DE102006008315A1

DE102006008315A1 - Miniaturisierte Transportsysteme aus einem Formgedächtnis-Polymer und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102006008315A1
Application number: DE200610008315
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr. Fink
Original assignee: Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Current assignee: Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Priority date: 2006-02-18
Filing date: 2006-02-18
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-19
Also published as: DE102006008315B4

Abstract

Bekannte miniaturisierte Transportsysteme, beispielsweise zum Transport von Nanopartikeln im Bereich der Mikromechanik oder Mikroanalytik, nutzen beispielsweise den magnetohydrodynamischen Effekt, erzeugen mitwandernde elektromagnetische Felder und suspensieren die zu transportierenden Partikel in einer elektrisch leitfähigen Lösung. Das erfindungsgemäße miniaturisierte Transportsystem basiert auf der Verwendung von Formgedächtnis-Polymer (FGP), das durch entsprechende Stimulierung in zwei unterschiedlichen Formen eingestellt werden kann. Durch periodisches Umschalten zwischen den beiden Formen wird eine Transportbewegung, beispielsweise für Nanopartikel (NP), hervorgerufen. Alternativ kann ein künstliches Flimmerhaar-Epithel (FHE) mit sich abwechselnd krümmenden und aufrichtenden Flimmerhaaren (FH) oder ein künstliches Peristaltik-Epithel mit sich abwechselnd dehnenden und zusammenziehenden Transversalfalten konzipiert werden. Das Flimmerhaar-Epithel (FHE) kann auch zum Transport von Fluiden durch eine Ausrüstung nach dem Lotus-Effekt eingesetzt werden. Das Peristaltik-Epithel kann auch zum Transport von intrakorporalen Sonden eingesetzt werden. Bevorzugt wird eine Stimulierung mit UV-Strahlung (UVS) unterschiedlicher Wellenlängen (WL1, WL2) verwendet, die einfach zu erzeugen und wenig belastend für die Umgebung ist. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren beruht auf dem Ätzen von latenten Ionenspuren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein miniaturisiertes Transportsystem zur gerichteten Vorwärtsbewegung von Materie in zwei alternativen Ausführungsformen und auf Verfahren zur Herstellung der miniaturisierten Transportsysteme.
Miniaturisierte Transportsysteme transportieren Materie in unterschiedlichen Erscheinungsformen mit Abmessungen vom Nano- bis zum Millimeterbereich. Beispielsweise in der Mikromechanik werden kleinste Werkstücke während der Fertigung transportiert. In der Mikroanalytik werden Nano- oder Mikropartikel oder Fluide in unterschiedliche Analysenbereiche transportiert. In der Medizin werden mittels künstlicher Nasen- oder Lungeneingänge Feinstäube abtransportiert. Die Transportmechanismen können dabei eine Mitbewegung mit dem Transportgut oder dessen „Weiterreichung" in fortlaufend benachbarte Transportzonen von ortfesten Manipulatoren vorsehen.

Stand der Technik

Die Anwendung von elektrischen Wanderfeldern zum gerichteten Transport mikroskopisch kleiner, dielektrischer Teilchen, die in einer Flüssigkeit oder einem Gel von geringer elektrischer Leitfähigkeit suspendiert sind, ist beispielsweise aus der DE 40 34 697 C2 bekannt. Aus dem Abstract zu der Veröffentlichung I „Hybrid nanotransport system by biomolecular linear motors" von R. Yokokawa et al. (Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 13, Issue 4, Aug. 2004, pp 612–619) ist es bekannt, mitlaufende Linearmotoren auf der Basis von Adenosintriphosphaten in einem Mikroröhrchensystem einzusetzen. Hierbei handelt es sich um einen rein chemischen Antrieb, der keine Energiezufuhr von außen benötigt. Aus dem Abstract zu der Veröffentlichung II „On-Chip manipulation of free droplets" von D. Orlin et al. (Nature, Bd. 426 (2003), Nr. 6966, pp 515–516) ist ein mikrofluides System bekannt, bei dem bis zu Nanoliter kleinen Wasser- oder Kohlenwasserstofftropfen auf einem vollhalogenierten Öl unter Anwendung eines wechselnden oder konstanten elektrischen Feldes, was durch Elektroden unter dem Öl erzeugt wird, frei bewegt werden.

Die vorliegende Erfindung geht von der DE 10 2004 018 971 A1 als nächstliegendem Stand der Technik aus. Es wird ein miniaturisiertes Transportsystem zur gerichteten Vorwärtsbewegung von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten beschrieben, bei dem unter Anwendung des magnetohydrodynamischen Prinzips mittels stationärer und beweglicher elektrischer und magnetischer Felder (mit einer Vielzahl entsprechender Quellen) ein Volumenelement der Flüssigkeit erfasst und frei bewegt werden kann, sodass eine Mikroströmung entsteht. Nano- und Mikroobjekte in der Mikroströmung können als MHD-beeinflusste Objekte bis zu einer vorgegebenen Größe entsprechend mittransportiert werden. Kleinste Objekte, die nicht zuvor in einer Flüssigkeit suspensiert worden sind, können jedoch nicht direkt bewegt werden. Zum Antrieb des Transportsystems ist zumindest eine elektrische Stromquelle erforderlich. Die Herstellung eines derartigen Transportsystems ist aufgrund der erforderlichen verschiedenen stationären und beweglichen Felder bzw. Elektroden relativ aufwändig.

