DE10015380A1 - Mikrofluidkomponente und Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer solchen - Google Patents
Mikrofluidkomponente und Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer solchenInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Mikrofluidkomponente (10) angegeben, die zumindest einen Kanal (12) zur Führung eines Fluides aufweist, der in eine Öffnung (14) mündet, durch den das Fluid nach außen abgegeben werden kann. Die Mikrofluidkomponente (10) wird an ihrer Außenoberfläche (16) zumindest im Bereich ihrer Spitze (15) dadurch beschichtet, daß diese im Bereich ihrer Außenoberfläche (16) mit einem oberflächenaktiven Fluid behandelt wird, während gleichzeitig die Mikrofluidkomponente (10) von innen her mit einem nicht oberflächenaktiven Fluid, etwa mit einem Schutzgas, gespült wird, das über die Öffnung (14) austritt. Auf diese Weise wird eine selektive Beschichtung der Außenoberfläche (16) erreicht, um diese beispielsweise hydrophob zu machen. Umgekehrt kann die Mikrofluidkomponente an ihrer Innenoberfläche (18) selektiv etwa hydrophil beschichtet werden, während die Außenoberfläche (16) in einem inerten Gas gespült wird (Fig. 1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung
einer Mikrofluidkomponente, die zumindest einen Kanal zur Füh
rung eines Fluides aufweist, der in eine Öffnung mündet, durch
den das Fluid nach außen abgegeben werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner eine Mikrofluidkomponente mit zu
mindest einem Kanal zur Führung eines Fluides, der mit einer zu
einer Außenoberfläche hin mündenden Öffnung verbunden ist.
In der Biotechnologie werden im Laborbetrieb und in der For
schung Mikrofluidikysteme benötigt, mit denen auch kleinste
Fluidmengen gefördert und präzise dosiert abgegeben werden müs
sen. Hierzu sind beispielsweise piezoelektrische Pumpen be
kannt, an deren Ausgang äußerst feine Düsen vorgesehen sind.
Ferner sind unter der Bezeichnung "Top-Spot" Mikrodosiersysteme
bekannt geworden, bei denen eine Mehrzahl von Steigleitungen
mit einem geringen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 30
bis. 50 µm oder sogar noch geringer jeweils einzeln über einen
Kanal mit einem Reservoir verbunden sind. Die einzelnen Steig
leitungen füllen sich hierbei selbst durch Kapillarwirkung.
Durch einen Stempel oder einen sonstigen Druckimpuls, der bei
spielsweise über eine Folie auf die Steigleitungen übertragen
wird, wird lediglich das in den Steigleitungen vorhandene Volu
men ausgegeben, wodurch kleinste Dosiermengen im Nano
literbereich möglich sind.
Derartige Mikrofluidiksysteme werden wegen ihres Einsatzgebie
tes hauptsächlich aus durch wäßrige Medien benetzbaren Materia
lien, wie Glas, Siliciumdioxid usw., hergestellt, oder die Ma
terialien werden derart behandelt, daß die mit Lösungen in Be
rührung kommenden Oberflächen hydrophil werden.
Während die Benetzbarkeit von innen angeordneten Mikrokanälen
bzw. Mikroküvetten des Systems eine entscheidende Voraussetzung
für seine Funktionsfähigkeit ist, stellt die hydrophile Ober
flächenbeschaffenheit an der Außenoberfläche, insbesondere im
Bereich von Dosieröffnungen, ein Problem dar. Dort besteht näm
lich die Tendenz, die Oberfläche um die Austrittsstelle zu be
netzen und sogar Tropfen zu bilden. Dies behindert jedoch eine
saubere Abgabe von Flüssigkeit bzw. führt zur Vermischung ver
schiedener Lösungen aus benachbarten Dosieröffnungen, da die
Benetzbarkeit zur Brückenbildung führen kann.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß die inneren Oberflä
chen, also die Wände der Kanäle und Mikroküvetten, zwar hydro
phil sein sollen, jedoch eine Adsorption von Biomolekülen an
den Wänden unterbleiben soll.
Im Stand der Technik sind Verfahren zur Modifizierung der Be
netzbarkeit von Mikrofluidkomponenten bekannt, wobei Silan
derivate in flüssigen Medien oder durch Abscheidung aus der
Gasphase (CVD) benutzt werden, um die behandelten Oberflächen
zu modifizieren.
