Vergleichbare Messergebenisse bei der Messung nicht-geometrischer Größen (Hydrophilie von mikroskopischen Bereichen) in der Mikrotechnik durch Bereitstellung von validierten Verfahren und Referenzproben

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Die Messung von Hydrophilie oder Hydrophobie an Oberflächen von Polymerbauteilen ist ein wichtiges Problem in der Mikrotechnik. Mikrofluidische Systeme, insbesondere solche auf Polymerbasis, sind Grundlage von Bauteilen in Anwendungsfeldern wie Bioanalytik, Medizintechnik oder der kombinatorischen Chemie. Das Verhalten solcher Bauteile gegenüber Flüssigkeiten ist entscheidend für ihre Funktionalität. So ist die reproduzierbare Einstellung und Nutzung von Kapillarkräften eines der angestrebten Ziele in der Mikrofluidik. Die Hydrophilie von Oberflächen mikrosystemtechnischer Prüfobjekte kann aber nicht mehr mit dem üblichen Verfahren, der Randwinkelmessung, untersucht werden, da dieses nur bis zur Strukturgröße von etwa 500 µm angewendet werden kann. Es müssen deshalb Verfahren gefunden und qualifiziert werden, die zur Bestimmung von Hydrophilie oder Hydrophobie auch im Bereich von Strukturgrößen kleiner 500 µm geeignet sind. Da Hydrophilie und Hydrophobie mit der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche korrelieren, kann das Problem mit einer quantitativen Bestimmung der relevanten chemischen Funktionalitäten an der Oberfläche gelöst werden. Dazu können die Methoden Photoelektronen-Spektroskopie und SekundärionenMassenspektrometrie eingesetzt werden, die derzeitig Strukturen von 15 µm bzw. 0,1 µm auflösen können. Es wird vorgeschlagen, das Problem der Bestimmung der Hydrophilie oder Hydrophobie mikroskopischer Oberflächenbereiche von mikrotechnisch hergestellten Polymerbauteilen aus Polycarbonat und Polymethylmethacrylat durch Bestimmung der chemischen Funktionsgruppen mit der Photoelektronen-Spektroskopie und der Sekundärionen-Massenspektrometrie zu lösen. Die beiden Messverfahren sollen mit Hilfe von Referenzproben kalibriert werden, an denen die Hydrophilie mit der in der "Makrowelt" etablierten Methode, der Berechnung der Oberflächenspannung aus Randwinkelmessungen, bestimmt worden ist. Auf diese Weise kann ein Maßstab aus der Makrowelt in die Mikratechnologie übertragen werden. Die Messunsicherheit des Verfahrens wird nach dem Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) bestimmt. Die Lösung des Problems der Bestimmung der Hydrophilie (oder Hydrophobie) mikroskopischer Oberflächenbereiche von mikrotechnisch hergestellten Bauteilen eröffnet neue Wege, diese Eigenschaft zu kontrollieren und die Qualität der Bauteile im Fertigungsprozess zu steigern und zu sichern.