Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Hin-
und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche,
beispielsweise eine Sensorfläche,
wie es z. B. bei analytischen Sensoren im Bereich der Bioanalytik,
vorkommt. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine vorbestimmte Fläche.The
The present invention relates to a device for monitoring
and moving a liquid over one
predetermined area,
for example, a sensor surface,
as it is z. B. in analytical sensors in the field of bioanalytics,
occurs. Furthermore, the present invention relates to a
A method of reciprocating a liquid over a predetermined area.
Das
technische Einsatzgebiet der hier beschriebenen Erfindung ist vorzugsweise
das mehrfache Überströmen einer
Sensorfläche,
wie es in vielen analytischen Sensoren benötigt wird. Im Bereich der Bioanalytik
werden beispielsweise Sensoren eingesetzt, die von einer Flüssigkeit überströmt werden.
Oft ist der Transport von Molekülen,
Zellen, Partikel etc. zur Sensorfläche jedoch diffusionslimitiert,
was insbesondere für mikrointegrierte
analytische Sensoren der Fall ist. Solche Sensoren sind oft mit
einem mikrofluidischen System verbunden, welches unter anderem die
Aufgabe hat, Flüssigkeiten
zu transportieren, wie z. B. über
eine Sensoroberfläche
zur Analyse der betreffenden Stoffe. Insbesondere in mikrofluidischen
Systemen ist es jedoch oft schwierig, den im Wesentlichen lediglich
durch die Diffusion bestimmten Prozess des Transportes von Molekülen, Zellen,
Teilchen etc. zur Sensoroberfläche
zu beschleunigen. Eine Möglichkeit
zur Beschleunigung ist das mehrfache Überströmen der Sensoroberfläche mit
der Flüssigkeit,
welche die Moleküle,
Zellen, Partikel etc. enthält.The
Technical application of the invention described herein is preferred
the multiple overflowing one
Sensor surface,
as needed in many analytical sensors. In the field of bioanalytics
For example, sensors are used, which are flowed over by a liquid.
Often the transport of molecules,
Cells, particles etc. to the sensor surface, however, diffusion-limited,
which is especially for microintegrated
analytical sensors is the case. Such sensors are often with
connected to a microfluidic system, which inter alia the
Task has, fluids
to transport, such. B. over
a sensor surface
for the analysis of the substances concerned. Especially in microfluidic
However, it is often difficult for systems to essentially do so
by the diffusion certain process of the transport of molecules, cells,
Particles etc. to the sensor surface
to accelerate. A possibility
for acceleration is the multiple overflow of the sensor surface with
the liquid,
which the molecules,
Contains cells, particles, etc.
Das Überströmen einer
Sensoroberfläche
mit einer Flüssigkeit
wird häufig
mit Hilfe von Pumpen durchgeführt.
Im Falle mikrofluidischer Systeme kommen häufig Mikropumpen zum Einsatz.
Beispielsweise ist in der Schrift DE 10 2006 017 482 A1 eine
Pumpe beschrieben, die einen Gasdruck auf elektrochemische Art erzeugt.
In diesem Fall kann ein Druck zwischen der Pumpe und einer Flüssigkeit
dadurch wieder abgebaut werden, dass entweder eine erhöhte Diffusivität zumindest
eines Teiles der Kanalwand für
ein generiertes Gas besteht oder eine Reaktion der Gase, die auf
elektrochemische Art erzeugt wurden, zu einer Substanz mit niedrigerem
Volumen, und damit einer Druckminderung stattfindet. Im Falle der
Schrift DE 10
2006 017 482 A1 handelt es sich dabei um Wasserstoff und
Sauerstoff, die in Wasser überführt werden.The overflow of a sensor surface with a liquid is often performed by means of pumps. In the case of microfluidic systems, micropumps are often used. For example, in Scripture DE 10 2006 017 482 A1 a pump is described which generates a gas pressure in an electrochemical manner. In this case, pressure between the pump and a liquid may be relieved by either having increased diffusivity of at least a portion of the channel wall for a generated gas, or a reaction of the gases generated electrochemically to a lower-level substance Volume, and thus a pressure reduction takes place. In the case of writing DE 10 2006 017 482 A1 these are hydrogen and oxygen, which are converted into water.
Die
Integration von (Mikro-)Pumpen, die ein Pumpen in zwei Richtungen
erlauben, ist häufig
schwierig. Deshalb ist es auch schwierig, kostengünstig ein
Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
Sensorfläche
oder Membran zu erreichen. Eine derartige Bedingung, das Pumpen
in zwei Richtungen, schließt
eine Vielzahl möglicher
Pumpprinzipien für
einen Einsatz von vorne herein aus.The
Integration of (micro) pumps, which is a pump in two directions
Allow is frequent
difficult. That's why it's also difficult, inexpensive
Moving a liquid over one
sensor surface
or to reach the membrane. Such a condition, the pumping
in two directions, closes
a variety of possible
Pumping principles for
a bet from the front.
Die
Patentschrift DE 696
26 988 T2 befasst sich mit miniaturfluidischen Systemen
zum Ausführen
einer Vielzahl von präparativen
und analytischen Operationen, wie auch mit Verfahren zum Betreiben
und zum Verwenden dieser Systeme. In der Schrift ist u. a. ein miniaturfluidisches
System gezeigt, das zum Transportieren der Flüssigkeiten durch das System
ein Differenzdruck-Erzeugungssystem aufweist, das geeignet ist eine
Flüssigkeitsprobe
von einer ersten Kammer in eine zweite Kammer zu drücken.The patent DE 696 26 988 T2 is concerned with miniaturized fluidic systems for performing a variety of preparative and analytical operations, as well as methods of operating and using these systems. The document discloses, inter alia, a miniaturized fluidic system which, for transporting the fluids through the system, includes a differential pressure generating system adapted to push a fluid sample from a first chamber to a second chamber.
Die
Schrift DE 103 02
721 A1 zeigt eine weitere mikrofluidische Anordnung zum
Dosieren einer oder mehrerer dosierter Flüssigkeitsmengen und zum Trennen
dieser von einer zweiten Flüssigkeitsmenge.
Dabei kann mit Hilfe von zwei Kanälen die in einem Verzweigungspunkt
miteinander verbunden sind und von denen einer eine höhere Kapillarkraft
aufweist eine fluidische Trennung erreicht werden.The font DE 103 02 721 A1 shows a further microfluidic arrangement for dosing one or more metered amounts of liquid and separating them from a second amount of liquid. In this case, with the aid of two channels which are connected to one another in a branch point and of which one has a higher capillary force, a fluidic separation can be achieved.
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine vorbestimmte Fläche zu ermöglichen,
ohne dass hierfür
die eingesetzte Pumpe aktiv die Möglichkeit zum Pumpen in zwei
Richtungen mitbringen muss.It
The object of the present invention is a device and
to enable a method of reciprocating a liquid over a predetermined area,
without that
the pump used actively enables pumping in two
Must bring directions.
