DE19846958A1 - Device for transporting the smallest quantities of liquid and process for their production - Google Patents
Device for transporting the smallest quantities of liquid and process for their productionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Transport von kleinsten Flüssigkeitsmengen und ein Verfahren zu deren Herstellung, bei denen ein Träger ein System von mikrostrukturierten Hohlräumen enthält.The invention relates to a device for transporting the smallest Amounts of liquid and a process for their preparation in which a carrier Contains system of microstructured cavities.
Derartige Hohlräume sind beispielsweise für mikrofluidische Anwendungen in der Biotechnologie notwendig, wo es auf die genaue Kenntnis eines umschlossenen Flüssigkeitsvolumens im Mengenbereich von Pikolitern ankommt. Sind die Hohlräume als Mikrokanäle ausgebildet, können Flüssigkeiten kontinuierlich elektrokinetisch oder durch Druck hindurch transportiert werden. Geschlossene Hohlräume werden zum Einschluß genau definierter Probenvolumina benutzt und verhindern das Verdunsten der sehr kleinen Probenmengen. Vergleichbare Strukturen sind auch im Bereich der mikrofluidischen Anzeigen notwendig, bei denen gefärbte Flüssigkeiten durch Mikrokanäle an genau definierte Positionen gebracht werden müssen.Such cavities are for example for microfluidic applications in the Biotechnology is necessary where there is close knowledge of an enclosed Liquid volume in the range of picoliters arrives. Are the cavities Designed as microchannels, liquids can be continuously electrokinetic or be transported through pressure. Closed cavities become Inclusion of precisely defined sample volumes are used and prevent evaporation the very small amount of samples. Comparable structures are also in the area of Microfluidic displays are necessary, in which colored liquids pass through Microchannels have to be brought to precisely defined positions.
Eine Vielzahl bekannt gewordener technischer Lösungen unterstreicht, daß die Mikrostrukturierung analytischer Instrumente zum vorwiegenden Einsatz in der Medizin, der Biotechnologie und Pharmakologie in den letzten Jahren in erheblichem Maße an Bedeutung gewonnen hat.A variety of known technical solutions underlines that the Microstructuring of analytical instruments for the predominant use in the Medicine, biotechnology and pharmacology in significant in recent years Has gained in importance.
Für die ursprünglich in Glaskapillaren durchgeführten Analysen haben sich in zunehmendem Maße plattenförmige mikrofluidische Bauelemente mit sich verzweigenden Kanalstrukturen durchgesetzt. Wurden die Kanalstrukturen zunächst durch Ätzen in Siliziumwafer eingebracht, wie es aus der Halbleitertechnik zur Herstellung integrierter Schaltkreise bekannt ist, will man nunmehr dazu übergehen, Kunststoffe einzusetzen. Die Motivation für deren Verwendung ist nicht nur durch die preiswerte Fabrikation bestimmt, sondern auch die vorteilhaften Materialeigenschaften wie optische Transparenz, Biokompatibilität und niedrige Fluoreszenz in bestimmten Wellenlängenbereichen.For the analyzes originally carried out in glass capillaries, in increasingly plate-shaped microfluidic components with it branching channel structures enforced. The channel structures were initially introduced into silicon wafers by etching, as used in semiconductor technology Manufacture of integrated circuits is known, we now want to move on to Use plastics. The motivation for using them is not just through the inexpensive manufacture determines, but also the advantageous Material properties such as optical transparency, biocompatibility and low Fluorescence in certain wavelength ranges.
Die als Flüssigkeiten in die Kanäle eingebrachten und an Kanalverzweigungen miteinander reagierenden Substanzen sollen in einem fortlaufenden Kanalbereich mit optischen Mitteln analysiert werden. Da zu diesem Zweck definierte Querschnittsabmessungen für die Kanäle im Bereich von bisher 10 µm bis 100 µm erforderlich sind, werden hohe Anforderungen an die Herstellung derartiger Produkte gestellt. The introduced as liquids in the channels and at channel branches substances reacting with one another should be present in a continuous channel area optical means are analyzed. As defined for this purpose Cross-sectional dimensions for the channels in the range from previously 10 µm to 100 µm high demands are made on the production of such products posed.
