Molding and characterization of polymer microstructures for MEMS-based drug release applications. - 94 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Tumore können durch lokalisierte und kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen behandelt werden. Dazu werden MEMS-basierte Wirksstoff-Freisetzungssysteme in den Tumor injiziert. Eine exakte Kontrolle über die Dosis des pharmazeutischen Wirkstoffs konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Eine Möglichkeit, Wirkstoff-Freisetzungssysteme herzustellen, die keine eigene, interne Energiequelle besitzen, ist die Entwicklung eines mechanischen Systems, das unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes Wirkstoffe freigibt. Das Magnetfeld soll eine Membran zerstören, indem es sie in eine Schneide auslenkt, die sich unter der Membran befindet. Durch die Zerstörung wird der Wirkstoff in der darunter liegenden Kavität freigegeben. Alle Materialien in solch einem Freisetzungssystem müssen biokompatibel sein. Da die Membran zusätzlich ferromagnetisch sein muss, kann sie aus einem Verbundwerkstoff hergestellt werden, wobei ein Kunststoff fein verteilte Puder aus ferromagnetischen Partikeln beherbergt. PDMS (PolyDiMethylSiloxan) hat wünschenswerte Materialeigenschaften für diese Anwendung. Das spin coating von viskosen Verbundmaterialien scheitert auf Grund der Dichteunterschiede zwischen ferromagnetischem Material und dem Kunststoff. Membranen aus ferromagnetischen Partikeln in einem Kunststoff können durch einen Rakelprozess hergestellt werden. Dazu wird die flüssige Mischung in eine mikrotechnisch hergestellte Form gegossen und überflüssiges Material mit einem Rakel entlang des Formenrandes abgestrichen. Die Permeabilität von feinen Partikeldistributionen in einem Polymer wird durch die Theorie der effektiven Medien beschrieben. Diese schlagen Berechnungsvorschriften für eine Ersatzpermeabilität vor. Die feine Verteilung von ferromagnetischen Partikeln in dem Polymer sorgt für eine weitgehende Linearisierung der charakteristischen Hystereskurve. Das Material verliert seine magnetische Hystere dabei fast vollständig. Die Membranauslenkung unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes kann mit Hilfe eines Laser-Doppler-Vibrometers untersucht werden. Da die Membranen gleichzeitig die Dichtungselemente der Kavitäten sind, die die Wirkstoffe enthalten, werden die Membranen auf die Kavitätsränder gebondet. Dabei wird eine Vorspannung "eingefroren", die einen starken Einfluss auf die Membranauslenkung hat. Generell kann das Verhalten einer Membran im externen Magnetfeld mit einem Modell abgeschätzt werden, das von Kräften auf ferromagnetische Grenzflächen innerhalb eines inhomogenen magnetischen Feldes ausgeht.
AlN als piezoelektrisches Funktionsmaterial in der Mikrosystemtechnik. - 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Abscheideprozess zur Herstellung von Aluminiumnitrid (AlN) als Dünnschicht entwickelt. Zur Herstellung dieser Schichten kommt das reaktive HF Magnetron-Sputtern zum Einsatz. Es wird der Einfluss der Abscheideparameter Sputterleistung, Prozessdruck, Substrattemperatur und Stickstoffkonzentration in der reaktiven Sputteratmosphäre auf die entscheidenden Schichteigenschaften untersucht. Das Ziel der Schichtabscheidung ist die Optimierung piezoelektrischer Materialeigenschaften. Dazu sind neben einer Vorzugsorientierung der Kristallite der Schicht auch elektrisch isolierende Schichteigenschaften nötig. Die Abhängigkeit der kristallinen Orientierung des Schichtmaterials von den Abscheideparametern konnte aufgeklärt werden. Es werden optimale Werte für die Sputterleistung und die Substrattemperatur angegeben. Außerdem wird der Einfluss des Stickstoffanteils in der reaktiven Sputteratmosphäre untersucht. - Die AlN-Dünnschichten können auf unterschiedlichen Substratmaterialien wie Silizium, Saphir, Siliziumoxid und Siliziumnitrid mit der benötigten Orientierung abgeschieden werden. - Die elektrische Schichtcharakterisierung zeigt eine Abhängigkeit der Kennwerte Durchbruchfeldstärke und spezifischer Schichtwiderstand von den Abscheideparametern. Im Rahmen dieser Messungen werden die in der Literatur angegebenen Maximal-Werte noch nicht vollständig erreicht. - Die mechanische Schichtcharakterisierung ergibt unterschiedliche Spannungszustände abhängig von den Parametern des Sputterprozesses. Dabei können Schichten mit Zug- und Druckspannungen abgeschieden werden. Die Strukturierung erster Teststrukturen in Form von runden Membranen verdeutlicht die Möglichkeit ein schwingungsfähiges Membransystem auf Basis einer AlN-Schicht zu entwickeln. - Abschließend werden Untersuchungen zum Verhältnis von Aluminium zu Stickstoff in den gesputterten Schichten beschrieben. Es kann eine Abhängigkeit dieses Verhältnisses von den Abscheideparametern Sputterleistung und Stickstoffanteil in der Sputteratmosphäre festgestellt werden. - Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf weitere Optimierungspotentiale der beschriebenen Technologie.
Messsystem zur Bestimmung kleiner Volumina im Liquidhandling. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung kleinster Volumina im Liquidhandling betrachtet, realisiert und evaluiert. Die theoretischen Betrachtungen umfassten verfahrenstypische Fehlerquellen, Abschätzungen von Fehlereinflüssen und mathematische Optimierungen des Systems. Im konstruktiven Teil der Diplomarbeit wurde unter Berücksichtigung der gewonnen Erkenntnisse ein geeigneter Messaufbau realisiert. Der abschließende Teil der Diplomarbeit war eine experimentelle Verifizierung des Messsystems. Dieser gab Aufschluss über die Eignung des Messsystems/ Messprinzips im Bereich des miniaturisierten Liquidhandlings.
Messung hoher Ströme in Leistungswandlern. - 114 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
Die konventionelle Strommessung in Umgebungen hoher elektrischer Spannungen und hohen elektromagnetischen Interferenzen (EMI) erfordert gewöhnlich komplexe Geräte aufgrund der notwendigen Isolation und Abschirmung des Sensors. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit untersucht auf dem Faraday Effekt basierende opto-magnetische Magnetfeldsensoren zu benutzen um Stromfehler in IGBT-geschalteten Leitern zu detektieren. - Zunächst werden optische und nicht-optische Technologien mit dem Fokus auf optische Technologien untersucht. Ein optischer Faraday-Film-Sensor wurde ausgewählt. Folgend wurde eine FEM Simulation der magnetischen Feldverteilung um eine parallele Leiteranordnung durchgeführt und die vorteilhaften Ergebnisse der Feldverteilung dieser Anordnung werden präsentiert. Die Sensoreigenschaften eines vorhandenen YIG Faraday Sensor werden bestimmt. Die von der Simulation bestimmte vorteilhafte magnetische Feldverteilung wird durch Experimente bestätigt. Die Sensorelektronik wird der Anwendung angepasst und ein elektronische Schaltung zur Fehlerbehandlung wurde zugefügt. Schließlich wurden erste Tests mit IGBT-geschalteten Strömen in einem Aufbau ähnlich der geplanten Anwendung durchgeführt. Die vorgeschlagene Sensortechnologie gab vielversprechende erste Ergebnisse zur zuverlässigen und schnellen Fehlererkennung in Umgebungen hoher elektromagnetischer Interferenzen.