22.10.2020

Neues Bonding-Verfahren verschließt strukturierte Glasträger exakt

Laminat wird durch geringen Anpressdruck und niedrige Temperaturen mit dem Träger verbunden.

Mikrofluidische Chips spielen eine entscheidende Rolle bei Methoden wie „Lab-on-a-Chip“ oder „Miniaturized Total Analytical System“. Um Mikro­strukturen auf kleinstem Raum realisieren zu können, werden immer neue Anforderungen an die Herstellungs­verfahren solcher Mikro­fluidik­bauteile gestellt. Forscher der Hochschule Karlsruhe haben ein schonendes, kosten­günstiges und einfaches Laminierungs­verfahren entwickelt, bei dem die Mikro­strukturen auf dem Träger nicht beeinträchtigt werden. Das Laminat wird mit dem Träger durch geringen Anpress­druck und niedrige Temperaturen verbunden.

Abb.: Raster­elektronen­mikroskop-Aufnahme eines Quer­schnitts...
Abb.: Raster­elektronen­mikroskop-Aufnahme eines Quer­schnitts (Bruch­kante) durch einen laminierten Glas­träger mit struktu­riertem Glas­träger. (Bild: C. Karnutsch, HS Karlsruhe)

In der Mikrofluidik geht es vor allem darum, wie sich Gase und Flüssig­keiten auf kleinstem Raum verhalten. Dabei geht es vor allem darum, kleinste Stoff­mengen wie Biomoleküle, Bakterien oder Flüssig­keiten zu kontrol­lieren, um Reaktionen oder Analysen zu steuern. Für unter­schied­lichste Anwendungen in Fach­bereichen wie Chemie, Medizin, Luft- und Raumfahrt­technik, Umwelt­analytik oder auch in der Lebens­mittel­industrie ist es daher wichtig, Mikro­strukturen auf kleinstem Raum realisieren zu können.

Wurden bisher die Folien direkt mit dem Träger verklebt oder eine Polymer­schicht direkt auf den Träger aufgetragen, wird bei dem neuen Verfahren die Laminat­schicht getrennt vom Träger herge­stellt und erst danach mit dem Träger verbunden. Die Nachteile der herkömm­lichen, teils sehr aufwändigen, Herstellungs­technik werden vermieden. Bislang wird die Verbindung eines beispiels­weise thermo­plastischen Trägers mit dem Laminat durch Ultra­schall­schweißen oder mit Hilfe sehr hoher Temperaturen herge­stellt. Hier kann es jedoch passieren, dass durch das direkte Auftragen der Polymer­schicht auf den Träger die Strukturen im Träger verstopft oder verengt werden.

Bei dem von Christian Karnutsch und Jörg Knyrim entwickelten Verfahren wird zunächst ein Polymer in der gewünschten Schicht­dicke im Bereich von 0,5 bis 1000 Mikro­metern mit Hilfe eines Arbeits­stempels hergestellt und erst anschließend auf das Träger­material über­tragen. Mit dieser Laminations­schicht können die erzeugten Kanal­strukturen auf dem Träger ganz oder teilweise über­deckt werden. Die Schicht­dicke kann exakt eingestellt werden, was etwa für die Licht­durch­lässig­keit für mikro­skopische Nachweis­verfahren wichtig ist. Mit dieser Methode ist auch der Aufbau mehr­schichtiger Systeme möglich. Das Laminat selbst kann durch einen geeigneten struktu­rierten Stempel eben­falls mit einer Funktions­struktur versehen werden.

Das Verfahren lässt sich für verschiedene Träger­materialien anwenden. Es eignet sich vor allem für Glas, wodurch es für den diagnos­tischen Bereich hervor­ragend geeignet ist. Durch das neue Verfahren können nicht nur die Nach­teile der herkömmlichen Herstellungs­technik eliminiert werden. Die exakt einstellbare Schicht­stärke, beispiels­weise 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. Dadurch bietet das neue Verfahren eindeutige Pluspunkte bei den neuesten Entwicklungen in der Mikrofluidik.

TLB / RK

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