Weiterhin sind aus der DE 699 17 224 T2 so genannte „Gedächtnis-Polymere" bekannt. Hierbei handelt es sich um verschiedene Shape-Memory-Polymerzusammensetzungen (SMP), die ihre ursprüngliche Gestalt – aus der sie durch irgendeine äußere Einwirkung herausgebracht wurden – durch Einwirkung eines äußeren Stimulus, beispielsweise durch Stromzufuhr oder durch Wärme- oder Lichteinwirkung, immer wieder einnehmen. Zusätzlich werden in der DE 103 00 271 durch Zugabe einer photosensitiven Komponente mittels Lichteinwirkung stimulierbare Gedächtnis-Polymere beschrieben, die auch auf UV-Bestrahlung reagieren. Dabei können diese Gedächtnis-Polymere durch eine UV-Bestrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen jeweils zugeordnete unterschiedliche Formen annehmen. Es wird ein amorphes, transparentes und homogenes Netzwerk gebildet, das mit photoreaktiven Gruppen ausgerüstet ist, die kovalent in das amorphe Netzwerk eingebunden oder physikalisch mit diesem vermischt sind. Das photosensitive Netzwerk umfasst somit eine makroskopische und eine molekulare Ebene. Entlang der Hauptketten des Netzwerks befinden sich Substituenten, die am Ende mit einer photoreaktiven Gruppe ausgestattet sind. Bei UV-Bestrahlung sind diese Gruppen fähig, kovalente Bindungen miteinander einzugehen. Wird das Material deformiert und mit UV-Strahlung einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, wird das ursprüngliche Netzwerk zusätzlich quervernetzt. Aufgrund der Vernetzung wird eine temporäre Fixierung des Materials im deformierten Zustand erreicht (Programmierung). Da die Photovernetzung reversibel ist, lässt sich durch erneutes Bestrahlen mit Licht einer anderen Wellenlänge die Vernetzung wieder lösen und somit die ursprüngliche Form des Materials wieder abrufen (Wiederherstellung). Ein solcher photomechanischer Zyklus lässt sich beliebig oft wiederholen. Damit die photosensitiven Netzwerke die gewünschten Eigenschaften zeigen, müssen sie im Wesentlichen transparent für die zur Formveränderung gedachte Strahlung sein. Üblicherweise liegt diese Strahlung im UV-Bereich, da so insbesondere auch eine Auslösung der Formveränderung durch sichtbares Licht, das in allen Lebensbereichen nur schwer vollständig auszuschließen ist, vermeiden werden kann. Darüber hinaus ist der ebenfalls in den meisten Lichtquellen enthaltene Anteil an UV-Strahlung nicht ausreichend, um eine Formveränderung auszulösen. Bevorzugt ist das Material daher transparent gegenüber UV-Strahlung, insbesondere im Bereich zwischen 220 bis 400 nm speziell 250 bis 350 nm.

Eine Anwendung derartig programmierbarer Polymere ist beispielsweise der DE 103 34 78 zu entnehmen. Hier kann menschliches Haar mit einer Polymerzusammensetzung in Form eines Haargels oder Ähnlichem beschichtet wer den, sodass unterschiedliche Frisuren mit einem unterschiedlichen Wellungsgrad der Haare erreicht werden können. Es lassen sich somit verschiedenen Frisuren programmieren. Die Stimulierung erfolgt dabei durch eine chemische oder physikalische Veränderung der aufgebrachten Polymerzusammensetzung. Eine Bestrahlung mit UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge ist jedoch nicht vorgesehen.

Weiterhin ist es aus der DE 698 17 330 bekannt, einen Sondenschlauch zum Einführen in den menschlichen Körper mit einer haarartigen Oberfläche zu versehen, damit die transportierte Sonde einen verbesserten Eingriff insbesondere in den menschlichen Darm hat. Die haarartige Oberfläche dient daher zur verbesserten Vorwärtsbewegung des Sondenschlauchs. Eine schlauchlose, intrakorporale Sonde, die sich durch natürliche Peristaltik durch den Körper bewegt, ist aus der DE 101 46 197 A1 bekannt. Dabei weist die Sonde Licht emittierende und Licht reflektierende Bereiche auf, wobei die Lichtemission in einem anderen Wellenlängenbereich erfolgt als die Lichtreflexion. Diese Bereiche dienen jedoch einer direkten Gewebecharakterisierung (photodynamische Diagnose) und nicht der Vorwärtsbewegung der Sonde. Andere intrakorporale Sonden werden durch Ausstoß mitgeführter Pressluft vorangetrieben. Aus der WO 2004/073690 A1 ist schließlich eine Sonde bekannt, an deren Ende ein Körper aus einem Gedächtnis-Polymer vorgesehen ist, dessen Größe durch einen Lichtstimulus veränderbar ist. Nachdem die Sonde in eine Körperhöhle eingeführt wurde, kann die Körpergröße durch den Lichtstimulus vergrößert werden, sodass die Sonde sicher in der Körperhöhle verbleibt. Zur Entfernung der Sonde kann der Körper durch einen weiteren Lichtstimulus entsprechend wieder verkleinert werden.

Aufgabenstellung

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen gattungsgemäßen miniaturisierten Transportsystem ist es vor dem Hintergrund der weiter oben genannten DE 10 2004 018 971 A1 die Aufgabe für die vorliegende Erfindung, ein miniaturisiertes Transportsystem zur Verfügung zu stellen, bei dem die Materie in unterschiedlichen Erscheinungsformen auch ohne vorherige Suspensierung in einer Flüssigkeit transportiert werden kann. Dabei soll das Transportsystem aber einfach in Aufbau und Handhabung sein. Insbesondere soll es einfach und kostengünstig herstellbar sein. Zwei alternative erfindungsgemäße Lösungen sind in den beiden nebengeordneten Ansprüchen aufgezeigt. Vorteilhafte Herstellungsverfahren werden in den jeweils zugeordneten Verfahrensansprüchen beschrieben. Vorteilhafte Modifikationen werden jeweils in den zugehörigen Unteransprüchen aufgezeigt.

Der übergeordnete Erfindungsgedanke für die beiden alternativen erfindungsgemäßen Lösungen für ein miniaturisiertes Transportsystem liegt in dem zweckgerichteten Einsatz von so genannten „Gedächtnis-Polymeren", wie sie weiter oben zum Stand der Technik bereits gewürdigt wurden.

