DE102009006065A1 - Mikrofluidische Einrichtung und Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung - Google Patents

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    • B01L3/502753Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrofluidische Einrichtung mit zumindest einem strukturierten Substrat, das zumindest eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur aufweist, und zumindest einer mikroporösen Membran, die mit dem strukturierten Substrat zur Aufnahme und/oder zum Transport einer Flüssigkeit verbunden ist. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung mit den folgenden Schritten: Ausbilden zumindest einer fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur in zumindest einem Substrat, und Aufbringen und Verbinden zumindest einer mikroporösen Membran auf und mit dem strukturierten Substrat.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrofluidische Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung.
  • Mikrofluidische Einrichtungen, die Elemente in Mikrometergröße enthalten, sind bisher aus nicht-Silizium-Materialien nur schwer herzustellen. Insbesondere Einrichtungen, die viele gleichartige Strukturelemente mit Abmessungen deutlich kleiner als 10 μm enthalten, lassen sich nur schwer realisieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehr als zwei Dimensionen Strukturabmessungen in dieser Größenordnung aufweisen sollen.
  • Abformende Verfahren wir Spritzguss, Mikrospritzguss, Spritzprägen, Heißprägen oder Laserstrukturierung können entweder nur, verglichen mit den Mikrostrukturen, vergleichsweise große Körper realisieren oder sind hinsichtlich der möglichen Formgebung eingeschränkt. Lithographische Verfahren schränken auf der anderen Seite die Materialvielfalt ein und erlauben meist nur ebene Strukturierungen.
  • Poröse Membranen sind flächige, ebene oder röhrenförmige Strukturen aus festen Materialien mit durch diese Strukturen durchführende Poren oder Durchbrüchen, die sich besonders zur Abtrennung von festen Teilchen aus Gasen oder Flüssigkeiten einsetzen lassen (Pusch & Walch Angew. Chem. Int. Engl. Ed. 1982, 94, 660). Hierbei haben sich insbesondere mikroporöse Membranen, d. h. Membranen mit Porendurchmessern unterhalb von 0.001 mm als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Eine besondere Klasse von poröse Membranen sind die sogenannten Mikrosiebe, d. h. Membranen mit Durchbrüchen einheitlicher Durchmesser, bei denen die Membrandicke nicht wesentlich oberhalb des Durchmessers der Durchbrüche liegt (van Rijn, C. J. M.; Elwenspoek, M. C. in Proc. of the workshop of Micro Electro Mechanical Systems, IEEE, Amsterdam 1995, 83–87./Kuiper, S.; van Rijn, C. J. M.; Nijdam, W.; Elwenspoek, M. C. J. Membr. Sci. 1998, 150, 1–8./van Rijn, C. J. M.; Veldhuis, G. J.; Kuiper, S. Nanotechnology 1998, 9, 343–345/van Rijn, C. J. M. in Nano and Micro Engineered Membrane Technology, Membrane Science and Technology (Series 10), Elsevier, Amsterdam 2003).
  • Diese Mikrosiebe haben im Vergleich zu anderen porösen Membranen die Vorteile einer schärferen Größenselektivität, eines geringeren Strömungs- bzw. Diffusionswiderstandes und einer geringeren Tendenz zur Ablagerung eines Filterkuchens. Mikrosiebe können nur aus einer einfachen dünnen Platte bestehen, die außer den Durchbrüchen einheitlicher Größe keine weiteren Strukturierungen enthält oder hierarchisch aufgebaut sein, d. h. zusätzlich zu den Durchbrüchen Strukturen auf anderen Längenskalen als den Durchmessern der Durchbrüche besitzen, die z. B. für eine verbesserte mechanische Stabilität sorgen. Mikrosiebe können mittels lithographischer Verfahren durch Abformen lithographisch hergestellter Master, durch Einbetten einheitlicher Partikel in eine dünne Membran und deren anschließendes Herauslösen, oder durch Tintenstrahldruck erzeugt werden.
  • Aus der DE 10 2006 036 863 A1 ist ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Erzeugung von Mikrosieben bekannt, die mittels der sogenannten partikelassistierten Benetzung hergestellt werden. Hierbei wird eine Mischung bestehend aus einem Monomer, einem Photoinitiator, Partikeln und einem Lösungsmittel auf einer Wasseroberfläche aufgebracht. Das Lösungsmittel wird abgedampft und das Monomer wird durch Aktivierung des Photoinitiators mittels UV-Strahlung ausgehärtet, so dass eine Membran entsteht. Zuletzt werden die Partikel aus der Membran entfernt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstige mikrofluidische Einrichtung mit integrierter mikroporöser Membran und ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung mit integrierter mikroporöser Membran anzugeben.
  • Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine mikrofluidische Einrichtung mit zumindest einem strukturierten Substrat, das zumindest eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur aufweist, und zumindest einer mikroporösen Membran, die mit dem strukturierten Substrat zur Aufnahme und/zum Transport eines Fluids verbunden ist.
  • Hierdurch ist es möglich, die mikroporöse Membran getrennt vom strukturierten Substrat herzustellen. Auf eine kostenintensive, integrale Herstellung von mikroporösen Strukturen und fluidstransportierenden, bzw. fluidaufnehmenden Strukturen kann verzichtet werden. Darüber hinaus kann die Gestaltungsfreiheit derartiger mikrofluidischer Einrichtungen im Hinblick auf die Strukturierung der mikroporösen Membran erhöht werden. Unter einem Fluid sind Flüssigkeiten oder Gase zu verstehen. Diese können – müssen aber nicht – zumindest teilweise als Träger anderer Substanzen dienen.
  • Vorzugsweise ist die mikroporöse Membran ein Mikrosieb. Mikrosiebe weisen Membranen mit Durchbrüchen einheitlicher Größe auf, bei denen die Membrandicke nicht wesentlich oberhalb des Durchmessers, bzw. des äquivalenten Durchmessers der Durchbrüche liegt. Ein Mikrosieb besteht aus aktiver Schicht (übernimmt die Filteraufgabe) und Stützstruktur (Stabilisierung der aktiven Schicht).
  • Vorzugsweise weist die mikroporöse Membran eine hierarchische Struktur auf, d. h. verfügt zusätzlich zu den Mikrostrukturen über weitere Strukturen auf anderen Längenskalen als den Mikrostrukturen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel überspannt die mikroporöse Membran die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur zumindest teilweise.
  • Vorzugsweise sind das strukturierte Substrat und die mikroporöse Membran als separate Bauteile ausgebildet, die in getrennten Herstellungsprozessen zeitversetzt und/oder an unterschiedlichen Orten hergestellt werden können.
