Mikrofluidik: Komplexe Strukturen in hartspröden Materialien
ShapeFab fertigt mikrofluidische Komponenten aus Glas mittels 5-Achs-CNC-Bearbeitung: 3D-Mikrokanäle, Reservoirs, Anschlüsse und Lab-on-Chip-Strukturen – ab Strukturbreiten von 300 µm, in Quarzglas, Borosilikatglas und weiteren technischen Gläsern. Von Prototypen bis Serie, ISO 9001 zertifiziert, Fertigung in Jena.
Die Mikrofluidik befasst sich mit der Kontrolle kleiner Flüssigkeitsvolumina und wird als Schlüsseltechnologie in der Analytik eingestuft. Mögliche Anwendungen von mikrofluidischen Komponenten sind beispielsweise innerhalb der Biotechnologie, Arzneimittelforschung oder (Point-of-Care-) Diagnostik zu finden.
Exemplarische Anwendungen:
- Lab-on-a-chip
- Organ-on-a-chip
- Mikroanalyse Systeme
- Mikroreaktoren
Bei besonders anspruchsvollen Anwendungen der Mikrofluidik überwiegen die Vorteile von hartspröden Materialien wie Glas deren Nachteile:
Glas | Polymer | Keramik | |
|---|---|---|---|
Optische Eigenschaften | +++ | + | -- |
Chemische Widerstandsfähigkeit | ++ | o | +++ |
Oberflächeneigenschaften | ++ | o | -- |
Thermische Stabilität | ++ | + | +++ |
Hydrophilie | +++ | - | / |
Lagerbeständigkeit | + | - | +++ |
Reproduzierbarkeit | ++ | o | / |
Beschichtungsfähigkeit | + | o | -- |
NRE-Kosten | + | -- | -- |
Preis pro Stück (Serie) | - | +++ | -- |
Quelle: Courtesy of CfBI’s MF consortium „Desing for Microfluidic Device Manufacture Guidelines“, V5
Exemplarische Materialien:
- Quarzglas
- Borosilikatglas
- Kalziumfluorid
- Zerodur
- Zirkoniumdioxid
- Siliziumkarbid
Herstellbare Geometrien:
- Mikrolöcher
- Vertiefungen
- Reservoirs
- Komplexe 3D-Kanäle
- Verzweigungen
- Gewinde
- Einlass-/Auslassöffnungen
- und weitere…
Durch unser hochpräzises 5-Achs-CNC-Bearbeitungsverfahren können dreidimensionale mikrofluidische Strukturen aus Glas auch bei kleinen Losgrößen und komplexen Geometrien wirtschaftlich hergestellt werden. Es erfolgt eine anwendungsspezifische Auswahl verschiedener hartspröder Materialien (z.B. Calciumfluorid für Anwendungen in der Raman-Spektroskopie).
Unsere Technologie bietet folgende Vorteile gegenüber den verfügbaren Fertigungsmöglichkeiten:
Ätzverfahren | Laserverfahren | Selektives Laserätzen (SLE) | ShapeFab (kombinierte CNC Bearbeitung) | |
|---|---|---|---|---|
| Fast Prototyping / kleine und mittlere Losgrößen | 𐄂 | ✔ | ✔ | ✔ |
| Hohe Stückzahlen | ✔ | 𐄂 | 𐄂 | 𐄂 |
| Keine Verwendung von umweltschädlichen Chemikalien | 𐄂 | ✔ | ✔ | ✔ |
| Geringer Wärmeeintrag in das Bauteil | ✔ | 𐄂 | 𐄂 | ✔ |
| Hohes Aspektverhältnis | 𐄂 | ✔ | ✔ | ✔ |
| Selektive Politur | 𐄂 | 𐄂 | 𐄂 | ✔ |
| Senkrechte Kanalwände | 𐄂 | 𐄂 | ✔ | ✔ |
| Übergang verschiedener Kanaltiefen | 𐄂 | 𐄂 | ✔ | ✔ |