Planar integrierte opto-fluidische Mikrosysteme aus PMMA für die Partikelanalyse

Abstract:
Wir demonstrieren ein hybrid integriertes optofluidisches Messsystem zur Überwachung der Partikelmassekonzentration und des Sauterdurchmessers fließender polydisperser Suspensionen aus Wasser und standardisiertem Teststaub. Um eine optimale Integration zu erreichen, wurde eine planare Strahler-Empfänger-Einheit entworfen und in Siliziumtechnologie gefertigt. Diese beinhaltet ein VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) mit 850 nm Wellenlänge als Lichtquelle und monolithisch integrierte segmentierte Photodioden. Das Licht des VCSELs, das durch eine optische Freiformfläche geformt und abgelenkt wird, propagiert auf einem Zick-Zack-Pfad durch das System und tritt so mit der durch einen Kanal fließenden Suspension in Wechselwirkung. Es erfolgt die Detektion des durch die Partikel gestreuten Lichtes und die Auswertung des mittleren Signals und der Standardabweichung. Die standardisierten Teststäube gemäß der Norm ISO 12103-A2 (fein), -A3 (mittel) und -A4 (grob), die Partikel mit Durchmessern zwischen 0,5 und 150 µm aufweisen, können mit einer Nachweisgrenze von unter 1 mg Teststaub pro Liter deionisiertes Wasser nachgewiesen werden. Die Sauterdurchmesser können als mittlere Durchmesser der zu Grunde liegenden Partikelgrößenverteilungen bestimmt werden.