  • Vorzugsweise besteht die mikroporöse Membran aus zumindest einem Polymer. Hierdurch können die Kosten der mikrofluidischen Einrichtung weiter reduziert werden.
  • Vorzugsweise weist die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur zumindest einen Kanal und/oder eine Vertiefung und/oder ein Reservoir und/oder ein Loch und/oder eine Erhebung auf.
  • Vorzugsweise ist die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur kleiner 10 mm, vorzugsweise kleiner 1 mm, und vorzugsweise größer 10 μm.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die mikroporöse Membran durchgehende Poren auf. Somit lässt sich die bevorzugte mikrofluidische Einrichtung zur Filtration von Substanzen, beispielsweise zur Blutfiltration einsetzen. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform, in der das Mikrosieb aus einem oder mehreren Polymeren besteht, als ganz besonders vorteilhaft eine Ausführungsform in der ein Mikrosieb enthalten ist, dass durch Abformen und Herauslösen von Partikeln insbesondere über partikelassistierte Benetzung hergestellt wurde.
  • Vorzugsweise enthält die mikroporöse Membran Poren kleiner 100 μm, vorzugsweise kleiner 10 μm, vorzugsweise kleiner 5 μm, die vorzugsweise mittels partikelassistierter Benetzung hergestellt sind. Alternativ oder zusätzlich enthält die mikroporöse Membran Poren größer 10 μm, die vorzugsweise mittels eines Druckverfahrens hergestellt sind. Vorzugsweise beträgt die Standardabweichung der Porengröße weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10%, ganz besonders bevorzug weniger als 3% der mittleren Porengröße.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Dicke der mikroporösen Membran kleiner/gleich einem doppelten Durchmesser einer Pore der mikroporösen Membran, vorzugsweise kleiner gleich dem Durchmesser einer Pore, vorzugsweise kleiner gleich 60% des Durchmessers einer Pore. Hierdurch sind mikrofluidische Einrichtungen realisierbar, bei denen die Porengröße in derselben Größenordnung liegt wie die Membrandicke.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die mikroporöse Membran mit dem strukturierten Substrat mittels einer stoffschlüssigen Fügung, vorzugsweise mittels Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden oder einer Kombination dieser Fügungen, verbunden ist. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Verbindung der mikroporösen Membran mit dem strukturierten Substrat.
  • Vorzugsweise sind zumindest zwei mikroporöse Membranen, die sich vorzugsweise zumindest teilweise überdecken, auf dem strukturierten Substrat aufgebracht. Durch die zwei mikroporösen Membranen ist die bevorzugte mikrofluidische Einrichtung in der Lage, Substanzen unterschiedlicher Größe aus einer Flüssigkeit zu filtern, wenn sich die Porengröße der Membranen unterscheidet. Die Überdeckung der mikroporösen Membranen dient der Verstärkung im Hinblick auf zu erwartende Druckverhältnisse.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zumindest ein erstes und ein zweites strukturiertes Substrat einander gegenüberliegend angeordnet, und die mikroporöse Membran ist zwischen den beiden strukturierten Substraten angeordnet. Hierdurch wird ein besonders kostengünstiger Aufbau der bevorzugten mikrofluidischen Einrichtung realisiert, da die mikroporöse Membran auf einfache Art und Weise zwischen fluidaufnehmende und/oder -transportierende Strukturen eingebettet werden kann.
  • Vorzugsweise weist zumindest das erste strukturierte Substrat ein Reservoir auf, das durch die mikroporöse Membran überspannt ist, und zumindest das zweite strukturierte Substrat weist einen Kanal auf, der zum Reservoir führt.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das erste strukturierte Substrat einen weiteren Kanal auf, der in das Reservoir mündet, und die beiden Kanäle verlaufen vorzugsweise in unterschiedlichen Ebenen, vorzugsweise in Parallelebenen.
  • Vorzugsweise weisen beide strukturierten Substrate Kanäle auf, die zumindest teilweise nur durch die mikroporöse Membran voneinander getrennt sind.
  • Insbesondere ist es von Vorteil, wenn in zumindest einem Bereich, in dem sich die Kanäle überschneiden, die Kanäle des einen strukturierten Substrates im Wesentlichen rechtwinklig zu den Kanälen des anderen strukturierten Substrats verlaufen.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der mikrofluidischen Einrichtung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung, insbesondere einer mikrofluidischen Einrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, mit den folgenden Schritten:
    • – Ausbilden zumindest einer fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur in zumindest einem Substrat, und
    • – Aufbringen und Verbinden zumindest einer mikroporösen Membran auf und mit dem strukturierten Substrat.
  • Da diese mikrofluidische Einrichtung nicht integral hergestellt werden muss, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verringerung der Herstellungskosten. Ferner können die mikroporöse Membran und das strukturierte Substrat aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.
  • Vorzugsweise wird die mikroporöse Membran auf das strukturierte Substrat derart aufgebracht, dass die mikroporöse Membran die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur zumindest teilweise überspannt.
  • Vorzugsweise werden Poren der mikroporösen Membran durch Einbetten und anschließendes Herauslösen von Partikeln erzeugt.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die mikroporöse Membran durch Aufbringen von Mischungen aus Partikeln und einer aushärtbaren Flüssigkeit auf die Oberfläche einer als Unterlage dienenden Flüssigkeit, Aushärten der aushärtbaren Flüssigkeit und Entfernen der Partikel erzeugt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor dem Aufbringen der mikroporösen Membran auf das strukturierte Substrat die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt wird. Beim Aufbringen und Verbinden der mikroporösen Membran begünstigt die vorhandene Flüssigkeit das Überspannen der fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Struktur mittels der mikroporösen Membran. Ferner wird beispielsweise das Verfahren der partikelassistierten Benetzung durch die vorhandene Flüssigkeit direkt auf dem strukturierten Substrat anwendbar.
  • Vorzugsweise wird in zumindest einem der strukturierten Substrate die fluidaufnehmende und/oder transportierende Strukturen zumindest teilweise mit einer als Unterlage dienenden Flüssigkeit gefüllt, und auf dieser wird durch Aufbringen von Mischungen aus Partikeln und einer aushärtbaren Flüssigkeit, Aushärten der aushärtbaren Flüssigkeit und Entfernen der Partikel eine mikroporöse Membran erzeugt.
  • Vorzugsweise wird die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur mittels eines (um-)formenden oder eines abtragenden oder eines lithographischen Verfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren hergestellt. Auf diese Weise sind die größeren Strukturen der mikrofluidischen Einrichtung kostengünstig herstellbar, wobei die kleineren Strukturen der mikroporösen Membran vorzugsweise durch andere Verfahren hergestellt werden, da umformende, abtragende und lithographische Verfahren die Materialvielfalt und/oder die realisierbare Größenordnung und/oder die Geometrie der mikroporösen Membran unnötig einschränken.