Das eine erfindungsgemäße miniaturisierte Transportsystem ist gekennzeichnet durch eine Ausbildung als künstliches Flimmerhaar-Epithel mit einer Vielzahl von in einem Substrat verankerten, einen wählbaren Abstand zueinander aufweisenden Flimmerhaaren aus einem Formgedächtnis-Polymer, die durch Einwirkung von von einer Stimulusquelle erzeugten Stimuli periodisch zwischen einem ungekrümmten Zustand und einem gekrümmten Zustand umschaltbar sind. Die Funktionsweise des so gestalteten Transportsystems beruht auf dem „kollektiven Weiterreichen" der zu transportierenden Materie, beispielsweise Mikropartikel oder Nanopartikel wie Feinststäube, von Haarbereich zu Haarbereich durch die gesteuerte Formveränderbarkeit der einzelnen Haare aus einem Formgedächtnis-Polymer. Die Haarbereiche ändern durch Einwirkung äußerer Stimuli periodisch ihre Ausrichtung zwischen ungekrümmt und gekrümmt. Im gekrümmten Zustand reichen sie die Materie weiter, im ungekrümmten Zustand nehmen sie neue Materie auf. In der Regel sind die Flimmerhaare dicht benachbart angeordnet, wie man es von so genannten „Flimmertierchen" zu deren Fortbewegung kennt. Für unterschiedliche Anwendungszwecke ist es aber von Vorteil, dass der Abstand zwischen den einzelnen Flimmerhaaren gezielt eingestellt werden kann Wenn eine Stimulusquelle zur Erzeugung von Stimuli mit einer globalen Einwirkung auf das gesamte Flimmerhaar-Epithel verwendet wird, bewegen sich alle Haare kohärent im periodischen Rhythmus der Stimulussteuerung. Die gesamte Epithelfläche trägt somit zum gleichförmigen Materialtransport in eine vorbestimmte Richtung bei. Wenn hingegen eine Stimulusquelle verwendet wird, die Stimuli mit einer lokalen Einwirkung auf vorbestimmte Bereiche des Flimmerhaar-Epithels erzeugt, so können lokal unterschiedliche Ausrichtung der Haare erreicht werden. So können beispielsweise Nanopartikel an vorherbestimmten Stellen in vorherbestimmte Richtungen auf der Flimmerhaar-Struktur wandern und sich so in einem vorbestimmten Muster anordnen oder auch nur einfach separiert werden. Weiterhin ist die Stimulusquelle in der Regel auf der Oberseite der Flimmerhaare angeordnet. Wenn das Substrat jedoch für den Stimuluspuls transparent ist, beispielsweise UV-durchlässig, kann die Stimulusquelle auch auf der Unterseite des Substrats angeordnet sein.

Der periodisch schaltende Stimulus kann chemischer oder physikalischer Natur sein. Zu den physikalischen Stimuli zählen die Einwirkung von elektrischen Feldern durch eine Stromquelle und die Einwirkung von Wärme durch eine Wärmequelle. Strom hat jedoch den Nachteil, dass er in der Regel eine Zufuhr von außen benötigt, wohingegen Wärme von der zu transportierenden Materie oder der das Flimmerhaar-Epithel umgebende Materie eventuell nicht vertragen wird. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Stimulusquelle als UV-Strahlungsquelle ausgebildet wird, die verschiedene Stimuli-UV-Strahlungspulse mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt. Zu einem derartigen Stimulussystem für ein Gedächtnis-Polymer wird auf die oben bereits erwähnte DE 103 00 271 hingewiesen, in der der Wirkmechanismus und auch geeignete Polymerzusammensetzungen und Wellenlängen ausführlich behandelt werden. Vorteilhaft insbesondere bei der Verwendung von UV-Strahlung zur Stimulierung ist die Anwendbarkeit auch im menschlichen Körper. Es muss weder Wärme, die gegebenenfalls Gewebe zerstören kann, oder elektrischer Strom, der Gewebe ebenfalls belastet und zudem eine Zuleitung oder eine autarke Versorgung benötigt, eingesetzt werden.

Das miniaturisierte Transportsystem nach der Erfindung in der Form eines Flimmerhaar-Epithels kann in den unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere handelt es sich dabei um künstliche Nachahmungen von natürlichen Transportprozessen. In der Mikromechanik beispielsweise müssen kleinste Werkstücke oder Nanopartikel auch in unzugängliche oder kleinste Hohlräume transportiert werden. In der Mikroanalytik sollen Nanopartikel zu vorbestimmten Analysenbereichen transportiert werden. In der Mikrooptik können Nanopartikel in unterschiedliche Fokus oder Linsenbereiche transportiert werden. In der Medizin können künstliche Nasen- oder Lungeneingänge zur Entfernung von Feinststaub durch entsprechende künstliche Flimmerhaar-Epithele geschaffen werden. Neben fester Materie können aber auch Fluide mit dem Flimmerhaar-Epithel transportiert werden. Zu den Flüssigkeiten sind weiter unten Ausführungen zu finden. Darüber hinaus können aber auch Gase auf der Flimmerhaar-Oberfläche „transportiert" werden. Darunter soll im vorliegenden Kontext die Berührung eines Gasflusses mit der Epitheloberfläche verstanden werden. Durch eine Veränderung der Oberflächenstruktur aufgrund der programmierbaren Formveränderung der Flimmerhaare zwischen ungekrümmtem und gekrümmtem Zustand wird der Reibungswiderstand gegenüber dem zu transportierenden Gas verändert. Wenn die Flimmerhaare gekrümmt sind, ergibt sich ein geringerer Luftwiderstand, da die Zwischenräume zwischen den einzelnen Haaren abgedeckt werden. Im ungekrümmten Zustand sind die Zwischenräume jedoch nach oben offen und erhöhen damit den Reibungswiderstand. Dadurch ergibt sich eine Modifikation der Oberfläche bzw. der Grenzschicht zwischen den Flimmerhaaren und dem Gas und es wird eine „künstliche Feder" geschaffen, die Bedeutung für die Luftfahrt hat (Einstellbarkeit des Reibungswiderstands von Tragflächen).

Zum Schutz der Flimmerhaare im Einsatz (und vor allem auch während der Herstellung) kann weiterhin vorteilhaft eine die Krümmbarkeit der Flimmerhaare nicht behindernde Ummantelung der Flimmerhaare mit einer Schutzschicht vorgesehen sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine dünne Ummantelung aus einem resistenten Polymer oder auch um eine dünne Metallschicht handeln.

Weiter oben wurde bereits angedeutet, dass mit dem Flimmerhaar-Epithel nach der Erfindung Materie jeder Art, insbesondere auch Flüssigkeiten transportiert werden können. Dazu kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die freien Enden der Flimmerhaare eine pilzähnliche Ausbildung erhalten und weiterhin in diesem Bereich mit einem hydrophoben Material beschichtet sind. Durch diese geringfügig andere Gestaltgebung der Flimmerhaare derart, dass sie an der Spitze ihrer zylindrischen Form ein rundes oder halbrundes Köpfchen bekommen, also dann ähnlich wie ein Pilz aussehen, und/oder eine Beschichtung der Flimmerhaare mit einem wasserabweisenden Material (beispielsweise Teflon, Fette, Öle) zeigt das Flimmerhaar-Epithel nach der Erfindung dann den so genannten „Lotus-Effekt", d.h. es wird durch Flüssigkeiten nicht benetzt. Alternativ kann zum Transport von Flüssigkeiten auch der frei wählbare Abstand der Flimmerhaare voneinander vergrößert werden, um so den Einfluss der Kapillarkräfte, die die Flüssigkeit zwischen die Haare ziehen möchten, zu verringern. Die Transportmöglichkeit von Flüssigkeiten bedeutet, dass dann auch Wassertröpfchen, chemische Lösungen, biologische Zellen usw. auf dem Flimmerhaar-Epithel nach der Erfindung transportiert werden können. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere interessant für die Mikrochemie und für die Biologie.

