DE19851644A1 - Bonding parts with plastics microstructures to form open cavities for use in biotechnology, hydraulics and pneumatics - Google Patents
Bonding parts with plastics microstructures to form open cavities for use in biotechnology, hydraulics and pneumaticsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke, von denen zumindest das erste Werkstück an der zu verbindenden Fläche Mikrostrukturen aus Kunststoff mit kleinsten Strukturabmessungen < 1 mm aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bauteil umfassend mindestens zwei miteinander verbundene Körper, von denen mindestens ein Körper an der mit dem anderen Körper verbundenen Fläche Mikrostrukturen aus Kunststoff mit kleinsten Strukturabmessungen < 1 mm aufweist.The invention relates to a method for connecting two workpieces which at least the first workpiece on the surface to be connected Microstructures made of plastic with the smallest structural dimensions <1 mm having. Furthermore, the invention relates to at least one component two interconnected bodies, of which at least one body on the surface connected to the other body plastic microstructures with the smallest structural dimensions <1 mm.
Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus Kunststoff finden in allen Gebieten der Technik Anwendung. Insbesondere im Bereich der Biotechnologie, beispielsweise für Reaktions- und Analysensysteme, sowie der Hydraulik und Pneumatik werden zunehmend miniaturisierte Fluidiksysteme aus Kunststoff benötigt. Hierzu werden zu einer Seite hin offene Mikrostrukturen in Kunststoff abgeformt. Zur Ausbildung von geschlossenen Fluidiksystemen wird die Mikrostrukturen, wie Stege, Nuten oder kanalartige Ausnehmungen, aufweisende Oberfläche dieser Kunststoffkörper mit einer dünnen Kunststoffolie überzogen oder mit anderen strukturierten Kunststoffkörpern verbunden.Processes for connecting plastic workpieces can be found in all Fields of technology application. Especially in the area of Biotechnology, for example for reaction and analysis systems, as well as Hydraulics and pneumatics are increasingly miniaturized fluidic systems made of plastic. To do this, open to one side Microstructures molded in plastic. For training closed Fluidic systems are the microstructures, such as webs, grooves or channel-like Recesses, surface of this plastic body with a thin plastic film covered or with other textured Plastic bodies connected.
M. A. Roberts et. al. (Anal. chem. 69, 1997, 2035-2042) beschreiben die Herstellung miniaturisierter Analysensysteme mit Kanälen für Flüssigkeiten. Hierzu wird auf einen mikrostrukturierten Kunststoffkörper eine Folie mit einer oberen Schicht aus Polyethylenterephthalat und einer unteren dünnen Schicht aus Polyethylen bei 125°C auflaminiert. R. M. McCormick et. al. (Anal. Chem. 69, 1997, 2626-2630) beschreiben die Herstellung spritzgegossener Kunststoffchips mit Mikrokanälen für die Elektrophorese von DNA. Durch Auflaminieren einer Kunststoffdeckfolie auf die mit Nuten versehenen Kunststoffkörper werden die Mikrokanäle gebildet. Beim Auflaminieren wird über 5 Minuten eine Temperatur von 105°C angewendet.M.A. Roberts et. al. (Anal. Chem. 69, 1997, 2035-2042) describe the Manufacture of miniaturized analysis systems with channels for liquids. For this purpose, a film with a top layer of polyethylene terephthalate and a bottom thin layer laminated from polyethylene at 125 ° C. R. M. McCormick et. al. (Anal. Chem. 69, 1997, 2626-2630) describe the production of injection molded Plastic chips with microchannels for the electrophoresis of DNA. By Laminate a plastic cover film on the grooved The microchannels are formed from plastic bodies. When laminating a temperature of 105 ° C for 5 minutes.
Entscheidender Nachteil dieser Verfahren ist die Anwendung erhöhter Temperaturen, bei denen je nach verwendetem Kunststoff kleinste Mikrostrukturen Schaden nehmen können. Da die Folie auf der aufzulaminierenden Seite einen Kunststoff mit einer niedrigen Erweichungstemperatur aufweist, besteht, insbesondere bei biotechnologischen Anwendungen, die Gefahr der Kontamination der Mikrostrukturen. Weiterhin können mit diesen Verfahren nur Folien einer Dicke < 500 µm auf mikrostrukturierte Körper auflaminiert, aber keine Kunststoffkörper miteinander verbunden werden.The decisive disadvantage of these methods is the increased use Temperatures at which the lowest, depending on the plastic used Microstructures can be damaged. Since the slide on the side to be laminated a plastic with a low Has softening temperature, especially at biotechnological applications, the risk of contamination of the Microstructures. Furthermore, only films of a thickness can be used with this method <500 µm laminated to microstructured bodies, but none Plastic bodies are connected together.
Ausgehend vom oben beschriebenen Stand der Technik, ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken bereitzustellen, von denen mindestens das erste Werkstück an der zu verbindenden Fläche Mikrostrukturen aus Kunststoff mit kleinsten Strukturabmessungen < 1 mm aufweist, bei dem die Werkstücke keinen erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden müssen, und das eine kostengünstige Massenfertigung erlaubt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, mindestens zwei Körper umfassende Bauteile zur Verfügung zu stellen, von denen mindestens ein Körper an der mit dem anderen Körper verbundenen Fläche Mikrostrukturen aus Kunststoff mit kleinsten Strukturabmessungen < 1 mm aufweist.Starting from the prior art described above, the task of Invention to provide a method for joining two workpieces at least the first workpiece on the surface to be connected Microstructures made of plastic with the smallest structural dimensions <1 mm in which the workpieces are not exposed to elevated temperatures must be, and that allows inexpensive mass production. Furthermore, it is an object of the invention to comprise at least two bodies To provide components, of which at least one body on the with surface connected to the other body with plastic microstructures has the smallest structural dimensions <1 mm.
Hierzu wird zwischen die zu verbindenden Werkstücke ein organisches Lösungsmittel oder ein Gemisch organischer Lösungsmittel aufgebracht, wobei mindestens eines der Lösungsmittel den Kunststoff der zu verbindenden Fläche mindestens eines Werkstücks anzulösen vermag. Die beiden Werkstücke werden so miteinander in Verbindung gebracht, daß die überwiegende Anzahl der zwischen den Strukturen liegenden Hohlräume mit der Umgebung in Verbindung steht. Es ist völlig ausreichend, wenn Hohlräume nicht selbst, sondern über andere Hohlräume, beispielsweise Kanäle, zur Umgebung hin offen sind. Hierdurch wird eine Bildung von der Umgebung abgeschlossener Hohlräume vermieden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Strukturen des ersten Werkstücks nicht vollständig vom zweiten Werkstück abgedeckt werden, oder/und daß eines oder beide der Werkstücke die Strukturen mit der Umgebung verbindende Löcher bzw. Durchbrüche aufweisen. Nach einer kurzen Verweilzeit wird durch Anlegen eines Unterdrucks das bzw. die zwischen den beiden Werkstücken befindlichen Lösungsmittel zumindest weitgehend entfernt. Dadurch, daß die Strukturen keine nach außen abgeschlossenen Hohlräume bilden, sondern die überwiegende Anzahl mit der Umgebung verbunden ist, können durch Anlegen eines Unterdrucks die zwischen den Mikrostrukturen verbliebenen Lösungsmittel rasch entfernt werden. Darüberhinaus diffundiert das bzw. die Lösungsmittel aus Bereichen zwischen den Kontaktflächen nicht nur über die Außenkanten der Bauteile, sondern auch über die durch die Strukturen gebildeten Hohlräume in die Umgebung.For this purpose, an organic one is created between the workpieces to be connected Solvent or a mixture of organic solvents applied, wherein at least one of the solvents the plastic to be joined Can loosen the surface of at least one workpiece. The two Workpieces are brought together in such a way that the predominant number of cavities between the structures related to the environment. It is quite sufficient if there are cavities not itself, but via other cavities, for example channels, for Environment are open. This creates an education from the environment closed cavities avoided. This can be done, for example take place that the structures of the first workpiece are not completely from second workpiece are covered, and / or that one or both of the Workpieces or holes connecting the structures with the environment Have breakthroughs. After a short dwell time, you can put on a vacuum between the two workpieces Solvent at least largely removed. Because the structures do not form any closed cavities, but the Predominant numbers connected to the environment can be created a vacuum the remaining between the microstructures Solvent can be removed quickly. In addition, the diffuses Solvents from areas between the contact surfaces not only over the Outer edges of the components, but also through the through the structures formed cavities in the area.
Das Kleben von Kunststoffen, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen, alleine mit Hilfe von Lösungsmitteln, also ohne weitere Zusätze, wie Polymere, ist als Diffusionskleben bekannt (G. Habenicht, Kleben - Grundlagen, Technologie, Anwendungen, S. 442 und 443, Springer-Verlag, Berlin 1990, 2. Auflage). Die Lösungsmitteldiffusion an der Kunststoffoberfläche führt zu einem Quellvorgang und damit einer Volumenzunahme des Substrats, wodurch größere Klebefugen überbrückt werden können. Zur Erreichung einer optimalen Festigkeit der Klebung wird genannt, daß alle Lösungsmittelanteile vollständig entfernt sein müssen, was je nach Fügeteildicke Tage oder Wochen dauern kann. Weiterhin verursachen niedrigsiedende Lösungsmittel, also eine schnelle Verdunstung der Lösungsmittel, Eigenspannungen und damit Schädigungen in der Klebefuge, weshalb die Verwendung von Lösungsmittelgemischen aus Hoch-, Mittel- und Leichtsiedern empfohlen wird. Um ein Ablaufen der Lösungsmittel und damit ein Anlösen des Substrats außerhalb der Klebefuge zu vermeiden, wird eine Erhöhung der Viskosität durch Zusatz von beispielsweise Polymeren vorgeschlagen.Gluing plastics, especially thermoplastics, solely with the help of solvents, i.e. without further additives, such as polymers, is known as diffusion bonding (G. habenicht, bonding - basics, Technology, Applications, pp. 442 and 443, Springer-Verlag, Berlin 1990, 2. Edition). The solvent diffusion on the plastic surface leads to a Swelling process and thus an increase in volume of the substrate, whereby larger adhesive joints can be bridged. To achieve an optimal Strength of the bond is called that all solvent components completely must be removed, which can take days or weeks, depending on the thickness of the component can. Low-boiling solvents also cause a fast Evaporation of the solvent, residual stresses and thus damage in the adhesive joint, which is why the use of solvent mixtures High, medium and low boilers are recommended. To expire the Solvent and thus a dissolving of the substrate outside the adhesive joint To avoid, increase the viscosity by adding for example polymers proposed.
Ausgehend von dieser Auffassung der Fachwelt ist beim Diffusionskleben zur Ausbildung qualitativ ausreichender Klebungen, bedingt durch ein notwendigerweise langsames Ausdiffundieren der Lösungsmittel, eine Zeit von Tagen bis Wochen erforderlich. Der mit der langen Kontaktzeit mit dem Lösungsmittel einhergehende Quellvorgang, der bei unstrukturierten Werkstücken zur Überbrückung von Klebefugen vorteilhaft ist, führt bei mikrostrukturierten Werkstücken jedoch zu einer Zerstörung der Mikrostrukturen. Selbst niedrig siedende Lösungsmittel verbleiben zu lange im Bereich der Hohlräume mikrostrukturierter Kontaktflächen und führen damit zu deren Schädigung. Eine Verwendung von lösungsmittelarmen Klebstoffen, die polymere Grundstoffe zur Erhöhung der adhäsiven Wechselwirkung enthalten, würde jedoch zu einem unerwünschten Ausfüllen der Hohlräume zwischen den Mikrostrukturen mit Feststoffen führen. Diese Problematik wurde in dem eingangs genannten Stand der Technik durch die Anwendung thermischer Laminierverfahren umgangen. Based on this view of the professional world, diffusion bonding is about Formation of sufficiently good bonds, due to a necessarily slow diffusion of the solvents, a time of Days to weeks required. The one with the long contact time with the Solvent-related swelling process that occurs in unstructured Workpieces for bridging adhesive joints is advantageous microstructured workpieces, however, destroy the Microstructures. Even low-boiling solvents remain in the too long Area of the cavities of microstructured contact surfaces and thus lead to their damage. A use of low solvent adhesives that contain polymeric raw materials to increase the adhesive interaction, would, however, lead to undesirable filling of the voids between the Lead microstructures with solids. This problem was solved in the State of the art mentioned at the outset through the use of thermal Lamination process bypassed.
