DE102006009424A1 - Electrohydrodynamic micropump and its use - Google Patents

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Jan Prof. Dr. Gimsa
Moritz Holtappels
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Gimsa Jan Profdr 18146 Rostock De
Holtappels Moritz 28203 Bremen De
STUBBE, MARCO, 18209 BAD DOBERAN, DE
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Universitaet Rostock
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrohydrodynamische Mikropumpe (1) sowie deren Verwendung und ein Verfahren zum Pumpen, mit mindestens einem Pumpkanal (2), die dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Pumpkanal (2) mindestens eine Elektrodenvorrichtung (6) zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes und zur Erzeugung eines Temperaturgradienten in der Flüssigkeit angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verwendung der Mikropumpe und ein Verfahren zur Erzeugung zum Pumpen einer Flüssigkeit.The invention relates to an electrohydrodynamic micropump (1) and its use and a method for pumping, with at least one pump channel (2), which is characterized in that at least one electrode device (6) for generating an alternating electrical field and is arranged to generate a temperature gradient in the liquid. The invention further relates to a use of the micropump and a method for generating it for pumping a liquid.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydrodynamische Mikropumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Verwendung der Mikropumpe nach Anspruch 24 und ein Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit nach Anspruch 25.The The invention relates to an electrohydrodynamic micropump after The preamble of claim 1, a use of the micropump according to claim 24 and a method for pumping a liquid according to claim 25.

Pumpen bzw. Mikropumpen, die durch Anlegen von elektrischen Feldern eine Pumpwirkung auf Flüssigkeiten entfalten sind bekannt. Speziell sind Pumpsysteme beschrieben worden, deren Pumpleistung durch Zusammenwirken von elektrischen Wechselfeldern und dielektrischen Elementen beeinflusst wird.pump or micropumps, the by applying electric fields a Pumping action on liquids unfold are known. Specifically, pumping systems have been described their pumping power through interaction of alternating electric fields and dielectric elements.

So zeigt die US 4,316,233 einen Apparat zum Transport von Flüssigkeiten oder Partikeln mittels eines angelegten elektrischen Feldes. Der Apparat besteht aus einer Pumpkammer mit zwei Elektroden, wobei an einer Elektrode ein dielektrisches Element mit einer Sägezahnstruktur angeordnet ist. Die spezifische Anordnung bedingt die Ausbildung eines elektrischen Wanderfeldes, wodurch die zu pumpende Flüssigkeit polarisiert wird und in Wanderfeldrichtung eine Pumpkraft erzeugt wird.That's how it shows US 4,316,233 an apparatus for transporting liquids or particles by means of an applied electric field. The apparatus consists of a pumping chamber with two electrodes, wherein on one electrode a dielectric element with a sawtooth structure is arranged. The specific arrangement requires the formation of an electrical traveling field, whereby the liquid to be pumped is polarized and in the traveling field direction, a pumping force is generated.

In der DE 103 29 979 A1 wird ebenfalls eine Pumpe beschrieben, die eine Pumpkammer mit einer Elektrodenvorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes sowie ein dielektrisches Element aufweist. Das dielektrische Element beeinflusst dabei den Feldverlauf des elektrischen Wechselfeldes, wobei die zum Pumpen erforderliche Pumpkraft vom elektrischen Wechselfeld erzeugt wird. Das dielektrische Element ist derart ausgebildet, dass das elektrische Wechselfeld einen ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer in Pumprichtung aufweist. Dadurch wird in der Flüssigkeit ein ortsfester und zeitunabhängiger Polarisationsgradient in der Flüssigkeit in Pumprichtung hervorgerufen.In the DE 103 29 979 A1 Also, a pump is described which has a pumping chamber with an electrode device for generating an alternating electric field and a dielectric element. The dielectric element thereby influences the field profile of the alternating electric field, wherein the pumping force required for pumping is generated by the alternating electric field. The dielectric element is designed such that the alternating electric field has a stationary and time-independent field gradient within the pumping chamber in the pumping direction. As a result, a stationary and time-independent polarization gradient in the liquid in the pumping direction is produced in the liquid.

Dieser Aufbau generiert dabei Kräfte, die sowohl in Pumprichtung als auch gegen die Pumprichtung wirken. Der Flüssigkeitstransport wird durch eine unsymmetrische Bauweise des dielektrischen Elementes und des gesamten Pumpsystems hervorgerufen. Der unsymmetrische Aufbau des dielektrischen Elementes bedingt ein Überwiegen der erzeugten Kraft in eine Richtung und es kommt zum Flüssigkeitstransport in Pumprichtung, wobei die Pumprichtung bedingt durch die spezifische Konstruktion nicht verändert oder umgekehrt werden kann.This Construction generates forces, which act both in the pumping direction and against the pumping direction. The liquid transport is due to an asymmetrical construction of the dielectric element and the entire pumping system. The unbalanced construction of the dielectric element causes a preponderance of the generated force in one direction and fluid transport in the pumping direction, the pumping direction being conditioned by the specific construction not changed or vice versa.

Nachteilig bei dem beschriebenen Pumpsystem ist auch der durch das dielektrische Element verursachte erhöhte Strömungswiderstand, da die dielektrischen Elemente notwendigerweise den Strömungskanal einengen und somit den Strömungswiderstand Fr ~ 1/r4 gemäß dem Hagen-Pouseuille'schen Gesetz erhöhen.A disadvantage of the pumping system described is also the increased flow resistance caused by the dielectric element, since the dielectric elements necessarily restrict the flow channel and thus increase the flow resistance Fr-1 / r 4 according to Hagen-Pouseuille's Law.

Der Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, eine Mikropumpe bereitzustellen, mit der die Pumprichtung besser zu kontrollieren ist, die Pumprichtung beliebig variiert werden kann sowie mit der eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.Of the The invention is therefore based on the problem of providing a micropump, with which the pumping direction is better to control, the pumping direction can be varied as desired and with a higher flow rate can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrohydrodynamische Mikropumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a electrohydrodynamic micropump having the features of the claim 1 solved.

Danach weist die elektrohydrodynamische Mikropumpe mindestens einen Pumpkanal auf, wobei in dem Pumpkanal mindestens eine Elektrodenvorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes und zur Erzeugung eines Temperaturgradienten in der Flüssigkeit angeordnet ist.After that the electrohydrodynamic micropump has at least one pumping channel at least one electrode device in the pumping channel for generating an alternating electric field and for generating a temperature gradient is arranged in the liquid.

Die erfindungsgemäße Mikropumpe ermöglicht in einfacher aber effektiver Weise eine verbesserte Kontrolle und Steuerung der Pumprichtung und der Pumpgeschwindigkeit. So ist in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Wechselfeld und der Art der verwendeten Flüssigkeit eine gezielte Beeinflussung der Pumprichtung und der Pumpgeschwindigkeit möglich.The Micropump according to the invention allows in a simple but effective way improved control and Control of pumping direction and pumping speed. So is in Dependency on applied alternating electric field and the type of used liquid a targeted influencing of the pumping direction and the pumping speed possible.

Beispielsweise weisen ionische physiologische Salzlösungen mit Konzentrationen bis zu 200 mM, insbesondere zwischen 15 und 150 mM, bei Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes mit einer Frequenz unter 20 bzw. 200 MHz eine definierte Pumprichtung auf. Bei Erhöhung der Salzkonzentration auf über 200 mM und der damit verbundenen höheren Ionenstärke erfolgt ebenfalls eine Erhöhung der Frequenz, oberhalb derer es zu einer Änderung der Pumprichtung in die entgegengesetzte Richtung kommen kann.For example have ionic physiological saline solutions with concentrations up to 200 mM, in particular between 15 and 150 mM, when applied an alternating electric field with a frequency below 20 or 200 MHz a defined pumping direction. When increasing the Salt concentration on over 200 mM and the associated higher ionic strength occurs also an increase in the Frequency above which there is a change in the pumping direction in the opposite direction can come.

Werden nicht-ionische Flüssigkeiten, wie z.B. Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge von C10 bis C19, verwendet, kann es bei gleicher Frequenz des angelegten elektrischen Wechselfeldes ebenfalls zu einer Umkehr der Pumprichtung kommen.If non-ionic liquids, such as hydrocarbons with a chain length of C 10 to C 19 , are used, the pumping direction can also be reversed at the same frequency of the applied alternating electric field.

Die Elektrodenvorrichtung wirkt des Weiteren bei Anlegen des elektrischen Wechselfeldes als Heizelement. Dabei wirkt mindestens eine Elektrode der Elektrodenvorrichtung als Wärmesenke, wodurch es zur Ausbildung eines Temperaturgradienten in der zu transportierenden Flüssigkeit, insbesondere im Bereich der Elektrodenvorrichtung, kommt. Der Temperaturgradient bewirkt die Bildung eines Gradienten der Leitfähigkeit und/oder der Dielektrizitätskonstante in der zu transportierenden Flüssigkeit. Im erzeugten elektrischen Wechselfeld erfährt die Flüssigkeit durch den Gradienten eine resultierende Kraft in Richtung niedrigerer Leitfähigkeiten bzw. Dielektrizitätskonstanten, wodurch es zu einem Flüssigkeitstransport kommt.Furthermore, the electrode device acts as a heating element when the alternating electric field is applied. In this case, at least one electrode of the electrode device acts as a heat sink, which leads to the formation of a temperature gradient in the liquid to be transported, in particular in the region of the electrode device. The temperature gradient causes the formation of a gradient of the conductivity and / or the dielectric constant in the liquid to be transported. In the generated alternating electric field, the liquid undergoes a resulting force in the direction of lower conductivities or dielectric constants by the gradient, which leads to a liquid transport.

Zu dem wird der Strömungswiderstand durch das Fehlen des dielektrischen Elementes erheblich verringert Der Pumpkanal kann sogar beliebig verbreitert werden, um einen größeren Volumenstrom zu erzeugen.To this is the flow resistance significantly reduced by the absence of the dielectric element The pumping channel can even be widened arbitrarily to a larger volume flow produce.

Des Weiteren benötigt die erfindungsgemäße Pumpe keinen ortsfesten, zeitunabhängigen Feldgradienten und somit auch kein dielektrisches Element zum Beeinflussen des elektrischen Feldverlaufes zwischen den Elektroden.Of Further needed the pump according to the invention no fixed, time-independent Field gradients and thus no dielectric element for influencing the electric field course between the electrodes.

Die Elektrodenvorrichtung der erfindungsgemäßen Pumpe weist bevorzugt mindestens eine erste und mindestens eine zweite, einander gegenüberliegende Elektrode auf, wobei die Elektroden als Platten flach an Boden, Wand und/oder Decke des Pumpkanals der Mikropumpe angeordnet sind. Die flache Anordnung ermöglicht ein Überströmen der zu transportierenden Flüssigkeit, so dass eine weitere Reduzierung des Strömungswiderstandes erreicht wird.The Electrode device of the pump according to the invention preferably has at least a first and at least a second, opposite one another Electrode, with the electrodes as plates flat on the ground, Wall and / or ceiling of the pumping channel of the micropump are arranged. The flat arrangement allows an overflow of liquid to be transported, so that a further reduction of the flow resistance is achieved.

