Sicherung der Funktionalität von Lab-on-a-Chip-Geräten
Mikrofluidische Lab-on-a-Chip-Systeme (LoC) integrieren komplexe Analyse- und Prozessschritte auf kleinstem Raum. Für ihre zuverlässige Funktion sind präzise definierte Geometrien und reproduzierbare Fertigungsprozesse entscheidend.
Lab-on-a-Chip-Systeme werden in der biologischen, chemischen und medizinischen Analytik eingesetzt, um Flüssigkeiten in Volumina von Pico- bis Mikrolitern zu verarbeiten. Die Funktionalität dieser Systeme hängt maßgeblich von der exakten Geometrie der mikrofluidischen Strukturen ab.
Bereits geringfügige Abweichungen in Kanaltiefe, -breite oder Ebenheit können den Flüssigkeitstransport, Mischprozesse oder Detektionsmechanismen beeinträchtigen. Optische 3D-Messverfahren erlauben eine vollständige, zerstörungsfreie Erfassung dieser Strukturen und liefern belastbare Daten zur funktionalen Bewertung.
Qualitätskontrolle und Prozesskontrolle bei der Herstellung von Lab-on-a-Chip-Systemen
In der Herstellung von Lab-on-a-Chip-Systemen – beispielsweise durch Spritzguss, Heißprägen oder Laminieren – sind enge Toleranzen und reproduzierbare Prozesse erforderlich. Optische 3D-Oberflächenmesstechnik unterstützt die Prozesskontrolle durch:
- die präzise Messung von Messkanaltiefen und -geometrien
- die Bewertung von Stufenhöhen und Ebenheit über das gesamte Bauteil
- die Analyse von Formabweichungen und Fertigungstoleranzen
Die berührungslose Messung verhindert mechanische Beeinflussung empfindlicher Strukturen und eignet sich sowohl für Laborumgebungen als auch für die produktionsnahe Qualitätssicherung.
Beispiel: Tuberkolose Test
Der Experte für Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen Hahn-Schickard entwickelt intelligente Produkte mit Mikrosystemtechnik von der Idee bis zur Fertigung. Gemeinsam mit Industriepartnern realisiert Hahn-Schickard innovative Produkte und Technologien in den Bereichen Sensorik, intelligente eingebettete Systeme für das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI), Lab-on-a-Chip (LoC) und Analytik sowie elektrochemische Energiesysteme.
Bei ihrem Lab-on-a-Chip-Design für Tuberkulose-Tests besteht eine der Herausforderungen im Herstellungsprozess darin, die Höhe der Versiegelungswerkzeuge genau auf die Kartusche abzustimmen. Ist die Höhe zu gering, ist die Versiegelungskraft zu schwach und die Kartuschen sind nicht dicht. Ist die Höhe zu hoch, kommt es zu Druckspritzern und das Schmelzprodukt kann die feinen Messkanäle verstopfen.
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Das Aufbringen der Dichtungsfolie auf die Kartuschen unseres Lab-on-a-Chip ist eine Herausforderung: Erstens muss eine hohe Dichtungsfestigkeit erreicht werden, ohne dass die feinen Messkanäle der Kartusche beim Verkleben verschlossen werden. Zweitens lassen sich Fertigungstoleranzen hinsichtlich der Spritzgusstiefen nicht vollständig eliminieren, was beim Versiegeln kompensiert werden muss. Um das Versiegelungswerkzeug präzise einzustellen, messen wir die Höhen der Kartusche mit einem Scanning-Weißlicht-Interferometer. Diese 3D-Messdaten bilden dann die Grundlage für die Konstruktion des Versiegelungswerkzeugs.
Zentrale Messparameter bei Lab-on-a-Chip-Anwendungen
Zu den entscheidenden Messgrößen bei der Charakterisierung von Lab-on-a-Chip-Systemen zählen:
- Messkanaltiefe und -breite
- Stufenhöhe zwischen Funktionsebenen
- Ebenheit und Parallelität
- flächenhafte 3D-Topografie der gesamten Kartusche oder Chipstruktur
Flächenhafte 3D-Datensätze ermöglichen eine umfassende Bewertung der Geometrie und unterstützen die Optimierung von Design, Werkzeugen und Fertigungsprozessen.
3D Messtechnik für LoC Bauteile
Optische Oberflächenprofiler mit telezentrischer Optik und hoher vertikaler Auflösung erfassen mikrofluidische Strukturen ohne Abschattungseffekte und mit hoher Messgenauigkeit. Abhängig von der Aufgabenstellung lassen sich großflächige Messungen und hochauflösende Detailanalysen flexibel kombinieren.
Micro Profiler
Micro.View-Systeme wurden für ultrahochauflösende Messungen bis in den Sub-Nanometerbereich entwickelt. Die Kombination aus fokussierter Optik und hoher vertikaler Auflösung erlaubt eine präzise Analyse von Mikrostrukturen, Oberflächenbeschaffenheit und Materialverteilung, insbesondere bei Anwendungen, bei denen selbst minimale Abweichungen relevant sind.
Macro Profiler
Pro.Surf-Systeme liefern schnelle, flächenbasierte 3D-Topografiemessungen mithilfe telezentrischer Optik. Damit lassen sich Ebenheit, Formabweichung, Parallelität und Stufenhöhen zuverlässig prüfen – sowohl über weite Messfelder als auch bei Innenmerkmalen in Bohrungen.
Metro.Lab
Metro.Lab ist ein kompakter Tisch-Oberflächenprofiler für schnelle, großflächige 3D-Messungen. Hohe Messleistung bei geringer Stellfläche – ideal, wenn Platz oder Budget begrenzt sind, aber zuverlässige 3D-Oberflächendaten gebraucht werden.
Überzeugen Sie sich vor dem Kauf von der Leistung eines Profilers – nutzen Sie unseren „Try before buy“ Ansatz.
Verwandte Anwendungen und Messaufgaben
Besprechen Sie Ihre Anforderungen mit unseren Experten
Gerne erfahren wir mehr über Ihre Bauteile, Toleranzen und Herausforderungen. Basierend darauf können wir Empfehlungen zu Technologien und Systemen geben. Oder wir zeigen Ihnen in einer kurzen Demo, wie einfach und effizient Messungen mit dem passenden Polytec Profilometer durchgeführt werden – entweder an unseren Komponenten oder direkt an Ihrem Bauteil.
