WO2006021361A2 - Mikrofluidiksystem und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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    • B01L2400/0406—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces

Definitions

  • the invention relates to a microfluidic system with a carrier body preferably provided with a lancing member and a semi-open microchannel located thereon for the capillary transport of a liquid from a receiving site to a target site.
  • the invention further relates to a preferred use of such a system and to a method for its production.
  • microfluidics is also characterized by ever smaller sized structural elements which permit exploitation of capillary forces and must be realized inexpensively in so-called disposables and suitable for mass production.
  • photochemical etching the materials used there can scarcely be used for mechanically stressed structures, above all because of their brittleness.
  • the hydrophilization must be sufficiently storage stable.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages which have arisen in the prior art and to improve a system and a production method such that structures for effective transport of small quantities of liquid are provided with favorable measures.
  • any limitations based on the sole use of wetting agents should be reduced.
  • the carrier body is coated with a build-up layer for the liquid transport that laterally delimits the microchannel, at least in the upper area and with the exception of one floor area.
  • the coating allows in a simple manner a firmly adhering structure formation with a previously shapeless substance, wherein the channel formation or channel increase in the structural layer or on the side wall of a liquid-carrying fluidic function is realized, which rests on an increase in capillarity be ⁇ .
  • the support body may be formed at the same time as a lancing element for piercing the skin or else fulfill a separate from a piercing element removal or recording function.
  • the microchannel has a lower cross-sectional area which is introduced into the carrier body and is preferably etched, and an upper cross-sectional area formed above it and formed in the build-up layer. It is also possible for the build-up layer to laterally delimit the microchannel over its entire depth and thus to assume a liquid-conducting function alone.
  • the make coat consists of a photoresist, preferably a thick-film photoresist.
  • a photoresist preferably a thick-film photoresist.
  • the make coat has a layer thickness of more than 50 microns, preferably 200 to 500 microns.
  • a further aspect of the invention consists in that the microchannel has a plurality of partial cross-sections etched into the depth by successive etching steps from a surface of the carrier body. Also in this way it is possible in an isotropic etchable carrier material, a large ratio of - A -
  • this aspect ratio is greater than 0.5, preferably greater than 0.8.
  • the microchannel has a clear width in the range of 50 to 500 ⁇ m, j
  • a further advantageous embodiment provides that the partial cross sections are formed in the carrier body by photochemical mask etching.
  • the capillarity can also be increased by virtue of the fact that the microchannel has an undercut which is preferably formed by undercutting in the region of its longitudinal edges.
  • a further embodiment provides that the carrier body consists of an isotropically etchable material, wherein the desired properties, such as favorable handling, strength, inertness and biocompatibility, can be realized especially with a flat preform, preferably made of metal, in particular stainless steel.
  • the carrier body formed from flat material has a thickness of 100 to 450 .mu.m, preferably 150 to 300 .mu.m.
  • the make coat has an additional substance or composition which increases the hydrophilicity, or if the wettability of a wall of the microchannel is increased by a chemical surface treatment.
  • a further improvement provides that at least one substructure of the carrier body outside the microchannel region, preferably the piercing member, is formed by etching or stamping, so that the different structuring processes are created by uniform processes.
  • a preferred application relates to a disposable sample removal element comprising a microfluidic system according to the invention.
  • a further preferred use of a microfluidic system according to the invention is the transport of a sample liquid from a receiving site to a target site, in particular for transport into a detection area.
  • the object stated in the introduction is achieved in that a liquid transporting the microchannel is increased or formed by a photoresist layer applied to a carrier body, in particular a thick-film photoresist.
  • the photoresist is sprayed or scrape-dried onto the carrier body as a thick film or applied by dip coating.
  • a further advantageous measure is that a microchannel is etched into the carrier body by mask etching of a first photoresist layer, and that after removal of the first photoresist layer, a second photoresist layer is applied and photostructured to increase the microchannel.
