DE102007060352A1 - Device for electronically compatible thermal controlling of integrated micro-systems on basis of active temperature sensitive hydraulic gels, has component, which produces temperature field - Google Patents

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    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0083Temperature control
    • B81B7/0087On-device systems and sensors for controlling, regulating or monitoring

Abstract

The device has a component, which produces a temperature field (3) and is placed on or in the proximity of the upper side of a substrate (1). The substrate serves as a defined thermal resistance, whose lower side is kept constant by an active temperature control unit (2) on a certain base temperature. The work temperature area has device in a phase transition area of the temperature sensitive hydraulic gels, which is necessary for implementation of the technical functions of the component.

Description

Einleitungintroduction

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur elektronikkompatiblen Ansteuerung integrierter aktiver Mikrosysteme auf Basis temperatursensitiver Hydrogele mit einer hohen Dichte aktiver Elemente.The The invention relates to devices for electronics-compatible control integrated active microsystems based on temperature-sensitive Hydrogels with a high density of active elements.

Stand der TechnikState of the art

Analog der Entwicklung der Mikroelektronik erwartet man in der Mikrosystemtechnik von Systemen mit hohem Integrationsgrad exorbitante technologische Fortschritte vor allem in den Schlüsseltechnologien der Biotechnologie, Medizintechnik und Molekularbiologie. Einige Wissenschaftler küren die integrierte Mikrosystemtechnik gar zur „Technologie des 21. Jahrhunderts". Die Eigenschaftsprofile der beiden verfügbaren hochintegrationsfähigen Mikrotechnologien, die siliziumbasierte Mikrosystemtechnik und die mikropneumatische polymerbasierte Mikrofluidik, lassen nicht zwangläufig erwarten, dass sie eine umfängliche technische Revolution tragen können. Aufgrund der kostenintensiven Fertigung eignet sich die siliziumbasierte Technologie inklusive diverser Hybridtechnologien, welche z. B. Piezo- oder Formgedächtnisaktoren integrieren, praktisch ausschließlich für einzelne Anwendungen hochwertiger hochintegrierter Systeme, deren wohl bisher größtes Erfolgsbeispiel Spiegelarraysysteme sind [ van Kessel, P. F., Hornbeck, L. J., Meier, R. E. & Douglass M. R. Proc. IEEE 1998, 86, 1687-1704 ]. Auch die kostengünstigere mikropneumatische Technologie benötigt aufwändige Aufbauten ( WO 2004 028 955 , WO 01/001025 ), welche neben der eigentlichen mikrofluidischen Ebene noch eine oder mehrere pneumatische Steuerebenen umfassen und aufgrund gerätetechnischer Limitation der pneumatischen Steuerleitungsanzahl den Nachteil einer nur indirekten, sequentiellen Adressierbarkeit der aktiven Elemente mit jeweils einem Zeilen- und Spaltenmultiplexer besit zen. Außerdem lässt sich nur eine einzige Grundfunktion, nämlich die des Schließens bzw. Verdrängens, realisieren.Analogous to the development of microelectronics, in microsystems technology highly integrated systems are expected to undergo exorbitant technological advances, above all in the key technologies of biotechnology, medical technology and molecular biology. Some scientists even consider integrated microsystem technology to be "21st century technology." The property profiles of the two highly integrated micro-technologies available, silicon-based microsystem technology and micro-pneumatic polymer-based microfluidics, can not necessarily be expected to bring about a major technological revolution The silicon-based technology, including various hybrid technologies that integrate, for example, piezo or shape memory actuators, is suitable almost exclusively for individual applications of high-quality, highly integrated systems, whose biggest success so far is mirror array systems [ van Kessel, PF, Hornbeck, LJ, Meier, RE & Douglass MR Proc. IEEE 1998, 86, 1687-1704 ]. Even the more cost-effective micropneumatic technology requires complex structures ( WO 2004 028 955 . WO 01/001025 ), which in addition to the actual microfluidic level still include one or more pneumatic control levels and zen due to device-technical limitation of the pneumatic control line number the disadvantage of only indirect, sequential addressability of the active elements, each with a row and column multiplexer. In addition, only a single basic function, namely that of closing or displacing, can be realized.

Einfachste Funktionsstrukturen lassen sich wohl nur mit einem Material realisieren, welches ein für die Mikrosystemtechnik ähnlich geeignetes Eigenschaftsprofil wie das Silizium für die Mikroelektronik besitzt.easiest Functional structures can probably only be realized with one material, which is similar to microsystem technology suitable property profile as the silicon for the Microelectronics owns.

Materialien, welche aufgrund ihrer Multifunktionalität und ihrer Prozessierbarkeit und Strukturierbarkeit diesem Aspekt potenziell entsprechen, sind stimuli-sensitive Hydrogele. Sie offerieren eine Fülle sensorischer, aktorischer und anderer aktiver Grundfunktionen. Ihre zunächst problematische elektrische Ansteuerbarkeit wurde durch die Entwicklung einer thermisch-elektronischen Schnittstelle unter Nutzung temperatursensitiver Hydrogele ermöglicht und in einer Reihe fluidischer Grundelemente umgesetzt ( DE 101 57 317 A1 , [ A. Richter et al., J. Microelectromech. Syst. 2003, 12, 748-753 ], DE 10 2004 062 893 A1 ). Die vorzügliche Miniaturisierbarkeit der Hydrogelelemente wird in taktilen Displays ( DE 102 26 746 A1 ), Abgabe-Arrays ( DE 10 2004 061 732 A1 ), programmierbaren Mikrostempeln ( DE 10 2004 061 731 B4 ), mikrofluidischen Systemen ( DE 10 2006 020 716 A1 , WO 2006/038159 A1 ) zur Realisierung komplexer Systeme mit einer Vielzahl aktiver Hydrogelelemente ausgenutzt. Die thermisch-elektronische Schnittstelle basiert entweder auf Heizwiderstandsstrukturen, die in unmittelbarer Nähe zu den einzelnen Hydrogelelementen angeordnet sind, oder auf der Verwendung energiereichen Lichts, z. B. in Form eines Lasers, dessen Energie durch Absorption in thermische Energie umgesetzt wird. Der Laser kann u. a. ein Zeilenlaser, der die Bildpunkte periodisch ansteuert, aber auch ein Laser sein, der durch Spiegel die einzelnen Bildpunkte ansteuert.Materials which, because of their multifunctionality and their processability and structurability potentially correspond to this aspect, are stimuli-sensitive hydrogels. They offer a wealth of sensory, actoric and other active basic functions. Their initially problematic electrical drivability was made possible by the development of a thermal-electronic interface using temperature-sensitive hydrogels and implemented in a series of fluidic basic elements ( DE 101 57 317 A1 , [ A. Richter et al., J. Microelectromech. Syst. 2003, 12, 748-753 ] DE 10 2004 062 893 A1 ). The excellent miniaturization of the hydrogel elements is demonstrated in tactile displays ( DE 102 26 746 A1 ), Delivery arrays ( DE 10 2004 061 732 A1 ), programmable micro-stamps ( DE 10 2004 061 731 B4 ), microfluidic systems ( DE 10 2006 020 716 A1 . WO 2006/038159 A1 ) to realize complex systems with a variety of active hydrogel elements exploited. The thermal-electronic interface is based either on heating resistor structures which are arranged in close proximity to the individual hydrogel elements, or on the use of high-energy light, for. B. in the form of a laser whose energy is converted by absorption into thermal energy. The laser may include a line laser, which controls the pixels periodically, but also a laser, which drives the individual pixels by means of mirrors.

