Tropfenbasierte Verfahren in mikrofluidischen Systemen haben zahlreiche Anwendungen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Bioanalytik, chemischen Synthese oder Medikamentenverabreichung gefunden. Tropfen können entweder kontinuierlich oder (on-demand) erzeugt werden. Der Einsatz einer aktiven Technik durch die Verwendung externer Quellen wie Temperatur, akustischer, magnetischer oder elektrischer Felder, die unabhängig oder in Kombination mit einer passiven Technik eingesetzt werden können, könnte den Nutzen sowie die Kontrollierbarkeit der Tropfenerzeugung verbessern. Unter all diesen verschiedenen Ansätzen basiert die wahrscheinlich vielseitigste und flexibelste Technik auf der Anwendung elektrischer Felder, da die elektrische Steuerung tendenziell schneller ist und weniger komplexe Komponenten erfordert als eine mechanische Aktivierung. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der elektrischen Manipulation von Tropfen innerhalb von Mikrokanälen, die sowohl kontinuierlich als auch on-demand erzeugt werden, sowie mit einigen speziellen Anwendungen wie dem Nutzen der Tropfen als biologische Reaktionskompartimente oder als Träger zur Übertragung geringer Mengen einer gelösten Spezies. Im Fall einer kontinuierlichen Tropfenerzeugung wird die Wirkung einer elektrischen Gleichspannung auf die Erzeugung von Wassertropfen und Tropfen aus Xanthan gum-Lösung in Sonnenblumenöl in einen mikrofluidischen T-Übergang experimentell untersucht. Das elektrische Feld führt zu einer signifikanten Verringerung des Tropfendurchmessers, im Falle von Wassertropfen um etwa den Faktor zwei. Die Tropfengröße wird durch Variation der elektrischen Feldstärke eingestellt, ein Effekt, der genutzt werden kann, um eine Sequenz von Tropfen mit einer kontrollierbaren Größe zu erzeugen. Verglichen mit dem Fall der rein hydrodynamischen Tropfenerzeugung ohne die Anwendung elektrischer Felder hat die elektrische Aktuation etwa den gleichen Effekt auf die Größe der Tropfen, wenn die Maxwell Spannung an der Grenzfläche zwischen beiden Flüssigkeiten der hydrodynamischen Spannung gleicht. Im Fokus dieser Arbeit steht jedoch die Manipulation von Tropfen, die bei Bedarf durch elektrische Felder erzeugt werden. Im ersten Szenario in dem Tropfen in biologischen Systemen eingesetzt werden, wie es im Projekt LOEWE CompuGene (Leitung TU Darmstadt) skizziert wurde, wird eine Methode vorgestellt, die es erlaubt, monodisperse Tropfen mit Volumina im Femtoliterbereich in einem Mikrokanal on-demand zu erzeugen. Die Methode nutzt gepulste elektrische Felder, die die Grenzfläche zwischen einer wässrigen und einer Ölphase verformen und Tropfen abschnüren. Wasser und gum-Lösungen werden als Flüssigkeiten in disperser Phase betrachtet, und es wird gezeigt, dass die Methode sogar auf Lösungen mit einer Viskosität angewendet werden kann, die bei verschwindender Scherrate mehr als 104-mal höher ist als die von Wasser. Die Regimes zur Tropfenbildung werden durch systematische Variation der Pulsamplitude und –dauer sowie der Salzkonzentration untersucht. Die Abhängigkeit des Prozesses von der Pulsamplitude kann zur Einstellung der Tropfengröße genutzt werden. Um die Anwendung des durch ein elektrisches Feld angetriebenen Tropfengenerators zu veranschaulichen, wird gezeigt, dass die Tropfen als vielseitige biologische Reaktionskompartimente verwendet werden können. Es wird nachgewiesen, dass Tropfen, die ein zellfreies Transkriptions-Translationssystem enthalten, die Gentranskription und Proteinbiosynthese zeitnah und kontrollierbar ausführen. Darüber hinaus wird verifiziert, dass Biomoleküle innerhalb der wässrigen Tropfen, wie z.B. kleine RNAs, von außen diffusionsgetrieben aktiviert werden können, um einen ligandenbasierten Schalter zu aktivieren. In einem anderen Szenario, bei dem Tropfen als Träger verwendet werden, ist die kontrollierte Addition und Subtraktion kleinster Flüssigkeitsmengen ein entscheidender Schritt. Es wird ein Prinzip vorgestellt, das die Übertragung kleinster Mengen gelöster Spezies auf einen wässrigen Femtoliter-Tropfen ermöglicht, der sich unter dem Einfluss eines elektrischen Gleichspannungsfeldes zwischen zwei Reservoiren (oder Grenzflächen) hin- und herbewegt. Es wird gezeigt, dass der Massentransfer größenselektiv und adaptiv ist, z.B. durch Abstimmung der Viskosität der umgebenden Ölphase oder der elektrischen Feldstärke. Es wird ein Phasendiagramm der dynamischen Regime erstellt, aus dem hervorgeht, unter welchen Bedingungen die hin- und hergehende Tropfenbewegung stattfindet. Es wird ein auf diffusivem Massentransfer basierendes Modell formuliert, das die Menge der vom Tropfen aufgenommenen und übertragenden Spezies beschreibt. Interessanterweise treten bei den zwischen den zwei Grenzflächen hin- und herbewegten Tropfen in einigen Fällen Volumenverluste auf (bei der Mehrzahl der Kontakte mit den Reservoiren), ein Phänomen, das als partielle Koaleszenz bezeichnet wird. Hierfür wird ein Skalierungsmodell präsentiert, das die Vorhersage der Produkttropfengröße während des partiellen Koaleszenzprozesses ermöglicht. Insgesamt tragen die Ergebnisse wesentlich dazu bei, die Handhabung, Erzeugung und Manipulation von Femtoliter-Tropfen zu erleichtern.