  • Fig. 1 shows a sampling element as a microfluidic system for
  • FIG. 2 to 4 the system of Figure 1 with different construction layer of a microchannel in cross section. 5a to f successive process steps for channel-height photo structuring of the system according to FIG. 1 in cross section; and
  • the microfluidic system shown in the drawing enables dispensing and capillary transport of small quantities of bodily fluid as a disposable sampling element 10.
  • a disposable sampling element 10 for this purpose, it comprises a flat carrier body 12, a lancing member 14 formed thereon and a capillary microchannel 16, which may be delimited at least partially by a build-up layer 18 of the carrier body 12.
  • the carrier body 12 is made as a strip-shaped flat part made of steel with a thickness of about 150 to 300 microns. Its proximal end portion forms a Garbreich 20 for handling during the lancing process, while the integrally formed at the distal end lancing member 14 in the skin of a user creates a small wound to remove microscopic volumes of blood or tissue fluid can.
  • the microchannel 16 is groove-shaped or semi-open over its length, so that photolithographic production is possible as described below.
  • an effective liquid absorption from the skin or from the skin surface is possible over the half-open cross section without tissue parts being able to completely close the inlet cross section as in conventional hollow cannulas.
  • the liquid transport takes place via the capillary channel 16 to the target site 24 which is at a distance from the piercing member 14 and at which an analysis of the body tissue is carried out.
  • liquid can take place. This can be achieved, for example, by reflection-spectroscopic or electrochemical detection methods in a manner known per se.
  • the channel cross section may be constant over the length of the microchannel 16 or vary.
  • the width of the channel is in the range of 50 to 500 microns, while the so-called aspect ratio between depth and width in terms of improved capillarity greater than 0.5, preferably greater than 0.8. It should be noted that when the channel 16 is isotropically inserted into the carrier body 12, an approximately semicircular cross section is obtained in which the aspect ratio is only 0.5.
  • the semicircular lower channel region 26 formed by isotropic etching can be increased as the bottom region in the carrier body or substrate 12 through the build-up layer 18 with lateral delimitation of an upper edge-open channel region 28, so that overall a higher aspect ratio and so that a better capillary action for the liquid transport is achieved.
  • the build-up layer 18 should, for this purpose, have a layer thickness of more than 50 ⁇ m, preferably 200 to 500 ⁇ m.
  • the make coat 18 is not laminated as a prefabricated body on the carrier body 12, but applied from a previously shapeless material as a firmly adhering coating.
  • a liquid coating material is provided, in particular a photoresist 30 ("photoresist").
  • photoresist is particularly suitable.
  • a thick film photoresist for example epoxy based.
  • the photoresist 30 is subsequently applied after the etching of the lower region 26, so that the complementary o-channel region 28 can additionally conduct liquid.
  • the hydrophilicity of the layer 18 is increased by suitable additives or a corresponding lacquer composition. It is also possible to improve the water affinity of the channel wall by a chemical surface treatment after the structure formation.
  • the photoresist 30 used for the etching of the lower region 26 on the carrier body 12 as a mask was not removed but retained for a supplementary fluidic function.
  • the carrier body 12 can be patterned by preceding (isotropic) etching, for example by free-etching the piercing member 14.
  • FIG. 5 illustrates a process flow for photostructuring the channel 16 on a previously etched support structure.
  • the carrier body 12 is provided as a substrate with a first photoresist layer 30 '(FIG. 5a, b).
  • UV exposure is performed through the photomask 32, whereby the photoresist 30 "is polymerized or hardened under the transparent mask regions, while the masked regions 34 are rinsed free after exposure and development (FIGS. 5c, d)
  • the thus generated cut-out 36 in the layer 30 ' is subsequently exposed to an etching agent, wherein the channel region 26 is etched isotropically, after the removal of the photoresist layer 30' (FIG.
  • the aspect ratio of the channel 16 is increased by a plurality of successive etching steps.