Viele der genannten Mikrosysteme bieten nur dann bedeutende Vorteile, wenn sie höherintegriert sind, d. h., eine hohe Dichte aktiver Komponenten besitzen. Dies ist aber mit dem bislang vorliegenden Technik-Stand für hydrogelbasierte Mikrosysteme nicht zu erreichen, da die geschilderten thermi schen Ansteuerungen nicht einmal annähernd die notwendige Auflösung erreichen. Aufgrund des Effektes der Wärmeausbreitung sind Komponentenabstände kleiner 2 mm praktisch kaum realisierbar. Dies liegt daran, dass meist weniger Wärme über die Oberfläche des Mikrosystems an die Umgebung abgegeben als zugeführt wird und es zu einer gesamtheitlichen Erwärmung des Systems kommt.Lots of these microsystems offer significant benefits only if if they are more highly integrated, d. h., a high density own active components. But this is with the hitherto existing Engineering booth not suitable for hydrogel-based microsystems reach, as the described thermal drives rule not once approaching the necessary resolution. Due to the effect of heat propagation are component distances less than 2 mm virtually impossible to realize. This is because of that usually less heat over the surface of the microsystem delivered to the environment as supplied and it becomes a holistic warming of the system comes.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zur elektronikkompatiblen thermisch-elektrischen Ansteuerung zu schaffen, welche die Realisierung hochintegrierter mikrotechnischer Systeme auf Basis temperaturempfindlicher Materialien, insbesondere temperatursensitiver Hydrogele, ermöglicht.task The invention is therefore a device for electronics compatible thermal-electrical control to create the realization highly integrated micro-technical systems based on temperature-sensitive Materials, especially temperature-sensitive hydrogels allows.

Beschreibung und BeispieleDescription and examples

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.According to the invention the object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous embodiments are in the claims 2 to 15 indicated.

Das Prinzip der Erfindung besteht in der zeitlich und räumlich definierten Steuerung eines temperaturempfindlichen Multikomponentensystems durch ein Temperaturfeld. Die Temperaturfeldsteuerung besitzt den Vorteil, dass alle Komponenten im Inneren des räumlich definierten Temperaturfeldes gleichzeitig beeinflusst werden. Die exakte Zuordnung eines Ansteuerelementes zu einer steuerbaren Komponente ist nicht mehr notwendig, so dass bedeutend mehr und auch einfachere technische Möglichkeiten zur Realisierung der Ansteuerung bestehen. Eine essentielle Voraussetzung der Temperaturfeldsteuerung ist die T-Feld-Stabilisierung durch Abführung überschüssiger Wärme per aktiver Temperierung. Das Auflösungsvermögen und die erreichbaren Temperaturdifferenzen, lassen sich konstruktiv durch die Art und Dicke des Substratmaterials sowie durch den das Temperaturfeld erzeugenden Energieeintrag bestimmen.The Principle of the invention consists in the temporal and spatial defined control of a temperature-sensitive multicomponent system through a temperature field. The temperature field control has the advantage that all components are inside the spatially defined Temperature field can be influenced simultaneously. The exact assignment a drive element to a controllable component is not more necessary, so that significantly more and also simpler technical Possibilities for the realization of the control exist. An essential requirement of temperature field control is the T-field stabilization by dissipation of excess Heat by active temperature control. The resolution and the achievable temperature differences, can be constructive by the nature and thickness of the substrate material and by the Determine the temperature field generating energy input.

Durch die Temperatur der Temperierung lässt sich zudem die Lage des Temperaturarbeitsbereiches einstellen.By the temperature of the tempering can also be the location of the temperature working range.

Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention is intended to be closer to some embodiments be explained. In the accompanying drawings demonstrate:

1 die prinzipielle Konfiguration einer Temperaturfeldsteuerung für temperaturempfindliche Multikomponentensysteme, 1 the basic configuration of a temperature field controller for temperature-sensitive multicomponent systems,

2 zwei mögliche Ausführungen der Temperaturfeldsteuerung für die lichtoptische Ansteuerung der Komponenten von Mikrosystemen 2 Two possible embodiments of the temperature field control for the light-optical control of the components of microsystems

3 die erreichbare Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Substrates als Funktion der Substratdicke, 3 the achievable temperature difference between the top and bottom of the substrate as a function of substrate thickness,

4 den Temperaturverlauf an der Grenze des Temperaturfeldes für ein 500 μm dickes Polyestersubstrat und lichtoptischer Ansteuerung auf Basis eines handelsüblichen Video-Projektors mit einer 200 W Lampe, 4 the temperature profile at the boundary of the temperature field for a 500 μm thick polyester substrate and light-optical control on the basis of a commercial video projector with a 200 W lamp,

5 eine Temperaturfeldsteuerung mit einem Video-Projektor als Lichtquelle, 5 a temperature field control with a video projector as a light source,

6 eine Temperaturfeldsteuerung auf Basis eines großformatigen Transmissions-TFT-Display-Panels 6 a temperature field control based on a large-format transmission TFT display panel

7 eine Temperaturfeldsteuerung auf Basis eines Widerstandsarrays 7 a temperature field control based on a resistor array

8 das temperaturabhängige Quellverhalten von Poly(N-Isopropylacrylamid), 8th the temperature-dependent swelling behavior of poly (N-isopropylacrylamide),

9 die matrix eines taktilen Displays mit Bildpunkten auf Basis von Poly(N-Isopropylacrylamid) 9 the matrix of a tactile display with pixels based on poly (N-isopropylacrylamide)

10 die Ansprechzeit eines Poly(N-Isopropylacrylamid)-basierten Aktors bei lichtoptischer Ansteuerung unterschiedlicher effektiver Heizleistung. 10 the response time of a poly (N-isopropylacrylamide) -based actuator with light-optical control of different effective heating power.

