Microscale transport of informational molecules in smart electronic devices

Die multidisziplinäre Forschung dieser Dissertation beschreibt die Entwicklung elektronisch kontrollierbarer, "smarter" Geräte, welche als eingebettete Rechenplattformen für chemische Informationsverarbeitung agieren können. Die Entwicklung von hochparallelisierten, chemiebasierten Rechenmaschinen erfordert eine bidirektionale Kopplung zwischen digitaler Elektronik und chemischen Reaktionen. Grenzflächeneffekte zwischen Elektrode und Elektrolyt oder zwischen nicht mischbaren Phasen verbrücken aktive elektronische Information (\(\textit {elektronische Genome}\)) und chemische Informationssysteme (wie DNA und RNA). Im Folgenden präsentieren wir theoretische und experimentelle Studien über das Zusammenspiel von Transport und Reaktionen in elektronisch aktiven Lab-on-a-Chip Geräten mittels DNA sowie in der Entwicklung von autonomen Mikroskala-Geräten (\(\it lablets\)) durch Verwendung elektrokinetischer und mehrphasiger Grenzflächenphänomenen in Mikrosystemen.The multidisciplinary research presented in this thesis describes a route towards the development of electronically controllable "smart" devices which can serve as an embedded computational platform for performing chemical information processing. Development of massively parallel chemistry-based computing machines requires bidirectional coupling between digital electronics and chemical reactions. Interfacial effects at the electrode-electrolyte interface or at immiscible phases bridge together active electronic information (\(\textit {electronic genomes}\)) and chemical-informational systems (such as DNA and RNA). In this thesis, we present theoretical and experimental studies on the interplay of transport and reactions in electronically active Lab-on-a-Chip devices using DNA and in the development of autonomous microscale devices (\(\it lablets\)) employing electrokinetic and multiphase interfacial phenomena in microsystems