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
15.These
Task is solved
by a device according to claim
1 and a method according to claim
15th
Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen einer
Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche.
Die Vorrichtung umfasst einen Kanal mit einer Kanalwand, die die
vorbestimmte Fläche
umfasst, und eine Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz in
dem Kanal, so dass die Flüssigkeit in
einer ersten Richtung über
die vorbestimmte Fläche
bewegt wird, bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, um die aufgebaute
Druckdifferenz an dem vorbestimmten Zeitpunkt zu reduzieren. Der
Kanal ist dabei so ausgebildet, dass sich bei Bewegung der Flüssigkeit
in der ersten Richtung eine der Druckdifferenz entgegengerichtete
Gegendruckdifferenz aufbaut, die die Flüssigkeit in einer zweiten,
der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung über die vorbestimmte Fläche bewegt.The
The present invention provides a device for reciprocating a
Liquid over one
predetermined area.
The device comprises a channel with a channel wall, which the
predetermined area
includes, and means for establishing a pressure difference in
the channel, leaving the liquid in
a first direction over
the predetermined area
is moved, until a predetermined time to the built
Reduce pressure difference at the predetermined time. Of the
Channel is designed so that when moving the liquid
in the first direction one of the pressure difference opposite
Builds back pressure difference, which the liquid in a second,
the first direction opposite direction moves over the predetermined area.
Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Hin- und
Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche
in einem Kanal, mit einer Kanalwand, die die vorbestimmte Fläche umfasst,
mit einem Schritt des Aufbauens einer Druckdifferenz in dem Kanal,
so dass die Flüssigkeit
in einer ersten Richtung über
die vorbestimmte Fläche
bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bewegt wird und einem Schritt
des Aufbauens einer der Druckdifferenz entgegengerichteten Gegendruckdifferenz
in dem Kanal, bei einer Bewegung der Flüssigkeit in der ersten Richtung,
so dass die Flüssigkeit
in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung über die
vorbestimmte Fläche
bewegt wird. Ferner weist das Verfahren ein Reduzieren der aufgebauten
Druckdifferenz an dem vorbestimmten Zeitpunkt auf, so dass die Flüssigkeit
durch die Gegendruckdifferenz in einer zweiten, der ersten Richtung
entgegengesetzten Richtung über
die vorbestimmte Fläche
bewegt wird.The
The present invention further provides a method for back and forth
Moving a liquid over one
predetermined area
in a channel, with a channel wall comprising the predetermined area,
with a step of establishing a pressure difference in the channel,
so that the liquid
in a first direction over
the predetermined area
is moved to a predetermined time and a step
building up a counterpressure differential pressure difference
in the channel, with a movement of the liquid in the first direction,
so that the liquid
in a second direction opposite to the first direction
predetermined area
is moved. Furthermore, the method has a reduction of the built up
Pressure difference at the predetermined time, so that the liquid
by the backpressure difference in a second, the first direction
opposite direction over
the predetermined area
is moved.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung bieten den Vorteil, dass eine Einrichtung
zum Aufbau einer Druckdifferenz keine aktive Möglichkeit zum Pumpen in zwei
Richtungen mitbringen muss, um ein Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche
zu ermöglichen.
Dies bedeutet kostengünstigere,
weniger wartungsanfällige
und einfacher zu handhabende Vorrichtungen zum Hin- und Herbewegen
einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche.
Wie oben bereits erwähnt,
kann es sich bei der vorbestimmten Fläche um einen Sensor handeln,
wie er in der Bioanalytik eingesetzt wird.embodiments
The present invention offers the advantage that a device
to build a pressure difference no active way to pump in two
Directions must bring to a reciprocating liquid over a
predetermined area
to enable.
This means less expensive,
less maintenance-prone
and easier-to-use reciprocating devices
a liquid over one
predetermined area.
As mentioned above,
the predetermined area may be a sensor,
as used in bioanalytics.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung erzielen ein Hin- und Herbewegen einer
Flüssigkeit über eine
vorbe stimmte Fläche
im Wesentlichen durch konstruktive Maßnahmen, wodurch eine der Druckdifferenz
entgegengerichtete Gegendruckdifferenz aufgebaut wird, die dazu
führt,
dass z. B. nach Beenden oder Reduzieren der Druckdifferenz eine
Flüssigkeit über die
vorbestimmte Fläche – vollständig oder
zumindest teilweise – zurückströmt.embodiments
the present invention achieve a reciprocating a
Liquid over one
vorbe agreed area
essentially by constructive measures, creating one of the pressure difference
opposing backpressure difference is built, the purpose
leads,
that z. B. after finishing or reducing the pressure difference one
Liquid over the
predetermined area - complete or
at least partially - flows back.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:embodiments
The present invention will be described below with reference to FIG
the enclosed drawings closer
explained.
Show it:
1 eine
Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic diagram of a device for reciprocating a liquid over a predetermined area according to an embodiment of the present invention;
2 eine
Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung mit einem hydrophoben Teil eines Kanals zum Aufbau einer
Gegendruckdifferenz; 2 a schematic diagram of another embodiment of the present invention with a hydrophobic part of a channel to build a back pressure difference;
3 eine
weitere Prinzipskizze gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer Kanalgeometrie, die ausgelegt
ist, um eine Gegendruckdifferenz zu erzeugen; 3 another schematic diagram according to another embodiment of the present invention with a channel geometry, which is designed to generate a back pressure difference;
4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer anderen Kanalgeometrieanordnung
zum Aufbau einer Gegendruckdifferenz; 4 another embodiment of the present invention with a different channel geometry arrangement for establishing a back pressure difference;
5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einem Reservoir für ein Gasvolumen, zum Aufbau
einer Gegendruckdifferenz; 5 another embodiment of the present invention with a reservoir for a gas volume, to build up a back pressure difference;
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bei dem ein Bereich der Kanalwand eine
Diffusivität
gegenüber
einem druckübertragenden
Medium aufweist; 6 another embodiment of the present invention wherein a portion of the channel wall has a diffusivity to a pressure transmitting medium;
7 die
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen
einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche
durch Anlegen eines Unterdrucks; 7 the schematic representation of a device for reciprocating a liquid over a predetermined area by applying a negative pressure;
8 als
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Kombination einer Vorrichtung gemäß den 6, 4 und 2; 8th as a further embodiment of the present invention, a combination of a device according to the 6 . 4 and 2 ;
9 ein
Blockdiagramm zum Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung; und 9 a block diagram of the method for reciprocating a liquid over a predetermined area according to embodiments of the present invention; and
10a–c
eine schematische Darstellung zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 10a -C is a schematic illustration for reciprocating a liquid over a predetermined area according to an embodiment of the present invention.
Bezüglich der
nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sollte beachtet werden, dass in den unterschiedlichen
Figuren für
funktional identische bzw. gleichwirkende oder funktionsgleiche, äquivalente
Elemente oder Schritte zur Vereinfachung in der gesamten Beschreibung die
gleichen Bezugszeichen verwendet werden.With regard to the following description of the embodiments of the present invention, it should be noted that in the various figures for functionally identical or functionally identical, equivalent elements or steps for simplicity throughout the description the same reference numerals are used.
