Design und Entwicklung einer Partikelfabrik auf Basis des Stop-Fluss Lithographieverfahrens

• Antragsteller: Professor Dr. Ghulam Destgeer; Professor Dr. Andreas Dietzel
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 494539689

Das einfache Mischen von wasserhaltigen und ölhaltigen Lösungen mit amphiphilen Partikeln führt zu der spontanen Bildung von einheitlichen Reaktionsvolumina, die zahlreiche Anwendungen in den Bereichen Einzelzell- und Einzelmolekülanalyse sowie in der Wirkstoffentdeckung ermöglichen. Die Herstellungsverfahren zur Produktion solcher Partikel werden gerade erst entwickelt. Mit dem folgenden Antrag stellen wir ein Verfahren vor, genannt Particle Factory (PARFACT), mit dem es möglich ist konzentrische amphiphile Partikel herzustellen, die sich aus einer hydrophoben äußeren Schicht und einer inneren hydrophilen Schicht zusammensetzen. Diese Schichten reagieren entsprechend ihrer Eigenschaften selektiv mit der Öl Phase bzw. der wässrigen Phase. Die Partikel werden mit einem 3D gedruckten Chip produziert, in dem reaktive Polymervorläufer durch koaxiale mikrofluidische Kanäle geströmt werden und diese durch eine Fotomaske mit UV-Licht polymerisieren. In dem vorgestellten Kurzzeit Projekt PARFACT werden wir uns zuerst auf das Design, die Optimierung sowie Herstellung des 3D gedruckten Chips mit hochauflösender Zwei-Photonen-Polymerisation fokussieren. Anschließend wird ein kompatibler Halter designt und mit einem computer numerical control (CNC) Verfahren hergestellt, der das Pumpensystem mit dem Chip verbindet und UV permeable ist. Der Chip wird zusammen mit dem Halter auf einer XY-Plattform befestigt über der sich die UV-LED Lichtquelle befindet, die durch ein in den Halter integriertes Fenster scheint. Die Lichtquelle ist an einer in vertikaler Richtung verstellbare Plattform befestigt. Alle im experimentellen Aufbau integrierten Komponenten, einschließlich der Pumpen, Ventile, sowie die UV Quelle werden über ein Input/ Output (I/O) Modul in synchronisierter Weise verbunden. Das Einzigartige an dem PARFACT Projekt wird die Verwendung der Zwei-Photonen-Polymerisation zur Herstellung von verkleinerten 3D Mikrokanälen (<100 µm) sein, die mit herkömmlichen Verfahren sehr schwer hergestellt werden können. Das Endziel dieses Projekts wird die Realisierung eines voll funktionsfähigen Versuchsaufbaus sein, der bereit ist, Polymervorläufer durch die 3D-gedruckte mikrofluidische Vorrichtung fließen zu lassen/zu stoppen und das UV-Licht bei Bedarf zyklisch ein- und auszuschalten. Nach Abschluss dieser ersten Phase des Projekts werden wir die Herstellung kundenspezifischer und entwickelter Partikel für die Bildung von Tröpfchen mit gleichmäßigem Volumen für spezifische Anwendungen ausweiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen