Silicium microzeven voor biomedische toepassingen (Silicon micro sieves for biomedical applications) (TEL.3743)

Met behulp van silicium micro machining zijn tot dusver prototype microfiltratie membraanzeven vervaardigd met een poriegrootte van 1 tot 5 µm. De microzeven omvatten een drager van monokristallijn silicium en een 1 µm dikke membraanlaag van LPCVD siliciumnitride. De prototypes zijn onder meer gebruikt voor gistcelfiltratie van gelagerd bier alsmede voor leukocytfiltratie van bloedplaatjesconcentraten.

Binnen dit project wordt onderzocht welke vervaardigingswijzen van microzeven met een poriegrootte van 0.2 µm tot 5 µm mogelijk zijn, met het accent, op constructieve verbetering van de microzeven, op het aanbrengen van submicron lithografische patronen en op het uitvoeren van kwaliteitscontrole van de gemaakte microzeven.

Ten tweede wordt binnen dit project aandacht besteed aan biotechnologische toepassingen van de microzeven in een cross-flow filtratie systeem met het accent op hoge langsstroomsnelheden voor het schoonhouden van het membraanoppervlak.

Ten derde wordt binnen dit project onderzoek verricht naar medische toepassingen in een dead end of cross-flow filtratie module met accent op biocompatibiliteit van de gebruikte materialen voor de microzeven.

 Voor diverse toepassingen werd een poriediameter van ca. 0.2 µm nodig geacht. Men is er in geslaagd zeven van 2 x 2 cm² te maken met een uniforme diameter van slechts 0.1 µm.
Zeven met dergelijke kleine poriën kunnen niet meer met de gebruikelijke KOH-oplossing vrijgeëtst worden. Plasma-etsen met cryogene koeling blijkt wel de gewenste resultaten op te leveren.

De schoonspoelende krachten van 'cross-flow' werden theoretisch beschreven. Variabelen als druk, poriegrootte, deeltjesgrootte en kanaalafmetingen werden onderzocht. De beschrijving werd getoetst in een experimentele opstelling en blijkt goed te voldoen. De sterkte van membranen werd onderzocht. De belangrijkste uitkomst is dat perforaties zodanig gekozen moeten worden dat een niet-verende structuur ontstaat.

De opdracht voor de productie voor de eerste serie zeven is geplaatst. Inmiddels zijn er ook fondsen om een zeefmodule te ontwerpen en te bouwen.

In de komende periode zal aandacht gegeven worden aan :

1. Kwaliteitscontrole van de zeven
2. Toepassing in bloed(cel)zuivering
3. Gebruik van dikkere wafers met afwijkende kristalorintatie om "packaging"te vergemakkelijken

Er zijn vier bedrijven bij dit project betrokken.

Prof.dr. M.C. Elwenspoek
Universiteit Twente
Faculteit der Elektrotechniek
Vakgroep TDM
Postbus 217
7500 AE ENSCHEDE.