Hiernach völlig überraschend haben Versuche mit mikrostrukturierten Kunststoffkörpern ergeben, daß ein rasches Entfernen von Lösungsmitteln durch Anlegen eines Unterdrucks zu guten Verbindungen zwischen den Körpern führt, wenn keine abgeschlossenen Hohlräume zwischen den zu verbindenden Flächen vorliegen. Die erzielten Verbindungsflächen waren homogen und wiesen keine Schädigungen auf. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konnten beispielsweise in einem Polymethylmethacrylat (PMMA)- Substrat 20 nebeneinander angeordnete 50 µm breite Kanäle mit Zwischenstegen einer Breite von 50 µm durch Aufbringen einer 125 µm dicken PMMA-Folie gegeneinander abgedichtet werden. Dagegen ergaben Versuche, die mikrostrukturierte Oberfläche eines Körpers unter Bildung von zur Umgebung vollständig abgeschlossener Hohlräume mit einem zweiten Kunststoffkörper zu verbinden, eine sehr inhomogene, Risse und Blasen aufweisende Verbindungsfläche.After that, completely surprising, experiments with microstructured Plastic bodies indicate that solvents can be removed quickly by applying a vacuum to good connections between the Bodies results when there are no closed cavities between them connecting surfaces. The connecting surfaces achieved were homogeneous and showed no damage. According to the invention For example, processes in a polymethyl methacrylate (PMMA) Substrate 20 with 50 µm wide channels arranged side by side Intermediate bars with a width of 50 µm by applying a 125 µm thick PMMA film to be sealed against each other. In contrast, attempts the microstructured surface of a body to form Surroundings of completely closed cavities with a second one Connect plastic body, a very inhomogeneous, cracks and bubbles having connecting surface.
Nach einer ersten Ausführungsform erfolgt das Anlegen des Unterdrucks derart, daß der Druck der Umgebung der beiden Werkstücke abgesenkt wird. Hierzu werden beispielsweise die miteinander in Kontakt gebrachten Werkstücke in eine Vakuumkammer überführt und nach einer kurzen Verweilzeit der Druck in der Kammer abgesenkt. Durch die Wahl der Höhe des Drucks und des Lösungsmittels bzw. des Lösungsmittelgemisches kann in Abhängigkeit von der Strukturierung der Werkstücke die Zeit, innerhalb der das Lösungsmittel im Hinblick auf eine ausreichende Festigkeit unter Erhalt der Mikrostrukturen ausreichend entfernt wird, beeinflußt werden.According to a first embodiment, the vacuum is applied such that the pressure around the two workpieces is reduced. For this purpose, for example, those brought into contact with one another Workpieces transferred to a vacuum chamber and after a short The pressure in the chamber is reduced. By choosing the amount of Pressure and the solvent or the solvent mixture can in Depending on the structuring of the workpieces, the time within which the Solvents with a view to sufficient strength while maintaining the Microstructures are removed sufficiently, are affected.
Nach einer zweiten Ausführungsform wird der Unterdruck derart an zwischen den Mikrostrukturen liegenden, mit der Umgebung verbundenen Hohlräumen angelegt, daß der Druck in diesen Hohlräumen gegenüber dem Druck der Umgebung der beiden Werkstücke abgesenkt wird. Hierzu wird beispielsweise eine mit den Hohlräumen in Verbindung stehende Öffnung der beiden Werkstücke mit einer Unterdruckvorrichtung druckdicht verbunden. Gegebenenfalls sind weitere mit den Hohlräumen in Verbindung stehende Öffnungen druckdicht zu verschließen oder ebenfalls mit der Unterdruckvorrichtung zu verbinden. Der Druck innerhalb der Hohlräume kann so gezielt erniedrigt und damit das Lösungsmittel entfernt werden. Aufgrund der Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck innerhalb der Hohlräume werden beide Werkstücke verstärkt aneinander gedrückt. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung einer Kunststoffolie als zweites Werkstück Abweichungen von einer einheitlichen Strukturhöhe des ersten Werkstückes ausgleichen helfen. Darüber hinaus ist dieser Fügevorgang ohne weiteres automatisierbar, wodurch mikrostrukturierte Kunststoffkörper in großen Stückzahlen zusammengefügt werden können.According to a second embodiment, the vacuum is between the microstructures, which are connected to the environment applied that the pressure in these cavities compared to the pressure of the Around the two workpieces is lowered. For this, for example an opening of the two communicating with the cavities Workpieces connected pressure-tight with a vacuum device. If necessary, there are others in connection with the cavities Seal openings pressure-tight or also with the Connect vacuum device. The pressure inside the cavities can specifically lowered and thus the solvent removed. Due to the Difference between the ambient pressure and the pressure within the Cavities are increasingly pressed against each other. This can for example when using a plastic film as a second workpiece Deviations from a uniform structural height of the first workpiece help balance. In addition, this joining process is straightforward automatable, which means microstructured plastic bodies in large Pieces can be put together.
Vorteilhaft wird nach der ersten und der zweiten Ausführungsform der Druck unter den Dampfdruck des am niedrigsten siedenden Lösungsmittels, besonders vorteilhaft unter den Dampfdruck des am höchsten siedenden Lösungsmittels abgesenkt. Hierdurch kommt es zu einer besonders raschen Entfernung des Lösungsmittels. Dies ermöglicht die Verwendung von den betreffenden Kunststoff gut anlösenden Lösungsmitteln, da durch die rasche Entfernung eine Schädigung der Mikrostrukturen vermieden wird. Darüber hinaus gestattet dies eine beträchtliche Verkürzung der Fügezeit.According to the first and the second embodiment, the pressure is advantageous under the vapor pressure of the lowest boiling solvent, particularly advantageous under the vapor pressure of the highest boiling Lowered solvent. This leads to a particularly rapid Removal of the solvent. This enables the use of the The plastic in question has a good solubility as the quick Removal damage to the microstructures is avoided. About that this also allows the joining time to be shortened considerably.
