WO2019180031A1 - Method for producing and using a substrate having a functionalized surface - Google Patents

Method for producing and using a substrate having a functionalized surface Download PDF

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WO2019180031A1
WO2019180031A1 PCT/EP2019/056862 EP2019056862W WO2019180031A1 WO 2019180031 A1 WO2019180031 A1 WO 2019180031A1 EP 2019056862 W EP2019056862 W EP 2019056862W WO 2019180031 A1 WO2019180031 A1 WO 2019180031A1
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WO
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substrate
liquid
stamp
layer
structures
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PCT/EP2019/056862
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German (de)
French (fr)
Inventor
Sven SCHRÖDER
Nadja Felde
Luisa Coriand
Anna GÄRTNER
Jens Eberhardt
Gunther Notni
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Als Automated Lab Solutions Gmbh
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V., Friedrich-Schiller-Universität Jena, Als Automated Lab Solutions Gmbh filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00365Production of microlenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0012Arrays characterised by the manufacturing method
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00432Auxiliary operations, e.g. machines for filling the moulds
    • B29D11/00442Curing the lens material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a substrate having a functionalized surface, wherein the functionalized surface in particular has selectively wettable areas with a liquid. Furthermore, a method of using the liquid drop generating substrate will be described.
  • liquid droplets should wet areas of the surface of the substrate that are defined with a biological substance contained therein,
  • liquid drops for example, for the separation of cells.
  • the application of the liquid drops can be done by targeted placement of the liquid drops by means of a syringe or pipette on the substrate.
  • a syringe or pipette on the substrate.
  • this is very expensive if a very large number of liquid drops to be applied to defined areas of a substrate.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a substrate having a functionalized surface, with the most effective and
  • Inexpensive selectively wettable areas can be produced on the surface of the substrate. Furthermore, a should Process for the production of liquid drops under
  • a substrate which may comprise, for example, a glass, a plastic, a metal or a semiconductor material.
  • a stamp is applied to the substrate having an array of structures to mask defined areas of the substrate.
  • the stamp can be attached to the substrate by clamping, for example.
  • stamps which define the areas masked by the stamp are advantageously freely selectable.
  • the stamp can, for example, by means of 3D printing or alternatively by a structuring method such as embossing or
  • the stamp can be advantageously reused to produce a variety of similar substrates. After application of the stamp, the method becomes a hydrophobic layer outside the areas masked by the stamp
  • the surface of the substrate becomes
  • the unmasked areas have a water-repellent property due to the applied hydrophobic layer, while in the masked areas the substrate surface or a surface area of the masked areas
  • Substrate applied layer is exposed. In these previously masked areas, the substrate or the
  • the stamp preferably has a grid arrangement of
  • the structures may be identical if a plurality of identical wettable regions are to be formed on the substrate.
  • Stamps are preferably separated from each other
  • the geometric shapes may be, for example, circular areas, but any other geometric shapes are conceivable. Of the
  • a stamp can be an arrangement of a plurality of structures of similar geometric shapes
  • the stamp preferably has structures whose size is in the micrometer or millimeter range. According to
  • the stamp has structures with widths between 1 ym and 10 mm.
  • the hydrophobic layer is applied by a wet-chemical method.
  • the wet-chemical application of the hydrophobic layer is particularly advantageous, since in this case a possible partial shading of the substrate surface by the stamp, which in a vacuum coating process could be problematic, not disturbing.
  • the hydrophobic layer by a
  • the hydrophobic layer is a fluoropolymer, in particular a fluoroalkylsilane or a fluoropolyether.
  • fluoropolymers are characterized in particular by their water-repellent properties.
  • a hydrophilic layer is applied to the substrate before the application of the stamp.
  • the hydrophilic layer can be any hydrophilic layer.
  • the hydrophilic layer is not masked in the structures of the stamp
  • Stamp thus has a hydrophilic property in the areas previously masked by the structures of the stamp and in the areas outside thereof
  • the hydrophilic layer may in particular be an oxide layer.
  • the hydrophilic layer may include TiO 2, ZrO 2, SiO 2 or Al 2 O 3.
  • the application of the hydrophilic layer can be carried out, for example, with a sol-gel method
  • the hydrophilic layer is a metal layer.
  • the hydrophilic layer has a nanostructure or is in the Process provided with a nanostructure. It is for example possible that the hydrophilic layer
  • the hydrophilic layer is first deposited as a smooth layer and then roughened by a post-treatment.
  • the after-treatment may in particular be a chemical and / or thermal aftertreatment.
  • the hydrophilic layer by a
  • the hydrophilic layer may be an A 1 C 2 layer, particularly with a sol-gel method
  • a hydrophilic nanostructure can be produced on the surface by means of a thermal after-treatment, for example by a treatment in boiling water.
  • the nanostructure of the hydrophilic layer has an rms roughness (root mean squared roughness) of 1 nm to 50 nm.
  • the contact angle of a liquid applied to the substrate can be adjusted specifically. In this way, liquid droplets with different curvatures, in particular different aspect ratios, can be produced.
  • the method for producing liquid drops according to the invention provides a substrate having a functionalized surface which can be produced according to the method steps described above.
  • a liquid is applied to the substrate, wherein the liquid forms separated liquid droplets in areas that are not covered by the hydrophobic layer.
  • the liquid advantageously wets only those areas of the substrate in which the substrate surface or one on the substrate
  • Liquid applied by immersing the substrate in the liquid Due to the surface functionalization of the substrate can be particularly simple and inexpensive liquid droplets on the surface of the substrate
  • Substrate are generated. In particular, it is not
  • Solidified liquid drop to solids The shape of the solids produced in this way is advantageously determined by the wetting properties of the functionalized substrate.
  • the liquid drops it is possible for the liquid drops to be hardened into microlenses.
  • the diameter of the liquid drops it is possible for the liquid drops to be hardened into microlenses.
  • microlenses correspond to the diameters of the structures of the stamp used in the manufacture of the invention
  • Substrate is used. Furthermore, the radius of curvature of the microlenses due to the material properties of
  • the procedure allows in particular, on comparatively simple way to produce a plurality of preferably identical microlenses.
  • the hardening of the liquid drops is preferably carried out by a thermal
  • the liquid may in particular comprise a UV-curable polymer.
  • the UV-curable polymer may in particular be an organic
  • Polymers are available, for example, under the names Ormocer and Ormocomp.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a substrate that can be produced by the method
  • FIG. 2 shows an example of a stamp that can be used in the method.
  • FIGS. 3 to 7 each show a schematic representation of a cross section through a region of the substrate
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the substrate 1 which has been provided with a surface functionalization by the method according to the invention.
  • Substrate 1 may comprise any substrate material, for example a glass, a plastic
  • the substrate 1 Semiconductor material or a metal.
  • a hydrophobic layer 2 On the surface of the substrate 1 areas are covered with a hydrophobic layer 2. Furthermore, the substrate 1 has areas in which the substrate surface 1A is exposed. Alternatively, it would also be possible that, instead of the substrate surface 1A, a hydrophilic layer previously applied to the substrate 1 is exposed. The areas of the substrate 1 not covered by the hydrophobic layer 2 are produced in the method by means of a stamp.
  • FIG. 2 shows an example of the stamp 10.
  • the stamp 10 has a plurality of structures 11, wherein the structures 11 may be arranged, for example, in a grid arrangement.
  • the structures 11 each have a circular shape, but any other geometric shapes for the structures 11 of the stamp 10 are also conceivable.
  • the structures 11 of the stamp preferably have widths between 1 and 10 mm.
  • the structures 11 of the stamp are used in the method for
  • the stamp 10 is applied to the substrate 1 and subsequently the hydrophobic layer 2 is applied outside the areas masked by the stamp 10.
  • the application of the hydrophobic layer 2 may for example by a
  • the punch 10 can be used, for example, with a
  • the stamp 10 can be advantageously reused in the method, so that a plurality of substrates 1 with the
  • the stamp 10 may, for example, by 3D printing or by a structuring method such
  • embossing or lithography are produced.
  • Figure 3 shows schematically a portion of a substrate 1 made according to an example of the method.
  • a portion of the substrate 1 is a
  • hydrophobic layer 2 has been applied, wherein the hydrophobic layer 2 has recesses in which the
  • Substrate surface 1A is exposed.
  • the exposed areas correspond to the structures 11 of the stamp, with which in the production of the hydrophobic layer 2, the substrate 1
  • the hydrophobic layer 2 may, in particular, be a fluoropolymer such as, for example
  • Fluoroalkylsilane or a fluoropolyether Fluoroalkylsilane or a fluoropolyether.
  • hydrophobic layer 2 outside the structures of the stamp can, for example, by wet chemical
  • FIG. 3 also shows a liquid drop 4 in the application of the substrate 1. Since the hydrophobic layer 2 water-repellent properties, are in the
  • Substrate 1 only covers the non-covered by the hydrophobic layer 2 areas, that is through the
  • Substrate surface 1A and so the shape of the liquid droplets 4 are set specifically.
  • the liquid can be used for
  • Example be applied by dipping the substrate 1 in the liquid, wherein the liquid
  • Substrate surface 1A wetted only outside the hydrophobic layer 2 and from the hydrophobic layer 2 covered areas of the substrate 1 rolls off or rolls.
  • the liquid can also be applied by spraying, dripping, spraying or knife coating, wherein
  • the volume of the liquid phase can be controlled.
  • the liquid may include, for example, water, oil, solvent, paint, an electrically conductive material, an adhesive or other compound.
  • the liquid 4 is a
  • Substrate 1 is applied and then cured, for example by thermal or UV-based
  • FIG. 4 shows a region of the substrate 1 in a further example of the method.
  • a hydrophilic layer 3 has been applied over the whole area to the surface of the substrate 1.
  • the hydrophilic layer 3 is preferably one
  • Oxide layer is for example by a wet
  • the stamp is applied to the substrate and subsequently, as in the previous example, the hydrophobic layer 2 outside of the
  • FIG. 5 shows a region of the substrate 1 produced by a further example of the method.
  • a hydrophilic layer 3 is used
  • the hydrophilic layer 3 has been provided with a nanostructure 30 in a further step. As with the previous one
  • the regions of the hydrophilic layer 3 outside the regions masked by the structures of the stamp have been overcoated with the hydrophobic layer 2.
  • the thickness of the hydrophobic layer 2 is advantageously so low in this example that the roughness of the nanostructure does not substantially change.
  • the hydrophilic layer 3 can be, for example, an Al 2 O 3 layer, in which the nanostructure 30 can be produced in a comparatively simple manner by a thermal treatment, in particular in boiling water.
  • Nanostructure 30 in the hydrophilic layer 3 can alternatively also be effected by other methods, for example by chemical or plasma-based etching methods. Furthermore, it is also possible for the hydrophilic layer to have nanoparticles which cause the hydrophilic layer 3 to have a nanostructure 30 on the surface after production.
  • the nanostructure 30 preferably has an rms surface roughness between 1 nm and 50 nm.
  • the roughness of the surface of the hydrophilic layer offers, in addition to the intrinsic material properties, an additional
  • structures in the nanometer range are suitable for avoiding stray light.
  • stochastic roughness structures in the nanometer range are perfectly adequate for the functional effect.
  • the wetting behavior of the hydrophilic layer 3 with the nanostructures 30 can be determined in particular via the
  • FIG. 6 shows a modification of the previous example in which the aspect ratio of the nanostructures 30 has been increased.
  • the nanostructures 30 have a height d2 that is greater than the height dl of the nanostructures in the previous example.
  • the shape of the liquid drop 4 changes, for example, becomes a flatter shape of the Liquid drop achieved.
  • the liquid is a curable liquid used to produce microlenses, the radius of curvature of the microlenses can be influenced in a targeted manner in this way.
  • the liquid droplet 4 has a volume V2 that is greater than the volume VI in the example of FIG. 5.
  • V2 volume of the liquid droplet 4
  • the contact angle of the liquid droplet 4 can be changed.
  • the method can also be advantageously used for the distribution of biological substances in biomedical applications.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a substrate having a functionalized surface, wherein a stamp (10) having an arrangement of structures (11) for producing masked regions is applied to the substrate (1). Subsequently, a hydrophobic layer (2) is applied outside the areas masked by the structures (11) of the stamp (10), and the stamp (10) is again removed. The invention further relates to a method, in which a substrate (1) produced in this way is used for producing liquid droplets (4).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung und Verwendung eines Substrats mit einer funktionalisierten Oberfläche Method of making and using a substrate having a functionalized surface
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer funktionalisierten Oberfläche, wobei die funktionalisierte Oberfläche insbesondere selektiv mit einer Flüssigkeit benetzbare Bereiche aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Verwendung des Substrats zur Erzeugung von Flüssigkeitstropfen beschrieben. The invention relates to a method for producing a substrate having a functionalized surface, wherein the functionalized surface in particular has selectively wettable areas with a liquid. Furthermore, a method of using the liquid drop generating substrate will be described.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 106 707.0, deren This patent application claims the priority of German Patent Application DE 10 2018 106 707.0, whose
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.  The disclosure is hereby incorporated by reference.
