1. Slide 1Mikrosysteme
GrundlagenGrundlagen
Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme
Mikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und MedizinMikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und Medizin
EinführungEinführung
Dr. Marc R. DusseillerDr. Marc R. Dusseiller

2. Slide 2Mikrosysteme
LerninhalteLerninhalte
Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme

3. Slide 3Mikrosysteme
““Education is an admirable thing, but it is well to remember from time to time thatEducation is an admirable thing, but it is well to remember from time to time that
nothing that is worth knowing can be taught.”nothing that is worth knowing can be taught.”
Oscar WildeOscar Wilde, “, “The Critic as Artist”, 1890The Critic as Artist”, 1890
Irish dramatist, novelist, & poet (1854 - 1900)Irish dramatist, novelist, & poet (1854 - 1900)

4. Slide 4Mikrosysteme
LernzieleLernziele
Überblick und Systemverständnis über die LängenskalenÜberblick und Systemverständnis über die Längenskalen
Die Studierenden kennen...Die Studierenden kennen...
•• die Vielfalt an Mikro- und Nanofabrikationsmethodendie Vielfalt an Mikro- und Nanofabrikationsmethoden
•• die Eingenschaften verschiedener Materialien in Mikrosystemendie Eingenschaften verschiedener Materialien in Mikrosystemen
•• Mikrosysteme für Biomedizinische AnwendungenMikrosysteme für Biomedizinische Anwendungen
•• Industrielle AnwendungsbeispieleIndustrielle Anwendungsbeispiele
Die Studierenden verstehen...Die Studierenden verstehen...
•• die physikalischen & biochemischen Grundlagen von Sensorendie physikalischen & biochemischen Grundlagen von Sensoren
•• die Prozesse an der Grenzfläche Mikrosystem/Biologiedie Prozesse an der Grenzfläche Mikrosystem/Biologie
•• die Zusammenhänge über verschiedene Längenskalendie Zusammenhänge über verschiedene Längenskalen
Die Studierenden können...Die Studierenden können...
•• ein angepasstes Verfahren auswählen im Engineering Alltagein angepasstes Verfahren auswählen im Engineering Alltag

5. Slide 5Mikrosysteme
LehrmethodenLehrmethoden
VorlesungVorlesung
GastreferateGastreferate
ev. zusammen mit LST Vollzeitev. zusammen mit LST Vollzeit
FallstudieFallstudie
GruppenarbeitGruppenarbeit
u-LABu-LAB
ein Morgenein Morgen
midQuiz/endQuizmidQuiz/endQuiz
Zwischenprüfung und SemesterendprüfungZwischenprüfung und Semesterendprüfung
LiteraturLiteratur
Buch und weiterführende ArtikelBuch und weiterführende Artikel
SelbststudiumSelbststudium
Internet, weiterführende Literatur, Vorbereitung auf Thema der nächsten VorlesungInternet, weiterführende Literatur, Vorbereitung auf Thema der nächsten Vorlesung
Assignments/SelbsttestsAssignments/Selbsttests

6. Slide 6Mikrosysteme
Zusammenhang zu anderen VorlesungenZusammenhang zu anderen Vorlesungen
Erforderliche Vorkenntisse:Erforderliche Vorkenntisse:
• 04-060 Materialien und Werkstoffe (MAW04-060 Materialien und Werkstoffe (MAW))
• 01-010 Physik01-010 Physik
• 01-060 Chemie01-060 Chemie
• 0x-xxx Biologie0x-xxx Biologie

7. Slide 7Mikrosysteme
KernlehrinhaltKernlehrinhalt
Längenskalen in der FabrikationLängenskalen in der Fabrikation
Device - Mikrosystemintegration Mikrofabrikation Nanomanipultion

8. Slide 8Mikrosysteme
KernlehrinhaltKernlehrinhalt
Längenskalen in der Physik und ChemieLängenskalen in der Physik und Chemie
Interaktion mit Strahlung
Elektromagnetische Strahlung
(Licht, Radio, Röntgen etc..)
Frequenz
Wellenlänge
Energie
Längenskala

9. Slide 9Mikrosysteme
KernlehrinhaltKernlehrinhalt
Längenskalen in der BiologieLängenskalen in der Biologie

10. Slide 10Mikrosysteme
KernlehrinhaltKernlehrinhalt
Vernetzung verschiedener Disziplinen & SystemverständnisVernetzung verschiedener Disziplinen & Systemverständnis

11. Slide 11Mikrosysteme
Vorlesung 2.0Vorlesung 2.0
MIS_wikiMIS_wiki
http://www.dusseiller.ch/mis_wiki/http://www.dusseiller.ch/mis_wiki/
NewsNews
UnterlagenUnterlagen
Weiterführende LiteraturWeiterführende Literatur
MitarbeitMitarbeit
InteraktionInteraktion
PublikationPublikation
login nötiglogin nötig
Gastreferate tbaGastreferate tba
Informationen perInformationen per

12. Slide 12Mikrosysteme
Pflichtliteratur zur VorlesungPflichtliteratur zur Vorlesung
Fundamentals of BioMEMS and Medical MicrodevicesFundamentals of BioMEMS and Medical Microdevices
Steven S. SalitermanSteven S. Saliterman
ISBN: 978-0-8194-5977-0ISBN: 978-0-8194-5977-0
Hardcover 576 pages January 2006Hardcover 576 pages January 2006
Preis US ca $107.00 bei amazon USPreis US ca $107.00 bei amazon US
The world is on the threshold of a revolution that will change medicine and howThe world is on the threshold of a revolution that will change medicine and how
patients are treated forever.patients are treated forever.
Bringing together the creative talents of electrical, mechanical, optical andBringing together the creative talents of electrical, mechanical, optical and
chemical engineers, materials specialists, clinical-laboratory scientists, andchemical engineers, materials specialists, clinical-laboratory scientists, and
physicians, the science of biomedical microelectromechanical systemsphysicians, the science of biomedical microelectromechanical systems
(bioMEMS) promises to deliver sensitive, selective, fast, low cost, less(bioMEMS) promises to deliver sensitive, selective, fast, low cost, less
invasive, and more robust methods for diagnostics, individualized treatment,invasive, and more robust methods for diagnostics, individualized treatment,
and novel drug delivery.and novel drug delivery.
This book is an introduction to this multidisciplinary technology and the currentThis book is an introduction to this multidisciplinary technology and the current
state of micromedical devices in use today. The first text of its kindstate of micromedical devices in use today. The first text of its kind
dedicated to bioMEMS training. Fundamentals of BioMEMS and Medicaldedicated to bioMEMS training. Fundamentals of BioMEMS and Medical
Microdevices is Suitable for a single semester course for senior andMicrodevices is Suitable for a single semester course for senior and
graduate-level students, or as an introduction to others interested or alreadygraduate-level students, or as an introduction to others interested or already
working in the field.working in the field.
& weiterführende wissenschaftlilche Artikel& weiterführende wissenschaftlilche Artikel

13. Slide 13Mikrosysteme
Weiterführende LiteraturWeiterführende Literatur

14. Slide 14Mikrosysteme
ÜberblickÜberblick
Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme
Vorschau über den gesamten StoffVorschau über den gesamten Stoff

15. Slide 15Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
•
CMOS Verfahren zur Herstellung eines Transistors
Geschichtliche HintergründeGeschichtliche Hintergründe
•
Integrierter Schaltkreis, 1961Integrierter Schaltkreis, 1961
Erster Transistor, 1947Erster Transistor, 1947LithographieLithographie
Photgraphie

16. Slide 16Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Mikrosysteme auf verschiedenen GrössenordnungenMikrosysteme auf verschiedenen Grössenordnungen
•
CMOS Verfahren zur Herstellung eines Transistors

17. Slide 17Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
MikrofabrikationstechnikenMikrofabrikationstechniken
• ReinraumtechnikenReinraumtechniken
• PhotolithographiePhotolithographie
• TrockenätzverfahrenTrockenätzverfahren
• BeschichtungsverfahrenBeschichtungsverfahren
• NassätzverfahrenNassätzverfahren
• ReplikationsverfahrenReplikationsverfahren
CMOS Verfahren zur Herstellung eines Transistors

18. Slide 18Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Materialien - GrundlagenMaterialien - Grundlagen

19. Slide 19Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Materialien in MikrosystemenMaterialien in Mikrosystemen
• SiliziumSilizium
• MetalleMetalle
• KunststoffeKunststoffe
• BiomaterialienBiomaterialien
• ProteineProteine
Metall nach Wegätzen eines CMOS Chips
Mikrofabriziertes Kunststoffprodukt

20. Slide 20Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Oberflächen und Bio-GrenzflächenOberflächen und Bio-Grenzflächen
• Natürliche OxidschichtenNatürliche Oxidschichten
• anorganisch Beschichtungenanorganisch Beschichtungen
• Polymere BeschichtungenPolymere Beschichtungen
• Biochemische BeschichtungenBiochemische Beschichtungen
• Patterning MethodenPatterning Methoden
AlbuminOxidschichten Biologisch/künstliche Nanoarchitektur

21. Slide 21Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Mikroinjektions SystemeMikroinjektions Systeme
Was ist das?

22. Slide 22Mikrosysteme
Hochschule für LifesciencesHochschule für Lifesciences
Material: StahlMaterial: Stahl
Grösse: 900Grösse: 900 μμm Durchmesser, Öffnung der Spitze 15m Durchmesser, Öffnung der Spitze 15 μμmm
Bearbeitung: Schleifen, Drahterosion und PolierenBearbeitung: Schleifen, Drahterosion und Polieren
Anwendung: Spotting von MicroarraysAnwendung: Spotting von Microarrays
Hergestellt in Zusammenarbeit mit einem Industrie-PartnerHergestellt in Zusammenarbeit mit einem Industrie-Partner
Prof. U. Pieles für „Nano ist Spitze“ WettbewerbProf. U. Pieles für „Nano ist Spitze“ Wettbewerb
Was ist das eigentlich?

23. Slide 23Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Mikrofluidik – Fabrikation, Materialien (Physik und Lab-on-a-ChipMikrofluidik – Fabrikation, Materialien (Physik und Lab-on-a-Chip
Anwendungen in der Vorlesung Fludik, 2. Teil)Anwendungen in der Vorlesung Fludik, 2. Teil)

24. Slide 24Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
BioMEMS & Mikro ZellkulturenBioMEMS & Mikro Zellkulturen
• AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele
• In-Vitro DiagnostikIn-Vitro Diagnostik
• Wasser AnalyseWasser Analyse
• High-Throughput PCRHigh-Throughput PCR
• BiosensorenBiosensoren
• 3-D Zellkultur3-D Zellkultur

25. Slide 25Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Implantierbare Mikrosysteme – Basics (Vertiefung im 5. Semester)Implantierbare Mikrosysteme – Basics (Vertiefung im 5. Semester)

26. Slide 26Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Hybride Systeme – Brain-Computer Interface?Hybride Systeme – Brain-Computer Interface?
Neuron auf einem Chip
www.biochem.mpg.de/mnphys/
Schnecken Neuronzelle auf einer Elektrode.
Gastreferat?
Ayanda
Microsystems?

27. Slide 27Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
NanotechnologienNanotechnologien
AFM Gold Nanopartikel auf Zellwand
Atome mit STM positioniert AFM - Protein-DNA Interaktion DNA self assembly

28. Slide 28Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Nanomedizin – Visionen – Ethik – RisikoNanomedizin – Visionen – Ethik – Risiko

29. Slide 29Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
Systemintegration und Industrielle AnwendungenSystemintegration und Industrielle Anwendungen
Schluckbare Kamera für
Gastroendoskopie
www.givenimaging.com/
GeneChip Microarrays für
DNA Analyse
www.affymetrix.com
Nanopump für Insulin-
Injektionssysteme
www.debiotech.ch

30. Slide 30Mikrosysteme
Lehrinhalt – Übersicht ThemenLehrinhalt – Übersicht Themen
GastreferateGastreferate
Lab-on-a-Chip, Dr. Didier Falconnet
Biocartis, Lausanne

31. Slide 31Mikrosysteme
Über meine MMS ErfahrungenÜber meine MMS Erfahrungen
DissertationDissertation
http://e-collection.ethbib.ethz.ch/cgi-bin/show.pl?type=diss&nr=16433http://e-collection.ethbib.ethz.ch/cgi-bin/show.pl?type=diss&nr=16433