit als „Flüssigkeitsstrom“ bezeichnet. Dabei kann eine quantifizierbare Menge der Flüssigkeit eine Ortsänderung erfahren. Insbesondere kann es sich bei dem Flüssigkeitsstrom um einen Massenstrom und/oder um einen Volumenstrom handeln. Hierbei kann also eine quantifizierbare Menge an Masse oder an Volumen der Flüssigkeit eine Ortsänderung erfahren. Die Ortsänderung kann dabei durch eine Strömungsgeschwindigkeit quantifiziert werden. Der Flüssigkeits strom kann in der Ebene der Oberfläche des Substrats der Anordnung bevorzugt ein homo genes Geschwindigkeitsprofil aufweisen, wobei das Geschwindigkeitsprofil insbesondere eine ortsabhängige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über einen Querschnitt des Flüssigkeitsstroms bezeichnet. Somit kann das homogene Geschwindigkeitsprofil im We sentlichen eine konstante Geschwindigkeit über den Querschnitt des Flüssigkeitsstroms aufweisen. Insbesondere kann keine Geschwindigkeitskomponente normal zur Oberfläche auftreten. Entlang der Oberfläche kann sich bevorzugt ein Blockprofil ausbilden, das min destens einem vorgegebenen Strömungspfad folgt und das quer zur Richtung des mindes tens einen Strömungspfads keine oder nur geringe Variationen aufweist. Außerhalb des mindestens einen Strömungspfads soll hierbei möglichst keine oder höchstens eine geringe Strömung erfolgen. Der mindestens eine Strömungspfad transportiert Flüssigkeit hierbei in gerichteter Form, vergleichbar mit einer Rohrleitung, und kann daher auch als „Strömungs röhre“ oder „Stromröhre“ bezeichnet werden. Jedoch sind auch andere Geschwindigkeits profile denkbar, beispielsweise inhomogene Geschwindigkeitsprofile mit über den Quer schnitt des Flüssigkeitsstroms veränderlichen Strömungsgeschwindigkeiten. Die ortsab hängige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über den Querschnitt des Flüssigkeits stroms des inhomogenen Geschwindigkeitsprofils kann dabei einstellbar sein. Weiterhin kann der Flüssigkeitsstrom entlang von Strömungslinien verlaufen, welche wahlweise of fen oder geschlossen sein können. Die Strömungslinien können bevorzugt parallel zu der Oberfläche des Substrats verlaufen. Hierbei können Proben, insbesondere diffuse Proben, bevorzugt in geschlossenen Stromröhren einer Trägerflüssigkeit transportiert und/oder ge- handhabt werden. Dabei können Stromröhren mit einem geringen Durchmesser, insbeson dere von höchstens 500 pm, bevorzugt von höchstens 100 pm, insbesondere von höchstens 5 mih, besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen geringen Energieaufwand, geringe Ver luste, geringe Wärmeentwicklung und/oder geringe Wirbelbildung sein.

In der Flüssigkeit befinden sich zumindest teilweise elektrisch geladene Teilchen. Der Be griff „elektrisch geladenes Teilchen“ bezieht sich auf einzelne Atome, Moleküle oder Komplexe, welche mindestens eine elektrische Elementarladung tragen. Insbesondere kön nen die elektrisch geladenen Teilchen auch mehrere, beispielsweise mindestens zwei ver schiedene Atome, Moleküle oder Komplexe umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die elektrisch geladenen Teilchen auch höherwertige Gebilde umfassen, beispielsweise Nanoteilchen, welche aus bis zu 1000 Atomen oder Molekülen bestehen können. Die elektrisch geladenen Teilchen können mindestens eine negative Elementarladung oder mindestens eine positive Elementarladung tragen. In der Flüssigkeit können sich sowohl elektrisch geladenen Teilchen mit negativer elektrischer Ladung, elektrisch geladene Teil chen mit positiver elektrischer Ladung als auch elektrisch ungeladene, neutrale Teilchen befinden. Bevorzugt kann jedoch in einem Teilgebiet der Flüssigkeit eine Konzentration an elektrisch geladenen Teilchen mit einer Ladungsart eine andere Konzentration an elektrisch geladenen Teilchen der entgegengesetzt geladenen Ladungsart übertreffen, ins besondere in der elektrischen Doppelschicht. In einem anderen Teilgebiet kann ein Gleich gewicht der Konzentrationen von elektrisch geladenen Teilchen beider Ladungsarten vor handen sein. Die elektrisch geladenen Teilchen können der Flüssigkeit hinzugefügt sein. Beispielsweise können die elektrisch geladenen Teilchen in der Flüssigkeit gelöst oder suspendiert sein. Alternativ oder zusätzlich können die elektrisch geladenen Teilchen auch durch Reaktion in der Flüssigkeit erzeugt werden, beispielsweise durch Autoprotolyse. In der Flüssigkeit können neben den elektrisch geladenen Teilchen auch noch andere, insbe sondere elektrisch neutrale Teilchen vorhanden sein. In einer solchen Situation befinden sich folglich teilweise elektrisch geladene Teilchen und teilweise elektrisch neutrale Teil chen in der Flüssigkeit. Alternativ kann die Flüssigkeit auch ausschließlich aus elektrisch geladenen Teilchen bestehen, wie dies beispielsweise bei ionischen Flüssigkeiten der Fall ist.

Die Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen umfasst ein Substrat mit steuerba ren Mitteln. Der Begriff „Substrat“ bezieht sich auf eine Unterlage, umfassend einen Kör per, der ein Volumen aufweist, das über eine Oberfläche verfügt, die vorzugsweise in Form einer planaren Fläche vorliegt. Der Begriff „Oberfläche des Substrats“ bezieht sich dabei auf eine Fläche des Substrats, welche einem Strömungsbereich der Flüssigkeit zugewandt ist, während eine „Rückseite des Substrats“ eine weitere Fläche des Substrats bezeichnet, welche dem Strömungsbereich der Flüssigkeit abgewandt ist. In einer besonderen Ausge- staltung ist nur ein Teilbereich der Oberfläche des Substrats für die Bereitstellung der Flüs sigkeit vorgesehen sein; ein weiterer Teilbereich der Oberfläche kann Strukturen, die für weitere Zwecke eingerichtet sein können, aufweisen, insbesondere Messeinrichtungen oder Strukturen zur Strömungsführung, beispielsweise Versperrungen oder Hindernisse.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Oberfläche des Substrats direkt in Kontakt mit der Flüssigkeit stehen. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Oberfläche des Substrats durch eine weitere aufgebrachte Schicht, beispielsweise durch eine isolierende Schicht, von dem Strömungsbereich der Flüssigkeit getrennt sein. Insbesondere kann die auf der Oberfläche des Substrats angebrachte Vielzahl der Elektrodentripel durch eine iso lierende Schicht von dem Strömungsbereich der Flüssigkeit getrennt sein. Die isolierende Schicht kann eine ebene Oberfläche für die Flüssigkeitsströme bilden. Hierbei ist die ebene Oberfläche durch das Fehlen makroskopisch erfassbarer Höhenunterschiede gekennzeich net. Weiterhin kann die isolierende Schicht eine glatte Oberfläche für die Flüssigkeitsströ me bilden. Hierbei bezeichnet die „glatte Oberfläche“ eine Fläche mit einer Rauheit von höchstens 0,1 pm, bevorzugt von höchstens 0,05 pm, besonders bevorzugt von höchstens 0,01 pm.

Das Substrat kann aus einem nichtleitenden Material und/oder aus einem halbleitenden Material bestehen, bevorzugt aus Glas, Kunststoff und/oder Silizium. Die Oberfläche des Substrats kann insbesondere flach ausgestaltet sein. So können die steuerbaren Mittel bei spielsweise auf der Oberfläche des Substrats angebracht werden. In einer alternativen Aus führungsform können die steuerbaren Mittel jedoch auch zumindest teilweise von dem Substrat aufgenommen werden.

Der Begriff „steuerbare Mittel“ bezieht sich allgemein auf elektrisch leitfähige Elemente, welche von dem Substrat umfasst sind. Die steuerbaren Mittel können dabei elektrische Leiterbahnen umfassen, insbesondere eine Vielzahl von elektrischen Leiterbahnen. Bei spielsweise können die steuerbaren Mittel ein metallisches Material, Graphit und/oder ein halbleitendes Material, insbesondere ein dotiertes halbleitendes Material, umfassen. Die steuerbaren Mittel können besonders bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats angeord net sein. Alternativ oder zusätzlich können die steuerbaren Mittel jedoch auch zumindest teilweise in dem Volumen des Substrats angeordnet sein. Die steuerbaren Mittel können in einer oder in mehreren Schichten auf dem Substrat oder in dem Volumen des Substrats angeordnet sein. Die steuerbaren Mittel können insbesondere eine einer Vielzahl an Elektroden entspre chenden Anzahl an elektrischen Leiterbahnen und an elektrischen Anschlüssen für die Elektroden aufweisen. Dabei können die elektrischen Anschlüsse die elektrischen Leiter bahnen der steuerbaren Mittel mit den Elektroden der Elektrodentripel verbinden. Die steuerbaren Mittel können weiterhin eine der Vielzahl an Elektroden entsprechenden An zahl an elektrischen Anschlüssen für ein Antriebselement aufweisen. Dabei können die elektrischen Anschlüsse für Antriebselemente auf der Rückseite des Substrats oder außer halb der Anordnung zugänglich sein.

Alternativ können die steuerbaren Mittel eine Anzahl an elektrischen Leiterbahnen umfas sen, die mindestens der Vielzahl an Elektrodentripel entspricht, höchstens jedoch der An zahl an Elektroden in den Elektrodentripeln. In einer bevorzugten Ausführungsform kön nen die steuerbaren Mittel eine Anzahl an elektrischen Leitbahnen umfassen, die mindes tens der Vielzahl an Elektrodentripel entspricht, jedoch geringer ist als die Anzahl der Elektroden in den Elektrodentripeln. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die steuerbaren Mittel genau eine der Vielzahl an Elektrodentripel entsprechenden Anzahl an elektrischen Leiterbahnen umfassen. Zusätzlich können die steuerbaren Mittel zumindest eine der Vielzahl an Elektrodentripel entsprechenden Anzahl an elektrischen Anschlüsse für die Elektroden umfassen. Weiterhin können die steuerbaren Mittel zusätzli che elektrische Anschlüsse für die Elektroden umfassen, wobei die zusätzlichen Anschlüs se ausgewählte Elektroden untereinander verbinden. Insbesondere können solche Elektro den verbunden werden, die entsprechend der noch näher zu erläuternden Steuerung der Anordnung auf ein gleiches elektrisches Potential gehoben werden.

Die steuerbaren Mittel sind dazu eingerichtet, elektrische Spannungen für eine Vielzahl von sich auf der Oberfläche des Substrats befindlichen Elektrodentripeln bereitzustellen. Der Begriff „elektrische Spannung“ bezieht sich auf jede Art einer elektrischen Potential differenz, die zwischen mindestens zwei elektrisch kontaktierbaren Orten besteht. Insbe sondere kann es sich hierbei um eine Wechsel Spannung handeln. Die elektrische Spannung kann mindestens eine Wechselspannung umfassen. In einer besonders bevorzugten Aus führung kann die elektrische Spannung drei Wechselspannungen umfassen, die jeweils um eine Phasendifferenz zueinander verschoben sind. Die Kombination von drei Wechsel spannungen wird im Folgenden auch als „Drehstrom“ bezeichnet. Dabei kann je eine Wechsel Spannung auf eine von dem Elektrodentripel umfasste Elektrode anlegbar sein. Bevorzugt kann die Phasenverschiebung 120° betragen. Jedoch sind auch andere Phasen verschiebungen denkbar. Die Wechselspannung kann dabei eine Amplitude von 0,005 V bis 10 V, bevorzugt von 0,01 V bis 0,1 V, und eine Frequenz von 1 kHz bis 1000 kHz, bevorzugt von 5 kHz bis 100 kHz, aufweisen. Eine optimale Kombination kann insbeson dere von einer Elektrolytkonzentration der Flüssigkeit abhängen. Besonders bevorzugt kann dabei eine Amplitude von etwa 0,025 V und eine Frequenz von 10 kHz bis 50 kHz bei einer Elektrolytkonzentration von 10 ⁵ mol/1 bis 10 ⁴ mol/1 sein. Andere Kombinationen sind ebenfalls möglich.

Der Begriff „Elektrodentripel“ bezieht sich auf eine Gruppierung von drei separat vonei nander ausgestalteten Elektroden. Ein Elektrodentripel kann somit drei voneinander ge trennt ausgestaltete Elektroden umfassen. Die Elektroden in dem Elektrodentripel können vorzugsweise eine gleichartige geometrische Form ausweisen. Die Elektroden eines Elekt rodentripels können insbesondere räumlich benachbart zueinander angeordnet sein. Die Elektroden eines Elektrodentripels können insbesondere mindestens ein elektrisch leitfähi ges Material, beispielsweise ein metallisches Material, ein halbleitendes Material und/oder ein dotiertes halbleitendes Material umfassen. Die Elektroden eines Elektrodentripels kön nen derart ausgestaltet sein, dass sie untereinander keine elektrische Verbindung aufwei sen. Dies schließt jedoch insbesondere die Möglichkeit nicht aus, dass Elektroden ver schiedener Elektrodentripel eine elektrische Verbindung untereinander aufweisen können. Das Elektrodentripel, insbesondere jede Elektrode eines Elektrodentripels, kann durch die steuerbaren Mittel elektrisch kontaktierbar sein. Die Elektrodentripel befinden sich auf der Oberfläche des Substrats. Die Elektrodentripel können beispielsweise auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht sein. Alternativ können die Elektrodentripel zumindest teilweise in der Oberfläche des Substrats aufgenommen sein. Die Elektrodentripel können durch eine isolierende Schicht von dem Strömungsbereich der Flüssigkeit getrennt sein. Die Elektrodentripel können insbesondere derart von dem Strömungsbereich der Flüssigkeit getrennt sein, dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Elektrodentripel und der Flüssigkeit besteht.

Die steuerbaren Mittel können weiterhin dazu eingerichtet sein, die elektrische Spannung derart an der Vielzahl der Elektrodentripel bereitzustellen, dass die elektrische Spannung an den Elektroden jeweils eines Elektrodentripels um eine Phasendifferenz zueinander ver schoben ist. Mit anderen Worten: Die steuerbaren Mittel können die elektrische Spannung derart an der Vielzahl der Elektrodentripel bereitstellen, dass die elektrische Spannung an jeder von dem Elektrodentripel umfassten Elektroden um eine Phasendifferenz zueinander verschoben ist. Insbesondere können die steuerbaren Mittel die elektrische Spannung der art an der Vielzahl der Elektrodentripel bereitstellen, dass die Phasendifferenz zwischen räumlich nacheinander angeordneten Elektroden in dem Elektrodentripel monoton steigend oder fallend ist. Weiterhin können die steuerbaren Mittel dazu eingerichtet sein, die elektrische Spannung derart an die Vielzahl der Elektrodentripel bereitzustellen, dass die an jeweils einer der Elektroden jeden Elektrodentripels anliegende elektrische Spannung eine Phasendifferenz von n-360°, n= 0, ±1, ±2, ..., aufweist. Beispielsweise kann zwischen jeder ersten Elektro de der Vielzahl der Elektrodentripel eine Phasendifferenz von n-360°, n= 0, ±1, ±2, ..., anliegen, ebenso wie zwischen jeder zweiten Elektrode und zwischen jeder dritten Elektro de der Vielzahl an Elektrodentripel.

Die Phasendifferenz zwischen den Elektroden eines Elektrodentripels kann von einem räumlichen Abstand der Elektroden innerhalb des Elektrodentripels abhängig sein. Bei spielsweise kann die Phasendifferenz zwischen den Elektroden innerhalb des Elektrodent ripels jeweils 120° bei äquidistanter räumlicher Anordnung der Elektroden betragen. Ande re Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar.

Die Elektroden in jeweils einem Elektrodentripel können in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet sein, wobei der räumliche Abstand der Elektroden der Größenord nung einer Schichtdicke einer elektrischen Doppelschicht, welche sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung in der Flüssigkeit ausbildet, entsprechen kann. Hierbei bezeichnet der Begriff der „Größenordnung“ eine räumliche Ausdehnung von einem Zehntel der Schichtdicke der elektrischen Doppelschicht bis zu einem Zehnfachen der Schichtdicke der elektrischen Doppelschicht. Insbesondere kann der räumliche Abstand der Elektroden im Bereich von mindestens einem Zehntel bis maximal einem Zehnfachen der Dicke der elektrischen Doppelschicht liegen. Besonders bevorzugt kann der räumliche Abstand der Elektroden im Bereich von mindestens einem Drittel bis maximal einem Dreifachen der Dicke der elektrischen Doppelschicht liegen. Die Schichtdicke der elektrischen Doppel schicht kann insbesondere von einer Konzentration der elektrisch geladenen Teilchen in der Flüssigkeit abhängen. Beispielsweise können die Elektroden in jeweils einem Elektro dentripel in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der räumliche Abstand der Elektroden bevorzugt 0,05 pm bis 10 pm, besonders bevorzugt 0,05 pm bis 5 pm, insbesondere 0,1 pm, beträgt. Wie oben beispielsweise erläutert, können die Elekt roden in jeweils einem Elektrodentripel äquidistant angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform mit einem räumlichen Abstand der Elektroden von 0,05 pm kann insbe sondere eine Verlängerung einer Wellenlänge der beweglichen elektrischen Feldkompo nente erreicht werden, sodass eine gewünschte Größenordnung bereitgestellt werden kann. Die Vielzahl der Elektrodentripel ist derart angeordnet, dass die Elektrodentripel bei Anle gen der elektrischen Spannung zumindest zwei voneinander unabhängige bewegliche elektrische Feldkomponenten erzeugen. Der Begriff „elektrische Feldkomponente“ bezieht sich auf eine durch Anlegen der elektrischen Spannung induzierte Kraftfeldkomponente. Eine Gesamtheit der elektrischen Feldkomponenten kann insbesondere ein elektrisches Feld beschreiben. Das elektrische Feld kann insbesondere mit den elektrisch geladenen Teilchen in der Flüssigkeit wechselwirken, insbesondere derart, dass auf die elektrisch geladenen Teilchen eine Kraft durch das elektrische Feld ausgeübt wird. Die Kraftwirkung des elektrischen Feldes kann durch Feldlinien beschrieben werden, wobei die Feldlinien eine Richtung der Kraft angeben. Die elektrische Feldkomponente ist eine bewegliche elektrische Feldkomponente. Der Begriff „beweglich“ bezieht sich hierbei auf die Tatsa che, dass die Feldlinien des elektrischen Feldes bzw. der elektrischen Feldkomponenten orts- und zeitabhängig sind. So kann beispielweise durch Anlegen der Wechsel Spannung mindestens zwei voneinander unabhängige bewegliche elektrische Feldkomponenten er zeugt werden, welche Feldlinien besitzen, die sich sowohl örtlich als auch zeitlich verän dern. Insbesondere können durch Anlegen der elektrischen Spannung sogenannte „Wan derwellen“ erzeugt werden, insbesondere mindestens zwei Wanderwellen, wobei eine Wanderwelle die bewegliche elektrische Feldkomponente bezeichnet.

Bei Anlegen der elektrischen Spannung entstehen zumindest zwei voneinander unabhängi ge elektrische Feldkomponenten. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „von einander unabhängig“ auf eine Eigenschaft der mindestens zwei elektrischen Feldkompo nenten Feldlinien zu besitzen, welche in einem Winkel, bevorzugt von größer als 0° bis weniger als 180°, besonders bevorzugt von 30° bis 150°, insbesondere 45 ° bis 135°, zuei- nanderstehen. Die elektrischen Feldkomponenten können insbesondere derart voneinander unabhängig sein, dass die Feldlinien der zumindest zwei elektrischen Feldkomponenten senkrecht zueinander verlaufen oder einen Winkel von 60° oder 120° zueinander anneh men. Die voneinander unabhängigen elektrischen Feldkomponenten können sich also ins besondere in zwei Richtungen erstecken, wobei die Feldlinien der elektrischen Feldkom ponenten entlang der zwei Richtungen senkrecht zueinanderstehen. Insbesondere im Un terschied zu den in N. Loucaides et al., s.o., und in A. Farzanehnia und A. Taheri, s.o., be schriebenen Vorrichtungen, kann die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit tels der mindestens zwei voneinander unabhängigen elektrischen Feldkomponenten einen zweidimensionalen Transport über die Oberfläche des Substrats ermöglichen. Die elektri schen Feldkomponenten können insbesondere parallel zu der Oberfläche, insbesondere parallel zur Ausdehnung der Oberfläche, des Substrats verlaufen. Die elektrischen Feldkomponenten bewirken jeweils eine Kraft auf die elektrisch gelade nen Teilchen, wodurch die Flüssigkeit in zumindest zwei voneinander verschiedenen Rich tungen auf dem Substrat bewegbar ist. Der Begriff „Kraft“ bezieht sich auf die durch das elektrische Feld induzierte Krafteinwirkung auf die elektrisch geladenen Teilchen in der Flüssigkeit. Insbesondere kann die Kraft auf die geladenen Teilchen durch eine Coulomb- Kraft beschrieben werden. Eine weiterhin denkbare Kraft, deren Richtung senkrecht zur Oberfläche steht, ist jedoch vernachlässigbar, da sie praktisch zu keiner beobachtbaren Strömung auf der Oberfläche der Anordnung führt.

Der Begriff „Richtung“ bezieht sich auf eine Angabe eines Bewegungsziels der Flüssig keit. Dabei kann die Angabe der Richtung sich insbesondere auf ein vorgegebenes Koordi natensystem beziehen, beispielsweise ein Koordinatensystem, das in der Ebene der Ober fläche des Substrats liegt. Die Richtung kann beispielsweise durch einen Richtungsvektor in diesem Koordinatensystem angezeigt werden. Beispielweise kann die Richtung durch eine Angabe in einem kartesischen Koordinatensystem angezeigt werden, insbesondere in einem x-y-Koordinatensystem. Alternativ kann grundsätzlich auch ein Polarkoordinaten system verwendet werden. In dem kartesischen Koordinatensystem kann die Richtung zum Beispiel durch Vergleich mit einer Himmelsrichtung angegeben werden. So bezeichnet beispielsweise eine Nord- Süd-Richtung eine in Relation zur Oberfläche des Substrats hori zontale Richtung von oben nach unten. Ebenso bezeichnet eine West-Ost-Richtung eine in Relation zur Oberfläche des Substrats horizontale Richtung von links nach rechts. In die sem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „voneinander verschieden“ auf die Tatsache, dass die Richtungsvektoren zwei voneinander verschiedener Richtungen senkrecht zuei- nanderstehen. Mathematisch kann dies dadurch ausgedrückt werden, dass das Skalarpro dukt der Richtungsvektoren Null ergibt. Die voneinander unabhängigen beweglichen elektrischen Feldkomponenten können also insbesondere zwei Flüssigkeitsströme in zu mindest zwei voneinander verschiedenen Richtungen bewirken, wobei ein Flüssigkeits strom beispielsweise in Nord- Süd-Richtung verläuft und ein anderer Flüssigkeitsstrom in West-Ost-Richtung. Auch andere Richtungen sind möglich, beispielsweise eine Kombina tion dieser Richtungen. Die mindestens zwei voneinander verschiedenen Flüssigkeitsströ me können insbesondere unabhängig voneinander steuerbar sein. Die erzeugten Flüssig keitsströme können sich insbesondere zu einem resultierenden Flüssigkeitsstrom überla gern.

Der Begriff der „Vielzahl an Elektrodentripel “ bezieht sich auf eine Anzahl an Elektro dentripeln, die benötigt wird, um die Flüssigkeit in die mindestens zwei voneinander ver schiedenen Richtungen zu bewegen. Die Anzahl an Elektrodentripel kann insbesondere derart gewählt sein, dass die Anordnung mit den auf dem Substrat aufgebrachten Elektro dentripel flächendeckend ausgestaltet werden kann. Die Elektrodentripel können dabei insbesondere derart angeordnet sein, dass mindestens zwei Elektrodentripel in einem Win kel zueinanderstehen. Beispielsweise kann ein Elektrodentripel der Anordnung um 90° Grad zu einem anderen Elektrodentripel der Anordnung gedreht sein. In diesem Beispiel könnten also auf einem rechteckig geformten Substrat drei Elektrodentripel in Nord- Süd richtung sowie drei Elektrodentripel in West-Ost-Richtung angeordnet sein. So kann die Anordnung mindestens sechs Elektrodentripel umfassen. Alternativ könnte auch eine he xagonale Ausrichtung der Elektrodentripel vorteilhaft für eine flächendeckende Ausgestal tung sein. Dabei können die Elektrodentripel in einem Winkel von 60° zueinander gedreht sein. In diesem Beispiel kann die Anordnung ebenfalls mindestens sechs Elektrodentripel umfassen, wobei jeweils ein Elektrodentripel in einem Abschnitt der hexagonalen Ausrich tung angeordnet sein kann. Damit kann die Anordnung insbesondere mindestens sechs Elektrodentripel bei einer rechtwinkligen oder hexagonalen Anordnung der Vielzahl der Elektrodentripel umfassen. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform können mindestens zwei der Elektrodentripel aus der Vielzahl der Elektrodentripel derart zueinander angeordnet sein, dass die von jedem der Elektrodentripel bei Anlegen der elektrischen Spannung erzeugten beweglichen elektrischen Feldkomponenten einen Winkel von größer als 0° bis weniger als 180° zuei nander annehmen, bevorzugt von 30° bis 150 °, besonders bevorzugt von 45° bis 135°, insbesondere von 60° bis 120°. Der Winkel bezeichnet dabei insbesondere einen Winkel in einer durch die Oberfläche des Substrats beschriebenen Ebene.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System, umfassend min destens eine Anordnung, bevorzugt mindestens zwei Anordnungen, zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen. Weiterhin umfasst das Sys tem mindestens eine Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen, insbe sondere eine Drehstromquelle oder einen Drehstromgenerator.

Der Begriff „System“ bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung oder eine Gruppe von miteinander wechselwirkenden Vorrichtungen, welche zur Erfüllung mindestens eines gemeinsamen Zwecks eingerichtet sind. Dabei kann der gemeinsame Zweck des Systems insbesondere das Bewegen, das Mischen, das Separieren und /oder das Analysieren von Flüssigkeiten sein. Das System kann also insbesondere im Bereich der Mikrofluidik ver- wendet werden. Das System kann mindestens einen Antrieb aufweisen, insbesondere kann die mindestens eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen als Antrieb des Systems verwendet werden.

Das System kann beispielsweise als Fluid-Maschine verwendet werden, wobei die Fluid- Maschine, in Analogie zu einer Computerrecheneinheit, mit der Flüssigkeit Rechenopera tionen umsetzen kann. Eine sogenannte „Fluid-Prozesseinheit“ kann hierbei eine zentrale Verknüpfung von Komponenten der Fluid-Maschine darstellen. Die Fluid-Prozesseinheit kann dabei eine Vielzahl an verknüpften Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeits strömen umfassen. Beispielsweise können mit dem System transportierte Proben ein Ein heitsvolumen aufweisen, wodurch die Verarbeitung der Rechenoperationen erleichtert wird. Weiterhin kann hierbei durch Verwendung einer Maschinensprache Rechenoperatio nen in Flüssigkeitstransportprozesse, wie beispielsweise Misch-, Auswahl- und Transport- Befehle, übersetzt werden.

Das System umfasst, wie bereits erläutert, mindestens eine Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen. Für weitere Definitionen be züglich des Systems kann daher auf die obige Beschreibung der Anordnung verwiesen werden. Insbesondere kann das System eine Vielzahl an Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen umfassen, wobei die Vielzahl an Anordnungen mindestens zwei An ordnungen umfasst. Es können jedoch auch mehr als zwei Anordnungen von dem System umfasst sein, insbesondere 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 30 oder mehr als 30 Anordnungen. Diese Vielzahl an Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen kann in einem gemeinsamen Verbund angeordnet sein. Die Vielzahl an Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen kann insbesondere derart einen flächendenkenden Verbund ausbilden, dass ein gemeinsamer Strömungsbereich über die Vielzahl der Anordnungen hinweg ent steht. Beispielsweise kann das System die Vielzahl der Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen in einem Verbund in Spalten und Zeilen anordnen, insbesondere in einem matrixförmigen Verbund. Hierfür kann insbesondere eine rechtwinklige oder auch hexagonale Form der Anordnungen besonders vorteilhaft sein. Auch andere Möglichkeiten die Vielzahl der Anordnungen in dem System zu verbinden sind ebenfalls denkbar.

Weist das System eine Vielzahl von Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen auf, so können mindestens zwei Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen durch mindestens ein elektrisches Verbindungselement verbunden sein. Das elektrische Verbindungselement kann die steuerbaren Mittel der mindestens zwei Anordnung mitei nander verbinden, insbesondere derart, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den steuerbaren Mitteln der mindestens zwei Anordnungen herstellbar ist. Beispielsweise kann das elektrische Verbindungselement eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen für ein Antriebselement der mindestens zwei Anordnungen hersteilen. Beispielsweise kann das elektrische Verbindungselement mindestens zwei be nachbarte Anordnungen innerhalb einer Spalte und/oder Zeile verbinden. Zusätzlich kann das elektrische Verbindungselement auch mindestens zwei benachbarte Verbindungsele ment an einem Anfang oder an einem Ende einer Spalte und/oder Zeile verbinden.

Das System umfasst mindestens eine Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen. Der Begriff „Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen“ bezieht sich auf eine Vorrichtung, die eingerichtet dazu eingerichtet ist, die elektrische Spannung an der mindestens einen Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen bereitzustellen. Insbesondere kann es sich bei der Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen um eine Drehstromquelle und/oder um einen Drehstromgenerator handeln. Die Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen kann also insbe sondere dazu eingerichtet sein, zumindest eine Wechselspannung bereitzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen dazu eingerichtet sein, drei zueinander um eine Phasenverschiebung verscho bene Wechsel Spannungen bereitzustellen. Besonders bevorzugt kann die Phasenverschie bung 120° betragen. Andere Phasenverschiebungen sind jedoch ebenfalls möglich.

Das System kann weiterhin mindestens ein Flüssigkeitsreservoir umfassen. Das Flüssig- keitsreservoir kann dazu eingerichtet sein, die Flüssigkeit, in welcher sich zumindest teil weise die elektrisch geladenen Teilchen befinden, zu bevorraten und über mindestens einen Verbindungskanal der Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen zuzuführen. Der Verbindungskanal kann dazu eingerichtet sein, das Flüssigkeitsreservoir mit der Anord nung fluidisch zu verbinden. Insbesondere kann das Flüssigkeitsreservoir über mindestens zwei Verbindungskanäle mit der Anordnung fluidisch verbunden sein, wobei je ein Ver bindungskanal für eine Strömungsrichtung von dem Flüssigkeitsreservoir zu der Anord nung bzw. von der Anordnung zu dem Flüssigkeitsreservoir vorhanden sein kann. Der Verbindungskanal kann beispielsweise eine Vielzahl von Elektroden aufweisen, welche mit einem Wechselstrom beaufschlagbar sind, wodurch ein Flüssigkeitstransport zwischen dem Flüssigkeitsreservoir und der Anordnung stattfinden kann. Die Richtung des Flüssig keitstransports kann hierbei von dem beaufschlagten Wechselstrom abhängen. Alternativ kann mindestens eine Wand des Verbindungskanals eine aufgebrachte Wandladung tragen, wobei weiterhin eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsreservoir und der Anordnung anlegbar ist, wodurch ein Flüssigkeitstransport zwischen dem Flüssig- keitsreservoir und der Anordnung stattfinden kann. Die Richtung des Flüssigkeitstransports kann dabei von einer Polarität der Wandladung abhängen.

Das System kann weiterhin mindestens eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Anlegen der elektrischen Spannung an die Vielzahl der Elekt rodentripel mittels der steuerbaren Mittel zu steuern. Weist das System eine Vielzahl von Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen auf, so kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, das Anlegen der elektrischen Spannung an die steuerbaren Mittel der Vielzahl an Anordnungen zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinheit das Anlegen der elektrischen Spannung an die steuerbaren Mittel für jede Anordnung separat und/oder un abhängig voneinander steuern. Die Steuereinheit kann dabei als aktive Steuereinheit oder als passive Steuereinheit ausgeführt sein.

Die „passive Steuereinheit“ bezeichnet hierbei eine Steuereinheit, die eine separate Beauf schlagung der von dem System umfassten Anordnung, insbesondere der von dem System umfassten Vielzahl an Anordnungen, zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen mit der elektrischen Spannung umfasst. Die passive Steuereinheit kann also eine separate Kontak tierung der Vielzahl an Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen umfassen. Dabei kann je eine passive Steuereinheit für jede von dem System umfasste Anordnung vorgesehen sein. Die passive Steuereinheit kann in einer Ebene des Systems, insbesondere in einer Ebene unter der Anordnung angeordnet sein. Die passive Steuereinheit kann damit insbesondere Bereiche im System vermeiden, in denen die Flüssigkeit nicht angesteuert werden kann. Das Funktionsprinzip der passiven Steuereinheit kann dabei dem Prinzip der Ansteuerung eines LCD- und/oder TFT-Displays entsprechen.

Die „aktive Steuereinheit“ bezeichnet hierbei eine Steuereinheit, die mindestens eine elekt ronische Recheneinheit, insbesondere einen Mikroprozessor, umfasst. Der Mikroprozessor kann durch mindestens einen Datenbus mit mindestens einem Eingangssignal beaufschlag bar sein. Das mindestens eine Eingangssignal kann insbesondere mindestens ein Aktivsig nal umfassen, wobei das Aktivsignal eine Information über ein einzuschaltendes Elektro dentripel oder ein auszuschaltendes Elektrodentripel der mindestens einen Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen beinhaltet. Das Eingangssignal kann weiterhin min destens eine Information über eine Drehrichtung der an das Elektrodentripel anzulegenden Wechselspannung umfassen. Das Funktionsprinzip der aktiven Steuereinheit kann dabei dem Prinzip der Ansteuerung eines Displays mittels eines Grafikprozessors entsprechen. Der Mikroprozessor der aktiven Steuereinheit kann weiterhin dazu eingerichtet sein, das mindestens eine Eingangssignal auf mindestens einem Speicherelement zu speichern. Das Speicherelement kann dabei zumindest das Aktivsignal wie auch die Information über die Drehrichtung der Wechsel Spannung speichern. Die Steuereinheit kann insbesondere min destens ein Speicherelement pro Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen, wel che von dem System umfasst sein können, aufweisen. Eine Vielzahl an Speicherelementen kann bevorzugt als Schieberegister ausgestaltet sein. Jedoch sind auch andere Ausgestal tungen möglich. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung können mindestens zwei Register ebenen realisiert werden. So kann zumindest eine erste Registerebene eine aktive Registerebene bilden, während eine zweite Registerebene eine Zwischenspeicherebene bilden kann. Besonders vorteilhaft können auch weitere Registerebenen als weitere Zwi schenspeicherebenen ausgestaltet sein. Der Mikroprozessor kann weiterhin eingerichtet sein, ein auf dem Speicherelement gespeichertes Eingangssignal zu lesen.

Die aktive Steuereinheit kann weiterhin mindestens einen Schalter pro Anordnung zur Er zeugung von Flüssigkeitsströmen umfassen. Insbesondere kann der Schalter einen elektro nischen Schalter oder einen Analogschalter umfassen. Der Schalter kann dazu eingerichtet sein, entsprechend dem mindestens einen Eingangssignal die steuerbaren Mittel mit der elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Die aktive Steuereinheit kann über eine elektri sche Verbindung der elektrischen Spannung, insbesondere der Wechsel Spannung, beauf schlagt werden. Je nach Eingangssignal, welches auf dem mindestens einen Speicherele ment gespeichert ist, kann der Mikroprozessor dazu eingerichtet sein, die elektrische Span nung, insbesondere die Wechsel Spannung, über den Schalter an die mindestens eine An ordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen weiterzugeben.

Die vorgeschlagene Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen und das vorge schlagene System weisen im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrich tungen zahlreiche Vorteile auf.

Wie oben bereits erläutert, liefern bekannte Vorrichtungen im Allgemeinen nur kleine Strömungsgeschwindigkeiten, da nur relative schwache elektrische Felder außerhalb der elektrischen Doppelschicht erzeugt werden können. Die Abmessungen der Elektroden sind in bekannten Vorrichtungen grundsätzlich von der gleichen Größenordnung wie die Zulei tungen. Die vorgeschlagene Anordnung und das vorgeschlagene System hingegen können insbe sondere mit gleichförmigen Abmessungen der zu fertigenden Strukturen auf einem Mikro chip auskommen. Hierbei werden nur wenige Zuleitungen benötigt, um eine Vielzahl von Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen zu steuern.

Durch einen bevorzugten Betrieb der Anordnung mit dreiphasiger Wechsel Spannung benö tigt die Anordnung im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen mit mehr Phasen einen ge ringeren Bauraum. Die Elektroden jeweils eines Elektrodentripels können dabei bevorzugt derart eng zusammenliegen, dass der Abstand der Elektroden innerhalb eines Elektrodent ripels im Bereich einer Größenordnung einer Schichtdicke der elektrischen Doppelschicht in der Flüssigkeit entspricht. Ein solcher Abstand in Kombination mit einer ebenen und/oder glatten Oberfläche der isolierenden Schicht auf dem Substrat, kann die Erzeu gung von homogenen Flüssigkeitsströmen, beispielsweise von Flüssigkeitsströmen ohne Strömungswirbel, ermöglichen. So können also mittels der vorgeschlagenen Anordnung und/oder mittels des vorgeschlagenen Systems gleichförmige Flüssigkeitsströme erzeugt werden.

Ein von der Anordnung umfasstes Elektrodentripel kann bevorzugt drei Elektroden pro räumlicher Periode des Drehstroms umfassen. Ein solch dreiphasiger Aufbau einer Anord nung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen kann grundsätzlich die kleinstmögliche Bauweise einer solchen Vorrichtung ermöglichen. Zur Fertigung einer vorgeschlagenen Anordnung und eines vorgeschlagenen Systems, die oben beschriebene Abmessungen aufweisen, kann auf Technologien zurückgegriffen werden, die bereits im Bereich der Mikroelektronik-Chips verwendet werden.

Weiterhin kann durch den Übergang von zweiphasiger Wechselspannung auf dreiphasige Wechsel Spannung die Antriebsleistung der hier vorgeschlagenen Anordnung wesentlich erhöht werden. Die Verwendung einer dreiphasigen Wechsel Spannung in der Anordnung weist einen höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen auf.

Außerdem kann die Flüssigkeit auch als Transportfluid für den Transport diffuser Proben verwendet werden. Die oben erwähnte Diffusionsgrenzschicht kann sich im Allgemeinen im Zeitverlauf vergrößern. Wird die Diffusionsgrenzschicht in ihrer Dicke vergleichbar mit der räumlichen Ausdehnung der diffusen Probe, so kann eine Vermischung mit der Träger flüssigkeit stattfinden, insbesondere solange bis die Probe komplett in die Trägerflüssigkeit hineindiffundiert ist und sich nicht mehr nachweisen lässt. Der Diffusionsvorgang kann also eine Zeitdauer begrenzen, in welcher die diffuse Probe gehandhabt werden kann. Die vorgeschlagene Anordnung und das vorgeschlagene System können hohe Strömungsge schwindigkeiten und kurze Ansprechzeiten für die Handhabung diffuser Proben bereitstel len. Insofern können die vorgeschlagene Anordnung und das vorgeschlagene System sich zur Verarbeitung und Handhabung diffuser Proben eigenen. Daher können mit der vorge schlagenen Anordnung und/oder mit dem vorgeschlagenen System auch diffuse Proben transportiert, miteinander in Verbindung gebracht, vermischt oder Trennungsvorgänge durchgeführt werden. Das System kann weiterhin eine frei programmierbare Oberfläche aufweisen, so dass das System in kurzer Zeit für verschiedenste Anwendungen benutzt werden kann.

Insbesondere im Unterschied zur WO 2007/090531 Al zeichnet sich die vorliegende An ordnung und das vorliegende System durch die Verwendung von Elektrodentripel aus. Be sonders bevorzugt werden diese Elektrodentripel mit einer dreiphasigen Wechsel Spannung beaufschlagt. Dies kann insbesondere die in der Vorrichtung der WO 2007/090531 Al auftretende Problematik der elektrischen Abschirmung des elektrischen Felds in der Flüs sigkeit durch die elektrische Doppelschicht beheben.

Insbesondere weist die vorgeschlagene Anordnung und das vorgeschlagene System fol gende besondere Vorteile auf: Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit kann durch eine Verkleinerung des Elektrodenabstands wesentlich erhöht werden. Dabei kann jedoch der im Hinblick auf den für die individuelle Ansteuerbarkeit jeder einzelnen Anordnung des Systems notwendigen Platz erhalten werden.

Weiterhin kann das vorgeschlagene System einen matrixförmigen Verbund der einzelnen Anordnungen zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen umfassen. Im Unterschied dazu wird in der WO 2007/090531 Al eine Schachbrett-förmige Anordnung der kleinsten Elemen tareinheiten vorgeschlagen. Der matrixförmige Verbund kann jedoch die Flexibilität be züglich einer besonderen Ausgestaltung des Systems erhöhen, da in einem matrixförmigen Verbund verschiedene Grundstrukturen für die Anordnung zur Erzeugung von Flüssig keitsströmen verbindbar sind.

Auch im Unterschied zur US 7,708,873 B2 zeichnet sich die vorliegende Anordnung und das vorliegende System durch die Verwendung von Elektrodentripel und deren bevorzugte Beaufschlagung mit einer dreiphasigen Wechsel Spannung aus. Weiterhin wird in der US 7,708,873 B2 eine stufenförmige Bauweise der Elektroden vorgeschlagen. Eine ebene und/oder glatte Oberfläche, wie sie in der vorgeschlagenen Anordnung durch die isolieren- de Schicht erreicht werden kann, ermöglicht homogene Flüssigkeitsströme, insbesondere ohne in der Flüssigkeit auftretende Strömungswirbel.

Die in J.H. Noh et al., s.o., vorgestellte Vorrichtung unterscheidet sich insbesondere durch die Verwendung eines Verfahrens zur Elektrobenetzung im Gegensatz zur hierin verwen deten Wechselstrom-Elektroosmose. Durch die Verwendung von vernetzten Elektroden in der vorliegenden Anordnung wird erst eine Bauweise mit geringen Abmessungen möglich, da einzelne TF-Transi stören deutlich mehr Schichten benötigen. Weiterhin ermöglicht Wechselstrom-Elektroosmose einen kontinuierlichen und schnelleren Flüssigkeitstransport.

Insbesondere im Unterschied zu den in N. Loucaides et al., s.o., und in A. Farzanehnia und A. Taheri, s.o., beschriebenen Vorrichtungen, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung durch einen wesentlich geringeren Elektrodenabstand. In diesen Veröffentlichungen wird die elektrische Doppelschicht als vergleichbar dünn angenommen, so dass die Abmessun gen der Elektroden und der Elektrodenabstände deutlich größer als die elektrische Doppel schicht sind. Durch die Wahl der Elektrodenabstände in der Größenordnung der elektri schen Doppelschicht können insbesondere höhere Geschwindigkeiten erreicht werden. Insbesondere in der Veröffentlichung von A. Farzanehnia und A. Taheri, s.o., wird nachtei lig auf die Komplexität und Kosteneffizienz von Anordnungen kleinerer Abstände hinge wiesen. So kann mit der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit der kleineren Geometrie belegt werden. Darüber hinaus weisen auch die in WO 2007/090531 Al und DE 10 2006 004 887 Al beschriebene Vorrichtung keinerlei Angaben in dieser Größenordnung auf.