Stellvertretend für weitere Anwendungs- und Gestaltungsmöglichkeiten wird anhand von 1 der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise der Temperaturfeld-basierten Ansteuerung vorgestellt. Konstruktive und betriebliche Einfluss möglichkeiten auf die Eigenschaften der Ansteuerung verdeutlichen die 2 bis 4. Die 5 bis 7 stellen einige besonders vorteilhafte Ausführungen für hoch auflösende Temperaturfeldsteuerungen vor. In den 8 bis 10 wird die Steuerung eines Mikrosystems mit Komponenten auf Basis temperatursensitiver Hydrogele vorgestellt.Representative of further application and design options is based on 1 presented the basic structure and the mode of action of the temperature field-based control. Constructional and operational influence possibilities on the characteristics of the control clarify the 2 to 4 , The 5 to 7 introduce some particularly advantageous designs for high-resolution temperature field controls. In the 8th to 10 the control of a microsystem with components based on temperature-sensitive hydrogels is presented.

Wie 1 verdeutlicht, wird bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung auf der Oberfläche des Substrates (1) durch entsprechenden Energieeintrag ein räumlich und zeitlich definiertes Temperaturfeld (3) erzeugt, welches mindestens eine Temperatur TW,U und maximal eine Temperatur TU aufweist. Die bevorzugt aktive Temperierung (2) temperiert die Unterseite des Substrates (1) auf die Basistemperatur TB, führt die überschüssige Wärme ab und hält das Temperaturfeld (3), welches hier Delfin-förmig ist, über den gewünschten Zeitraum konstant. Die Temperierung (2) garantiert zudem eine weitgehende Systemunabhängigkeit von der Umgebungstemperatur.As 1 illustrated, is in the inventive control on the surface of the substrate ( 1 ) by corresponding energy input a spatially and temporally defined temperature field ( 3 ), which has at least one temperature T W, U and at most one temperature T U. The preferred active temperature control ( 2 ) tempered the underside of the substrate ( 1 ) to the base temperature T B , dissipates the excess heat and keeps the temperature field ( 3 ), which is here dolphin-shaped, over the desired period constant. The temperature control ( 2 ) also guarantees an extensive system independence from the ambient temperature.

Um zwei benachbarte Komponenten (16) sicher in die beiden gegensätzlichen Endzustände (16a, 16b) versetzen zu können, müssen diese einem minimalen Abstand ΔxW besitzen (siehe 2), welcher dem Auflösevermögen der Ansteuerung entspricht. Für Arrayanordnungen ist zudem das minimale Rastermaß xR = xK + ΔxW wichtig.To two adjacent components ( 16 ) safely into the two opposite final states ( 16a . 16b ), they must have a minimum distance Δx W (see 2 ), which corresponds to the resolving power of the drive. For array arrangements, the minimum grid dimension x R = x K + Δx W is also important.

Diese Abstände werden durch den in 3 gezeigten Temperaturverlauf an der Grenze des Temperaturfeldes bestimmt. Er weist drei Bereiche auf. Der beheizte Substratbereich (3) im Inneren des Temperaturfeldes besitzt eine maximale Temperatur TU. Der unbeheizte Bereich (4) besitzt in einer Entfernung xB die Basistemperatur TB. Um die Komponenten (16) sicher zwischen ihren Endzuständen steuern zu können, muss die Arbeitstemperaturdifferenz ΔTW realisiert werden. Die untere Grenze des Temperaturfeldes, bis zu welcher die Komponenten (16, 16a) angesteuert sind, ist die Temperatur TW,U. Die obere Temperaturgrenze, bis zu der die Komponenten (16, 16b) nicht angesteuert sind, bildet TW,B.These distances are determined by the in 3 shown temperature profile at the boundary of the temperature field determined. It has three areas. The heated substrate area ( 3 ) inside the temperature field has a maximum temperature T U. The unheated area ( 4 ) has the base temperature T B at a distance x B. To the components ( 16 ) to safely control between their final states, the working temperature difference .DELTA.T W must be realized. The lower limit of the temperature field to which the components ( 16 . 16a ), the temperature is T W, U. The upper temperature limit, up to which the components ( 16 . 16b ) are not driven, T W, B forms .

Der Arbeitstemperaturbereich ΔTW sollte sich möglichst im annähernd linearen Bereich der Temperaturkurve befinden, da in diesem Fall das kleinstmögliche ΔxW erreicht wird. Es empfiehlt sich deshalb, die Temperaturdifferenz TU – TB entsprechend groß zu wählen. Vorteilhaft ist zudem, dass sich mit zunehmender TU – TB ΔxW weiter verringert, da sich der Anstieg des annähernd linearen Temperaturkurven-Bereiches vergrößert. Das Auflösevermögen lässt sich bei gleichem Substratmaterial durch die Substratdicke dS und die effektiv applizierte Heizleistung PH beeinflussen. Eine Verringerung der Substratdicke bewirkt eine Verringerung von ΔxW, allerdings muss in diesem Fall zum Erreichen einer jeweils gleichen Temperatur des Feldes (3) die Heizleistung erhöht werden. Eine Erhöhung der Heizleistung PH bei konstantem Substrat erhöht die Temperaturdifferenz TU – TB mit den bereits geschilderten Folgen.The working temperature range ΔT W should preferably be in the approximately linear range of the temperature curve, since in this case the smallest possible Δx W is achieved. It is therefore advisable to choose the temperature difference T U - T B correspondingly large. It is also advantageous that Δx W decreases further as the T U - T B increases, since the increase in the approximately linear temperature curve range increases. The dissolving power can be influenced by the substrate thickness d S and the effective applied heating power P H for the same substrate material. A reduction of the substrate thickness causes a reduction of .DELTA.x W , but in this case to achieve a respective same temperature of the field ( 3 ) the heating power can be increased. An increase in the heating power P H at constant substrate increases the temperature difference T U - T B with the consequences already described.

Entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der Wärmeausbreitung

Figure 00060001
kann die Differenz zwischen oberer (TU) und Basistemperatur TB durch die Dicke dS des Substrates und die Wärmeleitfähigkeit λS des Substratmaterials konstruktiv voreingestellt werden. 4 zeigt die Abhängigkeit der Temperaturdifferenz ΔT = TU – TB von der Dicke dS des Substrates (1) aus Polyester bei einer applizierten effektiven Heizleistungsdichte von 0,4 Wcm–2. Zum Erzielen großer Temperaturdifferenzen sollte die Wärmeleitfähigkeit λS des Substratmaterials möglichst gering sein. Viele Polymere, wie z. B. Polyester, Polymethyl-Methacrylat, Polyamid, Polykarbonat, Polystyrol, Polybutylen-Terephthalat und Polydimethylsiloxan, verfügen über Wärmeleitfähigkeiten im Bereich zwischen 0,14 und 0,22 W/m·K und eignen sich deshalb potenziell als Substratmaterialien.According to the laws of heat propagation
Figure 00060001
the difference between the upper (T U ) and base temperature T B can be preset in terms of design by the thickness d S of the substrate and the thermal conductivity λ S of the substrate material. 4 shows the dependence of the temperature difference ΔT = T U -T B on the thickness d S of the substrate ( 1 ) of polyester at an applied effective heat density of 0.4 Wcm -2 . To achieve large temperature differences, the thermal conductivity λ S of the substrate material should be as low as possible. Many polymers, such as. As polyester, polymethyl methacrylate, polyamide, polycarbonate, polystyrene, polybutylene terephthalate and polydimethylsiloxane have thermal conductivities in the range between 0.14 and 0.22 W / m · K and are therefore potentially suitable as substrate materials.

Der räumlich definierte Eintrag der Heizleistung auf die Substratoberfläche kann mit unterschiedlichen technischen Prinzipien erfolgen. Im wesentlichen lassen sich elektroni sche Systeme, welche befähigt sind, im erforderlichen Maß einen räumlich definierten (Heiz-)Energieeintrag zu realisieren, in optische und resistive Geräte einteilen.Of the spatially defined entry of the heating power on the substrate surface can be done with different technical principles. Essentially can be electronic systems, which are capable to the extent required a spatially defined (Heating) energy input to realize in optical and resistive devices organize.

Optische Ansteuerungen basieren auf der Umwandlung der Lichtenergie in Wärmeenergie durch Absorption. Diese Energiewandlung erfolgt entweder auf der Oberfläche des Substrates (1), in der zu steuernden Komponente (9) selbst oder an einer Körperfläche der Komponente. Es empfiehlt sich, die Oberfläche des Substrates (1), die zu steuernde Komponente oder deren Körperfläche mit Pigmenten zu versehen, deren Farbe die Wellenlänge bzw. das Arbeits-Wellenlängenspektrum der Lichtquelle optimal absorbiert. Optische Ansteuerungen sind in drei Typen einteilbar: solche mit Projektionssystemen als Lichtquellen, großformatige Transmissionsschirme zum Strukturieren ungerichteten Lichts sowie Einzellasersysteme mit der direkten oder indirekten Fähigkeit, auf jeden beliebigen Punkt des Mikrosystems gerichtet werden zu können.Optical drives are based on the conversion of light energy into heat energy through absorption. This energy conversion takes place either on the surface of the substrate ( 1 ), in the component to be controlled ( 9 ) itself or on a body surface of the component. It is recommended that the surface of the substrate ( 1 ), to provide the component to be controlled or the body surface with pigments whose color optimally absorbs the wavelength or the working wavelength spectrum of the light source. Optical actuators can be classified into three types: those with projection systems as light sources, large-format transmission screens for structuring undirected light, and single-laser systems with the direct or indirect ability to be directed to any point in the microsystem.

Als Projektionssysteme eignen sich potenziell Laser-Projektoren, Transmissions-Flüssigkristall-Displays (liquid crystal display LCD) und Mikrospiegelgeräte (digital micromirror devices DMD). 5 zeigt eine optoelektronische Ansteuerung auf Basis eines kommerziell erhältlichen Videoprojektors EPSON EMP-820 als Lichtprojektionssystem (5). Dieses Gerät verfügt über eine 200 W Lampe (6) und 0,9'' Mikro-Transmissions-Flüssigkristall-Displays (7). Die Transmissions-Flüssigkristall-Displays fungieren als optische Masken. Die Transparenz eines Flüssigkristall-Bildpunktes und damit dessen projizierte Helligkeit bzw. Lichtleistung werden durch die Beeinflussung der Polarisationsrichtung des Lichts gesteuert. Zum Parallelisieren des Lichtstrahls (8) kommt eine Optik (9), bestehend aus einer Konvex-Linse mit f1 = 90 mm und einem Objektiv mit f2 = 80 mm zum Einsatz. Mit dieser Anordnung lässt sich die in 4 dargestellte Temperaturdifferenz ΔT = TU – TB zwischen der geschwärzten Oberfläche (17) eines Polyestersubstrates (1) und der mit (2) auf TB temperierten Substratunterseite in Abhängigkeit von der Substratdicke erreichen. Für eine Substratdicke von 500 μm wird ΔT = 13 K erreicht. Wird die Basistemperatur durch die Temperierung (2), welches im geschilderten Fall eine aktive Wassertemperierung ist, auf 26°C gehalten, so ergibt sich der in 3 gezeigte Temperaturverlauf an der Temperaturfeldgrenze. Das Auflösevermögen der Ansteuerung ΔxW beträgt in diesem Fall 600 μm.Projection systems are potentially laser projectors, liquid crystal display (LCD) and micromirror devices (DMD). 5 shows an optoelectronic drive based on a commercially available video projector EPSON EMP-820 as a light projection system ( 5 ). This device has a 200 W lamp ( 6 ) and 0.9 '' micro-transmission liquid crystal displays ( 7 ). The transmission liquid crystal displays function as optical masks. The transparency of a liquid crystal pixel and thus its projected brightness or light output are controlled by influencing the polarization direction of the light. For parallelizing the light beam ( 8th ) comes an optic ( 9 ), consisting of a convex lens with f 1 = 90 mm and a lens with f 2 = 80 mm used. With this arrangement, the in 4 represented temperature difference ΔT = T U - T B between the blackened surface ( 17 ) of a polyester substrate ( 1 ) and the one with ( 2 ) on T B tempered substrate underside depending on the substrate thickness. For a substrate thickness of 500 μm ΔT = 13 K is achieved. If the base temperature is controlled by the temperature control ( 2 ), which in the case described is an active water tempering, kept at 26 ° C, the results in 3 Temperature curve shown at the temperature field boundary. The resolving power of the control Δx W in this case is 600 μm.

