US-amerikanische Forscher von der Montana State University (MSU) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Mikrofluidikgeräte auf Glassubstrat mit einem 3D-Drucker herstellen können. Der Prozess sei kostengünstiger und weniger zeitaufwendig als bisherige Methoden. Wir stellen das Verfahren vor.

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Der 3D-Druck von Mikrofluidikgeräten auf Glassubstrat ist kostengünstig und benötigt vom Produktionsstart bis zur Endprüfung nur einen Tag. Forscher des Department of Mechanical and Industrial Engineering (MIE) der Montana State University haben speziell dafür ein neuartiges und verbessertes Verfahren dafür entwickelt, wie die Universität auf der Website berichtet. Dabei werden dünne Flüssigkeitskanäle mit einer Breite von weniger als einem Millimeter auf dem Glassubstrat erzeugt. Das Verfahren soll schneller und billiger als bisher verwendete mikrofluidische Produktionsverfahren sein. In der Zeitschrift Engineering Research Express wurde eine Studie mit dem Titel „3D printing on glass for direct sensor integration“ dazu veröffentlicht.

Details zum Verfahren

Warnat mit 3D-Druckobjekt
Das von Stephen Warnat und seinem Team entwickelte Verfahren ist schneller und billiger als bisher genutzte Verfahren (Bild © MSU / Adrian Sanchez-Gonzalez).

Das von Stephen Warnat, Assistenzprofessor am Norm Asbornson College of Engineering der MSU, und seinem Team entwickelte 3D-Druckverfahren erzeugt Materialkosten von gerade einmal einem Dollar und benötigt einen Zeitaufwand von etwa einem Tag. Es könnte wichtige Anwendungen bei der Herstellung kostengünstiger kundenspezifischer Prototypen von Mikrofluidik-Chips finden. Wir haben Anfang Januar 2020 zum ersten Mal über das Verfahren berichtet.

Mikrofluidische Chips entstanden bisher mithilfe eines Ätzprozesses oder eines Prozesses, bei dem Teile des Chips maskiert und dünne Materialstreifen chemisch abgeschieden werden.

Die Forscher verwendeten bei der Entwicklung einen MiiCraft 50 DLP 3D-Drucker und Clear BV007, ein Harz mit niedriger Viskosität und Transparenz. Die Schwierigkeit beim 3D-Druck von Mikrofluidikkanälen lag darin, auf Glas zu drucken, ohne dass sich die Kanäle lösen. Sie passten den Druckprozess an und konnten so das Harz direkt auf das Glas drucken. Das Material haftet auch gut mit kleinen Sensoren aus dünnen Metallblechen, heißt es in der Auswertung der Studie.

Anwendungen

Mikrofluide auf Glas gedruckt
Mikrofluidik wird als Sensoren auf Glas gedruckt und ermöglichen so im 3D-Druckverfahren eine optimierte Form der Herstellung (Bild © M.Neubauer et.al.; IOP Publishing Ltd., auf iopscience.iop.org).

Sensoren wie jene, die in der Montana Microfabrication Facility hergestellten werden, können in Mikrofluidik-Chips integriert werden. Anwender können damit elektrischen Strom messen oder bestimmte Mineralien im Wasser erfassen.

Das neue Verfahren eignet sich auch für die Untersuchung von Mikroben mit mikrofluidischen Geräten. Christine Foreman, Professorin am Department of Chemical and Biological Engineering, ist von der geringen Kosten und der geringen Größe beeindruckt. Laut Foreman sind in Mikrofluidik-Chips integrierte Sensoren ideal für den Einsatz in Umwelt- und Industrieanwendungen.

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