  • an upper partial cross section 40 of the channel 16 in the carrier body 12 is formed in accordance with the above description with respect to FIGS. 5a to 5f (FIGS. 6a to f).
  • a recessed partial cross section 42 is produced in a second or further etching, so that the channel 16 passes through almost the entire carrier body 12, but without extending isotropically into the width (FIG. 6g to k).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikrofluidiksystem mit einem vorzugsweise mit einem Stechorgan (14) versehenen Trägerkörper (12) und einem darauf befindlichen halboffenen Mikrokanal (16) zum kapillaren Transport einer Probenflüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle (22,24). Um ein höheres Aspektverhältnis zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass der Trägerkörper (12) mit einer den Mikrokanal (16) zumindest im oberen Bereich seitlich begrenzenden Aufbauschicht (18) für den Flüssigkeitstransport beschichtet ist.

Description

Mikrofluidiksystem und Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Mikrofluidiksystem mit einem vorzugsweise mit ei¬ nem Stechorgan versehenen Trägerkörper und einem darauf befindlichen halboffenen Mikrokanal zum kapillaren Transport einer Flüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle. Die Erfindung betrifft weiter eine bevorzugte Verwendung eines solchen Systems sowie ein Verfahren zu dessen Herstel- lung.
Systeme dieser Art erlauben speziell in der Bioanalytik die Untersuchung geringster Fluidmengen, wie sie beispielsweise für Blutglucosebestimmun- gen in situ als Kapillarblut entnommen werden. Die Mikrofluidik zeichnet sich dabei neben den mikroskopischen Volumina (Mikroliter und weniger) auch durch immer kleiner dimensionierte Strukturelemente aus, die eine Ausnut¬ zung von Kapillarkräften erlauben und in so genannten Disposibles kosten¬ günstig und für eine Massenfertigung geeignet realisiert werden müssen. Aus dem Bereich der Halbleitertechnologie sind zwar solche Verfahren spe- ziell in Form des Maskenätzens ("photochemical etching") für hochintegrierte Systeme bekannt, die dort verwendeten Materialien lassen sich aber vor al¬ lem aufgrund ihrer Sprödigkeit für mechanisch beanspruchte Strukturen kaum einsetzen. Beim Ätzen von biokompatiblen Materialien wie Stahl tritt aufgrund des isotropen Materialabtrags das Problem auf, dass die Quer- schnitte der erzeugten Kanalstrukturen keinen besonders optimalen Flüssig¬ keitstransport ertauben. Die in diesem Zusammenhang in der US-A 2002/0168290 bereits vorgeschlagene Applikation von Netzmitteln ist aus folgenden Gründen problematisch:
- Es ist ein zusätzlicher Herstellungsschritt erforderlich. - Typischerweise wird Kompatibilität zu einem Nachweisverfahren eines Analyten in der transportierten Probe gefordert (d. h. keine Beeinflus¬ sung bzw. inakzeptable Verfälschung des Messresultats).
- In der Regel muss sogar eine Bio-Kompatibilität (keinerlei toxische Ef- fekte) gegeben sein, da bei der Probenentnahme nicht ausgeschlos¬ sen werden kann, dass mit dem Netzmittel beschichtet Teile kurzzeitig in den Organismus gelangen.
- Die Hydrophilisierung muss ausreichend lagerstabil sein.
- Es bestehen physikalische Beschränkungen bei der alleinigen An- wendung eines Netzmittels ohne geeignete Geometrie. Solche Limi¬ tierungen liegen einzeln < oder in Kombination in der geforderten Transportweite, Lage/Gravitationsunabhängigkeit und/oder Fließge¬ schwindigkeit.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu vermeiden und ein System und ein Herstellungsverfahren dahingehend zu verbessern, dass Strukturen für einen effektiven Transport von geringen Flüssigkeitsmengen mit günstigen Ma߬ nahmen geschaffen werden. Insbesondere sollen allfällige Limitierungen, die auf der alleinigen Anwendung von Netzmitteln beruhen, reduziert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestal¬ tungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängi- gen Ansprüchen.
