Plastic freeforming of liquid-tight microfluidic components

Eine konstruktive Anpassung der inneren Struktur minimiert die schwimmenden Überhänge im Bereich der Strömungskanäle. Durch diese Anpassung kann auf den Einsatz jeglicher Art von Trägermaterialien verzichtet werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass keine Rückstände von wasserlöslichem oder nicht biokompatiblem Material im System verbleiben. Neben dem Verzicht auf Trägermaterial war es das Ziel, das Zellkulturreservoir ohne Klebstoffe auf den Polymerchip aufzubringen. Im PF-Verfahren können die Polymerchips in die Baukammer eingelegt und direkt gedruckt werden. Die Ablagerung der geschmolzenen Polymertröpfchen auf den thermoplastischen Grundchips ähnelt dem Schweißprozess von Polymeren. Die Zellkultur-Reservoirs haben die Aufgabe, die mikrofluidischen in mikrophysiologische Systeme aufzunehmen, zu speichern und weiterzuleiten. Daher ist die Dichtheit des gesamten Systems entscheidend, um die Funktionalität zu gewährleisten. Die Struktur wird durch Aufbringen einzelner Polymertröpfchen erzeugt, so dass sich zwischen den Tröpfchen Hohlräume bilden. Die Optimierung der Prozessparameter zielte darauf ab, die Porosität der Zellkulturreservoirs zu minimieren, um die Flüssigkeitsdichtigkeit zu gewährleisten. Die Zellkulturreservoirs wurden mit einer 0,2 mm Düse hergestellt, die Schichtdicke beträgt etwa 0,15 mm.

Verfahren
Durch die Einstellung des Formfaktors (FF) kann der Füllungsgrad und damit das Porenvolumen variiert werden. Neben dem Einfluss des Formfaktors wird auch der Einfluss der Prozesstemperatur (Materialaufbereitung und Baukammertemperatur) untersucht. Diese Prozessparameter beeinflussen die Massetemperatur der geschmolzenen Polymertröpfchen. Eine Temperaturerhöhung führt zu einer Abnahme der Viskosität. Eine Verringerung der Viskosität verbessert erwartungsgemäß die Benetzbarkeit der Tröpfchen, so dass weniger Kavitäten gebildet werden. Es ist daher zu erwarten, dass die geringere Viskosität zu einer Verringerung des Porenvolumens führt. Das Erstarrungsverhalten der Polymertröpfchen unmittelbar nach der Abscheidung wird hauptsächlich von der Temperatur der Baukammer beeinflusst.

Errungenschaften

Die Abbildung zeigt die dreidimensionale Ansicht von drei Zellkulturbehältern. Die gelb gefärbten Bereiche markieren die Poren in den Testproben. In der Mitte des Bildes sind die integrierten Strukturen deutlich zu erkennen. Es ist deutlich zu erkennen, dass ein niedriger Formfaktor und eine hohe Temperatur in der Baukammer zu einer Verringerung des Porenvolumens führen.

Einleitung und Zielsetzung

Das Plastic Freeforming (PF) ermöglicht die erfolgreiche Konstruktion von anwendungsspezifischen Reservoirs und Zellkultursegmenten direkt auf einer universellen Mikrobearbeitungsplattform (Polymerchip). Die Zellkulturreservoirs wurden aus dem Copolymer ABS hergestellt. Der Fokus lag auf der Optimierung der Prozessparameter bezüglich der Flüssigkeitsdichtigkeit und der Verklebung auf dem Polymerchip aus PC.