diffusionsteknikker

Diffusionsteknikker omfatter metoder der studerer eller udnytter spredningen af molekyler, atomer eller andre enheder i et medium. Diffusion er processen hvor partikler bevæger sig fra områder med høj koncentration til lav koncentration som følge af tilfældig termisk bevægelse. Teknikkerne anvendes bredt i kemi, materialeteknik, biologi, medicin, miljøvidenskab og fødevareforskning.

Nøglen er Ficks love og diffusionens koefficient. Ficks første lov beskriver at fluxen er proportional med koncentrationsgradienten, Ficks anden lov beskriver ændringen af koncentrationen over tid. Diffusionskoefficienten D afhænger af temperatur, medium og molekylstørrelse og bestemmer hvor hurtigt diffusionen sker. I faste materialer sker diffusion ofte langsomt og kan være interdiffusion mellem materialer eller diffusion gennem porer og membraner.

Målemetoder: tracer-teknikker med mærkede molekyler, diffusionsceller og permeationsforsøg; PFG-NMR og diffusion-weighted MRI til at afbilde molekylbevægelse; FRAP i cellekulturer; og overfladediffusion i materialer og membraner.

Anvendelser spænder fra design af membraner og katalysatorer til styring af lægemiddeldelivery og stofskifte i levende væv. I materialer og geologi er diffusion central for legeringsprocesser, korrosion og transport af forurening i miljøet. I medicin bruges diffusionsteknikker også til billeddiagnostik, især diffusion MRI og DTI til at undersøge vævets mikroskopiske struktur.

Diffusionsteknikker kræver ofte modeller og antagelser, og måledata kan være følsomme for heterogenitet og grænsefladeeffekter. Trods dette forbliver diffusion en grundlæggende mekanisme i naturen og en vigtig værktøj i videnskabelige og tekniske sammenhænge.