Vorteilhafterweise umfasst die Elektrodenvorrichtung mindestens zwei metallische Elektroden mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Bevorzugtes Elektrodenmaterial sind Gold, Platin, Indium-Zinnoxid oder weitere Metalle oder Metalloxide mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit der metallischen Elektroden trägt zu einer Erhöhung des Temperaturgradienten bei und verstärkt somit die Pumpleistung. Beide Elektroden weisen bevorzugt unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten auf.advantageously, the electrode device comprises at least two metallic electrodes high thermal conductivity. Preferred electrode material are gold, platinum, indium tin oxide or other metals or metal oxides with high thermal conductivity. The very high thermal conductivity the metallic electrodes carries to an increase the temperature gradient and thus increases the pump power. Both electrodes preferably have different thermal conductivities on.

Vorteilhafterweise weisen die erste und zweite Elektrode von einander verschiedene Abmessungen auf. Bevorzugt ist die erste Elektrode durch eine größere Fläche, Breite und/oder größeres Volumen als die zweite Elektrode gekennzeichnet. Die unterschiedlichen Abmessungen bewirken die Bildung eines stärkeren Temperaturgradienten, da die größere erste Elektrode in ihrer Funktion als zusätzliche Wärmesenke in dem System unterstützt wird.advantageously, The first and second electrodes are different from each other Dimensions on. Preferably, the first electrode is by a larger area, width and / or larger volume than the second electrode marked. The different dimensions cause the formation of a stronger temperature gradient, because the larger first Electrode is supported in its function as an additional heat sink in the system.

Vorteilhafterweise befindet sich im Pumpkanal mindestens ein Heizelement zur Erzeugung eines zusätzlichen Temperaturgradienten in der Flüssigkeit, wobei das Heizelement sich, abhängig von der Frequenz des Feldes, in Flussrichtung bevorzugt vor oder hinter der Elektrodenvorrichtung befindet.advantageously, is located in the pumping channel at least one heating element for generating an additional one Temperature gradients in the liquid, where the heating element is dependent from the frequency of the field, in the flow direction preferably before or located behind the electrode device.

Der durch das Heizelement erzeugte zusätzliche Temperaturgradient reicht dabei bis in den Bereich des durch die Elektrodenvorrichtung erzeugten elektrischen Wechselfeldes hinein und unterstützt die Bildung eines Gradienten der Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstante in der zu transportierenden Flüssigkeit.Of the additional temperature gradient generated by the heating element extends into the region of the through the electrode device generated electric alternating field and supports the formation a gradient of conductivity and the dielectric constant in the liquid to be transported.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die spezifische Anordnung des Heizelementes in Flussrichtung vor bzw. hinter dem elektrischen Wechselfeld Pumpkräfte nur in eine Richtung generiert. Dies führt zu einer erheblichen Effektivitätserhöhung.Of the Advantage of this arrangement is that the specific arrangement of the heating element in the flow direction in front of or behind the alternating electric field pumping forces only generated in one direction. This leads to a considerable increase in effectiveness.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind Heizelement und zweite Elektrode kombiniert in Form eines gemeinsamen Bauelementes ausgeführt.In an advantageous embodiment are combined heating element and second electrode in the form of a common Construction element executed.

Das kontinuierlich und/oder gepulst generierte elektrische Wechselfeld weist mit Vorteil einen sinus- oder rechteckförmigen Zeitverlauf auf. Bevorzugt ist die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes auf eine elektrische Resonanzfrequenz der Pumpe abgestimmt.The continuously and / or pulsed generated alternating electric field advantageously has a sinusoidal or rectangular time course. Prefers is the frequency of the alternating electric field on an electric Tuned resonance frequency of the pump.

Das Heizelement ist vorteilhafterweise in Form von Heizstrukturen, Heizdrähten, und/oder Wärmestrahlern ausgebildet. Die Heizelemente oder Heizstrukturen werden bevorzugt gemeinsam mit der Elektrodenvorrichtung in einem Herstellungsprozess erzeugt.The Heating element is advantageously in the form of heating structures, heating wires, and / or radiant heaters educated. The heating elements or heating structures are preferred generated together with the electrode device in a manufacturing process.

Mit Vorteil ist die mittels der Pumpe zu transportierende Flüssigkeit durch eine Leitfähigkeit von 0,0001 S/m bis 10 S/m und eine Permittivität von 2 bis 10000 gekennzeichnet.With Advantage is the liquid to be transported by means of the pump through a conductivity from 0.0001 S / m to 10 S / m and a permittivity of 2 to 10,000.

Der Pumpkanal der Mikropumpe ist vorteilhafterweise auf einem Mikrosystem, insbesondere einem Chip, angeordnet. Beispiele für biologische oder chemische Mikrosysteme oder Chips sind u.a. unter den Begriffen „factory on a chip" oder „micro-total analysis system".Of the Pumping channel of the micropump is advantageously on a microsystem, in particular a chip arranged. Examples of biological or chemical microsystems or chips are u.a. under the terms "factory on a chip" or "micro-total analysis system ".

