Foto: Zahnrad in 1 Millimeter dickes Quarzglas gelasert
Das Bauteil muss bis zum Rand
bearbeitet werden, damit der Kanal
einen Ein- und Ausgang hat;
©Fraunhofer ILT

Mit dem ISLE-Verfahren (In-volume Selective Laser Etching) lassen sich mikrometerfeine Strukturen in transparenten Bauteilen aus Quarzglas, Borosilikatglas, Saphir und Rubin erzeugen.

In der medizinischen Forschung werden Biochips mit Mikrokanälen von 100 Mikrometern Durchmesse für Schnelltests eingesetzt. Die Kanäle in den dünnen Plättchen fassen etwa einen Tropfen Flüssigkeit, meist Blut, die dann mithilfe einer speziellen medizinischen Apparatur analysiert wird.

Derzeit werden für diese Zwecke Biochips aus Plastik verwendet. Diese können jedoch das Testergebnis verfälschen, da Stoffe aus dem Kunststoff in die Testflüssigkeit diffundieren können. Immer häufiger fordern Partner aus der Medizintechnik daher Biochips aus Glas. Denn diese sind chemisch neutral und eignen sich wesentlich besser für medizinische Analysezwecke als Plastik-Biochips. Bislang gab es allerdings noch kein Verfahren zur Herstellung von Mikrokanälen in Glas-Bauteilen.

Mit dem ISLE-Verfahren stellt das Fraunhofer ILT nun erstmals ein Herstellungsverfahren für Mikrokanäle, Formbohrungen und –schnitte in transparenten Glas-Bauteilen 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. 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 von einem Millimeter Durchmesser, einem Millimeter Länge und einer Wandstärke von 8 Mikrometern hergestellt sowie Miniatur-Zahnräder für die Uhrenindustrie ausgestanzt werden.

„Die größte Herausforderung besteht darin, Beschädigungen im Glas zu vermeiden“, so Doktor 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. Hier kommt es auf die optimale Einstellung der Strahlungsparameter an, an der wir permanent arbeiten.“

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT