ELEKTROKEMIALLISTEN BIOSENSORIALUSTOJEN VALMISTUS SILKKIPAINOTEKNIIKALLA OAMK PRINLAB YMPÄRISTÖSSÄ

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli optimoida valmistusprosessi elektrokemiallisten biosensorialustojen valmistukseen silkkipainotekniikalla. Elektrokemiallisten biosensorialustojen valmistus vaatii monialaista osaamista, joten työssä onnistumisen edellytys olikin löytää alan toimijaverkostot Suomessa ja ulkomailla, sekä heidän avullaan hankkia tarvittavaa tietoa kaupallisista materiaaleista sensorin valmistukseen silkkipainomenetelmällä.

Silkkipainotekniikan teoriatietoihin nojaten suunniteltiin ja hankittiin optimaaliset painoverkot sekä materiaalit. Ensimmäiset testipainot tehtiin sensorialustan toiminnan kannalta kriittisimmällä painomusteella ja painoseulalla, tavoitteena oli optimoida painoparametrit kolmesta painokerroksesta koostuvan biosensorialustan valmistukseen. Testipainojen sekä niihin liittyvien painoparametrien muutoksien vaikutusta painojälkeen analysoitiin FocalSpec 3D-pintaprofiili mittalaitteella sekä sähkönjohtokykymittauksin. Mittaustulosten perusteella analysoitiin painoprosessia ja valittiin optimaaliset painoparametrit ja materiaalit varsinaiseen valmistusprosessiin.

Työn tuloksena syntyi valmistusprosessi elektrokemiallisen biosensorialustan valmistukseen sekä todennettiin työssä esitettyjen silkkipainomenetelmän suunnittelusääntöjen paikkansa pitävyyttä käytännössä. Työssä dokumentoitiin tarpeelliset toimijaverkostot biosensorialustojen tutkimus- ja kehitystyössä sekä luotiin katsaus markkinoihin nyt ja tulevaisuudessa valmiisiin markkinaselvityksin perustuen. Työn edetessä kehitettiin käytäntö sensoripohjien tuotetiedonhallintaan, mikä pitää sisällään sensoriarkkien osaluettelot ja prosessissa käytettyjen materiaalien ja valmistusparametrien jäljitettävyyden. Materiaalien sekä valmistusparametrien jäljitettävyys on oleellisen tärkeää sensoripohjien tutkimus- ja kehitystyössä.

The objective of this thesis was to optimize the manufacturing process for an electrochemical sensor platform using the traditional flatbed screen printing method. Manufacturing electrochemical sensor platforms requires multidiscipli-nary skills, and therefore one prerequisite was to collect people who are working in the rapid diagnostics and screen printing field in Finland or abroad, and utilize them when acquiring material and knowhow for the manufacturing process.

The design rules for the printing process, printing screens and materials were based on the acquired theoretical information. An electrochemical sensor platform consists of three different layers. The first test print was carried out using the most critical printing materials to optimize the screen printing process parameters and to reach the best printing quality. The FocalSpec 3D surface profile and measurements of the electrical conductivity of the electrodes were the methods to analyze and find the optimized parameters for the screen printing process and the materials to manufacture the real electrochemical sensor platform where all three layers were printed.

The most important result of this thesis was the optimization of the manufacturing process for an electrochemical sensor platform. In addition, it was proved how suitable the theoretical screen printing rules are in practice. The needed subcontracting network and companies in the electrochemical sensor research and development work in Finland and abroad were documented and categorized. A review of the electrochemical sensor markets now and in the future based on a commercial market analysis was also shortly presented in this thesis.

The traceability of the parameters and materials in the manufacturing process of electro-chemical sensor platforms is noticed in the thesis because it is an important part of long term research and development work. For the use of PrinLab, an operative process for product data management and production management was created in the thesis process.