SMFA - Smart Micro Fluidic Actuator
Aufgabe/Zielsetzung
Im medizinischen Bereich besitzen Mikropumpen eine wesentliche Rolle. Motivation dafür bilden beispielsweise die zunehmende Automatisierung von Labortests und der Anwendung der patientennahen Labordiagnostik, der sogenannten „Point-of-Care-Diagnostik“. Aufgrund der damit verbundenen hohen Anforderungen hinsichtlich der Funktionalität, Dosiergenauigkeit, Integrierbarkeit, Medienverträglichkeit und Lebensdauer bei geringem Energieeintrag steigt das Interesse an alternativen Antriebskonzepten. Insbesondere ferromagnetische Formgedächtnislegierungen (MSM – engl. „magnetic shape memory“) bieten für den Einsatz in der Medizintechnik interessante Eigenschaften. Neben der unidirektionalen Hubarbeit der MSM-Elemente kann mit Hilfe eines wandernden Magnetfelds (z.B. durch Rotation eines Dauermagneten) an der MSM-Oberfläche eine wandernde Welle erzeugt werden. Es bestehen bereits erste Ansätze, diese Welle zur Umsetzung einer Mikropumpe zu nutzen. Ziel ist die Entwicklung einer wettbewerbsfähigen Mikropumpe basierend auf einen MSM-Aktor mit Wanderwellencharakter.
Lösungsweg
Als Besonderheit des Projektes ist die über alle Schritte der Wertschöpfungskette verteilte Zusammenarbeit von sechs Partnern aus Industrie und Wissenschaft hervorzuheben. Das Teilvorhaben der Professur „Pumpentechnik und deren Skalierbarkeit“ umfasst die Entwicklung der Pumpentechnik von der Konzeptionierung bis hin zur Konstruktion und Fertigung eines Funktionsmusters der Pumpe. Dies erfordert eine genaue Abstimmung des Magnetkreises und der Fluidstufe auf das hysteresebehaftete MSM-Materialverhalten. Zum Einsatz kommen daher verschiedene numerische Simulationswerkzeuge wie FEM in Kombination mit analytischen und empirischen Ansätzen. Anhand des Funktionsmusters sollen zudem Möglichkeiten der Skalierbarkeit überprüft werden, um den möglichen Anwendungsbereich einer MSM-basierten Peristaltikpumpe zu erschließen.
Das diesem Beitrag zugrundeliegende Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF unter dem Förderkennzeichen PtJ 03ZZ1041F gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.