Das künstliche Flimmerhaar-Epithel nach der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen und vielfältigste Anwendungsmöglichkeiten auf. Trotzdem ist es einfach herstellbar. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren beruht auf der Ätzung von latenten Ionenspuren in einem Substrat. Die dafür erforderlichen Verfahrensschritte umfassen:

• Beschichtung eines Substrats mit einer Deckschicht eines gut ätzbaren Materials, wobei durch die Deckschichtdicke die Länge der Flimmerhaare festgelegt ist,
• Bestrahlung der aufgebrachten Deckschicht mit hochenergetischen Schwerionen solcher Energie, dass die Schwerionen die Deckschicht vollständig durchdringen und in das Substrat mit vorgegebener Tiefe eindringen,
• Ätzen der latenten Ionenspuren in der aufgebrachten Deckschicht, wobei durch den Ätzdurchmesser der Ionenspuren die Dicke der Flimmerhaare festgelegt ist,
• Einbringen eines Formgedächtnis-Monomers in die geätzten Ionenspuren,
• Polymerisation des eingebrachten Formgedächtnis-Monomers,
• Entfernen der Deckschicht ohne Angriff des Formgedächtnis-Polymers,
• Fixierung der Flimmerhaare in einem ungekrümmten Formzustand durch Bestrahlung mit einem ersten Stimulus und
• Fixierung der Flimmerhaare in einem gekrümmten Formzustand durch Bestrahlung mit einem zweiten Stimulus.

Um den letztgenannten Verfahrensschritt sicher durchführen zu können, kann vorteilhaft auch vor dem Einbringen des Formgedächtnis-Monomers in die geätzten Ionenspuren vorgesehen sein, dass in die geätzten Ionenspuren eine Schutzschicht eingebracht wird, die die Krümmbarkeit der Flimmerhaare nicht behindert. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine resistente Polymerschicht oder eine aufgedampfte Metallschicht handeln. Die Herstellung der Poren kann auch auf anderem Wege als mittels Ionenspurätzen erfolgen. Beispielsweise können nano- oder mikrolithographisch hergestellte Poren oder Poren von sich selbst organisierenden Materialien, wie z.B. poröses Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Zeolith o.ä., zur Herstellung der Flimmerhaare genutzt werden.

Eine pilzförmige Gestalt der Flimmerhaare lässt sich dadurch erzielen, dass etwas mehr Monomerlösung als unbedingt nötig in die geätzten Ionenspuren hineingebracht wird; dann liegt der Überschuss als ein kleines Tröpfchen auf der geätzten Ionenspur vor, welches nach Polymerisation den „Pilzkopf darstellt. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass als Trägermaterial der Ionenspuren in diesem Fall ein relativ schlecht benetzendes Material wie z.B. Polyethylenterephthalat benutzt wird. Zur Ausbildung von pilzähnlichen Enden der Flimmerhaare zur Erreichung des Lotus-Effekts kann deshalb ein veränderter Verfahrensschritt vorgesehen sein:

• Einbringen des Formgedächtnis-Monomers in die geätzten Ionenspuren mit einem geringen Überschuss, sodass sich pilzartige Erhebungen auf einer aus einem schlecht benetzbaren Material bestehenden Deckschicht ausbilden.

Alternativ kann ein Flüssigkeitstransport auch durch eine Abstandsvergrößerung der Flimmerhaare voneinander erfolgen. Der mittlere Abstand der Flimmerhaare voneinander lässt sich bei einer Erzeugung durch Ionenspurätzen durch die Flächen-Dichte der Ionenspuren, d.h. durch die Fluenz der eingestrahlten Ionen, gezielt einstellen. Sie liegt in der Größenordnung von 10⁶ Ionen/cm² für mittlere Flimmerhaarabstände von etwa 10 μm, von 10⁸ Ionen/cm² für Abstände von etwa 1 μm und von etwa 10¹⁰ Ionen/cm² für Abstände in der Größenordnung von etwa 100 nm. Natürlich können an Stelle der geätzten Ionenspuren hierbei auch nano- bzw. mikrolithographisch hergestellte Poren oder Poren aus selbstordnenden Materialien wie z.B. porösem Aluminiumoxid, Siliziumdioxid oder Zeolith zum Einsatz kommen, die ebenfalls in ihrem Abstand voneinander einstellbar sind.

Das alternative erfindungsgemäße miniaturisierte Transportsystem ist gekennzeichnet durch eine Ausbildung als künstliches Peristaltik-Epithel mit einer Vielzahl von Transversalfalten aus einem Formgedächtnis-Polymer, die durch Einwirkung von von einer Stimulusquelle erzeugten Stimuli periodisch zwischen einem ungedehnten Zustand und einem gedehnten Zustand umschaltbar sind. Auch mit dieser Alternative wird ein künstliches Epithel geschaffen, das aus einem programmierbaren Formgedächtnis- Polymer besteht und in zwei unterschiedlichen Zuständen fixierbar ist. Das alternative miniaturisierte Transportsystem ist daher vergleichbar mit einem „künstlichem Regenwurm" mit einer faltigen Oberfläche aus speziellem Polymermaterial, welche sich durch äußere Stimuli dehnen und komprimieren kann. Es entsteht eine peristaltische Bewegung, wie sie aus dem menschlichen Darm zur Vorwärtsbewegung von Nahrung bekannt ist. Daher wurde die Bezeichnung „Peristaltik-Epithel" gewählt. Auf diese Weise wird die Vorwärtsbewegung von Materie auf dem ortsfesten Transportsystem ermöglich, andererseits kann sich das Transportsystem aber auch selbst voranbewegen und Materie mit sich transportieren. Prinzipiell ist das natürlich auch mit dem Flimmerhaar-Epithel möglich, hier ist jedoch die Tragkraft der Flimmerhaare nicht sehr groß.