1 zeigt
eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 100 zum Hin- und Herbewegen
einer Flüssigkeit 2 über eine
vorbestimmte Fläche 4 in
einem Kanal 6 mit einer Kanalwand, die die vorbestimmte
Fläche 4 umfasst und
einer Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 in
dem Kanal 6, so dass die Flüssigkeit 2 in einer ersten
Richtung 1a über
die vorbestimmte Fläche 4 bewegt
werden kann, bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, um die aufgebaute
Druckdifferenz an dem vorbestimmten Zeitpunkt zu reduzieren. Der
Kanal 6 ist dabei so ausgebildet, dass sich bei Bewegung
der Flüssig keit
in der ersten Richtung 1a eine der Druckdifferenz entgegengesetzte
Gegendruckdifferenz aufbaut, die die Flüssigkeit 2 in eine
zweite, der ersten Richtung 1a entgegengesetzte, Richtung 1b über die
vorbestimmte Fläche 4 bewegt. 1 shows a schematic diagram of a device 100 for moving a liquid back and forth 2 over a predetermined area 4 in a canal 6 with a channel wall having the predetermined area 4 includes and means for establishing a pressure difference 8th in the channel 6 so that the liquid 2 in a first direction 1a over the predetermined area 4 can be moved until a predetermined time to reduce the built-up pressure difference at the predetermined time. The channel 6 is designed so that when moving the liquid speed in the first direction 1a one of the pressure difference opposite back pressure difference builds up, which is the liquid 2 in a second, the first direction 1a opposite direction 1b over the predetermined area 4 emotional.
Die
Einrichtung zum Aufbau der Druckdifferenz kann dabei so ausgebildet
sein, um den Aufbau der Druckdifferenz an dem vorbestimmten Zeitpunkt
für eine
Zeitdauer zu beenden.The
Device for building up the pressure difference can thereby be formed
be to build up the pressure difference at the predetermined time
for one
End time.
Die
Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 kann beispielsweise
eine Pumpe sein, die sich hinter mindestens einer Flüssigkeit 2 in
mindestens einem Kanal 6 befindet. Bei der Pumpe kann es
sich beispielsweise um eine ventillose Pumpe handeln. Die Pumpe
kann also beispielsweise einen Diffusor oder eine Düse aufweisen
und keine Klappenventile benötigen.
Die Pumpe 8 kann dann beispielsweise die Flüssigkeit 2 durch den
Kanal 6 über
mindestens eine mit dem Kanal 6 verbundene vorbestimmte
Fläche 4 transportieren.The device for building up a pressure difference 8th For example, it may be a pump that is behind at least one fluid 2 in at least one channel 6 located. The pump may be, for example, a valveless pump. So the pump may for example have a diffuser or a nozzle and do not need flapper valves. The pump 8th then, for example, the liquid 2 through the channel 6 over at least one with the channel 6 connected predetermined area 4 transport.
Die
Pumpe bzw. die Einrichtung zum Aufbau der Druckdifferenz kann in
direktem Kontakt mit der Flüssigkeit 2 stehen
oder indirekt über
ein anderes Medium 13, beispielsweise einem Gas oder eine
Flüssigkeit. Die
Flüssigkeit 2,
die über
die vorbestimmte Fläche
hin- und herbewegt wird, kann also durch ein anderes druckdifferenzübertragendes
Medium, wie z. B. ein Gas oder eine andere Flüssigkeit von der Einrichtung
zum Aufbau der Druckdifferenz getrennt sein. Das heißt vor und/oder
hinter der Flüssigkeit 2 in
dem Kanal 6 kann ein Medium bzw. Begleitstoff 13 angeordnet
sein, durch dass einerseits die Druckdifferenz und die Gegendruckdifferenz
auf die Flüssigkeit 2 übertragen
werden kann und anderseits aber die Flüssigkeit 2 nicht in
direkten Kontakt mit der Einrichtung zum Aufbau der Druckdifferenz
kommt.The pump or the device for building up the pressure difference can be in direct contact with the liquid 2 or indirectly via another medium 13 For example, a gas or a liquid. The liquid 2 , which is moved back and forth over the predetermined area, so by another pressure-difference transmitting medium, such as. B. a gas or other liquid from the means for establishing the pressure difference to be separated. That is before and / or behind the liquid 2 in the channel 6 can be a medium or accompanying substance 13 be arranged, on the one hand by the pressure difference and the back pressure difference on the liquid 2 can be transferred and on the other hand but the liquid 2 does not come in direct contact with the device for building up the pressure difference.
Bei
der vorbestimmten Fläche 4 kann
es sich, wie oben bereits erwähnt,
um eine Sensorfläche
handeln. Die Vorrich tung 100 kann dabei so ausgebildet
sein, dass während
des Pumpens bzw. Aufbauens einer Druckdifferenz, spätestens
aber nachdem zumindest ein vorbestimmter Teil der Flüssigkeit 2 die
Sensoroberfläche 4 überstrichen
hat, eine der Druckdifferenz entgegengesetzte Gegendruckdifferenz
aufgebaut wird. Diese Gegendruckdifferenz kann, wie in den nachfolgenden
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, durch konstruktive
Maßnahmen
am Kanal 6 erzielt werden. Die Gegendruckdifferenz ist
dabei so stark, dass die Flüssigkeit 2 nach
dem Überströmen der
vorbestimmten Fläche 4 in
die zur ersten 1a entgegengesetzten zweiten Richtung 1b zurückströmt. Die
Pumpe bzw. die Einrichtung zum Aufbau der Druckdifferenz kann dazu
den Aufbau der Druckdifferenz an einem vorbestimmten Zeitpunkt reduzieren
oder beispielsweise auch für
eine Zeitdauer vollständig
beenden.At the predetermined area 4 it may be, as already mentioned above, a sensor surface. The device 100 can be designed so that during pumping or building a pressure difference, but at least after a predetermined part of the liquid 2 the sensor surface 4 has overrun, a pressure difference opposite back pressure difference is built up. This back pressure difference, as described in the following embodiments of the present invention, by design measures on the channel 6 be achieved. The back pressure difference is so strong that the liquid 2 after overflowing the predetermined area 4 in the first 1a opposite second direction 1b flowing back. The pump or the device for building up the pressure difference can to reduce the structure of the pressure difference at a predetermined time or complete, for example, completely for a period of time.
Die
vorbestimmte Fläche
kann beispielsweise eine Sensorfläche sein oder auch ein Bereich
sein, der biomolekulare Substanzen aufweist, wobei sich durch das
Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit
mit biomolekularem Material Molekülketten aufbauen, also passende
Molekularbausteine an die biomolekularen Substanzen andocken können.The
predetermined area
For example, it can be a sensor surface or an area
be biomolecular substances, which is characterized by the
Moving a liquid back and forth
build molecular chains with biomolecular material, that is, appropriate
Molecular building blocks to the biomolecular substances dock.