  • Vorzugsweise werden in der mikroporösen Membran Poren kleiner 100 μm, vorzugsweise kleiner 10 μm, vorzugsweise kleiner 5 μm, ausgebildet, die vorzugsweise mittels partikelassistierter Benetzung hergestellt werden. Hierdurch ist eine kostengünstige Herstellung sich wiederholender, kleiner Strukturen möglich, um die Kosten für das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung weiter zu verringern.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden in der mikroporösen Membran Poren oder weitere Poren größer 10 μm ausgebildet, die vorzugsweise mittels eines Druckverfahrens hergestellt werden. Auch hierdurch lassen sich die Herstellungskosten verringern.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die mikroporöse Membran mit dem strukturierten Substrat mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden oder einer Kombination dieser Fügeverfahren, verbunden.
  • Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die mikroporöse Membran oder eine weitere mikroporöse Membran und/oder Stützstruktur auf dem strukturierten Substrat oder einer zuvor aufgebrachten, mikroporösen Membran mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Inkjet-Drucks, aufgedruckt wird. Indem die mikroporöse Membran oder Stützstruktur mittels Materialaufdrucks auf das strukturierte Substrat oder auf eine andere, zuvor aufgebrachte mikroporöse Membran aufgebracht wird, können die Herstellungskosten weiter verringert werden. Des Weiteren ist der Materialaufdruck besonders flexibel einsetzbar, so dass mikroporöse Membranen unterschiedlicher Geometrien hergestellt werden können.
  • Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn die mikroporöse Membran oder eine weitere mikroporöse Membran auf dem strukturierten Substrat oder einer zuvor aufgebrachten, mikroporösen Membran mittels partikelassistierter Benetzung ausgebildet wird. Auch hierdurch werden die Herstellungskosten weiter verringert.
  • Vorzugsweise werden zumindest zwei mikroporöse Membranen, die sich vorzugsweise zumindest teilweise überdecken, auf dem strukturierten Substrat aufgebracht. Hierdurch ist es möglich, Substanzen unterschiedlicher Größe aus dem zu filternden Fluid herauszufiltern und/oder die mikroporösen Membranen durch Überdeckung im Hinblick auf die zu überspannende Fläche lokal zu verstärken. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Membran nicht als Diffusionsmembran eingesetzt wird, sondern wenn im Betrieb vor und hinter der Membran unterschiedliche Drücke herrschen.
  • Vorzugsweise werden zumindest ein erstes und ein zweites strukturiertes Substrat einander gegenüberliegend angeordnet, und die mikroporöse Membran wird zwischen den beiden strukturierten Substraten angeordnet.
  • Vorzugsweise wird die mikrofluidischen Einrichtung nach zumindest einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele zum Trennen von biologischer Materie von einer die biologische Materie umgebenden Flüssigkeit verwendet.
  • Eine vorteilhafte Verwendung dieser mikrofluidischen Einrichtung ist die Separation von Zellen aus biologischen Flüssigkeiten, insbesondere Blut.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
  • 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer mikrofluidischen Einrichtung,
  • 2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung, bei dem eine mikroporöse Membran direkt auf einem strukturierten Substrat ausgebildet wird,
  • 2b ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung, bei dem eine bereits hergestellte mikroporöse Membran auf ein strukturiertes Substrat aufgebracht wird, und
  • 2c ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung, bei dem eine mikroporöse Membran durch eine Stützstruktur verstärkt wird und anschließend auf ein strukturiertes Substrat aufgebracht wird.
  • Die mikrofluidische Einrichtung 1 weist mit Bezug auf 1 in ihrem oberen Bereich ein erstes strukturiertes Substrat 2a und in ihrem unteren Bereich ein zweites strukturiertes Substrat 2b auf. Jedoch ist es prinzipiell auch möglich, dass die mikrofluidische Einrichtung 1 nur ein einziges strukturiertes Substrat oder mehr als zwei strukturierte Substrate aufweist.
  • In das erste strukturierte Substrat 2a ist eine erste fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a eingebracht. In das zweite strukturierte Substrat 2b ist eine zweite fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3b eingebracht. Während die erste fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a an der Unterseite des ersten strukturierten Substrats 2a vorgesehen ist, ist die zweite fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3b an der Oberseite des zweiten strukturierten Substrats 2b vorgesehen. Auch andere Anordnungen der fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Strukturen 3a, 3b sind möglich.
  • In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind beide fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Strukturen 3a, 3b als Vertiefungen, vorzugsweise als Kanäle, ausgebildet. Diese beiden Kanäle verlaufen in unterschiedlichen Ebenen, vorzugsweise, wie in 1 gezeigt, in Parallelebenen. Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden Kanäle in derselben Ebene verlaufen, bzw. in sich schneidenden Ebenen. In 1 verlaufen die beiden Kanäle zudem rechtwinklig zueinander. Beispielsweise ist es jedoch auch möglich, dass beide Kanäle in derselben Richtung verlaufen.
  • An einem Überkreuzungspunkt sind die beiden Kanäle nur durch eine mikroporöse Membran 5 getrennt. Die strukturierten Substrate 2a, 2b sind einander gegenüber angeordnet, und die mikroporöse Membran 5 ist zwischen den beiden strukturierten Substraten 2a, 2b angeordnet. Hierzu kann die mikroporöse Membran 5 entweder am ersten strukturierten Substrat 2a oder am zweiten strukturierten Substrat 2b oder an beiden strukturierten Substraten 2a, 2b befestigt sein.
  • Durch den ersten Kanal im ersten strukturierten Substrat 2a wird ein Fluid mit einer zu filternden Substanz 4 transportiert. Am Schnittpunkt der beiden Kanäle diffundiert das Fluid durch die mikroporöse Membran 5, die vorzugsweise als Mikrosieb mit durchgängigen Poren 7 ausgeführt ist, und gelangt in den zweiten Kanal im zweiten strukturierten Substrat 2b. Es ist auch möglich, dass aufgrund eines Druckunterschieds das Fluid durch die mikroporöse Membran gepresst wird. Größere Bestandteile der zu filternde Substanz 4 sind zu groß und werden von der mikroporösen Membran 5 zurückgehalten und beispielsweise durch einen weiteren Kanal abtransportiert.