Ein Bedarf für selektiv benetzbare Substrate besteht in vielen technischen Anwendungen. Beispielsweise sollen bei der Herstellung biologischer Präparate Flüssigkeitstropfen mit einer darin enthaltenen biologischen Substanz definierte Bereiche der Oberfläche des Substrats benetzen, A need for selectively wettable substrates exists in many technical applications. For example, in the production of biological preparations, liquid droplets should wet areas of the surface of the substrate that are defined with a biological substance contained therein,
beispielsweise zur Vereinzelung von Zellen. Das Aufbringen der Flüssigkeitstropfen kann durch gezieltes Aufsetzen der Flüssigkeitstropfen mittels einer Spritze oder Pipette auf das Substrat erfolgen. Dies ist allerdings sehr aufwendig, wenn eine sehr große Anzahl von Flüssigkeitstropfen auf definierte Bereiche eines Substrats aufgebracht werden soll. for example, for the separation of cells. The application of the liquid drops can be done by targeted placement of the liquid drops by means of a syringe or pipette on the substrate. However, this is very expensive if a very large number of liquid drops to be applied to defined areas of a substrate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer funktionalisierten Oberfläche anzugeben, mit dem besonders effektiv und The invention has for its object to provide a method for producing a substrate having a functionalized surface, with the most effective and
kostengünstig selektiv benetzbare Bereiche auf der Oberfläche des Substrats erzeugt werden können. Weiterhin soll ein Verfahren zur Erzeugung von Flüssigkeitstropfen unter Inexpensive selectively wettable areas can be produced on the surface of the substrate. Furthermore, a should Process for the production of liquid drops under
Verwendung des Substrats angegeben werden. Use of the substrate can be specified.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer funktionalisierten Oberfläche wird gemäß zumindest einer Ausführungsform zuerst ein Substrat bereitgestellt, das beispielsweise ein Glas, einen Kunststoff, ein Metall oder ein Halbleitermaterial aufweisen kann. Bei dem Verfahren wird auf das Substrat ein Stempel aufgebracht, der eine Anordnung von Strukturen aufweist, um definierte Bereiche des Substrats zu maskieren. Der Stempel kann beispielsweise durch Klemmung an dem Substrat befestigt werden. Die Strukturen des In the method for producing a substrate having a functionalized surface, according to at least one embodiment, first a substrate is provided, which may comprise, for example, a glass, a plastic, a metal or a semiconductor material. In the method, a stamp is applied to the substrate having an array of structures to mask defined areas of the substrate. The stamp can be attached to the substrate by clamping, for example. The structures of the
Stempels, welche die durch den Stempel maskierten Bereiche definieren, sind vorteilhaft frei wählbar. Der Stempel kann beispielsweise mittels 3D-Druckens oder alternativ durch ein Strukturierungsverfahren wie zum Beispiel Prägen oder Stamps which define the areas masked by the stamp are advantageously freely selectable. The stamp can, for example, by means of 3D printing or alternatively by a structuring method such as embossing or
lithografische Strukturierung hergestellt werden. Der Stempel kann vorteilhaft zur Herstellung einer Vielzahl gleichartiger Substrate wiederverwendet werden. Nach dem Aufbringen des Stempels wird bei dem Verfahren eine hydrophobe Schicht außerhalb der durch den Stempel maskierten Bereiche lithographic structuring are produced. The stamp can be advantageously reused to produce a variety of similar substrates. After application of the stamp, the method becomes a hydrophobic layer outside the areas masked by the stamp
aufgebracht. Nachfolgend wird der Stempel wieder entfernt. applied. Subsequently, the stamp is removed.
Bei dem Verfahren wird die Oberfläche des Substrats In the process, the surface of the substrate becomes
vorteilhaft derart funktionalisiert, dass die unmaskierten Bereiche durch die aufgebrachte hydrophobe Schicht eine wasserabweisende Eigenschaft aufweisen, während in den maskierten Bereichen die Substratoberfläche oder eine advantageously functionalized in such a way that the unmasked areas have a water-repellent property due to the applied hydrophobic layer, while in the masked areas the substrate surface or a surface area of the masked areas
gegebenenfalls vor dem Aufbringen des Stempels auf das optionally before applying the stamp to the
Substrat aufgebrachte Schicht freiliegt. In diesen zuvor maskierten Bereichen kann das Substrat oder die Substrate applied layer is exposed. In these previously masked areas, the substrate or the
gegebenenfalls aufgebrachte Schicht insbesondere hydrophil, das heißt wasseranziehend, sein. Auf diese Weise wird somit vorteilhaft ein Substrat mit über die Fläche variierender Benetzungseigenschaft erzeugt. Die Definition der benetzbaren Bereiche durch den Stempel hat den Vorteil, dass ein optionally applied layer in particular hydrophilic, that is hydrophilic, be. This way it will advantageously produces a substrate having a wetting property varying over the surface. The definition of the wettable areas by the stamp has the advantage that a
aufwendiges Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht mit einem lithografischen Verfahren nicht notwendig ist. consuming application and patterning of a mask layer with a lithographic process is not necessary.
Insbesondere kann ein einmalig hergestellter Stempel für eine Vielzahl von herzustellenden gleichartigen Substraten In particular, a once produced stamp for a variety of similar substrates to be produced
verwendet werden. be used.
Der Stempel weist vorzugsweise eine Rasteranordnung von The stamp preferably has a grid arrangement of
Strukturen auf. Die Strukturen können insbesondere identisch sein, wenn eine Vielzahl identischer benetzbarer Bereiche auf dem Substrat erzeugt werden sollen. Die Strukturen des Structures on. In particular, the structures may be identical if a plurality of identical wettable regions are to be formed on the substrate. The structures of the
Stempels sind vorzugsweise voneinander separierte Stamps are preferably separated from each other
geometrische Formen. Bei den geometrischen Formen kann es sich beispielsweise um Kreisflächen handeln, wobei aber auch beliebige andere geometrische Formen denkbar sind. Der geometric shapes. The geometric shapes may be, for example, circular areas, but any other geometric shapes are conceivable. Of the
Stempel kann insbesondere eine Anordnung einer Vielzahl von Strukturen aus gleichartigen geometrischen Formen, In particular, a stamp can be an arrangement of a plurality of structures of similar geometric shapes,
beispielsweise in einer Zeilen- und Spaltenanordnung, aufweisen . for example, in a row and column arrangement.
Der Stempel weist bevorzugt Strukturen auf, deren Größe im Mikrometerbereich oder Millimeterbereich liegt. Gemäß The stamp preferably has structures whose size is in the micrometer or millimeter range. According to
zumindest einer Ausführungsform weist der Stempel Strukturen mit Breiten zwischen 1 ym und 10 mm auf. In at least one embodiment, the stamp has structures with widths between 1 ym and 10 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die hydrophobe Schicht durch ein nasschemisches Verfahren aufgebracht. Das nasschemische Aufbringen der hydrophoben Schicht ist besonders vorteilhaft, da in diesem Fall eine eventuelle teilweise Abschattung der Substratoberfläche durch den Stempel, die bei einem Vakuumbeschichtungsverfahren problematisch sein könnte, nicht störend ist. Alternativ ist es aber auch möglich, die hydrophobe Schicht durch ein According to a preferred embodiment of the method, the hydrophobic layer is applied by a wet-chemical method. The wet-chemical application of the hydrophobic layer is particularly advantageous, since in this case a possible partial shading of the substrate surface by the stamp, which in a vacuum coating process could be problematic, not disturbing. Alternatively, it is also possible, the hydrophobic layer by a
Vakuumbeschichtungsverfahren aufzubringen . Apply vacuum coating method.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die hydrophobe Schicht ein Fluorpolymer, insbesondere ein Fluoralkylsilan oder ein Fluorpolyether. Solche Fluorpolymere zeichnen sich insbesondere durch ihre wasserabweisende Eigenschaft aus. In a preferred embodiment, the hydrophobic layer is a fluoropolymer, in particular a fluoroalkylsilane or a fluoropolyether. Such fluoropolymers are characterized in particular by their water-repellent properties.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufbringen des Stempels eine hydrophile Schicht auf das Substrat aufgebracht. Die hydrophile Schicht kann According to a preferred embodiment of the method, a hydrophilic layer is applied to the substrate before the application of the stamp. The hydrophilic layer can
insbesondere ganzflächig auf das Substrat aufgebracht werden, bevor der Stempel auf das Substrat aufgebracht wird. Bei dieser Variante des Verfahrens wird die hydrophile Schicht in den nicht von den Strukturen des Stempels maskierten in particular be applied over the entire surface of the substrate before the stamp is applied to the substrate. In this variant of the method, the hydrophilic layer is not masked in the structures of the stamp
Bereichen von der hydrophoben Schicht überdeckt. In den von den Strukturen des Stempels maskierten Bereichen verbleibt dagegen die hydrophile Schicht. Nach dem Entfernen des Regions covered by the hydrophobic layer. In contrast, in the areas masked by the structures of the stamp, the hydrophilic layer remains. After removing the
Stempels weist die Oberfläche somit in den zuvor von den Strukturen des Stempels maskierten Bereichen eine hydrophile Eigenschaft und in den Bereichen außerhalb davon eine Stamp thus has a hydrophilic property in the areas previously masked by the structures of the stamp and in the areas outside thereof
hydrophobe Eigenschaft auf. hydrophobic property.
Die hydrophile Schicht kann insbesondere eine Oxidschicht sein. Beispielsweise kann die hydrophile Schicht Ti02, Zr02, Si02 oder AI2O3 aufweisen. Das Aufbringen der hydrophilen Schicht kann zum Beispiel mit einem Sol-Gel-Verfahren The hydrophilic layer may in particular be an oxide layer. For example, the hydrophilic layer may include TiO 2, ZrO 2, SiO 2 or Al 2 O 3. The application of the hydrophilic layer can be carried out, for example, with a sol-gel method
erfolgen. Alternativ ist es möglich, dass die hydrophile Schicht eine Metallschicht ist. respectively. Alternatively, it is possible that the hydrophilic layer is a metal layer.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens weist die hydrophile Schicht eine Nanostruktur auf oder wird bei dem Verfahren mit einer Nanostruktur versehen. Es ist beispielsweise möglich, dass die hydrophile Schicht In a preferred variant of the method, the hydrophilic layer has a nanostructure or is in the Process provided with a nanostructure. It is for example possible that the hydrophilic layer
Nanopartikel enthält. Insbesondere in diesem Fall ist es möglich, dass die hydrophile Schicht bereits nach dem Contains nanoparticles. In particular, in this case, it is possible that the hydrophilic layer already after the
Aufbringen eine Nanostruktur aufweist. Es ist weiterhin auch möglich, dass die hydrophile Schicht zunächst als glatte Schicht abgeschieden wird und dann durch eine Nachbehandlung aufgeraut wird. Die Nachbehandlung kann insbesondere eine chemische und/oder thermische Nachbehandlung sein. Alternativ ist es auch möglich, die hydrophile Schicht durch einen Application has a nanostructure. It is also possible that the hydrophilic layer is first deposited as a smooth layer and then roughened by a post-treatment. The after-treatment may in particular be a chemical and / or thermal aftertreatment. Alternatively, it is also possible for the hydrophilic layer by a
Ätzprozess aufzurauen. Roughening the etching process.
Beispielsweise kann die hydrophile Schicht eine A^C^-Schicht sein, die insbesondere mit einem Sol-Gel-Verfahren For example, the hydrophilic layer may be an A 1 C 2 layer, particularly with a sol-gel method
herstellbar ist. In diesem Fall kann durch eine thermische Nachbehandlung eine hydrophile Nanostruktur an der Oberfläche erzeugt werden, beispielsweise durch eine Behandlung in kochendem Wasser. can be produced. In this case, a hydrophilic nanostructure can be produced on the surface by means of a thermal after-treatment, for example by a treatment in boiling water.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die Nanostruktur der hydrophilen Schicht eine rms-Rauheit (root mean squared roughness) von 1 nm bis 50 nm auf. Durch eine gezielte According to a preferred embodiment, the nanostructure of the hydrophilic layer has an rms roughness (root mean squared roughness) of 1 nm to 50 nm. Through a targeted
Einstellung der Rauheit und/oder des Aspektverhältnisses der Nanostrukturen lässt sich insbesondere der Kontaktwinkel einer auf das Substrat aufgebrachten Flüssigkeit gezielt einstellen. Auf diese Weise lassen sich Flüssigkeitstropfen mit verschiedenen Krümmungen, insbesondere verschiedenen Aspektverhältnissen, erzeugen. Setting the roughness and / or the aspect ratio of the nanostructures, in particular, the contact angle of a liquid applied to the substrate can be adjusted specifically. In this way, liquid droplets with different curvatures, in particular different aspect ratios, can be produced.
