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Glasträger mit neuartigem Bonding-Verfahren schließen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Für Mikrostrukturen auf kleinstem Raum sind neue Herstellungsverfahren für die Mikrofluidbauteile notwendig. Damit diese geschützt sind, haben Forscher jetzt ein neuartiges Lamierungsverfahren entwickelt.

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

Arbeiten Forscher mit mikrofluidischen Chips, dann müssen diese Mikrostrukturen geschützt werden. Dazu lohnt ein Blick in die Mikrofluidik: Hier geht es vor allem darum, wie sich Gase und Flüssigkeiten auf kleinstem Raum verhalten. Vor allem bei Methoden wie „Lab-on-a-Chip“ oder „Miniaturized Total Analytical System“ wird mit mikrofluidischen Chips gearbeitet. Kleinste Stoffmengen wie Biomoleküle, Bakterien oder Flüssigkeiten werden kontrolliert, um Reaktionen oder Analysen zu steuern.

Forscher der Hochschule Karlsruhe ist es nun gelungen, ein schonendes, kostengünstiges und einfaches Laminierungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Mikrostrukturen auf dem Träger nicht beeinträchtigt werden. Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren kann hier das Laminat mit dem Träger durch geringen Anpressdruck und niedrige Temperaturen verbunden werden.

Laminat und Träger getrennt hergestellt

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 aufwendigen, Herstellungstechnik werden vermieden.

Bislang wird die Verbindung eines beispielsweise thermoplastischen Trägers mit dem Laminat durch Ultraschallschweißen oder mithilfe sehr hoher Temperaturen hergestellt. Hier kann es passieren, dass durch das direkte Auftragen der Polymerschicht auf den Träger die Strukturen im Träger verstopft oder verengt werden.

Bei dem von Prof. Christian Karnutsch und Jörg Knyrim entwickelten Verfahren wird zunächst ein Polymer in der gewünschten Schichtdicke von 0,5 bis 1000 µm mit einem Arbeitsstempel 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 für die Lichtdurchlässigkeit für mikroskopische Nachweisverfahren wichtig ist.

Vor allem für Glas geeignet

Mit dem Verfahren kann auf eine Schicht noch eine weitere auflaminiert werden, um zwei Kanäle übereinander zu erhalten. Das mikrofluidische Bauteil lässt sich dann beispielsweise als Mischer oder Filter einsetzen.
Mit dem Verfahren kann auf eine Schicht noch eine weitere auflaminiert werden, um zwei Kanäle übereinander zu erhalten. Das mikrofluidische Bauteil lässt sich dann beispielsweise als Mischer oder Filter einsetzen.
(Bild: Prof. Karnutsch, HS Karlsruhe)

Mit dieser Methode sich auch Multilayer 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 die Diagnostik hervorragend geeignet ist.

Durch das neue Verfahren können nicht nur die Nachteile der herkömmlichen Herstellungstechnik eliminiert werden. Die exakt einstellbare Schichtstärke für die Lichtdurchlässigkeit bei mikroskopischen Nachweisverfahren, die strukturierte laminierte Funktionsschicht und die variable Abdichtungsmöglichkeit der Kanäle (offene und geschlossene Abschnitte) sind Vorteile.

Die Erfindung wurde zum Patent angemeldet (DE anhängig).

(ID:46946076)