Rapid Prototyping für optofluidische Anwendungen

Abstract

Die Fertigung von mikrofluidischen Strukturen fü r die Analyse von chemischen und biochemischen Probeneigenschaften im Rahmen eines optischen ,,Lab-on-a-Chip'' erfordert Herstellungsmethoden, mit welchen reproduzierbare, qualitativ hochwertige Ergebnisse erzielt werden kö nnen. Im Rahmen der Erforschung dieser Komplettanalysesysteme (Micro Total Analysis Systems) ist es jedoch oftmals von Interesse, die einzelnen Teilfunktionen auf eigenen Plattformen zu testen und zu optimieren. In diesem Beitrag werden zwei Rapid Prototyping-Methoden vorgestellt, welche eine schnelle und prä zise Fabrikation solcher Teilprototypen ermö glichen: MikroStereolithographie und Femtosekunden-Laserablation. Auf der Grundlage von fluiddynamischen Finite-Elemente-Modell-Simulationen wird ein neuartiger optischer Mikrofluidik-Chipentwurf prä sentiert und anhand von optischen Messungen charakterisiert. Schlü sselwö rter: Mikro-Stereolithographie; Femtosekunden-Laserablation; OptofluidikRapid prototyping for optofluidic applications.The manufacturing of microfluidic structures for chemical and biochemical analysis devices (optical ''lab-on-a-chips'') requires fabrication techniques resulting in reproducible, high-quality microchips. By developing novel micro total analysis systems (mTAS) it is advantageous to implement single parts of the entire system to test and optimize the functionality on own platforms. In this contribution we present two rapid prototyping methods, micro-stereolithography and femto-second-pulsed laser prototyping, which both allow fast high quality fabrication of the mentioned prototypes. We also introduce a novel microfluidic chip design developed and proved by computational fluid dynamic (CFD) and optical measurements. EinleitungDie kontinuierliche Weiterentwicklung neuartiger schneller Fertigungsmethoden (Rapid Prototyping) in den letzten Jahren erö ffnet interessante Mö glichkeiten fü r universelle chemische bzw. biochemische Komplettanalysesysteme (Micro Total Analysis Systems) in erster Linie im Prototypenstadium (Dittrich et al., 2006;Huh et al., 2005). Durch reduzierte Fertigungskosten und -zeiten bei ausreichender Strukturierungsqualitä t ergeben sich eindeutige Produktionsvorteile, welche sowohl fü r akademische als auch industrielle Forschungs-und Entwicklungsabteilungen von großem Interesse sein kö nnen. Zahlreiche mikrofluidische Herstellungsverfahren fü r optische ,,Lab-on-a-chip''-Anwendungen mit spezifischen Materialanforderungen bezü glich des verwendeten Analyts (optische Transparenz, Auto-Fluoreszenz, Bioverträ glichkeit) wurden in den letzten Jahren entwickelt, prä sentiert und mit großem wissenschaftlichen Interesse aufgenommen. Im Folgenden werden einige ausgewä hlte, fü r die Thematik reprä sentative Ansä tze behandelt.Standard-Lithographie und Standard-€ A Atzprozesse (Siliziumtechnologie) finden breite Anwendung bei der Herstellung von Mikrokanä len in SU-8-Schichten (epoxidbasierter Negativ-Fotolack) auf Silizium-Wafersubstraten. Nach Strukturierung der Flü ssigkeitseinlä sse in Silizium und ...