Bei dem Verfahren zur Erzeugung von Flüssigkeitstropfen gemäß der Erfindung wird ein Substrat mit einer funktionalisierten Oberfläche bereitgestellt, das gemäß den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten herstellbar ist. Bei dem Verfahren wird eine Flüssigkeit auf das Substrat aufgebracht, wobei die Flüssigkeit voneinander separierte Flüssigkeitstropfen in Bereichen ausbildet, die nicht von der hydrophoben Schicht bedeckt sind. Insbesondere werden durch die Flüssigkeit vorteilhaft nur die Bereiche des Substrats benetzt, in denen die Substratoberfläche oder eine auf das Substrat The method for producing liquid drops according to the invention provides a substrate having a functionalized surface which can be produced according to the method steps described above. In the process is a liquid is applied to the substrate, wherein the liquid forms separated liquid droplets in areas that are not covered by the hydrophobic layer. In particular, the liquid advantageously wets only those areas of the substrate in which the substrate surface or one on the substrate
aufgebrachte hydrophile Schicht freiliegt. applied hydrophilic layer is exposed.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die According to one embodiment of the method, the
Flüssigkeit durch Eintauchen des Substrats in die Flüssigkeit aufgebracht. Aufgrund der Oberflächenfunktionalisierung des Substrats können auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig Flüssigkeitstropfen an der Oberfläche des Liquid applied by immersing the substrate in the liquid. Due to the surface functionalization of the substrate can be particularly simple and inexpensive liquid droplets on the surface of the
Substrats erzeugt werden. Insbesondere ist es nicht Substrate are generated. In particular, it is not
erforderlich, die Flüssigkeitstropfen separat aufzubringen, beispielsweise durch eine Pipette. required to apply the drops of liquid separately, for example by a pipette.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden die According to one embodiment of the method, the
Flüssigkeitstropfen zu Festkörpern ausgehärtet. Die Form der auf diese Weise hergestellten Festkörper wird vorteilhaft durch die Benetzungseigenschaften des funktionalisierten Substrats bestimmt. Solidified liquid drop to solids. The shape of the solids produced in this way is advantageously determined by the wetting properties of the functionalized substrate.
Es ist insbesondere möglich, dass die Flüssigkeitstropfen zu Mikrolinsen ausgehärtet werden. Der Durchmesser der In particular, it is possible for the liquid drops to be hardened into microlenses. The diameter of the
Mikrolinsen entspricht in diesem Fall den Durchmessern der Strukturen des Stempels, der bei der Herstellung des In this case, microlenses correspond to the diameters of the structures of the stamp used in the manufacture of the invention
Substrats eingesetzt wird. Weiterhin wird der Krümmungsradius der Mikrolinsen durch die Materialeigenschaften der Substrate is used. Furthermore, the radius of curvature of the microlenses due to the material properties of
Substratoberfläche oder einer auf das Substrat aufgebrachten hydrophilen Schicht sowie den Eigenschaften einer optionalen Nanostruktur an der Oberfläche der hydrophilen Schicht bestimmt. Das Verfahren ermöglicht es insbesondere, auf vergleichsweise einfache Weise eine Vielzahl von vorzugsweise identischen Mikrolinsen herzustellen. Substrate surface or applied to the substrate hydrophilic layer and the properties of an optional nanostructure on the surface of the hydrophilic layer determined. The procedure allows in particular, on comparatively simple way to produce a plurality of preferably identical microlenses.
Das Aushärten der Flüssigkeitstropfen, beispielsweise zu Mikrolinsen, erfolgt vorzugsweise durch eine thermische The hardening of the liquid drops, for example to microlenses, is preferably carried out by a thermal
Behandlung und/oder durch eine UV-Behandlung. Die Flüssigkeit kann insbesondere ein UV-härtbares Polymer aufweisen. Das UV- härtbare Polymer kann insbesondere ein organisch Treatment and / or by a UV treatment. The liquid may in particular comprise a UV-curable polymer. The UV-curable polymer may in particular be an organic
anorganisches Hybridpolymer sein. Solche UV-härtbaren inorganic hybrid polymer. Such UV-curable
Polymere sind beispielsweise unter den Bezeichnungen Ormocer und Ormocomp erhältlich. Polymers are available, for example, under the names Ormocer and Ormocomp.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von The invention will be described below with reference to
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 7 näher erläutert.  Embodiments in connection with the figures 1 to 7 explained in more detail.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines mit dem Verfahren herstellbaren Substrats, FIG. 1 shows a schematic representation of a substrate that can be produced by the method,
Figur 2 ein Beispiel eines Stempels, der bei dem Verfahren verwendbar ist, FIG. 2 shows an example of a stamp that can be used in the method.
Figuren 3 bis 7 jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Bereich des Substrats bei FIGS. 3 to 7 each show a schematic representation of a cross section through a region of the substrate
verschiedenen Beispielen des Verfahrens. various examples of the method.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures. The
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen . In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Substrats 1 dargestellt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Oberflächenfunktionalisierung versehen wurde. Das Components shown and the proportions of the components with each other are not to be regarded as true to scale. FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the substrate 1 which has been provided with a surface functionalization by the method according to the invention. The
Substrat 1 kann ein beliebiges Substratmaterial aufweisen, beispielsweise ein Glas, einen Kunststoff, ein Substrate 1 may comprise any substrate material, for example a glass, a plastic
Halbleitermaterial oder ein Metall. Auf der Oberfläche des Substrats 1 sind Bereiche mit einer hydrophoben Schicht 2 bedeckt. Weiterhin weist das Substrat 1 Bereiche auf, in denen die Substratoberfläche 1A freiliegt. Alternativ wäre es auch möglich, dass anstatt der Substratoberfläche 1A eine zuvor auf das Substrat 1 aufgebrachte hydrophile Schicht freiliegt. Die nicht von der hydrophoben Schicht 2 bedeckten Bereiche des Substrats 1 werden bei dem Verfahren mittels eines Stempels erzeugt. Semiconductor material or a metal. On the surface of the substrate 1 areas are covered with a hydrophobic layer 2. Furthermore, the substrate 1 has areas in which the substrate surface 1A is exposed. Alternatively, it would also be possible that, instead of the substrate surface 1A, a hydrophilic layer previously applied to the substrate 1 is exposed. The areas of the substrate 1 not covered by the hydrophobic layer 2 are produced in the method by means of a stamp.
