Fit für die Serienfertigung Mini-Labore sollen sich industriell fertigen lassen

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

Bisher scheitern die sogenannten Westentaschenlabore daran, dass sie sich nicht in die industrielle Produktion überführen lassen. Doch die Serienfertigung ist möglich – sogar eine Produktion in Deutschland denkbar.

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Ein mikrofluidisches Negativ zur Folienstrukturierung. Künftig sollen sich Mini-Labore auch in industrieller Serienfertigung herstellen lassen.
Ein mikrofluidisches Negativ zur Folienstrukturierung. Künftig sollen sich Mini-Labore auch in industrieller Serienfertigung herstellen lassen.
(Foto: Fraunhofer IPT)

Wie lassen sich die sogenannten Westentaschenlabore in Massen herstellen? Die Lab-on-a-Chip-Systeme messen nur wenige Zentimeter und bieten alle notwendigen Funktionalitäten. Winzige Mengen an Flüssigkeiten lassen sich mit einem solchen Chip vollständig und automatisch analysieren. Zwar haben Experten aus aller Welt in den letzten Jahren viele leistungsfähige Lab-on-a-chip-Systeme entwickelt. Nur ganz wenige davon schaffen jedoch den Sprung auf den Markt. Die Frage ist warum?

Warum die Marktreife so schwierig ist

Die Gründe sehen die Forscher aus dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen in den Fertigungstechniken, mit denen die Lab-on-a-chip-Systeme hergestellt werden. So lassen sich die Systeme oft nicht in die industrielle Produktion überführen. Zudem gestaltet es sich problematisch, elektrische Funktionen auf dem Westentaschenlabor zu integrieren: Hier gibt es zwar Ansätze – massentauglich sind sie jedoch noch nicht.

Innerhalb eine von der EU geförderten Projektes mit dem Namen ML² wollen Wissenschaftler den gesamten Herstellungsprozess der Westentaschenlabore fit machen für die Serienfertigung. Ziel ist eine Plattform, mit der sich alle nötigen Komponenten herstellen lassen. Dazu gehören sowohl die winzigen Kanalstrukturen, in denen die Flüssigkeiten fließen und miteinander reagieren, als auch die Versiegelung der Oberflächen, damit bioaktive Substanzen anbinden können. Hinzu kommen optische Komponenten und die elektrischen Leiterbahnen, die beispielsweise die Kanäle beheizen.

Diese einzelnen Komponenten bringen die Fachleute jeweils auf einzelne Folien auf, die sie anschließend zum gesamten »Labor« zusammensetzen. Ein Laser brennt senkrechte Kanäle durch die einzelnen Schichten und schafft somit Verbindungen zwischen ihnen. Zunächst passen die Forscher die Herstellungsverfahren für die jeweiligen Schichten an die Anforderungen an, die eine Massenproduktion stellt.

Statt die Kanalstrukturen wie meist üblich über Spritzguss oder nasschemische Verfahren herzustellen, haben sie daher Folienprägeprozesse gewählt. Dabei bringen sie die Negativstruktur der Kanäle auf eine Walze auf. Diese läuft über eine Endlosfolie und drückt die entsprechenden Vertiefungen hinein. Die elektrischen Leiterbahnen drucken die Wissenschaftler mit einem Tintenstrahldrucker auf eine Folie auf – mit Tinte, die Kupfer- oder Silbernanopartikel enthält.

Mini-Labore könnten in Deutschland gefertigt werden

Die einzelnen Herstellungsschritte optimieren die Forscher anhand bestimmter Demonstratoren – beispielsweise an einem Schwangerschaftstest mit digitaler Anzeige. Momentan werden diese Tests in Niedriglohnländern gefertigt. Künftig sollen sie sich – bedingt durch den höheren Automatisierungsgrad – um bis zu 50 Prozent günstiger fertigen lassen. Somit würde sich auch eine Fertigung in Deutschland wieder rentieren. 2014 sollen sämtliche Demonstratoren aufgebaut und die einzelnen Herstellungsverfahren optimiert sein. Dann geht es darum, die einzelnen Schritte miteinander zu koppeln, bestmöglich aufeinander abzustimmen und den Gesamtprozess in die Massenproduktion zu überführen.

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