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
können
an der Oberfläche
der vorbestimmten Fläche
der Kanalwand Trockenreagenzien angebracht sein. Diese Trockenreagenzien
können
dann mit einer Flüssigkeit
die an dieser vorbestimmten Fläche
hin- und herbewegt wird Wechselwirken.In
another embodiment
can
on the surface
the predetermined area
the channel wall dry reagents attached. These dry reagents
can
then with a liquid
the at this predetermined area
is reciprocated interacting.
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung (2) weist
die Vorrichtung 100, einen Kanal 6 auf, der als
Kapillare bzw. als Mikrokanal ausgelegt ist und an dessen einer
Seite beispielsweise eine Pumpe 8 angebracht ist und dessen
andere Seite offen ist oder zu weiteren Sensorflächen 4 führt. Die Kapillare 6 kann,
als vorbestimmte Fläche 4 eine
Sensorfläche
aufweisen. Wie in 2 dargestellt ist, kann ein
erster Teil 6a des Kanals 6, der relativ zur ersten
Richtung 1a hinter einem entlang der ersten Richtung 1a vorne
begrenzten Rand der vorbestimmten Fläche 4 angeordnet ist,
einen Bereich aufweisen, der gegenüber der Flüssigkeit 2 hydrophober
oder allgemeiner gesprochen eine geringere Benetzungsneigung gegenüber der Flüssigkeit 2 aufweist,
als ein zweiter Teil 6b des Kanals 6, der relativ
zur ersten Richtung 1a vor der vorbestimmten Fläche 4 liegt.In a further embodiment of the present invention ( 2 ) has the device 100 , a channel 6 on, which is designed as a capillary or as a microchannel and on one side, for example, a pump 8th is attached and the other side is open or to other sensor surfaces 4 leads. The capillary 6 can, as a predetermined area 4 have a sensor surface. As in 2 can be represented, a first part 6a of the canal 6 which is relative to the first direction 1a behind one along the first direction 1a front limited edge of the predetermined area 4 is arranged to have an area opposite to the liquid 2 hydrophobic or, more generally, a lower wetting tendency towards the liquid 2 as a second part 6b of the canal 6 which is relative to the first direction 1a in front of the predetermined area 4 lies.
Der
erste Teil des Kanals 6a, der gegenüber der Flüssigkeit eine geringere Benetzungsneigung
aufweist als andere Teile des Kanals, kann also an der Kanalwand
einen Bereich aufweisen, der gegenüber der in dem Kanal angeordneten
Flüssigkeit 2 nicht
benetzende Eigenschaften aufweist. Das heißt, der erste Teil des Kanals 6a kann
beispielsweise aus einem Material bestehen, eine Beschichtung aufweisen
oder auch eine Struktur (Lotuseffekt) aufweisen, die nicht benetzende
Eigenschaften aufweist.The first part of the channel 6a , which has a lower wetting tendency towards the liquid has as other parts of the channel, so may have on the channel wall, a region opposite to the arranged in the channel liquid 2 has non-wetting properties. That is, the first part of the channel 6a may for example consist of a material, have a coating or also have a structure (lotus effect), which has non-wetting properties.
Oberflächen mit
einem Kontaktwinkel von mehr als 90° gegenüber einer Flüssigkeit
werden im Falle von wässrigen
Flüssigkeiten
als hydrophob bzw. im allgemeinen Fall, also auch für ölige Flüssigkeiten,
als „nicht
benetzend" bezeichnet.
Hydrophobe Oberflächen
bestehen in der Regel aus hydrophoben Substanzen oder sind von diesen
bedeckt. Beispiele solcher beschichteter Oberflächen sind mit PTFE (Teflon),
mit Wachs oder Paraffin beschichtete Oberflächen.Surfaces with
a contact angle of more than 90 ° with respect to a liquid
be in the case of watery
liquids
as hydrophobic or in the general case, that is also for oily liquids,
as not
wetting ".
Hydrophobic surfaces
are usually made of hydrophobic substances or are of these
covered. Examples of such coated surfaces are PTFE (Teflon),
Wax or paraffin coated surfaces.
Bei
der Flüssigkeit 2 kann
es sich jedoch beispielsweise auch um eine ölige Flüssigkeit handeln, wobei der
erste Teil 6a der Kanalwand dann nicht benetzende Eigenschaften
bzw. eine geringere Benetzungsneigung gegenüber der öligen Flüssigkeit aufweist als andere
Teile des Kanals.At the liquid 2 however, it may for example also be an oily liquid, the first part 6a the channel wall then has non-wetting properties or a lower wetting tendency with respect to the oily liquid than other parts of the channel.
In
einem Ausführungsbeispiel
gilt für
die Eigenschaft des ersten Teils 6a des Kanals zur Erzeugung einer
der Druckdifferenz entgegengerichteten Gegendruckdifferenz, dass
der erste Teil der Kanalwand 6a, der sich relativ zur ersten
Richtung hinter einem entlang der ersten Richtung vorne begrenzten
Rand der vorbestimmten Fläche
befindet, eine Oberfläche
aufweist, die gegenüber
der Flüssigkeit
einen ersten Kontaktwinkel aufweist, und ein zweiter Teil der Kanalwand,
der relativ zur ersten Richtung vor dem ersten Teil liegt eine zweite
Oberfläche
aufweist, die gegenüber
der Flüssigkeit
einen zweiten Kontaktwinkel aufweist, der kleiner als der erste
Kontaktwinkel ist, wobei die Differenz des ersten und zweiten Kontaktwinkels
mindestens 20° beträgt. Die
Differenz des ersten und zweiten Kontaktwinkels kann beispielsweise
größer als
20° sein.In one embodiment, the property of the first part applies 6a the channel for generating a pressure difference opposing counterpressure difference that the first part of the channel wall 6a which is located behind a first edge bounded along the first direction edge of the predetermined surface relative to the first direction, a surface having a first contact angle with respect to the liquid, and a second part of the channel wall, relative to the first direction before the first part is a second surface having a second contact angle with respect to the liquid, which is smaller than the first contact angle, wherein the difference of the first and second contact angle is at least 20 °. The difference of the first and second contact angle may be greater than 20 °, for example.
Die
vorbestimmte Fläche 4 oder
Teile der vorbestimmten Fläche
können
auch eine geringere Benetzungsneigung gegenüber der Flüssigkeit 2 aufweisen,
als andere Teile des Kanals 6.The predetermined area 4 or parts of the predetermined area may also have a lower wetting tendency with respect to the liquid 2 have, as other parts of the channel 6 ,
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann ein Teil der Kanalwand, der sich vor oder hinter der vorbestimmten
Fläche 4 befindet,
eine Oberfläche
aufweisen, die gegenüber der
Flüssigkeit 2 einen
dritten Kontaktwinkel aufweist und bei der die vorbestimmte Fläche 4 eine
Oberfläche aufweist,
die gegenüber
der Flüssigkeit 2 einen
vierten Kontaktwinkel aufweist, wobei der Betrag der Differenz des
dritten und vierten Kontaktwinkels größer als 20° ist.In another embodiment of the device according to the invention, a part of the channel wall extending in front of or behind the predetermined surface 4 is located, have a surface opposite to the liquid 2 having a third contact angle and wherein the predetermined area 4 has a surface opposite to the liquid 2 has a fourth contact angle, wherein the amount of the difference of the third and fourth contact angle is greater than 20 °.