In Figur 2 ist ein Beispiel des Stempels 10 dargestellt. Der Stempel 10 weist eine Vielzahl von Strukturen 11 auf, wobei die Strukturen 11 beispielsweise in einer Rasteranordnung angeordnet sein können. Die Strukturen 11 weisen bei dem Beispiel jeweils eine kreisrunde Form auf, wobei aber auch beliebige andere geometrische Formen für die Strukturen 11 des Stempels 10 denkbar sind. Die Strukturen 11 des Stempels weisen vorzugsweise Breiten zwischen 1 ym und 10 mm auf. Die Strukturen 11 des Stempels dienen bei dem Verfahren zur FIG. 2 shows an example of the stamp 10. The stamp 10 has a plurality of structures 11, wherein the structures 11 may be arranged, for example, in a grid arrangement. In the example, the structures 11 each have a circular shape, but any other geometric shapes for the structures 11 of the stamp 10 are also conceivable. The structures 11 of the stamp preferably have widths between 1 and 10 mm. The structures 11 of the stamp are used in the method for
Herstellung des oberflächenfunktionalisierten Substrats 1 dazu, die Bereiche der Substratoberfläche zu maskieren, in denen keine hydrophobe Schicht 2 aufgebracht werden soll. Production of the surface-functionalized substrate 1 to mask the areas of the substrate surface in which no hydrophobic layer 2 is to be applied.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Substrats 1 wird der Stempel 10 auf das Substrat 1 aufgebracht und nachfolgend die hydrophobe Schicht 2 außerhalb der durch den Stempel 10 maskierten Bereiche aufgebracht. Das Aufbringen der hydrophoben Schicht 2 kann beispielsweise durch ein In the method for producing the substrate 1, the stamp 10 is applied to the substrate 1 and subsequently the hydrophobic layer 2 is applied outside the areas masked by the stamp 10. The application of the hydrophobic layer 2 may for example by a
nasschemisches Verfahren oder alternativ durch ein wet-chemical process or alternatively by a
Vakuumbeschichtungsverfahren erfolgen. Zum Aufbringen auf das Substrat 1 kann der Stempel 10 beispielsweise mit einer Vacuum coating process carried out. For application to the substrate 1, the punch 10 can be used, for example, with a
Klemmvorrichtung an dem Substrat 1 befestigt werden. Der Stempel 10 kann bei dem Verfahren vorteilhaft wiederverwendet werden, sodass eine Vielzahl von Substraten 1 mit der Clamping be attached to the substrate 1. The stamp 10 can be advantageously reused in the method, so that a plurality of substrates 1 with the
Oberflächenfunktionalisierung versehen werden können, ohne jedes einzelne Substrat 1 jeweils zum Beispiel mit einem Lithografieverfahren separat mit einer Maskenschicht zu versehen. Das Verfahren ist deshalb besonders effizient und kostengünstig. Der Stempel 10 kann beispielsweise durch 3D- Druck oder durch ein Strukturierungsverfahren wie Surface functionalization can be provided without providing each substrate 1 separately, for example with a lithographic process with a mask layer. The method is therefore particularly efficient and inexpensive. The stamp 10 may, for example, by 3D printing or by a structuring method such
beispielsweise Prägen oder Lithografie hergestellt werden. For example, embossing or lithography are produced.
Figur 3 zeigt schematisch einen Bereich eines Substrats 1, das gemäß einem Beispiel des Verfahrens hergestellt ist. Bei diesem Beispiel ist auf Bereiche des Substrats 1 eine Figure 3 shows schematically a portion of a substrate 1 made according to an example of the method. In this example, a portion of the substrate 1 is a
hydrophobe Schicht 2 aufgebracht worden, wobei die hydrophobe Schicht 2 Ausnehmungen aufweist, in denen die hydrophobic layer 2 has been applied, wherein the hydrophobic layer 2 has recesses in which the
Substratoberfläche 1A freiliegt. Die freiliegenden Bereiche entsprechen den Strukturen 11 des Stempels, mit denen bei der Herstellung der hydrophoben Schicht 2 das Substrat 1 Substrate surface 1A is exposed. The exposed areas correspond to the structures 11 of the stamp, with which in the production of the hydrophobic layer 2, the substrate 1
teilweise abgedeckt wird. Die hydrophobe Schicht 2 kann insbesondere ein Fluorpolymer wie beispielsweise ein partially covered. The hydrophobic layer 2 may, in particular, be a fluoropolymer such as, for example
Fluoralkylsilan oder ein Fluorpolyether aufweisen. Das Fluoroalkylsilane or a fluoropolyether. The
Aufbringen der hydrophoben Schicht 2 außerhalb der Strukturen des Stempels kann beispielsweise durch nasschemische Application of the hydrophobic layer 2 outside the structures of the stamp can, for example, by wet chemical
Beschichtung, durch Dip-Coating, durch Sprühen oder Coating, by dip-coating, by spraying or
alternativ durch Vakuumabscheidung erfolgen. alternatively by vacuum deposition.
Die Figur 3 zeigt weiterhin einen Flüssigkeitstropfen 4 bei der Anwendung des Substrats 1. Da die hydrophobe Schicht 2 wasserabweisende Eigenschaften aufweist, werden bei dem FIG. 3 also shows a liquid drop 4 in the application of the substrate 1. Since the hydrophobic layer 2 water-repellent properties, are in the
Substrat 1 nur die nicht von der hydrophoben Schicht 2 bedeckten Bereiche bedeckt, das heißt die durch die Substrate 1 only covers the non-covered by the hydrophobic layer 2 areas, that is through the
Strukturen des Stempels definierten Bereiche. Structures of the stamp defined areas.
Durch die Größe und Form der Öffnungen in der hydrophoben Schicht 2, das Material des Substrats 1 und das Material der hydrophoben Schicht 2 kann das Benetzungsverhalten der Due to the size and shape of the openings in the hydrophobic layer 2, the material of the substrate 1 and the material of the hydrophobic layer 2, the wetting behavior of the
Substratoberfläche 1A und so die Form der Flüssigkeitstropfen 4 gezielt eingestellt werden. Die Flüssigkeit kann zum Substrate surface 1A and so the shape of the liquid droplets 4 are set specifically. The liquid can be used for
Beispiel mittels Tauchen des Substrats 1 in die Flüssigkeit aufgebracht werden, wobei die Flüssigkeit die Example be applied by dipping the substrate 1 in the liquid, wherein the liquid
Substratoberfläche 1A nur außerhalb der hydrophoben Schicht 2 benetzt und von den mit der hydrophoben Schicht 2 bedeckten Bereichen des Substrats 1 abperlt beziehungsweise abrollt. Alternativ zum Eintauchen des Substrats 1 in die Flüssigkeit kann die Flüssigkeit auch durch Aufspritzen, Auftropfen, Aufsprühen oder Aufrakeln aufgebracht werden, wobei  Substrate surface 1A wetted only outside the hydrophobic layer 2 and from the hydrophobic layer 2 covered areas of the substrate 1 rolls off or rolls. As an alternative to immersing the substrate 1 in the liquid, the liquid can also be applied by spraying, dripping, spraying or knife coating, wherein
zusätzlich das Volumen der flüssigen Phase kontrolliert werden kann. Die Flüssigkeit kann zum Beispiel Wasser, Öl, Lösemittel, Lack, ein elektrisch leitendes Material, einen Klebstoff oder eine andere Verbindung aufweisen. In addition, the volume of the liquid phase can be controlled. The liquid may include, for example, water, oil, solvent, paint, an electrically conductive material, an adhesive or other compound.
Bei einer Ausgestaltung ist die Flüssigkeit 4 eine In one embodiment, the liquid 4 is a
aushärtbare Flüssigkeit, die in flüssiger Form auf das curable liquid that in liquid form on the
Substrat 1 aufgebracht wird und anschließend ausgehärtet wird, beispielsweise durch thermische oder UV-basierte Substrate 1 is applied and then cured, for example by thermal or UV-based
Nachbehandlung, sodass eine feste Phase vorliegt. Auf diese Weise können beispielsweise Mikrolinsen aus der Flüssigkeit hergestellt werden. Post-treatment so that there is a solid phase. In this way, for example, microlenses can be produced from the liquid.