Die Umwandlung von Licht in Wärmeenergie lässt sich durch den Einsatz von Absorbermaterialien (17) effektiv gestalten. Wie 2 illustriert, kann zu diesem Zweck das Substrat (1) mit einer Farbe gefärbt sein, welche das Licht der Quelle (6) besonders gut absorbiert. Für normales, weißes Licht eignet sich dafür eine Schwarzfärbung. Alternativ können in das Komponentenmaterial (16) auch Pigmente (17) entsprechender Farbe eingebracht sein. Die Absorbermaterialien müssen nicht zwangsläufig auf dem Substrat platziert sein. Werden die Ansteuerungen als Grundgeräte für austauschbare Mikrosysteme betrieben, so empfiehlt es sich, die Absorberstrukturen (17) in die Mikrosysteme zu integrieren, insbesondere dann, wenn die Absorbermaterialien einzelnen Komponenten, z. B. Mikroventilen, direkt zugeordnet sind. Strukturiert geschwärzte Polyesterfolien können beispielsweise TypoPhot TO-G – Filme, wie sie in der Lithografie zum Einsatz kommen, sein.The conversion of light into heat energy can be achieved by the use of absorber materials ( 17 ) effectively. As 2 illustrated, for this purpose, the substrate ( 1 ) are colored with a color which reflects the light of the source ( 6 ) absorbed particularly well. For normal, white light is suitable for a black color. Alternatively, in the component material ( 16 ) also pigments ( 17 ) of appropriate color. The absorber materials do not necessarily have to be placed on the substrate. If the controllers are operated as basic units for exchangeable microsystems, it is recommended that the absorber structures ( 17 ) to integrate into the microsystems, especially if the absorber materials individual components, eg. B. microvalves, are assigned directly. Structured blackened polyester films can be, for example, TypoPhot TO-G films, as used in lithography.

Mikrospiegel-Geräte projizieren das Licht einer Quelle durch Reflektion auf eine Abbildungsebene. In Abhängigkeit von der Neigung der einzelnen Mikrospiegel auf dem DMD-Chip wird das Licht entweder direkt zur Optik bzw. Abbildungsebene reflektiert oder zu einem Absorber geleitet, d. h., jeder einzelne Bildpunkt lässt sich vollständig beleuchten oder ausblenden. Beliebige Helligkeiten zwischen diesen Extrema lassen sich durch eine pulsweitenmodulierte Spiegel-Ansteuerung erreichen. Aufgrund der Kantenlänge eines Einzelspiegels von etwa 12 μm lassen sich mit der DMD-Technik und einem relativ geringen Abbildungsverhältnis Ansteuerungen mit höchstem Auflösungsvermögen realisieren. Da die DMD-Chips laut Herstellerangaben bei Wasserkühlung Bilder mit bis zu 40.000 lm projizieren können, erlaubt die DMD-Technik auch hinsichtlich der Leistungsfähigkeit einen solchen Betrieb.Micromirror devices project the light from a source by reflection onto an image plane. Depending on the inclination of each micromirror on the DMD chip, the light is either directly to the optics or imaging plane reflected or directed to an absorber, d. h., every single one Pixel can be fully illuminated or hide. Leave any brightness between these extremes can be achieved by a pulse width modulated mirror drive. Due to the edge length of a single mirror of about 12 microns can be with the DMD technique and a relative low imaging ratio drives with highest Realize resolution. Because the DMD chips according to the manufacturer in water cooling pictures with up to can project to 40,000 lm, allows the DMD technique also in terms of performance one such Business.

6 illustriert ein lichtoptisches Steuergerät für komplexe Mikrosysteme, welches auf großformatigen und lichtstarke Transmissions-Flüssigkristall-Displays beruht. Solche Geräte ermöglichen Ansteuerungen, die durch ein Abbildungsverhältnis von 1:1 im Extremfall eine direkte Pixel-zu-Komponente-Zuordnung zulassen und darüber hinaus potenziell in der Lage sind, Millionen von Komponenten (16) zu kontrollieren. Es empfiehlt sich der Einsatz monochromer Transmissions-Dünnfilmtransistor-Flüssigkristall-Displays, wie z. B. die NL160120AM27-Serie von NEC LCD-Technologies, da diese – verglichen mit Farb-TFT-Displays – einen hohen Kontrast und eine mehr als dreifach bessere Helligkeit aufweisen und somit geringe Transmissionsverluste besitzen. Ein derartiges System kann als Steuergerät ausgeführt sein und umfasst neben dem Display (13) eine Lampe (6), welche eine kontinuierlich arbeitende Lampe, aber auch ein Stroboskop sein kann. Der Lichtstrahl (8) kann durch eine nicht dargestellte Optik, z. B. in Form einer Fresnel-Linse, parallelisiert und homogenisiert werden. Das Temperaturfeld an der Oberfläche des Substrates (1) wird durch entsprechende Maskierung des Lichts der Lampe (6) durch das Transmissions-Display (13) erreicht. Die Temperierung (2) stellt die Basistemperatur des Substrates sicher, führt überschüssige Wärme ab und kühlt gleichzeitig das Transmissions-Display (13). Das Display (13) und damit das Temperaturfeld wird durch eine elektronische Steuerung (10), z. B. einen Computer, gesteuert. Da Display und Computer Standardkomponenten sind, können herkömmliche Schnittstellen und Datenformate genutzt werden. 6 illustrates a light-optical control device for complex microsystems, which is based on large-sized and high-intensity transmission liquid crystal displays. Such devices enable drives that, in extreme cases, allow direct pixel-to-component mapping through a 1: 1 aspect ratio and are potentially capable of handling millions of components ( 16 ) to control. It is recommended to use monochrome transmission thin film transistor liquid crystal displays such. For example, the NL160120AM27 series from NEC LCD Technologies offers high contrast and more than three times better brightness compared to color TFT displays, resulting in low transmission losses. Such a system can be designed as a control unit and comprises, in addition to the display ( 13 ) a lamp ( 6 ), which may be a continuous lamp, but also a stroboscope. The light beam ( 8th ) can by an optics, not shown, for. B. in the form of a Fresnel lens, parallelized and homogenized. The temperature field at the surface of the substrate ( 1 ) is masked by appropriate masking of the light of the lamp ( 6 ) through the transmission display ( 13 ) reached. The temperature control ( 2 ) ensures the base temperature of the substrate, dissipates excess heat and simultaneously cools the transmission display ( 13 ). The display ( 13 ) and thus the temperature field is controlled by an electronic control ( 10 ), z. As a computer controlled. Since display and computer are standard components, conventional interfaces and data formats can be used.

Einzellasersysteme basieren meist auf kommerziell erhältlichen Systemen, so z. B. optische Pinzetten. Sie eignen sich prinzipiell ebenfalls für optische Ansteuerungen, da sie hochenergetisches Licht definierter Wellenlänge in räumlich exakt definierter Weise aufbringen können. Allerdings sind die Gerätschaften sehr aufwändig und kostenintensiv.Single Laser Systems are mostly based on commercially available systems, so z. As optical tweezers. They are also suitable in principle for optical controls, as they use high energy light defined wavelength in spatially exactly defined Can muster way. However, the equipment is very expensive and expensive.

