Flexibles Werkzeugsystem für ein UV-induziertes Spritzgussverfahren zur Erzeugung mikrofluidischer Einwegsensoren

Ein neuer, vielversprechender Ansatz zur Erzeugung von doppelseitigen mikrostrukturierten Polymerfilmen ist das Spritzgießen von Urethan- und Epoxy-basierten Acrylaten, die durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (395 nm) polymerisiert werden. Im Vergleich zum Heißprägen ermöglicht das UV-induzierte Spritzgussverfahren nicht nur das Arbeiten unter Umgebungsbedingungen, sondern auch eine Verkürzung der Zykluszeit sowie Flexibilität hinsichtlich der Zusammensetzung der Acrylatmischung und damit eine einfache Einstellung der mechanischen und chemischen Eigenschaften des resultierenden Polyacrylatfilms (wie z. B. Elastizitätsmodul, Übergangstemperatur und Sprödigkeit). Hierfür wurde ein Versuchsstand aufgebaut, der aus einem neuen, innovativen Werkzeugkonzept und dem darin aufgenommenen mikrostrukturierten Formeinsatz sowie zwei UV-Licht emittierenden LED-Lampen besteht. Für deren Bewegung über das Werkzeug wurde ein steuerbarer Schrittmotor und eine computerbasierte Steuerung installiert und erfolgreich für die Herstellung von doppelseitigen mikrostrukturierten Polyacrylatfolien eingesetzt. Diese beidseitig mikrostrukturierten und funktionalisierten Verbundpolymerfolien mit hochpräzisen Mikrofluidikgeometrien werden für die Mikrosystemtechnik, insbesondere für mikrofluidische Biosensoren und Lab-on-the-Chip (LOC) Systeme hergestellt.Vor dem Hintergrund der Blutanalyse mit biomedizinischen Einwegsensoren sind Bereiche mit hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften in der Mikrofluidstruktur erforderlich. Deshalb wurde neben der Entwicklung entsprechender Acrylate ein neues und innovatives Werkzeugsystem für den UV-induzierten 2 Komponenten-Spritzguss biomedizinischer Einwegprodukte erarbeitet.Die geometrischen Abmessungen der Mikrostrukturen (z. B. Rippen, Kanäle, scharfe Kanten und schräge Ebenen) erfordern unterschiedliche Technologien zum Bearbeiten der Werkzeugeinsätze. Daher wurden Mikrofräsen- und m-Laserablationstechnologien, in Kombination mit Laserpoliervorgängen in speziellen Bereichen, eingesetzt. Ein hochpräzises, komplex gestaltetes Werkzeugsystem mit mechanisch beweglichen Bereichen wird benötigt, um das Werkzeug mit den zwei verschiedenen chemischen Formulierungen zu füllen. Der Beitrag wird das Werkzeugkonzept im Detail vorstellen und die speziellen Oberflächenbehandlungsmöglichkeiten der Bearbeitungstechnologien erläutern. Dies beinhaltet die Einbindung in die Gesamtkonstruktion der Versuchsanlage sowie konstruktive Detaillösungen für die Mehrkomponentenbefüllung und die beweglichen Werkzeugelemente. Zudem werden die Entformungsprobleme bei der Abformung diskutiert und geeignete Lösungen durch nicht haftende Beschichtungen veranschaulicht.