Als
Kontaktwinkel wird der Winkel bezeichnet, den die Flüssigkeit 2 mit
der Kanalwand ausbildet. Die Größe des Kontaktwinkels
zwischen der Flüssigkeit
und der Kanalwand hängt
dabei von der Wechselwirkung zwischen den Stoffen an der Berührungsfläche ab.
Je geringer diese Wechselwirkung ist, desto größer wird der Kontaktwinkel.As the contact angle, the angle is called, the liquid 2 with the channel wall forms. The size of the contact angle between the liquid and the channel wall depends on the interaction between the substances at the contact surface. The smaller this interaction, the larger the contact angle becomes.
Nicht
bzw. schlecht benetzende Bereiche der Kanalwand können beispielsweise
auch durch eine geeignete Mikro- und Nanostrukturierung der Kanalwand
erzeugt werden (Lotuseffekt). Eine entsprechend strukturierte Oberfläche kann
zu so geringen Adhäsionskräften (Anhaftungskraft
an die Oberfläche)
führen,
dass schon bei Flüssigkeiten
mit einer geringen Oberflächenspannung
die Kohäsionskräfte (Zusammenhalt
innerhalb der Flüssigkeit)
innerhalb der Flüssigkeit
die Adhäsionskräfte überwiegen
und es zu keiner bzw. zu einer schlechten Benetzung mit der Kanalwand
kommt. In dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in 2 wird eine Gegendruckdifferenz
durch einen Laplace-Druck erzeugt, der, wie oben beschrieben, dadurch
realisiert wird, dass ein Kanal nach der Sensorfläche 4 zumindest
in einem Bereich 6a eine geringe Benetzungsneigung aufweist,
während
der Kanal im Sensorbereich vorzugsweise zumindest teilweise benetzender
oder für
wässrige Flüssigkeiten
hydrophiler ist. Wird eine Flüssigkeit über die
Sensorfläche
gepumpt und erreicht den nicht benetzenden Bereich 6a,
so wird ein zusätzlicher
Druck (Laplace-Druck) benötigt,
um die nicht benetzende Barriere zu überwinden. In dem Ausführungsbeispiel
von 2 kann nun der Druck von einer Pumpe 8,
z. B. einer Mikropumpe, so lange aufrechterhalten werden, bis die
Flüssigkeit 2 weitestgehend
die Sensorfläche 4 überströmt hat.
Ein vorderer Teil der Flüssigkeit 2 kann
sich dann immer noch im nicht benetzenden Bereich 6a des Kanals 6 befinden,
während
ein hinterer Bereich 6b noch im benetzenden Bereich, also
dem Bereich, deren Oberfläche
gegenüber
der Flüssigkeit
einen Kontaktwinkel kleiner als 90° aufweist, befinden. Wird nun
beispielsweise der Pumpdruck der Pumpe 8 reduziert, so
reduziert sich der hinter der Flüssigkeit 2 im
Kanal 6 aufgebaute Druck, wodurch ab einem bestimmten Zeitpunkt
der Gegendruck, also in diesem Beispiel der durch den nicht benetzenden
Bereich aufgebaute Laplace-Druck, überwiegt. Hierdurch wird die
Flüssigkeit
wieder „zurückgezogen" bzw. „zurückgedrückt", überströmt also
in umgekehrter Richtung 1b die Sensorfläche 4. Dieser Prozess
kann beliebig oft wiederholt werden. Das heißt, die Flüssigkeit 2 kann über die
vorbestimmte Fläche 4 hin-
und herbewegt werden.Non-poorly or poorly wetting areas of the channel wall can also be produced, for example, by means of a suitable microstructure and nanostructuring of the channel wall (lotus effect). A correspondingly structured surface can lead to such low adhesion forces (adhesion to the surface) that even for liquids with a low surface tension, the cohesion forces (cohesion within the liquid) within the liquid outweigh the adhesion forces and cause no or poor wetting the canal wall is coming. In the embodiment of the invention in 2 For example, a backpressure difference is generated by a Laplace pressure which, as described above, is realized by providing a channel after the sensor surface 4 at least in one area 6a has a low wetting tendency, while the channel in the sensor region is preferably at least partially wetting or hydrophilic for aqueous liquids. If a liquid is pumped over the sensor surface and reaches the non-wetting area 6a Thus, additional pressure (Laplace pressure) is needed to overcome the non-wetting barrier. In the embodiment of 2 can now be the pressure of a pump 8th , z. As a micropump, are maintained until the liquid 2 as far as possible the sensor surface 4 overflowed. A front part of the liquid 2 can still be in the non-wetting area 6a of the canal 6 are located while a rear area 6b still in the wetting area, so the area whose surface relative to the liquid has a contact angle less than 90 °, are. Now, for example, the pump pressure of the pump 8th reduces, so reduces the behind the liquid 2 in the canal 6 built pressure, whereby at a certain time of the back pressure, so in this example, the built-up by the non-wetting area Laplace pressure outweighs. As a result, the liquid is again "withdrawn" or "pushed back", so flows over in the reverse direction 1b the sensor surface 4 , This process can be repeated as often as you like. That is, the liquid 2 can over the predetermined area 4 be moved back and forth.
Unter
der Annahme von kreisrunden Kanalquerschnitten ergibt sich der Gegendruck
durch: wobei Δp der Druckunterschied, σlg die
Oberflächenspannung
Flüssigkeit-Gas
und θ1, θ2 der erste und zweite Kontaktwinkel Flüssigkeit-Kanalwand
und R die Radien des vorderen bzw. hinteren Kanalteils sind.Assuming circular channel cross sections, the back pressure results from: where Δp is the pressure difference, σ lg is the surface tension liquid-gas and θ 1 , θ 2 is the first and second contact angles liquid channel wall and R are the radii of the front and rear channel part, respectively.
In
weiteren Ausführungsbeispielen
(3, 4) der vorliegenden Erfindung
kann eine Gegendruckdifferenz über
eine spezielle Geometrie des Kanals 6 erzeugt werden. Eine
Vorrichtung 100, wie oben beschrieben, kann so ausgebildet
sein, dass ein Teil des Kanals 6c, der relativ zur ersten
Richtung 1a vor der vorbestimmten Fläche 4 liegt, einen
kleineren Querschnitt aufweist, als ein anderer Teil 6d des
Kanals 6, der relativ zur ersten Richtung 1a bei
(3) oder hinter (4) der vorbestimmten
Fläche 4 liegt.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann also vor der Sensorfläche 4 der
Kanal 6 einen zumindest teilweise kleineren Querschnitt 6c aufweisen
als bei oder hinter der Sensorfläche.