Den vermeintlich einfachsten Aufbau bieten resistive Ansteuersysteme, wie eines beispielhaft in 7 dargestellt ist. Die resistive Ansteuerung kann in Dünnschichttechnik ausge führt sein und auf herkömmlichen Dünnschicht-Transistor-Matrizen (Thin film transistor TFT) beruhen. Das resistive Panel (15) muss entweder auf der Oberfläche des Substrates (1) platziert sein oder aber dessen Funktion mit übernehmen. Die Unterseite der Anordnung wird wieder durch die Temperierung (2) temperiert.The supposedly simplest design is offered by resistive drive systems, such as one example 7 is shown. The resistive drive can be executed in thin-film technology and based on conventional thin-film transistor (thin film transistor TFT) matrices. The resistive panel ( 15 ) must either be on the surface of the substrate ( 1 ) or take over its function. The bottom of the arrangement is again by the temperature ( 2 ) tempered.

Die erfindungsgemäße Temperaturfeldsteuerung ist insbesondere für aktive Mikrosysteme mit Komponenten auf Basis temperatursensitiver Hydrogele gedacht. Temperatursensitive Hydrogele sind Vertreter der „stimuli-sensitiven" bzw. „smarten" Hydrogele [ A. Richter, Hydrogel-based μTAS. In C. T. Leondes: MEMS/NEMS HANDBOOK: Techniques and Applications. vol. 2, chapter 5, S. 141-171, Springer-Verlag New York 2006 ]. Nach den vorherrschenden Bindungsverhältnissen lassen sich temperatursensitive Hydrogele in chemisch vernetzte und physikalisch vernetzte Hydrogele einteilen. Chemisch bzw. kovalent vernetzte temperatursensitive Hydrogele besitzen die Fähigkeit, bei Temperaturänderungen einen diskontinuierlichen reversiblen Volumenphasenübergang durchzuführen. Sie ändern dabei ihr Volumen vom gequollenen zum entquollenen Zustand um bis zu 99% unter Abgabe des Quellmittels, welches wässriger Natur ist. Dabei sind zwei Verhaltenstypen zu unterscheiden. Hydrogele mit einer unteren kritischen Entmischungstemperatur (lower critical solution temperature LCST) sind unterhalb einer Phasenübergangstemperatur gequollen und entquellen bei deren Überschreiten. Gele, welche eine obere kritische Entmischungstemperatur (upper critical solution temperature) sind oberhalb dieser Temperatur gequollen und entquellen bei deren Unterschreiten. Temperatursensitive physikalisch vernetzte bzw. „thermoreversible" Hydrogele ver- oder entnetzen bei Erreichen kritischer Temperaturen, d. h. sie gelieren oder lösen sich auf [[ K. te Nijenhuis, Thermoreversible Networks, Adv. Polym. Sci. 130, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1997 ].The temperature field control according to the invention is intended in particular for active microsystems with components based on temperature-sensitive hydrogels. Temperature-sensitive hydrogels are representatives of the "stimuli-sensitive" or "smart" hydrogels [ A. Richter, hydrogel-based μTAS. In CT Leondes: MEMS / NEMS HANDBOOK: Techniques and Applications. vol. 2, chapter 5, pp. 141-171, Springer-Verlag New York 2006 ]. According to the prevailing bonding conditions, temperature-sensitive hydrogels can be classified into chemically cross-linked and physically cross-linked hydrogels. Chemically or covalently crosslinked temperature-sensitive hydrogels have the ability to perform a discontinuous reversible volume phase transition with temperature changes. They change their volume from the swollen to the swollen state by up to 99% with release of the swelling agent, which is watery in nature. There are two types of behavior to distinguish. Hydrogels with a lower critical solution temperature (LCST) are swollen below a phase transition temperature and escape when they are exceeded. Gels which have an upper critical solution temperature are swollen above this temperature and swell when they fall below this temperature. Temperature-sensitive, physically cross-linked or "thermoreversible" hydrogels become entangled or desiccated when critical temperatures are reached, ie they gel or dissolve [[ K. te Nijenhuis, Thermoreversible Networks, Adv. Polym. Sci. 130, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1997 ].

Für die aktiven Komponenten hoherintegrierter Mikrosysteme sind besonders kovalent vernetzte temperatursensitive Hydrogele interessant, da diese mehrmals betätigt werden können.For the active components of high-integrated microsystems are special covalently cross-linked temperature-sensitive hydrogels interesting because These can be operated several times.

Diese Hydrogele sind in der Lage, ihren Volumenquellungsgrad bei einer sehr geringen Temperaturänderung drastisch zu verändern. 8 stellt das Queliverhalten des temperatursensitiven Hydrogels Poly(N-Isopropylacrylamid) als Funktion der Temperatur dar. Um das Hydrogel vom gequollenen zum entquollenen Zustand bzw. umgekehrt zu schalten, muss lediglich eine Temperaturdifferenz von 6K (29°C zu 35°C) realisiert werden. Diese Temperaturdifferenz lässt sich mit der Temperaturfeldsteuerung problemlos mit dem erforderlichen Auflösevermögen realisieren. Dies verdeutlicht 9. Dort ist das Höhenprofil einer Matrix aus Aktoren auf Basis von Poly(N-Isopropylacrylamid) dargestellt, welches mit dem in 1 schematisch dargestellten Delfin-förmigen Temperaturfeld (3) angesteuert wurde. Die Aktoren besitzen Kantenlängen von xK = 400 μm und einen Abstand von jeweils 180 μm bei einem Rastermaß von 580 μm. Das notwendige Auflösevermögen ΔxW = 180 μm wurde mit einer 600 W-Lampe, einem geschwärzten Polyestersubstrat der Dicke 500 μm und einer Basistemperatur von 26°C erreicht. Die Aktoren besitzen im angesteuerten Zustand eine Höhe von 250 μm und außerhalb des Temperaturfeldes eine Höhe von ca. 500 μm.These hydrogels are able to drastically change their volume swelling with a very small temperature change. 8th represents the temperature behavior of the temperature-sensitive hydrogel poly (N-isopropylacrylamide) as a function of temperature. To change the hydrogel from the swollen to the swollen state or vice versa, only a temperature difference of 6K (29 ° C to 35 ° C) must be realized. This temperature difference can be realized with the temperature field control easily with the required resolution. This clarifies 9 , There, the height profile of a matrix of actuators based on poly (N-Isopropylacrylamid) is shown, which with the in 1 schematically illustrated dolphin-shaped temperature field ( 3 ) was driven. The actuators have edge lengths of x K = 400 microns and a distance of 180 microns with a grid of 580 microns. The necessary resolution Δx W = 180 microns was achieved with a 600 W lamp, a blackened polyester substrate of thickness 500 microns and a base temperature of 26 ° C. The actuators have a height of 250 μm in the controlled state and a height of approx. 500 μm outside the temperature field.

