elektroosmotischen

Elektroosmotischer Fluss, kurz EOF, bezeichnet die Bewegung einer Flüssigkeit relativ zu einer feststehenden, elektrisch geladenen Grenzfläche, die durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes entsteht. Typischerweise tritt dieser Fluss in leitfähigen Lösungen in engen Kanälen oder porösen Membranen auf und führt zu einem nahezu plug-artigen Strömungsprofil, unabhängig von der Kanalgeometrie.

Mechanismus: Die Oberflächenladungen erzeugen eine elektrische Doppelschicht aus festen Ladungen und Gegenionen im Lösungsmittel. Wird ein Feld angelegt, verschieben sich die mobilen Ionen der Doppelschicht, ziehen weitere Lösungen mit und erzeugen so einen gesamten Flüssigkeitsfluss. Die Fließgeschwindigkeit u_EO wird durch das Helmholtz‑Smoluchowski-Gesetz beschrieben: u_EO = -(ε ζ / η) E, wobei ε die Permittivität des Mediums, ζ das Zeta-Potential der Wand, η die dynamische Viskosität und E das elektrische Feld ist. Die Richtung des Flusses hängt vom Vorzeichen des Zeta-Potentials ab.

Einflussfaktoren: pH-Wert, Ionenstärke und Temperatur beeinflussen EOF. Höhere Pufferkonzentrationen schirmen die Oberflächenladung ab und verringern EOF; Oberflächenbeschichtungen oder Modifikationen können das Vorzeichen oder die Stärke verändern. Typische Materialien wie Glas oder Siliziumdioxid zeigen oft negatives Zeta-Potential bei neutralem pH, während polymerische Beschichtungen EOF kontrollieren oder stoppen können.

Anwendungen: EOF dient als kompakte Pumpe in der Mikrofluidik und wird in der Kapillar-Elektrophorese, Lab-on-a-Chip-Systemen und elektroosmotischen Pumpen genutzt. Vorteile sind plug-flow-Charakter, geringe mechanische Anforderungen und gut kontrollierbare Fördermengen; Nachteile umfassen Joule-Heizung und Empfindlichkeit gegenüber Lösungsmittelzusammensetzung.

Historisch wurde der Effekt im 19. und 20. Jahrhundert beschrieben; die Rechenformel stammt von Helmholtz und Smoluchowski. EOF wird heute durch Oberflächenbehandlung, Bufferwahl und Feldparametern gezielt gesteuert.