  • Weiterhin ist es möglich, dass eines der beiden strukturierten Substrate 2a, 2b ein Reservoir aufweist, während das andere strukturierte Substrat 2a, 2b einen Kanal aufweist, der zum Reservoir führt. Das Reservoir wird teilweise oder vollständig durch die mikropo röse Membran 5 überspannt. Ein weiterer Kanal, der im selben strukturierten Substrat 2a, 2b vorgesehen ist wie das Reservoir, mündet in das besagte Reservoir. Das Reservoir kann auch in beiden strukturierten Substraten 2a, 2b ausgebildet sein Weiterhin ist es möglich, dass beide strukturierten Substrate 2a, 2b Kanäle aufweisen, die zumindest teilweise nur durch die mikroporöse Membran 5 voneinander getrennt sind und beide von strömenden Fluiden durchspült sind. Die durch die mikroporöse Membran 5 von der einen Seite zur anderen durchtretenden Substanzen können so durch die Strömung fortgetragen und z. B. zu einer Analyseeinheit weitertransportiert werden.
  • Vorzugsweise sind in den strukturierten Substraten 2a, 2b jeweils eine Mehrzahl von fluidaufnehmenden und/oder -transportierende Strukturen 3a, 3b vorgesehen. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Mehrzahl von Kanälen und Reservoirs handeln. Ebenso ist es beispielsweise denkbar, dass mehrere Kanäle zu einem einzelnen Reservoir hinführen und/oder von diesem wegführen.
  • Jedoch sind auch andere fluidaufnehmende und/oder -transportierende Strukturen 3a, 3b denkbar, beispielsweise Vertiefungen und/oder Löcher und/oder Erhebungen in einem der strukturierten Substrate 2a, 2b oder in beiden strukturierten Substraten 2a, 2b.
  • Gleiches gilt für eine mikrofluidische Einrichtung 1, die nur ein einziges strukturiertes Substrat aufweist. Hier kann die mikroporöse Membran 5 beispielsweise in einen Kanal eingebracht sein und diesen in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilen.
  • Dementsprechend weist die mikrofluidische Einrichtung 1 zumindest ein strukturiertes Substrat 2a, 2b auf, das zumindest eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b aufweist. Ferner ist zumindest eine mikroporöse Membran 5 vorgesehen, die mit dem strukturierten Substrat 2a, 2b zur Aufnahme und/oder zum Transport des Fluids verbunden ist. Vorzugsweise ist die mikroporöse Membran 5 mit dem strukturierten Substrat 2a, 2b mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens verbunden. Hierbei kann es sich um Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden handeln. Auch eine Kombination der vorgenannten Fügeverfahren ist möglich.
  • Die mikroporöse Membran 5 ist auf oder in dem strukturierten Substrat 2a, 2b derart angeordnet, dass sie die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b, bei spielsweise den Kanal oder das Reservoir, teilweise oder vollständig überspannt. Insbesondere ist es hierbei von Vorteil, wenn die mikroporöse Membran 5 ein Mikrosieb mit durchgehenden Poren 7 ist.
  • Das strukturierte Substrat 2a, 2b und die mikroporöse Membran 5 sind als separate Bauteile ausgebildet. Beispielsweise ist es in diesem Zusammenhang möglich, die mikroporöse Membran 5 aus zumindest einem Polymer herzustellen. Das strukturierte Substrat 2a, 2b kann zumindest teilweise aus Silizium und/oder Keramik und/oder Glas und/oder Metall bestehen. Jedoch ist auch eine Herstellung des strukturierten Substrats 2a, 2b aus einem oder mehreren Polymeren möglich. Dieses Polymer oder diese Polymere können mit dem Polymer oder den Polymeren der mikroporösen Membran 5 identisch sein, können jedoch auch unterschiedlich sein.
  • Es ist möglich, die mikroporöse Membran 5 mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Inkjet-Drucks, direkt auf das strukturierte Substrat 2a, 2b aufzubringen und somit stoffschlüssig ohne weiteres Fügeverfahren mit dem strukturierten Substrat 2a, 2b zu verbinden. Ebenso ist es möglich, die mikroporöse Membran 5 mittels partikelassistierter Benetzung direkt auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b auszubilden und somit stoffschlüssig ohne weiteres Fügeverfahren mit dem strukturierten Substrat 2a, 2b zu verbinden. Auf diese Herstellungsmöglichkeiten wird separat noch eingegangen werden.
  • Mit den vorgenannten Verfahren ist es jedoch auch möglich, die mikroporöse Membran 5 als separates Bauteil zeitversetzt und/oder an einem anderen Ort herzustellen.
  • Hinsichtlich der Strukturgröße der fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Struktur 3a, 3b weist ein Querschnitt der fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b vorzugsweise eine Breite oder einen (äquivalenten) Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 10 mm auf. Vorzugsweise liegt dieser Bereich zwischen 10 μm und 1 mm, insbesondere vorzugsweise zwischen 50 μm und 500 μm.
  • Hinsichtlich der Strukturgröße der mikroporösen Membran 5 weist die mikroporöse Membran 5 Poren 7 auf, deren Querschnitt vorzugsweise eine Breite oder einen (äquivalenten) Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 100 μm hat, wobei eine derartige mikroporöse Membran 5 vorzugsweise mittels eines Druckverfahrens hergestellt wird, jedoch auch andersartig hergestellt werden kann. Die Breite bzw. der Durchmesser der Poren 7 kann auch kleiner als 10 μm, vorzugsweise kleiner als 5 μm sein, wobei es hierzu von Vorteil ist, wenn eine derartige mikroporöse Membran 5 mittels partikelassistierter Benetzung hergestellt wird. Vorzugsweise beträgt die Standardabweichung der Porengröße weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10%, ganz besonders bevorzug weniger als 3% der mittleren Porengröße.
  • Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Porengröße der mikroporösen Membran 5 in derselben Größenordnung liegt, wie die Dicke der mikroporösen Membran 5. Vorzugsweise ist daher die Dicke der mikroporösen Membran 5 kleiner/gleich einem doppelten (äquivalenten) Durchmesser bzw. einer doppelten Breite des Querschnitts einer Pore 7 der mikroporösen Membran 5, besonders bevorzugt kleiner gleich dem Durchmesser einer Pore 7, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 60% des Durchmessers einer Pore 7.
  • Um die Struktur der mikroporösen Membran 5 zu verstärken, ist es möglich, dass sich zwei oder mehrere mikroporöse Membranen 5 zumindest teilweise überdecken. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, dass auf eine beispielsweise mittels partikelassistierter Benetzung hergestellte Membran eine oder mehrere Stützstrukturen 8 beispielsweise mittels eines Druckverfahrens aufgebracht werden.
