DE102018112258A1 - Akustofluidische bauelemente und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikrosystemtechnik, und betrifft akustofluidische Bauelemente, wie sie beispielsweise für aktorische/aktuatorische oder sensorische Lab-on-a-Chip Systeme zum Einsatz kommen können.Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe von akustofluidischen Bauelementen, die mit verbesserten Eigenschaften, größerer Strukturgenauigkeit und in großer Stückzahl herstellbar sind.Gelöst wird die Aufgabe durch akustofluidische Bauelemente, bei welchen auf einem piezoelektrischen Substrat mindestens ein mikrofluidisches Bauteil und mindestens ein akustisches Wandlerbauteil angeordnet sind, das in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet ist und das mindestens eine mindestens teilweise mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellte mikrofluidische Bauteil einen Boden, Wände und einen Deckel aufweist, wobei mindestens der Deckel mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellt ist, und das mikrofluidische Bauteil Deckeldicken des 0,01- bis 10fachen der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Mikrosystemtechnik, der Mikrofluidik und der Mikroakustik und betrifft akustofluidische Bauelemente, wie sie beispielsweise für aktorische/aktuatorische oder sensorische Lab-on-a-Chip Systeme oder für tragbare Mikrofluidiksysteme für den Feldeinsatz in den Bereichen der Lebenswissenschaft, der Bioanalytik, der Medizintechnik, der personalisierten Herstellung von Medikamenten und der Gesundheitstherapie oder in der analytischen Chemie und Biochemie zum Einsatz kommen können.
  • Die Mikrofluidik beschäftigt sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen auf kleinstem Raum (Wikipedia, Suchbegriff „Mikrofluidik“). Die Mikrofluidik wird zunehmend auch für die Analyse oder Manipulation von Fluiden, Zell- oder Partikeldispersionen und Emulsionen eingesetzt. Dazu werden mittlerweile sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme (auch als Mikro-Total-Analyse-Systeme, micro total analysis systems, µTAS bezeichnet) als mikrofluidische Systeme eingesetzt, welche die Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem Chipsubstrat vereinen.
  • Dazu müssen in allen Lab-on-a-Chip-Systemen auch die nötigen Aufgaben, die im makroskopischen Maßstab realisiert werden (Labor-Grundoperationen), ebenfalls ausgeführt werden können. Dazu gehören beispielsweise Mischen, Abmessen, zur Reaktion bringen, Transportieren, Analysieren (zum Beispiel optisch, elektrisch oder akustisch), usw.
  • Nach P. Abgrall et al: J. Micromech. Microeng. 16 (2006) 113-121 ist ein neues Herstellungsverfahren für flexible und monolithisch-integrierte 3D-Mikrofluidik-Strukturen mittels der Laminierung von SU-8-Filmen bekannt. Danach werden unvernetzte trockene SU-8-Filme auf einem Polyestersubstrat aufgebracht und mit diesem auf vorhandene SU-8 Strukturen laminiert. Anschließend erfolgt eine lithografische Vernetzung zu geschlossenen Mikrostrukturen.
  • Gemäß P. Vulto et al: Lab Chip 2005, 5, 158-162 ist die Herstellung von geschlossenen Mikrofluidik-Kanälen mit Hilfe des Laminierens von trockenen Lackfilmen zwischen zwei Substraten bekannt.
  • Unter Lamination wird einerseits ein stoffschlüssiges, thermisches Fügeverfahren ohne Hilfsmaterialien verstanden, und andererseits das Verbinden einer dünnen, oftmals folienartigen Schicht mit einem Trägermaterial mittels eines Klebers, als auch das Verbinden zweier Folienschichten eines Thermoplasts durch Erreichen der Glasübergangstemperatur unter gleichzeitiger Einwirkung eines entsprechenden Drucks (Wikipedia, Stichwort Lamination).
  • Weiter sind Bauelemente bekannt, die akustische Oberflächenwellen (SAW, surface acustic waves) ausnutzen, die Festkörperschallwellen sind und sich auf einer Oberfläche mit einer Eindringtiefe von wenigen Wellenlängen, also nahezu nur in zwei Dimensionen, ausbreiten (Wikipedia, Stichwort akustische Oberflächenwelle). Auch bekannt sind derartige Bauelemente, welche akustische Volumenwellen, die sich innerhalb von Materialien ausbreiten, -oder Plattenwellen, die in dünnen Platten anregbar sind, nutzen. Derartige Bauelemente sind sehr vielseitig in der Mikrofluidik, beispielsweise für Sensorik- oder Aktorikaufgaben, einsetzbar und werden dort auch als akustofluidische Bauelemente bezeichnet.
  • Nach J.H. Kuypers et al:, IEEE Transact. on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control, Vol. 58, No. 2, Feb. 2011 ist ein SAW-Bauteil bekannt, bei welchem zum Zwecke der Verkapselung entweder (A) ein getrockneter Fotolackfilm (Dry Film Resist, Fotolackfolie) mittels Imprint-Verfahrens lokal verformt und anschließend durch Lamination auf einem Lithiumniobatsubstrat aufgebracht und durch Belichten strukturiert wird oder (B) in einem zweistufigen Verfahren zwei getrocknete Fotolackfilme nacheinander auflaminiert und fotolithografisch strukturiert werden.
  • Nachteilig bei den Lösungen des Standes der Technik ist, dass akustofluidische Bauelemente bisher nicht mit ausreichend guten, reproduzierbaren Eigenschaften, die für akustofluidische Oberflächenwellenbauelemente notwendig sind, und auch nicht in großer Stückzahl herstellbar sind und die im Labor erprobten Herstellungsverfahren aufwändig und kaum industriekompatibel sind.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe von akustofluidischen Bauelementen, die mit verbesserten Eigenschaften, größerer Strukturgenauigkeit und in großer Stückzahl herstellbar sind und in der Angabe eines kostengünstigen und einfachen Verfahrens zu ihrer Herstellung.
  • Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei den erfindungsgemäßen akustofluidischen Bauelementen sind auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht mindestens ein mikrofluidisches Bauteil und mindestens ein akustisches Wandlerbauteil angeordnet, wobei das mindestens eine mikrofluidische Bauteil in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet ist und das mindestens eine mindestens teilweise mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellte mikrofluidische Bauteil einen Boden, Wände und einen Deckel aufweist, wobei mindestens der Deckel mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellt ist, und das mikrofluidische Bauteil Deckeldicken des 0,01- bis 10fachen der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweist.
  • Vorteilhafterweise ist als Substrat eine Platte oder eine Folie oder einen Mikrochip aus Glas/Gläsern/Keramik/Keramiken (z.B. SiO2, Al2O3, Si3N4, TiN, SiN, Borsilikatglas), Piezoelektrika (z.B. Quarz, LiNbO3, black-LiNbO3, yellow-black LiNbO3, LiTaO3, AIN, Sc-AIN, ZnO, CTGS, Langasit, Galliumorthophosphat, PZT, PMN-PT, PVDF,), Metallen/Metalllegierungen (z.B. Al, Cu, Ti, Ta, TiAl, CuTi) oder Polymeren (PMMA, PTFE, PEEK, Polyimid, PET, COP, PDMS, PC, COC, Polycaprolacton, PS) oder Fotolacken (z.B. SUEX, ADEX, TMMF S2045, Ordyl, SU-8), aus Halbleitern (Si, GaAs, InAs, GaN oder aus Kombinationen dieser Materialien vorhanden und/oder bei denen als Substrat eine Schicht aus den genannten Materialien auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat vorhanden ist.
  • Weiterhin vorteilhafterweise sind akustische Wandlerbauteile zur Anregung von Oberflächenwellen, Plattenwellen und/oder Volumenwellen vorhanden.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise sind akustische Wandlerbauteile vorhanden, mit denen Wellenlängen kleiner als 1mm, vorteilhaft zwischen 1µm und 500µm, angeregt werden.
  • Und auch vorteilhafterweise sind mikrofluidische Bauteile vorhanden, die mittels Lamination von mindestens zwei fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung, in einer oder mehreren fluidischen Ebenen, hergestellt worden sind, wobei noch vorteilhafterweise als fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente Folien, Fotolackfolien, Glasplatten, Glasfolien oder Polymerfolien vorhanden sind.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn die Wände der mikrofluidischen Bauteile eine Dicke aufweisen, die kleiner als die Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle ist, und/oder bei denen die Wände der mikrofluidischen Bauteile eine Höhe aufweisen, die das 0,1- bis 10fache der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle beträgt.
  • Auch vorteilhaft ist es, wenn der Boden der mikrofluidischen Bauteile durch das Substrat und/oder das beschichtete Substrat und/oder durch den Deckel eines mikrofluidischen Bauteiles gebildet ist.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das mikrofluidische Bauteil Deckeldicken des 0,05-bis 1-fachen der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweist.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn ein akustisches Wandlerbauteil vorhanden ist, mittels dessen in Abhängigkeit von der angeregten akustischen Welle und in Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen der mikrofluidischen Bauteile und in Abhängigkeit von der Position des mikrofluidischen Bauteils in einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle gezielt Effekte wie Dämpfung, Verstärkung, Interferenz, Beugung, Brechung und/oder Reflexion der angeregten Welle genutzt werden um ein Wellenfeld innerhalb des Fluids innerhalb des mikrofluidischen Bauteils in mindestens einer Fluidebene anzuregen.
  • Von Vorteil ist es auch, wenn mikrofluidische Bauteile und Wandlerbauteile in mehreren fluidischen Ebenen neben- und übereinander angeordnet sind.
  • Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Wände und/oder der Boden der mikrofluidischen Bauteile oberflächenbeschichtet und/oder oberflächenstrukturiert und/oder verformt sind.
  • Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von akustofluidischen Bauelementen wird
    • - auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht
    • - entweder mindestens ein mikrofluidisches Bauteil mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen erzeugt,
    • - oder mindestens ein mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen bereits hergestelltes mikrofluidisches Bauteil aufgebracht,
    • - und weiterhin mindestens ein akustisches Wandlerbauteil auf das Substrat und/oder die Schicht aufgebracht,
    • - wobei das mindestens eine mikrofluidische Bauteil in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet wird,
    • - und wobei die mikrofluidischen Bauteile mit Deckeldicken hergestellt werden, die das 0,01- bis 10fache der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle betragen.
  • Vorteilhafterweise werden als fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente Folien, Fotolackfolien, Glasplatten, Glasfolien oder Polymerfolien eingesetzt.
  • Weiterhin vorteilhafterweise werden die mikrofluidischen Bauteile hergestellt, indem mindestens ein fotolithografisch strukturierbares Flächenelement auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf ein nichtpiezoelektrisches Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht unter Temperaturerhöhung und Druckausübung laminiert wird und nachfolgend fotolithografisch Wände des mikrofluidischen Bauteils strukturiert werden, und nachfolgend mindestens ein weiteres fotolithografisch strukturierbares Flächenelement mindestens teilweise auf die Wände unter Temperaturerhöhung und Druckausübung laminiert und fotolithografisch zu einem Deckel strukturiert wird.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise werden die mikrofluidischen Bauteile mit Wänden und Deckel gleichzeitig oder nacheinander ein- oder mehrmals neben- und/oder übereinander angeordnet.
  • Mit der Erfindung wird es erstmals möglich, akustofluidische Bauelemente anzugeben, die mit verbesserten Eigenschaften, größerer Strukturgenauigkeit und in großer Stückzahl herstellbar sind, sowie derartige akustofluidische Bauelemente mit einem kostengünstigen und einfachen Verfahrens herzustellen.
