Hydrogel-Aktoren - GeSiM mbH
Hydrogel-Aktoren - GeSiM mbH
Hydrogel-Aktoren - GeSiM mbH
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MIKROFLUIDIK<br />
HYDROGELVENTILE<br />
TOTVOLUMENFREIE MIKROFLUIDISCHE SCHALTER<br />
Der Mikrofluidik gehört die Zukunft, weil sie schnelle<br />
Ergebnisse liefert und nur winzigste Substanzmengen<br />
benötigt. Ein Problem dabei sind Ventile, die klein sein<br />
müssen, damit sie in das Fluidiksystem integriert werden<br />
können. Solche Ventile enthalten aber oft störanfällige,<br />
nicht druckstabile Membransysteme.<br />
In Kooperation mit der TU Dresden haben wir ein besonders<br />
einfaches mikrofluidisches Ventil entwickelt. Es enthält<br />
keine mechanischen Bauteile, sondern ein <strong>Hydrogel</strong>,<br />
das sich in wässrigen Flüssigkeiten beim Erwärmen<br />
zusammenzieht und damit den Kanal öffnet. Die Schalttemperatur<br />
(34 °C) ist biokompatibel und eignet sich<br />
daher ideal für Lab-on-a-Chip-Systeme. <strong>Hydrogel</strong>ventile<br />
sind druckdicht und autoklavierbar, öffnen sich sekundenschnell<br />
und erlauben viele Arbeitszyklen.<br />
Das <strong>GeSiM</strong>-<strong>Hydrogel</strong>ventil ist in folgenden Ausführungen<br />
lieferbar:<br />
� Partikel-Aktor: er enthält <strong>Hydrogel</strong>partikel in einer Siliziumkammer<br />
mit Heizer und Temperatursensor. Dies<br />
ist ein erprobtes, konfektioniertes Bauteil, eingebaut<br />
in ein Gehäuse mit Standardanschlüssen.<br />
� Film-Aktor: winzige <strong>Hydrogel</strong>-Blöcke werden per Photolithographie<br />
direkt im Kanal polymerisiert. Dies ist<br />
eine Sonderanfertigung, bitte kontaktieren Sie uns!<br />
<strong>Hydrogel</strong>ventile, z. B. das kompakte, autoklavierbare<br />
PV7, werden auch zur Kontrolle der Fluidikeingänge in<br />
der <strong>GeSiM</strong> Mikroskopierzelle "MicCell" verwendet (s. separates<br />
Datenblatt).<br />
Beachten Sie bitte auch unser anderes (hier nicht gezeigtes)<br />
mikrofluidisches Ventil, ein Drehventil aus PDMS.<br />
<strong>GeSiM</strong><br />
Partikel-Aktor: "Polyvalve 5" (PV5) mit Heizschleifen<br />
über der Aktorkammer (links) und eingebaut in Standardgehäuse<br />
(rechts)<br />
Partikel-Aktor PV7<br />
(Pfeil) im Schraub-<br />
Fitting als Kontrollelement<br />
in der <strong>GeSiM</strong>-<br />
Mikroskopierzelle<br />
Film-Aktor: REM-Aufnahme eines photopolymerisierten<br />
<strong>Hydrogel</strong>s, zu sehen als Erhebung zwischen zwei<br />
Kanalwänden aus Photoresist über einem Heizelement<br />
(hell)<br />
www.gesim.de
<strong>Hydrogel</strong>-<strong>Aktoren</strong><br />
Spezifikationen des Aktor-Gels<br />
� Polymerisation aus gereinigtem N-Isopropylacrylamid<br />
(PNIPAAm)<br />
� Standard-Phasenübergang bei 34 °C, bei Abkühlung<br />
mehr als zehnfacher Volumenanstieg<br />
� Benötigt pH-neutrale wässrige Lösungen, toleriert<br />
aber u. a. < 15 % Methanol, Ethanol und Aceton, <<br />
5 % 1-Propanol, > 75 % Methanol und 1-Propanol<br />
� Heizung durch elektrischen Leiter auf der Mikrostruktur,<br />
gesteuert durch Temperatursensor<br />
Partikel-Aktor<br />
� Gemahlenes Polymer wird in die Mikrokammer gefüllt<br />
(zielgenau mit dem <strong>GeSiM</strong> Nano-Plotter mit innovativem<br />
Pulverdosierer und automatischer Bilderkennung)<br />
� PEEK-Gehäuse, gedichtet durch O-Ringe, mit Standardanschlüssen<br />
(UNF 1/4-28)<br />
� Totvolumen inklusive Gehäuse ca. 5 µl (PV5)<br />
� Im Ruhezustand geschlossene Ventile ("normally<br />
closed")<br />
� Heizleistung max. 250 mW bei 3,5 – 5 V<br />
� Schaltzeiten: ca. eine Sekunde öffnen, ca. drei Sekunden<br />
schließen (mit zusätzlicher Peltier-Kühlung)<br />
5<br />
� Druckdicht bis mindestens 5 bar (5·10 Pa)<br />
� Verschiedene Ventilarten: Kanal-Chip im Standardgehäuse<br />
(PV5) oder kleinere, senkrecht durchströmte<br />
Chips eingebaut in Standard-Fittings (PV6, PV7)<br />
� "Nackte" Chips ohne Kunststoffgehäuse erhältlich<br />
Film-Aktor (Sonderanfertigung)<br />
Photoinduzierte Polymerisation in Mikrokanälen unter<br />
Benutzung maßgeschneiderter Photomasken. Bitte fragen<br />
Sie!<br />
<strong>Hydrogel</strong>ventil<br />
Elektrische<br />
Kontakte<br />
Standard-Fitting<br />
(zum Mikrokanal)<br />
Schema der <strong>Hydrogel</strong>ventile im UNF-Fitting (PV6 und<br />
PV7). Links: zur manuellen Probenaufgabe in einem<br />
Mikrotrichter (rot). Rechts: zur automatischen Probeninjektion<br />
durch eine Kapillare (ID 25 – 762 µm).<br />
Aktor-<br />
Kammer<br />
Heizer + T-Sensor<br />
Aufbau des Partikelaktor-Standardventils PV5; Flussrichtung<br />
grün dargestellt<br />
µl/min<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 5 10 15 20<br />
min<br />
25 30 35 40<br />
Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme <strong>mbH</strong><br />
Rossendorfer Technologiezentrum<br />
Bautzner Landstraße 45<br />
01454 Großerkmannsdorf, Deutschland<br />
Telefon +49 (0)351 - 2695 322<br />
Telefax +49 (0)351 - 2695 320<br />
info@gesim.de<br />
www.gesim.de Änderungen vorbehalten<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
T (°C)<br />
Schaltleistung des <strong>Hydrogel</strong>ventils unter Normalbedingungen<br />
(250 mW)<br />
<strong>Hydrogel</strong>ventil PV6 mit kleinem<br />
Totvolumen, bestehend aus<br />
zwei aufeinander geklebten<br />
Siliziumstücken mit Heizer und<br />
Temperatursensor. Die Aktorkammer<br />
in der Mitte enthält<br />
durchgeätzte Löcher, welche die<br />
senkrechte Durchströmung erlauben.<br />
Beim PV7 erfolgt die<br />
Kontaktierung zum Chip direkt,<br />
ohne grüne Leiterplatte.<br />
REM-Aufnahme einer geöffneten PV6-Aktorkammer mit<br />
dehydratsisierten <strong>Hydrogel</strong>partikeln<br />
MIKROFLUIDIK<br />
2009
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