Microtermoformado es la abreviatura de termoformado microscópico o microescala , o, más precisamente, termoformado de microproductos o productos de microestructura . Productos de microestructura significa productos que tienen estructuras en el rango micrométrico y cuya función técnica está proporcionada por la forma de la microestructura [1]. Termoformado [2], a su vez, significa dar forma a productos semiacabados calentados y, por lo tanto, suavizados en forma de polímero termoplástico. películas o placas con sus bordes fijados mediante estiramiento tridimensional. El modelado se realiza principalmente conformando las películas o placas en moldes hembra (conformado negativo) o sobre moldes macho (conformado positivo). Mientras que los otros procesos de microrreplicación de polímeros, como el moldeo por microinyección o el estampado en caliente (al vacío), son procesos de formación primarios en los que la formación ya se produce en una fase líquida fundida del material polimérico calentado, la microtermoformación es un proceso de formación secundario donde la formación se produce en , pero todavía fase sólida del polímero calentado.
Los moldes para la microrreplicación de polímeros en general y en particular para el microtermoformado se pueden fabricar mediante varios métodos, como el micromecanizado mecánico, métodos basados en la litografía en combinación con galvanoplastia (ver también el llamado proceso ' LIGA ') y grabado en húmedo o en seco. Y pueden fabricarse con diversos materiales como metal, silicio y vidrio.
Lo último
Desde hace varios años, en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), se utiliza un proceso de formación a presión o de alta presión (termo) para fabricar microchips de película para electroforesis capilar (CE) [3-5] y para el cultivo celular tridimensional [6 –8]. El proceso se deriva del proceso macroscópico de formación de láminas atrapadas [2]. Esta es una variación simple de la formación por vacío o presión sin preestirado, es decir, una formación de una sola etapa, en un molde hembra con calentamiento de la hoja de plástico utilizando una placa de calentamiento por contacto dentro de la estación de formación. El aire de formación se suministra a través de orificios pasantes en la placa calefactora. Aún en un proceso a escala de laboratorio, se termoconforman diversas películas termoplásticas también de polímeros biodegradables como la policaprolactona (PCL) con espesores típicamente entre 20 y 100 μm. Esto se realiza con presiones de gas de hasta 5 MPa en cavidades mecanizadas mecánicamente de micromoldes en forma de placa de latón.
Los primeros ejemplos de procesos que se acercan a algo que podría denominarse 'microtermoformado' tienen su origen en la segunda mitad de los noventa. Así, en 1993, se fabricaron microestructuras de polímero en forma de cúpula para su uso en interruptores de membrana eléctricos [9]. Esto se hizo entre un troquel de relieve de metal superior e inferior acoplado con un detalle cóncavo y convexo, respectivamente, primero en una prensa en caliente y luego en una segunda en frío. Y en 1999, se fabricaron microestructuras poliméricas de láminas onduladas para su uso, por ejemplo, en actuadores electrostáticos [10]. Esto también se hizo entre herramientas calentadas y contraherramientas, es decir, en procesos discontinuos entre sellos o en procesos continuos entre rodillos. En parte, la contraherramienta era blanda en forma de una película o placa sin patrón más gruesa hecha de un material fácilmente deformable, por ejemplo elastomérico , que puede asumir la forma de la herramienta metálica dura. En 2006, en la Escuela de Ingeniería de Polímeros, Textiles y Fibras (PTFE) del Instituto de Tecnología de Georgia (GIT), se utilizó el mismo enfoque tecnológico para fabricar estructuras similares a láminas corrugadas similares en un llamado 'estampado en caliente asistido por caucho proceso »[11].
Funciones y aplicaciones
El proceso de microtermoformado, incluidos sus productos, puede tener todas las propiedades ventajosas del potente proceso de producción macroscópico. Además, las micropartes termoformadas tienen propiedades específicas adicionales que aparecen solo en dimensiones de microescala y resultan de su morfología inusual. Las estructuras termoformadas, por ejemplo, microfluídicas , tienen microcavidades independientes tales como canales y depósitos y tienen paredes delgadas en parte en el intervalo de unos pocos micrómetros. Las propiedades específicas de las micropartes termoformadas son, entre otras, su alta flexibilidad, su pequeño volumen y masa, su baja resistencia térmica y capacidad calorífica, y su baja absorbancia de luz y fluorescencia de fondo. La morfología y las propiedades de estas micropartes ahora pueden resultar en aplicaciones mejoradas o incluso nuevas, hasta ahora impensadas.
