Felületi mikrostruktúrával rendelkező szerkezetek fröccsöntés-technológiájának fejlesztése mikrofluidikai alkalmazásokhoz
A mikrostruktúrált felületek elterjedése a nyolcvanas években kezdődött, a CD megjelenésével. A korongon kialakított mikromintázat segítségével az egyik legelterjedtebb adathordozó lett a XX. század végére. Azonban a mikrostruktúrák nem csak információtárolásra alkalmasak. A mérettartományból fakadóan a felület fizikai tulajdonságait képesek megváltoztatni, megfelelő kialakítással például hidrofób határréteg hozható létre az anyagok felületén. Mikrocsatornákban történő folyadékáramlás jelentős eltérést mutat a makrotartományban tapasztaltakhoz képest. Az egyik ilyen szembetűnő változás az egycsatornában együtt közlekedő folyadékok lamináris áramlása. Azaz két érintkező folyadék között nem az örvényes keveredés dominál, hanem egymással a határfelületükön létrejövő felületi diffúzió révén elegyednek [1]. Ennek köszönhetően jól behatárolható és szabályozható mikrofluidikai eszközökben a folyadékok reakciós felületének helye és nagysága, így nagyon pontos kémiai analízist tesznek lehetővé. Napjainkra már széles körben elterjedt az alkalmazásuk, például a biotechnológia vagy orvostechnika területén [2].
A mikrofluidikai eszközök a mikroelektronikai ipar leszármazottaiként jöttek létre. Így a gyártás kezdeti időszakában a MEMS (Microelectromechanical systems) esetében alkalmazott technológiákkal készültek. Jellemzően ezek úgynevezett kemény litográfiás módszerek, melyeknek fő alapanyagai a szilícium és az üveg. Ezek az előállítási technikák viszonylag lassúak, az alapanyag költség pedig jelentős. Fejlesztő laborokon belül az előbbiekben említett módszerek segítségével hozzák létre az ősmintát, mely a struktúra negatívját tartalmazza. Erre általában térhálósodó polimer gyantát öntenek, mely a szilárdulás után a kész mikrofuidikai lap alapját képezi. A gyártási folyamat egészen lassú, egy lap előállítása kész struktúraterv esetén három-négy nap munkát jelent a kutatók számára. Látható, hogy az alábbi módszer nem alkalmas a termelékeny gyártásra. Jelenleg a világon csak néhány cég foglalkozik mikrofluidikai lapok sorozatgyártásával. Az MTA Műszaki Fizika és Anyagtudományi Intézetének MEMS Laboratóriumában merült fel az igény egy olyan gyorsabb módszerre, amivel a kutatók is képesek lennének kisszériában, tízes-százas darabszámban előállítani a mikrofluidikai lapokat.
A TDK munkám során vizsgálom, hogy 3D nyomtatási technológiával kialakítható-e a kívánt felbontású ősminta. Továbbá a fröccsöntéshez fémporral töltött gyanta alapanyagú gyors szerszám inzertet hozunk létre, melynek mintahűségét ellenőrizzük, valamint megvizsgáljuk, hogy alkalmas-e megfelelő minőségű termékek gyártására.
Irodalom:
[1] Kirby, B.J. : Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices. Cambridge University Press (2010).
[2] Nagy A. : Többcsatornás mikrofluidikai rendszerek fejlesztése kromatográfiás alkalmazásokhoz. Debreceni Egyetem, Debrecen (2015).
szerző
-
Garai Ilka
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Kovács Norbert Krisztián
adjunktus, Polimertechnika Tanszék -
Dr. Fürjes Péter
tudományos főmunkatárs, MTA Természettudományi Kutatóközpont - Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet - MEMS LAB (külső)
