diffusiemethoden

Diffusionsmethoden bezeichnen Verfahren, bei denen Diffusion als primärer Transportmechanismus genutzt wird, um Substanzen in einem Medium zu bewegen oder zu trennen. Diffusion ist der spontane Ausgleich eines Konzentrationsunterschieds durch die zufällige Bewegung von Teilchen. In Diffusionsmethoden erfolgt der Transport ohne aktiv zuzuführen, oft unterstützt durch semipermeable Membranen, Temperaturgradienten oder strukturierte Mikrokanäle.

Typische Anwendungsfelder liegen in der analytischen Chemie, Biomedizin, Materialwissenschaft und Mikrosystemtechnik. Zu den verbreiteten Formen gehören dialysebasierte Diffusionsprozesse, bei denen gelöste Stoffe durch eine Membran getrennt werden, sowie diffusionsbasierte Trenn- oder Reinigungsverfahren, die vor allem bei der Aufarbeitung von Proben eingesetzt werden. In der Mikrofluidik werden Diffusionsverfahren genutzt, um gezielt Konzentrationsgradienten zu erzeugen, die für Zellkultur, chemische Reaktionen oder Sensorik erforderlich sind.

Wichtige Einzelmethoden umfassen unter anderem die Diffusions- oder DOSY-NMR, bei der Diffusionskoeffizienten von Molekülen gemessen werden, um deren Größe und Bindungszustände zu charakterisieren. In der medizinischen Bildgebung kommt die Diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI) zum Einsatz, die auf der Bewegung von Wasser in Gewebe basiert und Hinweise auf Gewebestrukturen und Pathologien liefert. Diffusionsmethoden finden auch in der Biosensorik Anwendung, etwa in diffusionsbasierten Immunosensoren, wo Signale durch passiven Stofftransport entstehen.

Vorteile sind der passive Transport und der geringe Energiebedarf; sie eignen sich gut für labelfreie oder schonende Anwendungen. Herausforderungen ergeben sich durch langsamen Transport, Empfindlichkeit gegenüber Konvektion, Temperatur- und Mediumseinflüsse sowie durch oft geringere Durchsatz- oder Trennraten im Vergleich zu aktiven Verfahren.

Siehe auch: Diffusionskoeffizient, additive Trennverfahren, Mikrosystemtechnik, NMR-DOSY, diffusion-weighted imaging.