Atmospheric Pressure Microplasmas in the Channels

In der vorliegenden Arbeit wird über den Einsatz von Mikroplasmen bei atmosphärischem Druck zur Behandlung der inneren Oberflächen von geschlossenen Mikrofluidik-Produkten berichtet. Diese Produkte werden auf vielen Gebieten, wie der medizinischen Diagnostik und der Wirkstoffforschung eingesetzt. Die Querschnittsabmessungen der Transportkanäle (Kapillaren) liegen bei einigen hundert Mikrometer. Im Rahmen eines Verbundprojektes werden Verfahren zur kostengünstigen Modifizierung der Kanaloberflächen entwickelt. Als Behandlungsmethoden kommen kalte Barrierenentladungen innerhalb der Transportkanäle der Komponenten zum Einsatz. Der theoretische Teil der Arbeit befasst sich mit den Grundlagen der Gasentladungsmechanismen unter besonderer Berücksichtigung von physikalischen Phänomenen bei Barrierenentladungen. Im Weiteren werden die Mechanismen der Entladung in Edelgasen, unter besonderer Berücksichtigung der Metastabilen, erläutert. Darauf folgt eine Beschreibung der Versuchseinrichtungen, aufgeteilt in Hochspannungs- und Gasversorgung sowie elektrische und nichtelektrische Messmethoden zur Erfassung der Entladungen. Zum Schluss werden die Methoden zur Auswertung der Behandlungseffekte erörtert. Die Möglichkeiten zur lokalen und globalen Behandlung der Mikrofluidik-Produkte stehen im Vordergrund der nachfolgenden, experimentellen Kapitel. Diese befassen sich mit der Entwicklung, Optimierung und Erprobung von Reaktoren für die Oberflächenmodifizierung von Mikrofluidik-Komponenten. Die Untersuchungen veranschaulichen den Einfluss der verschiedenen Parameter wie Gasdruck und Gasart auf das Entladungsverhalten. Dieser Erkenntnisgewinn ermöglicht die gezielte Anwendung von Mikroplasmen für die Oberflächenmodifizierung in Mikrofluidik-Komponenten.The present work deals with the application of atmospheric preassure microplasma for the treatment of internal surfaces of closed microfluidic components. These components are used in many scientific fields, e.g. like the medical diagnostics and pharmacy research. Cross sections of the transport channels (capillary) in the microfluidic components are about some hundred micrometers. A procedure is to be developed which allows the surfaces of the channels to be modified selectively and cost effectively. The cold dielectric barrier discharge (DBD) inside transport channels of the component is chosen for surface treatment. The theoretical part of the work presents the basics of gas discharge mechanisms, with particular consideration of physical phenomena of barrier discharges. Furthermore the mechanisms of discharges in noble gases, which play an important role in this work, are explained. This part focuses on the metastable states of the noble gases. It follows a description of the test equipment, split in high voltage and gas supply, electric and non-electric measuring methods to capture the discharge. At the end the techniques to evaluate the treatment-effects are discussed. Possibilities of the local and global treatment of the microfluidic components stay in the cocus of the following experimental chapters. These deal with the development, optimisation and investigation of reactors which are suitable for these kind of treatment. The investigations demonstrate the influence of different parameters like gas mixture and pressure on the behaviour of the discharge. Finally, basing on the test results, the application possibilities of the introduced reactors are discussed