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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mikrotechnisches Bauelement
zur Untersuchung einer Eigenschaft einer fluidischen Probe und insbesondere
auf ein mikrotechnisches Bauelement und eine Anordnung zur Messung
von biologischen, biochemischen oder chemischen Funktionen (Bio-BE). Ferner
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen mikrotechnischen Bauelements.
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Speziell
im Anwendungsfeld der Diagnostik und Analyse von Seren oder allgemein
zu testenden Probenmedien wie beispielsweise fluidische Proben in
der Biologie, in der Biochemie oder in der Chemie werden zusehends
miniaturisierte Komponenten entwickelt und eingesetzt. Die Miniaturisierung
im Bereich biologischer, chemischer oder biochemischer Sensoren
oder Analysemodule wird umso interessanter, je hochwertiger die
zur Verarbeitung kommenden Reagenzien sind, so dass Einsparungen
in dem Reagenzvolumen gleichzeitig auch signifikante Kosteneinsparungen
mit sich bringen. Andererseits ist die Miniaturisierung in Fällen interessant,
in denen nur kleine Mengen von Reaktionsseren zur Verwendung kommen
sollen (Minimierung des benötigten Probenvolumens).
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Ebenso
von Bedeutung ist die Ausschaltung möglicher externer Kontaminationen
durch ein vollständig
abgeschlossenes System, sowie die Verminderung des Einflusses eines
Operators auf den (bio-) chemischen Test und die Durchführung dieser
Tests außerhalb
von spezialisierten Laboratorien. Ein weiteres Ziel in der Diagnostik
besteht darin, die Analysemodule kostengünstig zu realisieren, weshalb
zuneh mend mikrotechnische Kunststoffbauelemente eingesetzt werden.
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Mikrofluidische
Module mit Mikrokanälen und
Funktionselementen, die der Analyse der fluidischen Proben oder
Seren dienen, sind im Stand der Technik bekannt. In
EP 0938660 B1 ist ein Beispiel für eine kleine
Reaktionskammer mit einem Fluidkanal offenbart, die zur optischen
Transmissionsmessung dient und einen integrierten optischen Detektionsmechanismus
aufweist, wobei der optische Detektionsmechanismus zur Bestimmung
einer optischen Absorption des Probenfluids dient.
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In
vielen Fällen
ist es wünschenswert,
dass der Fluidkanal, der die fluidische Probenflüssigkeit aufnehmen kann, optisch
einsehbar ist, um beispielsweise Verstopfung oder ähnliche
Fehlfunktionen festzustellen. Andererseits ist die in dem integrierten
optischen Detektionsmechanismus verwendete Struktur häufig sensitiv
hinsichtlich einwirkender elektromagnetischer Strahlung (z. B. Licht
aber auch UV-Strahlung).
Diese Sensitivität
hinsichtlich äußerer Strahlung
wirkt sich dabei nachteilig auf die Messgenauigkeit aus. Ferner
ist es insbesondere bei der längeren
Lagerung derartiger mikrotechnischer Bauelemente sinnvoll, die zur
Detektion dienenden vorzugsweise biologisch-elektrischen Funktionselemente
ausreichend im Hinblick auf elektromagnetische Strahlung zu schützen, um
damit deren Lebensdauer zu erhöhen.
Da außerdem
häufig
spezifische Strahlung genutzt wird, um eine Sterilisation beispielsweise
der Außenflächen einer
solchen Messanordnung vorzunehmen, besteht die Gefahr, dass eine
solche Strahlung die messtechnische Funktion des Funktionselements
schädigend
beeinflussen kann.
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Die
Patentveröffentlichung
DE 10 2005 062 174
B3 betrifft einen Messchip für die Durchführung von
Messungen der Transmission und/oder Emission und/oder Streuung von
Licht durch eine Fluidprobe in einem Betreibergerät, wobei
der Messchip eine aus einem transparenten Polymermaterial hergestellte Grundplatte
aufweist, in der Grundplatte wenigstens eine Messzelle für die Aufnahme
einer Fluidprobe und Fluidkanäle
für die
Zuführung
und Abführung
von Fluid zu und von der Messzelle vorgesehen sind und in und/oder
an der Grundplatte außerhalb
der Messzelle Spiegelflächen
vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie von einer Fluidprobe
in der Messzelle emittiertes und/oder gestreutes Licht aus dem Messchip,
in Richtung eines in einem Betreibergerät vorgesehenen Lichtdetektors
lenken.
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Die
Patentveröffentlichung
US 7195036 B2 bezieht
sich auf thermische Mikroventile für mikrointegrierte Bauelemente.
Die Bewegung und das Mischen von Mikrotröpfchen durch Mikrokanäle wird unter
Verwendung Silizium-basierter mikroskalierter Bauelemente durchgeführt. Solche
mikroskalierten Bauelemente weisen Mikrotröpfchentransportkanäle, Reaktionsbereiche,
Elektrophoresemodule und Strahlungsdetektoren auf. Die diskreten
Tröpfchen werden
differenziell erhitzt und gedreht durch geätzte Kanäle. Auf dem gleichen Substratmaterial
werden elektronische Komponenten hergestellt, um zu ermöglichen,
dass Sensoren und Steuerungsschaltungsanordnung in das gleiche Bauelement
aufgenommen werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein mikrotechnisches Bauelement zu schaffen, das
ein Funktionselement vor einwirkender, gerichteter Strahlung schützt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren
nach Anspruch 22 gelöst.
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Der
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine
Schutzschicht derart an das mikrotechnische Bauelement angeordnet wird,
um das Funktionselement gegenüber
einer einfallenden, gerichteten Strahlung abzuschirmen. Dabei weist
die Schutzschicht vorzugsweise ein Material auf, das eine hohe Absorptionsrate
für elektromagnetische
Strahlung zeigt, wie dies zum Beispiel durch die Verwendung eines
Metalls als Schutzschicht möglich
ist. Die laterale Ausdehnung der Schutzschicht kann dabei derart
gewählt
sein, dass die Schutzschicht das Funktionselement lateral überragt,
dass das Funktionselement durch die Schutzschicht vor der einwirkenden
Strahlung geschützt
ist. Elektrische Leiterbahnenverbindungen zum Funktionselement können je
nach Ausbildungsform der Gesamtanordnung von einer Überdeckung
durch die Schutzschicht frei bleiben. Ebenso braucht, wie weiter
unten noch genauer beschrieben wird, auch nur ein gewisser Anteil
des Funktionselements durch die Schutzschicht abgeschirmt werden.