DE 10 2018 210 693 Al zeigt insbesondere eine Vorrichtung mit einer Matrixanordnung, umfassend jeweils 4 Elektroden mit Phasenverschiebung. Die Vorrichtung kann beispiels weise als Weiche mit einem Eingang und zwei Ausgängen funktionieren. Diese Vorrich tung ermöglicht es daher im Unterschied zur vorliegenden Erfindung nicht, frei program mierbare Strömungen auf eine Oberfläche zu ermöglichen. Anordnungen gemäß der vor liegenden Erfindung können insbesondere als Matrixbaustein zu einem komplexen Chip aufbau zusammengeschaltet werden. Die Anordnung kann derart ausgestaltet sein, um di rekt an gleichartige Anordnungen anzuknüpfen. Im Unterschied dazu zeigt die Vorrichtung in DE 10 2018 210 693 Al ein alleinstehendes Modul, an welches Kanäle angeschlossen werden sollen. Somit können dort komplexere Anordnungen nur durch Verbindungen vie ler Module über Kanalnetzwerke ermöglicht werden. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen gemäß der vorliegenden Erfin dung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausge staltungen. Das Verfahren umfasst die nachfolgend beschriebenen Schritte, welche insbe sondere in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden können. Jedoch ist auch eine andere Reihenfolge möglich, oder eine zeitliche Überlappung der Durchführung der Verfahrensschritte oder eine zumindest teilweise gleichzeitige Durchführung der Verfah rensschritte. Das Verfahren kann weitere Verfahrensschritte umfassen, welche nicht ge nannt sind.

Das Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen umfasst hierbei die folgenden Schritte: i) Bereitstellen eines Substrats; ii) Aufbringen von steuerbaren Mitteln zur Beschaltung der Vielzahl der Elektroden, die iii) in Elektrodentripeln auf eine Oberfläche des Substrats angebracht werden.

Weiterhin kann das Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Erzeugung von Flüs- sigkeits strömen vorzugsweise den folgenden Schritt umfassen, der insbesondere nach Schritt iii) ausgeführt wird: iv) Behandeln der Oberfläche des Substrats derart, dass eine ebene Oberfläche und/oder glatte Oberfläche für die Flüssigkeitsströme entsteht.

Für mögliche Methoden zur Herstellung der Anordnung, insbesondere für die Durchfüh rung einer oder mehrerer der Schritte ii) bis iv), können auf bekannte Fertigungsprozesse aus der Halbleiterindustrie zurückgegriffen werden. Vorzugsweise kann hierfür mindestens ein Fertigungsprozess, ausgewählt aus Fotolithografie, Trockenätzen, Nassätzen, Plasma ätzen, chemische Gasphasenabscheidung, Waferbonden, Stacking und IC Packaging, ver wendet werden. Für weitere Einzelheiten zur Herstellung kann bevorzugt auf die Darstel lung in US 7,708,873 B2 zurückgegriffen werden.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausge staltungen. Das Verfahren umfasst die nachfolgend beschriebenen Schritte, welche insbe sondere in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden können. Jedoch ist auch eine andere Reihenfolge möglich, oder eine zeitliche Überlappung der Durchführung der Verfahrensschritte oder eine zumindest teilweise gleichzeitige Durchführung der Verfah rensschritte. Das Verfahren kann weitere Verfahrensschritte umfassen, welche nicht ge nannt sind.

Das Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen um fasst hierbei die folgenden Schritte:

(I) Herstellen einer Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen gemäß dem Ver fahren zu Herstellung der Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen; und

(II) Bereitstellen einer Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen gemäß der vorliegenden Erfin dung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausge staltungen oder zum Betrieb eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, beispiels weise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder ge mäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen.

Das Verfahren umfasst es, mindestens ein Elektrodentripel, bevorzugt mindestens zwei Elektrodentripel, durch die steuerbaren Mittel derart mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen, dass die Flüssigkeit strömt. Dabei kann die elektrische Spannung insbeson dere in Form eines Drehstroms aufgebracht werden, wobei der Drehstrom eine Frequenz von 1 kHz bis 1000 kHz, bevorzugt von 5 kHz bis 100 kHz, besonders bevorzugt von 10 kHz, und eine Amplitude von 0,005 V bis 10 V beträgt, bevorzugt von 0,01 V bis 0,1 V, besonders bevorzugt von 0,025 V, aufweist.

Für weitere Einzelheiten in Bezug auf die vorliegenden Verfahren wird auf die Beschrei bung der erfindungsgemäßen Anordnung und des Systems verwiesen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, um fassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Erzeugung von Flüs- sigkeits strömen oder eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen auszuführen. Das Computerprogramm kann hierbei insbesondere mindestens einen Compiler umfassen, wobei der mindestens eine Compiler dazu eingerichtet ist, Befehle des Computerpro- gramms in die Maschinensprache zur Ansteuerung mindestens einer Komponente des Sys tems zu übersetzen.

Die vorliegende Anordnung und das vorliegende System eignen sich insbesondere zur Anwendung und zur Bereitstellung eines Labors im Mikromaßstab. Insbesondere können die vorliegende Anordnung und das vorliegende System als Plattformtechnologie zur Ma nipulation und Charakterisierung von zu untersuchenden Proben, beispielsweise von Prote inen und/oder Medikamenten, genutzt werden. Hierbei kommen insbesondere sämtliche Proben und/oder Substanzen infrage, die üblicherweise in der Chemie und/oder in der Bio chemie gehandhabt werden, und welche in und/oder mit Transportflüssigkeiten transpor tiert und gehandhabt werden können. Beispielsweise können mit der vorliegenden Anord nung und mit dem vorliegenden System chromatografische Verfahren zur Charakterisie rung von Proteinen, insbesondere von Wirkstoffen von Medikamenten, umgesetzt werden. Weiterhin können aber auch biologische Proben, wie beispielsweise Zellen, transportiert werden, insbesondere ohne Beschädigung, da die vorliegende Anordnung und das vorlie gende System keine Kanten oder Ähnliches aufweist, die solche Proben üblicherweise be schädigen können.

Neben der Analyse können aber auch synthetische Verfahren umgesetzt werden. Bei spielsweise können in einer weiteren Anwendung der vorliegenden Anordnung und des vorliegenden Systems Synthesereaktionen umgesetzt werden, bei denen Edukte A und B über Zwischenprodukte zu C und weiter nach D reagieren. Wird ein Reaktant E hinzuge geben kann gegebenenfalls die Reaktion nach D unterbrochen werden, sodass das Zwi schenprodukt C gewonnen werden kann. Wenn das Zwischenprodukt C nur eine kurze Lebensdauer hat, eignet sich die vorliegende Anordnung und das vorliegende System be sonders, da ein Labor mit den geringen Abmessungen und kurzen Ansprechzeiten umge setzt werden kann, in dem der Stoff C ohne das unerwünschte Produkt D oder nur mit ge ringer Bildung des unerwünschten Produkts D synthetisiert werden kann. Somit können insbesondere Reaktionen mit konkurrierenden Strömungspfaden wirtschaftlich durchge führt werden, da hier die Zeitskalen von Reaktionen, Transport und Mischung aufeinander abgestimmt werden können.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das Verfahren zum Betrieb der Anordnung oder des Systems in einer seiner Ausgestaltungen ausführt. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das Verfahren zum Betrieb der Anordnung oder des Systems in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedi um gespeichert sein.

Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Daten speicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem com puter-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random- Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder um fassen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Haupt speicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das Verfahren zum Betrieb der An ordnung oder des Systems in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm- Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um das Verfahren zum Betrieb der Anordnung oder des Systems in einer seiner Ausgestal tungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.

Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein moduliertes Datensignal, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens zum Betrieb der Anordnung oder des Systems nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält. Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der vorliegenden Erfindung kön nen einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens zum Betrieb der An ordnung oder des Systems gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestal tungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte des Verfahrens zum Betrieb der Anord nung oder des Systems, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein kön nen diese Schritte jegliche dieser Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen und/oder Synthesen.

Hierin werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwen det. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in wel chen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vor handen sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf‘, „A um fasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A aus schließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.

Weiterhin wird daraufhingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder meh rere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammen hang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrü- cken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Ein führung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.

Weiterhin werden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alterna tive Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise wer den Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einlei tenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit an deren Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, un angetastet bleiben.

Kurze Beschreibung der Figuren

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination mitei nander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugszif- fem in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder fünktionsgleiche bzw. hin sichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.

Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems in einer schematischen Seitenansicht;

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Elektrodentripels in Draufsicht;

Figuren 3 A und 3B ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anord nung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen in Draufsicht; Figuren 4A bis 4C ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anord nung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen in Draufsicht; Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anord nung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen in Draufsicht;

Figur 6A bis 6D Ausführungsbeispiele eines elektrischen Verbindungselements zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System;

Figuren 7A bis 7C Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Systems in Drauf sicht; Figur 8 ein Ausfühmngsbeispiel einer Steuereinheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System;

Figur 9 ein Ausfühmngsbeispiel einer gekoppelten Ansteuerung der Steu ereinheit in dem erfindungsgemäßen System;

Figur 10 ein Ausfühmngsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems in

Draufsicht;

Figuren 11A und 11B beispielhafte Verwendungen eines erfindungsgemäßen Systems zum Transport diffuser Proben; und

Figur 12 ein Flussdiagram eines Ausfühmngsbeispiels eines Verfahren zur

Herstellung einer Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströ men.

Beschreibung der Ausfühmngsbeispiele

Figur 1 zeigt ein Ausfühmngsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 110 in einer schematischen Seitenansicht. Das System umfasst mindestens eine Anordnung 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen und/oder gemäß einer oder mehreren der in den folgenden Figuren näher beschriebenen Ausgestaltungen. Wei terhin umfasst das System 110 mindestens eine Vorrichtung zur Bereitstellung von elektri schen Spannungen 116.

Die Anordnung 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 aus zumindest teilweise elektrisch geladenen Teilchen 118, die sich in einer Flüssigkeit 120 befinden, umfasst ein Substrat 122 mit steuerbaren Mitteln 124 zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen für eine Vielzahl von sich auf einer Oberfläche 126 des Substrats 122 befindlichen Elekt rodentripeln 128. In Figur 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein Ausschnitt des Systems 110 und der Anordnung 112 gezeigt, wobei der Ausschnitt ein einzelnes Elektrodentripel 128 umfasst. Insbesondere in den folgenden Figuren 3 bis 5 ist die von der Anordnung 112 umfasste Vielzahl der Elektrodentripel 128 dargestellt.

Ein Elektrodentripel 128 kann insbesondere drei voneinander getrennt ausgestaltete Elek troden 130 umfassen. Dabei können die Elektroden 130 eines Elektrodentripels 128 derart in einem räumlichen Abstand 132 zueinander angeordnet sein, dass der räumliche Abstand 132 der Elektroden 130 bevorzugt einen Wert von 0,05 pm bis 10 pm annimmt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 130 innerhalb eines Elektrodentripels 128 äqui- distant angeordnet. Jedoch sind auch variierende räumliche Abstände 132 zwischen den Elektroden 130 eines Elektrodentripels 128 möglich.

Weiterhin können die steuerbaren Mittel 124 dazu eingerichtet sein, die elektrische Span nung derart an die Vielzahl der Elektrodentripel 128 bereitzustellen, dass die elektrische Spannung an jeder von dem Elektrodentripel 128 umfassten Elektroden 130 um eine Pha sendifferenz zueinander verschoben ist. Die Phasenverschiebung zwischen den von dem Elektrodentripel 128 umfassten Elektroden 130 kann insbesondere von dem räumlichen Abstand 132 abhängen. Die Phasenverschiebung zwischen den Elektroden 130 wird in der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere in den Figuren 2 bis 5, näher erläutert.

Wie in Figur 1 dargestellt, können die Elektrodentripel 128 sich nicht nur auf der Oberflä che 126 des Substrats 122 befinden, sondern zusätzlich auch zumindest teilweise von der Oberfläche 126 des Substrats 122 aufgenommen sein. Die auf der Oberfläche 126 des Sub strats 122 angebrachte Vielzahl an Elektrodentripel 128 kann insbesondere durch eine iso lierende Schicht 134 von einem Strömungsbereich 136 der Flüssigkeit 120 getrennt sein. Die isolierende Schicht 134 kann dabei besonders bevorzugt eine ebene Oberfläche 138 und/oder eine glatte Oberfläche 140 für die Flüssigkeitsströme 114 bilden.

Die Vielzahl der Elektrodentripel 128 ist derart angeordnet, dass die Elektrodentripel 128 bei Anlegen einer elektrischen Spannung zumindest zwei voneinander unabhängige be wegliche elektrische Feldkomponenten 142 erzeugen, die jeweils eine Kraft 144 auf die elektrisch geladenen Teilchen 118 bewirken, wodurch die Flüssigkeit 120 in zumindest zwei voneinander verschiedenen Richtungen 146 auf dem Substrat 122 bewegbar ist. In Figur 1 ist aufgrund der seitlichen Ansicht des Systems 110 und der Anordnung 112 ledig lich eine elektrische Feldkomponente 142 und eine Richtung 146 sichtbar. Die mindestens eine weitere elektrische Feldkomponente 142 und die mindestens eine weitere Richtung 146 würde beispielsweise in die Bildebene hinein oder aus der Bildebene heraus zeigen.

Die elektrische Spannung an den Elektroden 130 eines Elektrodentripels 128 kann insbe sondere durch die Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen 116 bereit gestellt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen 116 eine Drehstromquelle 148 und/oder einen Drehstromgenerator 150 umfassen. Die Vielzahl der Elektrodentripel 128 kann ins besondere mit einer Wechsel Spannung, besonders bevorzugt mit einem Drehstrom, beauf schlagt werden. An der ebenen Oberfläche 138 und/oder an der glatten Oberfläche 140 der isolierenden Schicht 134 kann sich durch Kontakt mit der Flüssigkeit 120 ein Gebiet 152 ausbilden, in dem ein Ladungsungleichgewicht zwischen positiv elektrisch geladenen Teilchen 118 und negativ elektrisch geladenen Teilchen 118 herrscht. In diesem Gebiet 152 kann insbeson dere eine elektrische Doppelschicht in der Flüssigkeit 120 ausgebildet sein, insbesondere da auf der ebenen Oberfläche 138 und/oder auf der glatten Oberfläche 140 üblicherweise Oberflächenladungen (nicht dargestellt) vorhanden sind. In diesem Gebiet 152 kann durch die auf die elektrisch geladenen Teilchen 118 wirkende Kraft 144 eine Volumenkraft auf die Flüssigkeit 120 übertragen werden, wodurch die Flüssigkeit 120 bewegbar ist. In einem weiteren Gebiet 154 kann in ausreichender Entfernung zu der ebenen Oberfläche 138 und/oder an der glatten Oberfläche 140 der isolierenden Schicht 134 ein Gleichgewicht zwischen den elektrisch geladenen Teilchen 118 vorliegen. Auch in diesem Gebiet 154 können Flüssigkeitsströme 114 durch viskose Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit 120 im Gebiet 152 und der Flüssigkeit 120 im neutralen Gebiet 154 induziert werden.

Ein Verfahren zum Betrieb der Anordnung 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 oder zum Betrieb des Systems 110 umfasst also das Beaufschlagen des mindestens einen Elektrodentripels 128, bevorzugt mindestens zweier Elektrodentripel 128, durch die steuerbaren Mittel 124 mit einer elektrischen Spannung derart, dass die Flüssigkeit 120 strömt. Die elektrische Spannung kann dabei besonders bevorzugt in Form eines Dreh stroms aufgebracht werden, wobei der Drehstrom eine Frequenz von 1 kHz bis 1000 kHz, besonders bevorzugt von 10 kHz, und eine Amplitude von 0,01 V bis 10 V, besonders be vorzugt von 0,025 V, aufweist.

Das System 110 kann insbesondere weitere, optionale Komponenten umfassen. Weitere Ausführungsbeispiele des Systems 110 finden sich in den folgenden Figuren, insbesondere in den Figuren 7A bis 7C und in Figur 10.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Elektrodentripels 128 in einer Draufsicht ge zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Elektroden 130 des Elektrodentripels 128 eine gleichartige geometrische Form auf. Wie in Figur 1 zu sehen, weisen die Elektroden 130 eine längliche, rechteckige Form auf. Es ist jedoch auch möglich, dass die Elektroden 130 andere Formen und/oder ungleichartige Formen aufweisen. Die Elektroden 130 kön nen insbesondere mit ihrer länglichen Form in Nord- Süd-Richtung ausgerichtet sein. Wer den diese Elektroden 130 mit der elektrischen Spannung beaufschlagt, so kann das Elekt rodentripel 128 einen Flüssigkeitsstrom 114 in West-Ost-Richtung bzw. in Ost-West- richtung je nach Drehrichtung der elektrischen Spannung erzeugen. Dabei werden die Elektroden 130 des Elektrodentripels 128, wie oben bereits erwähnt, derart von den steuer baren Mitteln 124 mit der elektrischen Spannung beaufschlagt, dass die Elektroden 130 des Elektrodentripels 128 eine Phasendifferenz zueinander aufweisen. In diesem Ausführungs beispiel weist die elektronische Spannung an den Elektroden 130 des Elektrodentripels 128 eine Phasendifferenz von 120° zueinander auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist also eine erste Elektrode 156 eine Phase cp, eine zweite Elektrode 158 eine Phase cp+120° und eine dritte Elektrode 160 eine Phase cp+240° auf, wobei die Phase f jeden beiliegen Wert von 0° bis 360°n, wobei n = 0, ±1, ±2, ..., annehmen kann. Andere Phasendifferenzen zwi schen den Elektroden 130 des Elektrodentripels 128 sind jedoch ebenfalls möglich.

Die Figuren 3A bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 in einer Draufsicht. Dabei ist zunächst in den Figuren 3A und 3B beispielhaft eine quadratische Form der Anordnung 112 gewählt. Wie in Figur 3A dargestellt, umfasst die Anordnung 112 die Vielzahl der Elektrodentripeln 128, welche auf der Oberfläche 126 des Substrats 122 angeordnet sind. Die von der Anordnung 112 umfassten Elektrodentripeln 128 können dabei insbesondere wie in Figur 2 dargestellt ausgestaltet sein. In diesem besonders bevorzugten Ausführungs beispiel umfasst die Anordnung 112 sechs Elektrodentripel 128 mit jeweils drei Elektroden 130, d.h. insgesamt 18 Elektroden.

Ein Teil der von der Anordnung 112 umfassten Elektrodentripel 128 kann dabei unverän dert in Nord- Süd-Richtung ausgerichtet sein, wobei diese Elektrodentripel 128 Flüssig keitsströme 114 in West-Ost-Richtung bzw. in Ost-West-Richtung erzeugen können. Ein anderer Teil der von der Anordnung 112 umfassten Elektrodentripel 128 kann im Ver gleich zu ersteren Elektrodentripeln 128 um einen Winkel gedreht sein. In diesem Ausfüh rungsbeispiel ist der andere Teil der von der Anordnung 112 umfassten Elektrodentripel 128 um 90° gedreht. Andere Winkel und Geometrien in der Anordnung sind jedoch eben falls möglich, wie insbesondere in Figur 5 dargestellt. Der andere Teil der von der Anord nung umfassten Elektrodentripel 128 kann also in West-Ost-Richtung ausgerichtet sein, wobei diese Elektrodentripel 128 Flüssigkeitsströme 114 in Nord- Süd-Richtung bzw. in Süd-Nord-Richtung erzeugen können.

Eine mögliche Beschaltung der in Figur 3A gezeigten Anordnung 112 ist in Figur 3B ge zeigt. Hier sind die von der Anordnung 112 umfassten steuerbaren Mittel 124 in einer Draufsicht gezeigt. Die steuerbaren Mittel 124 können auf der Oberfläche 126 des Sub strats 122 aufgebracht und/oder von einem Volumen des Substrats 122 aufgenommen sein. Insbesondere können die steuerbaren Mittel 124 jedoch in einer Ebene unter der Vielzahl an Elektrodentripeln 128 in dem Substrat 122 oder unterhalb des Substrats 122 angeordnet sein.

Wie in Figur 3B dargestellt, können die steuerbaren Mittel 124 eine Vielzahl an Leiterbah nen 162 und eine Vielzahl an elektrischen Anschlüssen für die Elektroden 164 aufweisen. Die elektrischen Leiterbahnen 162 können über die elektrischen Anschlüsse für die Elek troden 164 eine elektrisch leitende Verbindung zu den von der Vielzahl an Elektrodentri peln 128 umfassten Elektroden 128 hersteilen. Die steuerbaren Mittel 124 können insbe sondere eine der Vielzahl an Elektroden 130 entsprechenden Anzahl an elektrischen Lei terbahnen 162 und an elektrischen Anschlüssen für die Elektroden 164 umfassen. In die sem Ausführungsbeispiel umfassen die steuerbaren Mittel 124 folglich je 18 Leiterbahnen 162 und elektrische Anschlüsse für die 18 Elektroden 130. Die steuerbaren Mittel können weiterhin elektrische Anschlüsse für Antriebselemente 166 aufweisen. Die elektrischen Anschlüsse für Antriebselemente 166 können insbesondere auf einer Berandung 168 der steuerbaren Mittel 124 angeordnet sein. Die Abmessungen der steuerbaren Mittel 124 und der Elektroden 130 können insbesondere miteinander übereinstimmen. Dies kann insbe sondere eine Fertigung der Anordnung 112 mit gleicher Fertigungstechnologie sowohl auf der Ebene der steuerbaren Mittel 124 wie auch auf der Ebene der Elektroden 130 begünsti gen.