  • Die größere Strukturgenauigkeit ist z.B. für die gezielte Anregung akustischer oder elektrischer Wellenfelder (d.h. der räumlichen Verteilung des Drucks oder des elektrischen Potentials im Medium), insbesondere bei resonanten Feldern, für welche die Reflektion an Geometrieobjekten und Effekte, wie Interferenz, Beugung und Brechung entscheidend sind, erforderlich und kann mit konventionellen Verfahren nicht ohne erheblichen Aufwand erreicht oder reproduziert werden.
  • Erreicht werden diese Verbesserungen im Wesentlichen erfindungsgemäß durch akustofluidische Bauelemente, die aus mindestens einem mikrofluidischen Bauteil und mindestens einem akustischen Wandlerbauteil auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht aufgebaut sind.
  • Die mikrofluidischen Bauteile weisen dabei die aus der Mikrofluidtechnik an sich bekannten Strukturen aus Boden, Wänden und Deckel auf und sind erfindungsgemäß auch gleichzeitig Funktionselemente für akustische Wandlerbauteile, da erfindungsgemäß das mindestens eine mikrofluidisches Bauteil in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet ist.
  • Von besonderer erfindungsgemäßer Bedeutung ist, dass erstmals bei der Kombination von an sich bekannten mikrofluidischen Bauteilen für die Mikrofluidik und an sich bekannten akustischen Wandlerbauteilen zur Anregung von akustischen Oberflächenwellen, Plattenwellen und/oder Volumenwellen die mikrofluidischen Bauteile mindestens teilweise durch Lamination und nachfolgende fotolithografische Strukturierung hergestellt werden, wobei mindestens der Deckel mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellt ist.
  • Durch die Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und die nachfolgende fotolithografische Strukturierung sind erfindungsgemäß mikrofluidische Bauteile vorhanden, die zur Erzeugung eines Wellenfeldes innerhalb des Fluides des mikrofluidischen Bauteils Deckeldicken des 0,01- bis 10fachen der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweisen.
  • Als fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente können vorteilhafterweise Folien, Fotolackfolien, Glasplatten , Glasfolien oder Polymerfolien vorhanden sein und eingesetzt werden.
    Erfindungsgemäß muss in jedem Fall der Deckel des mikrofluidischen Bauteils aus einem laminierten und fotolithografisch strukturierten Material bestehen. Die Wände können auch mit herkömmlichen Verfahren hergestellt sein und aus anderen Materialien bestehen.
  • Durch den Einsatz des an sich bekannten Laminationsverfahrens zur mindestens teilweisen Herstellung der mikrofluidischen Bauteile können die geometrischen Abmessungen des Bodens, der Wände und mindestens des Deckels der mikrofluidischen Bauteile in deutlich geringeren Abmessungen und mit deutlich höherer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit eingestellt und hergestellt werden, so dass die durch das akustische Wandlerbauteil angeregten Wellen in dem im mikrofluidischen Bauteil befindliche Fluid ein gewünscht eingestelltes Wellenfeld erzeugen, welches die gewünschten Auswirkungen auf das Fluid realisiert. Derartige Auswirkungen können beispielsweise die Erzeugung einer Strömung oder die Separation von Teilchen, Zellen oder Zellbestandteilen, Liposomen oder Exosomen im Fluid sein.
  • Bei dem gewünscht eingestellten Wellenfeld im Fluid können die Welleneigenschaften Dämpfung, Verstärkung, Interferenz, Beugung, Brechung und/oder Reflexion der angeregten Welle zur Erzielung der gewünschten Wirkung ausgenutzt und gezielt eingestellt werden. Die gezielte Einstellung wird durch die Wahl der geometrischen Abmessungen (z.B. Breite/Höhe/Tiefe, Krümmung, Rauheit) der Böden, der Wände und der Deckel, und insbesondere der Deckel, der mikrofluidischen Bauteile in Kombination mit den Eigenschaften der akustischen Wandlerbauteile realisiert.
  • Die mikrofluidischen Bauteile müssen erfindungsgemäß Deckeldicken des 0,01- bis 10fachen, vorteilhafterweise des 0,1- bis 1 fachen, der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweisen.
    Die Wände der mikrofluidischen Bauteile weisen vorteilhafterweise Dicken auf, die kleiner als die Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle sind, und/oder die Wände der mikrofluidischen Bauteile weisen vorteilhafterweise eine Höhe auf, die das 0,1- bis 10fache der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle beträgt.
  • Bezüglich der geometrischen Abmessungen des mikrofluidischen Bauteils im Hinblick auf das akustische Wandlerbauteil können folgende Kriterien Anwendung finden:
    • - Die Breite der Wände der mikrofluidischen Bauteile in Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle sollte möglichst viel kleiner als die akustische Wellenlänge sein. Wellenlängen von akustischen Oberflächenwellen betragen ca. 1 - 500 µm. Da insbesondere akustische Oberflächenwellen eine geringere Dämpfung der akustischen Welle und damit auch geringe lokale Erwärmungen der Wände aufweisen sollen, beträgt die vorteilhafte Wandbreite der mikrofluidischen Bauteile 1 - 40 µm.
    • - Die Höhe der Wände sollte, insbesondere für resonante Systeme der akustischen Wandlerbauteile, in der Größenordnung der akustischen Wellenlänge liegen. Für die Anregung von Strömungen im Fluid sollte die Höhe der Wände jedoch deutlich größer als die akustische Wellenlänge sein, damit die am Deckel reflektierten Anteile der Welle im Fluid ausreichend gedämpft werden und nicht zur Resonanz führen.