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Somit
weisen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ein mikrotechnisches Bauelement auf,
welches zur Untersuchung einer Eigenschaft einer fluidischen Probe
geeignet ist und ein Substrat mit einer Hauptoberfläche aufweist,
wobei ausgehend von der Hauptoberfläche ein Mikrokanal in dem Substrat
gebildet ist. Ferner weist das mikrotechnische Bauelement eine Abdeckung
auf, die auf der Hauptoberfläche
und über
dem Mikrokanal ausgebildet ist, um den Mikrokanal von einer Umgebung abzutrennen
und zu schützen.
Das Funktionselement, das in dem Mikrokanal angeordnet ist, ist
ausgebildet, die Eigenschaft einer in dem Mikrokanal eingebrachten
fluidischen Probe zu untersuchen. Schließlich ist die Schutzschicht
an dem Substrat und/oder der Abdeckung angeordnet, um das Funktionselement
gegenüber
einer einfallenden, gerichteten Strahlung abzuschirmen.
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Als
einfallende Strahlung kann dabei allgemein jede Form von Strahlung
in beliebigen Frequenzbereichen auftreten. Beispielsweise umfasst die
einfallende Strahlung optische, Infrarot-, UV-, elektromagnetische,
Radar-, Mikrowellen-, α-, β-, γ-, Röntgen-,
Protonen-, Neutronen- und/oder Ionen-Strahlung. Als spezielles Beispiel kann
die einfallende Strahlung auch eine spezifische Strahlung umfassen,
die für
RFID-Schreib- und/oder -Lesegeräte
(RFID = radio frequency identification) verwendet wird. Die Schutzschicht
sollte eine entsprechende Abschirmung hinsichtlich dieser spezifischen Strahlung
gewährleisten.
Optional könnte
nämlich die
Folientechnologie, die für
die Abdeckung verwendet wird, derart ergänzt werden, dass ohne einen
wesentlichen gesamtprozesstechnischen Mehraufwand eine Integration
eines RFID-Tags
auf der Abdeckung ermöglicht
wird. Eine entsprechende Anpassung der Folientechnologie ist möglich. Als
Strahlung wird zumindest eine von den oben genannten spezifischen Strahlungen
verstanden. Im Allgemeinen kann die Strahlung jedoch auch als eine
Summe von Strahlungsanteilen verstanden werden.
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Die „gerichtete" Strahlung weist
dabei lediglich eine Vorzugsrichtung auf, wobei einzelne Strahlanteile
(z. B. gestreute ungerichtete Anteile) von der Vorzugsrichtung abweichen
können,
so dass es nicht erforderlich ist, dass streng parallele Strahlen
vorliegen. Die Gerichtetheit der Strahlung kann also dadurch spezifiziert
werden, dass die Richtungsverteilung der Strahlung (Intensitätsverteilung)
eine Vorzugsrichtung aufweist, in der beispielsweise zumindest die
Hälfte
der Strahlungsintensität
der gesamten Strahlung abgestrahlt wird.
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Darüber hinaus
kann die Schutzschicht auch auf eine Strahlung unabhängig von
der Einstrahlrichtung abschirmend wirken, wenn diese Strahlung niederenergetisch
ist, wie z. B. gestreute Anteile von elektro-magnetischen Feldern
von Kommunikationssignalen, wie von Radiowellen oder Mobilfunksignalen,
und der Abstand zwischen der Schutzschicht und dem Funktionselement
sehr klein ist. Der Grund dafür ist,
dass die Oberfläche
der Schutzschicht für
solche Strahlung als Äquipotentialebene
wirksam ist und so ein Umgebungsbereich zu der Schutzschicht, dessen Abmessungen
u. a. von der Energie des Strahlungsfeldes abhängen, abgeschirmt werden kann,
vorzugsweise wenn die Schutzschicht mit einem Bezugspotenzial, z.
B. Masse, elektrisch verbunden ist.
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Schließlich kann
ein Mikrokanal im Allgemeinen als ein Fluidkanal oder vorzugsweise
ein Mikrofluidkanal verstanden werden, der vorzugsweise eine kleine
Geometrie aufweist, wobei klein sich auf eine Kanalbreite und Kanaltiefe
bezieht, die unterhalb von Maximalwerten liegt. Eine maximale Kanalbreite kann
beispielsweise unterhalb 10 mm oder bei 2 mm und eine maximale Kanaltiefe
bei 1 mm liegen. Dementsprechend können Mikrokanäle beispielsweise eine
Kanalbreite von 300 μm
und eine Kanaltiefe von ca. 200 μm
aufweisen. Diese geometrische Eingrenzung kann bei anderen Ausführungsbeispielen
jedoch variieren. Ferner ist es möglich, dass der Fluidkanal
entlang seines Verlaufs hinsichtlich der Breite und/oder hinsichtlich
der Tiefe variieren kann. Das hat beispielsweise den Vorteil, dass
durch eine Variation der Querschnittsfläche (senkrecht zur Flussrichtung)
des Fluidkanals eine Veränderung
der Fließgeschwindigkeit
des Fluids durch den Kanal erreicht werden kann. So kann beispielsweise
die Fließgeschwindigkeit
des Fluids in der Nähe
des Funktionselements entweder erhöht oder verringert werden,
indem an dieser Stelle der Kanalquerschnitt variiert wird.
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Die
Schutzschicht kann derart ausgebildet sein, dass deren Projektion
auf eine Fläche
senkrecht zur einfallenden Strahlung die entsprechende Projektion
des Funktionselements seitlich überragt oder
allgemein jenen Bereich überragt,
der von der einfallenden Strahlung abgeschirmt werden soll. Bei weiteren
Ausführungsbeispielen
schirmt die Schutzschicht zusätzlich
zu dem Funktionselement ebenfalls die mikrofluidische Probe hinsichtlich
der einfallenden Strahlung ab.
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Das
Substrat (Grundkörper)
mit dem Mikrokanal kann sowohl ein einstückiger als auch ein mehrstückiger,
d. h. aus mehreren Teilen zusammengefügter, Körper sein. Das Substrat kann
dabei beispielsweise Metall, Glas, Keramik, Silizium oder vorzugsweise
auch einen Kunststoff aufweisen und in dem Substrat ist ein Linienzug
einer Ausnehmung oder ein vertieftes Gebiet entlang der Hauptoberfläche des
Substrats ausgebildet und die Ausnehmung wird nachfolgend als Fluidkanal
bezeichnet. Der Fluidkanal weist zumindest eine Einlass- und eine
Auslassstelle auf, oder anstelle der Einlass- oder Auslassstelle
können
optional ein oder mehrere Fluidreservoir-Gebiete ausgebildet sein,
so dass durch den Fluidkanal ein Fluid strömen kann.
