Lorena Saitta, Doktorandin im Labor für Polymere und Verbundwerkstoffe der Universität Catania (verantwortlich: Professor Gianluca Cicala), arbeitete in Zusammenarbeit mit dem Labor für Mikrofluidik (verantwortlich: Professor Maide Bucolo) und dem Labor für anorganische Chemie (Professor Maria Elena Fragalà) an der Entwicklung von mikro-optofluidischen Vorrichtungen, die für die optische Untersuchung von Zweiphasenströmungen aus nicht mischbaren Flüssigkeiten geeignet sind. Saitta suchte nach einem einstufigen Herstellungsverfahren, das optische Transparenz und eine maßgeschneiderte Oberflächenchemie garantiert, ohne dass eine weitere Montage erforderlich ist.
Die richtigen Materialien finden, um die erforderliche Funktionalität zu erreichen
Für den optischen Nachweis von nicht mischbaren Flüssigkeiten ist optische Transparenz erforderlich. Die beiden Flüssigkeiten, die mit unterschiedlichen reaktiven Indexwerten gekennzeichnet sind, haben unterschiedliche Lichtdurchlässigkeitseigenschaften unter dem einfallenden Laser. Die Vorrichtung benötigt außerdem eine geeignete Oberflächenrauhigkeit und ein hydrophiles Verhalten, um Strömungsinstabilitäten innerhalb der Mikrokanäle zu vermeiden. Eine weitere Montage könnte zu Flüssigkeitsaustritt an den Montagepunkten führen. Die Möglichkeit, die Vorrichtung in einem Stück herzustellen, verhindert das Austreten von Flüssigkeit.
Polydimethylsiloxan (PDMS) ist in der Regel eine bevorzugte Wahl für optofluidische Mikrogeräte. PDMS weist jedoch einige wichtige Einschränkungen auf. Die Wände der Mikrokanäle verformen sich etwas, wenn sie unpolaren organischen Lösungsmitteln ausgesetzt werden. Es ist auch nicht einfach, Moleküle oder Polymere dauerhaft an PDMS zu binden, was die Möglichkeit des Aufbaus komplexer Strukturen einschränkt.
3D-Druck der mikro-optofluidischen Geräte
Saitta wandte sich dem 3D-Druck zu, um das mikro-optofluidische Gerät in einem Stück herzustellen. Mit dem microArch S140 konnte das Team das Gerät mit integrierten Ein- und Auslässen sowie Einführungen für mikrooptische Fasern drucken. Mit dem HTL-Harz von BMF konnte die erforderliche Funktionalität für Saittas Geräte erreicht werden. Die Transparenz und das hydrophile Verhalten des Harzes sorgten für einen stabilen Flüssigkeitsfluss und die Möglichkeit, verschiedene reaktive Indexwerte zu erkennen. Mit der microArch S140 konnte das mikro-optofluidische Gerät außerdem in einem Stück hergestellt werden, so dass Bedenken wegen Flüssigkeitsverlusten ausgeräumt wurden.
"Die Projektions-Mikro-Stereolithographie hat neue Grenzen bei der Herstellung von Mikro-Optofluidik-Geräten eröffnet."
- Lorena Saitta, PhD, Universität von Catania
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