Mikrogreifer

Die Untersuchung von biologischen Objekten erfolgt üblicherweise in einer lebenserhaltenden Umgebung. Bei der Manipulation von Objekten in einem entsprechenden Medium können elektrische Felder oder thermische Gradienten zu Störeinflüssen führen. Wir haben daher einen Mikrogreifer mit mechanischem Antrieb entwickelt, der anhand einer Kombination aus Vollmaterial- und Oberflächen-Mikrobearbeitungsprozessen aus Silizium hergestellt wird. Zunächst wurden die geometrischen Parameter des Greifers mit ausführlichen Simulationen in einem Finite Elemente Simulationsprogramm untersucht und optimiert. Die mechanische Kraft zum Schließen der Greiferspitze wird durch die Ausdehnung zweier Piezo-Kristalle erzeugt, die den Motor darstellen. Die Kraft wird über einen Kupferdraht auf den Mikrogreifer übertragen. Das System aus Piezo-Motor und Mikrogreifer wird an einem MM3 Kleindiek Mikromanipulator, einem hochpräzisen Positionierungswerkzeug mit Nanometerauflösung, befestigt. In Funktionstests mit dem Gesamtsystem wurde das öffnen und Schließen der Greifer erfolgreich überprüft. An Kügelchen mit 5 µm Durchmesser wurden Manipulationstests durchgeführt, indem diese erfasst, angehoben und auf einer goldbeschichteten Fläche abgelegt wurden. Anschließend wurde eine Echtzeit-Detektionsmethode des Zeitpunkts, zu dem ein Objekt erfasst wird, erprobt. Die Methode entspricht dem Messaufbau eines Rasterkraftmikroskops mit einem Laserstrahl und einer Photodiode, wobei im vorliegenden Fall die Verkippung der Spitzen detektiert wird, wenn deren Innenflächen beim Schließen eine Kraft auf ein Objekt ausüben.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des Mikrogreifers

Manipulation eines 5 µm Kügelchens auf einer goldbeschichteten Oberfläche