Polymerchips mit integrierten Lasern

  • 29. September 2011

Lab-on-a-Chip-Systeme für die biomedizinische Analyse.

Biosensoren werden in der Analytik zum Nachweis biochemischer Vorgänge und Stoffe eingesetzt. Vor allem klinische Tests, Nahrungsmittelanalysen und Patientenmonitoring erzeugen einen hohen Bedarf an günstigen sensitiven Fluidiksensorsystemen mit breiten Einsatzmöglichkeiten. Viele gebräuchliche Lab-on-a-Chip-Systeme werden auf Silizium oder Glas hergestellt, in die Mikrostrukturen eingebracht werden.

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Abb.: Integrierte Laserquelle (Bild: KIT)



Für biomedizinische Nachweise, die auf Fluoreszenzanregung basieren, werden aus breitbandigen Lichtquellen die jeweils erforderlichen Anregewellenlängen ausgefiltert. Um Chips möglichst rentabel zur Verwendung als Einwegprodukt anbieten zu können, ist eine parallele Fertigung und der Einsatz von günstigeren Materialien von Vorteil.

Wissenschaftler des Instituts für Mikrostrukturtechnik und des Lichttechnischen Instituts des Karlsruher Instituts für Technologie entwickeln gemeinsam Lab-on-a-Chip-Systeme aus Polymeren, in die Laserquellen integriert werden, welche in der Wellenlänge über einen breiten Bereich im sichtbaren Spektrum frei wählbar sind. Diese Chips sind für die Analyse von Fluiden auf der Basis von Fluoreszenzmarkern geeignet. Die frei einstellbare Emissionswellenlänge der integrierten Laser wird über die einfache Definition geometrischer Parameter erzielt, ein einzelner Chip kann damit über gut ein Dutzend unabhängiger Laser verfügen, welche das Anregen verschiedener Fluoreszenzmarker ermöglichen. Der Laserstrahl wird in einen monolithisch eingebrachten Lichtwellenleiter eingekoppelt, der einen ebenfalls auf dem Chip strukturierten Mikrofluidikkanal kreuzt, durch den der Analyt geleitet wird.

Der Chip besteht vollständig aus günstigen Polymeren, in die durch einen einzigen Replikationsschritt sowohl die photonischen als auch die fluidischen Strukturen definiert werden. Der optionale Wellenleiter wird mittels UV-Lithografie erzeugt. Das auf das Gitter aufgebrachte laseraktive Material und die mirkofluidischen Kanäle werden in einem letzten Schritt gekapselt. In einem Demonstrator konnten bereits 10 Mikrolaser auf einem deckglasgroßen Chip untergebracht werden.

KIT / PH

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