  • Sämtliche vorherigen Erläuterungen gelten gleichermaßen für mikrofluidische Einrichtungen 1, die zwei oder mehrere strukturierte Substrate 2a, 2b aufweisen, und bei denen die mikroporöse Membran 5 zwischen zwei benachbarten mikrostrukturierten Substraten 2a, 2b angeordnet ist.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer bevorzugten mikrofluidischen Einrichtung 1, wie sie beispielsweise zuvor erläutert worden ist, beschrieben.
  • In zumindest einem Substrat 2a, 2b wird eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b ausgebildet. Anschließend wird zumindest eine mikroporöse Membran 5 zur Aufnahme und/oder zum Transport eines Fluids in das strukturierten Substrat 2a, 2b integriert.
  • Die mikroporöse Membran 5 kann einerseits beispielsweise mittels partikelassistierter Benetzung hergestellt werden. Hierbei wird eine Mischung bestehend aus einem oder mehreren Monomeren und/oder Polymeren, zumindest einem Photoinitiator, Partikeln und zumindest einem Lösungsmittel auf eine Flüssigkeitsoberfläche aufgebracht. Das Lösungsmittel wird abgedampft und das Monomer/Polymer wird bzw. die Monome re/Polymere werden ausgehärtet, so dass eine Membran entsteht. Vorzugsweise geschieht dies durch Aktivierung des Photoinitiators durch eine Strahlung der entsprechenden Wellenlänge, beispielsweise UV-Strahlung. Zuletzt werden die Partikel aus der Membran entfernt, indem die Partikel beispielsweise aufgelöst und ausgeschwemmt werden.
  • Andererseits ist es auch möglich, eine mikroporöse Membran 5 mittels eines Druckverfahrens, d. h. mittels eines materialdruckenden Verfahrens herzustellen. Hierzu wird beispielsweise eine Mischung aus einem oder mehreren Monomeren/Polymeren, zumindest einem Photoinitiator und zumindest einem Lösungsmittel in den Druckkopf eines Inkjet-Druckers, beispielsweise eines Dimatix-Materialdruckers gegeben. Diese Mischung wird mit dem gewünschten Porenmuster und der gewünschten Porengröße in einem oder mehreren Schritten ausgedruckt, das Lösungsmittel wird abgedampft und das Monomer/Polymer wird bzw. die Monomere/Polymere werden ausgehärtet. Vorzugsweise geschieht dies durch Aktivierung des Photoinitiators durch eine Strahlung der entsprechenden Wellenlänge, beispielsweise UV-Strahlung. Auf diese Art und Weise ist es beispielsweise auch möglich, eine Stützstruktur 8 auf eine zuvor hergestellte, mikroporöse Membran 5 aufzudrucken.
  • Alternativ ist es auch möglich, mittels eines Inkjet-Druckers auf einem Substrat zunächst porenbildende Tropfen einer Flüssigkeit abzusetzten und diese mit einer aushärtbaren Flüssigkeit, die mit der porenbildenden Flüssigkeit eine Mischungslücke aufweist, so zu Oberschichten, dass die porenbildenden Tropfen die Schicht der aushärtbaren Flüssigkeit durchstoßen, die aushärtbaren Flüssigkeit auszuhärten und anschließend das Substrat und die porenbildende Flüssigkeit zu entfernen.
  • Weist die mikroporöse Membran nur Strukturgrößen größer 10 μm auf, ist es möglich, eine solche Membran ausschließlich mittels eines Druckverfahrens herzustellen. Sollen die Strukturgrößen kleiner als 10 μm sein, insbesondere kleiner als 5 μm wie beispielsweise zur Filtration von Blut und anderen zellhaltigen Flüssigkeiten, ist es von Vorteil, die mikroporöse Membran 5 mittels partikelassistierter Benetzung herzustellen. Generell ist es jedoch auch möglich, beide Herstellungsverfahren bei der Herstellung der mikroporösen Membran 5 zu kombinieren, wobei sich die Strukturen, die mittels partikelassistierter Benetzung und die Strukturen, die mittels des Druckverfahrens hergestellt werden, überlappen können aber nicht überlappen müssen.
  • Es ist möglich, die mikroporöse Membran 5, vorzugsweise mit einer hierarchischen Struktur, mittels partikelassistierter Benetzung und/oder mittels des Druckverfahrens zeitlich und/oder räumlich getrennt von dem strukturierten Substrat 2a, 2b herzustellen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, die mikroporöse Membran 5 mittels partikelassistierter Benetzung, vorzugsweise mit einer hierarchischen Struktur, direkt auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b herzustellen, bzw. mittels des Druckverfahrens direkt auf das strukturierte Substrat 2a, 2b aufzudrucken. Auch eine Kombination der beiden Verfahren direkt auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b ist möglich.
  • Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn vor dem Aufbringen der mikroporösen Membran 5 mittels partikelassistierter Benetzung die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b des strukturierten Substrats 2a, 2b zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit 6, vorzugsweise wässrige Phase, gefüllt wird. Beim anschließenden Aufbringen der mikroporösen Membran 5 auf das strukturierte Substrat 2a, 2b ist es dann auf einfache Art und Weise möglich, die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b teilweise oder vollständig zu überspannen, da sie mit der Flüssigkeit 6 gefüllt ist.
  • Vorzugsweise wird, wie bereits zuvor erläutert, die mikroporöse Membran 5 aus zumindest einem Kunststoff, insbesondere einem oder mehrere Monomeren, einem oder mehreren Polymeren oder einer Kombination aus Monomeren und Polymeren, hergestellt. Die fluid-aufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b wird vorzugsweise mittels eines (um-)formenden oder eines abtragenden oder eines lithographischen Verfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren in dem Substrat 2a, 2b ausgebildet. Insbesondere kann die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b als Kanal und/oder Vertiefung und/oder Reservoir und/oder Loch und/oder Erhebung in dem Substrat 2a, 2b ausgebildet werden. Es ist von Vorteil, wenn die mikroporöse Membran 5 als Mikrosieb vorzugsweise mit durchgehenden Poren 7 hergestellt wird.
  • Wenn die mikroporöse Membran 5 separat vom strukturierten Substrat 2a, 2b hergestellt wird, d. h. nicht direkt auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b mittels partikelassistierter Benetzung ausgebildet wird oder mittels des Druckverfahrens aufgedruckt wird, ist es von Vorteil, die mikroporöse Membran 5 mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens mit dem strukturieren Substrat 2a, 2b zu verbinden. Vorzugsweise kommen hierzu Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermo kompressionsbonden oder Ultraschallbonden oder eine Kombination dieser Fügeverfahren zu Einsatz.
