TP4 Mikro-Nano-Interfacing

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Teilprojekt 4

Mikro-Nano-Interfacing

Im Teilprojekt 4 werden schon vorhandene Porensysteme und neue Systeme, die in den Teilprojekten 1 und 2 entstehen, an mikroelektronische Systeme gekoppelt, um so im Miniaturmaßstab robuste elektrische Signale registrieren zu können.

Teilprojekt 4.1

Integration von Nanoporen in Lab-on-Chip Systeme

Projektleiter: Helmut F. Schlaak

Die AG Schlaak (Elektrotechnik) arbeitet seit mehreren Jahren auf dem Gebiet der Mikro-Nano-Integration. Insbesondere die Vor-Ort-Erzeugung metallischer Drähte mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm stellt hierbei einen Schwerpunkt dar. Als Zwischenschritt muss hierzu bereits eine ionenspurgeätzte Polymermembran in ein Mikrosystem integriert werden. Daher sind die nötigen Prozessschritte und Handling-Abläufe bekannt und können in dem Projekt angewendet werden.

Konzept des Lab-on-Chip Systems: Gesamtansicht
Konzept des Lab-on-Chip Systems: Gesamtansicht

Nanoporen sensorisch zu nutzen, ist derzeit nur in aufwendigen Laboraufbauten möglich. So werden Polymerfolien mit chemisch modifizierten Poren in aufwendig gefertigten relativ großen elektrochemischen Zellen untersucht. Dazu müssen sie vor jeder Untersuchung manuell eingespannt und anschließend die Elektrolytzellen befüllt werden. Nach dem Befüllen werden die drahtförmigen Elektroden in das System eingebracht. Ein weiterer Nachteil, neben der aufwendigen Handhabung und komplexen Messelektronik, ist die Größe der Zelle mit ihrem großen Lösungsvolumen. Das bedingt eine große Benetzungsfläche der Membran, so dass Membranen mit einzelnen Poren verwendet werden müssen. Diese sind sehr aufwendig zu produzieren bzw. derzeit nur in Forschungseinrichten herzustellen. Daher soll hier ein neuer Ansatz verfolgt werden in dem ein mikrofluidisches System (Lab-on-Chip) hergestellt wird, in dem die Folie direkt integriert wird. Das Konzept eines solchen Systems ist in der Abbildung skizziert. Durch die verkleinerte Benetzungsfläche der Membran kann auch bei kommerziellen mehrporigen Membranen garantiert werden, dass nur eine einstellige Anzahl von Poren für die Messung genutzt wird. Innerhalb des Projektes soll ein mikrofluidisches System realisiert werden, in welchem die ionenspurgeätzte Membran integriert ist. Zudem sind Elektrolytvolumina und Strömungskanäle sowie die nötigen Elektroden mit in dem Mikrosystem integriert. Das vorgestellte Konzept vereint klassische mikrotechnische Fertigungsverfahren, die zur Herstellung von Lab-on-Chip Systemen üblicherweise eingesetzt werden, mit den in der AG Schlaak entwickelten Integrationstechnologien für ionenspurgeätzte Folien.

Konzept des Lab-on-Chip Systems: Explosionsansicht. Das Lab-on-Chip System für iNAPO besteht aus zwei strukturierten Schichten, die die Kanäle und Volumina enthalten. Die Elektroden werden lithographisch auf dem Substrat strukturiert. An der linken und rechten Substratseite sind die Einfüllöffnungen für die Elektrolytbefüllung der Volumina vorgesehen.
Konzept des Lab-on-Chip Systems: Explosionsansicht. Das Lab-on-Chip System für iNAPO besteht aus zwei strukturierten Schichten, die die Kanäle und Volumina enthalten. Die Elektroden werden lithographisch auf dem Substrat strukturiert. An der linken und rechten Substratseite sind die Einfüllöffnungen für die Elektrolytbefüllung der Volumina vorgesehen.