Der Vorteil der Laserbearbeitung liegt in der örtlichen Selektivität. Eine örtlich selektive chemische Modifizierung ergibt sich aus der Methode heraus, anders als beispielsweise beim Spritzgießen.

Üblicherweise wird bei der Materialbearbeitung durch Laser die Energie genutzt, um Material abzutragen (Laserablation). Dabei werden im Fall von Kunststoffen Bindungen im Molekül gebrochen und die niedermolekularen Abbauprodukte verdampft. Es entsteht eine raue Oberfläche, wobei die Segmente des Polymers an der äußersten Oberflächenschicht eine chemische Umwandlung erfahren, z.B. durch Oxidation an Luft. Die Verfahren sind an die vorgefundenen Parameter, also das Polymer und das umgebende Gas, gebunden. D.h. an PMMA-Oberflächen können keine Aminogruppen entstehen. Die Prozesse werden unterstützt durch ultrakurze Pulse mit hoher Pulsenergie und Wellenlängen im optischen oder ultravioletten Bereich, die zu Bindungsdissoziationen führen.

In der Arbeitsgruppe wird ein alternativer Ansatz verfolgt. Ein reaktives funktionelles Polymer (Modifikator) wird als dünner Film auf den Kunststoff appliziert, z.B. durch Spin-Coating oder Spray-Coating aus einer Lösung. Die Oberflächenschicht aus Kunststoff und Modifikator wird einer Laserstrahlung ausgesetzt. Im Gegensatz zu üblichen Verfahren führt die Bestrahlung aber nicht zu Bindungsbrüchen, sondern zur Bildung von neuen Bindungen. Die Laserstrahlung nutzt lange Pulse mit niedriger Energie, so dass die Oberflächenschicht nur auf eine Temperatur erwärmt wird, die eine chemische Kopplungsreaktion initiiert. Um eine Bindungsspaltung beim Bestrahlen zu verhindern, eignet sich eine Wellenlänge im mittleren Infrarot.

Anschließend wird der nicht gepfropfte Modifikator von der Oberfläche durch selektives Lösen entfernt. Es bildet sich eine chemische Struktur an der PMMA-Oberfläche, die als Precursor für weitere Verarbeitung genutzt werden kann, z.B. um chemisch und daran folgend galvanisch Metallschichten abzuscheiden. Solche Strukturen sind die Grundlage für MID, Leiterbahnen, RFID-Chips, Antennen usw.

Die Grafting-to-Methode wird am Beispiel der Kopplung eines Polyamins an PMMA erläutert.

Die Esterbindung des PMMA wird durch den basischen Angriff des Amins in Polyethylenimin( PEI) in eine Amidbindung überführt, wodurch PEI an PMMA gepfropft wird.

Der Benetzungstest mit Wasser zeigt keine Benetzbarkeit der bestrahlten Bereiche im Falle der Blindprobe (ohne PEI). Die Testprobe zeigt jedoch ein deutliches Benetzungsverhalten, aber nur in der bestrahlten Fläche. Die Bildung der neuen Bindung wurde durch XPS-Messungen nachgewiesen. Somit wurde eine örtlich selektive chemische Oberflächenmodifzierung von PMMA erreicht.

Die selektiv chemisch oberflächenmodifizierten Bauteile können in Flusszellen als Sammler, Leitungsmedium oder Sensor dienen. Sie können als Precursor für elektrische Leiterbahnen (MID) nach selektiver Metallisierung eingesetzt werden.