  • Auch ist es möglich, eine mikroporöse Membran 5 mittels eines dieser Fügeverfahren auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b aufzubringen und eine weitere mikroporöse Membran mittels partikelassistierter Benetzung und/oder des Druckverfahrens direkt auf der zuvor aufgebrachten, mikroporösen Membran 5 aufzubringen, so dass sich die beiden Membranen teilweise oder vollständig überlappen. Umgekehrt ist es ebenso möglich, auf einer mittels partikelassistierter Benetzung direkt auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b ausgebildeten, mikroporösen Membran 5 eine weitere mikroporöse Membran aufzubringen und mittels eines oder mehrerer der vorgenannten stoffschlüssigen Fügeverfahren zu verbinden.
  • Die vorgenannten Erläuterungen gelten nicht nur für die Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung 1 mit einem einzigen strukturierten Substrat 2a, 2b und einer oder mehrerer mikroporöser Membranen 5, sondern auch für die Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung 1, bei der eine oder mehrere mikroporöse Membranen 5 zwischen zwei oder mehreren strukturierten Substraten 2a, 2b angeordnet werden.
  • In 2a ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung der mikrofluidischen Einrichtung 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die mikroporöse Membran 5 direkt auf dem strukturierten Substrat 2a, 2b, vorzugsweise mittels partikelassistierter Benetzung, ausgebildet.
  • Zu Beginn wird ein Substrat mit einer oder mehreren fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Strukturen 3a, 3b versehen. Im konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Strukturen 3a, 3b um einen oder mehrere Kanäle. Wie bereits zuvor erläutert, können diese fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Strukturen 3a, 3b jedoch auch anders ausgebildet sein.
  • Diese Substrate können sowohl als erstes als auch als zweites strukturiertes Substrat 2a, 2b verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich, ein Substrat als unstrukturiertes Substrat 2c auszubilden, um ein strukturiertes Substrat 2a, 2b abzudecken.
  • In Schritt A wird die so hergestellte fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b des strukturierten Substrats 2b mit einer Flüssigkeit 6 gefüllt. Vorzugsweise geschieht dies aus der wässrigen Phase.
  • In Schritt A1 wird eine Mischung aus Partikeln, beispielsweise Kieselgelpartikeln, und einem Monomer auf die Oberfläche der Flüssigkeit 6 aufgetragen. Wie bereits zuvor erläutert, kann es sich bei diesen Mischungen auch um komplexere Mischungen mit mehreren Partikelsorten und/oder mehreren Monomeren und/oder mehreren Polymeren und/oder einem Photoinitiator handeln.
  • In Schritt A2 wird das Monomer ausgehärtet, und in Schritt A3 wird die Flüssigkeit 6 entfernt. Hierbei können auch schon die Partikel aus dem ausgehärteten Monomer entfernt werden, so dass die mikroporöse Membran 5 mit darin eingelagerten oder durchgehenden Poren 7 entsteht. Es ist jedoch auch möglich, die Partikel erst zu einem späteren Zeitpunkt zu entfernen.
  • Schritt A4 zeigt eine bevorzugte Modifikation des Verfahrens, wobei eine Stützstruktur 8 auf die mikroporöse Membran 5 aufgebracht wird. Vorzugsweise wird diese Stützstruktur 8 aufgedruckt, beispielsweise mittels Inkjet-Druck. Es ist möglich, nicht nur eine Stützstruktur 8 sondern mehrere deckungsgleiche oder unterschiedlich strukturierte Stützstrukturen 8 auf die mikroporöse Membran 5 aufzubringen. Auch ist es möglich, anstelle der Stützstruktur 8 eine oder mehrere zusätzliche mikroporöse Membranen auf die zuerst aufgebrachte mikroporöse Membran 5 aufzubringen. Dies kann mittels der zuvor beschriebenen partikelassistierten Benetzung, wie in den Schritten A1 bis A3, geschehen oder mittels eines anderen Herstellungsverfahrens, beispielsweise mittels eines Druckverfahrens.
  • In den Schritten A5 und A6 wird zur Herstellung der mikrofluidischen Einrichtung 1 ein weiteres strukturiertes Substrat 2a auf die in Schritt A4, bzw. in Schritt A3 hergestellte Baugruppe gefügt. Randbereiche der mikroporösen Membran 5 befinden sich nach dieser Fügung zwischen den beiden strukturierten Substraten 2a, 2b. Vorzugsweise erfolgt die Fügung stoffschlüssig, jedoch sind auch andere Fügungen möglich.
  • In 2b ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung der mikrofluidischen Einrichtung 1 gezeigt. Wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, liegt zu Beginn ein strukturiertes Substrat bei 2b vor, das zumindest eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3b aufweist. Ferner wird im zweiten Ausführungsbeispiel eine mikroporöse Membran 5 in einem separaten Herstellungsverfahren hergestellt. Wie bereits zuvor erläutert, kann diese mikroporöse Membran 5 bei spielsweise mittels partikelassistierter Benetzung oder mittels eines Druckverfahrens hergestellt werden.
  • Vorzugsweise wird in Schritt B1 die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3b des strukturierten Substrats 2b mit einer Flüssigkeit 6, wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel erläutert, gefüllt.
  • Anschließend wird in Schritt B2 die separat hergestellte mikroporöse Membran 5 derart auf das strukturierte Substrat 2b aufgebracht und mit diesem verbunden, dass die mikroporöse Membran 5 zumindest teilweise die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3b überspannt. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, beispielsweise mittels Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden oder einer Kombination dieser Fügeverfahren.
  • Wie in Schritt B3 gezeigt, ist es jedoch auch möglich, die mikroporöse Membran 5 auf das strukturierte Substrat 2b aufzubringen und mit diesem zu verbinden, ohne dass die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3b mit einer Flüssigkeit 6 gefüllt ist.
  • Im Schritt B4 kommt zur Herstellung der mikrofluidischen Einrichtung 1 ein weiteres strukturiertes Substrat 2 zum Einsatz, wie dies bereits in den Schritten A5 und A6 des ersten Ausführungsbeispiels erläutert worden ist. Optional kann vor oder nach dem Schritt B4 die Flüssigkeit 6 entfernt werden.
  • Obwohl dies im zweiten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, ist es auch möglich, mehrere mikroporöse Membranen auf das strukturierte Substrat 2b, bzw. auf eine zuvor aufgebrachte, mikroporöse Membranen 5 aufzubringen. Dies geschieht durch Wiederholung des Schritts B2 bzw. des Schritts B3. Ebenso ist es möglich, eine oder mehrere Stützstrukturen 8 auf die auf dem strukturierten Substrat 2b aufgebrachte mikroporöse Membran 5 aufzubringen.