Dementsprechend wird im Hinblick auf ein Mikrofluidiksystem vorgeschla¬ gen, dass der Trägerkörper mit einer den Mikrokanal zumindest im oberen Bereich und mit Ausnahme eines Bodenbereichs seitlich begrenzenden Auf- bauschicht für den Flüssigkeitstransport beschichtet ist. Die Beschichtung erlaubt auf einfache Weise eine fest haftende Strukturbildung mit einer zuvor formlosen Substanz, wobei durch die Kanalbildung oder Kanalerhöhung in der Aufbauschicht bzw. an deren Seitenwandung eine Flüssigkeit führende fluidische Funktion realisiert wird, die auf einer Erhöhung der Kapillarität be¬ ruht. Speziell bedeutet dies, dass auch auf isotrop ätzbaren Substraten Ka¬ nalquerschnitte mit hohem Aspektverhältnis realisiert werden können, wel- che die Kapillarwirkung entscheidend verbessern. Der Trägerkörper kann dabei zugleich als Stechelement zum Einstechen in die Haut ausgebildet sein oder aber eine von einem Stechelement getrennte Entnahme- bzw. Aufnahmefunktion erfüllen.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Mikrokanal einen in den Trägerkörper eingebrachten, vorzugsweise eingeätzten unteren Querschnittsbereich und einen darüber liegenden, in der Aufbauschicht ausgebildeten oberen Quer¬ schnittsbereich auf. Möglich ist es auch, dass die Aufbauschicht den Mikro¬ kanal über seine gesamte Tiefe seitlich begrenzt und somit allein eine flüs- sigkeitsführende Funktion übernimmt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Aufbauschicht aus einem Fotolack, vorzugsweise einem Dickfilm-Fotolack besteht. Damit lassen sich auf einfa¬ che Weise mikrofluidische Strukturen auf einem Träger, welcher die erforder- liehe Festigkeit und Inertheit für den Einsatzzweck besitzt, realisieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Aufbauschicht zur Bildung oder Erhöhung des Mikrokanals fotostrukturiert ist, so dass auch komplexe Geometrien mit der erforderlichen Genauigkeit geschaffen werden.
Vorteilhafterweise besitzt die Aufbauschicht eine Schichtdicke von mehr als 50 μm, vorzugsweise 200 bis 500 μm.
Ein weiterer Erfindungsaspekt besteht darin, dass der Mikrokanal mehrere durch sukzessive Ätzschritte von einer Oberfläche des Trägerkörpers her in die Tiefe eingeätzte Teilquerschnitte aufweist. Auch auf diese Weise ist es in einem isotrop ätzbaren Trägermaterial möglich, ein großes Verhältnis aus - A -
Tiefe zu Breite des Mikrokanals zu erzielen. Besonders günstig ist es, wenn dieses Aspektverhältnis größer als 0,5, vorzugsweise größer als 0,8 ist.
Für einen selbständigen kapillaren Flüssigkeitstransport ist es vorteilhaft, wenn der Mikrokanal eine lichte Breite im Bereich von 50 bis 500 μm auf¬ weist, j
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Teilquerschnitte in dem Trägerkörper durch fotochemisches Maskenätzen gebildet sind.
Die Kapillarität lässt sich gemäß einer weiteren Erfindungsvariante auch da¬ durch erhöhen, dass der Mikrokanal einen vorzugsweise durch Hinterätzen gebildeten Hinterschnitt im Bereich seiner Längsränder aufweist.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass der Trägerkörper aus einem isotrop ätzbaren Material besteht, wobei sich speziell mit einem Flachformteil vor¬ zugsweise aus Metall, insbesondere Edelstahl die gewünschten Eigenschaf¬ ten wie günstige Handhabung, Festigkeit, Inertheit und Biokompatibilität rea¬ lisieren lassen.