Besonders bevorzugt ist die Anordnung der Mikropumpe in einer auf einem Chip platzierten Kammer, die als Mikroreaktor ausgebildet ist. Die Kammer ist vorteilhafterweise mit einem chemischen und/oder biologischen Reaktionssystemen wie z.B. Nährlösung, Zellkulturen, physiologische Salzlösungen, Suspensionsmittel und/oder chemische Reaktionslösungen, befüllt. Die Mikropumpe ermöglicht einen Transport bzw. eine Bewegung der Reaktionslösungen innerhalb der Kammer und fungiert somit im Wesentlichen in Form eines Mikro-Rührwerkes.Especially preferred is the arrangement of the micropump in one on a chip placed chamber, which is designed as a microreactor. The chamber is advantageously with a chemical and / or biological reaction systems such as. Nutrient solution, cell cultures, physiological saline solutions, suspending agents and / or chemical reaction solutions, filled. The micropump allows a transport or a movement of the reaction solutions within the chamber and thus acts essentially in the form of a micro-agitator.

Es ist vorstellbar, dass in einer Ausführungsform in der Mikroreaktor-Kammer chemische Reaktionen durchgeführt werden oder Peptide modifiziert werden. Es ist auch vorstellbar, dass Zellen in einer derartigen Struktur gezüchtet werden. Auch ist eine Verkapselung von Substanzen oder Zellen und deren Transport in diesem System bei Verwendung von langkettigen Kohlenwasserstoffen als Pumpflüssigkeit möglich.It is conceivable that in one embodiment chemical reactions may be carried out in the microreactor chamber or peptides may be modified. It is also conceivable that cells are cultured in such a structure. Also, encapsulation of substances or cells and their transport in this system when using long-chain hydrocarbons as pumping liquid possible.

Die Mikroreaktor-Kammer wird vorteilhafterweise mittels eines Mikrodosiersystems befüllt oder entleert. Das Mikrodosiersystem ist z.B. als Piezoelement ausgebildet.The Micro-reactor chamber is advantageously by means of a Mikrodosiersystems filled or emptied. The microdosing system is e.g. designed as a piezoelectric element.

Die Mikropumpe kann auch – mit oder ohne die genannte Mikroreaktor-Kammer – in eine Pump-Struktur bzw. Pumpsystem aus mindestens einer Pumpkammer und mindestens einer Abflusskammer integriert sein. Mit Vorteil mündet die Pumpkammer an mindestens einer Abflussöffnung in den Pumpkanal. Der Pumpkanal, in dem die Elektrodenvorrichtung und ggf. ein Heizelement angeordnet sind, mündet wiederum mit Vorteil an mindestens einer Ausflussöffnung in die Abflusskammer. Die Abflusskammer kann ebenfalls zur Aufnahme von biologischen und/oder chemischen Reaktionslösungen, wie z.B. zur Zellzucht, dienen.The Micropump can also - with or without said microreactor chamber - into a pump structure or Pumping system of at least one pumping chamber and at least one Be integrated drainage chamber. Advantageously, the pumping chamber opens at least a drain opening in the pumping channel. The pumping channel in which the electrode device and possibly a heating element are arranged, in turn, leads to advantage at least one outflow opening into the drainage chamber. The drainage chamber can also accommodate of biological and / or chemical reaction solutions, e.g. for cell breeding, serve.

Die Abflusskammer ist vorteilhafterweise mit mindestens einem weiteren Kanal verbunden, wodurch die Mikropumpe z.B. zur Verteilung von Substanzen oder Stoffen im Mikrosystem der Pump-Struktur genutzt werden kann. Die Pumpkammer und Abflusskammer sind auch vorteilhafterweise über den Pumpkanal und den weiteren Kanal verbunden. Der weitere Kanal kann bevorzugt als Messkanal, Reaktionskanal und/oder Versorgungskanal ausgebildet sein.The Drainage chamber is advantageously with at least one other Channel, whereby the micropump e.g. for the distribution of Substances or substances used in the microsystem of the pump structure can be. The pumping chamber and drainage chamber are also advantageously over the Pump channel and the other channel connected. The other channel can preferably as a measuring channel, reaction channel and / or supply channel be educated.

Insgesamt bilden Pumpkammer, Pumpkanal, Abflusskammer und der weitere Kanal mit Vorteil ein abgeschlossenes Kreislaufsystem, wobei Pumpkammer und Abflusskammer jeweils mindestens einen Ein- und/oder Auslasskanal zur Befüllung und/oder Entleerung des Kreislaufsystems aufweisen.All in all form pumping chamber, pumping channel, drainage chamber and the other channel with advantage a closed circulation system, whereby pumping chamber and discharge chamber in each case at least one inlet and / or outlet channel for filling and / or emptying the circulatory system.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Verwendung der Pumpe gemäß Anspruch 24 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst.The The object of the invention is also achieved by use of the pump according to claim 24 and a method having the features of claim 25 solved.

Danach wird die Mikropumpe mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1 bis 23 zum Pumpen von Flüssigkeiten, insbesondere in abgeschlossenen Kreislaufsystemen, verwendet.After that is the micropump with the features according to claims 1 to 23 for pumping Liquids, especially in closed circulation systems used.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Mikropumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23 ist durch die Bildung eines elektrischen Wechselfeldes und eines Temperaturgradienten in der zu pumpenden Flüssigkeit zwischen mindestens zwei Elektroden gekennzeichnet, wobei die Pumprichtung vom angelegten elektrischen Wechselfeld im Pumpkanal gesteuert wird.The inventive method for pumping a liquid in a micropump according to at least one of claims 1 to 23 is due to the formation of an alternating electric field and a temperature gradient in the liquid to be pumped characterized at least two electrodes, wherein the pumping direction is controlled by the applied alternating electric field in the pumping channel.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit Vorteil auch durch die Bildung eines zusätzlichen Temperaturgradienten im Pumpkanal durch ein Heizelement gekennzeichnet, wobei der Temperaturgradient bis in den Bereich des elektrischen Wechselfeldes zwischen den Elektroden hineinreicht oder mit diesem ganz oder teilweise überlappt.The inventive method is also beneficial by the formation of an additional temperature gradient characterized in the pumping channel by a heating element, wherein the temperature gradient to the area of the alternating electric field between the electrodes extends or overlaps with this in whole or in part.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to the figures in several embodiments explained in more detail.

1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikropumpe 1 : a schematic representation of a first embodiment of the micropump according to the invention

2: schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikropumpe 2 : schematic representation of a second embodiment of the micropump according to the invention

3: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikropumpe 3 : a schematic representation of a third embodiment of the micropump according to the invention

4: schematische Darstellung eines abgeschlossenen Kreislaufsystems mit der erfindungsgemäßen Mikropumpe 4 : schematic representation of a closed circuit system with the micropump according to the invention

5 modellierte Darstellung des Temperaturverlaufs (Angabe in Kelvin) in einem abgeschlossenen Kreislaufsystem mit der erfindungsgemäßen Mikropumpe 5 Modeled representation of the temperature profile (reported in Kelvin) in a closed loop system with the micropump according to the invention

6 modellierte Darstellung des Verlaufs der Strömungskraft (Angabe in N/m3) in einem abgeschlossenen Kreislaufsystem mit der erfindungsgemäßen Mikropumpe 6 modeled representation of the course of the flow force (in N / m 3 ) in a closed loop system with the micropump according to the invention

7 modellierte Darstellung der Fliessgeschwindigkeit (Angabe in m/s) in einem abgeschlossenen Kreislaufsystem mit der erfindungsgemäßen Mikropumpe 7 modeled representation of the flow velocity (given in m / s) in a closed loop system with the micropump according to the invention

8 ein erstes Diagramm mit der Darstellung des funktionellen Zusammenhanges von angelegter Frequenz und Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit der zu pumpenden Flüssigkeit 8th a first diagram showing the functional relationship of applied frequency and velocity as a function of the conductivity of the liquid to be pumped

9 ein zweites Diagramm mit Darstellung des funktionellen Zusammenhanges von angelegter Elektrodenspannung und Geschwindigkeit 9 a second diagram showing the functional relationship of applied electrode voltage and speed

10 ein drittes Diagramm mit Darstellung des funktionellen Zusammenhanges von Heizleistung und Geschwindigkeit 10 a third diagram showing the functional relationship between heating power and speed

1 zeigt den schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrohydrodynamischen Mikropumpe 1 umfassend einen Pumpkanal 2 und eine Elektrodenvorrichtung 6. Das Kernstück der Pumpe ist die Elektrodenvorrichtung 6 mit den Elektroden 4 und 5, die bevorzugt aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten aufgebaut sind. Das erzeugte elektrische Wechselfeld und der zwischen den Elektroden erzeugte Temperaturgradient üben eine Kraft auf die Ladungsträger und/oder Dipole der Flüssigkeit aus und generiert so einen Flüssigkeitstransport in oder entgegen der Fließrichtung 7. 1 shows the schematic structure of a first embodiment of the electrohydrodynamic micropump according to the invention 1 full a pumping channel 2 and an electrode device 6 , The heart of the pump is the electrode device 6 with the electrodes 4 and 5 , which are preferably constructed of materials with different thermal conductivities. The generated alternating electric field and the temperature gradient generated between the electrodes exert a force on the charge carriers and / or dipoles of the liquid and thus generates a liquid transport in or against the flow direction 7 ,

2 verdeutlicht schematisch den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der elektrohydrodynamischen Mikropumpe 1 mit einem Pumpkanal 2, einem im Pumpkanal angeordneten Heizelement 3 und einer Elektrodenvorrichtung 6 mit den Elektroden 4 und 5. Durch Generierung eines zusätzlichen Temperaturgradienten mittels des Heizelementes 3 wird der Flüssigkeitstransport unterstützt. 2 schematically illustrates the structure of a second embodiment of the electrohydrodynamic micropump 1 with a pumping channel 2 , a heating element arranged in the pumping channel 3 and an electrode device 6 with the electrodes 4 and 5 , By generating an additional temperature gradient by means of the heating element 3 the liquid transport is supported.

Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe ist in 3 dargestellt, bei der die zweite Elektrode 5 mit einem Abschnitt des Heizelements 3 zu einem Bauelement 8 kombiniert ist. Eine Verbreiterung der ersten Elektrode 4 führt zu einer verbesserten Wärmeableitung und einer Erhöhung des Temperaturgradienten und somit einer höheren Fliessgeschwindigkeit.A third embodiment of the pump according to the invention is in 3 shown in which the second electrode 5 with a portion of the heating element 3 to a component 8th combined. A broadening of the first electrode 4 leads to improved heat dissipation and an increase in the temperature gradient and thus a higher flow rate.