  • In 2c ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung der mikrofluidischen Einrichtung gezeigt.
  • Die Verfahrensschritte C1 bis C4 sind im Wesentlichen identisch zu den Verfahrensschritten B1 bis B4 des zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Das Verfahren in 2c unterscheidet sich von dem Verfahren in 2b dadurch, dass vor dem Aufbringen der mikroporosen Membran 5 auf das strukturierte Substrat 2b, die mikroporöse Membran 5 in Schritt C mit einer oder mehreren Strukturen versehen wird. Bei diesen Strukturen kann es sich um Stützstrukturen 8 oder um weitere mikroporöse Membranen handeln. Beispielsweise kann es sich um ein Sieb mit größeren Poren handeln, das als Stützstruktur verwendet wird. Die Stützstruktur 8 und/oder die weitere poröse Membran wird auf der zuvor hergestellten mikroporösen Membran 5 vorzugsweise mittels partikelassistierter Benetzung oder mittels eines Druckverfahrens, wie bereits zuvor erläutert, hergestellt.
  • Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele betreffen eine mikrofluidische Einrichtung 1 mit zumindest einem strukturierten Substrat 2a, 2b, das zumindest eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b aufweist, und zumindest einer mikroporösen Membran 5, die mit dem strukturierten Substrat 2a, 2b zur Aufnahme und/oder zum Transport eines Fluids verbunden ist.
  • Ebenso betreffen die vorangegangenen Ausführungsbeispiele ein Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung 1 mit den folgenden Schritten:
    • – Ausbilden zumindest einer fluidaufnehmenden und/oder -transportierende Struktur 3a, 3b in zumindest einem Substrat 2a, 2b, und
    • – Aufbringen und Verbinden zumindest einer mikroporösen Membran 5 auf und mit dem strukturierten Substrat 2a, 2b.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (52)

  1. Mikrofluidische Einrichtung mit zumindest einem strukturierten Substrat (2a, 2b), das zumindest eine fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) aufweist, und zumindest einer mikroporösen Membran (5), die mit dem strukturierten Substrat (2a, 2b) zur Aufnahme und/oder zum Transport eines Fluids verbunden ist.
  2. Mikrofluidische Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mikroporöse Membran (5) ein Mikrosieb ist.
  3. Mikrofluidische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mikroporöse Membran (5) eine hierarchische Struktur aufweist.
  4. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mikroporöse Membran (5) die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) zumindest teilweise überspannt.
  5. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mikroporöse Membran (5) die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) vollständig überspannt.
  6. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das strukturierte Substrat (2a, 2b) und die mikroporöse Membran (5) separate Bauteile sind.
  7. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mikroporöse Membran (5) aus zumindest einem Polymer besteht.
  8. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das strukturierte Substrat (2a, 2b) zumindest teilweise aus Silizium und/oder Polymer und/oder Keramik und/oder Glas und/oder Metall besteht.
  9. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) zumindest einen Kanal und/oder eine Vertiefung und/oder ein Reservoir und/oder ein Loch und/oder eine Erhebung aufweist.
  10. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b), vorzugsweise als ein oder mehrere Kanäle, auf das strukturierte Substrat (2a, 2b) aufgedruckt ist.
  11. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) kleiner 10 mm, vorzugsweise kleiner 1 mm, und vorzugsweise größer 10 μm ist.
  12. Mikrofluidische Einrichtung nach Anspruch 11, wobei die Größe der fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Struktur (3a, 3b) in einem Bereich von 50 μm bis 500 μm liegt.
  13. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mikroporöse Membran (5) durchgehende Poren (7) aufweist.
  14. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mikroporöse Membran (5), die vorzugsweise mittels partikelassistierter Benetzung hergestellt ist, Poren (7) kleiner 100 μm, vorzugsweise kleiner 10 μm, vorzugsweise kleiner 5 μm, enthält, und/oder die mikroporöse Membran (5), die vorzugsweise mittels eines Druckverfahrens hergestellt ist, Poren (7) größer 10 μm enthält.
  15. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine Dicke der mikroporösen Membran (5) kleiner/gleich einem doppelten Durchmesser einer Pore (7) der mikroporösen Membran (5), vorzugsweise kleiner gleich dem Durchmesser einer Pore, vorzugsweise kleiner gleich 60% des Durchmessers einer Pore ist.
  16. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15 wobei die mikroporöse Membran (5) mit dem strukturierten Substrat (2a, 2b) mittels einer stoffschlüssigen Fügung, vorzugsweise mittels Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden oder einer Kombination dieser Fügungen, verbunden ist.
  17. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die mikroporöse Membran (5) oder eine weitere mikroporöse Membran und/oder Stützstruktur (8) auf dem strukturierten Substrat (2a, 2b) und/oder auf einer zuvor aufgebrachten mikroporösen Membran mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Inkjet-Drucks, aufgedruckt ist.
  18. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die mikroporöse Membran (5) oder eine weitere mikroporöse Membran auf dem strukturierten Substrat (2a, 2b) und/oder auf einer zuvor aufgebrachten mikroporösen Membran mittels partikelassistierter Benetzung ausgebildet ist.
  19. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die mikroporöse Membran (5) oder eine weitere mikroporöse Membran in das strukturierte Substrat (2a, 2b) integriert ist.
  20. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei zumindest zwei mikroporöse Membranen (5), die sich vorzugsweise zumindest teilweise überdecken, auf dem strukturierten Substrat (2a, 2b) aufgebracht sind.
  21. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei zumindest ein erstes und ein zweites strukturiertes Substrat (2a, 2b) einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die mikroporöse Membran (5) zwischen den beiden strukturierten Substraten (2a, 2b) angeordnet ist.
  22. Mikrofluidische Einrichtung nach Anspruch 21, wobei zumindest das erste strukturierte Substrat (2a) ein Reservoir aufweist, das durch die mikroporöse Membran (5) überspannt ist, und zumindest das zweite strukturierte Substrat (2b) einen Kanal aufweist, der zum Reservoir führt.
  23. Mikrofluidische Einrichtung nach Anspruch 22, wobei das erste strukturierte Substrat (2a) einen weiteren Kanal aufweist, der in das Reservoir mündet, und die beiden Kanäle vorzugsweise in unterschiedlichen Ebenen, vorzugsweise in Parallelebenen, verlaufen.
  24. Mikrofluidische Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei beide strukturierten Substrate (2a, 2b) Kanäle aufweisen, die zumindest teilweise nur durch die mikroporöse Membran (5) voneinander getrennt sind.
