Warum wir in den Bio-Sensorenlaboren auf Infrarotstrahlung statt heißer Luft setzen
Bei der Herstellung von Bio-Sensoren sind die Phasen des Aushärtens und Trocknens meist sehr zeitaufwendig. Seit Jahren wird dazu heisse Luft verwendet. Doch ehrlich gesagt: Das ist eine ziemliche Herausforderung.
Das Problem ist, dass Luftbasierte Systeme viel Zeit damit verbringen, den leeren Raum um den Sensor herum zu erhitzen, bevor der Sensor selbst warm wird. Das ist eine Verschwendung von Zeit und Energie.
Deshalb wechseln wir nun zu Infrarotlampen.
Das Problem des Wartens
Man muss sich vorstellen, wie heiße Luft funktioniert: Zuerst muss die Luft erhitzt werden, anschließend soll diese Luft wiederum den Sensor erwärmen. Es ist, als würde man versuchen, ein Zimmer mit einem Heizgerät zu erwärmen, bevor man hineingeht – es entsteht eine lange Wartezeit.
Mit Infrarotstrahlung ist das anders. Es handelt sich dabei um Strahlungsenergie – die Photonen treffen direkt auf den Sensor.
In der Halbleiterfertigung ist das ein großer Vorteil: Man muss nicht warten, bis der Raum „vollständig erhitzt“ ist. Die Erwärmung erfolgt fast sofort. Zudem sind dünnfilmbasierte Bio-Sensoren äußerst empfindlich – dadurch können die organischen Schichten nicht verbrennen oder zerstört werden, wenn sie schneller in die Hitze gebracht und wieder herausgeholt werden.
Platzsparende Lösung
Einer der größten Vorteile ist, dass dadurch der benötigte Platz reduziert wird. Man muss keine großen Lüfter oder komplizierte Leitungen mehr verwenden, um heiße Luft zu verteilen. Stattdessen reicht es aus, die Lampen direkt über dem Transportband anzubringen. Einfach.
Allerdings darf man die Lampen nicht mit maximaler Leistung betreiben. Wenn zu viel Energie auf einen Punkt konzentriert wird, entstehen heiße Stellen, die den Sensor beschädigen können. Es geht also darum, den richtigen Ausgleich zwischen der Anordnung der Lampen und der Geschwindigkeit des Transportbands zu finden.
Der Nachteil (denn es gibt immer einen)
Infrarotstrahlung ist zwar schnell, aber sie ist auch Richtungsabhängig. Im Gegensatz zu heißer Luft, die jeden Bereich umhüllt, erhitzt Infrarotstrahlung nur die Bereiche, die sie erreichen kann. Wenn der Sensor eine komplexe 3D-Form hat, entstehen „Schattenbereiche“, in denen die Hitze nicht ankommt. Wir beheben das normalerweise mit Reflektoren, damit die Energie in diese Bereiche geleitet wird.
Und hier kommt der wichtigste Punkt: Man muss unbedingt die Kühlzonen richtig einrichten. Da Infrarotstrahlung eine so starke Energie liefert, bleiben die Bauteile weiterhin heiß. Wenn man diese Wärme nicht schnell genug abführt, kann das die Kalibrierung des Sensors beeinträchtigen. Man muss den Sensor also schnell abkühlen, damit alles wieder in Ordnung kommt.