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Entlang
des Fluidkanals ist zumindest ein Funktionsgebiet ausgebildet, in
dem das Funktionselement in einer festen Verbindung mit einem Anordnungsteil
verbunden ist. Das Anordnungsteil kann dabei entweder die Abdeckung
oder auch das Substrat sein. Die Abdeckung kann beispielsweise als
eine Trägerfolie
ausgebildet sein und vorzugsweise einen Kunststoff aufweisen, wobei
jedoch auch andere Werkstoffe (z. B. Glas) verwendet werden können.
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Die
Trägerfolie
(Abdeckung) kann mit dem Grundkörper
(Substrat) mittels einer optionalen Verbindungsschicht verbunden
werden. Die Verbindungsschicht (z. B. eine Klebschicht) verbindet
den Grundkörper
und die Trägerfolie
fluiddicht. Das Funktionselement kann beispielsweise auf jener Hauptoberfläche der
Trägerfolie
ausgebildet sein, die dem Fluidkanal zugewandt ist.
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Das
Funktionselement kann ebenfalls als eine integrierte Struktur, die
mehrere Elemente aufweist, die verschiedene Untersuchungen an der
fluidischen Probe vornehmen können,
mit mehreren Einzelgebieten ausgebildet sein. Insgesamt ist das Funktionselement
ein Element mit sensorischer bzw. messtechnischer Funktion (oder
mehrerer Funktionen). Dazu ist es vorteilhaft, dass zumindest Teile des
Funktionselements in einem wechselwirkenden Kontakt mit dem Fluid
oder der fluidischen Probe, die sich vorübergehend in dem Fluidkanal
befinden kann oder durch den Fluidkanal fließt, steht. Der wechselwirkende
Kontakt kann beispielsweise einen elektrotechnischen nicht-Ohm'schen Kontakt umfassen.
Außerdem
kann das Funktionselement in sich mehrere Schichten aufweisen, so
z. B. eine leitfähige
metallische Schicht, eine Isolationsschicht, die einen ohmschen
Stromfluss von der metallischen Schicht in das Fluid verhindert,
sowie immobilisierte biologische, biochemische und/oder chemische
Schichten umfassen. Der wechselwirkende Kontakt ist allgemein derart
ausgebildet, dass wenigstens eine Eigenschaft der fluidischen Probe
mittels der sensorischen Eigenschaft des Funktionselements zu einem
elektrotechnischen Nutzsignal führt.
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Die
Schutzschicht, die auch als eine Funktionsschicht bezeichnet werden
kann, weist beispielsweise ein Metall oder verallgemeinert einen
Werkstoff auf, der für
Strahlung im erweiterten optischen Bereich oder für die oben
beschriebenen spezifischen Strahlungen (z. B. ein bestimmtes Spektrum einer
elektromagnetischen Strahlung) dicht (undurchlässig) und/oder elektrisch leitfähig ist.
Als erweiterter optischer Bereich werden dabei Spektralbereiche
bezeichnet, die über
den menschlich sichtbaren Bereich hinausgehen, die menschlich sichtbaren Bereiche
jedoch mit einschließen.
Um eine Abschirmung hinsichtlich eines möglichst breiten Frequenzbereichs
zu erreichen, kann die Schutzschicht eine innere Strukturierung
aufweisen, die beispielsweise verschiedene Schichten umfasst, wobei
jede der Schichten eine besonders effiziente Abschirmung hinsichtlich
eines Frequenzbereichs sicherstellt. Es können ebenfalls Schichten als
Korrosionsschutz oder als Haftungsschicht für die elektromagnetisch dichte
Schicht ausgebildet sein. Die Abschirmung kann zum einen durch eine
Absorption der elekt romagnetischen Strahlung bewirkt werden oder
aber auch durch eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung.
Letzterer Fall weist den Vorteil auf, dass es zu keiner oder nur
zu einer geringen Erwärmung der
Schutzschicht kommt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Anordnung hat eine Trägerfolie
als Abdeckung integriert, die eine Schichtdicke von weniger als
1 mm oder beispielsweise weniger als 150 μm aufweist. Beispielhaft kann
die Schichtdicke in einem Bereich zwischen 1 μm und 500 μm oder in einem Bereich zwischen
10 μm und
200 μm oder
vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25 μm und 125 μm liegen. Die Schutzschicht
kann außerdem
beispielsweise ein Polymermaterial aufweisen. Je nach Dicke kann
die Abdeckung mehr oder weniger flexibel ausgebildet sein. Ebenso
kann der Grundkörper
aus einer Folie mit einer Schichtdicke von weniger als 2 mm oder weniger
als 200 μm
gebildet sein.
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Ein
wesentliches erfindungsgemäßes Merkmal
aller Ausführungsbeispiele
ist, dass die Schutzschicht zumindest wesentliche funktionale Teilgebiete
des biologischen bzw. chemischen oder biochemischen Funktionselements überdeckt
(hinsichtlich einer Projektionsfläche senkrecht zur Einstrahlrichtung der
gerichteten Strahlung). Die wesentlichen funktionalen Teilgebiete
des Funktionselements bezeichnen dabei zumindest jene Teilgebiete
der geometrischen Ausdehnung des Funktionselements, in dem die für die sensorische
bzw. messtechnische Funktion wesentliche Wechselwirkung zwischen
dem Fluid und dem Funktionselement stattfindet.
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Um
eine Definition des Begriffs „überdecken" zu erhalten, sind
zwei Gesichtspunkte zu berücksichtigen:
- (A) Das Funktionselement enthält Gebiete,
die für die
biologisch-chemisch-elektrische Wechselwirkung mit der fluidischen
Probe einen funktionalen Beitrag liefern und andere Gebiete, die
zum Beispiel nur der Verdrahtung die nen, ohne jedoch einen nennenswerten
Beitrag zum Nutzsignal zu liefern. Die Summe aller sensorisch wechselwirkenden
Gebiete haben, projiziert auf eine Fläche senkrecht zur einfallenden
Strahlung, eine Fläche A1
und die Summe aller als Schutzschicht wirkende Gebiete haben eine
Fläche
A2, wobei die Fläche
A2 wiederum durch eine Projektion auf eine Fläche senkrecht zur einfallenden
Strahlung gemessen wird. Die Relation zwischen der Fläche A1 und
A2 sollte derart sein, dass A2 wenigstens 60%, wenigstens 80%, wenigstens
90% oder vorteilhafterweise jedoch mehr als 100% von der Fläche A1 beträgt, so dass
die Fläche
A1 vorzugsweise vollständig
von der Fläche
A2 abgeschirmt wird.
- (B) Ein weiterer Aspekt, der bei der Überdeckung eine Rolle spielt,
ist dadurch gegeben, dass die Abschirmung insbesondere bei einer
Strahlung, die aus einem gegen 90° gehenden
Winkel α erfolgt,
um so besser abgeschirmt wird, je weniger Abstand zwischen dem Funktionselement
und der Schutzschicht vorliegt. Beispielsweise haben Folien mit
einer Schichtdicke von ca. 50 μm
einen prinzipiellen Vorteil bei derart schräg einfallender Strahlung gegenüber Folien,
die eine größere Schichtdicke
aufweisen.
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Somit
kann beispielsweise der Begriff „Überdecken" beschreiben, dass die Geometrie der Schutzschicht,
die beispielsweise auf der Trägerfolie ausgebildet
ist, mindestens die Fläche
des wesentlichen funktionalen Teilgebiets des Funktionselements umfasst,
wobei die Schutzschicht beispielsweise auf der einen Seite und das
Funktionselement auf der gegenüberliegenden
Seite der Abdeckung angeordnet sein kann.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines mikrotechnischen Bauelements gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht des in 1 gezeigten
mikrotechnischen Bauelements mit einer optionalen Verbindungsschicht;
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3A,
B Draufsichten auf die in 1 und 2 gezeigten
mikrotechnischen Bauelemente;
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4 eine
Veranschaulichung der Abschirmung des Funktionselements vor einer
einfallenden, gerichteten Strahlung;
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5 ein
mikrotechnisches Bauelement gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
bei dem die Schutzschicht an einer Unterseite angeordnet ist;
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6 eine
Querschnittsansicht eines mikrotechnischen Bauelements, bei dem
die Schutzschicht in dem Mikrokanal ausgebildet ist; und
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7 eine
Querschnittsansicht eines mikrotechnischen Bauelements gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
mit einer zusätzlichen
Folienschicht.
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Bezüglich der
nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen
und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen
der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele untereinander austauschbar
sind.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines mikrotechnischen Bauelements, das
ein Substrat 110 aufweist, wobei an einer Hauptoberfläche 112 zumindest
ein Mikrokanal 120 in dem Substrat 110 ausgebildet
ist. Auf der Hauptoberfläche 112 des
Substrats 110 ist eine Abdeckung 130 derart ausgebildet,
dass die Abdeckung 130 den Mikrokanal 120 überdeckt, so
dass der Mikrokanal 120 durch die Abdeckung 130 von
einer Umgebung getrennt ist – mit
Ausnahme eventuell vorhandener Ein- und Auslassstellen des Mikrokanals 120,
die jedoch von der Querschnittsebene entfernt angeordnet sind (siehe 3B unten).
An zumindest einer der den Mikrokanal 120 umschließenden Oberfläche ist
ein Funktionselement 140 angeordnet und das Funktionselement 140 ist
ausgebildet, um Eigenschaften einer in dem Mikrokanal 120 eingebrachten
fluidischen Probe zu untersuchen. Auf der Abdeckung 130 ist
an zumindest einem Bereich eine Schutzschicht 150 auf der dem
Mikrokanal 120 gegenüberliegenden
Seite angeordnet, so dass das Funktionselement 140 vor
einer einfallenden, gerichteten Strahlung 160 abschirmbar
ist.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform sind also die Schutzschicht 150 und
das Funktionselement 140 gegenüberliegend der Abdeckung 130 angeordnet
(im Sinne von Vorder- und
Rückseite bzw.
erster und zweiter Hauptoberfläche
der Abdeckung 130 oder Trägerfolie).
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht des mikrotechnischen Bauelements, wie es
in der 1 gezeigt ist, welches jedoch eine optionale Verbindungsschicht 170 aufweist,
die zwischen dem Substrat 110 und der Abdeckung 130 ausgebildet
ist. Die Verbindungsschicht 170 kann beispielsweise dazu
dienen, das Substrat 110 mit der Abdeckung 130 flüssigkeitsdicht
zu verbinden, so dass eine in dem Mikrokanal 120 eingebrachte
mikrofluidische Probe aus dem Kanal nicht entweichen kann. Die Verbindungsschicht 170 kann
beispielsweise entlang der ersten Hauptoberfläche 112 in jenen Gebieten
ausgebildet werden, in denen das Substrat 110 die Abdeckung 130 in
der 1 kontaktiert. Bei den gezeigten Querschnittsansichten
ist zu beachten, dass sich der Mikro kanal 120 beispielsweise
senkrecht zur Zeichenebene erstrecken kann.
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Das
Funktionselement 140 weist eine erste seitliche Ausdehnung
l1 und die Schutzschicht 150 eine zweite seitliche Ausdehnung
l2 auf, wobei die zweite seitliche Ausdehnung l2 größer ist
als die erste seitliche Ausdehnung l1, um eine Abschirmung des Funktionselements 140 vor
der einfallenden gerichteten Strahlung 160 zu erreichen.
Die Differenz zwischen den seitlichen Ausdehnungen (l1–l2) ist beispielsweise
derart gewählt,
dass in Abhängigkeit von
einem Einfallswinkel der einfallenden gerichteten Strahlung 160 das
Funktionselement 140 geschützt ist. Die zweite seitliche
Ausdehnung l2 der Schutzschicht 150 liegt beispielsweise
in einem Bereich, der größer ist
als l1 und kleiner als das Zehnfache oder Fünffache oder Zweifache der
ersten seitlichen Ausdehnung l1 ist, so dass l1 < l2 < n·l1, wobei
der Faktor n beispielsweise in dem Bereich zwischen 0,1 und 10 oder
zwischen 1 und 10 oder zwischen 2 und 5 liegt oder n = 2, n = 5
oder n = 10 gilt. Optional kann 12 auch kleiner sein als 11 (z.
B. ist l2 in einem Bereich von 0,3·l1 bis l1 oder 0,6·l1 bis
l1), wobei zumindest eine teilweise Abschirmung der Funktionsschicht 140 gewährleistet
bleibt. Ferner können
die Schutzschicht 150 und die Funktionsschicht 140 derart
ausgebildet sein, dass ihre Flächemittelpunkte
bzgl. der Hauptoberfläche 112 übereinstimmen.
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Die
Abdeckung 130 weist eine Schichtdicke dA auf, die beispielsweise
kleiner als 1 mm, kleiner 300 μm
oder kleiner 150 μm
ist oder dA liegt in dem Bereich zwischen 1 μm und 500 μm oder zwischen 20 μm und 200 μm oder bei
ungefähr
25 μm oder
50 μm oder
125 μm.
Das Substrat 110 weist eine Schichtdicke dS auf, wobei
dS kleiner als 2 mm oder kleiner 500 μm oder kleiner 200 μm gewählt sein kann.
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Die 3A zeigt
eine erste Draufsicht des mikrotechnischen Bauelements, wie es in
den 1 und 2 gezeigt wurde, mit einer Blickrichtung
auf die Hauptoberfläche 112.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
weist der Mikrokanal 120 eine längliche kanalförmige Form auf,
die sich entlang des Substrats 110 erstreckt. In dieser
Draufsicht auf die Hauptoberfläche 112 weist die
Schutzschicht 150 eine Fläche auf, die die Fläche des
Funktionselements 140 überdeckt,
so dass das Funktionselement 140 bei einer auf die Hauptoberfläche senkrecht
einfallenden Strahlung durch die Schutzschicht 150 abgeschirmt
ist. Die erste seitliche Länge
l1 des Funktionselements ist wiederum kleiner gewählt als
die zweite seitliche Länge
l2 der Schutzschicht 150. Das Funktionselement 140 weist
ferner eine erste Breitenausdehnung b1 auf und die Schutzschicht 150 weist
eine zweite Breitenausdehnung b2 auf. Wie bei der ersten und zweiten
Längenausdehnung
l1 und l2 ist ebenfalls die zweite Breitenausdehnung b2 größer gewählt als
die erste Breitenausdehnung b1 (b2 > b1), so dass, wie oben bereits beschrieben,
das Funktionselement 140 in dieser Draufsicht eine kleinere
Fläche
aufweist als die Schutzschicht 150. Die Breitenausdehnungen
beispielsweise so gewählt
werden, dass b1 < b2 < m·b1, wobei
der Faktor m im Bereich zwischen 1 und 10 liegt oder beispielsweise
m = 2, 5 oder 10 gilt.
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Wie
bereits beschrieben, braucht die Abdeckung auch nur teilweise realisiert
zu werden, so dass der Prozentsatz von strahlungsgeschützten Anteilen
zu ungeschützten
Anteilen an der Gesamtfläche
der sensorischen Gebiete des Funktionselements 140 möglichst
groß,
d. h. beispielsweise 60%, 80%, 90% oder vorteilhafterweise (wie
zuvor beschrieben) mehr als 100% beträgt.
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Ferner
zeigt die 3A ein Ausführungsbeispiel, bei dem der
Mikrokanal 120 eine variable Kanalbreite aufweist. In Richtung
eines Flusses einer mikrofluidischen Probe kann beispielsweise der
Mikrokanal 120 sich vor und/oder nach dem Passieren des
Funktionselements 140 verbreitern oder verkleinern – beispielsweise
von einer ersten Kanalbreite k1 auf eine zweite Kanalbreite k2. Ähnlich wie
die Kanalbreite ist es bei weiteren Ausführungsbeispielen ebenfalls möglich, dass
die Kanaltiefe variabel ist, so dass sich für die mikrofluidische Probe
(Serum) entlang des Mikrokanals 120 unterschiedliche Querschnittsflächen des
Mikrokanals 120 ergeben. Die variable Kanalbreite und/oder
variable Kanaltiefe kann dahingehend vorteilhaft sein, dass dadurch
unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten
der fluidischen Probe durch den Mikrokanal 120 erreicht
werden können,
so dass beispielsweise eine geringere Fließgeschwindigkeit in der Nähe des Funktionselements 140 oder
eine höhere
Flussgeschwindigkeit in der Nähe
des Funktionselements 140 erreicht werden kann. In Abhängigkeit
der speziellen Messung durch das Funktionselement 140,
kann somit die Fließgeschwindigkeit
eines Fluids eingestellt werden.
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Die
gezeigten Formen stellen nur ein Beispiel dar, das einer Veranschaulichung
dient und bei weiteren Ausführungsbeispielen
ist die Form der Schutzschicht 150 und/oder des Funktionselements 140 anders
gewählt,
wobei jedoch immer noch sichergestellt ist, dass der Strahlengang
der einfallenden Strahlung 160 das Funktionselement 140 nicht direkt
treffen kann (d. h. das Funktionselement 140 bleibt unzugänglich für die Strahlung 160).
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3B zeigt
eine Draufsicht auf das Substrat 110 mit dem Fluidkanal
(Mikrokanal) 120, der sich zwischen einer Fluid-Einlassstelle 122 und
einer Fluid-Auslassstelle 124 erstreckt. Bei dem in 3B gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist entlang des Fluidkanals 120 nahezu mittig das Funktionselement 140, das
(teilweise) durch die Schutzschicht 150 überdeckt
wird, angeordnet. An der Schutzschicht 150 ist optional
eine elektrische Verbindung 153 angebracht, die beispielsweise
als Erdung der Schutzschicht 150 dient. Ferner ist das
Funktionselement 140 zwischen einer Eingangsverbindung 142 und
einer Ausgangsverbindung 144 angeordnet und mit diesen
elektrisch verbunden, um beispielsweise die Funktionsschicht anzusteuern
bzw. Sensorsignale zu erhalten. Der Schnitt S gibt die Schnittebene
an, entlang derer die 1 und 2 gezeigt
sind.
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Die
elektrische Zuleitung bzw. die elektrische Verbindung 153 zu
der dann metallischen Schutzschicht kann je nach dem Spektrum der
Strahlung u. U. sinnvoll sein. Dies gilt insbesondere für Strahlung, die
elektrisch geladene Teilchen aufweist (z. B. Ionenstrahlung) oder
ionisierend wirkt.
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Die
Form des Fluidkanals 120 kann (wie zuvor beschrieben) bei
anderen Ausführungsbeispielen variabel
gestaltet sein, das heißt,
der Fluidkanal 120 kann zusätzlich zu den Variationen in
der Kanalbreite oder Kanaltiefe auch hinsichtlich der Form anders
gestaltet sein (z. B. sich meanderförmig erstrecken). Ebenfalls
können
weitere Funktionselemente entlang des Fluidkanals 120 angeordnet
sein.
