Die SARS-CoV-2-Pandemie, welche im Jahr 2020 begann, hat die Bedeutung von schnellen und günstigen Techniken zur Analyse und zur Vorbereitung von flüssigen Kleinstprobenmengen im Milliliter- und Mikroliterbereich demonstriert. In diesem Zusammenhang haben mikrofluidische Systeme, die aufgrund ihrer Größe und Benutzerfreundlichkeit auch außerhalb von Großlabors ohne speziell geschultes Personal betrieben werden können, das Potenzial gezeigt, die medizinische, biologische und chemische Analyse kleiner flüssiger Proben zu beschleunigen. Im speziellen hat sich die Probenvorbereitung mithilfe von elektrischen Feldern als hilfreich erwiesen. Ein weitreichend bekanntes Beispiel dafür ist die Analyse von Desoxyribonukleinsäure (DNS) mittels Elektrophorese. Die Beeinflussung von flüssigen Grenzflächen durch elektrische Felder hat zu weiteren weitgreifenden technischen Fortschritten bei der Analyse von kleinen flüssigen Probemengen geführt. Neben dem Einsatz der Elektrobenetzung in der Tropfchenmikrofluidik ist das wohl wichtigste Beispiel für die Nutzung des Einflusses elektrischer Felder auf Flüssigkeitsgrenzflächen die Anwendung der Elektrospray-Technologie in Verbindung mit der Massenspektroskopie. Die genannten Beispiele zeigen das Potenzial aus mikrofluidischen Systemen, welche elektrische Felder nutzen, um fluide Grenzflächen zu manipulieren, einen technischen Nutzen zu ziehen. Deshalb wird in der vorliegenden Thesis das Verhalten von fluiden Grenzflächen mit und ohne adsorbierten Spezies, unter dem Einfluss von homogenen elektrischen Feldern experimentell untersucht. Zu diesem Zweck werden drei auf Mikrofluidik basierende Experimente und deren Ergebnisse vorgestellt.

Das erste Experiment dient der Untersuchung von Konzentrationsmustern von DNS-Molekülen, die sich unter einem externen homogenen elektrischen Feld an einer Flüssig-Flüssig-Grenzfläche von zwei nicht mischbaren wässrigen Phasen bilden. Die DNS ist anfänglich in einer der beiden Phasen gelöst und wird durch das elektrische Feld an die Flüssig-Flüssig-Grenzfläche bewegt und dort festgehalten. Es wird gezeigt, dass hydrodynamische Wechselwirkungen zwischen den Molekülen das Konzentrationsmuster bilden. Diese hydrodynamischen Wechselwirkungen sind auf das externe elektrische Feld zurückzuführen, welches in Verbindung mit der Debye-Schicht um die DNA-Moleküle einen elektroosmotischen Fluss auslöst. Die Erkenntnisse aus einer experimentellen Parameterstudie werden mit einer nichtlinearen Integrodifferentialgleichung verglichen, die die zeitliche Entwicklung des DNS-Konzentrationsfeldes beschreibt. Anhand der vorgestellten Experimente wird in einem anwendungsbezogenen Beispiel gezeigt, wie die untersuchten Konzentrationsmuster zur Anreicherung von Biomolekülen in einem mikrofluidischen Kanal genutzt werden können. Darüber hinaus wird gezeigt, dass mit demselben Experiment verschiedene Proteine an der Flüssig-Flüssig-Grenzfläche voneinander getrennt werden können.

Im nächsten Teil der Thesis wird eine Methode vorgestellt, mit der die Koaleszenz von auf einer mit einem Öl imprägnierten hydrophoben Oberfläche (LIS) sitzenden Tröpfchen durch homogene elektrische Felder verhindert werden kann. In Experimenten wird die elektrostatische Abstoßungskraft quantifiziert, die zur Unterdrückung der Tröpfchenkoaleszenz führt. Es wird gezeigt, dass die Abstoßungskräfte auf elektrischen Dipolen beruhen, die durch das angelegte elektrische Feld in den Tröpfchen induziert werden. Durch den Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit nummerischen Berechnungen und einem semi-analytischen Modell wird diese Theorie bestätigt. Zuletzt wird eine Möglichkeit demonstriert mit dem gleichen experimentellen Aufbau, mit dem die Tropfenkoaleszenz unterdrückt werden kann, kleinste Probenmengen von den Tröpfchen zu gewinnen. Durch die elektrostatische Verformung der flüssigen Grenzfläche der Tröpfchen und der daraus folgenden Strömung aus der gebildeten Spitze der Tröpfchen ist es möglich, parallel Proben aus einer Anordnung von mehreren Tropfen zu nehmen.

Das letzte Experiment, welches in dieser Thesis präsentiert wird, untersucht die Bildung eines Flüssigkeitsjets, der aus einem auf einer Oberfläche sitzenden Tropfen austritt und sich entlang der Oberfläche bewegt. Analog zu den Jets, welche beim Electrospinning und Elektrospraying erzeugt werden, bildet sich der Flüssigkeitsjet in den gezeigten Experimenten aufgrund eines zwischen dem Tropfen und einer Gegenelektrode angelegten elektrischen Feldes. Mittels zeitsynchroner Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und elektrischer Strommessungen wird untersucht, ob sich vor dem Flüssigkeitsstrahl ein ausgeprägter nanometerdicker Film bildet.