Nach einer dritten Ausführungsform wird der Unterdruck derart an zwischen den Mikrostrukturen liegenden Hohlräumen, die über mindestens zwei Öffnungen mit der Umgebung in Verbindung stehen, angelegt, daß Luft durch diese Hohlräume gesaugt wird. Hiernach wird, entsprechend der zweiten Ausführungsform, mindestens eine mit den Hohlräumen in Verbindung stehende Öffnung der beiden Werkstücke mit einer Unterdruckvorrichtung verbunden. Jedoch weisen die beiden Werkstücke mindestens eine zweite Öffnung auf, die mit den gleichen Hohlräumen in Verbindung steht. Im Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform wird diese Öffnung nicht druckdicht verschlossen oder mit der Unterdruckvorrichtung verbunden, sondern bleibt zur Umgebung hin offen. Hierdurch wird bei Anlegen eines Unterdrucks an die erste Öffnung das sich in den Hohlräumen befindliche Lösungsmittel herausgesaugt und Luft durch die Hohlräume hindurchgesaugt. Auch nach dieser Ausführungsform ist eine schnelle Entfernung des Lösungsmittels gewährleistet, wobei die Werkstücke möglichst wenig Hohlräume, in denen das Lösungsmittel nicht abgesaugt wird, sogenannte Totzonen, aufweisen sollten. Durch die sich mit der zwischen der ersten und der zweiten Öffnung aufbauenden Druckdifferenz einhergehende Druckabsenkung im Vergleich zum Umgebungsdruck werden, wie bei der zweiten Ausführungsform, die beiden Werkstücke verstärkt aneinander gedrückt. Um eine Kontamination der Hohlräume durch hindurchströmende Umgebungsluft zu vermeiden, ist es vorteilhaft, ein gereinigtes Gas der zweiten Öffnung zuzuführen. According to a third embodiment, the vacuum is between the microstructures lying at least two Openings communicate with the environment, that allows air to pass through these cavities is sucked. After that, according to the second Embodiment, at least one in connection with the cavities standing opening of the two workpieces with a vacuum device connected. However, the two workpieces have at least a second one Opening that communicates with the same cavities. in the In contrast to the second embodiment, this opening does not become pressure-tight closed or connected to the vacuum device, but remains to Environment open. As a result, when a vacuum is applied to the first opening the solvent in the cavities sucked out and air sucked through the cavities. Even after this embodiment is a quick removal of the solvent guaranteed, the workpieces as little voids in which the Solvent is not suctioned off, so-called dead zones. By dealing with the between the first and the second opening build-up pressure difference associated pressure reduction compared to As in the second embodiment, ambient pressure becomes the two Workpieces increasingly pressed together. To avoid contamination of the It is to avoid cavities through ambient air flowing through advantageous to supply a cleaned gas to the second opening.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft für Werkstücke, die an der zu verbindenden Fläche Mikrostrukturen aus Kunststoff mit kleinsten Strukturabmessungen < 500 µm aufweisen. Auch bei Strukturen im unteren Mikrometerbereich sowie Submikrometerbereich ist das Verfahren geeignet.The method according to the invention is particularly advantageous for Workpieces on the surface to be connected microstructures made of plastic with the smallest structural dimensions <500 µm. Even with structures The process is in the lower micrometer range and submicrometer range suitable.
Mindestens ein Werkstück weist an der zu verbindenden Fläche einen Kunststoff auf, der sich mit einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln anlösen läßt. So eignet sich dieses Verfahren besonders zum Verbinden von Thermoplasten ausreichender Löslichkeit, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonate (PC), Polystyrol (PS), Polyoxymethylen (POM), Polyetheretherketon (PEEK), Polysulfon (PSU), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Cycloolefinpolymere (COP), Copolymere auf der Basis von Cycloolefinen und Ethylen (COC) oder Copolymere auf der Basis von Acrylnitril, Butadien und Styrol (ABS).At least one workpiece has one on the surface to be connected Plastic based on one or more organic solvents can be solved. This method is particularly suitable for connecting Thermoplastics of sufficient solubility, such as Polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), Polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (PEEK), polysulfone (PSU), Polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), Polyvinylidene fluoride (PVDF), cycloolefin polymers (COP), copolymers on the Based on cycloolefins and ethylene (COC) or copolymers based on Acrylonitrile, butadiene and styrene (ABS).
Das zweite Werkstück, das ebenfalls Mikrostrukturen aufweisen kann, besteht vorteilhaft ebenfalls aus einem Kunststoff, beispielsweise einer Kunststoffolie. Als Material des zweiten Werkstücks eignet sich jedoch auch beispielsweise Glas oder Quarzglas. Das zweite Werkstück kann an der zu verbindenden Fläche jedoch auch ein oder mehrere andere Materialien aufweisen.The second workpiece, which can also have microstructures, exists also advantageously made of a plastic, for example a plastic film. However, the material of the second workpiece is also suitable, for example Glass or quartz glass. The second workpiece can be connected to the However, surface also have one or more other materials.
Es kann vorteilhaft sein, vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die zu verbindende Fläche eines oder beider Werkstücke einer mechanischen, physikalischen oder/und chemischen Oberflächenbehandlung zu unterziehen. Hierdurch kann das Anlöseverhalten einer Kunststoffoberfläche gegenüber Lösungsmitteln verbessert werden.It may be advantageous to apply the present invention Process the area to be joined of one or both workpieces of one mechanical, physical and / or chemical surface treatment to undergo. This can affect the dissolving behavior of a plastic surface be improved over solvents.
Geeignete Lösungsmittel vermögen den Kunststoff der zu verbindenden Fläche mindestens eines Werkstücks anzulösen. In der Regel eignen sich zum Anlösen polarer Kunststoffe eher polare Lösungsmittel und zum Anlösen unpolarer Kunststoffe eher Lösungsmittel geringer Polarität. Daher eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren je nach verwendetem Kunststoff ein oder mehrere Lösungsmittel aus der Gruppe der niedermolekularen (C1-C10) gesättigten oder ungesättigten linearen, verzweigten oder cyclischen, gegebenenfalls substituierten Alkane, Alkohole, Ether, Ester, Aldehyde, Ketone, N, N-Dialkylamide, aromatischen Verbindungen oder deren Mischungen. Geeignete Substituenten sind beispielsweise Halogene, wie Fluor oder Chlor. Beispiele für Lösungsmittel der obigen Gruppe sind Dichlormethan, Trichlormethan, Trichlorethylen, Hexan, Heptan, Oktan, Nonan, Decan, Decahydronaphthalin, Methanol, Ethanol, Propanol, Hexafluorpropanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, di-n-Butylether, tert.-Butylmethylether, Tetrahydrofuran, Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl- oder Pentylacetat, Aceton, Hexafluoraceton-Hydrate, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclopentanon, Cyclohexanon, N, N-Dimethylformamid, N, N-Dimethylacetamid, Toluol oder Xylol.Suitable solvents are able to dissolve the plastic of the surface to be joined on at least one workpiece. As a rule, polar solvents are more suitable for dissolving polar plastics, and solvents of low polarity are more suitable for dissolving non-polar plastics. Depending on the plastic used, one or more solvents from the group of the low molecular weight (C 1 -C 10 ) saturated or unsaturated linear, branched or cyclic, optionally substituted alkanes, alcohols, ethers, esters, aldehydes, ketones are therefore suitable for the process according to the invention. N, N-dialkylamides, aromatic compounds or mixtures thereof. Suitable substituents are, for example, halogens, such as fluorine or chlorine. Examples of solvents from the above group are dichloromethane, trichloromethane, trichlorethylene, hexane, heptane, octane, nonane, decane, decahydronaphthalene, methanol, ethanol, propanol, hexafluoropropanol, butanol, pentanol, hexanol, di-n-butyl ether, tert-butyl methyl ether, Tetrahydrofuran, methyl, ethyl, propyl, butyl or pentyl acetate, acetone, hexafluoroacetone hydrates, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, toluene or xylene.