So ist es nach dem US-Patent 5 376 252 für ein mikrofluidisches Bauelement bekannt, zwischen zwei ebene formstabile Grundschichten eine elastische Zwischenschicht zu legen, die ein durch Formung hergestelltes mikrostrukturiertes Kanalsystem enthält.This is the case for a microfluidic component according to US Pat. No. 5,376,252 known, an elastic between two flat dimensionally stable base layers To lay interlayer, which is a microstructured made by molding Channel system contains.
Ein solcher Aufbau besitzt den Nachteil, daß sich Verformungen der elastischen Zwischenschicht auf das gesamte Bauelement auswirken. Dosier- und Dichtheitsprobleme sind Folgeerscheinungen, die die Verwendbarkeit negativ beeinflussen.Such a structure has the disadvantage that deformation of the elastic Intermediate layer affect the entire component. Dosing and Tightness problems are sequelae that negatively affect usability influence.
Eine weitere bekannte Lösung in Form einer integrierten Einrichtung zu elektrophoretischen Zwecken wird in der US 5 770 029 beschrieben. Die im wesentlichen aus zwei Teilen zusammengesetzte Einrichtung enthält in einer Grundplatte Mikrostrukturen in Form von Mikrokanälen, zu deren Abdichtung eine Deckplatte verwendet wird. Die Mikrokanäle enthalten einen Anreicherungskanal und einen elektrophoretischen Hauptflußweg, die so angeordnet sind, daß Abfallstoffe nicht in den Hauptflußweg gelangen, sondern die Einrichtung durch eine separate Auslaßöffnung verlassen können. Als kostengünstige Variante für den einmaligen Gebrauch wird vorgeschlagen, alle Bestandteile aus Plastik zu fertigen.Another known solution in the form of an integrated device too electrophoretic purposes are described in US 5,770,029. The in essential device composed of two parts contains in one Base plate microstructures in the form of microchannels, for sealing one Cover plate is used. The microchannels contain an enrichment channel and a main electrophoretic flow path arranged so that Waste does not get into the main flow path but the facility through a can leave separate outlet opening. As an economical variant for the Single use is suggested to make all components from plastic.
Veränderungen der Form und des Querschnitts der Kanäle sind bei der dort beschriebenen Herstellungstechnik dann zu erwarten, wenn Breiten- und Tiefenabmessungen in einer Größe von 10 µm und kleiner gefordert sind und wenn insbesondere die Schwankungsbreite dieser Abmessungen weniger als 5% betragen soll.Changes in the shape and cross-section of the channels are there described manufacturing technology to be expected if width and Depth dimensions in a size of 10 µm and smaller are required and if in particular the fluctuation range of these dimensions is less than 5% should.
Auch im Anwendungsbereich mikrofluidischer Anzeigen werden hohe Anforderungen an die Herstellungstechnik für die graphische Anzeigeeinrichtung gestellt, in der übereinstimmend mit dem Bildinhalt mindestens zwei, sich im Kontrast unterscheidende Flüssigkeiten in einer mäanderförmigen Mikrokanalstruktur durch Mikropumpen gefördert werden. Nach dem Abschalten der Pumpen bildet sich ein aus Flüssigkeitssegmenten bestehendes stationäres Muster, das den Anzeigeninhalt wiedergibt. Entscheidender Vorteil für den Anwender ist die Verfügbarkeit einer alphanumerischen Anzeige guter Sichtbarkeit mit niedriger Stromaufnahme im Vergleich zu LCD-Anzeigen, da die Darstellung der Anzeige im stationären Zustand stromlos erfolgt. Ist eine Veränderung des Bildinhaltes erforderlich, wird der alte Bildinhalt durch den neuen Bildinhalt verdrängt und in einen Separator geschoben, an dessen Ausgängen die entmischten Flüssigkeiten den jeweiligen Mikropumpen wieder zur Verfügung stehen. Microfluidic displays are also becoming high Manufacturing technology requirements for the graphic display device placed, in accordance with the picture content at least two, in the Contrasting liquids in a meandering micro-channel structure are promoted by micropumps. After the pumps are switched off, it forms a stationary pattern consisting of liquid segments, which the Displays ad content. The decisive advantage for the user is that Availability of an alphanumeric display of good visibility with low Current consumption compared to LCD displays because the display in the steady state occurs without current. Is a change in the image content required, the old image content is replaced by the new image content and in pushed a separator, at the outputs of which the segregated liquids respective micropumps are available again.
