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    新穎的熔接技術  
          
    由德國弗勞恩霍夫材料和光束技術研究所開發的新技術，能直接、牢固的焊接陶瓷和聚合物。乍看起來，直接熔接兩種截然不同熔點的物體似乎是很困難的。普通的熱塑性聚合物熔點在250 ℃以下，熱分解的話需要超過400 ℃的高溫。相比之下，陶瓷的熔點卻在1000 ℃以上。這兩種材料大相徑庭的受熱及物理表現對這種熔接技術構成了挑戰。 

    在加工的第一步驟中，陶瓷物體的表面是有圖案的，例如，通過激光燒蝕形成兩個物體的密實的復合物。在接下來的熱加工過程中，激光束在連接范圍內熔化掉薄薄的一層聚合物表面。激光屬從透明的聚合物部分穿過，被陶瓷部分吸收，促成對陶瓷表面進行有選擇的熔化。熔接點之間的熱傳導使聚合物持續升溫，能通過外部壓力，使聚合物熔化的部分流入到陶瓷的表面結構。等待溫度降低，凝固之后，兩個物體緊緊地融合在一起。完成這個熔接的關鍵兩點：通過機械錨定使聚合物連接到陶瓷表面微結構中，以及接觸物體之間的粘連。 

    最新的研究工作調查并優化了不同的加工參數對熱熔接過程的影響，這些參數包括激光功率、加工速度、連接壓力、連接區溫度等。為了有效地監測和控制結合溫度，在系統中安裝了高溫測量儀和激光功率控制器。到目前為止，共運用了兩種不同的激光光源：棒型Nd:YAG激光器和光纖激光系統。相比較而言，光纖激光器比固態激光器擁有更高效率的光束質量。總體上來看，其他激光光源，比如半導體激光器也能適用。         

   由于LTCC技術在微型和傳感器系統的巨大潛力，研發部門著力研究這種類型的陶瓷。不同的聚合物材料都成功地經過檢測和比較，比如PC、PMMA、SAN和PETG。熔接物體（在我們的案例中為陶瓷）的表面圖形對熔接強度和耐用性有著重要的影響。通過運用不同的短脈沖激光光源，不同領域的表面圖形被創造、連接和比較。長寬等結構尺寸對不同的幾何圖形都是不一樣的，比如單隕石坑或直線槽。不同的結構和加工參數彼此影響，對接點屬性也產生作用。原料處理和制備也會對最終表現產生影響。為了能達到最佳的熔接效果，對所有互相關聯的參數進行復雜的優化和調整就顯得至關重要。抗拉強度達到25 N/mm2的密封連接由此產生了。   

    基于這項全新的熔接技術，一些生物反應器和單芯片實驗系統被制造出來，用于研究和測試。運用優化的連接技術，基于LTCC的陶瓷傳感器與透明的聚合物相結合，比如平面窗或微流體元件。弗勞恩霍夫陶瓷技術和系統研究所協助開發了包含不同傳感器和微流體系統部件的陶瓷元件。綜合微生物反應器內部的細胞生長在自定義的熱度和生化條件下能被監測和控制。通過使用透明的聚合物窗口，該系統現在能通過光學顯微鏡監測到內部流程。另一種選擇是利用分光光度法，例如熒光分析術，來分析反應器內部的生化變化。  

    一種集成的多電極陣列陶瓷聚合物流量傳感器被用于測量細胞培養過程中發出的電子信號。陶瓷傳感器通過新型的熔接技術被連接到一種聚合物微流體元件中。培養過程中，細胞可吸收聚合物流體傳輸的養分溶液和各種反應物。  
          
    在同時進行的另一項研發工作中，德國弗勞恩霍夫材料和光束技術研究所開發出了一種在活性氣體環境下，脈沖激光可使聚合物表面圖案化和功能化。這將影響特定表面上的細胞增生，從而在其連接到傳感系統之前，令聚合物的生物功能化成為可能。  
          
    這種新型的熔接工藝應用前景和市場廣闊，覆蓋化學和生物分析等領域，比如制藥公司中用到的篩檢，化學設施中的環境分析，食品行業和醫學技術中的分析等。