    • - Eine Dicke des Deckels des 0.01- bis 10- fachen der akustischen Wellenlänge liegt im akustischen Nahfeldbereich. In diesem kann der Deckel nicht länger vereinfacht/näherungsweise als Halbraum betrachtet werden, sondern die akustische Ausbreitung im Deckel beeinflusst maßgeblich das angeregte Wellenfeld im mikrofluidischen Bauteil. Dies kann zur gezielten Anregung von akustisch-induzierter Strömung („acoustic streaming“) oder Strahlung („acoustic radiation“) und damit zur Partikel-/Zellmanipulation genutzt werden, wenn Effekte wie Dämpfung, Verstärkung, Interferenz, Beugung, Brechung und/oder Reflexion einbezogen werden.
    • - Eine sehr geringe Dicke des Deckels (0.01- bis 0.1-fache der akustischen Wellenlänge) kann zudem zu einer erzwungenen Totalreflektion der akustischen
  • Welle am Deckel und damit zur Anregung eines evaneszenten akustischen Feldes oberhalb des Deckels, d.h. außerhalb des mikrofluidischen Bauteils führen. Damit wird das akustische Verhalten innerhalb des mikrofluidischen Bauteils, d.h. das angeregte Wellenfeld, abhängig von den äußeren Randbedingungen, z.B. der Gasatmosphäre oder aufgebrachter Dünnschichten (auch Adsorption), was eine Nutzung als mikro-akustofluidischer Sensor oder Schalter ermöglicht.
    - Die Form des Deckels hat dabei ebenfalls einen Einfluss, insbesondere auf die Reflektion der akustischen Wellen. Diese kann über die prozessbedingten Materialspannungen und resultierende Verformungen nach der lithografischen Strukturierung, oder durch mechanisches und/oder thermisches Prägen des fotolithografisch strukturierbaren Materials vor der Lamination beeinflusst werden.
  • Gerade die Einflüsse von Dämpfung, Verstärkung, Interferenz und/oder Reflexion der angeregten Welle durch die Wände und den Deckel des mikrofluidischen Bauteils auf das Fluid konnten nach den Lösungen des Standes der Technik nicht oder nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt und gesteuert werden, da bisher noch kein Verfahren bekannt war, die geometrischen Abmessungen von mikrofluidischen Bauteilen in gewünschter Weise und mit entsprechender Genauigkeit herzustellen. Erst durch den Einsatz der Lamination in Verbindung mit der fotolithografischen Strukturierung können die geometrischen Abmessungen der Bestandteile von mikrofluidischen Bauteilen in gewünschter Weise und genau genug eingestellt und hergestellt werden, wodurch eben auch die Eigenschaften des im Fluid entstehenden Wellenfeldes gezielt eingestellt werden können.
  • Als Substrat für die erfindungsgemäßen akustofluidischen Bauelemente können eine Platte oder Folie oder einen Mikrochip aus Glas/Gläsern/Keramik/Keramiken (z.B. SiO2, Al2O3, Si3N4, TiN, SiN, Borsilikatglas), Piezoelektrika (z.B. Quarz, LiNbO3, black-LiNbO3, yellow-black LiNbO3, LiTaO3, AIN, Sc-AIN, ZnO, CTGS, Langasit, Galliumorthophosphat, PZT, PMN-PT, PVDF), Metallen/Metalllegierungen (z.B. Al, Cu, Ti, Ta, TiAl, CuTi) oder Polymeren (PMMA, PTFE, PEEK, Polyimid, PET, COP, PDMS, PC, COC, Polycaprolacton, PS) oder Fotolacken (z.B. SUEX, ADEX, TMMF S2045, Ordyl, SU-8), aus Halbleitern (Si, GaAs, InAs, GaN) oder aus Kombinationen dieser Materialien und/oder eine Schicht aus den genannten Materialien auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat vorhanden sein und eingesetzt werden.
  • Das piezoelektrische Substrat und/oder die piezoelektrische Schicht bilden in vielen Fällen den Boden der mikrofluidischen Bauteile. Es können vorteilhafterweise aber auch die mikrofluidischen Bauteile ein- oder mehrfach auf- und/oder nebeneinander angeordnet werden, so dass es auch möglich ist, dass der Boden eines mikrofluidischen Bauteils durch den Deckel oder die Wände eines anderen mikrofluidischen Bauteiles gebildet wird.
    Durch den möglichen dreidimensionalen Aufbau mehrerer erfindungsgemäß eingesetzter mikrofluidischer Bauelemente neben- und/oder übereinander kann auch ein dreidimensionaler Aufbau eines akustofluidischen Gesamtsystems erreicht werden, der beispielsweise auch eine Strömung eines Fluids über die Höhe des Gesamtsystems realisieren kann.
  • Das erfindungsgemäß vorhandene akustische Wandlerbauteil besteht aus einem oder mehreren akustischen Wandlern, z.B. Interdigitalwandlern (IDT) oder Plattenoszillatoren (Volumen- oder Scherschwingern) auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht. Die Abmessungen der IDTs bestimmen die Art (Mode) und Kraft (Amplitude) der angeregten akustischen Welle. Es können beispielsweise akustische Oberflächenwellen, Plattenwellen und/oder Volumenwellen angeregt werden.
    Vorteilhafterweise können mit den erfindungsgemäß vorhandenen akustischen Wandlerbauteilen akustische Wellen mit Wellenlängen kleiner als 1mm, vorteilhaft zwischen 1µm und 500µm, angeregt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es erfindungsgemäß, dass die die Wände und/oder der Boden der mikrofluidischen Bauteile oberflächenbeschichtet und/oder oberflächenstrukturiert sein können. Dazu können beispielsweise bereits oberflächenbeschichtete und/oder oberflächenstrukturierte fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente eingesetzt werden, oder die Oberflächenstrukturierung kann während der fotolithografischen Strukturierung realisiert werden.
