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Entwicklung mikrofluidischer Systeme Laminationsverfahren für die Mikrofluidik: Von Schichten und Filmen

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Mikrokanäle sind zunächst einmal v.a. eines: sehr klein. Flüssigkeiten fließen in ihnen einfach ausgedrückt anders, als in makroskopischen Kanälen. Das macht die Entwicklung mikrofluidischer Systeme alles andere als trivial. Worauf es ankommt und wobei ein spezielles Laminationsverfahren helfen kann, erläutert Prof. Dr.-Ing. Christian Karnutsch.

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Abb. 1: Prof. Dr.-Ing. Christian Karnutsch, Gruppenleiter Integrated Optofluidics and Nanophotonics (IONAS) an der Hochschule Karlsruhe, hat jüngst zusammen mit seinem Team ein Laminationsverfahren entwickelt, das sich u.a. für die Optofluidische On-Chip-Absorptionsspektroskopie anwenden lässt.
Abb. 1: Prof. Dr.-Ing. Christian Karnutsch, Gruppenleiter Integrated Optofluidics and Nanophotonics (IONAS) an der Hochschule Karlsruhe, hat jüngst zusammen mit seinem Team ein Laminationsverfahren entwickelt, das sich u.a. für die Optofluidische On-Chip-Absorptionsspektroskopie anwenden lässt.
(Bild: Katrin Brodowski, HSKA)

Prof. Dr.-Ing. Christian Karnutsch: Aufgrund der kleinen geometrischen Abmessungen in der Mikrofluidik spielen Adhäsionskräfte und Oberflächenspannungen eine große Rolle. Das bedeutet z.B., dass Kapillarkräfte sehr groß sind, was man sich durchaus geschickt zunutze machen kann, z.B. um eine Pumpwirkung zu erzielen. Allerdings ist das rasche Mischen von Flüssigkeiten in der Mikrofluidik recht schwierig, da i.d.R. nur laminare Strömungen vorliegen. Hierzu bedarf es daher komplexer Strukturen.

LP: Auswahl und Vorbereitung der Trägermaterialien sind sehr wichtig. Welche Kriterien müssen hierbei besonders berücksichtigt werden?

Prof. Dr.-Ing. C. Karnutsch: Zum einen kann der Anwendungszweck die Auswahl und Vorbereitung von Trägermaterialien bestimmen. Werden z.B. lebende Zellen untersucht, dürfen keine zytotoxischen Substanzen im System enthalten sein. Zudem ist je nach Anwendung eine Anhaftung der Zellen an den Wänden gewünscht oder muss verhindert werden. Hierfür müssen spezifische Vorbehandlungen der Oberfläche stattfinden. Zum anderen kann der Herstellungsprozess Anforderungen an das Trägermaterial stellen. Für Laminationen und Bonding müssen die Oberflächen ohne Verunreinigungen sein und eine möglichst hohe Oberflächenenergie aufweisen, um die Adhäsion zu begünstigen. Dies kann mit physikalischen oder chemischen Prozessen, wie Plasmabehandlung, Aufbringen von Haftvermittlern oder Ätzprozessen unterstützt werden. Eine Plasmavorbehandlung ist besonders vorteilhaft, da sie ohne den Einsatz von Chemikalien die Oberflächenenergie erhöht und gleichzeitig einen reinigenden Effekt hat.