Wie man die Heizung von Biosensoren richtig einstellt – ohne Energie zu verschwenden
Beim Bau von Biosensoren muss man das Gleichgewicht zwischen Wärme und Energieeinsatz finden. Man benötigt genügend Wärme, um die Polymere zu härten und die chemischen Schichten aktiv zu machen. Doch wenn man zu viel Wärme verwendet, werden die Substrate beschädigt. Es handelt sich dabei um einen sehr schmalen Bereich.
Deshalb haben wir auf die herkömmlichen Konvektionsöfen verzichtet. Stattdessen verwenden wir Kurzwellen-Infrarotlampen. Stellen Sie sich das wie den Unterschied zwischen dem Heizen eines ganzen Raumes mit einem Ofen – nur um die Hände zu wärmen – und dem Einsatz einer Heillampe vor. So wird keine Energie mehr darauf verwendet, die Luft sowie den Metallgehäuseteil einer riesigen Maschine zu erhitzen.
Der Schlüssel liegt im Energieverbrauch.
Mit Infrarotlampen wird die Energie durch Strahlung übertragen. Sie trifft direkt auf das Zielobjekt. Es gibt kein Warten – man muss nicht stundenlang warten, bis der Raum vorgeheizt ist. Man schaltet einfach den Schalter ein, die Lampe zieht Energie für den eigentlichen Aushärtungsprozess auf und schon ist alles erledigt. Der Energieverbrauch pro Wafer sinkt, da man nicht gegen die „thermische Masse“ eines großen, schweren Ofens ankämpfen muss.
Die Wahl der Komponenten ist wichtig. Wir verwenden meist Quarzkapseln sowie spezielle Beschichtungen. Warum? Weil die Energie tatsächlich in die bioaktiven Schichten eindringen soll – und nicht einfach an der Oberfläche abprallen soll.
Achtung: Die Stromversorgung muss absolut zuverlässig sein. Wenn die Spannung schwankt, steigen die Temperaturen an. In dieser Branche kann bereits eine kleine Steigerung der Temperatur dazu führen, dass ein Sensor beschädigt wird.
Wenn man eine „grüne Fabrik“ bauen will, ist das die richtige Lösung. Man kombiniert die Lampen mit einem schnellen PID-Controller und platziert sie in einer angeordneten Struktur. So kann man die Bereiche ausschalten, die man nicht benötigt. Simpel.
Allerdings hat das auch seine Nachteile.
Diese Lampen erzeugen eine enorme Menge an Wärme. Das bedeutet, dass die Kühllüfter ordentlich arbeiten müssen. Wenn die Entlüftung nicht richtig eingestellt ist, kann die überschüssige Wärme dazu führen, dass das Gehäuse des Sensors beschädigt wird.
Im Grunde genommen tauscht man den Kostenfaktor eines großen Ofens gegen die Kosten für gezielte Strahlung sowie lokale Kühlung ein. Für die meisten von uns ist das eine Vorteil – solange man dafür sorgt, dass die Luft weiterhin zirkuliert.