Es sei darauf verwiesen, dass temperatursensitive Komponenten von Mikrosystemen auch auf schmelzfähigen Stoffen beruhen können. Materialien, die im Bereich der Raumtemperatur, beispielsweise zwischen –20°C und +120°C durch Temperatureinwirkung zu einer Aggregatzustandsänderung zwischen flüssig und fest bzw. flüssig und hochviskos (unbedeutende Fließeigenschaften) angeregt werden können, sind beispielsweise Öle und Fette, Paraffine bzw. Alkane oder Wachse. Halbfeste Paraffine bzw. Weichparaffin besitzen z. B. Schmelztemperaturen zwischen 45°C und 65°C, Petrolatum bzw. Vaseline besitzt Schmelztemperaturen im Bereich von 38°C und 60°C. Weitere temperaturempfindliche Komponenten können auf Formgedächtnislegierungen, z. B. Nitinol, basieren.It It should be noted that temperature-sensitive components of microsystems may also be based on meltable substances. Materials that are in the range of room temperature, for example between -20 ° C and + 120 ° C by temperature action to an aggregate state change between liquid and solid or liquid and highly viscous (insignificant flow properties) can be stimulated, are, for example, oils and fats, paraffins or alkanes or waxes. Semi-solid paraffins or soft paraffin have z. B. melting temperatures between 45 ° C and 65 ° C, Petrolatum or Vaseline has melting temperatures in the range from 38 ° C and 60 ° C. Other temperature sensitive Components may be based on shape memory alloys, z. Nitinol based.

Ein lichtoptisch generiertes Temperaturfeld (z. B. mit einem Videoprojektor) baut sich innerhalb von wenigen hundert Millisekunden vollständig auf und ist zumindest in der Lage, langsam bewegte Bilder oder Ansteuermuster in Echtzeit als Temperaturfeld abzubilden. Es ist meist deutlich schneller als die Ansprechzeiten der anzusteuernden Komponenten. Wie 10 verdeutlicht, hängt deren Ansprechzeit von der effektiv applizierten Heizleistung ab. Diese wird wiederum von der Temperaturdifferenz TU – TW,U bestimmt. Je höher diese ist, umso kürzer sind die Ansprechzeiten der Hydrogelkomponenten.A light-optically generated temperature field (eg with a video projector) builds up completely within a few hundred milliseconds and is at least able to image slowly moving images or control patterns in real time as a temperature field. It is usually much faster than the response times of the components to be controlled. As 10 clarifies their response time depends on the effective applied heating power. This in turn is determined by the temperature difference T U - T W, U. The higher this is, the shorter the response times of the hydrogel components.

Das Temperaturfeld muss keine zusammenhängende Fläche sein. Insbesondere bei Mikrofluidik-Prozessoren wird das Temperaturfeld ein veränderliche Steuermuster sein, wobei einzelne Bereiche des Steuermusters bzw. Temperaturfeldes auch über unterschiedliche Temperaturen verfügen können, welches wichtig ist, um Komponenten in Positionen zwischen ihren Endzustaänden halten zu können. Derartige Temperaturunterschiede lassen sich mit lichtoptischen Transmissions-basierten Ansterungen durch Änderungen der Displaytransparenz, bei Spiegelsystemen beispielsweise durch die Beleuchtungsfrequenz (beides beeinflusst jeweils die „Helligkeit"), und bei resistiven Ansteuerungen durch Einstellen der Heizleistung erreichen.The Temperature field does not have a contiguous area be. Especially in microfluidic processors, the temperature field be a variable control pattern, with individual areas of the control pattern or temperature field also on different Temperatures, which is important about components in positions between their final states to be able to hold. Allow such temperature differences with light-optical transmission-based annotations due to changes the display transparency, in mirror systems, for example by the illumination frequency (both affect the "brightness"), and in resistive driving by adjusting the heating power to reach.

Die Temperaturfeld-basierte Ansteuerung ermöglicht die Realisierung höherintegrierter Mikrosysteme insbesondere auf Hydrogelbasis, indem sie das dafür notwendige Auflösevermögen und die notwendige Technik bereitstellt. So können nun taktile Displays, steuerbare Stempel für den Mikrokontaktdruck, Arrays aus vielen Speicherzellen, Ventil-Arrays, Pumpensystemen, hydrogelbasierte Oberflächen, Spiegel-Arrays, Mikrofluidik-Prozessoren usw. mit der erforderlichen Auflösung und dem erforderlichen Integrationsgrad betrieben werden.The Temperature field-based control allows the realization more highly integrated microsystems, especially hydrogel-based, by having the necessary dissolving power and provides the necessary technology. So can now tactile displays, controllable stamps for microcontact printing, Arrays of many memory cells, valve arrays, pump systems, hydrogel-based surfaces, mirror arrays, microfluidic processors etc. with the required resolution and required Degree of integration.

