US-Forscher erzielen Durchbruch bei gedruckten 3D-Mikrofluidik-Chips

Ein Team unter der Leitung von Stephan Warnat der Fakultät für Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen der Montana State University hat eine neue Technik für den 3D-Druck mikrofluidischer Geräte entwickelt. Die neue Methode ermöglicht den 3D-Druck direkt auf ein Glassubstrat, um dünne Flüssigkeitskanäle mit einer Breite von weniger als einem Millimeter zu erzeugen.

Mit der neuen Methode demonstrierte das Team um Warnat, dass sie 3D-Drucke direkt auf Glas herstellen können, um die dünnen Kanäle zu bilden, die die Flüssigkeit enthalten. Das neue Verfahren verkürzt die Herstellungszeit erheblich und könnte es den Forschern ermöglichen, in ihren Labors leicht erschwingliche, kundenspezifische Prototypen der Geräte, sogenannte Mikrofluidik-Chips, herzustellen.

“Die Bearbeitungszeit beträgt vielleicht einen Tag, vom Beginn der Produktion bis zum abschließenden Test”, erklärte Warnat, der schätzte, dass die Materialien, aus denen ein typischer Chip mit dem neuen Verfahren hergestellt wird, etwa einen Dollar kosten.

Üblicherweise werden die Kanäle mit einem Ätzverfahren oder durch Maskieren von Bereichen des Chips und chemisches Aufbringen dünner Materialstreifen gebildet. Es ist wichtig, dass der Chip aus Glas ist, da die Forscher die Kanäle normalerweise mit einem Mikroskop betrachten wollen. Doch der 3D-Druck direkt auf Glas erwies sich als schwer fassbar, bis Warnat und seine Mitarbeiter herausfanden, wie das Druckmaterial mit dem transparenten Substrat verbunden werden kann. Außerdem haftete das 3D-Druckmaterial nicht nur gut auf dem Glas, sondern auch auf kleinen Sensoren aus sehr dünnen Metallblechen. Das bedeutet, dass die Sensoren leicht in die Mikrofluidik-Chips integriert werden können.

Das 3D-Druckverfahren wird an der Montana State University im Labor von Warnat implementiert und ermöglicht die Herstellung von erschwinglichen Mikrosensoren zur Messung der Wasserqualität in Bächen und Böden. Die Technologie kann auch vom Zentrum für Biofilmtechnik der MSU genutzt werden. Das Zentrum will die mikrofluidischen Geräte zur Untersuchung von Mikroben einsetzen.

Die Forschungsstudie wurde kürzlich in der Zeitschrift Engineering Research Express unter dem Titel “3D printing on glass for direct sensor integration” veröffentlicht.