In Figur 4 ist ein Bereich des Substrats 1 bei einem weiteren Beispiel des Verfahrens dargestellt. Bei diesem Beispiel ist vor dem Aufbringen des Stempels eine hydrophile Schicht 3 ganzflächig auf die Oberfläche des Substrats 1 aufgebracht worden. Die hydrophile Schicht 3 ist vorzugsweise eine FIG. 4 shows a region of the substrate 1 in a further example of the method. In this example is Before application of the stamp, a hydrophilic layer 3 has been applied over the whole area to the surface of the substrate 1. The hydrophilic layer 3 is preferably one
Oxidschicht, und wird beispielsweise durch ein nass Oxide layer, and is for example by a wet
chemisches Verfahren, insbesondere durch ein Sol-Gel- Verfahren und Dip-Coating oder Spraying aufgebracht. Nach dem Aufbringen der hydrophilen Schicht 3 wird der Stempel auf das Substrat aufgebracht und nachfolgend wie bei dem vorherigen Beispiel die hydrophobe Schicht 2 außerhalb der von den chemical process, in particular applied by a sol-gel process and dip-coating or spraying. After applying the hydrophilic layer 3, the stamp is applied to the substrate and subsequently, as in the previous example, the hydrophobic layer 2 outside of the
Strukturen des Stempels bedeckten Bereiche aufgebracht. Im Unterschied zum vorherigen Beispiel liegt in den Öffnungen der hydrophoben Schicht 2 nicht die Oberfläche des Substrats 1, sondern die Oberfläche der hydrophilen Schicht 3 frei. Diese Variante des Verfahrens ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Substrat 1 selbst keine hydrophilen Eigenschaften aufweist, oder wenn die hydrophile Eigenschaft in diesen Bereichen durch das Material der hydrophilen Schicht 3 gezielt eingestellt werden soll. Structures of the stamp covered areas applied. In contrast to the previous example, not the surface of the substrate 1 but the surface of the hydrophilic layer 3 is exposed in the openings of the hydrophobic layer 2. This variant of the method is particularly advantageous if the substrate 1 itself has no hydrophilic properties, or if the hydrophilic property in these areas is to be adjusted specifically by the material of the hydrophilic layer 3.
In Figur 5 ist ein Bereich des Substrats 1 dargestellt, das mit einem weiteren Beispiel des Verfahrens hergestellt wurde. Bei diesem Beispiel ist wie bei dem vorherigen Beispiel vor dem Aufbringen des Stempels eine hydrophile Schicht 3 FIG. 5 shows a region of the substrate 1 produced by a further example of the method. In this example, as in the previous example, before the application of the stamp, a hydrophilic layer 3 is used
ganzflächig auf das Substrat 1 aufgebracht worden. Die hydrophile Schicht 3 ist in einem weiteren Schritt mit einer Nanostruktur 30 versehen worden. Wie bei dem vorherigem has been applied over the entire surface of the substrate 1. The hydrophilic layer 3 has been provided with a nanostructure 30 in a further step. As with the previous one
Beispiel sind nach dem Aufbringen des Stempels die Bereiche der hydrophilen Schicht 3 außerhalb der durch die Strukturen des Stempels maskierten Bereiche mit der hydrophoben Schicht 2 überschichtet worden. Die Dicke der hydrophoben Schicht 2 ist bei diesem Beispiel vorteilhaft derart gering, dass sich die Rauheit der Nanostruktur im Wesentlichen nicht ändert. Die hydrophile Schicht 3 kann beispielsweise eine AI2O3- Schicht sein, bei der die Nanostruktur 30 auf vergleichsweise einfache Weise durch eine thermische Behandlung, insbesondere in kochendem Wasser, hergestellt werden kann. Die For example, after application of the stamp, the regions of the hydrophilic layer 3 outside the regions masked by the structures of the stamp have been overcoated with the hydrophobic layer 2. The thickness of the hydrophobic layer 2 is advantageously so low in this example that the roughness of the nanostructure does not substantially change. The hydrophilic layer 3 can be, for example, an Al 2 O 3 layer, in which the nanostructure 30 can be produced in a comparatively simple manner by a thermal treatment, in particular in boiling water. The
Nanostruktur 30 in der hydrophilen Schicht 3 kann alternativ auch durch andere Verfahren, beispielsweise durch chemische oder plasmabasierte Ätzverfahren, erfolgen. Es ist weiterhin auch möglich, dass die hydrophile Schicht Nanopartikel aufweist, die bewirken, dass die hydrophile Schicht 3 schon nach der Herstellung an der Oberfläche eine Nanostruktur 30 aufweist . Nanostructure 30 in the hydrophilic layer 3 can alternatively also be effected by other methods, for example by chemical or plasma-based etching methods. Furthermore, it is also possible for the hydrophilic layer to have nanoparticles which cause the hydrophilic layer 3 to have a nanostructure 30 on the surface after production.
Die Nanostruktur 30 weist vorzugsweise eine rms- Oberflächenrauheit zwischen 1 nm und 50 nm auf. Die Rauheit der Oberfläche der hydrophilen Schicht bietet neben den intrinsischen Materialeigenschaften eine zusätzliche The nanostructure 30 preferably has an rms surface roughness between 1 nm and 50 nm. The roughness of the surface of the hydrophilic layer offers, in addition to the intrinsic material properties, an additional
Möglichkeit, den Grad der Benetzung zu bestimmen. Zur Possibility to determine the degree of wetting. to
Vermeidung von Störlicht eignen sich hierzu insbesondere Strukturen im Nanometerbereich. Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass stochastische Rauheitsstrukturen im Nanometerbereich vollkommen ausreichend für die funktionale Wirkung sind. In particular, structures in the nanometer range are suitable for avoiding stray light. In particular, it has been found that stochastic roughness structures in the nanometer range are perfectly adequate for the functional effect.
Das Benetzungsverhalten der hydrophilen Schicht 3 mit den Nanostrukturen 30 lässt sich insbesondere über das The wetting behavior of the hydrophilic layer 3 with the nanostructures 30 can be determined in particular via the
Aspektverhältnis der Nanostrukturen 30 gezielt beeinflussen. Beispielhaft ist in Figur 6 eine Abwandlung des vorherigen Beispiels dargestellt, bei dem das Aspektverhältnis der Nanostrukturen 30 vergrößert wurde. Insbesondere weisen die Nanostrukturen 30 eine Höhe d2 auf, die größer ist als die Höhe dl der Nanostrukturen bei dem vorherigen Beispiel. Auf diese Weise ändert sich die Form des Flüssigkeitstropfens 4, beispielsweise wird eine flachere Form des Flüssigkeitstropfens erzielt. Wenn die Flüssigkeit beispielsweise eine aushärtbare Flüssigkeit ist, die zur Herstellung von Mikrolinsen verwendet wird, kann auf diese Weise der Krümmungsradius der Mikrolinsen gezielt beeinflusst werden . Influence the aspect ratio of the nanostructures 30 in a targeted manner. By way of example, FIG. 6 shows a modification of the previous example in which the aspect ratio of the nanostructures 30 has been increased. In particular, the nanostructures 30 have a height d2 that is greater than the height dl of the nanostructures in the previous example. In this way, the shape of the liquid drop 4 changes, for example, becomes a flatter shape of the Liquid drop achieved. If, for example, the liquid is a curable liquid used to produce microlenses, the radius of curvature of the microlenses can be influenced in a targeted manner in this way.