Vorteilhaft eignen sich Mischungen mindestens zweier Lösungsmittel, von denen das erste den betreffenden Kunststoff gut an löst und das zweite Lösungsmittel weniger gute Anlöseeigenschaften besitzt. Besonders vorteilhaft weist das zweite Lösungsmittel einen höheren Dampfdruck als das erste Lösungsmittel auf. Ein geeignetes Mischungsverhältnis der Lösungsmittel für den betreffenden Kunststoff ist dadurch gekennzeichnet, daß gute Verbindungsergebnisse bei gleichzeitigem Erhalt empfindlicher Strukturen erzielt werden, d. h. ohne daß in der vorgegebenen Verweilzeit die Mikrostrukturen beschädigt werden. Daher haben die Auswahl der Lösungsmittel und die Optimierung des Mischungsverhältnisses nicht nur im Hinblick auf die Kunststoffe, sondern auch auf die jeweils vorliegenden Mikrostrukturen zu erfolgen.Mixtures of at least two solvents, from which the first solves the plastic in question well and the second Solvent has less good dissolving properties. Particularly advantageous the second solvent has a higher vapor pressure than the first Solvent. A suitable mixing ratio of the solvents for the plastic in question is characterized in that good Connection results while maintaining sensitive structures be achieved, d. H. without the in the specified dwell time Microstructures are damaged. Hence the choice of Solvents and the optimization of the mixing ratio not only in With regard to the plastics, but also to the existing ones Microstructures to take place.
Die Werkstücke können durch Aufeinanderlegen oder durch Aneinanderpressen in Kontakt gebracht werden. Vorteilhaft erfolgt dies bei Temperaturen zwischen 10°C und 40°C. Je nach den Lösungseigenschaften der verwendeten Mischung bzw. des verwendeten Lösungsmittels sind unterschiedlich lange Verweilzeiten vor dem Anlegen eines Unterdrucks zur Entfernung der Lösungsmittel erforderlich. Als vorteilhaft haben sich Verweilzeiten < 1 Stunde, insbesondere < 10 Minuten erwiesen. Lange Verweilzeiten können zu Schädigungen empfindlicher Strukturen führen. Nach Ablauf der Verweilzeit wird der Unterdruck angelegt, um die Lösungsmittel zu entfernen. The workpieces can be placed on top of each other or through Pressed together. This is advantageously done at Temperatures between 10 ° C and 40 ° C. Depending on the solution properties of the mixture or solvent used dwell times of different lengths before applying a vacuum to the Solvent removal required. Have proven to be beneficial Residence times of <1 hour, in particular <10 minutes, have been demonstrated. Long Dwell times can damage sensitive structures. After At the end of the dwell time, the vacuum is applied in order to add the solvents remove.
Dadurch, daß die überwiegende Anzahl der Hohlräume zwischen den Mikrostrukturen mit der Umgebung verbunden ist, wird durch Absenken des Drucks in den Mikrostrukturen befindliches Lösungsmittel rasch entfernt. Da dem Lösungsmittel keine Zusätze, wie Polymere, beigefügt sind, bleiben keine Feststoffe in den Strukturen zurück. Über die Kanten zwischen den beiden Werkstücken, also die Außenkanten sowie die sich im Bereich der Mikrostrukturen befindlichen Kanten, gelangen die Lösungsmittel aus dem Bereich der Kontaktflächen in die Umgebung. Die Kontaktzeit der miteinander verbundenen Werkstücke bei angelegtem Unterdruck soll mindestens so bemessen sein, daß die Lösungsmittel so weitgehend entfernt werden, daß eine ausreichende Qualität der Verbindung gewährleistet ist.Because the majority of the cavities between the Microstructures connected to the environment is achieved by lowering the Pressure in the microstructures is quickly removed. There no additives, such as polymers, are added to the solvent Solids back in the structures. Over the edges between the two Workpieces, i.e. the outer edges as well as those in the area of Microstructured edges, the solvents get out of the Area of contact areas in the area. The contact time of each other connected workpieces with negative pressure applied should be at least as follows be dimensioned so that the solvents are removed so far that Adequate connection quality is guaranteed.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Kunststoffkörper unter Erhalt mikrostrukturierter Oberflächen schnell und damit kostengünstig miteinander verbinden. Da nicht notwendigerweise erhöhte Temperaturen zum Einsatz kommen, kann dieses Verfahren je nach Wahl der Lösungsmittel auch bei Strukturen mit biologisch aktivem Material eingesetzt werden.With the method according to the invention, plastic bodies can be Receiving microstructured surfaces quickly and therefore inexpensively connect with each other. Since not necessarily elevated temperatures for Depending on the choice of solvent, this process can also be used can be used for structures with biologically active material.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Bauteile, die mindestens zwei miteinander verbundene Körper umfassen, von denen mindestens ein Körper an der mit dem anderen Körper verbundenen Fläche Mikrostrukturen aus Kunststoff mit kleinsten Strukturabmessungen < 1 mm aufweist. Die Körper sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden, wobei die überwiegende Anzahl der zwischen den Strukturen liegenden Hohlräume mit der Umgebung in Verbindung steht.The invention also relates to components that have at least two include interconnected bodies, at least one of which is body microstructures on the surface connected to the other body Has plastic with the smallest structural dimensions <1 mm. The body are associated with the inventive method, the predominant number of cavities between the structures related to the environment.
Besonders vorteilhaft weisen solche Bauteile Mikrostrukturen zum Lagern, Durchleiten, Dosieren, Mischen, Trennen, Wärme Tauschen, chemischen Umsetzen oder/und Detektieren von mindestens einem Stoff auf. Dies können sowohl passive als auch aktive Mikrostrukturen sein. Passive Strukturen sind beispielsweise mit Ein- und Auslässen zur Fluidzu- und Fluidabführung verbundene kanalartige Ausnehmungen mit Misch- oder/und Reaktionsräumen. Aktive Strukturen können Sensoren, beispielsweise zur Leitfähigkeitsmessung, oder Mikroventile sein. Vorteilhaft ist der Stoff ein Gas oder eine Flüssigkeit oder der Stoff, insbesondere Biomoleküle, ist in einer Flüssigkeit gelöst. Such components particularly advantageously have microstructures for storage, Passing through, dosing, mixing, separating, exchanging heat, chemical Implementing and / or detecting at least one substance. You can be both passive and active microstructures. Are passive structures for example with inlets and outlets for fluid supply and discharge connected channel-like recesses with mixed or / and Reaction spaces. Active structures can be sensors, for example for Conductivity measurement, or micro valves. The substance is advantageously a gas or a liquid or the substance, in particular biomolecules, is in one Liquid dissolved.