Das Prinzip erfordert die Verwendung von optisch transparenten Kunststoffmaterialien, mit Mikrokanälen in der Größe von wenigen 10 µm. Um eine korrekte Darstellung der Symbole mittels der beiden Flüssigkeiten zu erzielen, werden an diese Mikrokanäle besondere Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bei der Herstellung gestellt. Dies betrifft insbesondere die Reproduzierbarkeit und Konstanz der Kanalquerschnitte, um die Position eines Flüssigkeitssegments genau zu definieren, sowie eine extrem niedrige Oberflächenrauhigkeit, um den Druckabfall in dem Mikrokanal möglichst klein zu halten.The principle requires the use of optically transparent Plastic materials, with microchannels in the size of a few 10 µm. To one to achieve correct representation of the symbols by means of the two liquids to these microchannels special requirements in terms of accuracy and Reproducibility posed during manufacture. This applies in particular to the Reproducibility and constancy of the channel cross sections to the position of a Define liquid segments precisely, as well as an extremely low Surface roughness in order to keep the pressure drop in the microchannel as small as possible hold.
Aufgabe der Erfindung ist es, den erhöhten Genauigkeitsanforderungen in Bezug auf Form und Querschnitt der Mikrostrukturen auch bei einer kostengünstigen Produktion in großen Stückzahlen gerecht zu werden. Außerdem sollen verbesserte Bedingungen für optische Analysetechniken gewährleistet werden.The object of the invention is to meet the increased accuracy requirements Shape and cross-section of the microstructures even with an inexpensive one Production in large numbers. They are also said to be improved Conditions for optical analysis techniques can be guaranteed.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Einrichtung zum Transport von kleinsten Flüssigkeitsmengen, die in einem Träger ein System von mikrostrukturierten Hohlräumen enthält, dadurch gelöst, daß der Träger bis auf die mikrostrukturierten Hohlräume im wesentlichen eine Struktur eines monolithischen Körpers aufweist.According to the invention, the object is achieved by a device for transporting smallest amounts of liquid in a carrier a system of microstructured Contains voids, solved in that the carrier except for the microstructured Cavities essentially has a structure of a monolithic body.
Da das Material des Trägers nicht in Wechselwirkung mit den Probensubstanzen treten soll, besteht dieser aus einem thermoplastischen Werkstoff.Because the material of the carrier does not interact with the sample substances should occur, this consists of a thermoplastic material.
Die einheitliche, einem monolithischen Körper entsprechende Struktur des Trägers wird dadurch erzeugt daß der Träger aus plattenförmigen Trägerteilen mit einer verbindenden Schicht hergestellt ist, deren stoffliche Zusammensetzung in einem Lösungsmittel denen der plattenförmigen Trägerteile gleicht. Von besonderer Bedeutung dabei ist, daß die Dicke der Schicht die Breiten- und Tiefenabmessungen der mikrostrukturierten Hohlräume wesentlich unterschreitet. Dadurch behalten die mikrostrukturierten Hohlräume ihre, durch ein Heißprägen z. B. unter Vakuumbedingungen hochgenau erzeugten Parameter bei. Kantenverrundungen, Materialverdichtung, Verbiegungen und ähnliche Veränderungen werden ausgeschlossen und so das Strömungsverhalten der in die Hohlräume eingefüllten Flüssigkeiten positiv beeinflußt. The uniform structure of the support corresponding to a monolithic body is generated in that the carrier from plate-shaped carrier parts with a connecting layer is produced, the material composition in one Solvent is similar to that of the plate-shaped carrier parts. Of special What is important here is that the thickness of the layer is the width and depth dimensions of microstructured cavities. This keeps them microstructured cavities their, by hot stamping z. More colorful Vacuum conditions generated with high precision parameters. Edge rounding, Material densification, bending and similar changes will occur excluded and so the flow behavior of the filled in the cavities Liquids positively influenced.