11
Substratsubstratum
22
Temperierungtempering
33
Temperaturfeld, beheizte SubstratoberflächeTemperature field, heated substrate surface
44
Unbeheizte SubstratoberflächeUnheated substrate surface
55
LichtprojektionssystemLight projection system
66
Lampelamp
77
Mikro-Transmissions-Flüssigkristall-DisplayMicro-transmissive liquid crystal display
88th
Lichtstrahlbeam of light
99
Optikoptics
1010
Elektronische Steuerungelectronic control
1111
zu steuerndes Mikrosystemto controlling microsystem
1212
Mikrosystem mit Ansteuerungmicrosystems with control
1313
Transmissions-TFT-Flüssigkristall-DisplayTransmission TFT liquid crystal display
1414
Steuergerätcontrol unit
1515
Resistives Panelresistive panel
1616
Komponentecomponent
16a16a
beheizte, angesteuerte Komponenteheated, controlled component
16b16b
unbeheizte, nicht angesteuerte Komponenteunheated, uncontrolled component
1717
Absorberabsorber
PH P H
Heizleistung, effektiv applizierteHeating capacity, effectively applied
ΔT.DELTA.T
maximale Temperaturdifferenzmaximum temperature difference
ΔTW ΔT W
ArbeitemperaturbereichProcessing temperature range
TB T B
Basistemperaturbase temperature
TU T U
Maximale Temperaturmaximum temperature
TW,U T W, U
Obere ArbeitstemperaturUpper working temperature
TW,B T W, B
Untere ArbeitstemperaturLower working temperature
dS d S
Substratdickesubstrate thickness
ff
Brennweitefocal length
ΔxW Δx W
Auflösevermögen, minimaler KomponentenabstandResolving power, minimum component distance
xB x B
Distanz, bei der die Substratoberfläche die Basistemperatur TB besitztDistance at which the substrate surface has the base temperature T B
xK x K
Komponentenbreitecomponent width
xR x R
RastermaßPitch
xU x U
Distanz zwischen x(TU) und x(TW,U)Distance between x (T U ) and x (T W, U )
λS λ S
Wärmeleitfähigkeitthermal conductivity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Einrichtung zum elektronikkompatiblen thermischen Ansteuern von integrierten Mikrosystemen auf Basis aktiver temperatursensitiver Hydrogele, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Komponente (15, 17), welche ein Temperaturfeld erzeugen kann, auf oder in der Nähe der Oberseite eines Substrats (1) platziert ist, welches als definierter Wärmewiderstand dient, dessen Unterseite durch eine aktive Temperierung (2) auf einer bestimmten Basistemperatur TB konstant gehalten wird, wobei der Arbeitstemperaturbereich ΔTW der Einrichtung im wesentlichen den Phasenübergangsbereich der temperatursensitiven Hydrogele umfasst, der zur Realisierung der technischen Funktionen der Komponenten (16) notwendig ist.Device for electronically compatible thermal control of integrated microsystems based on active temperature-sensitive hydrogels, characterized in that at least one component ( 15 . 17 ), which can generate a temperature field, on or near the top of a substrate ( 1 ), which serves as a defined thermal resistance, the underside of which by an active tempering ( 2 ) is kept constant at a certain base temperature T B , the operating temperature range ΔT W of the device essentially comprising the phase transition region of the temperature-sensitive hydrogels used for realizing the technical functions of the components ( 16 ) necessary is. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gegebener effektiver Heizleistung PH die Differenz ΔT zwischen maximaler Temperatur TU und Basistemperatur TB durch die Dicke dS und die Wärmeleitfähigkeit λS des als Wärmewiderstand dienenden Substratmaterials (1) konstruktiv festlegbar ist.Device according to claim 1, characterized in that for a given effective heating power P H the difference .DELTA.T between maximum temperature T U and base temperature T B by the thickness d S and the thermal conductivity λ S serving as a thermal resistance substrate material ( 1 ) is structurally determinable. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gegebener effektiver Heizleistung PH das Auflösevermögen ΔxW durch die Dicke dS und die Wärmeleitfähigkeit λS des als Wärmewiderstand dienenden Substratmaterials (1) konstruktiv festlegbar ist.Device according to Claim 1, characterized in that, given the effective heating power P H, the dissolving power Δx W is determined by the thickness d S and the thermal conductivity λ S of the substrate material serving as thermal resistance ( 1 ) is structurally determinable. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfeld-erzeugende Komponente (15) auf resistiven Elementen beruht, welche z. B. elektrische Widerstände, die in Dickschichttechnik hergestellt sind, oder als Widerstände betriebene Dünnschichttransistoren, sein können.Device according to Claim 1, characterized in that the temperature-field-generating component ( 15 ) Based on resistive elements, which z. B. electrical resistors, which are made in thick-film technology, or operated as resistors thin-film transistors may be. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei lichtoptischer Ansteuerung die Heizstrukturen durch lichtabsorbierende Strukturen (17) gebildet werden, z. B. in Form strukturierter oder unstrukturierter Farbbeschichtungen des Substrates (1) oder des Mikrosystems (11), aber auch pigmentierter Hydrogelelemente (16).Device according to Claim 1, characterized in that, in the case of light-optical control, the heating structures are replaced by light-absorbing structures ( 17 ) are formed, for. B. in the form of structured or unstructured color coatings of the substrate ( 1 ) or the microsystem ( 11 ), but also pigmented hydrogel elements ( 16 ). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei lichtoptischer Ansteuerung die lichtabsorbierenden Strukturen (17), z. B. in Form strukturierter oder unstrukturierter Farbbeschichtungen des Substrates (1), aber auch pigmentierter Hydrogelelemente (16) Bestandteile des Mikrosystems (11) sind.Device according to Claim 1, characterized in that, in the case of light-optical control, the light-absorbing structures ( 17 ), z. B. in the form of structured or unstructured color coatings of the substrate ( 1 ), but also pigmented hydrogel elements ( 16 ) Components of the microsystem ( 11 ) are. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass als farbbeschichtetes Substrat handelsübliches fotolithografisches Maskenmaterial zum Einsatz kommt, z. B. TypoPhot TO-G – Filme.Device according to claim 5 and 6, characterized that as a color-coated substrate commercially available photolithographic Mask material is used, for. B. TypoPhot TO-G films. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der das Temperaturfeld (3) erzeugende Lichtstrahl durch Videoprojektionssysteme, insbesondere Laser-Projektoren, solche auf Basis von Mikro-Transmissions-Flüssigkristall-Displays (7) oder Mikrospiegelsystemen (digital micromirror devices), gesteuert wird.Device according to claim 1, characterized in that the temperature field ( 3 ) generating light beam by video projection systems, in particular laser projectors, based on micro-transmission liquid crystal displays ( 7 ) or micromirror devices. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der das Temperaturfeld (3) erzeugende Lichtstrahl durch großformatige Transmissions-Flüssigkristall-Displays (13) gesteuert wird.Device according to claim 1, characterized in that the temperature field ( 3 ) generating light beam by large-sized transmission liquid crystal displays ( 13 ) is controlled. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei lichtoptischen Ansteuerungen der Lichtstrahl (8) durch eine geeignete Optik (9) parallelisiert und in seiner Intensität homogenisiert wird.Device according to Claim 1, characterized in that, in the case of light-optical drives, the light beam ( 8th ) by a suitable optics ( 9 ) is parallelized and homogenized in intensity. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basistemperatur TB der Temperierung (2) einstellbar ist.Device according to claim 1, characterized in that the base temperature T B of the temperature ( 2 ) is adjustable. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung (2) eine Regelung ist und somit eine konstante Basistemperatur TB gewährleistet.Device according to claim 1, characterized in that the temperature ( 2 ) is a control and thus ensures a constant base temperature T B. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum elektronikkompatiblen thermischen Ansteuern Bestandteil des anzusteuernden integrierten Mikrosystems ist.Device according to claim 1, characterized that the device for electronically compatible thermal driving Part of the controlled micro-system is to be controlled. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum elektronikkompatiblen thermischen Ansteuern als eigenständiges Gerät zum Betreiben integrierter Mikrosysteme (11) auf Basis temperatursensitiver Hydrogele ausgeführt ist, so dass die Mikrosysteme (11) austauschbar sind.Device according to claim 1, characterized in that the device for electronically compatible thermal activation as an independent device for operating integrated microsystems ( 11 ) based on temperature-sensitive hydrogels, so that the microsystems ( 11 ) are interchangeable.
DE200710060352 2007-12-12 2007-12-12 Device for electronically compatible thermal controlling of integrated micro-systems on basis of active temperature sensitive hydraulic gels, has component, which produces temperature field Ceased DE102007060352A1 (en)

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