  • Derartige Oberflächenbeschichtungen können beispielsweise Elektroden oder Schutzschichten oder Adhäsionsschichten oder Schichten aus biokompatiblen oder inerten Materialien oder Beschichtungen sein, die mit dem Fluid in chemische und/oder physikalische Wechselwirkung treten, wie beispielsweise chemische oder katalytische Reaktionen auslösen, oder es können optisch oder akustisch aktive Schichten sein. Dabei kann durch eine teilweise Oberflächenbeschichtung auch der Ort einer solchen Wechselwirkung im gesamten akustofluidischen Bauelement oder im gesamten Aufbau aus mehreren akustofluidischen Bauelementen gezielt gewählt werden.
  • Gewünschte Oberflächenstrukturierungen können beispielsweise unterschiedliche Rauheiten der Oberflächen oder phononische Strukturen sein.
  • Verformungen von Wänden und/oder dem Deckel der mikrofluidischen Bauteile können vorteilhafterweise durch Einsatz von bereits geformten fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen realisiert werden oder auch durch Drucken oder Prägen von bereits laminierten und/oder fotolithografisch strukturierten, aber noch nicht ausgehärteten Flächenelementen. Ebenfalls möglich ist die Nutzung von intrinsischen Spannungen der Materialien der Komponenten der mikrofluidischen Bauelemente oder das Einbringen von z.B. thermisch-induzierten Spannungen in die Komponenten der mikrofluidischen Bauelemente während der Lamination und/oder der fotolithografischen Strukturierung der mikrofluidischen Bauelemente zur Erzeugung von Verformungen.
  • Erfindungsgemäß werden akustofluidischen Bauelemente hergestellt, indem
    • - auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf ein nichtpiezoelektrisches Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht
    • - mindestens ein akustisches Wandlerbauteil durch lithografische Strukturierung erzeugt wird, und
    • - entweder mindestens ein mikrofluidisches Bauteil mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen erzeugt wird,
    • - oder mindestens ein mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen bereits hergestelltes mikrofluidisches Bauteil aufgebracht wird.
  • Ein Vorteil der Herstellung der mikrofluidischen Bauteile besteht darin, dass die mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen hergestellten mikrofluidischen Bauteile aus Wänden und einem Deckel vor ihrer Positionierung auf dem piezoelektrischen Substrat und/oder der piezoelektrischen Schicht hergestellt worden sind. Dabei sind diese vorher hergestellten mikrofluidischen Bauteile nicht in jedem Fall vollständig fertiggestellt, da beispielsweise der Boden fehlen kann, der nach der Positionierung auf dem piezoelektrischen Substrat und/oder der piezoelektrischen Schicht durch das Substrat oder die Schicht gebildet wird.
    Weiterhin könnten die vorher hergestellten mikrofluidischen Bauteile in einer Massenproduktion separat hergestellt und dann auf dem Substrat oder der Schicht positioniert werden.
    Ebenso können diese vorab hergestellten mikrofluidischen Bauteile bereits vor ihrer Positionierung oberflächenbeschichtet, oberflächenstrukturiert und/oder geformt werden.
  • Es ist aber ebenso erfindungsgemäß möglich, dass das mikrofluidische Bauteil mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen direkt auf das Substrat und/oder die Schicht aufgebracht wird.
    Vorteilhaft ist es auch, wenn zwei oder mehrere fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente mittels Lamination aufgebracht werden, da dadurch die Möglichkeiten für fotolithografische Strukturierungen erweitert werden.
  • Vorher, gleichzeitig oder nachfolgend wird erfindungsgemäß mindestens ein akustisches Wandlerbauteil auf das Substrat und/oder die Schicht aufgebracht.
  • Bei der Positionierung der mikrofluidischen Bauteile und der akustischen Wandlerbauteile auf dem Substrat und/oder der Schicht ist zu berücksichtigen, dass das mindestens eine mikrofluidische Bauteil in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung von mehreren mikrofluidischen Bauteilen auf dem Substrat und/oder der Schicht besteht erfindungsgemäß auch darin, dass die mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung hergestellten mikrofluidischen Bauteile neben- und übereinander aufgebracht werden. Bei einer Vielzahl an mikrofluidischen Bauteilen und auch akustischen Wandlerbauteilen ist ein dreidimensionaler Aufbau in mehreren fluidischen Ebenen realisierbar.
  • Erfindungsgemäß ist es weiter notwendig, dass die mikrofluidischen Bauteile mit Deckeldicken hergestellt werden, die das 0,01- bis 10fache der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle betragen.
  • Vorteilhafterweise können als fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente Folien, Fotolackfolien, Glasplatten, Glasfolien oder Polymerfolien eingesetzt werden. Die Abmessungen solcher erfindungsgemäß einsetzbarer Flächenelemente können in der Länge und Breite beliebig sein. Dagegen ist die Dicke der Flächenelemente für die Erreichung der Deckeldicken von ausschlaggebender Bedeutung. Die Dicken der einsetzbaren Flächenelemente, die kommerziell erhältlich oder auch industriell herstellbar sind, betragen zwischen 1 bis 500 µm.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise können alle Bestandteile der erfindungsgemäß vorhandenen mikrofluidischen Bauteile mittels Lamination und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung hergestellt werden. Dabei muss mindestens der Deckel eines mikrofluidischen Bauteils mindestens teilweise mittels Lamination eines fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementes und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung hergestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Herstellung mittels Lamination und nachfolgende fotolithografische Strukturierung kann neben dem Deckel auch die Wände, aber auch den Boden der mikrofluidischen Bauteile betreffen, sofern dieser nicht durch das Substrat oder die Schicht auf einem Substrat gebildet wird.
    In jedem Fall muss aber der Deckel der mikrofluidischen Bauteile als Bestandteil des erfindungsgemäßen akustofluidischen Bauelementes mittels Lamination und nachfolgende fotolithografische Strukturierung hergestellt werden.
  • Die Wände und der Deckel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Bauteils können dabei in einem Verfahrensschritt aus einem fotolithografisch strukturierbaren Flächenelement hergestellt werden, beispielsweise in gebogener Form. Die Querschnitte der mikrofluidischen Bauteile müssen nicht rechteckig oder quadratisch sein, sondern können auch in beliebiger Weise geformt sein.