Eine alternative Beschaltung der in Figur 3A gezeigten Anordnung 112 ist in den Figuren 4A bis 4C gezeigt. Dabei ist in Figur 4A eine erste Ebene der Anordnung 112, in Figur 4B eine zweite Ebene der Anordnung 112 und in Figur 4C eine dritte Ebene der Anordnung 112 in jeweils einer Draufsicht gezeigt. In Figur 4A ist die erste Ebene der Anordnung 112 mit der darin angeordneten Vielzahl an Elektrodentripeln 128 gezeigt. Figur 4B zeigt eine zweite, mittlere Ebene der Anordnung 112 mit den darin angeordneten elektrischen An schlüssen für die Elektroden 164 der steuerbaren Mittel 124. In Figur 4C ist eine dritte, unterste Ebene der Anordnung 112 mit den darin angeordneten Leiterbahnen 162 der steu erbaren Mittel 124 dargestellt. Wie in Figur 4C dargestellt, können die steuerbaren Mittel 124 auch lediglich eine der Vielzahl an Elektrodentripel 128 entsprechenden Anzahl an Leiterbahnen 162 umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die steuerbaren Mit tel also nur sechs Leiterbahnen 162 im Unterscheid zu den 18 Leiterbahnen 162 in Figur 3B. Mit den elektrischen Anschlüssen 164 kann die Vielzahl der Elektrodentripel 128 elektrisch kontaktiert werden. Weiterhin können die steuerbaren Mittel 124 zusätzliche elektrische Anschlüsse 170 aufweisen, wobei die zusätzlichen elektrischen Anschlüsse 170 ausgewählte Elektroden 130 untereinander verbinden. Die so verbundenen Elektroden 130 können insbesondere aus verschiedenen, benachbarten Elektrodentripeln 128 ausgewählt sein. Beispielsweise kann eine erste Elektrode 156 eines Elektrodentripels 128 mit einer ersten Elektrode 156 eines anderen, benachbarten Elektrodentripels 128 über die zusätzli chen elektrischen Anschlüsse verbunden sein. Ebenso können die zweiten Elektroden 158 und dritten Elektroden 160 benachbarter Elektrodentripel 128 verbunden sein.

Figur 5 zeigt eine alternative Geometrie der Anordnung 112. Hier ist die Vielzahl der Elektrodentripel 128 in einer hexagonalen Form angeordnet. Dabei können die Elektro dentripel 128 jeweils in einem Winkel von 60° zueinander gedreht sein. Auch in diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung 112 sechs Elektrodentripel 128. Bei Anlegen der elektrischen Spannung an die Vielzahl der Elektrodentripel 128 können hier jedoch mindestens drei voneinander unabhängige elektrische Feldkomponenten erzeugt werden: So kann mit diesem Ausführungsbeispiel je eine elektrische Feldkomponente in West-Ost- Richtung, eine elektrische Feldkomponente in Südwest-Nordost-Richtung und eine elektri sche Feldkomponente in Südost-Nordwest-Richtung erzeugt werden.

In den Figuren 6A bis 6D sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines elektrischen Ver bindungselements 172 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System 110 gezeigt. Dazu ist in den Figuren 6A bis 6D das System 110 auf seiner Leiterebene gezeigt. Das in den Figuren 6A bis 6D gezeigte Ausführungsbeispiel des Systems 110 weist zwölf Anord nungen 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 auf, die in einem matrixförmigen Verbund 174 in Zeilen 176 und Spalten 178 derart angeordnet sind, dass ein gemeinsamer Strömungsbereich 136 der Flüssigkeit 120 über die Anordnungen 112 hinweg entsteht. Dabei können besonders bevorzugt Anordnungen 112 in einer aus den in Figuren 3A bis 4C gezeigten Ausführungsformen verwendet werden.

Das elektrische Verbindungselement 172 kann dazu eingerichtet sein, mindestens zwei Anordnungen 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 in dem System 110 elektri sche miteinander zu verbinden. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 6A kann das elektri sche Verbindungselement an einem Ende einer Spalte 178 angeordnet sein, um mindestens zwei Anordnungen 112 über zwei benachbarte Spalten 178 hinweg verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann das elektrische Verbindungselement 172 auch am Ende einer Zeile angeordnet sein. In Figur 6B ist ein schematisches Ausführungsbeispiel des elektrischen Verbindungselements 172 gezeigt, wobei hier das elektrische Verbindungselement 172 in Schichten unterhalb der Anordnungen 112 ausgeführt ist. In dieser Ausführungsform kann das elektrische Verbindungselement 172 auch inmitten einer Zeile 176 und/oder einer Spalte 178 angeordnet sein. Ein solches Beispiel ist in Figur 6C gezeigt. In diesem Ausfüh rungsbeispiel ist eine weitere elektrische Leitungsbahn 180 vorgesehen. In Figur 6D ist schließlich eine vereinfachte Darstellung der Anordnung 112 mit einem darunterliegenden elektrischem Verbindungselement 172 gezeigt. In Figur 6D ist dies durch die Schraffur auf der Anordnung 112 dargestellt.

In den Figuren 7A bis 7C sind weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sys tems 110 in einer Draufsicht gezeigt. Dabei sind auch in diesen Ausführungsbeispielen die von dem System 110 umfasste Vielzahl an Anordnungen 112 in dem matrixförmigen Ver bund 174 angeordnet. Beispielsweise umfasst das in Figur 7A gezeigte System 110 32 An ordnungen 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114. Eine andere Anzahl von An ordnungen 112 ist jedoch möglich. Die Anordnungen 112 können hierbei in Richtung und Geschwindigkeit identische oder verschiedene Flüssigkeitsströme 114 erzeugen. Analog zu Figur 6D sind die in den Figuren 7A bis 7C durch das elektrische Verbindungselement 172 verbundenen Anordnungen 112 schraffiert dargestellt.

Das System 110 kann, wie in Figur 7A dargestellt, mindestens eine Steuereinheit 182 auf- weisen. Die Steuereinheit 182 kann eingerichtet sein, das Anlegen der elektrischen Span nung an die Vielzahl der Elektrodentripel 128 mittels der steuerbaren Mittel 124 zu steu ern. So kann die Steuereinheit 182 zur Steuerung der Richtung und Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströme 114 auf den einzelnen Anordnungen 112 eingerichtet sein. Die Steuer einheit 182 kann über einen Datenbus 184 mit einem Eingangssignal beaufschlagt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit 182 ist in Figur 8 detailliert beschrieben. Für die Beschreibung der Steuereinheit 182 wird auf die Beschreibung von Figur 8 verwiesen.

Über die elektrischen Anschlüsse für Antriebselemente 166 können die Anordnungen 112 mit der Steuereinheit 182 verbunden sein. Dafür kann die Steuereinheit 182 mindestens eine Verbindungsstelle 186 aufweisen, besonders bevorzugt eine Vielzahl an Verbindungs stellen 186, an denen die Steuereinheit 182 mit den elektrischen Anschlüssen für Antrieb selemente 166 der Anordnungen 112 verbunden sein kann. Ebenso kann die Steuereinheit 182 mindestens eine weitere Verbindungstelle 188 zu dem Datenbus 184 aufweisen.

Alternativ kann das System 110 auch, entsprechend der in Figur 7B gezeigten Ausfüh rungsform, zwei Steuerelemente 182 umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel können die Steuerelemente 182 getrennt voneinander in dem System 110 angeordnet sein. Dies kann insbesondere die Kontaktierung mit der von dem System 110 umfassten Vielzahl an An ordnungen 112 erleichtern. Zusätzlich kann das System 110, wie in Figur 7C dargestellt, mindestens ein Flüssigkeits reservoir 190 umfassen. Das Flüssigkeitsreservoir 190 kann eingerichtet sein, die Flüssig keit 120, in welcher sich zumindest teilweise die elektrisch geladenen Teilchen 118 befin den, zu bevorraten. Das Flüssigkeitsreservoir 190 kann über mindestens einen Verbin dungskanal 192 mit der Anordnung 112, bevorzugt mit der von dem System 110 umfassten Vielzahl an Anordnungen 112 verbunden sein. Das Flüssigkeitsreservoir 190 kann also dazu eingerichtet sein, der Anordnung 112, bevorzugt der Vielzahl an Anordnungen 112, die Flüssigkeit 120 über den mindestens einen Verbindungskanal 192 zuzuführen. In die sem Ausführungsbeispiel umfasst das Flüssigkeitsreservoir 190 zwei Verbindungskanäle 192, wobei je ein Verbindungskanal 192 für eine Flussrichtung 194 der Flüssigkeit 120 zu der Anordnung 112 hin bzw. von der Anordnung 112 weg vorgesehen ist.

In einer möglichen Ausführungsform kann der Verbindungskanal 192 eine Vielzahl an Elektroden 196 umfassen, die mit Wechselstrom beaufschlagt werden können, wodurch mittels Elektroosmose ein Transport der Flüssigkeit 120 ermöglicht wird. In einer alterna tiven Ausführungsform kann an dem Flüssigkeitsreservoir 190 eine Spannungsquelle 198 über einen Kontakt 200 angeschlossen werden. Das System 110 kann dagegen über eine Erdung 202 verfügen, sodass eine Potentialdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsreservoir 190 und dem System 110 anliegt. Auf den Wänden des Verbindungskanals 192 können elektrische Wandladungen aufgebracht sein, sodass ein Transport der Flüssigkeit 120 auf grund der Potentialdifferenz zwischen Flüssigkeitsreservoir 190 und System 110 je nach Polarität der Wandladung und/oder Polarität der Potentialdifferenz in beiden Richtungen möglich ist.

Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit 182 zur Verwendung in einem er findungsgemäßen System 110. Die Steuereinheit 182 kann als passive Steuereinheit oder als aktive Steuereinheit 204 ausgeführt sein. In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer aktiven Steuereinheit 204 gezeigt. Die aktive Steuereinheit 204 kann mindestens einen Mikroprozessor 206 umfassen. Der Mikroprozessor 206 kann über einen Anschlusspunkt 208 mindestens ein Eingangssignal von dem Datenbus 184 empfangen.

Die aktive Steuereinheit 204 kann das mindestens eine Eingangssignal in mindestens ei nem Speicherelement 208, bevorzugt auf einem digitalen Speicher, ablegen. Das Ein gangssignal kann insbesondere Informationen darüber enthalten, welche der Elektrodentri peln 128 mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden sollen. Die aktive Steuereinheit 204 kann weiterhin mit mindestens drei Stromleitern von außen mit der notwendigen Leis tung versorgt werden. Eine Weiterleitung der angelegten elektrischen Spannung zu den elektrischen Leiterbahnen 162, welche zu den Elektrodentripeln 128 fuhren kann nur erfol gen, wenn das entsprechende Speicherelement 208 in der aktiven Steuereinheit 204 den entsprechenden Zustand aufweist. Eine Drehrichtung der Wechsel Spannung an den Elekt rodentripeln 128 kann über eine gespeicherte Information über die Drehrichtung der Wechsel Spannung festgelegt sein. Das Aktivsignal und die Information über die Drehrich tung der Wechselspannung, welches in dem Speicherelement 208 abgelegt ist und das Analogsignal der elektrischen Spannung können mittels einem Analogschaltem 210 derart verknüpft werden, dass nur die gewünschten Elektrodentripel 128 mit elektrischer Span nung beaufschlagt werden.

