Simultane Herstellung von Mikrokanälen und
parallelen elektrisch leitenden Metalldrähten.
Magnetische Bauteile, die sich durch Anlegen eines
äußeren elektrischen Feldes steuern lassen, eignen sich für viele
verschiedene Anwendungen. Sie dienen als mikrofluidische Pumpen,
Mischer oder Ventile in miniaturisierten Lab-on-Chip-Systemen oder
helfen beim Sortieren und regelmäßigen Anordnen von magnetischen
Partikeln. Insbesondere in der Biochemie und der Zellbiologie gibt es
zahlreiche Einsatzmöglichkeiten: So können z. B. Antikörper oder
andere Liganden, die an einzelne Biomoleküle oder an
Oberflächenstrukturen ganzer Zellen binden, an magnetische Kügelchen
gekoppelt werden, ihre spezifischen Bindungspartner auch in komplexen
Mischungen erkennen und anschließend mit Hilfe eines Elektromagneten
herausgefischt werden. Elektromagneten besitzen gegenüber permanenten
Magneten den Vorteil, dass man sie mit Hilfe des elektrischen Stroms
an- oder ausschalten kann. Außerdem lässt sich die Feldstärke auf
einen gewünschten Wert einstellen und bei Bedarf verändern. Sie haben
allerdings den Nachteil, dass sie schwächere magnetische Felder
erzeugen und deshalb möglichst in unmittelbarer Nachbarschaft zum
Einsatzort angebracht werden sollten.
Eine Methode, um mit geringem Aufwand einen
mikrofluidischen Kanal und im Abstand von nur 10 µm parallel dazu zwei
Metallkabel als Elektromagnete herzustellen, haben G. M. Whitesides
und seine Mitarbeiter von der Harvard University, Cambridge, USA
entwickelt. Zunächst wird die Struktur bestehend aus einem 40 µm
breiten und 40 µm tiefen inneren und zwei links und rechts
benachbarten 120 µm breiten und 40 µm tiefen äußeren Kanälen
lithographisch in ein Polydimethylsiloxanharz eingeprägt. Durch eine
Behandlung mit 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan werden die Oberflächen
der äußeren Kanäle silanisiert. Dadurch können sie mit geschmolzenem
Lötmetall benetzt werden, das im nächsten Schritt in die erwärmten
Grundformen eingefüllt wird. Beim Abkühlen erstarrt das flüssige
Metall und bildet so zwei stabile Metallkabel links und rechts vom
inneren Kanal. Im Inneren dieses Kanals ließen sich durch Anlegen
einer elektrischen Spannung an die beiden Drähte magnetische Felder
mit einer Stärke von bis zu 2,8 mT erzeugen.
Auch ein gesteuerter Transport von magnetischen
Kügelchen im Kanal war möglich: Die Wissenschaftler stellten einen
Kanal mit parallelen Drähten her, der sich nach wenigen Millimetern in
zwei getrennte Äste gabelte. Durch diesen Kanal floss eine Suspension
von magnetischen Kügelchen. Wurde nun der elektrische Strom im rechten
Draht eingeschaltet, so wanderten die Kügelchen an der Gabelung in den
rechten Ast und umgekehrt.
