Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Glas-Biochips für die Medizintechnik: ressourcenschonend, kosteneffizient und hochwertig

06.08.2010
Auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand C41 in Halle 14 der diesjährigen Leitmesse der Glasbranche glasstec in Düsseldorf (28.9. – 1.10.2010) präsentiert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT ein innovatives Verfahren zum selektiven laserinduzierten Ätzen von Glas.

Mit dem ISLE-Verfahren (In-volume Selective Laser Etching) lassen sich mikrometerfeine Strukturen in transparenten Bauteilen aus Quarzglas, Borosilikatglas, Saphir und Rubin erzeugen. Fachbesucher können sich diese Bauteile per Video-Monitor vor Ort unter dem Licht-Mikroskop ansehen.


Zahnrad in 1 Millimeter dickes Quarzglas gelasert mit dem ISLE-Verfahren. Fraunhofer ILT

In der medizinischen Forschung werden Biochips mit Mikrokanälen von 100 Mikrometern Durchmesser, das entspricht in etwa der Dicke eines Menschenhaares, für Schnelltests eingesetzt. Die Kanäle in den dünnen Plättchen fassen etwa einen Tropfen Flüssigkeit, meist Blut, die dann mit Hilfe einer speziellen medizinischen Apparatur analysiert wird. Derzeit werden für diese Zwecke Biochips aus Plastik verwendet. Diese können jedoch das Testergebnis verfälschen, da Stoffe aus dem Kunststoff in die Testflüssigkeit diffundieren können. Immer häufiger fordern Partner aus der Medizintechnik daher Biochips aus Glas. Denn diese sind chemisch neutral und eignen sich wesentlich besser für medizinische Analysezwecke als Plastik-Biochips. Bislang gab es allerdings noch kein Verfahren zur Herstellung von Mikrokanälen in Glas-Bauteilen.

Mit dem ISLE-Verfahren stellt das Fraunhofer ILT nun erstmals ein Herstellungsverfahren für Mikrokanäle, Formbohrungen und –schnitte in transparenten Glas-Bauteilen zur Verfügung. Beim selektiven laserinduzierten Ätzen wird das transparente Bauteil innen zunächst dort mit dem Laser bestrahlt, wo später eine Struktur, zum Beispiel ein Kanal entstehen soll. Wichtig ist, dass das Bauteil auch bis zum Rand bearbeitet wird, damit der Kanal einen Ein- und Ausgang hat. An den belichteten Stellen besitzt das Material nun eine andere Struktur als an den unbehandelten. Es weist dort eine 300 Mal höhere Ätzbarkeit auf als das unbelichtete Material. Nun wird das Bauteil in ein Bad aus spezieller, umweltschonender Ätzflüssigkeit gelegt. Das belichtete Material wird weggeätzt. Anschließend wird das Bauteil gereinigt und zurück bleibt die gewünschte Geometrie, in diesem Fall ein feines Kanalsystem. Auf diese Weise können aber auch Bohrungen vorgenommen, winzige Röhrchen von einem Millimeter Durchmesser, einem Millimeter Länge und einer Wandstärke von 8 Mikrometern hergestellt sowie Miniatur-Zahnräder für die Uhrenindustrie ausgestanzt werden. »Die größte Herausforderung besteht darin, Beschädigungen im Glas zu vermeiden«, so Dr. Jens Gottmann, Projektleiter am Fraunhofer ILT. »Denn durch das Umschmelzen im Glas entstehen Spannungen, die zu Rissen im Material führen und das Bauteil unbrauchbar machen können. Hier kommt es auf die optimale Einstellung der Strahlungsparameter an, an der wir permanent arbeiten.« Gottmann und sein Team qualifizieren das Verfahren für kundenspezifische Anwendungen und bieten ihren Kunden einen Mikroscanner mit passendem Laser für die Produktion der maßgeschneiderten Geometrie.

Variation komplexer Geometrien für Prototypen

Das Forschungszentrums Jülich greift gerne auf das ISLE-Verfahren zurück, besonders für die Produktion von Prototypen und Kleinserien: Die Jülicher Forscher benötigen häufig nur ein einziges Exemplar eines Bauteils, um zu ergründen, welcher Kanalverlauf sich innerhalb eines Biochips am besten für medizinische Zwecke eignet. Bislang musste zur Herstellung dieser Prototypen eigens eine Maske angefertigt werden. Eine aufwändige und kostenintensive Vorarbeit. Beim ISLE-Verfahren lassen sich komplexe Geometrien auch ohne Maske erzeugen, eine aufwändige Justage zur Variation der Geometrie entfällt.

Potenzial für Großserien

Auch für Großserien könnte das ISLE-Verfahrens zukünftig eingesetzt werden. Im Labor sind bereits Glasbauteile innerhalb weniger Sekunden mit einem neuen Hochleistungs-Femtosekundenlaser belichtet worden. Forscher des Fraunhofer ILT entwickeln derzeit eine entsprechende Anlagentechnik. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Produktion von Glasbauteilen zu ähnlichen Kosten möglich ist wie die Produktion von Kunststoffbauteilen.

Die Verwendung von Float-Glas anstelle des unwesentlich preisgünstigeren Plastiks zahlt sich langfristig aus: Die Glas-Bauteile sind hochwertiger und länger haltbar als Plastik-Bauteile. Glas-Biochips beispielsweise lassen sich wesentlich besser reinigen als Plastik-Biochips, selbst eine Sterilisation im Ofen ist möglich. Dadurch lassen sie sich mehrfach verwenden und sind somit äußerst ressourcen- und umweltschonend.

Einsatzgebiete des Verfahrens können neben der Medizintechnik auch die Feinmechanik, insbesondere der Uhrenbau sein. Künftig soll es möglich sein, mikrostrukturierte 3D-Bauteile, zum Beispiel bereits fertig montierte ineinander greifende Zahnräder in Glas zu erzeugen. Diese Anwendung bedarf noch einiger Forschungsanstrengungen, birgt aber gleichzeitig ein großes wirtschaftliches Potenzial.

Ansprechpartner im Fraunhofer ILT
Für Fragen stehen Ihnen unsere Experten zur Verfügung:
Dr. Jens Gottmann
3D-Volumenstrukturierung
Telefon +49 241 8906-406
jens.gottmann@ilt.fraunhofer.de
Dipl.-Phys. Martin Hermans
3D-Volumenstrukturierung
Telefon +49 241 8906-471
martin.hermans@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Tel. +49 241 8906-0
Fax. +49 241 8906-121

Axel Bauer | Fraunhofer ILT
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Effizienz steigern, Kosten senken!
17.08.2017 | Rittal GmbH & Co. KG

nachricht Maßgeschneiderte Lösungen für APos-Maschinen: Kamerasystem Keyence CV-X100
11.08.2017 | Heun Funkenerosion GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik