TY - THES

T1 - Einfluss der Materialvorbehandlung und Prozessparameter auf die Eigenfluoreszenz von spritzgegossenen Cyclo Olefin Polymer Bauteilen

AU - Habicher, Magdalena

N1 - gesperrt bis 16-02-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Schon seit vielen Jahren hat sich die fluoreszenzbasierte Analytik in vielen Bereichen der Life Sciences, wie Medizin, Chemie oder Biologie, als verlässliches Werkzeug etabliert. Sie dient zur Diagnose von Krankheiten, Überwachung von Therapien oder generellen Identifizierung von Molekülen. Durch die immer größer werdenden Anforderungen an die Produkte bei gleichzeitigem hohen Kostendruck haben sich aber nicht nur die Analyseverfahren weiterentwickelt, sondern mit ihr auch die Sensitivität optischer Erfassungsmethoden. Nur mehr geringe Konzentrationen des Analyts sollen nötig sein, wobei das meist von Natur aus schwache Signal der Fluoreszenz präzise erfasst werden soll. Währenddessen entwickelten sich auch die Formate der Microarrays, welche immer kleiner und auch vielfältiger werden. Diese Trägerstrukturen müssen dem Prozess der Analyse auch unter hohen Temperaturen und Chemikalieneinfluss standhalten, dabei aber günstig und präzise in hoher Stückzahl unter den strengen Auflagen der medizinischen Regulationen herstellbar sein. Das Material selbst darf keine störende Hintergrundfluoreszenz aufweisen, welche die Detektion der eigentlichen Fluoreszenzsignale der Analyse behindern würde. In der modernen Produktion von Microarrays spielt die Materialklasse der Cyclo Olefin Polymere deswegen eine große Rolle. Ihre optischen und mechanischen Eigenschaften machen sie zu einem beliebten Kunststoff zur Herstellung von Biochips, Lab-on-a-Chip und ähnlichen Anwendungen. Durch ihre chemische Grundstruktur verfügen sie über eine hohe Transparenz und eine niedrige Fluoreszenz und können im Spritzgießverfahren kostengünstig umgeformt werden. Dennoch konnten auch bei Cyclo Olefin Polymeren nach der Verarbeitung des Materials bereits erhöhte Fluoreszenzwerte am Produkt beobachtet werden. Für diesen Anstieg werden Abbauprodukte des Materials verantwortlich gemacht, welche durch thermische oder mechanische Belastungen, die das Material während der Verarbeitung erfährt, entstehen können. Ziel dieser Arbeit war es, die Einflüsse der Verarbeitung auf die Fluoreszenz systematisch zu untersuchen. Dazu wurde sowohl die Materialvorbereitung im Sinne der Materialtrocknung als auch der Spritzgießprozess mittels statistischer Versuchsplanung begutachtet. Das Material wurde dafür getrocknet, als Disc-Format spritzgegossen und die Discs anschließend mit einem konfokalen Laser Fluoreszenz Scanner vermessen. Es konnte gezeigt werden, dass die Art der Verarbeitung im Zusammenhang mit der Fluoreszenz des Materials und des Produkts steht. Neben der Methode der Trocknung stellte sich innerhalb der Spritzgießparameter die Zylindertemperatur als größter Einfluss auf die Fluoreszenz des Endprodukts heraus. Eine schonende Trocknung unter Stickstoffatmosphäre sowie ein schonendes Aufschmelzen im Zylinder der Spritzgießmaschine können Oxidation und Degradation mindern, was dementsprechend zu einem geringeren Anstieg der Fluoreszenz führt. Ebenso konnte gezeigt werden, dass Schwankungen innerhalb unterschiedlicher Materialchargen von großer Bedeutung sind.

AB - Schon seit vielen Jahren hat sich die fluoreszenzbasierte Analytik in vielen Bereichen der Life Sciences, wie Medizin, Chemie oder Biologie, als verlässliches Werkzeug etabliert. Sie dient zur Diagnose von Krankheiten, Überwachung von Therapien oder generellen Identifizierung von Molekülen. Durch die immer größer werdenden Anforderungen an die Produkte bei gleichzeitigem hohen Kostendruck haben sich aber nicht nur die Analyseverfahren weiterentwickelt, sondern mit ihr auch die Sensitivität optischer Erfassungsmethoden. Nur mehr geringe Konzentrationen des Analyts sollen nötig sein, wobei das meist von Natur aus schwache Signal der Fluoreszenz präzise erfasst werden soll. Währenddessen entwickelten sich auch die Formate der Microarrays, welche immer kleiner und auch vielfältiger werden. Diese Trägerstrukturen müssen dem Prozess der Analyse auch unter hohen Temperaturen und Chemikalieneinfluss standhalten, dabei aber günstig und präzise in hoher Stückzahl unter den strengen Auflagen der medizinischen Regulationen herstellbar sein. Das Material selbst darf keine störende Hintergrundfluoreszenz aufweisen, welche die Detektion der eigentlichen Fluoreszenzsignale der Analyse behindern würde. In der modernen Produktion von Microarrays spielt die Materialklasse der Cyclo Olefin Polymere deswegen eine große Rolle. Ihre optischen und mechanischen Eigenschaften machen sie zu einem beliebten Kunststoff zur Herstellung von Biochips, Lab-on-a-Chip und ähnlichen Anwendungen. Durch ihre chemische Grundstruktur verfügen sie über eine hohe Transparenz und eine niedrige Fluoreszenz und können im Spritzgießverfahren kostengünstig umgeformt werden. Dennoch konnten auch bei Cyclo Olefin Polymeren nach der Verarbeitung des Materials bereits erhöhte Fluoreszenzwerte am Produkt beobachtet werden. Für diesen Anstieg werden Abbauprodukte des Materials verantwortlich gemacht, welche durch thermische oder mechanische Belastungen, die das Material während der Verarbeitung erfährt, entstehen können. Ziel dieser Arbeit war es, die Einflüsse der Verarbeitung auf die Fluoreszenz systematisch zu untersuchen. Dazu wurde sowohl die Materialvorbereitung im Sinne der Materialtrocknung als auch der Spritzgießprozess mittels statistischer Versuchsplanung begutachtet. Das Material wurde dafür getrocknet, als Disc-Format spritzgegossen und die Discs anschließend mit einem konfokalen Laser Fluoreszenz Scanner vermessen. Es konnte gezeigt werden, dass die Art der Verarbeitung im Zusammenhang mit der Fluoreszenz des Materials und des Produkts steht. Neben der Methode der Trocknung stellte sich innerhalb der Spritzgießparameter die Zylindertemperatur als größter Einfluss auf die Fluoreszenz des Endprodukts heraus. Eine schonende Trocknung unter Stickstoffatmosphäre sowie ein schonendes Aufschmelzen im Zylinder der Spritzgießmaschine können Oxidation und Degradation mindern, was dementsprechend zu einem geringeren Anstieg der Fluoreszenz führt. Ebenso konnte gezeigt werden, dass Schwankungen innerhalb unterschiedlicher Materialchargen von großer Bedeutung sind.

KW - Fluoreszenz

KW - Cyclo Olefin Polymer

KW - Spritzgießen

KW - Design of Experiments

KW - fluorescence

KW - cyclo olefin polymer

KW - injection molding

KW - design of experiments

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.41

DO - 10.34901/mul.pub.2023.41

M3 - Masterarbeit

ER -