Biomedizinische Anwendungen sind der anspruchsvollste und spannendste Bereich für die Mikrofluidik, d. h. sehr kleine Flüssigkeitsmengen, die durch Kanäle fließen, die von winzigen Kapillaren bis zu 1 mm langen "Pipelines" reichen. Entwicklung von neuen Medikamenten, genetische Studien, Point-of-Care-Diagnostik und die schnelle Analyse von Luft und Wasser auf das Vorhandensein von Toxinen und Krankheitserregern sind nur einige der Bereiche, in denen mikrofluidische Produkte entwickelt werden - und in denen ein schnelles Prototyping erforderlich ist. Ein typischer Prototyp eines mikrofluidischen Systems besteht aus einer Fluid-Handling-Struktur mit Miniaturkanälen, Vertiefungen, Mischstrukturen und Verbindungsanschlüssen, die mit externen Mikropumpen, Mikroventilen, elektronischen Modulen und ähnlichen Antriebs- und Analysemodulen verbunden sind. Die Fluid-Handling-Struktur ist bei fast jeder Anwendung anders, und die frühe Phase des Prototyping und der Optimierung des Systems erfordert oft den Bau kleiner Mengen verschiedener Designs.
Da die Komplexität des Designs von "Lab-on-a-Chip"-Systemen rapide zunimmt, betrachten Ingenieure nun die Mehrschichtkonfiguration für mikrofluidische Geräte als eine interessante Option, mit der eine größere Anzahl von Analysen auf der gleichen Grundfläche wie mit einem abgedichteten Einschichtgerät durchgeführt werden kann. Das Grundkonzept dieser Konstruktionen besteht darin, dass in jeder Schicht des Geräts ein oder mehrere Analyseschritte durchgeführt werden können, wobei die verschiedenen Schichten über kleine Durchgangslöcher miteinander verbunden sind. Potomac hat vor kurzem seine digitalen Werkzeuge um diese Mikrofabrikationsmöglichkeiten erweitert, um seinen Kunden die schnellsten und kostengünstigsten Mikrofluidik-Fertigungstechnologien anbieten zu können.
The fabrication process utilizes a CAD drawing of the device submitted by the designer that is also used down in the road for quality control purposes. Potomac closely works with the customers to provide the drawings that can readily be used with applicable micro-fabrication systems. Depending on the specific design requirements, various available microfabrication tools such as lasers, micro-CNC, hot embossing, 3D printing, PDMS casting, etc. are used to process individual layers. Microfluidic components, for example microchannels as small as ~25µm in width and/or depth and via holes starting from <10µm in diameter, are patterned and finally the layers are cut into the desired contour. Quality control of the individual layers is also performed before integration that involves measurement of critical dimensions such as microchannel width, depth, and/or spacing and verification that channels and holes are free of contaminants and fine debris.
Die Ausrichtung und das Verkleben der Schichten sind kritische Schritte bei der Herstellung von mehrschichtigen Geräten. Die Verwendung von druckempfindlichen Klebstoffschichten (PSA) zum Verkleben und Abdichten ist die einfachste und kostengünstigste verfügbare Technik. Die Klebeverbindung ermöglicht außerdem die einfache Integration nicht ähnlicher Standard- oder sogar unkonventioneller Materialien in mikrofluidische Anwendungen. Bei diesem Verfahren werden die Schichten aus medizinischem Klebstoff zunächst mit einem UV-Laser präzise strukturiert, um eine Verbindung zwischen den einzelnen Schichten des Geräts zu ermöglichen. Diese Klebefolien werden dann ausgerichtet und zwischen die einzelnen Schichten der Vorrichtung laminiert. Ein abschließender spezieller Nachbearbeitungsschritt für PSA-verklebte Chips wird ebenfalls durchgeführt, um die Qualität und Stärke der Verklebung zu verbessern. Der Klebeversiegelungs- und Klebeprozess wird durch die Verwendung von speziell formulierten, handelsüblichen Klebebändern, die im Schnelldrehverfahren von Potomac eingesetzt werden, weiter vereinfacht. Potomac bietet auch verschiedene alternative Klebetechnologien an, darunter lösungsmittelbasiertes Kleben, thermisches Kleben und Laserschweißen, je nach den Materialien und den durch die endgültige mikrofluidische Anwendung auferlegten Beschränkungen.
Diese laufende Entwicklungsarbeit steht im Einklang mit anderen Mikrofabrikationsdiensten von Potomac, die darauf abzielen, Designern schnelle und kostengünstige Ansätze zur Herstellung mikrofluidischer Strömungsstrukturen zu bieten. Die Designer sind nun in der Lage, schnell neue Konzepte für mehrschichtige Konfigurationen zu erforschen, indem sie kundenspezifische Designs, die sie auf ihren Computern entwickelt und über das Internet eingereicht haben, digital herstellen und aus gängigen Mikrofluidikmaterialien fertigen. Potomac bietet auch weiterhin umfassende Dienstleistungen im Bereich der Mikrofabrikation an, die seinen Kunden helfen, geeignete Prototyping- und Produktionsprozesse für ihre neuen mikrofluidischen Designs zu entwickeln.