Die erfindungsgemäße Mikropumpe ist bevorzugt in ein in 4 dargestelltes Kreislaufsystem 13 eingebaut. Das Kreislaufsystem 13 umfasst die Pumpkammer 9, den Pumpkanal 2 mit dem Heizelement 3 und der Elektrodenvorrichtung 6, die Abflusskammer 10 und den weiteren Kanal 11, wobei der Kanal 11 für praktische Anwendungen ein chemische oder biologisches System enthalten kann. Die Pumpkammer 9 mündet an der Abflussöffnung 2a in einem rechten Winkel in den Pumpkanal 2, der an der Ausflussöffnung 2b in einem rechten Winkel in die Abflusskammer 10 übergeht. Der Kanal 11 ist ebenfalls in rechten Winkeln zur Pumpkammer 9 und zur Abflusskammer 10 angeordnet.The micropump according to the invention is preferably in an in 4 illustrated circulatory system 13 built-in. The circulatory system 13 includes the pumping chamber 9 , the pumping channel 2 with the heating element 3 and the electrode device 6 , the drainage chamber 10 and the other channel 11 , where the channel 11 for practical applications may contain a chemical or biological system. The pumping chamber 9 flows at the outlet 2a at a right angle into the pumping channel 2 Standing at the outflow opening 2 B at a right angle into the drainage chamber 10 passes. The channel 11 is also at right angles to the pumping chamber 9 and to the drainage chamber 10 arranged.

Der Abstand zwischen Pumpkanal 2 und Kanal 11 ist 100 bis 2000 μm, bevorzugt 1100 μm, und zwischen Pumpkammer 9 und Abflusskammer 10 50 bis 1500 μm, bevorzugt 900 μm.The distance between the pumping channel 2 and channel 11 is 100 to 2000 microns, preferably 1100 microns, and between the pumping chamber 9 and drainage chamber 10 50 to 1500 .mu.m, preferably 900 .mu.m.

Das Kreislaufsystem 13 wird an den Einlasskanälen 12 mit wässrigen Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von 0,01 S/m und einer Permitivität von 80 befüllt. Nach Befüllung werden die Kanäle 12 verschlossen, so dass keine weitere Flüssigkeitsbewegung in diese Richtungen stattfinden kann. Der Pumpkanal 2 weist eine Höhe zwischen 20 bis 100 μm, bevorzugt von 64 μm, auf.The circulatory system 13 will be at the inlet channels 12 filled with aqueous liquid having a conductivity of 0.01 S / m and a permittivity of 80. After filling the channels 12 closed, so that no further fluid movement can take place in these directions. The pump channel 2 has a height between 20 to 100 .mu.m, preferably of 64 .mu.m.

Das Heizelement 3 ist gemäß 4 als Heizwendel ausgebildet. Durch Anlegen einer Spannung (DC) von 15 V wird die Flüssigkeit bis zu einer Temperatur von über 312 K erwärmt, wodurch ein Temperaturgradient gemäß dem in 5 gezeigten Modell im Pumpkanal 2 ausgebildet wird.The heating element 3 is according to 4 designed as a heating coil. By applying a voltage (DC) of 15 V, the liquid is heated to a temperature above 312 K, whereby a temperature gradient according to the in 5 Model shown in the pump channel 2 is trained.

Die Elektrodenvorrichtung 6 besteht aus zwei flach am Boden verlaufenden Elektroden 4 und 5 mit einer Dicke von 10 bis 1000 nm, bevorzugt von 100 nm, wodurch die Flüssigkeit ohne zusätzlichen Widerstand über die Elektroden strömen kann. Durch Anlegen einer Wechselspannung (AC) von 30 Vrms mit einer Frequenz von 300 kHz entsteht zwischen den Elektroden ein starkes elektrisches Feld. Die Flüssigkeit erfährt in dem elektrischen Feld gemäß dem in 6 gezeigten Modell eine Kraft bis zu 1169 N/m3 in Richtung niedrigerer Leitfähigkeit bzw. niedrigerer Temperaturen und wird somit entlang des Pumpkanals 2 in Fließrichtung 7 bewegt. Es kommt zur Ausbildung einer kreisförmigen Strömung aus dem Pumpkanal 2 durch die Abflusskammer 10 in den Kanal 11 und die Pumpkammer 9. Die Fließgeschwindigkeit zeigt dabei im Pumpkanal 2 und im Kanal 11 gemäß Modell in 7 die höchsten Werte von bis zu 1,646e·10–4 m/s.The electrode device 6 consists of two flat electrodes 4 and 5 with a thickness of 10 to 1000 nm, preferably of 100 nm, whereby the liquid can flow over the electrodes without additional resistance. By applying an alternating voltage (AC) of 30 Vrms with a frequency of 300 kHz, a strong electric field is created between the electrodes. The liquid undergoes in the electric field according to the in 6 a force up to 1169 N / m 3 in the direction of lower conductivity or lower temperatures and is thus along the pumping channel 2 in the flow direction 7 emotional. It comes to the formation of a circular flow from the pumping channel 2 through the drainage chamber 10 in the channel 11 and the pumping chamber 9 , The flow rate shows in the pump channel 2 and in the canal 11 according to model in 7 the highest values of up to 1,646e · 10 -4 m / s.

8 zeigt Frequenzspektren von Flüssigkeiten mit verschiedenen Leitfähigkeiten bei einer angelegten Elektrodenspannung von 40 V und einer Heizleistung von 0,187 mW. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist die Geschwindigkeit über einen weiten Frequenzbereich konstant. Mit ansteigender Frequenz kommt es zu einer Verringerung der Pumpgeschwindigkeit und schließlich bei einem flüssigkeitsspezifischen Wert von 0 μm/s zu einer Umkehr der Pumprichtung. 8th shows frequency spectra of liquids with different conductivities at an applied electrode voltage of 40 V and a heating power of 0.187 mW. As can be seen from the diagram, the speed is constant over a wide frequency range. As the frequency increases, the pumping speed decreases, and finally, with a liquid-specific value of 0 μm / s, the pumping direction is reversed.

