Kunststoffkomponenten für die Mikrofluidik

Mikrofluidische Komponenten werden in der Medizintechnik, Biotechnologie, Prozesstechnik, Sensortechnik und auch bei Konsumgütern eingesetzt. Lab-on-a-Chip-Systeme für medizinische Schnelltests oder Sensoren auf intelligenten Verpackungen zur Kontrolle einer durchgängigen Kühlkette und Lebensmittelfrische sind nur zwei von vielen Einsatzgebieten, bei denen Flüssigkeiten oder Gase durch winzige Kanäle geleitet werden müssen. Viele dieser Systeme haben eines gemeinsam: Ihr Einsatz wird erst dann sinnvoll, wenn die mikrofluidischen Komponenten hochpräzise, aber gleichzeitig kostengünstig und in hohen Stückzahlen hergestellt werden können.

Das Fraunhofer IPT entwickelt Prozesse wie Heißprägeprozesse und Spritzgießprozesse, aber auch Rolle-zu-Rolle-Verfahren, um mikrofluidische Strukturen in Kunststoffe einzubringen. Auf diese Weise stellen wir Prototypen mit feinen Kanälen im Mikro- und Nanobereich her und bereiten die Prozesse für Pilot- und Massenproduktionen vor. Bei den Herstellungsverfahren für Chips und Disks setzen wir vor allem auf den Kunststoffspritzguss. Oberflächenstrukturen auf flexiblem Folienmaterial fertigen wir in einem kontinuierlichen Verfahren mit einer in unserem Haus entwickelten Rolle-zu-Rolle-Anlage.

Spritzgießen mikrofluidischer Kunststoffkomponenten

Alle Kompetenzen für die Herstellung hochpräziser Kunststoffkomponenten vereinen wir unter einem Dach: von der Auslegung der Komponenten über den Werkzeug- und Formenbau bis hin zum Spritzgieß-Prozess selbst. Für die hochpräzisen Formwerkzeuge aus Metall setzen wir seit mehr als zehn Jahren auf die Diamantzerspanung, greifen aber auch auf Laserstrahlung oder Erodier-Verfahren zurück, um Oberflächen zu strukturieren. Darüber hinaus arbeiten wir im Fraunhofer Project Center for Embedded Bioanalytical Systems eng mit der DCU, der Dublin City University, zusammen, die sich intensiv mit der Entwicklung hochintegrierter bioanalytischer Plattformen für die Mikrofluidik befasst. Durch die Kooperation können wir sowohl auf die langjährigen Erfahrungen der DCU mit mikrofluidischen Designs zurückgreifen als auch auf eine umfangreiche Ausstattung an mikrofluidischen Prüfständen und Testumgebungen. So lassen wir die Qualität der von uns gefertigten Prototypen in Dublin prüfen und bioanalytischen Tests unterziehen, um die Fertigungsprozesse iterativ zu optimieren.

Mikrofluidik auf flexiblen Kunststofffolien

Die Kombination der unterschiedlichen Module unserer Rolle-zu-Rolle-Testanlage eröffnet uns die Möglichkeit, Oberflächen zu strukturieren. Die Prägewalzen, die wir bei uns am Fraunhofer IPT selbst fertigen, lassen Strukturdetails von wenigen Mikrometern bis in Sub-Mikrometer-Größe zu. Darüber hinaus können mehrere Folienlagen im Laminations- und Kaschiermodul zu einer mehrschichtigen, multifunktionalen Folie zusammengeführt werden. Damit wird die Kombination mikrofluidischer Schichten mit gedruckten Leiterbahnen möglich, um beispielsweise in einer flexiblen Folie integrierte Flüssigkeiten elektrisch zu stimulieren.

Unsere Leistungen im Überblick

• Spritzgießen mikrofluidischer Chips und Disks
• Strukturierung von Folien im Rolle-zu-Rolle-Verfahren
• Herstellung mehrschichtiger, multifunktionaler Folien
• Herstellung von Prägewalzen, Spritzgießformen und Spritzgießwerkzeugen
• Designentwicklung und bioanalytische Tests der Prototypen im Rahmen des Fraunhofer Project Center for Embedded Bioanalytical Systems at Dublin City University (DCU)
• Fertigung von Rolle-zu-Rolle-Produktionsanlagen für mikrofluidische Folien