Forschung in der Mikrofluidik führt zu Patentanmeldung

Forscher der Hochschule Karlsruhe entwickeln Verfahren für neuartige Lamination von dünnen Polymerschichten auf strukturierten Oberflächen

2. Juli 2019

Die Mikrofluidik beschäftigt sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen auf kleinstem Raum. In der Mikrosystemtechnik und in der Nanotechnologie lassen sich mit dieser Technik auf kleinstem Raum Schichtschaltungen realisieren, die sich – anders als ihr fotoelektrisches Pendant – auch nach ihrer Herstellung noch verändern lassen. Die Mikrofluidik ist ein einfaches und kostengünstiges Verfahren, das für verschiedene Trägermaterialien und insbesondere Glas geeignet ist, die Herstellung sowohl von Monolayern als auch Multilayern (Stapel) ermöglicht, durch variable Schichtstärken des Laminats über einen sehr großen Bereich präzise einstellbar ist, mit dem Strukturen sowohl im Laminat als auch auf dem Träger erzeugt werden können und das Laminat diese Strukturen auch nicht verengt. Anwendung findet die Mikrofluidik in den unterschiedlichsten Disziplinen wie Chemie, Medizin-, aber auch in der Luft- und Raumfahrttechnik oder bei Gebrauchsgegenständen (Schaltelementen).

Auch in der Mikrofluidik geht der Trend zu immer geringeren Mikrostrukturabmessungen auf den verwendeten Trägern, werden immer neue Anforderungen an die verwendeten Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen gestellt.

In den bisherigen Verfahren werden die Folien direkt mit dem Träger verklebt oder auf dem Träger eine Polymerschicht direkt aufgetragen. Ein Problem dieser teils sehr aufwändigen Herstellungstechnik, bei der die Verbindung des z. B. thermoplastischen Trägers mit dem Laminat durch Ultraschallschweißen oder mithilfe sehr hoher Temperaturen hergestellt wird, besteht darin, dass durch das direkte Auftragen der Polymerschicht auf den Träger die Strukturen im Träger verstopft und/oder verengt werden können und die Schichtstärke des Polymers selbst nicht befriedigend einstellbar ist.

Forschern der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft ist es jetzt gelungen, ein schonendes, kostengünstiges und einfaches Laminierungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Mikrostrukturen auf dem Träger nicht beeinträchtigt werden. Die Laminatschicht wird dabei getrennt vom Träger hergestellt und erst danach mit dem Träger verbunden. Das Verfahren konnte inzwischen zum Patent angemeldet werden und wurde vom Onlineportal „DeviceMed“ zum „Medizintechnik-Patent der Woche“ gekürt.

Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren wird das Laminat mit dem Träger durch geringen Anpressdruck und niedrige Temperaturen miteinander verbunden. Zunächst wird ein Polymer in gewünschter Schichtstärke (im Bereich von 0,5 bis 1000 µm) mit Hilfe eines Arbeitsstempels hergestellt und erst anschließend auf das Trägermaterial übertragen, um z. B. die erzeugten Kanalstrukturen auf dem Träger, ganz oder teilweise, abzuschließen. Mit dieser Methode ist auch der Aufbau mehrschichtiger Systeme (Stapel) möglich. Das Laminat selbst kann mithilfe eines strukturierten Stempels mit einer Funktionsstruktur versehen werden. In Verbindung mit der Verwendung von Glas (als Träger für Biomoleküle) ist das Verfahren für diagnostische Anwendungen hervorragend geeignet. Durch das neue Verfahren können nicht nur die Nachteile der herkömmlichen Herstellungstechnik eliminiert werden. Die exakt einstellbare Schichtstärke (z. B. für die Lichtdurchlässigkeit bei mikroskopischen Nachweisverfahren), die strukturierte laminierte Funktionsschicht und die variable Abdichtungsmöglichkeit der Kanäle (offene und geschlossene Abschnitte) sind deutliche Vorteile dieser Technik und werden vor allem in der Mikrofluidik und in der Lab-on-a-Chip-Technik zum Einsatz kommen.