Dadurch, daß die Schicht in gelöstem Zustand zwischen die plattenförmigen Trägerteile eingebracht ist, verbindet sich diese nach der Verflüchtigung des Lösungsmittels reaktiv mit den Oberflächen der beiden plattenförmigen Teile. Selbst elektronenmikroskopisch ist an den Verbindungsflächen keine Kantenstruktur zu erkennen, so daß ein derart hergestellter Träger bis auf die mikrostrukturierten Hohlräume die Struktur eines monolithischen Körpers besitzt. Das wirkt sich besonders positiv auf die Genauigkeit von Messungen an umschlossenen Proben aus, weil der Träger keine Fremdmaterialien und keine Sprünge in den Materialeigenschaften enthält. Beeinflussungen durch eine räumliche Variation von physikalischen Parametern wie z. B. Brechnungsindex, Absorptionskoeffizient und Wärmeleitfähigkeitskoeffizient werden ausgeschlossen.The fact that the layer in the dissolved state between the plate-shaped Carrier parts is introduced, this connects after the volatilization of the Solvent reactive with the surfaces of the two plate-shaped parts. Self No edge structure is observed at the connecting surfaces by electron microscopy recognize so that a carrier produced in this way except for the microstructured Cavities has the structure of a monolithic body. That affects particularly positive for the accuracy of measurements on enclosed samples, because the carrier has no foreign materials and no cracks in the Contains material properties. Influences by a spatial variation of physical parameters such as B. refractive index, absorption coefficient and Thermal conductivity coefficients are excluded.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zum Transport von kleinsten Flüssigkeitsmengen, die in einem Träger ein System von mikrostrukturierten Hohlräumen enthält. Zur Herausbildung einer, einem monolithischen Körper entsprechenden Struktur des Trägers wird zwischen plattenförmige Teile eine verbindende Schicht in gelöstem Zustand eingebracht, deren stoffliche Zusammensetzung denen der plattenförmigen Trägerteile gleicht und deren Schichtdicke die Breiten- und Tiefenabmessungen der mikrostrukturierten Hohlräume wesentlich unterschreitet.The invention also relates to a method for producing a Device for transporting the smallest amounts of liquid in a carrier Contains system of microstructured cavities. To form one, one monolithic body corresponding structure of the carrier is between plate-shaped parts introduced a connecting layer in the dissolved state, whose material composition is the same as that of the plate-shaped carrier parts and whose layer thickness is the width and depth dimensions of the microstructured Cavities significantly below.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawing become.
Die Figur zeigt in Pfeilrichtung den Ablauf bei der Herstellung einer Einrichtung zur Probenanalyse in drei Schriften, wobei die Darstellungsweise das Prinzip hervorheben soll und deshalb keineswegs den tatsächlichen Größenverhältnissen entspricht.The figure shows in the direction of the arrow the sequence in the manufacture of a device for Sample analysis in three fonts, with the presentation emphasizing the principle should and therefore by no means corresponds to the actual proportions.
Entsprechend der Figur beginnt die Herstellung der erfindungsgemaßen Einrichtung damit, daß in einem ersten Schritt ein erstes polymeres, plattenförmiges Trägerteil 1 mit einem Abformwerkzeug 2 durch Heißprägen z. B. unter Vakuumbedingungen Mikrostrukturen 3 eingebracht werden. Das Trägerteil 1 besteht hier aus Polymethylmethacrylat (PMMA). Es können aber auch andere Materialien, insbesondere thermoplastische Kunststoffe wie z. B. Polycarbonat (PC) oder Polyethylen (PE) verwendet werden.According to the figure, the manufacture of the device according to the invention begins with the fact that in a first step a first polymeric, plate-shaped carrier part 1 with an impression tool 2 by hot stamping z. B. can be introduced under vacuum conditions microstructures 3 . The carrier part 1 consists of polymethyl methacrylate (PMMA). However, other materials, in particular thermoplastics such as. As polycarbonate (PC) or polyethylene (PE) can be used.