In 9 ist die Pumpleistung bzw. Geschwindigkeit von zwei Flüssigkeiten mit verschiedenen Leitfähigkeiten in Abhängigkeit von der angelegten Elektrodenspannung graphisch dargestellt. Die Messungen erfolgen bei einer Heizleistung von 0,187 mW und einer von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit abhängigen Frequenz, wobei für eine erste Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von 1117 μS/cm eine Frequenz von 1 MHz und für eine zweite Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von 706 μS/cm eine Frequenz von 3 MHz verwendet werden. Die Geschwindigkeit der zu pumpenden Flüssigkeit steigt dabei proportional zur angelegten Elektrodenspannung.In 9 For example, the pumping power or velocity of two liquids with different conductivities is plotted against the applied electrode voltage. The measurements are carried out at a heating power of 0.187 mW and a dependent on the conductivity of the liquid frequency, wherein for a first liquid having a conductivity of 1117 μS / cm, a frequency of 1 MHz and for a second liquid having a conductivity of 706 μS / cm a frequency of 3 MHz can be used. The speed of the liquid to be pumped increases in proportion to the applied electrode voltage.

10 zeigt den Einfluss der Heizleistung auf die Geschwindigkeit der zu pumpenden Flüssigkeit, wobei auch hier ein proportionaler Zusammenhang erkennbar ist. Die Geschwindigkeit nimmt mit steigender Heizleistung zu. Die Messungen werden bei einer Elektrodenspannung von 40 V und bei einer von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit abhängigen Frequenz durchgeführt, wobei auch hier für eine erste Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von 1117 μS/cm eine Frequenz von 1 MHz und für eine zweite Flüssigkeit mit einer Leitfähigkeit von 706 μS/cm eine Frequenz von 3 MHz verwendet werden. 10 shows the influence of the heating power on the speed of the liquid to be pumped, with a proportional relationship is also recognizable here. The speed increases with increasing heating power. The measurements are carried out at an electrode voltage of 40 V and at a dependent on the conductivity of the liquid frequency, again for a first liquid having a conductivity of 1117 μS / cm, a frequency of 1 MHz and for a second Flüs With a conductivity of 706 μS / cm, a frequency of 3 MHz can be used.

11
elektrohydrodynamische Mikropumpeelectrohydrodynamic micropump
22
Pumpkanalpump channel
2a2a
Abflussöffnungdrain opening
2b2 B
AusflussöffnungBore
33
Heizelementheating element
44
erste Elektrodefirst electrode
55
zweite Elektrodesecond electrode
66
Elektrodenvorrichtungelectrode device
77
Fließrichtungflow direction
88th
Bauelement aus Kombination von zweiter Elektrode 5 mit Abschnitte des Heizelement 3 Component of combination of second electrode 5 with sections of the heating element 3
99
Pumpkammerpumping chamber
1010
Abflusskammerdrain chamber
1111
weiterer KanalAnother channel
1212
Ein- und/oder AuslasskanalOne- and / or outlet channel
1313
KreislaufsystemCirculatory system

Claims (26)