Die Oberflächeneigenschaften
des Kanals können
dabei unabhängig
von dessen Querschnitt konstant, in diesem Fall hydrophil sein.
Der kapillare Gegendruck, der sich auf eine Flüssigkeit 2 aufbaut,
ergibt sich unter der Annahme von kreisrunden Kanalquerschnitten
durch: wobei Δp der Druckunterschied, σlg die
Oberflächenspannung
Flüssigkeit-Gas, θ der Kontaktwinkel
Flüssigkeit-Kanalwand
und R1, R2 die Radien
des vorderen 6c und hinteren Kanalteils 6d sind.
Die Flüssigkeit 2 kann also
durch den kapillaren Gegendruck in die zweite, der ersten Richtung 1a,
entgegengesetzten Richtung 1b über die Sensorfläche 4 zurückbewegt
werden.In further embodiments ( 3 . 4 ) of the present invention may have a backpressure differential across a particular geometry of the channel 6 be generated. A device 100 As described above, may be formed so that a part of the channel 6c which is relative to the first direction 1a in front of the predetermined area 4 is smaller in cross section than another part 6d of the canal 6 which is relative to the first direction 1a at ( 3 ) or behind ( 4 ) of the predetermined area 4 lies. In this embodiment, therefore, in front of the sensor surface 4 the channel 6 an at least partially smaller cross-section 6c as at or behind the sensor surface. The surface properties of the channel can be constant regardless of the cross section, in this case be hydrophilic. The capillary back pressure, which is on a liquid 2 builds up, assuming circular channel cross-sections by: where Δp is the pressure difference, σ lg the surface tension liquid-gas, θ the contact angle liquid channel wall and R 1 , R 2 the radii of the front 6c and rear channel part 6d are. The liquid 2 can therefore by the capillary back pressure in the second, the first direction 1a , opposite direction 1b over the sensor surface 4 be moved back.
In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist ein Querschnitt eines Kanals entlang zumindest
einer Ausdehnungsrichtung eine Abmessung kleiner als 2 mm auf.In
an embodiment
The present invention has a cross-section of a channel along at least
an expansion direction has a dimension smaller than 2 mm.
In
anderen Ausführungsbeispielen
wird das Aufbauen einer Gegendruckdifferenz in dem Kanal durch Kombinationen
aus Kanalgeometrie, strukturellen, benetzenden und nicht benetzenden
Kanalbereichseigenschaften erzielt.In
other embodiments
will build up a backpressure difference in the duct by combinations
from channel geometry, structural, wetting and non-wetting
Achieved channel area properties.
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist schematisch in 5 dargestellt. Eine Vorrichtung 100 weist
wieder eine Einrichtung 8 zum Aufbau einer Druckdifferenz
in einem Kanal 6 auf, so dass eine Flüssigkeit in einer ersten Richtung 1a über die
vorbestimmte Fläche 4,
welche beispielsweise eine Sensorfläche sein kann, bewegt wird.
In einem Teil des Kanals 6e, der relativ zur ersten Richtung 1a,
hinter der vorbestimmten Fläche 4 liegt,
weist der Kanal ein Gasvolumen auf, das sich bei einer Bewegung
der Flüssigkeit 2 in
der ersten Richtung 1a komprimiert und damit ein Gasdruck
in dem Kanal erzeugt wird, der eine der Druckdifferenz entgegengerichtete
Gegendruckdifferenz auf die Flüssigkeit 2 ausübt. Durch
diesen Gegendruck kann dann die Flüssigkeit über die Sensorfläche 4 zurückströmen. Dazu
kann beispielsweise der Pumpendruck der Einrichtung zum Aufbau einer
Druckdifferenz 8 reduziert oder die Einrichtung während einer
Zeitdauer abgeschaltet werden. Dieser Prozess kann dann ebenfalls
beliebig oft wiederholt werden. Das heißt, die Flüssigkeit 2 wird über die
vorbestimmte Fläche 4 hin- und herbewegt.Another embodiment is shown schematically in FIG 5 shown. A device 100 again has a facility 8th to build up a pressure difference in a channel 6 on, leaving a liquid in a first direction 1a over the predetermined area 4 , which may be a sensor surface, for example, is moved. In a part of the channel 6e which is relative to the first direction 1a , behind the predetermined area 4 is located, the channel has a gas volume, resulting in a movement of the liquid 2 in the first direction 1a compressed and thus a gas pressure is generated in the channel, the one of the pressure difference directed counter pressure difference to the liquid 2 exercises. By this counter pressure then the liquid on the sensor surface 4 flow back. For this example, the pump pressure of the device to build a pressure difference 8th reduced or the device be switched off during a period of time. This process can then be repeated as often as desired. That is, the liquid 2 will be over the predetermined area 4 moved back and forth.
In
dem Ausführungsbeispiel,
welches schematisch in 5 dargestellt ist wird eine
Gegendruckdifferenz dadurch aufgebaut, dass sich hinter der Sensorfläche 4 ein
zumindest temporär
eingeschlossenes Gasvolumen in einem Teil 6e des Kanals 6 befindet,
welches durch das Pumpen der Flüssigkeit
bzw. dem Ausüben eines
Druckes auf der Flüssigkeit
komprimiert wird und damit ein Gasdruck erzeugt wird. Dieser Gasdruck kann
dann dazu genutzt werden, um die Flüssigkeit über die Sensorfläche zurückströmen zu lassen.
Es befindet sich also ein Gasreservoir in einem Teil 6e des
Kanals 6, welches relativ zu einer ersten Richtung 1a hinter der
vorbestimmtem Fläche 4 angeordnet
ist.In the embodiment which is shown schematically in FIG 5 is shown a back pressure difference is constructed by the fact that behind the sensor surface 4 an at least temporarily enclosed volume of gas in a part 6e of the canal 6 which is compressed by the pumping of the liquid or the exertion of a pressure on the liquid and thus a gas pressure is generated. This gas pressure can then be used to allow the liquid to flow back over the sensor surface. So there is a gas reservoir in one part 6e of the canal 6 which is relative to a first direction 1a behind the predetermined area 4 is arranged.
Man
kann die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen
Vorrichtungen mit den entsprechenden Kanaleigenschaften zusammen
mit Pumpen 8 einsetzen, die entweder gar keine Ventile
nutzen, so genannte „Valveless
Pumps" wie Diffuser/Düse-basierte
Pumpen oder zumindest teilweise nicht vollständig schließende Ventile besitzen. Pumpen
ohne Ventile sind beispielsweise in dem Artikel von E. Stemme und
G. Stemme (1993): „A
valveless Diffuser/Nozzle-Based Fluid Pump", Sensors and Actuators A39: 159–167 beschrieben.
Derartige Pumpen können
sowohl Gas- als auch Flüssigkeitspumpen
sein.One can use the devices described in the preceding embodiments with the corresponding channel properties together with pumps 8th pumps that do not use valves at all, so-called "valveless pumps" such as diffuser / nozzle-based pumps or at least partially non-fully closing valves, pumps without valves are described, for example, in the article by E. Stemme and G. Stemme (1993). : "Valveless Diffuser / Nozzle-Based Fluid Pump", Sensors and Actuators A39: 159-167. Such pumps can be both gas and liquid pumps.
In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Eine Vorrichtung 100 kann
wieder eine Pumpeinrichtung bzw. eine Pumpe 8 besitzen,
sowie einen Kanal 6 und eine vorbestimmte Fläche 4,
die in dem Kanal 6 angeordnet ist, sowie beispielsweise
einen hydrophoben Bereich 6a, wie er im Zusammenhang mit 2 beschrieben
wurde. Der Kanal 6 kann nun in einem Bereich 6f eine
Kanalwand aufweisen, die relativ zur ersten Richtung 1a vor
der vorbestimmten Fläche 4 eine
höhere
Diffusivität
gegenüber
einem Medium 12 aufweist, das zur Druckübertragung in dem Kanal 6 zwischen
der Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 und der
Flüssigkeit 2 angeordnet
ist, so dass das Medium 12 durch den Teil 6f der
Kanalwand, der eine höhere
Diffusivität
aufweist, entweichen kann, nachdem die Flüssigkeit 2 in einer
ersten Richtung 1a über
die vorbestimmte Fläche 4 bewegt
wurde. Durch das Entweichen des Mediums kann die Druckdifferenz,
welche von einer Pumpe bzw. der Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz erzeugt
wird reduziert werden.In 6 another embodiment of the present invention is shown schematically. A device 100 again a pumping device or a pump 8th own, as well as a channel 6 and a predetermined area 4 that in the channel 6 is arranged, and for example, a hydrophobic region 6a as he related to 2 has been described. The channel 6 can now in one area 6f have a channel wall which is relative to the first direction 1a in front of the predetermined area 4 a higher diffusivity to a medium 12 having, for pressure transmission in the channel 6 between the device for establishing a pressure difference 8th and the liquid 2 is arranged so that the medium 12 through the part 6f the channel wall, which has a higher diffusivity, can escape after the liquid 2 in a first direction 1a over the predetermined area 4 was moved. By the escape of the medium, the pressure difference, which is generated by a pump or the device for establishing a pressure difference can be reduced.
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
(7) zur vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung 100 so aufgebaut,
dass ein nicht bzw. schlecht benetzender Bereich 6a eines
Kanals 6 auf derselben Seite des Kanals 6 angeordnet
ist, wie eine Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 in
Bezug auf die Lage der vorbestimmten Fläche 4 in dem Kanal 6.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann nun eine Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz einen
Unterdruck erzeugen, so dass eine Flüssigkeit 2, die in
dem Kanal 6 jenseits der Sensorfläche 4 angeordnet ist,
in eine erste Richtung 1a auf die Pumpe 8 zubewegt
wird. Die Flüssigkeit
wird also „angesaugt" und kann sich so über die
vorbestimmte Fläche 4 bewegen.
Der Kanal 6 ist nun durch sein nicht benetzendes Teilgebiet 6a so
ausgebildet, dass sich bei der Bewegung der Flüssigkeit 2 in der
ersten Richtung 1a (in diesem Fall also auf die Pumpe 8 zu)
eine Gegendruckdifferenz im nicht benetzenden Bereich 6a aufbaut,
der die Flüssigkeit 2 in
eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung 1b über die
vorbestimmte Fläche 4 zurückbewegen
kann. Das heißt,
der Kapillardruck kann in diesem Fall die Flüssigkeit 2 wieder
von der Pumpe bzw. in diesem Fall Saugeinrichtung wegdrücken. Dazu
kann beispielsweise wieder die Saugleistung reduziert oder ganz
abgestellt werden.In another embodiment ( 7 ) to the present invention is a device 100 designed so that a not or bad wetting area 6a a channel 6 on the same side of the canal 6 is arranged as a means for establishing a pressure difference 8th in relation to the location of the predetermined area 4 in the channel 6 , In this embodiment, a device for establishing a pressure difference can now generate a negative pressure, so that a liquid 2 that in the channel 6 beyond the sensor surface 4 is arranged, in a first direction 1a on the pump 8th is moved. The liquid is thus "sucked in" and so can over the predetermined area 4 move. The channel 6 is now through its non-wetting subarea 6a designed so that when moving the liquid 2 in the first direction 1a (in this case, the pump 8th to) a backpressure difference in the non-wetting area 6a builds up the liquid 2 in a second direction opposite to the first direction 1b over the predetermined area 4 can move back. That is, the capillary pressure in this case can be the liquid 2 again push away from the pump or in this case suction. For this purpose, for example, again the suction power can be reduced or completely turned off.
Beispielhaft
ist in 7 auch gezeigt, dass vor und hinter der Flüssigkeit 2 ein
Begleitstoff 13 angeordnet sein kann, der die Druck- und
die Gegendruckdifferenz einerseits auf die Flüssigkeit 2 übertragen
kann und andererseits die Flüssigkeit 2 vor
einem direkten Kontakt mit der Pumpe 8 abschirmt. Bei dem
Begleitstoff kann es sich beispielsweise um ein Gas oder eine weitere
Flüssigkeit
handeln.Exemplary is in 7 also shown that in front of and behind the liquid 2 a companion material 13 may be arranged, the pressure and the back pressure difference on the one hand to the liquid 2 can transfer and on the other hand, the liquid 2 before a direct contact with the pump 8th shields. The accompanying substance may be, for example, a gas or another liquid.
Wie
in 7 dargestellt ist, kann die Vorrichtung 100 außerdem eine
Steuervorrichtung 14 aufweisen, die derart ausgebildet
ist, um die Pump- bzw. Saugleistung zu steuern. Die Steuerung kann
dabei so durchgeführt
werden, dass der Druck bzw. die Saugleistung reduziert oder die
Einrichtung 8 für
eine Zeitdauer abgeschaltet wird, wenn sich bei der Bewegung der
Flüssigkeit über die
vorbestimmte Fläche 4 in
der ersten Richtung 1a eine Gegendruckdifferenz, hervorgerufen
durch die erfindungsgemäßen Möglichkeiten
zum Aufbau einer Gegendruckdifferenz, aufgebaut hat.As in 7 is shown, the device 100 also a control device 14 which is designed to control the pumping or suction power. The control can be carried out in such a way that the pressure or the suction power is reduced or the device 8th is turned off for a period of time when the movement of the liquid over the predetermined area 4 in the first direction 1a a back pressure difference, caused by the inventive possibilities for building a back pressure difference has built.
In
weiteren Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung 100 ferner
einen ersten Sensor 16 aufweisen, der ausgebildet ist,
um zu bestimmen ob die Flüssigkeit
zu einem gewünschten Ausmaß mit der
vorbestimmten Fläche 4 überlappt.
