Mikrofluidik befasst sich mit dem Verhalten, der Manipulation und Analyse von Flüssigkeiten in Strukturen mit typischen Abmessungen im Bereich von Mikrometern. In diesem Längenskalenniveau dominieren viskose und interfaciale Effekte gegenüber Trägheitskräften; die Strömung ist in der Regel laminar (niedrige Reynolds-Zahl), was präzise Steuerung von Misch- und Transportprozessen erlaubt.

Für die Werkstofftechnik sind insbesondere Substratwahl, Fertigungstechnologien und Grenzflächenphänomene zentral. Gängige Substrate sind Silizium, Glas und Polymere (z.B. PDMS, COC, PMMA). Glas- und Siliziummikrofluidik bieten chemische Beständigkeit und Maßhaltigkeit, während polymere Systeme eine kostengünstige, großserientaugliche Fertigung (z.B. Spritzguss, Heißprägen) ermöglichen. Oberflächenmodifikationen (Plasmaaktivierung, chemische Funktionalisierung) steuern Benetzbarkeit, Proteinadsorption und elektrokinetische Eigenschaften.

Lab-on-a-Chip-Plattformen integrieren Probenvorbereitung, Reaktion, Separation und Detektion in einem einzigen Chip und erlauben miniaturisierte Analytik mit geringem Reagenzienverbrauch. Tropfenmikrofluidik nutzt disperse Phasen (Wasser-in-Öl oder Öl-in-Wasser) zur Erzeugung monodisperser Mikrotröpfchen als einzelne Reaktionsräume, relevant für Hochdurchsatz-Screening und Synthese funktionaler Partikel. On-Chip-Mikrofluidik umfasst darüber hinaus integrierte Aktoren und Sensoren, etwa elektrokinetische oder pneumatische Ventile und Pumpen.

Materialwissenschaftliche Fragestellungen betreffen u.a. chemische und mechanische Stabilität unter Durchflussbedingungen, Diffusion und Transport durch poröse Medien, Kompatibilität mit biologischen Systemen sowie das Versagen von Grenzflächen. Mikrofluidik dient zugleich als Werkzeug zur Untersuchung materialbezogener Prozesse, etwa Kristallisation, Korrosion, Partikel- und Faserbildung oder Reaktionskinetik unter wohldefinierten Strömungsbedingungen.