Vorteilhafterweise besitzt der aus Flachmaterial gebildete Trägerkörper eine Dicke von 100 bis 450 μm, vorzugsweise 150 bis 300 μm.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Aufbauschicht eine die Hydrophilie erhö- hende Zusatzsubstanz oder Zusammensetzung aufweist, oder wenn die Be¬ netzbarkeit einer Wand des Mikrokanals durch eine chemische Oberflächen¬ behandlung erhöht ist.
Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass zumindest eine Teilstruktur des Trägerkörpers außerhalb des Mikrokanalbereichs, vorzugsweise das Stech¬ organ durch Ätzen oder Stanzen gebildet ist, so dass die verschiedenen Strukturierungen durch einheitliche Abläufe geschaffen werden. Eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit betrifft ein disposibles Probenentnah¬ meelement umfassend ein erfindungsgemäßes Mikrofluidiksystem.
Eine weitere bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Mikroflui- diksystems liegt im Transport einer Probenflüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle, insbesondere zum Transport in einen Detektionsbereich.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass durch eine auf einen Trägerkörper aufgebrachte Fotolack¬ schicht, insbesondere einen Dickfilm-Fotolack ein Flüssigkeit transportieren¬ der Mikrokanal erhöht oder gebildet wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird der Fotolack als Dickfilm auf den Träger- körper aufgesprüht oder aufgerakelt oder durch Tauchbeschichtung aufge¬ bracht.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dass durch Maskenätzen einer ersten Fotolackschicht ein Mikrokanal in den Trägerkörper eingeätzt wird, und dass nach Entfernen der ersten Fotolackschicht eine zweite Foto¬ lackschicht aufgebracht und zur Erhöhung des Mikrokanals fotostrukturiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Probenentnahmeelement als Mikrofluidiksystem zum
Transport einer Probenflüssigkeit in perspektivischer Darstel¬ lung;
Fig. 2 bis 4 das System nach Fig. 1 mit unterschiedlicher Aufbauschicht eines Mikrokanals im Querschnitt; Fig. 5a bis f aufeinander folgende Verfahrensschritte zur kanalerhöhen¬ den Fotostrukturierung des Systems nach Fig. 1 im Quer¬ schnitt; und
Fig. 6a bis k aufeinander folgende Verfahrensschritte zur Kanalvertiefung in Fig. 5 entsprechender Darstellung.
Das in der Zeichnung dargestellte Mikrofluidiksystem ermöglicht als dispo- sibles Probenentnahmeelement 10 die Entnahme und den Kapillartransport kleiner Körperflüssigkeitsmengen. Es umfasst hierzu einen flachen Träger¬ körper 12, ein daran ausgebildetes Stechorgan 14 und einen kapillaren Mik- rokanal 16, der durch eine Aufbauschicht 18 des Trägerkörpers 12 zumin¬ dest bereichsweise begrenzt sein kann.
Der Trägerkörper 12 besteht als streifenförmiges Flachformteil aus Stahl mit einer Dicke von etwa 150 bis 300 μm. Sein proximaler Endabschnitt bildet einen Haltebreich 20 für die Handhabung beim Stechvorgang, während das am distalen Ende einstückig angeformte Stechorgan 14 in der Haut eines Benutzers eine kleine Wunde erzeugt, um mikroskopische Volumina an Blut oder Gewebeflüssigkeit entnehmen zu können.
Der Mikrokanal 16 ist über seine Länge rillenförmig bzw. halboffen ausgebil¬ det, so dass wie nachstehend beschrieben eine fotolithografische Herstel- lung möglich ist. An der Aufnahmestelle 22 im Bereich des Stechorgans (Lanzettenspitze 14) ist über den halboffenen Querschnitt eine effektive Flüssigkeitsaufnahme aus der Haut oder von der Hautoberfläche weg mög¬ lich, ohne dass Gewebeteile den Eintrittsquerschnitt wie bei herkömmlichen Hohlkanülen vollständig verschließen könnten.
