Sensorfilter – ein intelligentes Mikro-Filtersystem in Folientechnologie für Anwendungen in Prozesskontrolle, Zellkultur und Life Sciences

Inhalt:
An der Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT wurde ein neuartiges Mikro-Filtersystem entwickelt, das seinen aktuellen Beladungszustand selbständig und online detektiert und somit eine automatisierte Filter-, Proben- und Prozessüberwachung ermöglicht. Der Sensorfilter basiert auf einer Kombination von Sensorik und Filtertechnik in einem Folienschichtsystem (Folien-MEMS). Dies wird durch einen Stapel von zwei Sensorfolien mit kapazitiven Elektrodenstrukturen (Interdigitalkondensatoren) und einem dazwischen liegenden mikroporösen Filter realisiert. Damit das Medium ungehindert durch den Sensorfilter-Stapel strömen kann, wurden die Sensorfolien, welche die Elektroden tragen, mit Hilfe eines Festkörperlasers perforiert. Im Betrieb ändern im Filter hängengebliebene Partikel die (di-)elektrischen Eigenschaften des durchströmenden Mediums auf der angeströmten Seite des Filters und erlauben somit die kapazitive Messung des Beladungsgrades. Durch die Elektroden auf der Rückseite des Mikrofilters wird eine Kompensation von Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Mediums während des Filtervorgangs erreicht (z. B. Änderung der Leitfähigkeit oder Temperatur). Die Funktionalität des Sensorfilters wurde in einer eigens konstruierten Messzelle mit einer definierten Lösung von Polystyrolbeads (Durchmesser von 10 µm) untersucht. Dabei konnte mit einem Kernspurfilter (Porengröße von 0,4 µm) der Beladungsvorgang kapazitiv gemessen werden und das Messergebnis anhand eines theoretischen Modells bestätigt werden. Durch eine physikalische oder chemische Oberflächenmodifikation und Nanostrukturierung der Sensorfolie kann die Anlagerung von Partikeln begünstigt oder inhibiert werden. Damit kann ein gezieltes Sortieren von Partikeln im Mikro- und Nanometer-Bereich ermöglicht werden.