Um den peristaltischen Bewegungsmechanismus effizient zu stimulieren, ist es vorteilhaft, wenn eine Stimulusquelle vorgesehen ist, die Stimuli mit einer lokalen Einwirkung auf vorbestimmte Bereiche des Peristaltik-Epithels erzeugt. Durch die Komprimierung dieser Bereich werden benachbarte Bereich gedehnt und es entsteht eine Wanderwellenbewegung. Auch bei dieser Alternative ist es wiederum vorteilhaft, wenn die Stimulusquelle als UV-Strahlungsquelle ausgebildet ist, die als verschiedene Stimuli UV-Strahlungspulse mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt. Es können dann programmierbare Gedächtnis-Polymere beispielsweise gemäß der oben bereits genannten DE 103 00 271 verwendet werden, die durch ihre Stimulierbarkeit mit UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen besonders einfach in ihrer Formgestalt zuverlässig programmierbar und dazu noch besonders umweltverträglich sind. Bei der Verwendung von Transversalfalten, die für den Stimuluspuls durchlässig sind, beispielsweise UV-transparent, kann die Stimulusquelle auch auf der Unterseite der Transversalfalten angeordnet sein. Dies ergibt insbesondere für abgeschlossene, insgesamt zu transportierende Systeme mit den Transversalfalten auf ihrer Außenseite den Vorteil, dass sich die Stimulusquelle im Innern des Systems befinden kann (beispielsweise intrakorporale Sonde).

Die Herstellung des alternativen Peristaltik-Epithels erfolgt in ähnlich einfacher Weise wie die des Flimmerhaar-Epithels. Bevorzugt kann ein Verfahren mit den folgenden Schritten vorgesehen sein:

• Beschichtung einer Unterlageschicht mit einer Photolackschicht,
• Belichtung der Photolackschicht durch eine Maske mit Schlitzen, wobei durch die Breite der Schlitze die ungedehnte Breite der Transversalfalten festgelegt ist,
• Ätzung der unbelichteten Photolackschicht, wobei durch die Tiefe der Ätzung die Höhe der Transversalfalten festgelegt ist,
• Aufbringen eines Formgedächtnis-Monomers auf die abgeätzte Photolackschicht,
• Polymerisation des aufgebrachten Formgedächtnis-Monomers,
• Abheben des Peristaltik-Epithels aus dem Formgedächtnis-Polymer von der geätzten Photolackschicht,
• Fixierung des Peristaltik-Epithels in einem ungedehnten Formzustand durch Bestrahlung mit einem ersten Stimulus und
• Fixierung des Peristaltik-Epithels in einem gedehnten Formzustand durch Bestrahlung mit einem zweiten Stimulus.

Weitere Details des Flimmerhaar-Epithels und des Peristaltik-Epithels als miniaturisiertes Transportssystem nach der Erfindung, ihrer bevorzugten Herstellungsverfahren und Ausführungsformen sind dem nachfolgenden speziellen Beschreibungsteil zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele

Ausbildungsformen der Erfindung in ihren Alternativen und Herstellungsverfahren werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt jeweils im Querschnitt und in starker Vergrößerung:

1A ein Flimmerhaar-Epithel im ungekrümmten Zustand,

1B das Flimmerhaar-Epithel im gekrümmten Zustand,

1C eine Detaildarstellung der 1A, 1B zur Transportbewegung,

2A...G ein Herstellungsverfahren für das Flimmerhaar-Epithel,

3 ein Herstellungsdetail für das Flimmerhaar-Epithel mit Lotus-Effekt,

4A, 4B ein Peristaltik-Epithel mit lokalen gedehnten und ungedehnten Zonen,

5 ein Peristaltik-Epithel mit intrakoporalen Sonden und

6A...G ein Herstellungsverfahren für das Peristaltik-Epithel.

Die 1A zeigt ein miniaturisiertes Transportsystem MTS zur gerichteten Vorwärtsbewegung von Materie, hier Nanopartikel NP, in der Ausbildung als künstliches Flimmerhaar-Epithel FE. In einem Substrat SU, beispielsweise, einer Polymerfolie oder -platte, sind dicht benachbart eine Vielzahl von Flimmerhaaren FH verankert. Diese bestehen aus einem geeigneten Formgedächtnis-Polymer, das sich durch die Einwirkung von UV-Strahlung als Lichtstimulus in seiner Form beeinflussen lässt.

In der 1A wird das Flimmerhaar-Epithel FE mit einer UV-Strahlungsquelle UVS bestrahlt, die UV-Strahlungspulse der Wellenlänge WL1 aussendet (Pfeil mit WL1). Die für diese Wellenlänge WL1 durch entsprechende Vorfixierung vorgesehene Form der Flimmerhaare FH ist der ungekrümmte, gerade Zustand. In der 1B hat die UV-Strahlungsquelle auf UV-Strahlung mit der Wellenlänge WL2 umgeschaltet (Pfeil mit WL2). Die für diese Wellenlänge WL2 durch entsprechende Vorfixierung vorgesehene Form der Flimmerhaare FH ist der gekrümmte Zustand. Durch Umschalten der UV-Strahlungsquelle UVS zwischen den beiden Wellenlängen WL1, WL2 werden alternierend UV-Strahlungspulse erzeugt, die eine rhythmische Änderung des Krümmungszustandes der Flimmerhaare FH hervorruft. Die Flimmerhaare FH werden zwischen den beiden vorprogrammierten Formzuständen periodisch umgeschaltet und wiegen sich damit gleichsam hin und her. Befinden sich dabei Nanopartikel NP auf den Spitzen der Flimmerhaare FH, werden diese durch den Wiegevorgang weitergereicht und dadurch gerichtet transportiert.

Die 1C zeigt eine mehrmalige Aneinanderreihung der 1A und 1B zur Verdeutlichung des Transportprozesses. Durch die periodische Krümmung und Wiederaufrichtung der Flimmerhaare FH aufgrund der alternierenden Bestrahlung mit UV-Strahlung der unterschiedlichen Wellenlängen WL1 und WL2 wird eine Bewegung von beispielsweise Nanopartikeln NP in Pfeilrichtung ermöglicht (hier nicht gezeigte Bezugszeichen sind den 1A und 1B zu entnehmen).

Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren des Flimmerhaar-Epithels FHE gemäß 1A, B ist in den 2A bis G aufgezeigt.

2A: Zunächst wird ein Substrat SU, beispielsweise eine Silizium-Scheibe, eine Metalloberfläche oder eine inerte Polymerfolie, mit einer Deckschicht DS beschichtet. Die Deckschicht DS besteht aus einem gut mit Ionen bestrahlbaren und gut ätzbaren Material (z.B. Polyimid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Zellulosenitrat, Polyalcyldiglucol, Polysilikon, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid u.ä.). Die Dicke der Deckschicht DS (beispielsweise ca. 10 bis 150 μm) legt die Länge der herzustellenden Flimmerhaare FH fest.