Zunächst wird mit mikrotechnischen Methoden ein Strukturnegativ der gewünschten Mikrostruktur 3 aus einem sehr harten Material, typischerweise Metall oder Silizium hergestellt. Für die Herstellung metallischer Werkzeuge ist beispielsweise ein Schritt aus einer Methode geeignet, die unter dem Namen LIGA-Technik (LIGA process, Microelectron. Eng. 4 (1986) 35-56) bekannt geworden ist. Eine Resistschicht wird über eine Maske in einem röntgenlithographischen Verfahren mit Synchrotronstrahlung belichtet. Dazu kann beispielsweise eine Einrichtung verwendet werden, die in den deutschen Patentschriften DE 44 18 779 C1 und DE 44 24 274 C1 beschrieben ist. Die nach der Entwicklung des Resists entstehende Form wird galvanisch mit dem vorgesehenen Material aufgefüllt, so daß nach dem Entfernen des Resists das Strukturnegativ der Mikrostruktur 3 als Abformwerkzeug 2 vorliegt. Zur Herstellung von Strukturnegativen aus Silizium eignen sich beispielsweise die bekannten Methoden des naßchemischen Ätzens von Silizium oder eine Oberflächenbearbeitung mit reaktivem Ionenätzen.First, a structural negative of the desired microstructure 3 is produced from a very hard material, typically metal or silicon, using microtechnical methods. For example, a step from a method which is known under the name LIGA technology (LIGA process, Microelectron. Eng. 4 (1986) 35-56) is suitable for the production of metallic tools. A resist layer is exposed to synchrotron radiation using a mask in an X-ray lithographic process. For this purpose, a device can be used, for example, which is described in German patents DE 44 18 779 C1 and DE 44 24 274 C1. The shape resulting after the development of the resist is galvanically filled with the intended material, so that after the resist is removed, the structural negative of the microstructure 3 is present as an impression tool 2 . For example, the known methods of wet chemical etching of silicon or surface processing with reactive ion etching are suitable for producing structure negatives from silicon.
Unter Verwendung einer Abformungseinrichtung für mikrosystemtechnische Strukturen, z. B. nach der DE 196 48 844 C1, wird das Abformwerkzeug 2 zusammen mit dem polymeren Trägerteil 1 auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymerwerkstoffes erhitzt. Die Übertragung der in dem Abformwerkzeug 2 enthaltenen Strukturen auf das Trägerteil 1 erfolgt vorzugsweise unter Vakuumbedingungen, indem beide Teile unter hohem Druck gegeneinander gepreßt werden. Durch Abkühlung des Trägerteils 1 und des Abformwerkzeuges 2 noch im Zustand ihres engen Kontaktes auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Polymerwerkstoffes verfestigen sich die Strukturen im Trägerteil 1. Dadurch bleiben die Mikrostrukturen 3 nach Entfemen des Abformwerkzeuges erhalten. Selbstverständlich sind auch Replikationstechniken wie z. B. Gießen, UV-Reaktionsgießen, Spritzgießen oder andere Prägeverfahren anwendbar.Using an impression device for microsystem structures, e.g. B. according to DE 196 48 844 C1, the molding tool 2 is heated together with the polymeric carrier part 1 to a temperature above the glass transition temperature of the polymer material. The structures contained in the molding tool 2 are preferably transferred to the carrier part 1 under vacuum conditions in that the two parts are pressed against one another under high pressure. By cooling the carrier part 1 and the molding tool 2 while they are still in close contact to a temperature below the glass transition temperature of the polymer material, the structures in the carrier part 1 solidify. As a result, the microstructures 3 are retained after the molding tool has been removed. Of course, replication techniques such as. B. casting, UV reaction molding, injection molding or other embossing processes applicable.
Eine zweites Trägerteil 4, das aus dem gleichen polymerem Werkstoff wie das Trägerteil 1 besteht, dient dazu, die Mikrostrukturen 3 abzudecken. Es entstehen mikrostrukturierte Hohlräume 5. Zumindest ein Teil der Hohlräume 5 ist über Kanäle 6 mit der Umgebung verbunden, so daß ein Befüllen und ein Entleeren gewährleistet ist. Die Kanäle 6 können entsprechend der Figur in das Trägerteil 4 eingearbeitet oder in anderer Weise, z. B. seitlich an die Umgebung geführt sein.A second carrier part 4 , which consists of the same polymeric material as the carrier part 1 , serves to cover the microstructures 3 . Microstructured cavities 5 are created . At least some of the cavities 5 are connected to the environment via channels 6 , so that filling and emptying is ensured. The channels 6 can be incorporated according to the figure in the carrier part 4 or in another way, for. B. be guided laterally to the environment.
