Il micronozzle è un dispositivo che permette la fabbricazione di tubi flessibili di materiale polimerico per estrusione. Il diametro interno dei tubi è apri a 100 um e vengono realizzati per estrusione di un polimero fuso forzato a passare attraverso un opportuno nozzle di dimensioni pari alla sezione del tubo che si vuole realizzare. Il dispositivo è completamente realizzato in silicio ed è stato sviluppato in collaborazione con l'istituto CNR-IMM di Bologna. Il dispositivo consiste in un serbatoio, con un volume di qualche microlitro, che mette in comunicazione l'ugello di ingresso, in cui entra il polimero fuso pressurizzato e l'estrusore. Puntiamo alle aziende del settore biomedicale che già operano nel mercato dei filtri per dialisi e desiderino innovarsi sfruttando una nuova tecnologia di produzione di materiali estrusi polimerici oppure che abbiamo intenzione di entrare in tale mercato.
Schema di principio di un micronozzle
Il dispositivo è un prototipo di micronozzle, realizzato interamente in silicio monocristallino con tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical System), progettato per la produzione di tubi capillari in materiale polimerico con un diametro interno di 100 um. Il dispositivo, con dimensioni geometriche simili ad un classico estrusore commerciale realizzato con tecniche meccaniche ad alta precisione, può essere direttamente inserito all'interno di una macchine per la produzione di estrusi. I dispositivi hanno mostrano una buona tenuta meccanica durante i test funzionali e resistono a cicli di fatica senza evidenziare rotture dei micro-nozzle.
La tecnologia proposta sfrutta le potenzialità offerte dalla tecnologia MEMS per la fabbricazione di dispositivi miniaturizzati ad alta precisione, affidabilità e compattezza. La tecnologia MEMS permette di raggiungere precisioni di almeno un ordine di grandezza superiore rispetto alla più avanzata tecnologia micromeccanica. Inoltre la tecnologia proposta permette la realizzazione di nozzle micrometrici autoallineati, con una precisione di pochi micrometri La dimensione del nozzle può variare da poche decine di micron fino a dimensioni mm a seconda delle applicazioni per cui è usato
Una potenziale applicazione è nell'ambito biomedicale e nella fattispecie nella realizzazione di filtri capillari per emodialisi.
Immagine SEM in sezione di un micronozzle in silicio ottenuto con tecnologia MEMS
Realizzazione di tubi flessibili polimerici di dimensione micrometrica per la fabbricazioni di filitri per dialisi
Il dispositivo consiste sostanzialmente in una camera con volume noto, da un canale microfluidico di ingresso pressurizzato e da un micronozzle con diametro interno pari a 100 um. Il polimero fuso è forzato, da un sistema pneumatico, nella regione esterna del nozzle e al tempo stesso, durante l'estrusione, scorre nella regione interna del nozzle acqua ad alta pressione che attiva la polimerizzazione del materiale. Il dispositivo proposto è stato testato su una macchina commerciale in sostituzione del sistema meccanico al momento in uso, senza una modifica sostanziale dei parametri fisici. I primi risultati sul campo ottenuti con il micronozzle in silicio sono molto promettenti. Alcuni parametri fisici, quali pressione e temperatura del polimetro fuso, devono essere ottimizzati.
Medica S.p.A
Il micronozzle ha evidenziato una estrema robustezza meccanica durante i test per la messa a punto del processo di estrusione. La compatibilità geometrica dell'intero dispositivo e degli ingressi fluidici rispetto al prodotto commerciale in acciaio ne ha reso semplice la sostituzione sulla macchina commerciale.
Microfotografia di un micronozzle completo in silicio