2B: Anschließend wird die aufgebrachte Deckschicht DS mit hochenergetischen Schwerionen (typische Energie 20 MeV bis 3 GeV) bestrahlt (parallele Pfeile). Dabei muss die Ionenenergie so hoch gewählt sein, dass die Projektile die Deckschicht DS vollständig durchdringen und in das Substrat SU eindringen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die herzustellenden Flimmerhaare FH auch ausreichend fest in dem Substrat SU verankert sind. Typische Projektile entstammen den Elementen Kr bis U, typische Einstrahlenergien liegen zwischen etwa 100 MeV und 3 GeV, typische Fluenzen für die Bestrahlung liegen bei 10⁶ bis 10¹⁰ Projektile (Ionen) pro cm². Es bilden sich latente Ionenspuren LIS.

2C: Nachfolgend werden die latenten Ionenspuren LIS in der aufgebrachten Deckschicht DS mit einer Ätzlösung AL geätzt. Es bilden sich geätzte Ionenspuren GIS. Die Ätzung erfolgt durchgängig mindestens bis in das Substrat SU hinein, um dort ein Sackloch zu erzeugen, in dem später die Flimmerhaare FH fest verankert werden können. Ist das Substrat SU selbst nicht ätzfähig, wird später die Deckschicht DS nur teilweise entfernt. Dabei wird durch den erreichten Ätzdurchmesser (Durchmesser beispielsweise von ca. 10 nm bis ca. 10 μm) in Abhängigkeit von Ätzstärke und -dauer die Dicke der herzustellenden Flimmerhaare FH festgelegt.

2D: Im nächsten Verfahrensschritt wird dann eine Formgedächtnis-Monomerlösung in die geätzten Ionenspuren GIS, die bis in das Substrat SU hinein reichen, eingebracht, welches durch Polymerisation zu einem Formgedächtnis-Polymer FGP umgewandelt wird. Es bilden sich die parallelen Flimmerhaare FH in der Deckschicht DS.

2E: Anschließend wird die Deckschicht DS vollständig (im Fall eines ätzbaren Substrates SU) oder in der Schichthöhe nur teilweise (im Fall eines nicht ätzbaren Substrates SU, in der 2E nicht gezeigt) entfernt, ohne dass dabei die gebildeten Flimmerhaare FH beschädigt werden. Dies kann beispielsweise durch eine chemische Auflösung erfolgen. Zum Schutz vor Beschädigung bei der Entfernung der Deckschicht DS können die Flimmerhaare FH auch zuvor mit einem Schutzummantelung umgeben worden sein (in der Figur nicht gezeigt). Dazu sind die geätzten Ionenspuren GIS vor dem Einbringen der Monomerlösung mit einer entsprechenden Beschichtung auf ihrer inneren Oberfläche zu versehen. Im Fall eines nicht ätzbaren Substrates SU bleiben die Flimmerhaare FH dann im nicht weggeätzten restlichen Teil der Deckschicht DS fest verankert; im Fall eines ätzbaren Substrates SU sind die Flimmerhaare FH im Substrat SU selber fest verankert.

2F: Die geraden Flimmerhaare FH werden anschließend durch Bestrahlung mit einem UV-Strahlungspuls der Wellenlänge WL1 in der ungekrümmten Form fixiert (Pfeile mit WL1).

2G: Die Flimmerhaare FH werden anschließend ausreichend gekrümmt, beispielsweise durch Auflegen einer UV-strahlungsdurchlässigen Kunststoffplatte KP, und durch Bestrahlung mit einem UV-Strahlungspuls der Wellenlänge WL2 in der gekrümmten Form fixiert (Pfeile mit WL2).

Anschließend ist das Flimmerhaar-Epithel FHE mit zwei periodisch schaltbaren Krümmungszuständen der Flimmerhaare FH zum Transport von Materie fertig gestellt und einsatzbereit. Dabei können die Abmessungen des Flimmerhaar-Epithels FHE je nach Einsatzfall zwischen einigen Quadratmillimetern bis hin zu einer Quadratmetergröße liegen.

Die 3 (linke Seite) zeigt ein Herstellungsdetail gemäß 2D für ein Flimmerhaar-Epithel FHE mit der Ausrüstung des Lotus-Effekts, um auch Flüssigkeiten transportieren zu können. Dazu wird etwas mehr Formgedächtnis-Monomerlösung in die geätzten Ionenspuren GIS eingefüllt, sodass sich nach dem Entfernen der Deckschicht DS gemäß 2E (3, rechte Seite) eine pilzähnliche Ausbildung PA der freien Enden der Flimmerhaare FH ergibt, wobei die Deckschicht DS hierbei aus einem schlecht benetzbaren Material besteht. Anschließend werden alternativ die pilzähnlichen Ausbildungen PA noch mit einem hydrophoben Material HM beschichtet.

In den 4A, 4B ist ein künstliches Peristaltik-Epithel PE als alternatives miniaturisiertes Transportsystem MTS nach der Erfindung dargestellt. Das Peristaltik-Epithel PE weist eine Vielzahl von Transversalfalten TF auf, die aus einem Formgedächtnis-Polymer bestehen, das sich durch die Einwirkung von UV-Strahlung als Lichtstimulus in seiner Form beeinflussen lässt. Im Vergleich der 4A, 4B ist das Prinzip der Vorwärtsbewegung (Peristaltik- oder Konvulsionsprinzip) zu erkennen.

In der 4A wird das Peristaltik-Epithel PE lokal mit einer UV-Strahlungsquelle UVS bestrahlt, die UV-Strahlungspulse der Wellenlänge WL1 aussendet (Pfeile mit WL1). Die für diese Wellenlänge WL1 durch entsprechende Vorfixierung vorgesehene Form der Transversalfalten TF ist der ungedehnte Zustand. In der 4B hat die UV-Strahlungsquelle UVS auf UV-Strahlung mit der Wellenlänge WL2 umgeschaltet (Pfeile mit WL2). Die für diese Wellenlänge WL2 durch entsprechende Vorfixierung vorgesehene Form der Transversalfalten TF ist der gedehnte Zustand. Durch Umschalten der UV-Strahlungsquelle UVS zwischen den beiden Wellenlängen WL1, WL2 werden alternierend UV-Strahlungspulse erzeugt, die eine rhythmische Änderung des Dehnungszustandes der Transversalfalten TF hervorruft. Die Transversalfalten TF werden zwischen den beiden vorprogrammierten Formzuständen periodisch umgeschaltet und dehnen und komprimieren sich damit gleichsam wie der Faltenbalg einer Ziehharmonika. Die 4A zeigt das Peristaltik-Epithel PE mit einer lokalen UV-Bestrahlung der Wellenlänge WL1 (Pfeil mit WL1). Deutlich sind die Stellen lokaler Kompression und Dehnung des Peristaltik-Epithel PE zu erkennen. 4B zeigt das Peristaltik-Epithel PE mit einer umgeschalteten lokalen UV-Bestrahlung der Wellenlängen WL2 (Pfeil mit WL2). Die Stellen lokaler Kompression und Dehnung des Peristaltik-Epithel PE sind weitergewandert (Pfeil). Aufliegende Nanopartikel NP werden weitertransportiert.