Zwischen beide Trägerteile 1 und 4 wird zu deren Verbindung entsprechend dem Schritt 2 eine Schicht 7 eingebracht, die in einem Lösungsmittel, wie z. B. Methylacetoacrylat, ausschließlich das Material der beiden Trägerteile 1 und 4 enthält. Unter Umständen ist es auch möglich, ein Polymer zu verwenden, das in seiner Molekülstruktur derjenigen der beiden Trägerteile 1 und 4 lediglich sehr stark ähnelt. Von besonderer Bedeutung ist die Dicke der Schicht 7, da hierdurch die Funktionalität der mikrostrukturierten Hohlräume 5 entscheidend beeinflußt wird. So gilt es zu verhindern, daß Schichtmaterial in die Mikrostrukturen 3 eintritt oder daß insbesondere deren Kantenbereiche durch das Lösungsmittel angegriffen werden. Bei Kanalquerschnitten von 10 × 10 mm bis 40 × 40 mm ist eine Schichtdicke von weniger als 0,6 mm erforderlich. Zusätzlich ist eine negative Auswirkung von Kapillareffekten beim Fügen der beiden Trägerteile 1 und 4 zu vermeiden. Schließlich ist es wichtig, daß die Schicht 7 eine gleichmäßige Verteilung auf der gesamten verbindenden Oberfläche aufweist. Bei einer Ansammlung des Schichtmaterials im Bereich der Kanäle 6 würde dieses sonst in die Mikrostrukturen 3 eindringen. Deshalb werden die in dem vorzugsweise zu beschichtenden Trägerteil 4 enthaltenen Kanäle 6 zwischenzeitlich durch passend gearbeitete Stifte verschlossen, wodurch eine ausreichend geschlossene Oberfläche entsteht. Das Aufbringen der Schicht 7 erfolgt nach einem Reinigungsprozeß, in den auch das Trägerteil 1 einbezogen wird. An den Oberflächen anhaftende Partikel, die die Homogenität der Schicht 7 zerstören und somit eine vollständige Verbindung der beteiligten Werkstücke verhindern würden, lassen sich dadurch in ausreichendem Maße entfernen.Between the two carrier parts 1 and 4 , a layer 7 is introduced to connect them in accordance with step 2 , which is in a solvent such as. B. methylacetoacrylate, contains only the material of the two support parts 1 and 4 . Under certain circumstances, it is also possible to use a polymer whose molecular structure only very closely resembles that of the two carrier parts 1 and 4 . The thickness of the layer 7 is of particular importance, since this has a decisive influence on the functionality of the microstructured cavities 5 . It is important to prevent layer material from entering the microstructures 3 or, in particular, from their edge regions being attacked by the solvent. With channel cross sections from 10 × 10 mm to 40 × 40 mm, a layer thickness of less than 0.6 mm is required. In addition, a negative effect of capillary effects when joining the two carrier parts 1 and 4 is to be avoided. Finally, it is important that the layer 7 have a uniform distribution over the entire connecting surface. If the layer material were to accumulate in the region of the channels 6 , this would otherwise penetrate into the microstructures 3 . For this reason, the channels 6 contained in the carrier part 4 , which is preferably to be coated, are meanwhile closed by suitably worked pins, as a result of which a sufficiently closed surface is created. The layer 7 is applied after a cleaning process, in which the carrier part 1 is also included. Particles adhering to the surfaces, which destroy the homogeneity of the layer 7 and thus would prevent a complete connection of the workpieces involved, can thereby be removed to a sufficient extent.
Die Oberfläche des Trägerteiles 4 wird zunächst zentrisch mit einer kleinen Menge des gelösten Polymerwerkstoffes in einer Größenordnung von einigen Mikrolitern, z. B. durch Pipettieren versehen. Anschließend erfolgt die Einstellung der erforderlichen Schichtdicke durch schnelle Rotation des auf einem Drehtisch befestigten Trägerteiles 4, wofür die Viskosität des gelösten Polymerwerkstoffes und die Rotationsgeschwindigkeit hauptsächlich bestimmend sind. Sollen beispielsweise die mikrostrukturierten Hohlräume 5 in einem PMMA-Träger Breiten- und Höhenabmessungen im Bereich von 10 µm aufweisen, ist eine Umdrehungszahl von mehreren Tausend Umdrehungen pro Minute (4000-6000 U/min) bei einem Lösungsmittelverhältnis von 1 : 7-1 : 11 PMMA zum Lösungsmittel Methylacetoacrylat erforderlich. Die unter diesen Bedingungen erzielte Dicke der Schicht 7 erreicht den o. g. Bereich und unterschreitet somit die Breiten- und Höhenabmessungen der mikrostrukturierten Hohlräume 5 wesentlich. Unmittelbar nachdem die Schicht 7 aufgebracht ist, werden beide Trägerteile 1 und 4 miteinander durch mechanischen Kontakt verbunden, so daß die Mikrostrukturen 3 durch das Trägerteil 4 