Mikrofluidik-basierte Geräte (MFDs) werden bereits in vielen medizinischen, biologischen und gesundheitlichen Anwendungen eingesetzt. Auch in der Umweltanalytik sowie in der Lebensmittel- und Agrarforschung finden sie zunehmend Verwendung. MFDs bieten eine schnelle, sichere und kostengünstige Möglichkeit, Flüssigkeitsproben von einem Teil pro Million (ppm) oder weniger zu verarbeiten. Die Lab-on-a-Chip (LOC)-Technologie ermöglicht die Automatisierung und das Screening mit hohem Durchsatz bei extrem kleinen Flüssigkeitsvolumina. Bei der Entwicklung von mikrofluidischen Geräten für den 3D-Druck gibt es noch einige Herausforderungen zu bewältigen.
Konstruktionsfreiheit und Fertigungskomplexität
Während die Forscher weiterhin neue Verwendungsmöglichkeiten für MFDs finden, arbeiten sie auch daran, den Zeitaufwand für die Herstellung mikrofluidischer Geräte zu verringern. Heute erfordert der Bau eines MFD von Hand mehrere Stunden intensiver Arbeit.
Im Spritzgussverfahren können große Mengen von LOCs für Tests hergestellt werden, aber die Werkzeuge sind teuer und brauchen Wochen oder sogar Monate, bis sie eintreffen. Die Forscher wollen den Design- und Fertigungsprozess beschleunigen. Außerdem wollen sie mehr Freiheiten bei der Konstruktion von MFDs, um eine höhere Komplexität zu unterstützen, insbesondere bei den winzigen Kanälen, durch die Flüssigkeiten eingespritzt und evakuiert werden.
Kanaldesign und Materialauswahl
Mit den derzeitigen Herstellungsverfahren lassen sich in der Mikrofluidik nur begrenzt komplexe 3D-Kanäle herstellen. Da sich immer neue Einsatzmöglichkeiten für MFDs entwickeln, wollen Ingenieure bei der Entwicklung von Mikrofluidikgeräten Kanäle mit Durchmessern von weniger als 100 Mikrometern und mit hohen Aspektverhältnissen entwerfen. Um sowohl eine höhere Komplexität als auch kleinere Kanalgrößen zu erreichen, benötigen die Forscher fortschrittliche Fertigungslösungen.
Polymere werden in vielen mikrofluidischen Geräten aufgrund ihrer guten biochemischen Leistung, ihrer geringen Kosten und ihrer Unterstützung in rapiden Fertigungsverfahren verwendet. Designer benötigen jedoch anwendungsspezifische Polymere, die hohen Temperaturen standhalten und biokompatibel sind. Additive Fertigung, oder 3D-Druck, ist eine Option, aber die spezifischen Technologien unterscheiden sich.
3D-Druck für die Mikrofluidik
Um sowohl eine höhere Komplexität als auch kleinere Kanalgrößen zu erreichen, benötigen die Forscher fortschrittliche Lösungen. Mit dem 3D-Druck können komplizierte Teile hergestellt werden, aber nicht alle 3D-Drucker können kleine Komponenten mit feinen Merkmalen und engen Toleranzen mit der erforderlichen Auflösung und der gewünschten Geschwindigkeit herstellen.
Die Projektions-Mikro-Stereolithografie (PμSL) ist eine Form der Mikro-Präzisions-Stereolithografie (SLA), die die Freiheit beim Design von MFDs erhöht und eine höhere Gerätekomplexität unterstützt. Bei der PμSL-Technologie bewirkt ein Blitz aus ultraviolettem (UV) Licht die schnelle Photopolymerisation einer gesamten Schicht aus flüssigem Polymerharz. Die PμSL-Technologie unterstützt eine kontinuierliche Belichtung für eine schnellere Verarbeitung. Wichtig ist, dass Designer kleine Teile mit einer Auflösung von 2 μm und einer Genauigkeit von ± 10 μm im Maßstab 3D-drucken können.
Die Stärken der PµSL-Technologie
Die PμSL-Technologie unterstützt die Herstellung von hochpräzisen Mikrowerkzeugen für das Formen von Materialien wie Polydimethylsiloxan (PDMS), dem am häufigsten verwendeten Material in der Softlithografie. Im Vergleich zu anderen 3D-Druckplattformen bietet die PμSL-Technologie auch eine bessere Oberflächengüte von 0,4 - 2,5 rA.
Um die spezifischen Anforderungen von mikrofluidischen Geräten zu erfüllen, kann die PµSL-Technologie 3D-Kanäle drucken, die bis zu 10 µm klein sind und ein hohes Aspektverhältnis aufweisen. Wenn Sie mehr über die Verwendung der PµSL-Technologie für die Mikrofluidik erfahren möchten, besuchen Sie unsere Mikrofluidik-Anwendungsseite oder fordern Sie ein Benchmark-Teil an.