  • Der Verfahrensschritt der Lamination erfolgt durch das Aufbringen der fotolithografisch strukturierbaren Flächenelemente an der gewünschten Position unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Temperatur, in Abhängigkeit der Glastemperatur der Laminiermaterialien und der geometrischen Abmessungen bereits vorhandener Strukturen, z.B. der Substratgröße oder der Geometrie von vorhandenen mikrofluidischen Bauelementen oder deren Komponenten. Nachfolgend wird dann die fotolithografische Strukturierung mit an sich bekannten Verfahren durchgeführt. Diese beinhalten verschiedene Temperaturbehandlungen (z.B. Soft-bake, Hard-bake), Belichtungen, mindestens mit Licht einer optischen Wellenlänge, und Entwicklungsschritte (nasschemisch oder trocken-physikalisch).
  • Vorteilhafterweise können zuerst ein fotolithografisch strukturierbares Flächenelement laminiert und darin fotolithografisch Wände des mikrofluidischen Bauteils strukturiert werden, und nachfolgend mindestens ein weiteres fotolithografisch strukturierbares Flächenelement mindestens teilweise auf die Wände laminiert und fotolithografisch zu einem Deckel strukturiert werden.
  • Bekanntermaßen erfolgt die Lamination in folgenden Schritten:
    1. 1. Reinigung der Substratoberfläche,
    2. 2. Auflaminieren einer Folie unter Druckausübung bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung im Bereich der Glasübergangstemperatur der Folie und bei Anpassung der Anpresskraft/des Drucks an die Dicke der Folie und des Substrates,
    3. 3. (wenn eine Schutzfolie auf der Laminierfolie vorhanden ist, muss diese anschließend entfernt werden),
    4. 4. Mehrere Laminiervorgänge nacheinander sind möglich, um beispielsweise die Schichtdicke gezielt zu erhöhen,
  • Nach der Lamination werden im Allgemeinen die weiteren Bearbeitungsschritte Belichten => Nachtempern => Entwickeln in einem chemischen Entwickler (eventuell mit Ultraschallbehandlung zur Effizienzerhöhung) => Reinigen realisiert, um das laminierte Endprodukt herzustellen. Der konkrete Verfahrensablauf ist abhängig vom genutzten Folienmaterial und dessen Eigenschaften und dem gewünschten laminierten Endprodukt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmals möglich, auf einem Substrat gleichzeitig ein mikrofluidisches Bauteil und ein akustisches Wandlerbauteil zu positionieren und durch die Einstellbarkeit und Genauigkeit der geometrischen Abmessungen und Positionierung des mikrofluidischen Bauteils ein gezielt einstellbares Wellenfeld in dem Fluid in dem mikrofluidischen Bauteil zu erzeugen.
  • Die erfindungsgemäßen akustofluidischen Bauelemente können beispielsweise im Bereich der Aktoren für die Impedanzspektroskopie, Partikelseparation, akustische Pinzetten/Mischer, Dielektrophorese, Akustophorese, Pumpen oder künstliche Muskeln, und im Bereich der Sensoren für die mikroakustische Viskositätsmessung, Leitfähigkeitsmessung, Temperaturmessung, biologischen Sensorik (Schichtwachstum, Reaktionskinetik), Feuchtigkeitsmessung, pH-Wert-Messung, Gassensorik oder in Molekülsensoren, eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Beispiel 1
  • Auf einem 4-Zoll-Wafer aus piezoelektrischem, yellow-black 128°YX Lithiumniobat (LiNbO3) als Substrat werden Chips mit jeweils zwei Interdigitalwandlerpaaren (Interdigital Transducer pairs, kurz IDT-Paaren), sowie peripheren Strukturen wie Sägemarken, elektrischen Zuleitungen mit Kontaktstrukturen und Ausrichtungsmarken für die Lamination, mittels Lift-Off-Strukturierung als akustische Wandlerbauteile erzeugt. Die Metallisierung wird mittels Elektronenstrahlverdampfen auf die fotolithografisch strukturierte Lackschicht aufgebracht und besteht aus 5nm Titan (als Haftschicht) und aufliegend 295nm Aluminium.
  • Von den beiden Interdigitalwandlerpaaren besteht das erste Paar aus zwei Interdigitalwandlern vom Lambda-Viertel-Typ mit Breiten der Fingerelektroden bzw. der Leerräume dazwischen von jeweils 75 µm (die SAW-Wellenlänge beträgt daher 300µm), einer Apertur von 3 mm und 20 Fingerpaaren, wobei die Interdigitalwandler zueinander einen Abstand von 900µm in Ausbreitungsrichtung der angeregten Oberflächenwelle aufweisen, und das zweite Paar aus zwei Interdigitalwandlern vom Lambda-Viertel-Typ mit Breiten der Fingerelektroden und den Leerräumen dazwischen von jeweils 50 µm (die SAW-Wellenlänge beträgt daher 200µm), einer Apertur von 2 mm und 32 Fingerpaaren, wobei die Interdigitalwandler zueinander, d.h. senkrecht zu den Fingerelektroden, einen Abstand von 800µm aufweisen. Die Ausbreitungsrichtung beider IDT-Paare ist die kristallografische X-Richtung (senkrecht zum Waferflat und senkrecht zu den Fingerelektroden der IDT) und der seitliche Abstand der IDT-Paare beträgt 1.5mm. Alle vier IDT haben seitlich an den Fingerelektroden angeordnete elektrische Zuleitungen mit 200µm Breite über die gesamte IDT-Länge und münden an 1mm×1mm großen Kontaktstellen im Abstand von 500µm zum Chiprand. Auf diese elektrischen Kontaktstellen werden während der Anwendung Federkontaktstifte zur Einkopplung des Hochfrequenzsignals von einer äußeren elektrischen Peripherie aufgesetzt.
