Ein Team von Forschern der Montana State University untersuchte in der Studie „3D printing on glass for direct sensor integration“ Methoden zur Verfeinerung 3D-gedruckter Mikrofluidik. Dabei entstand ein Ansatz zur Herstellung von Kanälen auf Glassubstraten, welche die Integration von Sensoren möglich machen. Ein zusammenfassende Übersicht der Inhalte des wissenschaftlichen Ansatzes.

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3D-Druckverfahren zählen zu den realistischen Verfahren für die Herstellung fluidischer Bauelemente, bei der Küpenpolymerisation (VPP), Stereolithographie (SLA) und Digital Light Processing (DLP) zum Einsatz kommen. Das amerikanische Forscherteam untersuchte in einer Studie mit dem Titel „3D printing on glass for direct sensor integration“ jetzt die zusätzliche Integration von Sensoren. Glassubstrate ermöglichen Kanäle, die optisch transparent sind. Diese erlauben es dann, einen Impedanz-Leitfähigkeits-Sensor auf Glasbasis in den Strömungskanal aus dem 3D-Drucker einzubetten.

Details zur Forschungsarbeit

Beim 3D-Druck setzten die Forscher auf einen MiiCraft 50 3D-Drucker und klares BV007-Harz. Eine Silikondichtung und eine Membranvakuumpumpe (Masis, GZ35-12) hielten die Objektträger während des Drucks fest und gaben sie später zum richtigen Zeitpunkt wieder frei. Laut den Wissenschaftlern ragte der Glasträger leicht aus der Bauplattenebene heraus. Der Abstand wurde gemessen und in der Drucksoftware berücksichtigt.

Herstellungsprozess und das fertige Objekt
Details und das Druckergebnis (Bild © M. Neubauer, M. McGlennen, S. Thomas and S. Warnat).

Die bündige Montage des Glases an der Kante des Einsatzes half, die Glaskante in der Software so zu referenzieren, dass die Ausdrucke mit einer Wiederholgenauigkeit von mehr als 100 μm an der Kante ausgerichtet wurden. Das Glassubstrat ermöglicht als Teil des Kanals einen idealen optischen Zugang. Die Sensoreigenschaften konnten nicht beeinflusst werden, wie eine Raman-Spektroskopie, Widerstandsmessungen und Impedanzspektren zeigten. Nach dem Druck auf dem Sensor blieben weder Harz noch Chemikalien auf der Sensoroberfläche zurück.

Prognose

Beliebig viele Geräte können mit denselben Methoden zur Geräterealisierung in eine 3D-gedruckte Struktur integriert werden. Je besser die Technik verfeinert wird, desto mehr lassen sich Einschränkungen beim 3D-Drucker, der Auflösung und kompatiblen Harzen reduzieren. Das Verfahren wird laut den Forschern von den Fortschritten in der 3D-Drucktechnologie profitieren und zu einer zunehmend realisierbaren Möglichkeit für die Integration von Sensorpackungen in die Bio-Sensorik werden. Von ähnlichem Interesse ist auch der Prozess, der beim 3D-Druck des kleinsten 3D-gedruckten Schaltungselements der Welt zum Einsatz kam.

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