abgedichtet begrenzt werden. Dabei sollen Verkippungsfehler ausgeschlossen, lateraler Versatz unterbunden und gleichmäßige Druckverhältnisse garantiert werden. Dies kann beispielsweise in einer geeigneten Vorrichtung geschehen, in der die beiden Trägerteile 1 und 4 paßgenau und ohne laterales Spiel aufeinander gelegt und mittels eines Stempels einer gleichmäßigen Kraft ausgesetzt werden können. Alternativ kann die Verbindung auch durch einen Walzschritt erfolgen. Für die dauerhafte und homogene Verbindung ist insbesondere ein schnelles Zusammenfügen innerhalb von 20-60 s von Bedeutung, um ein vorzeitiges Verdunsten des Lösungsmittels zu verhindern. Ansonsten wäre eine definierte und langzeitstabile Verbindung beider Werkstücke mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Danach wird das Verdunsten des Lösungsmittels bei Zimmertemperatur abgewartet. Selbstverständlich kann die Bearbeitungszeit durch eine Temperaturerhöhung oder durch den Einsatz eines Trockenofens mit oder ohne Vakuumunterstützung verkürzt werden.The surface of the carrier part 4 is first centrically with a small amount of the dissolved polymer material in the order of a few microliters, for. B. provided by pipetting. The required layer thickness is then set by rapid rotation of the carrier part 4 fastened on a turntable, for which the viscosity of the dissolved polymer material and the speed of rotation are mainly decisive. For example, if the microstructured cavities 5 in a PMMA carrier are to have width and height dimensions in the range of 10 μm, the number of revolutions is several thousand revolutions per minute (4000-6000 rpm) with a solvent ratio of 1: 7-1: 11 PMMA required for the solvent methylacetoacrylate. The thickness of the layer 7 achieved under these conditions reaches the above-mentioned range and thus significantly falls below the width and height dimensions of the microstructured cavities 5 . Immediately after the layer 7 has been applied, both carrier parts 1 and 4 are connected to one another by mechanical contact, so that the microstructures 3 are delimited in a sealed manner by the carrier part 4 . Tilting errors should be excluded, lateral misalignment prevented and even pressure conditions guaranteed. This can be done, for example, in a suitable device in which the two carrier parts 1 and 4 can be placed on one another with a precise fit and without lateral play and can be subjected to a uniform force by means of a stamp. Alternatively, the connection can also be made by a rolling step. For a permanent and homogeneous connection, quick assembly within 20-60 s is particularly important to prevent the solvent from evaporating prematurely. Otherwise a defined and long-term stable connection of both workpieces would be more or less impaired. Then the solvent evaporates at room temperature. Of course, the processing time can be shortened by increasing the temperature or by using a drying oven with or without vacuum support.
Die endgültige Struktur eines monolithischen Körpers 8 bildet sich in einem dritten Schritt dadurch heraus, daß die durch das Lösungsmittel in den Oberflächen aufgebrochenen Verbindungen beim Verdunsten des Lösungsmittels wieder neu gebildet werden, wobei die Moleküle im Bereich einer Grenzschicht auf jeder Oberfläche mit den Molekülen der Schicht 7 Bindungen eingehen.The final structure of a monolithic body 8 is formed in a third step in that the compounds broken up by the solvent in the surfaces are formed again when the solvent evaporates, the molecules in the region of a boundary layer on each surface with the molecules of the layer 7 commitments.
Nach dem Verflüchtigen des Lösungsmittel entsteht ein einheitlicher Träger, der nur aus einem Material besteht und keine Unstetigkeiten der Materialeigenschaften an der zunächst vorhandenen Grenzschicht der beteiligten Oberflächen besitzt.After the solvent has evaporated, a uniform carrier is formed, which is only consists of one material and there are no discontinuities in the material properties the initially existing boundary layer of the surfaces involved.
Das Einbringen der verbindenden Schicht beschränkt sich nicht auf das hier beschriebene Verfahren, obwohl damit besonders gute Ergebnisse zu erzielen sind. Insbesondere ist alternativ auch das Aufwalzen eine sehr gut geeignete Methode.The introduction of the connecting layer is not limited to this described method, although particularly good results can be achieved. In particular, rolling is also a very suitable method.
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