Ein Beispiel für solch ein Bauteil ist ein Kunststoffplättchen, das parallel zueinander verlaufende Nuten aufweist, wobei die Nuten an ihren Endbereichen jeweils eine Elektrode aufweisen. Auf das Kunststoffplättchen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine dünne Kunststoffolie angebracht, die die Nuten bis auf Öffnungen im Elektrodenbereich bedeckt. Solch ein Bauteil findet Verwendung in der Kapillar-Elektrophorese zur Trennung von DNA- oder Protein-Fragmenten.An example of such a component is a plastic plate that runs in parallel has mutually extending grooves, the grooves on their End regions each have an electrode. On the plastic plate applied a thin plastic film using the method according to the invention, which covers the grooves except for openings in the electrode area. Such a Component is used in capillary electrophoresis to separate DNA or protein fragments.
Zum Lagern von Stoffen, beispielsweise von Substanzbibliotheken in der kombinatorischen Chemie, können eine Vielzahl von miniaturisierten Hohlräumen vorgesehen sein. Zum Dosieren von Flüssigkeiten kann solch ein Bauteil mit Kanälen verbundene Öffnungen aufweisen.For storing substances, for example substance libraries in the combinatorial chemistry, can be a variety of miniaturized Cavities may be provided. Such a can be used for dosing liquids Have component connected with channels openings.
Zur Trennung oder/und Detektion von Biomolekülen können Oberflächen der Mikrostrukturen funktionalisiert sein. Zur optischen Detektion kann das Bauteil oder Bereiche hiervon aus einem optisch transparenten Kunststoff bestehen. Zur Durchführung von chemischen Umsetzungen können Oberflächen oder Hohlräume katalytisch aktives Material aufweisen.For the separation and / or detection of biomolecules, surfaces of the Microstructures should be functionalized. The component can be used for optical detection or areas thereof consist of an optically transparent plastic. For the implementation of chemical reactions, surfaces or Have cavities of catalytically active material.
Aufgrund der einfachen abformtechnischen Herstellung solcher Körper, insbesondere unter Verwendung von mikrotechnisch hergestellten Formeinsätzen, und mittels des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens lassen sich solche Bauteile in großen Stückzahlen kostengünstig fertigen und können beispielsweise in der medizinischen Analytik oder der pharmazeutischen Wirkstofforschung Verwendung finden, wobei durch die kostengünstige Fertigung der einmalige Gebrauch ermöglicht und damit Reinigungsprozesse und eine Kontaminationsgefahr vermieden werden.Due to the simple impression-making production of such bodies, especially using microtechnically manufactured Mold inserts, and by means of the connection method according to the invention such components can be inexpensively manufactured in large numbers and can, for example, in medical analysis or pharmaceutical drug research find use, whereby by Cost-effective manufacturing enables one-time use and thus Cleaning processes and a risk of contamination can be avoided.
Im folgenden werden anhand von Beispielen geeignete Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.The following are examples of suitable embodiments of the method according to the invention explained.
Es wurden etwa 2,5 cm × 7,5 cm große PMMA-Platten (Plexiglas vom Typ 7 HLE von Röhm) mit Nuten einer Breite und Tiefe von 50 µm und einer Länge von über 29 mm bei Abständen von 200 µm bis 30 µm eingesetzt. Diese Platten wurden jeweils mit PMMA-Folie (Plexiglas von Rhöm AG) einer Dicke von 125 µm und 250 µm sowie einer PMMA-Platte einer Dicke von 2 mm verbunden, wobei jeweils mindestens ein Ende der Nuten nicht abgedeckt wurde, so daß keine abgeschlossenen Hohlräume gebildet wurden. Vor dem Verbinden wurden die Teile in einer Tensidlösung gereinigt. Geeignete Lösungsmittel waren reines Butylacetat, Gemische von Butylacetat und 1-Propanol in Verhältnissen von bis zu 3 : 5, Butylacetat und 1-Hexanol im Verhältnis 1 : 1 sowie Pentylacetat und 1-Hexanol im Verhältnis 2 : 1. Zwischen der PMMA-Platte und PMMA-Folie wurde das jeweilige Lösungs mittelgemisch mit einer Pipette eingebracht und beide Teile für etwa 1 bis 3 Minuten in Kontakt gebracht. Gemäß der ersten Ausführungsform wurde zum Verbinden von Platten mit Folien der Umgebungsdruck für etwa 10 min auf 10-4 mbar abgesenkt. Im Falle der Verbindung von Platten untereinander haben sich längere Kontaktzeiten von bis zu mehreren Stunden bei erniedrigtem Umgebungsdruck als vorteilhaft erwiesen. Mit gleichem Erfolg konnte auch die zweite und dritte Ausführungsform, nach der der Unterdruck gezielt an die Hohlräume, ohne Absenkung des Umgebungsdrucks, angelegt wird, zum Verbinden eingesetzt werden.Approximately 2.5 cm × 7.5 cm large PMMA plates (Plexiglas type 7 HLE from Röhm) with grooves of a width and depth of 50 μm and a length of over 29 mm were used at distances of 200 μm to 30 μm . These plates were each connected with PMMA film (Plexiglas from Rhöm AG) with a thickness of 125 μm and 250 μm and with a PMMA plate with a thickness of 2 mm, with at least one end of the grooves not being covered, so that no closed cavities were formed. Before joining, the parts were cleaned in a surfactant solution. Suitable solvents were pure butyl acetate, mixtures of butyl acetate and 1-propanol in ratios of up to 3: 5, butyl acetate and 1-hexanol in a ratio of 1: 1, and pentyl acetate and 1-hexanol in a ratio of 2: 1. Between the PMMA plate and PMMA film, the respective solvent mixture was introduced with a pipette and the two parts were brought into contact for about 1 to 3 minutes. According to the first embodiment, the ambient pressure was reduced to 10 -4 mbar for about 10 min to connect plates with foils. In the case of the connection of plates to one another, longer contact times of up to several hours at reduced ambient pressure have proven to be advantageous. The second and third embodiment, according to which the negative pressure is specifically applied to the cavities without lowering the ambient pressure, could also be used for connecting with the same success.
Eine PMMA-Platte mit 4 µm breiten Nuten im Abstand von wenigen µm wurde mit einer 125 µm dicken PMMA-Folie verbunden. Eingesetzt wurde eine Mischung aus Butylacetat und 1-Propanol im Verhältnis 1 : 2 bei gleichen Versuchsbedingungen wie in Beispiel 1.A PMMA plate with 4 µm wide grooves a few µm apart was made connected with a 125 µm thick PMMA film. One was used Mixture of butyl acetate and 1-propanol in a ratio of 1: 2 at the same Test conditions as in Example 1.