Der Flüssigkeitstransport erfolgt über den Kapillarkanal 16 zu der im Abstand vom Stechorgan 14 liegenden Zielstelle 24, an der eine Analyse der Körper- flüssigkeit stattfinden kann. Dies lässt sich beispielsweise durch reflexions- spektroskopische oder elektrochemische Nachweismethoden in an sich be¬ kannter Weise realisieren.
Der Kanalquerschnitt kann über die Länge des Mikrokanals 16 konstant sein oder variieren. Bevorzugt liegt die Breite des Kanals im Bereich von 50 bis 500 μm, während das so genannte Aspektverhältnis zwischen Tiefe und Breite im Sinne einer verbesserten Kapillarität größer als 0,5, vorzugsweise größer als 0,8 ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass beim isotropen Einät- zen des Kanals 16 in den Trägerkörper 12 ein ungefähr halbkreisförmiger Querschnitt erhalten wird, bei dem das Aspektverhältnis lediglich 0,5 beträgt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der durch isotropes Ätzen gebildete halbkreis¬ förmige untere Kanalbereich 26 als Bodenbereich in dem Trägerkörper bzw. Substrat 12 durch die Aufbauschicht 18 unter seitlicher Begrenzung eines oberen randoffenen Kanalbereichs 28 erhöht werden, so dass insgesamt ein höheres Aspektverhältnis und damit eine bessere Kapillarwirkung für den Flüssigkeitstransport erzielt wird. Die Aufbauschicht 18 sollte zu diesem Zweck eine Schichtdicke von mehr als 50 μm, vorzugsweise 200 bis 500 μm aufweisen.
Die Aufbauschicht 18 ist nicht als vorgefertigter Körper auf den Trägerkörper 12 auflaminiert, sondern aus einem zuvor formlosen Stoff als fest haftende Beschichtung aufgebracht. Hierfür ist ein flüssiger Beschichtungsstoff vorge- sehen, speziell ein Fotolack 30 (engl. "Photoresist"). Besonders geeignet ist ein Dickfilm-Fotolack, beispielsweise auf Epoxybasis.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist der Fotolack 30 nach dem Ätzen des un¬ teren Bereichs 26 nachfolgend aufgebracht, so dass der komplementäre o- bere Kanalbereich 28 zusätzlich Flüssigkeit führen kann. Zu diesem Zweck kann es günstig sein, wenn die Hydrophilie der Schicht 18 durch geeignete Zusatzstoffe oder eine entsprechende Lackzusammensetzung erhöht wird. Möglich ist es auch, die Wasseraffinität der Kanalwandung durch eine che¬ mische Oberflächenbehandlung nach der Strukturbildung zu verbessern.
In der Ausführung nach Fig. 3 wurde der für das Ätzen des unteren Bereichs 26 auf dem Trägerkörper 12 als Maske verwendete Photoresist 30 nicht ent¬ fernt, sondern für eine fluidische Zusatzfunktion beibehalten. Wie gezeigt, ist es neben der Erhöhung der Kanalwände auch möglich, durch den Hinter¬ schnitt die gegen Atmosphäre offene Fläche 32 zu reduzieren, wodurch die Kapillarität weiter erhöht wird. Grundsätzlich ist es auch denkbar, einen hin- terschnittenen Randbereich des Kanals 16 als unterätzte Struktur des Trä¬ gerkörpers 12 durch geeignete Wahl der Ätzparameter herzustellen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Aufbauschicht 18 den Mik- rokanal 16 über seine gesamte Tiefe seitlich begrenzt, wobei auch hier durch eine entsprechende Schichtdicke des Fotolacks 30 ein hohes Aspektverhält¬ nis erreichbar ist. Zusätzlich zu der Fotostrukturierung des Kanals 16 in der Schicht 18 kann durch vorgeschaltetes (isotropes) Ätzen der Trägerkörper 12 strukturiert werden, beispielsweise indem das Stechorgan 14 freigeätzt wird.