Mit derartigen Verfahren werden jedoch alle Oberflächen glei
chermaßen modifiziert, weshalb sich zwar die gewünschten hydro
philen Eigenschaften innerhalb von Kanälen ergeben, sich jedoch
die zuvor erwähnten Nachteile ergeben.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesser
te Mikrofluidkomponente und ein Verfahren zur Oberflächen
behandlung einer Mikrofluidkomponente anzugeben, wodurch die
zuvor erwähnten Nachteile vermieden werden und insbesondere
eine genauere Dosierung von aus Öffnungen der Mikrofluid
komponente abgegebenen Fluiden ermöglicht wird. Dabei soll mög
lichst auch bei eng benachbarten Öffnungen, aus denen Flüssig
keiten abgegeben werden, eine sichere Funktion gewährleistet
sein und eine Vermischung von Flüssigkeiten benachbarter Öff
nungen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß der eingangs ge
nannten Art dadurch gelöst, daß der Kanal mit einem nicht ober
flächenaktiven Fluid gespült wird, während die Mikrofluid
komponente an ihrer Außenoberfläche zumindest im Bereich der
Öffnung mit einem oberflächenaktiven Fluid behandelt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen ge
löst.
Erfindungsgemäß wird nämlich nunmehr eine selektive Behandlung
der Mikrofluidkomponente an ihrer Außenoberfläche ermöglicht,
während die Mikrofluidkomponente an ihrer Innenseite, d. h. im
Bereich ihres zumindest einen Kanals, nicht von dieser Ober
flächenbehandlung beeinträchtigt wird.
Auf diese Weise kann die gewünschte selektive Oberflächen
behandlung der Mikrofluidkomponente erreicht werden und eine
deutlich verbesserte Funktion der Mikrofluidkomponente gewähr
leistet werden.
Als nicht oberflächenaktives Fluid wird vorzugsweise ein
Schutzgas, insbesondere Argon, verwendet.
Dagegen wird als oberflächenaktives Fluid vorzugsweise eine
oberflächenaktive Reaktionslösung verwendet, die vorzugsweise
unter einem Schutzgas, wie etwa Argon, eingeschlossen ist.
Auf diese Weise kann das durch den Kanal zugeführte Schutzgas
an dessen Öffnung austreten und in der Reaktionslösung in Form
von Gasblasen aufsteigen. Somit läßt sich die saubere Trennung
zwischen zu behandelnder Außenoberfläche und nicht zu behan
delnder Innenoberfläche auf einfache Weise gewährleisten.
Als oberflächenaktives Fluid wird in einer Weiterbildung der
Erfindung eine die Außenoberfläche hydrophob modifizierende Re
aktionslösung verwendet, wobei es sich um eine Reaktionslösung
handeln kann, die ein Silanderivat enthält. Hierdurch läßt sich
insbesondere eine siliciumhaltige Außenoberfläche der Mikro
fluidkomponente, wie etwa eine Glasoberfläche, hydrophob modi
fizieren.
Beispielsweise kann hierzu eine Octadecyltrichlorsilanlösung,
vorzugsweise in trockenem Hexan oder Dimethylformamid (DMF),
verwendet werden. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine
Lösung von etwa 0,5 bis 5 Vol.-% Octadecyltrichlorsilan in
Hexan handeln.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird hierzu
die Mikrofluidkomponente mit ihrer Öffnung in ein Reaktions
gefäß eingetaucht, in dem die Reaktionslösung enthalten ist,
während der Kanal mit dem Schutzgas gespült wird, wobei die Re
aktionslösung während der Behandlung gerührt wird.
Durch ein Rühren während der Behandlung wird sichergestellt,
daß sich keine Gasblasen von aufsteigendem Reaktionsgas an der
Außenoberfläche festsetzen, was die Oberflächenbehandlung in
diesem Bereich beeinträchtigen würde.
Vorzugsweise wird die Mikrofluidkomponente nach ihrer Behand
lung in der Reaktionslösung gespült, getrocknet und anschlie
ßend bei erhöhter Temperatur nachbehandelt, um die Oberflächenmodifikation
der Außenoberfläche abzuschließen, was beispiels
weise bei etwa 120°C unter Schutzgas erfolgen kann.
Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung wird die Auf
gabe bei einem Verfahren gemäß der eingangs genannten Art da
durch gelöst, daß der Kanal mit einer oberflächenaktiven Reak
tionslösung gespült wird, die durch die Öffnung nach außen ab
gegeben wird, während die Mikrofluidkomponente an ihrer Außen
oberfläche mit einem nicht oberflächenaktiven Fluid umspült
wird.
Auch auf diese Weise läßt sich eine selektive Oberflächen
modifizierung der Mikrofluidkomponente erreichen, indem nämlich
die Innenoberfläche im Bereich des zumindest einen Kanals der
Mikrofluidkomponente modifiziert wird, während die Außen
oberfläche durch diese Behandlung nicht verändert wird.
Auf diese Weise kann erreicht werden, daß das Benetzungs- oder
Adhäsionsverhalten der Innenoberfläche der Mikrofluidkomponente
in geeigneter Weise beeinflußt wird, während die Außen
oberfläche nicht verändert wird.
Beispielsweise kann die Innenoberfläche des zumindest einen Ka
nals mit einer diese hydrophil modifizierenden Reaktionslösung
und/oder mit einer die Adsorption von Biomolekülen vermindern
den Reaktionslösung behandelt werden.
Auf diese Weise wird einerseits eine gute Flüssigkeitsleitung
durch den oder die Kanäle der Mikrofluidkomponente gewährlei
stet und verhindert, daß Biomoleküle, z. B. Proteinmoleküle, an
der Innenoberfläche adsorbiert werden.
Als oberflächenaktives Fluid kann hierbei eine Reaktionslösung
verwendet werden, die ein Silanderivat oder ein Siloxanderivat
enthält.
Hierbei kann es sich etwa um ein Polyethylenglycolsilan oder um
ein 2-[Methoxy(polyethylenoxy)propyl]heptamethyltrisiloxan han
deln, das vorzugsweise in trockenem Hexan oder Dimethylformamid
gelöst ist. Die Lösung kann beispielsweise eine Konzentration
von etwa 0,5 bis 5 Vol.-% in Hexan oder DMF aufweisen, wobei
eine Konzentration von einem Prozent zu guten Ergebnissen
führt.
Während der selektiven Beschichtung kann gemäß einer Weiterbil
dung der Erfindung die Mikrofluidkomponente in einem Schutzgas
aufgenommen sein, das unter einem Druck steht, der geringer ist
als der Druck, mit dem die Reaktionslösung aus der Öffnung aus
tritt.
Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Flüssigkeitsaustritt aus
der Öffnung unterstützt und verhindert, daß nicht gewünschte
Oberflächenmodifikationen im Bereich der Öffnung auftreten.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird zunächst die
Außenoberfläche der Mikrofluidkomponente mit einem oberflächen
aktiven Fluid behandelt, während der Kanal mit nicht oberflä
chenaktivem Fluid gespült wird, und anschließend, nachdem die
Oberflächenmodifikation an der Außenoberfläche abgeschlossen
ist, nach Zwischenschaltung eines Spül- und Trockenschrittes
die Innenoberfläche des Kanals mit einem oberflächenaktiven
Fluid behandelt.
Auf diese Weise können die Oberflächen der Mikrofluidkomponente
in besonders vorteilhafter Weise beeinflußt werden, wobei etwa
eine hydrophobe Modifizierung der Außenoberfläche und eine hy
drophile und gegebenenfalls eine Adsorption von Biomolekülen
verhindernde Modifikation der Innenoberfläche des mindestens
einen Kanals erreicht werden kann.
Dies bietet den besonderen Vorteil, daß nach abgeschlossener
Modifizierung der Außenoberfläche alle reaktiven Gruppen an der
Außenoberfläche bereits abgesättigt sind, so daß keine weitere
Anlagerung der zur Modifizierung der Innenoberfläche bestimmten
Moleküle erfolgen kann und die chemische Beschaffenheit der
Außenoberfläche unverändert erhalten bleibt.
Darüber hinaus kann durch Verwendung einer geeigneten Absaug
einrichtung für die Reaktionslösung die Kontamination an der
Außenoberfläche vermindert werden.