  • Nach dem Lift-Off der Metallisierung wird eine 100nm dicke SiO2-Schicht als biokompatible Funktionsschicht mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht. Die SiO2-Schicht wird anschließend an den elektrischen Kontaktstellen durch physikalisches Trockenätzen freigeätzt.
  • Auf das Substrat wird nun mittels Lift-Off Technologie eine 20nm dicke Ti-Schicht als Haftschicht strukturiert. Die Geometrie und Position der Ti-Schicht entspricht der der Wände des im nachfolgenden Schritt erzeugten mikrofluidischen Bauteils. Nun wird eine 100µm dicke Folie aus ADEX Trockenfotolack entsprechend der Angaben des Folienherstellers mit Hilfe eines Folienlaminators auf das Substrat mit der Ti-Schicht laminiert und anschließend mittels Fotolithografie zu den Wänden des mikrofluidischen Bauteils strukturiert. Dabei formen zwei parallele Wände einen offenen Kanal mit einer Wandbreite von 25µm und einem Abstand von 150µm, welcher sich parallel zu den Fingerelektroden mittig zwischen den IDT beider IDT-Paare befindet. Der Kanal mündet in beiden Richtungen (parallel zu den Fingerelektroden) im Abstand von 5mm zur Mitte zwischen den IDT-Paaren in T-förmigen Kreuzungen mit jeweils drei Kanälen mit jeweils 35µm Wandbreite und 50µm Kanalbreite. Diese münden in jeweils einer fluidischen Kontaktstelle mit einer kreisrunden, mittig angeordneten Öffnung mit 800µm Durchmesser und 2.5mm äußerem Durchmesser. Auf diese fluidische Kontaktstelle werden während der Anwendung Dichtungsringe aufgesetzt, welche mit einer äußeren fluidischen Peripherie verbunden sind.
  • Nachfolgend wird auf die Wände des mikrofluidischen Bauteils eine 10µm dicke Folie (für eine Deckeldicke von 10µm oder auch das 0.033fache der verwendeten SAW-Wellenlängen 300µm für das erste Wandlerpaar und 0.05fache der verwendeten SAW-Wellenlängen 200µm für das zweite Wandlerpaar) aus ADEX Trockenfotolack entsprechend der Angaben des Folienherstellers mit Hilfe eines Folienlaminators laminiert und anschließend mittels Fotolithografie zu den Deckeln der mikrofluidischen Bauteile strukturiert. Dabei wird die Deckelfläche zwischen den äußeren Strukturen der Wände des mikrofluidischen Bauteils und den kreisrunden Öffnungen der fluidischen Kontaktstelle begrenzt.
    Diese erfindungsgemäßen zweilagigen, teilweise geschlossenen mikrofluidischen Bauteile können derzeit nur mit Hilfe der Laminiertechnik hergestellt werden. Weiterhin kann so die Deckeldicke auf das 0.033fache oder 0.05fache der verwendeten Wellenlängen der akustischen Welle eingestellt werden, wodurch im Vergleich zum Standardbauteil mit PDMS-Mikrofluidikelement eine um einen Faktor 5 erhöhte Resonanz des Wellenfeldes bei gleichzeitig eine um einen Faktor von 4 erhöhte akustische Strömung erzielt werden. Weiterhin werden so alle für die mikrofluidische Manipulation von Fluiden mit oder ohne Zellen oder Partikel notwendigen Elemente in Reinraumtechnologie/Fotolithografie-Technologie auf einem Chip oder Wafersubstrat herstellbar. Dadurch sinken die Handling- und Herstellungskosten um 50%.
  • Die fotolithografische Belichtung der laminierten Folien erfolgt durch Fotolithografie mit 365nm Wellenlänge in einem Maskaligner mit Hilfe von strukturierten Quarz/Chrom-Lithografiemasken.
  • Zur elektrischen Ansteuerung des Interdigitalwandlers dient ein Sinus-Generator, welcher bei der Resonanzfrequenz der Interdigitalwandler (ca. 13MHz bzw. ca. 20MHz) betrieben wird und an dessen Ausgang ein 2W-Hochfrequenzverstärker angeschlossen ist. An den Ausgang werden die Interdigitalwandler über Federkontaktstifte und SMA-Anschlusskabel angeschlossen.
  • Die fluidischen Kontaktstellen werden über einen Gummiring direkt an eine Andruckplatte mit einem Flüssigkeitsreservoir angeschlossen. Bei Zugabe der Flüssigkeit in das Reservoir mit Hilfe einer Pumpe füllt diese den Kanal von einer Seite zur anderen. Dabei werden die äußeren Kanalzugänge zur hydrodynamischen Vor-Fokussierung der Flüssigkeit im inneren Kanalzugang genutzt. Der innere Kanalzugang enthält unterschiedlich große Zellen mit einem Durchmesser von 2-20µm.
  • Im Betrieb werden an beide IDT-Paare Sinus-Signale mit der Resonanzfrequenz der IDTs und 200mW elektrischer Leistung angelegt, wodurch die Interdigitalwandler akustische Oberflächenwellen vom Rayleigh-Typ aussenden, welche in der Mitte der IDT der IDT-Paare stehende SAW formen. Dabei wird das erste IDT-Paar (300µm SAW Wellenlänge) zur Fokussierung der Zellen in der Kanalmitte genutzt. Das zweite IDT Paar (200µm SAW Wellenlänge) dient der Aufspaltung der fokussierten Zellströmung in zwei Fraktionen. Dabei verbleibt eine Fraktion in der Kanalmitte und wird zum mittig angeordneten Kanalabgang transportiert und die zweite wird in Richtung der Kanalwände und zu den äußeren Kanalabgängen transportiert.