Fig. 5 veranschaulicht einen Verfahrensablauf zur Fotostrukturierung des Kanals 16 auf einer vorgängig geätzten Trägerstruktur. Zunächst wird der Trägerkörper 12 als Substrat mit einer ersten Fotolackschicht 30' versehen (Fig. 5a,b). Sodann erfolgt eine UV-Belichtung durch die Fotomaske 32 hin- durch, wobei unter den lichtdurchlässigen Maskenbereichen der Fotolack 30" polymerisiert bzw. gehärtet wird, während die maskierten Bereiche 34 nach dem Belichten und Entwickeln freigespült werden (Fig. 5c,d). Über die so erzeugte Freisparung 36 in der Schicht 30' erfolgt anschließend eine Beauf¬ schlagung des Trägerkörpers 12 mit einem Ätzmittel, wobei der Kanalbereich 26 isotrop freigeätzt wird. Nach dem Entfernen der Fotolackschicht 30' (Fig. 5f) wird durch eine weitere Fotostrukturierung einer zweiten Dickfilm-Schicht 30" mittels Maske 38 entsprechend dem bereits vorgeätzten Kanalverlauf eine Kanalerhöhung 28 gebildet (Fig. 5i). Der gehärtete Fotolack verbleibt als Aufbauschicht 18 permanent auf dem Substrat 12 und erfüllt damit eine flui¬ dische Funktion für einen verbesserten Flüssigkeitstransport.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verfahrensablauf wird durch mehrere suk¬ zessive Ätzschritte das Aspektverhältnis des Kanals 16 erhöht. Durch eine erste Ätzung wird entsprechend der vorstehenden Beschreibung zu Fig. 5a bis f ein oberer Teilquerschnitt 40 des Kanals 16 in dem Trägerkörper 12 gebildet (Fig. 6a bis f). Sodann wird durch mindestens einmaliges Wiederho- len dieser Schritte in einer zweiten oder weiteren Ätzung ein vertiefter Teil¬ querschnitt 42 erzeugt, so dass der Kanal 16 nahezu den gesamten Träger¬ körper 12 durchsetzt, ohne sich jedoch isotrop in die Breite zu erstrecken (Fig. 6g bis k). Grundsätzlich ist es möglich, die Ätzungen parallel von beiden Seiten des Trägerkörpers 12 her gegeneinander zu führen, bis der Kanal 16 komplett durchgeätzt ist, wobei dann zumindest die Bodenseite beispielswei¬ se durch Auflaminieren einer Folie verschlossen werden muss.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrofluidiksystem zur Entnahme einer Körperflüssigkeit mit einem vor¬ zugsweise mit einem Stechorgan (14) versehenen Trägerkörper (12) und einem darauf befindlichen halboffenen Mikrokanal (16) zum kapilla¬ ren Transport einer Flüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle (22,24), dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (12) mit ei¬ ner den Mikrokanal (16) zumindest im oberen Bereich seitlich begren¬ zenden Aufbauschicht (18) für den Flüssigkeitstransport beschichtet ist.
2. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokanal (16) einen in den Trägerkörper (12) eingebrachten, vor¬ zugsweise eingeätzten unteren Querschnittsbereich (26) und einen darüber liegenden, in der Aufbauschicht (18) ausgebildeten oberen Querschnittsbereich (28) aufweist.
3. Mikrofluidiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbauschicht (18) den Mikrokanal (16) über seine gesamte Tiefe seitlich begrenzt.
4. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Aufbauschicht (18) aus einem Fotolack (30), vorzugsweise einem Dickfilm-Fotolack besteht.
5. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Aufbauschicht (18) zur Bildung oder Erhöhung des Mikrokanals (16) fotostrukturiert ist.
6. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Aufbauschicht (18) eine Schichtdicke von mehr als 50 μm, vorzugsweise 200 bis 500 μm aufweist.
7. Mikrofluidiksystem zur Entnahme einer Körperflüssigkeit mit einem vor¬ zugsweise mit einem Stechorgan (14) versehenen Trägerkörper (12) und einem darauf befindlichen halboffenen Mikrokanal (16) zum kapilla¬ ren Transport einer Flüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle (22,24), dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokanal (16) mehrere durch sukzessive Ätzschritte von einer Oberfläche des Trägerkörpers (12) her in die Tiefe eingeätzte Teilquerschnitte (40,42) aufweist.
8. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Aspektverhältnis aus Tiefe zu Breite des Mik- rokanals (16) größer als 0,5, vorzugsweise größer als 0,8 ist.
9. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Mikrokanal (16) eine lichte Breite im Bereich von 50 bis 500 μm aufweist.
10. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Teilquerschnitte (40,42) durch fotochemisches Maskenätzen gebildet sind.
11. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Mikrokanal (16) einen vorzugsweise durch Hin¬ terätzen gebildeten Hinterschnitt im Bereich seiner Längsränder auf¬ weist.
12. Mikrofluidiksystem zur Entnahme einer Körperflüssigkeit mit einem vor¬ zugsweise mit einem Stechorgan (14) versehenen Trägerkörper (12) und einem darauf befindlichen halboffenen Mikrokanal (16) zum kapilla¬ ren Transport einer Flüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle (22,24), dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokanal (16) einen vorzugsweise durch Hinterätzen gebildeten Hinterschnitt im Bereich seiner Längsränder aufweist.
13. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Trägerkörper (12) aus einem isotrop ätzbaren Material besteht.
14. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Trägerkörper (12) als Flachformteil vorzugs¬ weise aus Metall, insbesondere Edelstahl besteht.
15. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der aus Flachmaterial gebildete Trägerkörper (12) eine Dicke von 100 bis 450 μm, vorzugsweise 150 bis 300 μm aufweist.
16. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Aufbauschicht (18) eine die Hydrophilie erhö¬ hende Zusatzsubstanz oder Zusammensetzung aufweist.
17. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Benetzbarkeit einer Wand des Mikrokanals (16) durch eine chemische Oberflächenbehandlung erhöht ist.
18. Mikrofluidiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zumindest eine Teilstruktur des Trägerkörpers (12) außerhalb des Mikrokanalbereichs, vorzugsweise das Stechorgan (14) durch Ätzen oder Stanzen gebildet ist.
19. Disposibles Probenentnahmeelement umfassend ein Mikrofluidik¬ system (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
20. Verwendung eines Mikrofluidiksystems (10) nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche zum Transport einer Probenflüssigkeit von einer Aufnahme- zu einer Zielstelle (22,24), insbesondere zum Transport in einen Detektionsbereich.
21. Verfahren zur Herstellung eines Mikrofluidiksystems zur Entnahme ei- ner Körperflüssigkeit bei welchem durch eine auf einen Trägerkörper
(12) aufgebrachte Fotolackschicht, insbesondere einen Dickfilm- Fotolack (30) ein Flüssigkeit transportierender halboffener Mikrokanal (16) erhöht oder gebildet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fo¬ tolack (30) als Dickfilm auf den Trägerkörper (12) aufgesprüht oder aufgerakelt oder durch Tauchbeschichtung aufgebracht wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass durch Maskenätzen einer ersten Fotolackschicht (30') ein Mikrokanal
(16) in den Trägerkörper (12) eingeätzt wird, und dass nach Entfernen der ersten Fotolackschicht eine zweite Fotolackschicht (30") aufge¬ bracht und zur Erhöhung des Mikrokanals (16) fotostrukturiert wird.
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