Napjainkban a mikroanalitikai és diagnosztikai eszközök egyre szélesebb körben való elterjedése és kutatása a mikorfluidikai eszközök fejlesztésének, alkalmazásának igényét is megnövelte. A biológiai, sejtanalitikai és diagnosztikai feladatok célzottan tervezett mintamanipulációs eszközök kialakítását igénylik. A makroszkopikus méretekben lejátszódó fizikai folyamatok és jelenségek leskálázása azonban nem magától értetődő, így a folyadékok és részecskés (2-20 μm) oldatok mikrofluidikai rendszerekben történő viselkedésének vizsgálata elengedhetetlen. Így a mikrofluidikai rendszerek működése aktuális és előremutató kérdéseket vet fel az ezzel foglalkozó kutatók számára. Különös kihívást jelent a csepp alapú mikrofluidikai rendszerek jellemzése és tervezése.
Munkám során olyan mikrofluidikai eszköz tervezésével és vizsgálatával foglalkoztam, amely többfázisú rendszerben képes előre meghatározott méretű cseppek létrehozására és manipulációjára. Távlati célom, hogy a cseppméret megfelelő kontrolálásával biztosítható legyen az adott cseppben – mint mikroszkopikus vizsgálati kamrában – egyetlen sejt elhelyezése és célzott geometria szerinti mozgatása. Mivel a későbbiekben vizsgálni kívánt sejtek átmérője 10-20 μm közötti (monocita és 3T3 sejtek), olyan struktúrára van szükség, amely alkalmas ezzel összevethető nagyságú cseppek stabilan reprodukálható létrehozására. Ez a módszer megkönnyítené a sejtválogatás folyamatát, lehetővé téve annak automatizálását.
Az irodalmi háttér tanulmányozása után megterveztem és litográfiai módszerrel, PDMS polimerben alakítottam ki olyan mikrofluidikai rendszereket, amelyek olaj és víz fázisok keverésével képesek stabilan azonos méretű vízcseppek létrehozására. A megvalósított mikrofluidikai rendszerekben lejátszódó folyamatokat kísérleti úton vizsgáltam, követve a cseppgenerálás folyamatát és azonosítva annak alapvető fizikai jellemzőit. Meghatároztam a cseppméretet befolyásoló legfontosabb tényezőket, különös tekintettel a két fázis sebességére, a csatornarendszer méreteire, a csatornák geometriájára. A geometriát és a sebességjellemzőket is magában foglaló dimenziómentes paraméter (kapillárisszám) függvényében meghatároztam a kialakuló cseppméreteket. Elemeztem, hogy a folytonos fázis beömlési szögétől hogyan függ a kialakuló fázishatár geometriája, a kialakuló cseppméretek, illetve a diszpergált fázis stabilitása. A vizsgálatok alapján javaslatot tettem a tervezett cseppméretek szempontjából optimalizált geometria megvalósítására.