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Die 4 zeigt
wiederum eine Querschnittsansicht des mikrotechnischen Bauelements,
wie es in der 1 gezeigt ist, wobei die 4 eine
unterschiedliche Einstrahlrichtung der gerichteten Strahlung 160 veranschaulicht.
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel,
wie es in der 1 gezeigt ist, fällt die
gerichtete Strahlung 160 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
unter einem Winkel α auf
die erste Hauptoberfläche 112 des
mikrotechnischen Bauelements ein. Ferner ist aus der 4 ersichtlich, dass
die Schutzschicht 150 das Funktionselement 140 derart überragt,
dass die gerichtete Strahlung 160 von der Schutzschicht 150 abgeschirmt
wird, solange der Einfallswinkel α kleiner
ist als ein erster seitlicher Begrenzungswinkel β1 (gemessen in der gleichen
Weise, z. B. im Uhrzeigersinn von der Flächennormalen, wie α).
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Die
erfindungsgemäßen geometrischen
Abmaße
können
auch wie folgt beschrieben werden. Bei einer Projektion auf einer
Fläche
senkrecht zur der einfallenden, gerichteten Strahlung 160 das Funktionselement 140 eine
erste projizierte Fläche A1
und die Schutzschicht 150 eine zweite projizierte Fläche A2 ein.
Bezogen auf diese projizierten Flächen A1 und A2, ist die Schutzschicht 150 derart
ausge bildet, dass die erste projizierte Fläche A1 innerhalb der zweiten
projizierten Fläche
A2 liegt. Beispielsweise kann die zweite projizierte Fläche A2 die erste
projizierte Fläche
um 30% oder 50% oder 100% oder 500% übersteigen oder ein Verhältnis eines
Flächeninhalts
der zweiten projizierten Fläche
A2 zu einem Flächeninhalt
der ersten projizierten Fläche
A1 liegt in einem Bereich zwischen 0,3 und 10 oder in einem Bereich
zwischen 0,6 und 5 oder in einem Bereich zischen 1 und 2. Die Randkurven
der ersten und zweiten projizierten Fläche A1 und A2 weisen beispielsweise
einen minimalen Abstand auf, der zumindest 1%, 10%, 50% oder mehr
als 100% eines Umfangs einer Randkurve der ersten projizierten Fläche A1 umfasst.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn die zweite projizierte Fläche A2 der
Abschirmung 150 auch bei einer Variation des Einfallswinkels α um 30%,
50% oder 100% größer bleibt
als die erste projizierte Fläche
A1 des Funktionselements 140.
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Bei
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel fällt die
gerichtete Strahlung 160 in einem Winkel α ein, der
in Uhrzeigerrichtung von einer Flächennormalen 190 der
Hauptoberfläche 112 gemessen ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die gerichtete Strahlung 160 ebenfalls von einem Winkel entgegengesetzt
der Uhrzeigerrichtung von der Flächennormalen 190 abweichen,
in diesem Fall weist die Schutzschicht 150 eine ausreichende
Abschirmung für
das Funktionselement 140 auf, so lange der entgegen dem
Uhrzeigersinn gemessene Winkel der einfallenden Strahlung 160 kleiner
ist als ein seitlicher Begrenzungswinkel β2. Der erste und zweite seitliche
Begrenzungswinkel β1, β2 ist, wie
aus der 4 ersichtlich ist, dadurch einstellbar,
dass die seitliche Ausdehnung l2 (siehe 2) der Schutzschicht
entsprechend größer oder
kleiner gewählt wird,
so dass in Abhängigkeit
von einem jeweiligen Anwendungsfall (Winkelbereich der zu erwartenden einfallenden,
gerichteten Strahlung 160) ein ausreichender Schutz gewährleistet
werden kann. Optional kann die Schutzschicht 160 auch ganzflächig über die
erste Hauptoberfläche 112 ausgebildet sein.
Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Schutzschicht 160 nur über einen
solchen Bereich auszubilden, der einen ausreichenden Schutz für die einfallende
Strahlung (oder deren Winkelbereich) bietet – ansonsten aber ein möglichst
großes
Gebiet des Mikrokanals optisch einsehbar lässt (von der ersten Hauptoberfläche 112 aus).
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung, bei dem die Schutzschicht 150 auf der der Hauptoberfläche 112 gegenüberliegenden
Seite 114 ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist wiederum eine optionale Verbindungsschicht 170 zwischen
dem Substrat 110 und der Abdeckung 130 ausgebildet.
Das Funktionselement 140 ist an der dem Kanal 120 zugewandten
Seite der Abdeckung 130 angeordnet. Dieses Ausführungsbeispiel
ist dahingehend vorteilhaft, dass die Schutzschicht 150 eine
Abschirmung vor der einfallenden Strahlung 160 bewirkt,
wobei die einfallende gerichtete Strahlung 160 von der
gegenüberliegenden
Seite 114 geschieht bzw. in diesem Fall zu erwarten ist.
Die Ausbildung der Schutzschicht 150 auf der gegenüberliegenden
Seite 114 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Substrat 110 hinsichtlich
der einfallenden Strahlung 160 durchlässig (transparent) ist und
somit die Gefahr gegeben ist, dass das Funktionselement 140 von
der einfallenden gerichteten Strahlung 160 beeinträchtigt werden
könnte.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die gerichtete, einfallende Strahlung 160 von der
gegenüberliegenden
Seite 114 aus erfolgt. Zwischen dem Substrat 110 und
der Abdeckung 130 ist wiederum eine optionale Verbindungsschicht 170 angeordnet
und das Funktionselement 140 ist auf der dem Kanal 120 zugewandten
Seite der Abdeckung 130 ausgebildet. Auf der dem Funktionselement 140 gegenüberliegenden
Seite des Kanals 120 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
die Schutzschicht 150 derart ausgebildet, dass sie eine
Abschirmung hinsichtlich der einfallenden, gerichteten Strahlung 160 für das Funktionselement 140 bietet. Ähnlich wie bei
dem Ausführungsbeispiel,
welches in der 4 gezeigt wurde, kann die einfallende,
gerichtete Strahlung 160 unter einem Winkel α auf die
gegenüberliegende
Seite 114 einstrahlen, wobei der Winkel α dem Schnittwinkel
entspricht, den die einfallende, gerichtete Strahlung 160 mit
einer Flächennormalen 194 der
gegenüberliegenden
Seite 114 bildet. Die laterale Ausdehnung (parallel zur
gegenüberliegenden
Seite 114) der Schutzschicht 150 ist dabei derart
gewählt, dass
die Schutzschicht 150 das Funktionselement 140 abschirmt.
Dies ist der Fall, wenn die projizierte Fläche des Funktionselements 140 innerhalb
der projizierten Fläche
der Abschirmung 150 liegt, wobei die projizierte Fläche sich
auf eine Projektion auf eine Fläche
senkrecht zur Einstrahlrichtung der einfallenden, gerichteten Strahlung 160 bezieht
(siehe auch Erklärungen
zu 4). Es ist dabei vorteilhaft, wenn die projizierte
Fläche
der Abschirmung 150 auch bei einer Variation des Einfallswinkels α um 30%,
50% oder 100% größer bleibt
als die projizierte Fläche
des Funktionselements 140.
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Die
in der 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele
sind in ihrer technischen Bedeutung vor allem dann sinnvoll, wenn
das Substrat keinen Werkstoff (Material) aufweist, der gleiche oder äquivalente
Eigenschaften wie die Schutzschicht 150 besitzt. Zum Beispiel
könnte
das Substrat 110 für
jenen Spektralbereich der einfallenden, gerichteten Strahlung 160 durchlässig sein,
so dass eine Beeinträchtigung
des Funktionselements 140 auftreten könnte. In diesem Fall wäre das Ausbilden
einer Schutzschicht 150 auf einer Oberfläche, die
der einfallenden, gerichteten Strahlung 160 vom Funktionselement 140 aus
gesehen zugewandt ist, sinnvoll.
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Bei
dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel bedeutet gegenüberliegend
also eine geometrische Anordnung, so dass die Schutzschicht 150 auf einer
zweiten Hauptoberfläche
des Substrats 110 angebracht ist, wobei die zweite Hauptoberfläche des Substrats 110 (Grundkörper) der
der ersten Hauptoberfläche 112 (mit
dem Fluidkanal) gegenüberliegenden
Oberfläche
entspricht. Die zweite Hauptoberfläche entspricht dabei jener
Oberfläche,
die in Richtung der gegenüberliegenden
Seite 114 erscheint und die erste Hauptoberfläche entspricht
der der Hauptoberfläche 112 zugewandten
Seite.
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In
der in 6 gezeigten Ausführungsform bedeutet gegenüberliegend
also eine geometrische Anordnung von Funktionselement 140 und
Schutzschicht 150 im Sinne von erster Hauptoberfläche der Abdeckung 130 gegenüber einer
auf dem Grund des Mikrokanals 120 (Fluidkanal) angebrachten
Schutzschicht 150.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem die einfallende, gerichtete Strahlung 160 von der
Hauptoberfläche 112 auf
das mikrotechnische Bauelement einstrahlt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist wiederum eine Verbindungsschicht 170 zwischen dem Substrat 110 und
der Abdeckung 130 ausgebildet. Das Funktionselement 140 ist
wiederum auf der dem Kanal 120 zugewandten Seite der Abdeckung 130 angeordnet,
so dass es bei einer in dem Kanal 120 eingebrachten fluidischen
Probe Untersuchungen vornehmen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Schutzschicht 150 auf der dem Funktionselement 140 gegenüberliegenden
Seite der Abdeckung 130 angeordnet, so dass die Schutzschicht 150 eine
Abschirmung für
das Funktionselement 140 vor der einfallenden, gerichteten
Strahlung 160 bewirkt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Schutzschicht 150 ferner durch eine Trägerschicht 135,
die beispielsweise eine Trägerfolie aufweisen
kann, von einer Umgebung getrennt. Die Schutzschicht 150 ist
demnach zwischen der Trägerfolie 135 und
der Abdeckung 130 ausgebildet, so dass die einfallende,
gerichtete Strahlung 160 zunächst die Trägerschicht 135 passiert
bevor sie auf die Schutzschicht 150 trifft, die dann die
einfallende, gerichtete Strahlung 160 abschirmt (absorbiert
oder reflektiert).
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Abdeckung 130, die wie gesagt eine Trägerfolie 135 aufweisen
kann, einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, wobei die Schutzschicht 150 von
wenigstens einer zusätzlichen
Folienschicht (Trägerschicht 135) eingeschlossen
ist. Die Trägerschicht 135 kann
insbesondere elektrisch isolierendes Material, wie beispielsweise
ein Polymer, aufweisen.
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Sofern
die einfallende, gerichtete Strahlung 160 sowohl von der
gegenüberliegenden
Seite 114 als auch von der Hauptoberfläche 112 aus auftritt, kann
bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
die Schutzschicht 150 unterhalb als auch oberhalb (der Hauptoberfläche 112)
des Funktionselements 140 vorhanden sein. Somit ist eine
Kombination der mit den 4, 5 und 6 gezeigten
Ausführungsbeispiele
ebenfalls eine erfinderische Anordnung, wobei die geometrische Abmaße der Schutzschicht 150 oder
der verschiedenen Schutzschichten 150 (an der Ober- und
Unterseite) verschieden sein können
und dem jeweiligen Einfallswinkel der einfallenden, gerichteten
Strahlung 160 angepasst werden.
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Bevorzugte
Materialien für
das Substrat 110 für
die Abdeckung 130 und für
die Trägerschicht 135 sind
beispielsweise Kunststoffe oder Kunststoffverbindungen oder auch
Kunststofffolien.
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Die
Schutzschicht 150 ist zumindest bereichsweise entlang der
Hauptoberfläche 112 der
Abdeckung 130 ausgebildet. Bei weiteren Ausführungsbeispielen
kann sie jedoch auch ganzflächig
ausgebildet werden und kann beispielsweise durch ein Bedampfen aufgebracht
werden.
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Die
in den 1 bis 7 gezeigte Anordnung des Funktionselements 140 in
dem Mikrokanal 120 stellt lediglich eine Möglichkeit
dar, so dass bei weiteren Ausführungsbeispielen
das Funktionselement 140 auf einem Boden oder Grund (d.
h. auf der in der 1 gezeigten gegenüberliegenden
Seite des Kanals) des Mikrokanals 120 oder an einer Seitenwand angeordnet
sein kann. Bei einem Wechsel der Position des Funktionselements 140 ändert sich gleichzeitig
auch die Position der Schutzschicht 150, so dass immer
noch eine Abschirmung vor der gerichteten Strahlung 160 gewährleistet
bleibt.
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Die
Schutzschicht 150 kann gleichzeitig mehrere Aufgaben erfüllen. Zum
einen dient sie der elektromagnetischen Abschirmung, was beispielsweise
durch ein Metall realisiert werden kann, und ist vorzugsweise optisch
dicht. Ferner dient die Schutzschicht 150 zu einer Erhöhung der
Sensitivität,
da optische Strahlung aus der Umgebung nicht direkt auf das Funktionselement 140 einfallen
kann, und somit können
negative Einflüsse
auf die Messung ausgeschlossen werden. Dies ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn das Nutzsignal bei einer elektrischen Messung
sehr kleine Spannungswerte annimmt (z. B. μV oder nV) und folglich bereits
von außen
einfallende Strahlung die Messung störend beeinflussen kann. Bei
Messungen im Nanovoltbereich können beispielsweise
bereits kleinere von außen
einfallende Lichtsignale die Messung negativ beeinflussen. Ferner
kann die einfallende, gerichtete Strahlung 160, die auch
hochenergetische Anteile aufweisen kann, die Biologie in der Funktionsschicht 140 beeinträchtigen
oder die Lebensdauer des Funktionselements 140 deutlich
verringern.
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Ferner
ist die Schutzschicht 150 auch dahingehend vorteilhaft,
dass eine mittels einer ultravioletten Strahlung erfolgte Sterilisation
des Mikrokanals 120 nicht oder kaum das Funktionselement 140 beeinträchtigt,
wodurch es möglich
wird, die Sterilisation auch mit einer hochenergetischen UV-Strahlung bzw.
intensiver durchzuführen.
Somit bietet die Schutzschicht 150 neben einer Erhöhung der
messtechnischen Genauigkeit und der optischen Abschirmung, so dass
die Biologie nicht beeinträchtigt
wird, ebenfalls den Vorteil, dass die biologischen Proben während einer
Sterilisation geschützt
werden. Außerdem
wird durch die optische Abschirmung auch die Lagerstabilität des mikro technischen
Bauelements verlängert,
da die einwirkende Strahlung 160 zu einer deutlichen Verkürzung der
Funktionsfähigkeit
des Funktionselements 140 führt.
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Zusammenfassend,
beschreibt die vorliegende Erfindung somit ein mikrotechnisches
Bauelement und eine Anordnung zur Messung von biologischen, biochemischen
und chemischen Funktionen bestehend aus einem Grundkörper (Substrat 110)
mit einem in der Hauptoberfläche
des Grundkörpers
integrierten Fluidkanals (Mikrokanal 120), einer Verbindungsschicht 170 und
einer Trägerfolie
(Abdeckung 130), die auf ihrer ersten Hauptoberfläche ein
Funktionselement 140 aufgebracht hat, das dem Mikrokanal 120 zugewandt
ist und eine sensorische bzw. messtechnische Wechselwirkung mit
dem Fluid aufweisen kann. Das mikrotechnische Bauelement ist dadurch
gekennzeichnet, dass eine Funktionsschicht (Schutzschicht 150)
so angeordnet ist, dass die Schutzschicht 150 zumindest
wesentliche funktionale Teilgebiete des biologischen bzw. chemischen oder
biochemischen Funktionselements 140 (sensorische Gebiete)
hinsichtlich ihrer geometrischen Lage und Ausdehnung gegenüberliegend
zum Funktionselement 140 dieses Funktionselement 140 überdeckt.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfassen ebenfalls ein Verfahren zur
Herstellung des zuvor beschriebenen mikrotechnischen Bauelements.
Dabei wird zunächst
ein Substrat 110 mit einer Hauptoberfläche 112 bereitgestellt,
wobei das Substrat 110 ausgehend von der Hauptoberfläche 112 einen
Mikrokanal 120 aufweist. Ferner wird eine Abdeckung 130 auf
die Hauptoberfläche 112 des
Substrats 110 und über
dem Mikrokanal 120 gebildet, um den Mikrokanal 120 von
einer Umgebung abzutrennen. Bei dem Zusammenfügen des Substrats 110 und
der Abdeckung 130 (inklusive des Funktionselements 140 und
der Schutzschicht 150) kann im Herstellungsprozess eine
Verbindungsschicht 170 verwendet werden. Enthält das Funktionselement 140 eine
biologische Substanz (wie beispielsweise Antikörper), die durch Einwirkung
einer Strahlung verändert
oder zerstört
werden würde,
so bietet die Schutzschicht 150 ebenfalls eine Abschirmung.
Das Herstellungsverfahren weist ebenfalls ein Anordnen eines Funktionselements 140 in
dem Mikrokanal 120 auf, wobei das Anordnen derart geschieht,
dass Eigenschaften einer in dem Mikrokanal 120 eingebrachten
fluidischen Probe untersucht werden können. Schließlich weist
das Verfahren ein Anordnen einer Schutzschicht 150 auf,
die an dem Substrat 110 oder der Abdeckung 130 derart
angeordnet wird, dass das Funktionselement 140 gegenüber einer
einfallenden, gerichteten Strahlung 160 abgeschirmt wird.
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Wenn
das Funktionselement 140 eine metallische Leiterbahn (oder
mehrere) aufweist, auf der die biologische Substanz immobilisiert
ist und wenn eine messtechnische Erfassung der Wechselwirkung zwischen
der fluidischen Probe und dem Funktionselement 140 über elektrische
Signale erfolgt, so kann eine metallische Schutzschicht 150 auch
als Abschirmung hinsichtlich elektrischer Störfelder genutzt werden. In
diesem Hinblick kann auch eine Anordnung mit zwei Schutzschichten 150,
die beispielsweise ober- und unterhalb des Funktionselements 140 angeordnet
sind, von Vorteil sein. Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen
die Schutzschicht 150 Materialien aufweisen, die andere
physikalische Felder abschirmen, z. B. ein Magnetfeld, ein Wärmefeld etc.
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Die
Schutzschicht 140 kann beispielsweise auch dadurch ausgebildet
sein, dass mikro-/nanostruktierte Muster auf der Oberfläche ausgebildet
werden. Derartige Muster sind beispielsweise von Hologrammen oder
diffraktiven optischen Elementen bekannt. Damit kann beispielsweise
erreicht werden, dass die Schutzschicht für einen ersten Spektralbereich
durchsichtig ist und für
einen zweiten Spektralbereich Undurchsichtigkeit erzeugt werden
kann. Ähnliches
gilt z. B. auch für
mehrschichtige Schutzschichten, die beispielsweise optische Filter
aufweisen können.