Claims (16)

  1. Akustofluidische Bauelemente, bei welchen auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht mindestens ein mikrofluidisches Bauteil und mindestens ein akustisches Wandlerbauteil angeordnet sind, wobei das mindestens eine mikrofluidische Bauteil in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet ist und das mindestens eine mindestens teilweise mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellte mikrofluidische Bauteil einen Boden, Wände und einen Deckel aufweist, wobei mindestens der Deckel mittels Lamination und fotolithografischer Strukturierung hergestellt ist, und das mikrofluidische Bauteil Deckeldicken des 0,01- bis 10fachen der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweist.
  2. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen als Substrat eine Platte oder eine Folie oder einen Mikrochip aus Glas/Gläsern/Keramik/Keramiken (z.B. SiO2, Al2O3, Si3N4, TiN, SiN, Borsilikatglas), Piezoelektrika (z.B. Quarz, LiNbO3, black-LiNbO3, yellow-black LiNbO3, LiTaO3, AIN, Sc-AIN, ZnO, CTGS, Langasit, Galliumorthophosphat, PZT, PMN-PT, PVDF,), Metallen/Metalllegierungen (z.B. Al, Cu, Ti, Ta, TiAl, CuTi) oder Polymeren (PMMA, PTFE, PEEK, Polyimid, PET, COP, PDMS, PC, COC, Polycaprolacton, PS) oder Fotolacken (z.B. SUEX, ADEX, TMMF S2045, Ordyl, SU-8), aus Halbleitern (Si, GaAs, InAs, GaN oder aus Kombinationen dieser Materialien vorhanden ist und/oder bei denen als Substrat eine Schicht aus den genannten Materialien auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat vorhanden ist.
  3. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen akustische Wandlerbauteile zur Anregung von Oberflächenwellen, Plattenwellen und/oder Volumenwellen vorhanden sind.
  4. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen akustische Wandlerbauteile vorhanden sind, mit denen Wellenlängen kleiner als 1mm, vorteilhaft zwischen 1µm und 500µm, angeregt werden.
  5. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen mikrofluidische Bauteile vorhanden sind, die mittels Lamination von mindestens zwei fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung, in einer oder mehreren fluidischen Ebenen, hergestellt worden sind.
  6. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 5, bei denen als fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente Folien, Fotolackfolien, Glasplatten, Glasfolien oder Polymerfolien vorhanden sind.
  7. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die Wände der mikrofluidischen Bauteile eine Dicke aufweisen, die kleiner als die Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle ist, und/oder bei denen die Wände der mikrofluidischen Bauteile eine Höhe aufweisen, die das 0,1-bis 10fache der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle beträgt.
  8. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen der Boden der mikrofluidischen Bauteile durch das Substrat und/oder das beschichtete Substrat und/oder durch den Deckel eines mikrofluidischen Bauteiles gebildet ist.
  9. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen das mikrofluidische Bauteil Deckeldicken des 0,05- bis 1-fachen der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle aufweist.
  10. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen ein akustisches Wandlerbauteil vorhanden ist, mittels dessen in Abhängigkeit von der angeregten akustischen Welle und in Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen der mikrofluidischen Bauteile und in Abhängigkeit von der Position des mikrofluidischen Bauteils in einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle gezielt Effekte wie Dämpfung, Verstärkung, Interferenz, Beugung, Brechung und/oder Reflexion der angeregten Welle genutzt werden um ein Wellenfeld innerhalb des Fluids innerhalb des mikrofluidischen Bauteils in mindestens einer Fluidebene anzuregen.
  11. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen mikrofluidische Bauteile und Wandlerbauteile in mehreren fluidischen Ebenen neben- und übereinander angeordnet sind.
  12. Akustofluidische Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die Wände und/oder der Boden der mikrofluidischen Bauteile oberflächenbeschichtet und/oder oberflächenstrukturiert und/oder verformt sind.
  13. Verfahren zur Herstellung von akustofluidischen Bauelementen, bei dem - auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht - entweder mindestens ein mikrofluidisches Bauteil mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen erzeugt wird, - oder mindestens ein mindestens teilweise mittels Lamination von fotolithografisch strukturierbaren Flächenelementen und nachfolgender fotolithografischer Strukturierung in einer oder mehreren fluidischen Ebenen bereits hergestelltes mikrofluidisches Bauteil aufgebracht wird, - und weiterhin mindestens ein akustisches Wandlerbauteil auf das Substrat und/oder die Schicht aufgebracht wird, - wobei das mindestens eine mikrofluidische Bauteil in mindestens einer Ausbreitungsrichtung einer von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle angeordnet wird, - und wobei die mikrofluidischen Bauteile mit Deckeldicken hergestellt werden, die das 0,01- bis 10fache der Wellenlänge der von dem akustischen Wandlerbauteil angeregten akustischen Welle betragen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem als fotolithografisch strukturierbare Flächenelemente Folien, Fotolackfolien, Glasplatten, Glasfolien oder Polymerfolien eingesetzt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die mikrofluidischen Bauteile hergestellt werden, indem mindestens ein fotolithografisch strukturierbares Flächenelement auf einem piezoelektrischen Substrat und/oder auf einer piezoelektrischen Schicht auf einem nichtpiezoelektrischen Substrat und/oder auf ein nichtpiezoelektrisches Substrat auf einer piezoelektrischen Schicht unter Temperaturerhöhung und Druckausübung laminiert wird und nachfolgend fotolithografisch Wände des mikrofluidischen Bauteils strukturiert werden, und nachfolgend mindestens ein weiteres fotolithografisch strukturierbares Flächenelement mindestens teilweise auf die Wände unter Temperaturerhöhung und Druckausübung laminiert und fotolithografisch zu einem Deckel strukturiert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die mikrofluidischen Bauteile mit Wänden und Deckel gleichzeitig oder nacheinander ein- oder mehrmals neben- und/oder übereinander angeordnet werden.
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