  25. Mikrofluidische Einrichtung nach Anspruch 24, wobei in zumindest einem Bereich, in dem sich die Kanäle überschneiden, die Kanäle des einen strukturierten Substra tes (2a) im Wesentlichen rechtwinklig zu den Kanälen des anderen strukturierten Substrats (2a) verlaufen.
  26. Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Einrichtung, insbesondere einer mikrofluidischen Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 25, mit den folgenden Schritten: – Ausbilden zumindest einer fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Struktur (3a, 3b) in zumindest einem Substrat (2a, 2b), und – Aufbringen und Verbinden zumindest einer mikroporösen Membran (5) auf und mit dem strukturierten Substrat (2a, 2b).
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die mikroporöse Membran (5) auf das strukturierte Substrat (2a, 2b) derart aufgebracht wird, dass die mikroporöse Membran (5) die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) zumindest teilweise überspannt.
  28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei Poren (7) der mikroporösen Membran (5) durch Einbetten und anschließendes Herauslösen von Partikeln erzeugt werden.
  29. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die mikroporöse Membran (5) durch Aufbringen von Mischungen aus Partikeln und einer aushärtbaren Flüssigkeit auf die Oberfläche einer als Unterlage dienenden Flüssigkeit (6), Aushärten der aushärtbaren Flüssigkeit und Entfernen der Partikel erzeugt wird.
  30. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 oder 29, wobei vor dem Aufbringen der mikroporösen Membran (5) auf das strukturierte Substrat (2a, 2b) die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit (6) gefüllt wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei in zumindest einem der strukturierten Substrate (2a, 2b) die fluidaufnehmende und/oder transportierende Strukturen (3a, 3b) zumindest teilweise mit einer als Unterlage dienenden Flüssigkeit (6) gefüllt wird, und auf dieser durch Aufbringen von Mischungen aus Partikeln und einer aushärtbaren Flüssigkeit, Aushärten der aushärtbaren Flüssigkeit und Entfernen der Partikel eine mikroporöse Membran (5) erzeugt wird.
  32. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei die mikroporöse Membran (5) aus zumindest einem Polymer hergestellt wird.
  33. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 32, wobei die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) mittels eines (um-)formenden oder eines abtragenden oder eines lithographischen Verfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren hergestellt wird.
  34. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 33, wobei die fluidkeitsaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) als Kanal und/oder Vertiefung und/oder Reservoir und/oder Loch und/oder Erhebung in dem Substrat (2a, 2b) ausgebildet wird.
  35. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 34, wobei die fluidaufnehmende und/oder -transportierende Struktur (3a, 3b) kleiner 10 mm, vorzugsweise kleiner 1 mm, und vorzugsweise größer 10 μm ausgebildet wird.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die fluidaufnehmenden und/oder -transportierenden Struktur (3a, 3b) mit einer Strukturgröße von 50 μm bis 500 μm ausgebildet wird.
  37. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 36, wobei die mikroporöse Membran (5) als Mikrosieb mit durchgehenden Poren (7) hergestellt wird.
  38. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 37, wobei in der mikroporösen Membran (5) Poren (7) kleiner 100 μm, vorzugsweise kleiner 10 μm, vorzugsweise kleiner 5 μm, ausgebildet werden, und die mikroporösen Membran (5) vorzugsweise mittels partikelassistierter Benetzung hergestellt wird.
  39. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 38, wobei in der mikroporösen Membran (5) Poren (7) oder weitere Poren größer 10 μm ausgebildet werden, und die mikroporösen Membran (5) vorzugsweise mittels eines Druckverfahrens hergestellt wird.
  40. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 39, wobei die mikroporöse Membran (5) mit dem strukturierten Substrat (2a, 2b) mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels Flüssigkleben oder Lösemittelkleben oder Klebeband oder Schweißen oder Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden oder einer Kombination dieser Fügeverfahren, verbunden wird.
  41. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 40, wobei die mikroporöse Membran (5) oder eine weitere mikroporöse Membran und/oder Stützstruktur (8) auf dem strukturierten Substrat (2a, 2b) oder einer zuvor aufgebrachten, mikroporösen Membran mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Inkjet-Drucks, aufgedruckt wird.
  42. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 41, wobei die mikroporöse Membran (5) oder eine weitere mikroporöse Membran auf dem strukturierten Substrat (2a, 2b) oder einer zuvor aufgebrachten, mikroporösen Membran mittels partikelassistierter Benetzung ausgebildet wird.
  43. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 42, wobei zumindest zwei mikroporöse Membranen (5), die sich vorzugsweise zumindest teilweise überdecken, auf dem strukturierten Substrat (2a, 2b) aufgebracht werden.
  44. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 26 bis 43, wobei zumindest ein erstes und ein zweites strukturiertes Substrat (2a, 2b) einander gegenüberliegend angeordnet werden, und die mikroporöse Membran (5) zwischen den beiden strukturierten Substraten (2a, 2b) angeordnet wird.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die mikroporöse Membran (5) zwischen den beiden strukturierten Substraten (2a, 2b) eingespannt wird.
  46. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die mikroporöse Membran (5) zwischen den beiden strukturierten Substraten (2a, 2b) eingeklebt wird.
  47. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 44 bis 46, wobei zumindest in das erste strukturierte Substrat (2a) ein Reservoir eingebracht wird, das durch die mikroporöse Membran (5) überspannt wird, und zumindest in das zweite strukturierte Substrat (2b) ein Kanal eingebracht wird, der zum Reservoir führt.
  48. Verfahren nach Anspruch 47, wobei in das erste strukturierte Substrat (2a) ein weiterer Kanal eingebracht wird, der in das Reservoir mündet, und die beiden Kanäle vorzugsweise in unterschiedlichen Ebenen, vorzugsweise in Parallelebenen, ausgebildet werden.
  49. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 44 bis 48, wobei in beiden strukturierten Substraten (2a, 2b) Kanäle derart ausgebildet werden, dass sie zumindest teilweise nur durch die mikroporöse Membran (5) voneinander getrennt werden.
  50. Verfahren nach Anspruch 49, wobei die Kanäle derart ausgebildet werden, dass die Kanäle des einen strukturierten Substrates (2a) zumindest in einem Bereich, in dem sich die Kanäle überschneiden, im Wesentlichen rechtwinklig zu den Kanälen des anderen strukturierten Substrats (2a) verlaufen.
  51. Verwendung einer mikrofluidischen Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Trennen von biologischer Materie von einer die biologische Materie umgebenden Flüssigkeit.
  52. Verwendung einer mikrofluidischen Einrichtung nach Anspruch 51 zur Separation von Zellen aus biologischen Flüssigkeiten, insbesondere Blut.
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