Eine PMMA-Platte, die eine 27 cm lange, mäanderartig gewundene Nut einer Breite von 80 bis 200 µm und einer Tiefe von 80 µm aufwies, wobei die Nuten durch Stege einer Breite von 80 bis 200 µm voneinander getrennt waren, wurde mit einer 125 µm dicken PMMA-Folie mit der gleichen Lösungsmittel-Mischung und unter den gleichen Versuchsbedingungen wie in Beispiel 2 verbunden. Die zweite und die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erweisen sich hier aufgrund des langen Kanals als sehr vorteilhaft.A PMMA plate that has a 27 cm long, meandering groove Has a width of 80 to 200 microns and a depth of 80 microns, the grooves were separated from one another by webs with a width of 80 to 200 μm with a 125 µm thick PMMA film with the same solvent mixture and connected under the same experimental conditions as in Example 2. The second and third embodiments of the method according to the invention prove to be very advantageous here due to the long channel.
Eine PMMA-Platte mit 50 µm breiten Nuten im Abstand von 20 µm bis 200 µm wurde mit einem in der Mikroskopie üblichen Deckglas von 2 cm × 2 cm verbunden. Als Lösungsmittel wurde Butylacetat gewählt und die Bedingungen von Beispiel 1 eingehalten. A PMMA plate with 50 µm wide grooves at a distance of 20 µm to 200 µm was with a cover glass of 2 cm × 2 cm customary in microscopy connected. Butyl acetate was chosen as the solvent and the conditions complied with from Example 1.
Eine Platte aus Polycarbonat (Lexan HF110R des Herstellers General Electric Plastics) mit Kanälen und dazwischen liegenden Stegen einer Breite von jeweils 125 µm und einer Länge von 10 mm konnte mit einer Polycarbonat- Folie (Europlex von Rhöm AG) einer Dicke von 175 µm verbunden werden. Hierzu eigneten sich Mischungen von Butylacetat und Methanol sowie Butylacetat und 1-Propanol jeweils im Verhältnis 1 : 1 sowie Cyclopentanon und 1-Propanol im Verhältnis 2 : 3 bei Bedingungen wie sie zu Beispiel 1 beschrieben wurden.A polycarbonate sheet (Lexan HF110R from General Electric Plastics) with channels and webs between them with a width of each 125 µm and a length of 10 mm with a polycarbonate Foil (Europlex from Rhöm AG) with a thickness of 175 µm. Mixtures of butyl acetate and methanol were suitable for this Butyl acetate and 1-propanol each in a 1: 1 ratio and cyclopentanone and 1-propanol in a ratio of 2: 3 under conditions as described in Example 1 have been described.
Zwei mikrostrukturierte Platten der Abmessungen 20 × 20 × 2 mm aus einem Copolymer auf der Basis von Cycloolefinen und Ethylen (Marke Topas, Typ 5014 der Firma Hoechst) wurden mit Heptan bei gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verbunden. Gute Ergebnisse wurden ebenfalls mit einer Mischung aus di-n-Butylether und tert.-Butylmethylether im Verhältnis 1 : 1 erhalten, wobei als zweites Werkstück eine 20 µm dicke Folie sowohl aus einem Polymer auf der Basis Cylcoolefin und Ethylen als auch aus einem Cycloolefinpolymer (Marke Zeonex der Firma Nippon Zeon) verwendet wurde.Two micro-structured plates measuring 20 × 20 × 2 mm from one Copolymer based on cycloolefins and ethylene (Topas brand, type 5014 from Hoechst) were treated with heptane under the same conditions as in Example 1 connected. Good results have also been obtained with a mixture obtained from di-n-butyl ether and tert-butyl methyl ether in a ratio of 1: 1, where the second workpiece is a 20 µm thick film made of a polymer the basis of cycloolefin and ethylene as well as from a cycloolefin polymer (Brand Zeonex from Nippon Zeon) was used.
Zwei mikrostrukturierte Platten (20 × 20 × 2 mm) aus Polysulfon (Marke Ultrason, Typ S1010 der Firma BASF) wurden unter Verwendung von Aceton als Lösungsmittel und Einhaltung der Versuchsbedingungen von Beispiel 1 verbunden. Weiterhin wurden Mischungen aus Cyclohexanon und n-Butylether erfolgreich eingesetzt.Two micro-structured plates (20 × 20 × 2 mm) made of polysulfone (brand Ultrason, type S1010 from BASF) were using acetone as solvent and compliance with the test conditions of Example 1 connected. Mixtures of cyclohexanone and n-butyl ether were also used successfully used.
Zum Verbinden zweier transparenter, mikrostrukturierter Platten (20 × 20 × 2 mm) aus Polystyrol (Marke Vistyron, Typ 325 der Firma Hüls) wurde tert.- Butylmethylether bei den zu Beispiel 1 beschriebenen Versuchsbedingungen verwendet. Darüber hinaus wurden 1 : 1 bis 4 : 1 Mischungen aus Decahydronaphthalin und n-Decan mit einer 100 um dicken Folie (Typ 2710 von BASF) als zweites Werkstück mit gutem Ergebnis verwendet. For connecting two transparent, micro-structured plates (20 × 20 × 2 mm) made of polystyrene (Vistyron brand, type 325 from Hüls) was tert.- Butyl methyl ether under the test conditions described in Example 1 used. In addition, 1: 1 to 4: 1 mixtures of Decahydronaphthalene and n-decane with a 100 µm film (type 2710 from BASF) used as a second workpiece with good results.
Zwei mikrostrukturierte Werkstücke aus Polyoxymethylen (Typ C9021 von Hoechst) oder Polybutylenterephthalat (Typ Ceranex 2000-3 von Hoechst) wurden mit Hexafluorisopropanol entsprechend den Bedingungen des Versuchs zu Beispiel 1 verbunden.Two microstructured workpieces made of polyoxymethylene (type C9021 from Hoechst) or polybutylene terephthalate (type Ceranex 2000-3 from Hoechst) were with hexafluoroisopropanol according to the conditions of Experiment connected to Example 1.
Zwei 125 µm dicke Folien aus Polyethylenterephthalat (Mylar-Folie von Du Pont), wobei die erste Folie einen Kanal mit einem quadratischen Querschnitt von 50 µm und einer Länge von 2 cm aufwies, wurden mit einer 1 : 5 Mischung aus Hexafluoroisopropanol und Dichlormethan miteinander verbunden. Die zweite Folie wurde derart auf der ersten Folie positioniert, daß die beiden Enden des Kanals zur Umgebung hin offen waren. Das Lösungsmittel wurde gemäß der dritten Ausführungsform durch Heraussaugen mittels Unterdruck entfernt.Two 125 µm thick films made of polyethylene terephthalate (Mylar film from Du Pont), the first film being a channel with a square cross section of 50 microns and a length of 2 cm were with a 1: 5 mixture from hexafluoroisopropanol and dichloromethane combined. The second film was positioned on the first film so that the two Ends of the canal were open to the surroundings. The solvent was according to the third embodiment by vacuum suction away.