Eine weitere Möglichkeit, die Form des Flüssigkeitstropfens 4 gezielt zu beeinflussen, besteht darin, das Volumen des Another way to specifically influence the shape of the liquid drop 4, is the volume of the
Flüssigkeitstropfens 4 zu ändern. Bei dem Beispiel der Figur 7 weist der Flüssigkeitstropfen 4 ein Volumen V2 auf, das größer ist als das Volumen VI bei dem Beispiel der Figur 5. Durch Variation des Volumens des Flüssigkeitstropfens 4 kann insbesondere der Kontaktwinkel des Flüssigkeitstropfens 4 verändert werden. Bei einer Anwendung des Verfahrens in der Optik können mit dem Verfahren vorteilhaft ultraflache Liquid drop 4 to change. In the example of FIG. 7, the liquid droplet 4 has a volume V2 that is greater than the volume VI in the example of FIG. 5. By varying the volume of the liquid droplet 4, in particular the contact angle of the liquid droplet 4 can be changed. In an application of the method in optics can be advantageously ultra-flat with the method
Tropfen oder Linsen realisiert werden. Im Hinblick auf die Herstellung von Linsen lassen sich so über die Form des Drops or lenses are realized. With regard to the production of lenses can be so on the shape of the
Flüssigkeitstropfens die optischen Eigenschaften, Liquid drop the optical properties,
insbesondere die Brennweite der Linsen, gezielt einstellen. Weiterhin kann das Verfahren mit Vorteil auch zur Verteilung biologischer Substanzen in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden. especially the focal length of the lenses, set specifically. Furthermore, the method can also be advantageously used for the distribution of biological substances in biomedical applications.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Invention every new feature as well as every combination of
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Features, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Claims or embodiments is given.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer 1. A method for producing a substrate with a
funktionalisierten Oberfläche,  functionalized surface,
umfassend die Schritte:  comprising the steps:
- Bereitstellen eines Substrats (1),  Providing a substrate (1),
- Aufbringen eines Stempels (10), der eine Anordnung von Strukturen (11) aufweist, auf das Substrat (1) zur  - applying a stamp (10) having an arrangement of structures (11) on the substrate (1) for
Erzeugung von maskierten Bereichen,  Creation of masked areas,
- Aufbringen einer hydrophoben Schicht (2) außerhalb der durch die Strukturen (11) des Stempels (10) maskierten Bereiche, und  Applying a hydrophobic layer (2) outside the areas masked by the structures (11) of the stamp (10), and
- Entfernen des Stempels (10) .  - Remove the punch (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
wobei der Stempel (10) eine Vielzahl von Strukturen (11) in einer Rasteranordnung aufweist.  wherein the punch (10) has a plurality of structures (11) in a grid arrangement.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die Strukturen (11) Breiten zwischen 1 ym und 10 mm aufweisen.  wherein the structures (11) have widths between 1 ym and 10 mm.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die hydrophobe Schicht (2) durch ein  wherein the hydrophobic layer (2) by a
nasschemisches Verfahren oder durch ein  wet chemical method or by a
Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht wird.  Vacuum coating method is applied.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
wobei die hydrophobe Schicht (2) ein Fluorpolymer aufweist .  wherein the hydrophobic layer (2) comprises a fluoropolymer.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
wobei vor dem Aufbringen des Stempels (10) eine hydrophile Schicht (3) auf das Substrat (1) aufgebracht wird . wherein before the application of the stamp (10) a hydrophilic layer (3) is applied to the substrate (1).
7. Verfahren nach Anspruch 6, 7. The method according to claim 6,
wobei die hydrophile Schicht (3) eine Oxidschicht oder eine Metallschicht ist.  wherein the hydrophilic layer (3) is an oxide layer or a metal layer.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, 8. The method according to claim 6 or 7,
wobei die hydrophile Schicht (3) eine Nanostruktur (30) aufweist oder mit einer Nanostruktur (30) versehen wird.  wherein the hydrophilic layer (3) has a nanostructure (30) or is provided with a nanostructure (30).
9. Verfahren nach Anspruch 7, 9. The method according to claim 7,
wobei die hydrophile Schicht (3) Nanopartikel enthält oder die Nanostruktur (30) durch eine Nachbehandlung der hydrophilen Schicht (3) erzeugt wird.  wherein the hydrophilic layer (3) contains nanoparticles or the nanostructure (30) is produced by a post-treatment of the hydrophilic layer (3).
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, 10. The method according to claim 8 or 9,
wobei die Nanostruktur (30) eine rms-Rauheit von 1 nm bis 50 nm aufweist.  wherein the nanostructure (30) has an rms roughness of 1 nm to 50 nm.
11. Verfahren zur Erzeugung von Flüssigkeitstropfen, 11. Method for producing drops of liquid,
umfassend die Schritte:  comprising the steps:
- Herstellen eines Substrats (1) mit einer  - Producing a substrate (1) with a
funktionalisierten Oberfläche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, und  functionalized surface according to any one of claims 1 to 10, and
- Aufbringen einer Flüssigkeit auf das Substrat (1), wobei die Flüssigkeit voneinander separierte  - Applying a liquid to the substrate (1), wherein the liquid separated from each other
Flüssigkeitstropfen (4) in Bereichen ausbildet, die nicht von der hydrophoben Schicht (2) bedeckt sind.  Liquid drop (4) forms in areas that are not covered by the hydrophobic layer (2).
12. Verfahren nach Anspruch 11, 12. The method according to claim 11,
wobei die Flüssigkeit durch Eintauchen des Substrats (1) in die Flüssigkeit aufgebracht wird. wherein the liquid is applied by immersing the substrate (1) in the liquid.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, 13. The method according to claim 11 or 12,
wobei die Flüssigkeitstropfen (4) zu Festkörpern ausgehärtet werden.  wherein the liquid drops (4) are hardened to solids.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
wobei die Flüssigkeitstropfen (4) zu Mikrolinsen ausgehärtet werden.  wherein the liquid drops (4) are cured to microlenses.
15 . Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, 15. Method according to claim 13 or 14,
wobei die Flüssigkeitstropfen (4) durch eine thermische wherein the liquid drops (4) by a thermal
Behandlung und/oder durch UV-Bestrahlung ausgehärtet werden . Treatment and / or cured by UV irradiation.
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