Die Beaufschlagung des mindestens einen Speicherelements 208 in der aktiven Steuerein heit 204 kann, in vorteilhafter Weise, als Schieberegister 212 erfolgen. Das zu speichernde Eingangssignal kann über den Datenbus 184 auf die aktive Steuereinheit 204 übertragen werden. Neben dem Datenbus kann ein Taktsignal von außen zugeführt werden. Zur Mi nimierung der notwendigen Busarchitektur, kann auch die Funktion des Datenbusses, der Spannungsversorgung und des Taktsignals über einen Bus umfassend mindestens zwei Leiter erfolgen. Hierdurch können Zuleitungen zu der aktiven Steuereinheit 204 gespart werden.

Während das Schieberegister 212 die Informationen an die richtige Position verschiebt, kann eine Weitergabe von unerwünschten Zwischenzuständen an die Elektrodentripeln 128 durch Unterbrechung der Analogschalter 210 in der aktiven Steuereinheit 204 unterdrückt werden. Wie in Figur 8 dargestellt, können mehrere Register ebenen 212 bereitgestellt wer den. Jede Registerebene 212 kann mindestens einen Speicher für den Aktivzustand und die Information über die Drehrichtung der Wechsel Spannung der Elektrodentripel 128 umfas sen. Somit können Zwischenspeicherebenen seriell mit Informationen über den Datenbus 184 befüllt werden, ohne dass sich der Zustand einer aktiven Registerebene 212 und damit der Elektrodentripeln 128 ändert. Wenn ein Speicherzustand einer Zwischenspeicherebene den gewünschten Zustand erreicht hat, kann durch einen einzigen Kopiervorgang, bei spielsweise einem Write-Befehl, der Inhalt der Zwischenspeicherebene auf die aktive Re gisterebene 212 parallel kopiert werden. Alle Elektrodentripel 128 des Systems 110 kön nen so gleichzeitig neu gesetzt werden.

Alternativ kann die Steuereinheit 182 auch als passive Steuereinheit ausgeführt sein. Die passive Steuereinheit kann die Kontaktierung von Zeilen- und Spaltenleiterbahnen an ei nem Rand des System 110 umfassen. Angesteuert werden können die Elektrodentripel 128 an Kreuzungspunkten der Zeilen- und Spaltenleiterbahnen. Besonders bevorzugt können jeweils 3 Zeilen- und 3 Reihenleiterbahnen gleichzeitig mit der elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Das in Figur 7A beispielhaft dargestellte System 110 umfasst 32 An ordnungen 112 und muss somit mit bis zu 64 Drehstromsignalen versorgt werden. In der passiven Steuereinheit kann die Versorgung durch Multiplexen mit einer hohen Schaltfre quenz und anschließender Glättung mit Kondensatoren erfolgen.

In Figur 9 ist ein Ausfiihrungsbeispiel einer gekoppelten Ansteuerung der Steuereinheit 182 in dem erfindungsgemäßen System 110 dargestellt. Das Eingangssignal 214 kann für jede Zeile, hier durchnummeriert von A bis H, und für jede Spalte, hier durchnummeriert von I bis VIII, jeweils das mindestens eine Aktivsignal und die mindestens eine Informati on über die Drehrichtung der Wechsel Spannung an den Elektrodentripeln 128 umfassen.

Das mindestens eine Aktivsignal und die Information über die Drehrichtung der Wechsel spannung können für jedes Elektrodentripel 130 einer Anordnung 112, die Flüssigkeits ströme 114 in eine Richtung 146 erzeugen, verschiedene Zustände annehmen. Beispielwei se kann das Aktivsignal für Elektrodentripel 130 in West-Ost-Richtung die Zustände An (1) bzw. Aus (0) annehmen. Die Information über die Drehrichtung der Wechsel Spannung kann eine Information über die Richtung 146 enthalten, beispielsweise einen Zustand (+) für Flüssigkeitsströme 114 in West-Ost-Richtung oder einen Zustand (-) für Flüssigkeits ströme 114 in Ost- West-Richtung. Ebenso können für Elektrodentripel 130 in Nord-Süd- Richtung das Aktivsignal und die Information über die Drehrichtung der Wechsel Spannung entsprechende Zustände annehmen. So können an der einen Anordnung 112 neun ver schiedene Strömungszustände umgesetzt werden, wobei die Strömungszustände jede mög liche Himmelsrichtung und auch den Zustand „keine Strömung“ annehmen können. In diesem Beispiel, können zur Speicherung der Strömungszustände mindestens sechs Spei cherelemente 208 vorgesehen sein. Allgemein kann die Anzahl N der Speicherelemente 208 pro Anordnung 112 N = 2 * (2 * n + 1) betragen, wobei n eine Amplitude des Ak tivsignals bezeichnet.

Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 110 in einer Draufsicht. Das in Figur 10 dargestellte Ausführungsbeispiel kann insbesondere als Fluid-Maschine 216 verwendet werden. Die Fluid-Maschine 216 kann einen Einlass 218 aufweisen, in welchen die Flüssigkeit 120 durch Pipettieröffnungen 220 zugeführt werden kann. Über ein Anbindungselement 222 kann die Flüssigkeit 120 den von dem System 110 umfassten Anordnungen 112 zugeführt werden. Das Anbindungselement 222 kann dabei insbesondere mindestens einen Flüssigkeitskanal 224 umfassen. Das System 110 kann eine Vielzahl von Anordnungen 112 umfassen, welche die auszuführenden Rechenoperationen der Fluid-Maschine 216 in Misch-, Auswahl- und/oder Transportprozesse der Flüssigkeit 120 umsetzen können. Die Vielzahl der Anordnungen 112 kann dabei auch als Fluid- Prozesseinheit 226 bezeichnet werden.

Die Fluid-Maschine 216 kann weiterhin über einen Auslass 228 verfügen, der insbesondere analog zu dem Einlass 218 ausgestaltet sein kann. Weiterhin kann die Fluid-Maschine 216 eine Vielzahl an Speicherelementen 230 aufweisen, welche zur Zwischenlagerung der Flüssigkeit 120 eingerichtet sein können. Die Speicherelemente 230 können insbesondere als RAM-Speicher verwendet werden und über Anbindungselemente 222 mit der Fluid- Prozesseinheit 226 verbunden sein.

Wie in Figur 10 dargestellt, kann die Fluid-Maschine 216 über ein inneres Flüssigkeitsre servoir 232 verfügen, welches über Flüssigkeitskanäle 234 mit der Fluid-Prozesseinheit 226 verbunden ist. Die Flüssigkeitskanäle 224 der Anbindungselemente 222 können über eine Y-Gabelung mit den Flüssigkeitskanälen 234 des inneren Flüssigkeitsreservoirs 232 auf der Fluid-Prozesseinheit 226 zur Erhaltung der Kontinuität der Flüssigkeitsströme 114 verbunden sein. Zusätzlich kann die Fluid-Maschine ein äußeres Flüssigkeitsreservoir 236 aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, das innere Flüssigkeitsreservoir 232 zu spülen. Weiterhin kann die Fluid-Maschine 216 weitere Anbauelemente 238, beispielweise zusätz liche Mischeinrichtungen und/oder Messeinrichtungen, aufweisen.

In den Figuren 11A und 11B sind beispielhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Systems 110 zum Transport diffuser Proben 240 gezeigt. Dabei sind Ausschnitte des Sys tems 110 in einem zeitlichen Ablauf dargestellt. Eine diffuse Probe kann dabei, wie in Fi gur 11A gezeigt, in einer geschlossenen Stromröhre 242 in dem System 110 transportiert werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die diffuse Probe in West-Ost-Richtung 244 in dem System transportiert. In Figur 11B ist der Transport der diffusen Probe zu einem Ausgang 246 gezeigt. Dabei kann die geschlossene Stromröhre 242 derart über den Aus gang 246 erweitert werden, dass die diffuse Probe 240 in den Ausgang 246 hinein trans portiert werden kann.

Figur 12 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahren 248 zur Herstellung des Systems 110 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114. Das Verfahren 248 umfasst die nachfolgend näher genannten Schritte. Diese Schritte können in der ge nannten Reihenfolge durchgeführt werden. Auch eine andere Reihenfolge ist jedoch grundsätzlich möglich. Weiterhin können zwei oder mehr der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Weiterhin können einer oder mehrere der genannten Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt wer den. Das Verfahren 248 kann über die genannten Schritte hinaus weitere Verfahrensschrit te umfassen, welche nicht genannt sind.

Das Verfahren 248 zur Herstellung des Systems 110 umfasst:

(I) Herstellen 250 der Anordnung 112 zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen 114 mit den Schritten: i) Bereitstellen 252 des Substrats 122; ii) Aufbringen 254 von steuerbaren Mitteln 124 zur Beschaltung der Vielzahl an Elektroden 130, die, iii) gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 256 in Elektrodentripeln 128 auf die Oberfläche 126 des Substrats 122 angebracht werden. und optional: iv) Behandeln 258 der Oberfläche 126 des Substrats 122 derart, dass eine ebene Oberfläche 138 und/oder glatte Oberfläche 140 für die Flüssigkeitsströme 114 entsteht; und

(II) Bereitstellen 260 der Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen 116.

Für weitere Einzelheiten in Bezug auf die vorliegenden Verfahren wird auf die Beschrei bung der erfindungsgemäßen Anordnung 112 und des Systems 110 verwiesen. Bezugszeichenliste

110 System

112 Anordnung zur Erzeugung von Flüssigkeitsströmen

114 Flüssigkeitsstrom

116 Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen

118 elektrisch geladene Teilchen

120 Flüssigkeit

122 Substrat

124 steuerbare Mittel

126 Oberfläche des Substrats

128 Elektrodentripel

130 Elektrode räumlicher Abstand der Elektroden isolierende Schicht

Strömungsb erei ch ebene Oberfläche glatte Oberfläche elektrische Feldkomponente

Kraft

Richtung

Drehstromquelle

Drehstromgenerator

Gebiet mit Ladungsungleichgewicht neutrales Gebiet erste Elektrode zweite Elektrode dritte Elektrode

Leiterbahn elektrischer Anschluss für Elektrode elektrischer Anschluss für Antriebselemente Berandung zusätzlicher elektrischer Anschluss elektrisches Verbindungselement matrixförmiger Verbund

Zeile

Spalte elektrische Leitungsbahn

Steuereinheit

Datenbus

Verbindungsstelle zu Anordnung

Verbindungsstelle zu Datenbus

Flüssigkeitsreservoir

Verbindungskanal

Flussrichtung

Vielzahl an Elektroden

Spannungsquelle

Kontakt

Erdung aktive Steuereinheit Mikroprozessor Speicherelement Analogschalter Register ebene Eingangssignal Fluid-Maschine Einlass Pipettieröffnungen Anbindungselement Flüssigkeitskanal Fluid-Prozesseinheit Auslass Speicherelement inneres Flüssigkeitsreservoir Flüssigkeitskanal äußeres Flüssigkeitsreservoir Anbauelement diffuse Probe Stromröhre West-Ost-Richtung Ausgang Verfahren zur Herstellung eines Systems Herstellung einer Anordnung Bereitstellen des Substrats Aufbringen von steuerbaren Mitteln Aufbringen von Elektroden in Elektrodentripeln Behandeln der Oberfläche des Substrats Bereitstellen der Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen