Rapid-Prototyping von Dünnschichtsensoren für Zellkulturchips durch direkte Strukturierung mit einem Ultra-Kurzpulslaser

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Ausgehend von Mikroskopobjektträgern wurden Multisensorchips für Zellkulturanwendungen entwickelt. Ein Ultra-Kurzpulslaser wurde benutzt, um die Chips herzustellen, welche über Sensoren zur Registrierung der zellphysiologischen Parameter Sauerstoffkonzentration, Ansäuerung (pH-Wert) und Zellbewuchsdichte verfügen. Das Sensorkonzept basiert auf Vorversuchen mit Platinstrukturen, welche mit photolithographischen Techniken auf Glas gefertigt wurden [1]. Die Picosekundenlasertechnik erlaubt ein schnelles Rapid-Prototyping neuer Sensorchips. Das System hat eine Positioniergenauigkeit von unter 1 µm und erlaubt den direkten Datenimport aus DFX-Dateien. Die Objektträger wurden in einer Magnetronsputteranlage mit 15 nm Titan und 130 nm Platin beschichtet und anschließend durch Laserabtrag strukturiert. Der Laserprozess benötigt weniger als 3 min für eine Chipfläche von 11,5 cm². Mit dem Laser können Strukturen kleiner 20 µm und Abstände von 10 µm Breite gefertigt werden. Alle Strukturen wurden nachträglich mit Siliziumnitrid (Si3N4) passiviert. Si3N4 macht die Chips aufgrund seiner Härte sehr widerstandsfähig und kann darüber hinaus als pH-sensitives Substrat fungieren [2]. Um die notwendigen Passivierungsöffnungen zu schaffen, wurde eine weitere Laserbearbeitung durchgeführt.