En comparación con los otros procesos de microrreplicación, en el microtermoconformado, las modificaciones de la película a formar se conservan más allá de la etapa de formación debido a la coherencia del material ya mencionada durante este proceso de formación secundario. Esto permite la modificación y funcionalización de la superficie y del volumen de las películas o membranas formadas tridimensionalmente, es decir, como micro y nanopatrones de alta resolución, y todos los lados, es decir, en paredes laterales de difícil acceso e incluso detrás de cortes . Así, por ejemplo, las virutas termoformadas para el cultivo celular tridimensional pueden estar provistas de poros, patrones de adhesión celular [6-8], topologías de superficie y electrodos [12].
Se espera que los campos de aplicación futuros para el microtermoformado sean
- generalmente ciencias de la vida, por ejemplo, microchips de película flexible como dispositivos μTAS (Micro Total Analysis Systems) y LOC ( Lab-on-a-chip ), posiblemente en formato continuo y combinados con circuitos politronicos, también como implantes humanos
- especialmente ingeniería de tejidos , por ejemplo, sustratos de película o andamios para el cultivo de células tridimensionales en investigación fundamental, diagnóstico médico, investigación de sustancias activas farmacéuticas e investigación clínica y terapia, particularmente si se integra en plataformas de laboratorio estándar como placas de Petri y placas de microtitulación
- microenvases, por ejemplo, carcasas o tapas de micro sensores y actuadores
- textiles inteligentes, etc.
Referencias
- Un informe provisional del Grupo de trabajo NEXUS 1998 Market Analysis for Microsystems
- Throne JL 1996 Tecnología de termoformado (Munich: Hanser)
- Truckenmüller R, Rummler Z, Schaller T y Schomburg WK 2001 Producción a bajo costo de estructuras de electroforesis capilar de polímero de un solo uso mediante microtermoformado Proc. 12º Taller europeo de micromecánica (MME) (Cork, Irlanda) págs. 39–42
- Truckenmüller R, Rummler Z, Schaller T y Schomburg WK 2002 Termoformado de bajo costo de chips de análisis de micro fluidos J. Micromech. Microeng. 12 375–9
- Truckenmüller R, Giselbrecht S 2004 Microtermoformado de microestructuras huecas flexibles no enterradas para aplicaciones de ciencias biológicas basadas en chips IEE Proc. Nanobiotecnología 151 163–6
- Giselbrecht S, Gietzelt T, Gottwald E, Guber AE, Trautmann C, Truckenmüller R y Weibezahn KF 2004 Microtermoformado como técnica novedosa para la fabricación de andamios en ingeniería de tejidos (CellChips) IEE Proc. Nanobiotecnología 151 151–7
- Giselbrecht S, Gottwald E, Schlingloff G, Schober A, Truckenmüller R, Weibezahn KF y Welle A 2005 Plataforma de cultivo celular 3D microestructurada altamente adaptable en formato de 96 pocillos para la diferenciación y caracterización de células madre Proc. 9º Int. Conf. sobre sistemas miniaturizados para la química y las ciencias biológicas (Micro Total Analysis Systems, μTAS) (Boston, MA) págs. 376–8
- Giselbrecht S, Gietzelt T, Gottwald E, Trautmann C, Truckenmüller R, Weibezahn KF y Welle A 2006 Sustratos de cultivo de tejidos 3D producidos por microtermoformado de películas poliméricas preprocesadas Biomed. Microdispositivos 8 191-9
- Kurosawa M, Haga S, Yamasato H, Kobayashi I y Suzuki S 1995 Interruptor de membrana con relieve PET Revisión técnica de Fujikura 24 97–100
- Dreuth H y Heiden C 1999 Estructuración termoplástica de películas delgadas de polímero Sens. Actuadores A-Physical 78 198–204
- Nagarajan P y Yao D 2006 Gofrado en caliente asistido por caucho para estructurar películas poliméricas de película delgada Proc. Congreso y exposición internacional de ingeniería mecánica de ASME (IMECE) (Chicago, IL)
- Gottwald E, Giselbrecht S, Augspurger C, Lahni B, Dambrowsky N, Truckenmüller R, Piotter V, Gietzelt T, Wendt O, Pfleging W, Welle A, Rolletschek A, Wobus AM y Weibezahn KF 2007 Una plataforma basada en chips para generación vitro de los tejidos en la organización tridimensional Lab chip de 7 777 a 85