Lorena Saitta, PhD am Labor für Polymere und Verbundwerkstoffe der Universität Catania (verantwortlicher Professor Gianluca Cicala), arbeitete in Zusammenarbeit mit dem Mikrofluidiklabor (verantwortliche Professorin Maide Bucolo) und dem Labor für Anorganische Chemie (Professorin Maria Elena Fragalà) an der Entwicklung mikro-optofluidischer Bauteile, die sich für die optische Untersuchung von Zweiphasenströmungen, die durch nicht mischbare Fluide erzeugt werden, eignen. Saitta suchte nach einem einstufigen Fertigungsprozess, der optische Transparenz und eine maßgeschneiderte Oberflächenchemie ohne weitere Montage gewährleisten konnte.
Die richtigen Materialien zur Erzielung der erforderlichen Funktionalität finden
Optische Transparenz ist für die optische Detektion nicht mischbarer Fluide erforderlich. Die beiden Fluide, gekennzeichnet durch unterschiedliche Brechungsindexwerte, weisen unter dem einfallenden Laser unterschiedliche Lichttransmissionseigenschaften auf. Das Bauteil benötigt zudem eine geeignete Oberflächenrauheit und hydrophiles Verhalten, um Strömungsinstabilitäten innerhalb der Mikrokanäle zu vermeiden. Eine weitere Montage könnte zu Flüssigkeitslecks an den Verbindungsstellen führen. Die Möglichkeit, das Bauteil in einem Stück zu fertigen, verhindert Flüssigkeitslecks.
Polydimethylsiloxan (PDMS) wird typischerweise für mikro-optofluidische Bauteile bevorzugt. Allerdings weist PDMS einige wesentliche Einschränkungen auf. Die Wände der Mikrokanäle verformen sich bei Kontakt mit unpolaren organischen Lösungsmitteln. Zudem ist es schwierig, Moleküle oder Polymere dauerhaft an PDMS zu binden, was die Montage komplexer Strukturen erschwert.
3D-Druck der mikro-optofluidischen Geräte
Saitta setzte auf den 3D-Druck, um das mikro-optofluidische Bauteil in einem Stück herzustellen. Mithilfe des microArch S140 konnte das Team das Bauteil mit integrierten Einlässen, Auslässen und Einführungen für mikrooptische Fasern drucken. Das HTL-Harz von BMF ermöglichte die erforderliche Funktionalität für Saittas Bauteile. Die Transparenz und das hydrophile Verhalten des Harzes sorgten für einen stabilen Flüssigkeitsfluss und die Möglichkeit, verschiedene Brechungsindexwerte zu detektieren. Der microArch S140 konnte das mikro-optofluidische Bauteil ebenfalls in einem Stück fertigen, wodurch Bedenken hinsichtlich Flüssigkeitslecks eliminiert wurden.
„Die Projektions-Mikro-Stereolithographie hat neue Grenzen in der Herstellung mikro-optofluidischer Bauelemente eröffnet.“
– Lorena Saitta, PhD, Universität Catania
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