Die miteinander verbundenen Platten und Folien wurden im Lichtmikroskop im leeren Zustand sowie gefüllt mit einer wäßrigen Farbstofflösung untersucht. In allen Versuchen erwiesen sich die miteinander verbundenen Stellen als homogen. Risse und eingeschlossene Blasen konnten nicht beobachtet werden. Die Mikrostrukturen blieben erhalten und die zwischen den Nuten liegenden Zwischenstege wurden vollständig mit der aufgebrachten Platte bzw. Folie verbunden, so daß die mit der Farbstofflösung gefüllten Kanäle durch die intakten Zwischenstege vollständig voneinander getrennt waren. Die nach den Beispielen 1 bis 3 und 6 bis 8 miteinander verbundenen Werkstücke ließen sich nur unter Zerstörung der Strukturen voneinander trennen. Weniger stark hafteten die nach den Beispielen 4, 5, 9 und 10 verbundenen Platten, bei denen nach einer Trennung die Strukturen zwar erhalten blieben, aber deren Verbindungsflächen deutliche Beschädigungen aufwiesen.The interconnected plates and foils were in the light microscope in the empty state and filled with an aqueous dye solution examined. In In all trials, the interconnected positions turned out to be homogeneous. Cracks and trapped bubbles could not be observed become. The microstructures were preserved and those between the grooves the intermediate webs were completely covered with the plate or Foil connected so that the channels filled with the dye solution through the intact dividers were completely separated. The after the Examples 1 to 3 and 6 to 8 interconnected workpieces could be separate from each other only by destroying the structures. Less strong adhered to the plates connected according to Examples 4, 5, 9 and 10 who retained the structures after a separation, but theirs Connection surfaces showed significant damage.
Abb. 1 zeigt die Aufnahme eines erfindungsgemäßen Bauteils, das einen mit Nuten versehenen Kunststoffchip aus PMMA einer Größe von etwa 2 cm × 2 cm umfaßt, auf dessen Oberfläche eine PMMA-Folie einer Dicke von 125 µm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht wurde. Als Lösungsmittelgemisch wurde Butylacetat und 1-Propanol im Verhältnis 1 : 1 verwendet und die Versuchsbedingung zu Beispiel 1 eingehalten. Durch das Aufkleben der Kunststoffolie wurden auf der mikrostrukturierten Oberfläche des Kunststoffchips Kanäle gebildet, die vom Randbereich her mit der Umgebung verbunden waren. Zum Sichtbarmachen der Mikrostrukturen wurden die Kanäle mit einer wäßrigen Farbstofflösung gefüllt, die hier als dunklere Bereiche zu erkennen sind. Die unbefüllten Bereiche, also die die Kanäle abgrenzenden Stege, die mit der darüberliegenden Folie verbunden wurden, sind als helle Linien erkennbar. Fig. 1 shows the recording of a component according to the invention, which comprises a grooved plastic chip made of PMMA with a size of about 2 cm × 2 cm, on the surface of which a PMMA film with a thickness of 125 μm was applied by the method according to the invention. Butyl acetate and 1-propanol in a ratio of 1: 1 were used as the solvent mixture and the test conditions for Example 1 were observed. By sticking the plastic film, channels were formed on the microstructured surface of the plastic chip, which channels were connected to the surroundings from the edge area. To make the microstructures visible, the channels were filled with an aqueous dye solution, which can be seen here as darker areas. The unfilled areas, that is to say the webs delimiting the channels, which were connected to the film above, can be seen as light lines.
Auf der Oberfläche des Kunststoffchips befinden sich Gruppen von Stegen einer Höhe von 70 µm. Auf der linken Hälfte der Abb. 1 sind 12 Paare von benachbarten Stegen angeordnet, wobei zwischen je zwei Stegen (helle Linien) einer Breite von ca. 300 µm und einer Länge von ca. 10 mm ein Kanal (dunkle Linie) einer Breite von etwa 125 µm liegt. Auf der rechten Hälfte der Abb. 1 sind 9 Gruppen von benachbarten Stegen übereinander angeordnet, wobei zwischen je zwei Stegen (breite helle Linien) einer Breite von etwa 300 µm und einer Länge von etwa 10 mm sich drei weitere Stege (schmale helle Linien) einer Breite von 125 µm befinden, so daß in jeder Gruppe 4 Kanäle (schmale dunkle Linien) einer Breite von etwa 125 µm liegen.On the surface of the plastic chip there are groups of bars with a height of 70 µm. On the left half of Fig. 1, 12 pairs of adjacent webs are arranged, with a channel (dark line) with a width of approximately between two webs (light lines) with a width of approx. 300 µm and a length of approx. 10 mm 125 µm. On the right half of Fig. 1, 9 groups of adjacent webs are arranged one above the other, with three further webs (narrow bright lines) between each two webs (broad bright lines) with a width of about 300 µm and a length of about 10 mm 125 µm wide, so that in each group there are 4 channels (narrow dark lines) with a width of approximately 125 µm.
Die Verbindungsstellen (helle Linien) zwischen dem Kunststoffchip und der Folie sind vollständig ausgebildet und homogen. Risse oder Blasen sind an den Verbindungsstellen nicht erkennbar. Daher eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders zur Realisierung von miniaturisierten Fluidiksystemen, beispielsweise für biotechnologische Anwendungen.The connection points (light lines) between the plastic chip and the Foils are fully developed and homogeneous. Cracks or bubbles are on the Junctions not recognizable. Therefore, the invention is suitable Process especially for the realization of miniaturized fluidic systems, for example for biotechnological applications.
Claims (16)
- a) zwischen die zu verbindenden Werkstücke mindestens ein organisches Lösungsmittel aufgebracht wird, das den Kunststoff der zu verbindenden Fläche mindestens eines Werkstücks anzulösen vermag,
- b) die beiden Werkstücke so miteinander in Kontakt gebracht werden, daß die überwiegende Anzahl der zwischen den Mikrostrukturen liegenden Hohlräume mit der Umgebung in Verbindung steht,
- c) nach einer kurzen Verweilzeit durch Anlegen eines Unterdrucks das zwischen den beiden Werkstücken befindliche Lösungsmittel zumindest weitgehend entfernt wird.
- a) at least one organic solvent is applied between the workpieces to be connected, which is capable of dissolving the plastic of the surface of at least one workpiece to be connected,
- b) the two workpieces are brought into contact with one another in such a way that the majority of the cavities between the microstructures are connected to the environment,
- c) after a short dwell time by applying a vacuum, the solvent located between the two workpieces is at least largely removed.
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