Elektrohydrodynamische Mikropumpe (1) mit mindestens einem Pumpkanal (2) zum Pumpen einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpkanal (2) mindestens eine Elektrodenvorrichtung (6) zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes und zur Erzeugung eines Temperaturgradienten in der zu pumpenden Flüssigkeit angeordnet ist.Electrohydrodynamic micropump ( 1 ) with at least one pump channel ( 2 ) for pumping a liquid, characterized in that in the pumping channel ( 2 ) at least one electrode device ( 6 ) is arranged for generating an alternating electric field and for generating a temperature gradient in the liquid to be pumped. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenvorrichtung mindestens eine erste Elektrode (4) und eine zweite Elektrode (5) aufweist, die einander gegenüberliegen.Electrohydrodynamic micropump according to claim 1, characterized in that the electrode device comprises at least one first electrode ( 4 ) and a second electrode ( 5 ) which face each other. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenvorrichtung (6) mindestens zwei flach an Boden, Decke und/oder Seitenwänden des Pumpkanals (2) verlaufende Elektroden (4, 5) umfasst.Electrohydrodynamic micropump according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode device ( 6 ) at least two flat on the bottom, ceiling and / or side walls of the pumping channel ( 2 ) extending electrodes ( 4 . 5 ). Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenvorrichtung mindestens zwei metallische Elektroden (4, 5) mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfasst.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrode device comprises at least two metallic electrodes ( 4 . 5 ) with high thermal conductivity. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenvorrichtung mindestens zwei metallische Elektroden (4, 5) mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit umfasst.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrode device comprises at least two metallic electrodes ( 4 . 5 ) with different thermal conductivity. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4, 5) von einander verschiedene Abmaße aufweisen.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrodes ( 4 . 5 ) have different dimensions from each other. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (4) eine größere Fläche, Dicke und/oder Volumen als die zweite Elektrode (5) aufweist.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first electrode ( 4 ) has a larger area, thickness and / or volume than the second electrode ( 5 ) having. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (3) zur Erzeugung eines zusätzlichen Temperaturgradienten in der Flüssigkeit im Pumpkanal (2) angeordnet ist.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one heating element ( 3 ) for generating an additional temperature gradient in the liquid in the pump channel ( 2 ) is arranged. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (3) zur Erzeugung eines zusätzlichen Temperaturgradienten in der Flüssigkeit im Pumpkanal (2) in Flussrichtung vor oder hinter der Elektrodenvorrichtung (6) angeordnet ist.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one heating element ( 3 ) for generating an additional temperature gradient in the liquid in the pump channel ( 2 ) in the flow direction in front of or behind the electrode device ( 6 ) is arranged. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (3) und die zweite Elektrode (5) zu einem Bauelement teilweise kombiniert sind.Electrohydrodynamic micropump according to claim 8 or 9, characterized in that the heating element ( 3 ) and the second electrode ( 5 ) are partially combined to form a component. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Wechselfeld einen sinus- oder rechteckförmigen Zeitverlauf aufweist und/oder kontinuierlich oder gepulst generiert ist.Electrohydrodynamic micropump after at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the alternating electric field is a sinusoidal or rectangular Time course and / or generated continuously or pulsed is. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes eine elektrische Resonanzfrequenz der Pumpe ist.Electrohydrodynamic micropump after at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the frequency of the alternating electric field is an electrical resonance frequency of the pump. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (3) als leitende Mikrostrukturen mit elektrisch isolierter Oberfläche in Form von Heizdrähten und/oder Wärmestrahlern ausgebildet ist.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heating element ( 3 ) is formed as a conductive microstructures with electrically insulated surface in the form of heating wires and / or heat radiators. Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (2) auf einem Mikrosystem, insbesondere einem Chip, angeordnet ist.Micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pumping channel ( 2 ) is arranged on a microsystem, in particular a chip. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (2) in einer als Mikroreaktor ausgebildeten Kammer angeordnet ist.Electrohydrodynamic micropump according to claim 14, characterized in that the pumping channel ( 2 ) is arranged in a trained as a microreactor chamber. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die als Mikroreaktor ausgebildete Kammer ein chemisches und/oder biologisches Reaktionssystem aufweist.Electrohydrodynamic micropump according to Claim 14 or 15, characterized in that the chamber designed as a microreactor has a chemical and / or biological reaction system has. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (2) an ein Pumpsystem bestehend aus mindestens einer Pumpkammer (9) und mindestens einer Abflusskammer (10) gekoppelt ist.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pumping channel ( 2 ) to a pumping system consisting of at least one pumping chamber ( 9 ) and at least one effluent chamber ( 10 ) is coupled. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammer (9) an mindestens einer Abflussöffnung (2a) in den Pumpkanal (2) mündet.Electrohydrodynamic micropump according to claim 17, characterized in that the pumping chamber ( 9 ) at least one drainage opening ( 2a ) into the pumping channel ( 2 ) opens. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (2) an mindestens einer Ausflussöffnung (2b) in die Abflusskammer (10) mündet.Electrohydrodynamic micropump according to claim 17 or 18, characterized in that the pumping channel ( 2 ) at least one outflow opening ( 2 B ) into the effluent chamber ( 10 ) opens. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflusskammer (10) mit mindestens einem weiteren Kanal (11) direkt oder indirekt verbunden ist.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of claims 17 to 19, characterized in that the discharge chamber ( 10 ) with at least one further channel ( 11 ) is directly or indirectly connected. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammer (9) und Abflusskammer (10) über den Kanal (11) verbunden sind.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of claims 17 to 20, characterized in that the pumping chamber ( 9 ) and drainage chamber ( 10 ) over the canal ( 11 ) are connected. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpkammer (9), Pumpkanal (2), Abflusskammer (10) und Kanal (11) ein zumindest zeitweise geschlossenes Pumpsystem (13) bilden.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of Claims 14 to 21, characterized in that the pumping chamber ( 9 ), Pump channel ( 2 ), Drainage chamber ( 10 ) and channel ( 11 ) an at least temporarily closed pumping system ( 13 ) form. Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem (13) und/oder die als Mikroreaktor ausgebildete Kammer mittels Mikrodosiersystemen befüllt oder entleert werden.Electrohydrodynamic micropump according to at least one of claims 14 to 22, characterized in that the pumping system ( 13 ) and / or designed as a microreactor chamber filled by microdosing or emptied. Verwendung einer elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zum Pumpen von Flüssigkeiten.Use of an electrohydrodynamic micropump according to at least one of the preceding claims for pumping liquids. Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit in einer Elektrohydrodynamische Mikropumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch die Bildung eines elektrischen Wechselfeldes und eines Temperaturgradienten in der zu pumpenden Flüssigkeit zwischen den Elektroden (4, 5) im Pumpkanal (2), wobei die Pumprichtung vom angelegten elektrischen Wechselfeld im Pumpkanal (2) gesteuert wird.Method for pumping a liquid in an electrohydrodynamic micropump according to at least one of Claims 1 to 23, characterized by the formation of an alternating electric field and a temperature gradient in the liquid to be pumped between the electrodes ( 4 . 5 ) in the pumping channel ( 2 ), wherein the pumping direction of the applied alternating electric field in the pump channel ( 2 ) is controlled. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch die Bildung eines zusätzlichen Temperaturgradienten durch das Heizelement (3), wobei der zusätzliche Temperaturgradient bis in den Bereich des elektrischen Wechselfeldes zwischen den Elektroden (4, 5) hineinreicht oder ganz oder teilweise überlappt.Method according to claim 25, characterized by the formation of an additional temperature gradient by the heating element ( 3 ), wherein the additional temperature gradient extends into the region of the alternating electric field between the electrodes ( 4 . 5 ) or completely or partially overlaps.
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