2-Photonen-Polymerisation zur Erstellung fluidischer 3D Mikrostrukturen
Kurzfassung:
Wir nutzen die Technologie der 2-Photonen-Polymerisation zur Erstellung komplexer dreidimensionaler Mikrostrukturen in Photopolymeren. Die hohe Schreibgeschwindigkeit moderner Geräte erlaubt dabei eine Prozessierung auf Waferebene. In diesem Projekt werden neuartige mikrofluidische Elemente entworfen und hergestellt, die direkt in Mikrokanäle geschrieben werden können, so z. B. Filter, Mischer, Ventile, Flusssensoren, bewegliche Elemente oder auch optofluidische Komponenten.
Projektbeschreibung:
Während die Einphotonenabsorption, genutzt in der Standardlithographie, alle Moleküle entlang des gesamten Strahlenganges meist mittels UV-Licht anregt, werden bei der 2-Photonen Absorption nur die Moleküle im Fokus eines Laserstrahls angeregt. Die 3D-Laserlithographie mittels 2-Photonen-Polymerisation basiert auf dem Prozess der Anregung von lichtempfindlichen Molekülen durch die gleichzeitige Absorption von zwei Photonen mit niedriger Energie (Wellenlänge ca. 780 nm). Dieser nichtlineare Prozess kann mit Hilfe von Femtosekundenlasern so technisch umgesetzt werden, dass die Photonendichte nur im Fokus des Laserstrahls für die simultane Absorption hoch genug ist. Durch das Bewegen des Laserfokus durch den Photoresist können dreidimensionale Strukturen Punkt für Punkt im Submikrometerbereich geschrieben werden. Die 3D-Technologie verknüpft damit die Strukturbreiten von planarer Mikrofertigung mit dem 3D-Druck.
Der Fokus unserer Forschung liegt insbesondere auf dem Druck und der Integration von dreidimensionalen Strukturen innerhalb eines mikrofluidischen Kanals oder einer Kammer. Als erste Varianten haben wir eine Siebstruktur für Partikel und Zellen mit Öffnungen von wenigen Mikrometern realisiert (a), sowie mikrofluidische Wechselmischer, bei denen ein laminarer Fluss aus zwei Phasen durch vielfaches Wechseln von Ein- und Auslässen zu einem Fluss mit mehreren Grenzflächen überführt wird (b).
Weitere Arbeiten befassen sich mit dem Schreiben von beweglichen Komponenten. Dabei handelt es sich zum einen um Feder-basierte Elemente wie z. B. eine bewegliche Linse, eine Ventilklappe (c) oder einen Flusssensor (d). Zum anderen stellen wir frei bewegliche Elemente wie z. B. Klappen zum Schließen von Zellfallen her (e). Hier testen wir auch elektrostatische und magnetische Aktuierungsmechanismen.
Kontakt:
Sina Reede
IMSAS, NW1, Room O-2150
Tel: +49 421 218 62579
E-mail: sreedeprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de
WiebkeGehlken
IMSAS, NW1, Room N-2160
Tel: +49 421 218 62613
E-mail: wgehlkenprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de
Prof. Dr.-Ing. M. Vellekoop
IMSAS, NW1, Raum O2140
Tel.: +49 421 218 62604
E-mail: mvellekoopprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de
Für dieses Projekt wurde 2017 ein Nanoscribe Photonic Professional GT beschafft, teilweise finanziert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Förderprogramms „Forschungsgroßgeräte“ nach Art.91b GG (GZ: INST 144/395-1 FUGG).
Ausgewählte Veröffentlichungen:
Gehlken W, Reede S, and Vellekoop MJ, “Implementation of Fragile Holding Structures for Rotating Elements in the Printing Process of 2-Photon-Polymerization”, Proc. MikroSystemTechnik Kongress 2021, pp. 178-181.
Oellers M, Lucklum F, Vellekoop MJ, “On-chip mixing of liquids with swap structures written by two-photon polymerization”, Microfluid Nanofluid (2020) 24: 4.
M. Oellers, F. Bunge, F. Lucklum, P.P. Vinayaka, C. Habben, M. Kirsch, S. van den Driesche, and M. J. Vellekoop, “Microfluidic swap structure to enhance on-chip liquid mixing”, IEEE SENSORS (2017). DOI:10.1109/ICSENS.2017.8234445
S. Reede, I. Eichhorn, M. Oellers, A. Schander, M. J. Vellekoop, “Two-Photon Polymerized Flow Sensor Integrated in a Microfluidic Channel with Optoelectronic Readout”, Proc. IEEE Sensors Conf. (2020).
S. Reede, M. J. Vellekoop, H. Müller-Landau, N. Matscheko, U. Rant, F. Lucklum. A5.3 Single Cell Immobilization at High Flow Rates Using 2PP-Traps in a Microfluidic Channel. SMSI 2020-Sensors and Instrumentation, 81-82, 2020.