Gemäß einer weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Verfah
rens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur
Oberflächenbehandlung einer Mikrofluidkomponente gelöst, die
zumindest einen Kanal zur Führung eines Fluides aufweist, der
in einer Öffnung mündet, durch die ein Fluid nach außen abgege
ben werden kann, wobei die Mikrofluidkomponente zunächst minde
stens an ihrer Außenoberfläche im Bereich der Öffnung mit Hilfe
eines oberflächenaktiven Fluides beschichtet wird, woraufhin
ein ausgewählter Teilbereich der Außenoberfläche mit einer Ab
deckung versehen wird, und anschließend eine zuvor aufgebrachte
Beschichtung mittels eines Ätzverfahrens von dem nicht abge
deckten Bereich wieder abgetragen wird.
Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen
gelöst.
Zunächst wird nämlich mit Hilfe des Beschichtungsverfahrens die
Außenoberfläche der Mikrofluidkomponente und ggf. auch deren
Innenoberflächen beschichtet, soweit dies nach dem gewählten
Verfahren erfolgt. Nach der Abdeckung der Außenoberfläche zu
mindest im Bereich der Öffnung, was durch ein Maskierverfahren
oder durch Aufkleben eines Klebestreifens oder dgl. erfolgen
kann, wird im übrigen Bereich der Mikrofluidkomponente, in der
keine Beschichtung der Oberfläche durchgeführt werden sollte,
eine aufgetragene Beschichtung mittels des Ätzverfahrens wieder
entfernt. Im Ergebnis wird so eine selektive Beschichtung der
Außenoberfläche der Mikrofluidkomponente zumindest im Bereich
der Öffnung erreicht, etwa um diese hydrophob zu modifizieren.
Dagegen werden die übrigen Oberflächen der Mikrofluidkomponente
durch das gewählte Verfahren nicht beeinflußt.
Als Ätzverfahren kann ein Ionenätzverfahren, vorzugsweise mit
tels HF-Elektroden, verwendet werden. Alternativ ist auch ein
chemisches Ätzverfahren möglich.
Hinsichtlich der Mikrofluidkomponente wird die Aufgabe der Er
findung dadurch gelöst, daß die Mikrofluidkomponente gemäß der
eingangs genannten Art zumindest an der Außenoberfläche im Be
reich ihrer Öffnung und/oder an einer Innenoberfläche ihres
Kanals mit einer die Benetzbarkeit oder die molekülspezifische
Adsorption oder Bindung modifizierenden Beschichtung selektiv
beschichtet ist.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teilbereiches
einer Mikrofluidkomponente, die in eine Reaktions
lösung eingetaucht ist, während ihrer Beschichtung an
einer Außenoberfläche,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer Mi
krofluidkomponente im Bereich ihrer Öffnung, wobei
ein sich zur Öffnung erstreckender Kanal mit einer
Reaktionslösung durchspült wird, während die Außen
oberfläche in einem Reaktionsgefäß unter Schutzgas
aufgenommen ist und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ionenätzverfah
rens zur Herstellung einer selektiven Beschichtung an
einer Mikrofluidkomponente gemäß einer weiteren Al
ternative der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Teilbereich einer Mikrofluidkomponente, die
insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet ist, im Bereich einer
Öffnung 14 dargestellt, die als Dosieröffnung ausgebildet ist.
Die Mikrofluidkomponente 10 besteht z. B. aus einem Glas und
weist einen Kanal 12 auf, der in der Öffnung 14 in einer Spitze
15 zur Außenseite hin ausmündet. Die Mikrofluidkomponente 10
ist im Bereich ihrer Spitze 15 in eine Reaktionslösung 21 ein
getaucht, die sich in einem Reaktionsgefäß 20 befindet, das in
nicht näher dargestellter Weise geschlossen ausgeführt sein
kann, so daß sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Reakti
onslösung 21 etwa eine Schutzgasatmosphäre, z. B. aus Argon,
bilden kann. Am Boden des Reaktionsgefäßes 20 ist eine Rühr
einrichtung 22 vorgesehen.
Eine solche Anordnung ist zur selektiven Beschichtung der
Außenoberfläche 16 der Mikrofluidkomponente 10 geeignet, wozu
wie folgt vorgegangen wird:
Durch den Kanal 12 wird Schutzgas, etwa Argon, zugeführt, wie
durch den Pfeil 24 angedeutet ist, das aus der Öffnung 14 nach
außen austritt und in Form von Blasen durch die Reaktionslösung
21 nach oben perlt.
Als Reaktionslösung 21 kann z. B. eine 1%-ige Lösung von Octade
cyltrichlorsilan verwendet werden. In diese Reaktionslösung 21
wird die Mikrofluidkomponente 10 mit ihrer Spitze 15 etwa 15
Minuten bei Raumtemperatur eingetaucht, wobei ständig gerührt
wird und die Schutzgasspülung durch den Kanal 12 aufrechterhal
ten wird.
Da sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Reaktionslösung
21 gleichfalls eine Schutzgasatmosphäre 23 einstellt, werden
die nachteiligen Einflüsse, denen derartige Reaktionslösungen
normalerweise unter Luftzutritt ausgesetzt sind, vermieden.
Nach etwa 15 Minuten wird der Vorgang unterbrochen und die Mi
krofluidkomponente in Hexan gespült, um sämtliche Reste der Re
aktionslösung zu entfernen. Anschließend wird die hydrophob
wirkende Modifizierung der Außenoberfläche 16 im Bereich der
Spitze 15 durch eine Temperaturbehandlung bei etwa 120°C über
eine Zeitdauer von ca. 30 Minuten unter Schutzgas abgeschlos
sen.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie ohne eine vorherige Behandlung
der Außenoberfläche 36 einer Mikrofluidkomponente 30 ein sich
hierdurch erstreckender Kanal 32 mit einer Innenoberfläche 38,
der in einer Öffnung 34 nach außen hin ausmündet, an seiner In
nenseite behandelt werden kann.
Die Mikrofluidkomponente 30 ist in Fig. 2 lediglich rein sche
matisch dargestellt und weist innerhalb eines Glaskörpers ein
Dosiervolumen 33 auf, das in einen Kanal 32 mit kleinerem
Durchmesser ausmündet, der schließlich in der Öffnung 34 zur
Außenoberfläche 36 hin ausmündet. Die Mikrofluidkomponente 30
befindet sich in einem Reaktionsgefäß 40, das lediglich rein
schematisch dargestellt ist und innerhalb dessen eine Schutz
gasatmosphäre, z. B. eine Argonatmosphäre, aufrechterhalten
wird. In den Kanal 32 der Mikrofluidkomponente 30 wird über das
Dosiervolumen 33 eine Reaktionslösung zugeführt, die aus der
Öffnung 34 in Form eines Strahls austritt. Wie in Fig. 2 darge
stellt, kann der Öffnung 34 eine trichterartige Aufnahme 42 zu
geordnet sein, in der die aus der Öffnung 34 austretende Reak
tionslösung 21 aufgefangen wird. Diese trichterartige Aufnahme
42 oder der Trichter kann über eine Leitung 52 an eine Unter
druckpumpe 50 angeschlossen sein, wodurch eine Absaugung der
austretenden Flüssigkeit ermöglicht wird und gleichzeitig ein
möglichst gleichmäßiger Flüssigkeitsstrahl erzielt wird, so daß
die Außenoberfläche 36 im Bereich der Spitze 35 hiervon mög
lichst wenig kontaminiert wird.
Das Reaktionsgefäß 40 weist noch einen Gaseinlaß 46 auf, über
den Schutzgas in Richtung des Pfeiles 48 nachgeliefert werden
kann. Durch die in Richtung des Pfeiles 44 zugeführte Reakti
onslösung 21 wird die Mikrofluidkomponente 30 lediglich an
ihrer Innenoberfläche 38 modifiziert, während die Außen
oberfläche 36 nicht verändert wird.
Als Reaktionslösung kann beispielsweise eine 0,5- bis etwa
5%ige, vorzugsweise eine 1%ige, Lösung aus 2-[Methoxy(poly
ethylenoxy)propyl]heptamethyltrisiloxan in trockenem Hexan oder
DMF bei Raumtemperatur verwendet werden. Die Behandlung mit
dieser Reaktionslösung wird über eine Zeitdauer von etwa 15 Mi
nuten bei Raumtemperatur durchgeführt. Anschließend wird die
Mikrofluidkomponente 30 mit trockenem Hexan mehrfach gespült
und anschließend getrocknet. Daran schließt sich eine Behand
lung bei erhöhter Temperatur von etwa 120°C über eine Zeitdau
er von etwa 30 Minuten unter Schutzgas an, um die Modifizierung
der Innenoberfläche 38 des Kanals 32 bzw. der übrigen Innen
flächen der Mikrofluidkomponente 30 abzuschließen.
Hierdurch werden die Innenoberflächen der Mikrofluidkomponente
30 hydrophil beschichtet, wobei die Beschichtung gleichzeitig
eine unspezifische Adsorption von Biomolekülen vermindert.
Obwohl es grundsätzlich möglich ist, lediglich eine solche Be
schichtung der Innenoberfläche 38 durchzuführen, ohne zuvor,
wie anhand von Fig. 1 erläutert, auch eine Beschichtung der
Außenoberfläche durchzuführen, wird vorzugsweise dieselbe Mi
krofluidkomponente zunächst an der Außenseite beschichtet, wie
im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde, und anschließend
eine Beschichtung der Innenoberfläche durchgeführt. Da durch
die Beschichtung der Außenoberfläche die reaktiven Gruppen be
reits abgesättigt sind, wird bei dem nachfolgenden Beschich
tungsschritt der Innenoberfläche eine weitere Modifizierung der
Außenoberfläche verhindert. Gegebenenfalls kann dabei auch auf
das. Schutzgas verzichtet werden, jedoch werden bessere Ergeb
nisse unter Schutzgas erzielt.
Unter Mikrofluidkomponente ist im Sinne dieser Anmeldung jegli
che ein Fluid in mindestens einem Kanal führende Komponente zu
verstehen, die über eine Öffnung nach außen ausgebbar ist. Da
bei kann es sich um eine Mikropumpe oder auch um eine Mikro
küvette beliebiger Dimensionen handeln. Der betreffende Kanal
kann einen beliebigen Durchmesser aufweisen, z. B. in der
Größenordnung von etwa 10 bis 200 µm. Auch kleinste Durchmesser
in der Größenordnung von etwa 5 µm sind möglich.
Eine weitere Abwandlung zur Herstellung einer selektiven Be
schichtung an einer Mikrofluidkomponente wird im folgenden an
hand von Fig. 3 erläutert.
Eine Mikrofluidkomponente 80 ist in Fig. 3 nur rein schematisch
dargestellt und weist zumindest eine Öffnung 84 auf, in der ein
Kanal 82 an einer Außenoberfläche 86 der Mikrofluidkomponente
80 ausmündet. Aus der Öffnung 84, die als Mikroöffnung ausge
bildet ist, können Flüssigkeiten oder anderen Fluide in dosier
ter Form abgegeben werden.
Um die Außenoberfläche 86 im Bereich der Öffnung 84 hydrophob
zu modifizieren, wird zunächst die gesamte Mikrofluidkomponente
wie zuvor anhand von Fig. 1 beschrieben, in ein Reaktionsgefäß
eingetaucht und etwa mit einer Octadecyltrichchlorsilanlösung,
vorzugsweise in trockenem Hexan oder Dimethylformamid behan
delt, anschließend gespült und getrocknet, bis die hydrophobe
Oberflächenmodifikation abgeschlossen ist, wie zuvor anhand von
Fig. 1 beschrieben wurde. Bei diesem Behandlungsschritt dringt
die Reaktionslösung natürlich auch durch die Öffnung 84 in den
Kanal 82 ein, so daß auch der Kanal 82 an seiner Innenoberflä
che 88 mit einer hydrophob wirkenden Beschichtung versehen
wird.
Um anschließend diese hydrophobe Beschichtung an der Innenober
fläche 88 des Kanals 82 wieder zu entfernen, wird zunächst auf
einen ausgewählten Teil der Oberfläche zumindest im Bereich um
gebenden Öffnung 84 eine Abdeckung aufgebracht. Dies kann etwa
durch ein Maskierverfahren mittels einer Lackbeschichtung er
folgen. Statt dessen kann auch einfach ein geeigneter Abdeck
streifen 90 auf die Oberfläche 86 aufgeklebt werden. Dabei
bleibt die übrige Außenoberfläche der Mikrofluidkomponente 80
frei, so daß zumindest der Kanal 82 außer im Bereich seiner
Öffnung 84 von seiner Rückseite her frei zugänglich ist.
Nunmehr wird die Mikrofluidkomponente 80 in ein Reaktionsgefäß
60 eingebracht, um einem Gasätzverfahren unterzogen zu werden.
Hierzu wird ein Argon/Sauerstoff oder Argon/Luft-Gemisch über
einen Einlaßkanal 66 zugeführt, wie durch den Pfeil 72 angedeu
tet ist. Über einen Auslaßkanal 68 ist eine Vakuumpumpe 70 an
geschlossen, über die Reaktionsgas aus dem Inneren des Reak
tionsgefäßes 60 abgesaugt wird, wie durch den Pfeil 74 angedeutet
ist. Die Vakuumpumpe 70 hält den Raum innerhalb des Reakti
onsgefäßes 60 auf einem Unterdruck in der Größenordnung von
bspw. etwa 0,1 bis 5 mbar.
Gleichzeitig wird über zwei HF-Elektroden 62, 64, zwischen de
nen die Mikrofluidkomponente 80 auf einem nicht dargestellten
Halter befestigt ist, HF-Energie zugeführt, um dadurch Ionen
bzw. Gasradikale zu erzeugen, durch die die nicht abgedeckten
Oberflächen der Mikrofluidkomponente 80 geätzt werden. Schon
nach wenigen Minuten ist die zuvor aufgebrachte hydrophobe Be
schichtung durch den Ätzvorgang entfernt. Dabei wird auch die
Innenoberfläche 88 des Kanals 82 dem Ätzangriff unterworfen, so
daß auch die Innenoberfläche 88 wieder von der hydrophoben Be
schichtung befreit wird.
Nach Abschluß des Ätzverfahrens wird die Abdeckung in Form des
Klebestreifens 90 wieder entfernt, womit die gewünschte selek
tive Oberflächenbeschichtung der Mikrofluidkomponente 80 im Be
reich der Öffnung 84 abgeschlossen ist.
Es versteht sich, daß das dargestellte Gasätzverfahren ledig
lich rein beispielhafter Natur ist und bspw. auch durch ein
Flüssigätzverfahren ersetzt werden kann.
Gleichermaßen kann der vorherige Verfahrensschritt der allsei
tigen Aufbringung der Beschichtung auch z. B. durch ein CVD-
Verfahren (Abscheidung aus der Gasphase) erreicht werden.
Des weiteren ist es möglich, an den Ätzschritt einen weiteren
Schritt zur Beschichtung der zuvor durch Ätzen behandelten Flä
chen anzuschließen, etwa um die Innenoberfläche 88 des Kanals
82 mit einer speziellen hydrophil wirkenden Beschichtung zu
versehen, oder mit einer die molekülspezifische Adsorption oder
Bindung modifizierenden Beschichtung zu versehen.
Claims (21)
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Mikrofluidkompo
nente (10, 30), die zumindest einen Kanal (12, 32) zur
Führung eines Fluides aufweist, der in eine Öffnung (14,
34) mündet, durch den das Fluid nach außen abgegeben wer
den kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12, 32)
mit einem nicht oberflächenaktiven Fluid gespült wird,
während die Mikrofluidkomponente (10, 30) an ihrer Außen
oberfläche (16, 36) zumindest im Bereich der Öffnung (14,
34) mit einem oberflächenaktiven Fluid behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
nicht oberflächenaktives Fluid ein Schutzgas, vorzugsweise
Argon, verwendet wird.
3. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Mikrofluidkompo
nente (80), die zumindest einen Kanal (82) zur Führung ei
nes Fluides aufweist, der in eine Öffnung (84) mündet,
durch den ein Fluid nach außen abgegeben werden kann, wo
bei die Mikrofluidkomponente (80) zunächst zumindest an
ihrer Außenoberfläche (86) im Bereich der Öffnung (84) mit
Hilfe eines oberflächenaktiven Fluides beschichtet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß anschließend ein ausgewählter
Teilbereich der Außenoberfläche (86) mit einer Abdeckung
(90) versehen wird, und daß anschließend eine zuvor aufgebrachte
Beschichtung mittels eines Ätzverfahrens von dem
nicht abgedeckten Bereich wieder abgetragen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abdecken durch ein Maskierverfahren oder durch Aufkleben
eines Klebestreifens im Bereich der Öffnung (84) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als Ätzverfahren ein Ionenätzverfahren, vorzugsweise
mittels HF-Elektroden verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Fluid eine
oberflächenaktive Reaktionslösung (21) verwendet wird, die
vorzugsweise unter einem Schutzgas, wie etwa Argon, einge
schlossen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Fluid eine die
Außenoberfläche (16, 36, 86) hydrophob modifizierende Re
aktionslösung (21) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Fluid eine Re
aktionslösung (21) verwendet wird, die ein Silanderivat
enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als
oberflächenaktive Reaktionslösung (21) eine Octadecyl
trichlorsilanlösung, vorzugsweise in trockenem Hexan oder
Dimethylformamid (DMF), verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mikrofluidkomponente (10, 30, 80)
mit ihrer Öffnung (14, 34, 84) in ein Reaktionsgefäß (20,
40) eingetaucht wird, in dem die Reaktionslösung (21) ent
halten ist, während der Kanal (12, 32, 82) mit dem Schutz
gas gespült wird, und daß die Reaktionslösung (21) während
der Behandlung gerührt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikrofluidkomponente (10, 30, 80) nach ihrer Behand
lung in der Reaktionslösung (21) gespült, getrocknet und
anschließend bei erhöhter Temperatur nachbehandelt wird,
um die Oberflächenmodifikation der Außenoberfläche (16,
36, 86) abzuschließen.
12. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Mikrofluidkompo
nente (10, 30), die zumindest einen Kanal (12, 32) zur
Führung eines Fluides aufweist, der in eine Öffnung (14,
34) mündet, durch den das Fluid nach außen abgegeben wer
den kann, vorzugsweise nach Anspruch 1, 2 oder 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12, 32) mit einer
oberflächenaktiven Reaktionslösung gespült wird, die durch
die Öffnung nach außen abgegeben wird, während die Mi
krofluidkomponente (10, 30) an ihrer Außenoberfläche (16,
36) mit einem nicht oberflächenaktiven Fluid umspült wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als oberflächenaktives Fluid eine die Innenoberfläche (18,
38) des Kanals (12, 32) hydrophil modifizierende Reakti
onslösung und/oder eine die Adsorption von Biomolekülen
vermindernde Reaktionslösung verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
als oberflächenaktives Fluid eine Reaktionslösung verwen
det wird, die ein Silanderivat oder ein Siloxanderivat
enthält.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
als oberflächenaktives Fluid eine Reaktionslösung aus
einem Polyethylenglycolsilan verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
als oberflächenaktives Fluid eine Reaktionslösung aus 2-
[Methoxy(polyethylenoxy)propyl]heptamethyltrisiloxan vor
zugsweise in trockenem Hexan oder Dimethylformamid (DMF)
verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mikrofluidkomponente (10, 30) in
einem Schutzgas aufgenommen wird, das unter einem Druck
steht, der geringer ist, als der Druck, mit dem die Reak
tionslösung aus der Öffnung austritt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß zunächst die Außenoberfläche
(16, 36) mit einem oberflächenaktiven Fluid behandelt
wird, während der Kanal (12, 32) mit nicht oberflächenak
tivem Fluid gespült wird, und daß anschließend nach einem
Spül- und Trockenschritt die Innenoberfläche (18, 38) des
Kanals (12, 32) mit einem oberflächenaktiven Fluid behan
delt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß nach dem Ätzschritt der nicht abgedeckte
Bereich mit einer weiteren Reaktionslösung behandelt wird,
um die Oberfläche in diesem Bereich zu modifizieren.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Mikrofluidkomponente (10, 30, 80)
verwendet wird, die zumindest im Bereich ihrer Öffnung
(16, 36, 86) aus einem siliziumhaltigen Material herge
stellt ist.
21. Mikrofluidkomponente (10, 30, 80) mit zumindest einem Ka
nal (12, 32, 82) zur Führung eines Fluides, der mit einer
zu einer Außenoberfläche (16, 36, 86) hin mündenden Öff
nung (14, 34, 84) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrofluidkomponente (10, 30, 80) zumindest an ih
rer Außenoberfläche (16, 36, 86) im Bereich ihrer Öffnung
(14, 34, 84) und/oder an einer Innenoberfläche (18, 38,
88) ihres Kanals (12, 32, 82) mit einer die Benetzbarkeit
oder die molekülspezifische Adsorption oder Bindung modi
fizierenden Beschichtung selektiv beschichtet ist.
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