Integrierte NTC-Dickschichtsensoren in LTCC Fluidmodule zur Temperaturregelung in bio-zentrierten Zellhandlingsystemen

Abstract:
Die chemische und mechanische Stabilität von Niedertemperatur Einbrandkeramik (engl. low temperature cofired ceramics – LTCC) ist der Grund für ihren zunehmenden Einsatz bei der Herstellung von Mikroreaktoren. Die einfache Integrierbarkeit von Elektroden, Heizern und sensorischen Funktionsschichten sowie die Verträglichkeit mit verschiedenen Zellkulturen führten dazu, dass das Anwendungsgebiet um biologische Reaktoren und in vitro Zellkulturarrays erweitert wurde. Eine zentrale Aufgabe beim Zellhandling in biologischen Systemen besteht in der Temperierung des Reaktors in einem engen Prozessfenster um 37 °C. Dabei ist es erforderlich, Temperaturen möglichst nah am Medium an möglichst vielen Messpunkten zu erfassen, um die Systemfunktion zu überwachen. Zur effizienten Detektion ist der Einsatz empfindlicher Sensoren, die möglichst einfach in die Technologiekette integrierbar sind, erforderlich. Für die Anwendung in LTCC-Reaktor bieten sich gedruckt NTC-Widerstände an. Durch ihre nichtlineare Charakteristik ergibt sich ein steiler Anstieg des Widerstandswertes im gewünschten Temperaturintervall, der eine präzise Auswertung der Temperatur ermöglicht. Die vorgestellte Arbeit beschreibt wesentliche Prozessparameter und resultierende Sensoreigenschaften der im Cofiring (paralleler Einbrand) integrierten Sensoren in Mehrlagenmodule aus DP 951, einem kommerziell verfügbaren LTCC-Foliensystem von DuPont Nemours.