Eine derartige peristaltische Bewegung kann insbesondere bei einer lokalen Bestrahlung des Peristaltik-Epithels PE einfach hervorgerufen werden. Es werden dann mehrere UV-Strahlungsquellen positioniert, die alternierende UV-Strahlungspulse der Wellenlängen WL1, WL2 emittieren. Eine globale Bestrahlung ist auch möglich, eignet sich aber eher zum Transport größerer Gegenstände. Für den geradlinigen Transport ist eine lineare Ausbildung des Peristaltik-Epithels PE vorteilhaft. Flächige Ausbildungen sind aber auch ohne weiteres möglich.

Bei dem zuvor genannten Transportvorgang rutschen die sich stauchenden und anschließend wieder dehnenden Transversalfalten TF über ein Substrat SU hinweg, sodass das ganze Peristaltik-Epithel PE ortsfest ist. Befinden sich dabei Nanopartikel NP auf den Transversalfalten TF, werden diese durch die Peristaltikbewegung weitergereicht und dadurch gerichtet transportiert. Wird hingegen die Rutschbewegung auf dem Substrat SU verhindert, beispielsweise durch ein rutschfestes Substrat SU, bewegt sich das gesamte Peristaltik-Epithel PE nach der Art eines Regenwurms voran. Dabei kann es natürlich auch aufgelegte Materie, beispielsweise eine intrakorporale Sonde, transportieren, insbesondere auch in mikroskopisch kleinste Körperhohlräume. Diese Art des Transportes ist immer dann besonders günstig, wenn keine direkte Förderbandeinrichtung zwischen Start und Ziel der zu transportierenden Materie eingerichtet werden kann, sondern die Materie ihr Transportsystem mitnehmen muss. Dabei ist der Mittransport einer miniaturisierten UV-Strahlungsquelle UVS (z.B. einer entsprechenden Leuchtdiode), die über eine interne Programmierung autark angesteuert wird, problemlos zu realisieren. Bei UV-transparenten Transversalfalten TF kann die UV-Strahlung auch von der Rückseite des Peristaltik-Epithels PE eingestrahlt werden, was die Konstruktion beispielsweise eines Transportgefäßes stark vereinfachen kann (vergleiche 5).

Die 5 zeigt eine intrakorporale Sonde IKS, die mit einem Peristaltik-Epithel PE als miniaturisiertes Transportsystem MTS gleitfähig verbunden ist. Eine feste Verbindung zu einer Unterlageschicht US, beispielsweise einer Darminnenwand, besteht hierbei nicht. Neben verschiedenen Sondeneinrichtungen SE und einer Steuer- und Versorgungseinheit SVE sind auch miniaturisierte UV-Strahlungsquellen UVS vorgesehen, durch deren Emission aus dem inneren der intrakorporalen Sonde IKS auf das Peristaltik-Epithel PE in zwei unterschiedlichen Wellenlängen die Dehnung und Stauchung und damit die peristaltische Fortbewegung des Peristaltik-Epithels PE bzw. der intrakorporalen Sonde IKS stimuliert wird (Pfeil).

Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren des Peristaltik-Epithels PE gemäß 4A, B ist den 6A bis G zu entnehmen.

6A: Zunächst wird eine Unterlageschicht US mit einer Photolackschicht PLS, beispielsweise in linearer Erstreckung beschichtet.

6B: Anschließend wird die Photolackschicht PLS durch eine Maske MAS mit Schlitzen belichtet (parallele Pfeile). Dabei legt die Breite der Schlitze die ungedehnte Breite der Transversalfalten TF fest.

6C: Nachfolgend wird die unbelichtete Photolackschicht PLS mit einer Ätzlösung AL weggeätzt, sodass sich Photolackstege PLG bilden. Dabei legt die Tiefe der Ätzung die Höhe der Transversalfalten TF fest.

6D: Im nächsten Verfahrensschritt wird auf die Photolackstege PLG ein Formgedächtnis-Monomer aufgebracht und anschließend polymerisiert. Es bildet sich das Formgedächtnis-Polymer FGP.

6E: Anschließend wird das Peristaltik-Epithel PE von der geätzten Photolackschicht PLS abgehoben (Pfeile).

6F: Das ungedehnte Peristaltik-Epithel PE wird anschließend durch globale Bestrahlung mit einer UV-Strahlung der Wellenlänge WL1 (Pfeile mit WL1) in der ungekrümmten Form fixiert.

6G: Das Peristaltik-Epithels PE wird anschließend ausreichend gedehnt, beispielsweise durch Auseinanderziehen an den Enden (Doppelpfeil) und durch globale Bestrahlung mit UV-Strahlung der Wellenlänge WL2 (Pfeile mit WL2) in der gedehnten Form fixiert. Damit ist die Programmierung des Peristaltik-Epithels PE in zwei verschiedenen, umschaltbaren Formzuständen abgeschlossen.

