Fraunhofer-ILT Laserinduziertes Ätzen von Glas-Biochips für die Medizintechnik

In der medizinischen Forschung werden Biochips mit Mikrokanälen von 100 µm Durchmesser, das entspricht in etwa der Dicke eines Menschenhaares, für Schnelltests eingesetzt. Die Kanäle in den dünnen Plättchen fassen etwa einen Tropfen Flüssigkeit, meist Blut, die dann mit einer speziellen medizinischen Apparatur analysiert wird. Derzeit werden für diese Zwecke Biochips aus Plastik verwendet. Diese können jedoch das Testergebnis verfälschen.

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Der Grund: Stoffe aus dem Kunststoff können in die Testflüssigkeit diffundieren. Immer häufiger fordern Partner aus der Medizintechnik deshalb Biochips aus Glas. Denn diese sind chemisch neutral und eignen sich wesentlich besser für medizinische Analysezwecke als Kunststoff-Biochips.

Mikrokanäle in Glasbauteile ätzen

Bislang gab es allerdings noch kein Verfahren zur Herstellung von Mikrokanälen in Glasbauteilen. Mit dem ISLE-Verfahren stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT nun erstmals ein Herstellungsverfahren für Mikrokanäle, Formbohrungen und -schnitte in transparenten Glasbauteilen zur Verfügung.

Beim selektiven laserinduzierten Ätzen wird das transparente Bauteil innen zunächst dort mit dem Laser bestrahlt, wo später eine Struktur, zum Beispiel ein Kanal, entstehen soll. Wichtig ist, dass das Bauteil auch bis zum Rand bearbeitet wird, damit der Kanal einen Ein- und Ausgang hat.

Winzige Glasröhrchen mit 8 µm Wanddicke sind herstellbar

An den belichteten Stellen besitzt das Material nun eine andere Struktur als an den unbehandelten. Es weist dort eine 300 mal höhere Ätzbarkeit auf als das unbelichtete Material. Nun wird das Bauteil in ein Bad aus spezieller, umweltschonender Ätzflüssigkeit gelegt. Das belichtete Material wird weggeätzt.

Anschließend wird das Bauteil gereinigt und zurück bleibt die gewünschte Geometrie, in diesem Fall ein feines Kanalsystem. Auf diese Weise können aber auch Bohrungen vorgenommen, winzige Röhrchen mit 1 mm Durchmesser, 1 mm Länge und einer Wanddicke von 8 µm hergestellt sowie Miniatur-Zahnräder für die Uhrenindustrie ausgestanzt werden (Bilder 1 und 2 – siehe Bildergalerie).

Laser darf Glas nicht beschädigen

„Die größte Herausforderung besteht darin, Beschädigungen im Glas zu vermeiden“, sagt Dr. Jens Gottmann, Projektleiter am Fraunhofer-ILT. „Denn durch das Umschmelzen im Glas entstehen Spannungen, die zu Rissen im Material führen und das Bauteil unbrauchbar machen können. Wichtig ist dabei die optimale Einstellung der Strahlungsparameter, an der wir permanent arbeiten.“

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