AL: Ätzlösung
DS: Deckschicht
FE: Flimmerhaar-Epithel
FGP: Formgedächtnis-Polymer
FH: Flimmerhaar
FHE: Flimmerhaar-Epithel
GIS: geätzte Ionenspur
HM: hydrophobes Material
IKS: intrakorporale Sonde
KP: Kunststoffplatte
LIS: latente Ionenspur
MAS: Maske
MTS: miniaturisiertes Transportsystem
NP: Nanopartikel
PA: pilzähnliche Ausbildung
PE: Peristaltik-Epithel
PLG: Photolacksteg
PLS: Photolackschicht
SE: Sondeneinrichtung
SU: Substrat
SVE: Steuer- und Versorgungseinheit
TF: Transversalfalte
US: Unterlageschicht
UVS: UV-Strahlungsquelle
WL: Wellenlänge

Claims

Miniaturisiertes Transportsystem zur gerichteten Vorwärtsbewegung von Materie, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als künstliches Flimmerhaar-Epithel (FHE) mit einer Vielzahl von in einem Substrat (SU) verankerten, einen wählbaren Abstand zueinander aufweisenden Flimmerhaaren (FH) aus einem Formgedächtnis-Polymer (FGP) die durch Einwirkung von von einer Stimulusquelle erzeugten Stimuli periodisch zwischen einem ungekrümmten Zustand und einem gekrümmten Zustand umschaltbar sind.
Miniaturisiertes Transportsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stimulusquelle zur Erzeugung von Stimuli mit einer globalen Einwirkung auf das gesamte Flimmerhaar-Epithel (FHE).
Miniaturisiertes Transportsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stimulusquelle zur Erzeugung von Stimuli mit einer lokalen Einwirkung auf vorbestimmte Bereiche des Flimmerhaar-Epithels (FHE).
Miniaturisiertes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein UV-transparentes Substrat (SU) und eine Anordnung der Stimulusquelle auf der Unterseite des Substrats (SU).
Miniaturisiertes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Stimulusquelle als UV-Strahlungsquelle (UVS), die als verschiedene Stimuli UV-Strahlungspulse mit unterschiedlichen Wellenlängen (WL1, WL2) erzeugt.
Miniaturisiertes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine die Krümmbarkeit der Flimmerhaare (FH) nicht behindernde Ummantelung der Flimmerhaare (FH) mit einer Schutzschicht.
Miniaturisiertes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine pilzähnliche Ausbildung (PA) der freien Enden der Flimmerhaare (FH).
Miniaturisiertes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Beschichtung der Flimmerhaare (FH) im Bereich ihrer freien Enden mit einem hydrophoben Material.
Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Transportsystems in einer Ausbildung als künstliches Flimmerhaar-Epithel mit einer Vielzahl von in einem Substrat verankerten, einen wählbaren Abstand zueinander aufweisenden Flimmerhaaren aus einem Formgedächtnis-Polymer, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: • Beschichtung eines Substrats (SU) mit einer Deckschicht (DS) eines gut ätzbaren Materials, wobei durch die Deckschichtdicke die Länge der Flimmerhaare (FH) festgelegt ist, • Bestrahlung der aufgebrachten Deckschicht (DS) mit hochenergetischen Schwerionen solcher Energie, dass die Schwerionen die Deckschicht (DS) vollständig durchdringen und in das Substrat (SU) mit vorgegebener Tiefe eindringen, • Ätzen der latenten Ionenspuren in der aufgebrachten Deckschicht (DS), wobei durch den Ätzdurchmesser der Ionenspuren die Dicke der Flimmerhaare (FH) festgelegt ist, • Einbringen eines Formgedächtnis-Monomers in die geätzten Ionenspuren, • Polymerisation des eingebrachten Formgedächtnis-Monomers, • Entfernen der Deckschicht (DS) ohne Angriff des Formgedächtnis-Polymers (FGP), • Fixierung der Flimmerhaare (FH) in einem ungekrümmten Formzustand durch Bestrahlung mit einem ersten Stimulus (WL1) und • Fixierung der Flimmerhaare (FH) in einem gekrümmten Formzustand durch Bestrahlung mit einem zweiten Stimulus (WL2).
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt vor dem Einbringen des Formgedächtnis-Monomers in die geätzten Ionenspuren: • Einbringen einer die Krümmbarkeit der Flimmerhaare (FH) nicht behindernde Schutzschicht in die geätzten Ionenspuren.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen veränderten Verfahrensschritt: • Einbringen des Formgedächtnis-Monomers in die geätzten Ionenspuren mit einem geringen Überschuss, sodass sich pilzartige Erhebungen (PA) auf einer aus einem schlecht benetzbaren Material bestehenden Deckschicht (DS) ausbilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Beschichtung der Flimmerhaare (FH) zumindest im Bereich ihrer freien Enden mit einem hydrophoben Material.
Miniaturisiertes Transportsystem zur gerichteten Vorwärtsbewegung von Materie, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als künstliches Peristaltik-Epithel (PE) mit einer Vielzahl von Transversalfalten (TF) aus einem Formgedächtnis-Polymer (FGP), die durch Einwirkung von von einer Stimulusquelle erzeugten Stimuli periodisch zwischen einem ungedehnten Zustand und einem gedehnten Zustand umschaltbar sind.
Miniaturisiertes Transportsystem nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Stimulusquelle zur Erzeugung von Stimuli mit einer lokalen Einwirkung auf vorbestimmte Bereiche des Peristaltik-Epithels (PE).
Miniaturisiertes Transportsystem nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch UV-transparente Transversalfalten (TF) und eine Anordnung der Stimulusquelle auf der Unterseite der Transversalfalten (TF).
Miniaturisiertes Transportsystem nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Stimulusquelle als UV-Strahlungsquelle (UVS), die als verschiedene Stimuli UV-Strahlungspulse mit unterschiedlichen Wellenlängen (WL1, WL2) erzeugt.
Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Transportsystems in einer Ausbildung als künstliches Peristaltik-Epithel mit einer Vielzahl von Transversalfalten aus einem Formgedächtnis-Polymer, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: • Beschichtung einer Unterlageschicht (ULS) mit einer Photolackschicht (PLS), • Belichtung der Photolackschicht (PLS) durch eine Maske (MAS) mit Schlitzen, wobei durch die Breite der Schlitze die ungedehnte Breite der Transversalfalten (TF) festgelegt ist, • Ätzung der unbelichteten Photolackschicht (PLS), wobei durch die Tiefe der Ätzung die Höhe der Transversalfalten (TF) festgelegt ist, • Aufbringen eines Formgedächtnis-Monomers auf die abgeätzte Photolackschicht (PLS), • Polymerisation des aufgebrachten Formgedächtnis-Monomers, • Abheben des Peristaltik-Epithels (PE) aus dem Formgedächtnis-Polymer (FGP) von der geätzten Photolackschicht, • Fixierung des Peristaltik-Epithels (PE) in einem ungedehnten Formzustand durch Bestrahlung mit einem ersten Stimulus (WL1) und • Fixierung des Peristaltik-Epithels (PE) in einem gedehnten Formzustand durch Bestrahlung mit einem zweiten Stimulus (WL2).