Die Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 kann dabei
so ausgebildet sein, dass der vorbestimmte Zeitpunkt zum Reduzieren
der Druckdifferenz von einem Sensorsignal des ersten Sensors abhängt, das
anzeigt, dass die Flüssigkeit 2 zu
einem gewünschten
Ausmaß mit
der vorbestimmten Fläche 4 überlappt.
Der Sensor kann beispielsweise vor, an oder hinter der vorbestimmten
Fläche
angeordnet sein.In further embodiments of the present invention, the device 100 further a first sensor 16 formed to determine whether the liquid to a desired extent with the predetermined area 4 overlaps. The device for building up a pressure difference 8th may be configured so that the predetermined time for reducing the pressure difference depends on a sensor signal of the first sensor, which indicates that the liquid 2 to a desired extent with the predetermined area 4 overlaps. The sensor may, for example, be arranged in front of, at or behind the predetermined surface.
Auf
ein Sensorsignal eines zweiten Sensors hin, kann die Einrichtung
zum Aufbau einer Druckdifferenz nach einem anderen Zeitpunkt, hinter
dem vorbestimmten Zeitpunkt die Druckdifferenz wieder aufbauen.
Dabei können
der erste und der zweite Sensor ein identischer Sensor sein.On
a sensor signal from a second sensor, the device can
to build up a pressure difference after another time, behind
build the pressure difference again at the predetermined time.
It can
the first and the second sensor should be an identical sensor.
Die
Vorrichtung 100 weist in Ausführungsbeispielen ferner einen
zweiten Sensor auf, der ausgebildet ist, um zu bestimmen ob die
Flüssigkeit 2 zu
einem reduzierten Ausmaß,
das kleiner als das gewünschte
Ausmaß ist,
oder nicht mit der vorbestimmten Fläche überlappt. Die Einrichtung zum
Aufbau einer Druckdifferenz kann so ausgebildet sein, dass der weitere
Zeitpunkt von einem Sensorsignal des zweiten Sensors abhängt, das
anzeigt, dass die Flüssigkeit 2 zu
dem reduzierten Ausmaß oder
nicht mit der vorbestimmten Fläche überlappt.The device 100 In embodiments, further comprises a second sensor configured to determine if the liquid 2 to a reduced extent that is smaller than the desired extent or does not overlap with the predetermined area. The device for establishing a pressure difference can be designed so that the further time depends on a sensor signal of the second sensor, which indicates that the liquid 2 overlaps to the reduced extent or not with the predetermined area.
In 8 ist
eine Kombination mehrerer Möglichkeiten
zur Gegendruckdifferenzerzeugung beim Überströmen einer Flüssigkeit über eine
Sensoroberfläche
schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise,
wie oben beschrieben, eine Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 aufweisen,
die beispielsweise über
eine Steuereinrichtung 14 so angesteuert wird, dass die
Druckdifferenz reduziert oder das Anlegen der Druckdifferenz beendet
wird, nachdem durch die Flüssigkeit 2 ein
vorbestimmter Teil der vorbestimmten Fläche vollständig überlappt ist. Dadurch kann
eine Gegendruckdifferenz, die beispielsweise durch einen nicht benetzenden
Teil 6a des Kanals und einen vergrößerten Querschnitt eines Bereichs 6d des
Kanals aufgebaut wird, die Flüssigkeit
in die zur Richtung 1a entgegengesetzten Richtung 1b zurückbewegen.
Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise einen optischen
oder elektrischen Sensor 16 aufweisen, der ausgebildet ist,
das Überströmen bzw.
das Überlappen
der Flüssigkeit
mit einem vorbestimmten Teil der vorbestimmten Fläche zu detektieren
bzw. zu überwachen.
Denkbar ist auch der Einsatz anderer Sensoren. Auf ein Signal des Sensors 16 hin,
kann dann die Druckdifferenz reduziert bzw. das Aufbauen der Druckdifferenz
beendet werden. Der Sensor 16 kann dazu beispielsweise
direkt mit der Einrichtung 8 oder mit der Steuereinrichtung 14 elektrisch
gekoppelt sein. Das Anlegen der Druckdifferenz und dadurch ein Überströmen der
vorbestimmten Fläche,
das Aufbauen einer Gegendruckdifferenz und ein Reduzieren des Druckes
kann wiederholt werden und so ein mehrfaches Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit 2 über einen
vorbestimmten Bereich bzw. eine vorbestimmte Fläche 4 erzielt werden.
Der Kanal 6 kann beispielsweise zur Druckreduzierung ebenfalls,
wie oben im Zusammenhang mit 6 beschrieben
wurde, Bereiche 6f aufweisen, durch die ein Medium 12,
das zur Druckübertragung
zwischen einer Pumpe 8 und der Flüssigkeit 2 angeordnet
ist, entweichen kann, so dass eine Druckdifferenz, die von der Einrichtung
zum Aufbau einer Druckdifferenz 8 erzeugt wird, reduziert
wird.In 8th is a combination of several possibilities for counter-pressure difference generation when overflowing a liquid over a sensor surface shown schematically. The device 100 For example, as described above, means for establishing a pressure difference 8th have, for example via a control device 14 is controlled so that the pressure difference is reduced or the Applying the pressure difference is stopped after passing through the liquid 2 a predetermined part of the predetermined area is completely overlapped. This allows a back pressure difference, for example, by a non-wetting part 6a of the channel and an enlarged cross section of an area 6d the channel is built, the liquid in the direction to 1a opposite direction 1b move back. The device 100 For example, an optical or electrical sensor 16 which is configured to detect the overflow or the overlap of the liquid with a predetermined part of the predetermined area. Also conceivable is the use of other sensors. On a signal from the sensor 16 out, then the pressure difference can be reduced or the construction of the pressure difference can be terminated. The sensor 16 For example, you can go directly to the facility 8th or with the control device 14 be electrically coupled. The application of the pressure difference and thereby an overflow of the predetermined area, the building up of a back pressure difference and a reduction of the pressure can be repeated and thus a multiple reciprocation of a liquid 2 over a predetermined area or a predetermined area 4 be achieved. The channel 6 For example, to reduce pressure also, as above in connection with 6 described areas 6f have, through which a medium 12 , which is used to transfer pressure between a pump 8th and the liquid 2 is arranged, can escape, leaving a pressure difference from the device to build up a pressure difference 8th is generated is reduced.
Bei
der Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz kann es sich um
eine aktive Pumpe handeln und wie oben beschrieben ist, ist auch
eine Konstruktion denkbar, bei der die Flüssigkeit angesaugt wird. Als
Pumpen können
Mikropumpen zum Einsatz kommen, die beispielsweise auf einen mechanischen,
einen elektrostatischen, einen elektromagnetischen, einen magnetischen,
einen elektrochemischen, einen peristaltischen, einen magnetostriktiven,
einen pneumatischen, einen thermischen, einen thermomechanischen,
einen hydrodynamischen oder einer Kombination derselben, basierenden
Prinzip beruhen.at
The device for building up a pressure difference may be
acting an active pump and as described above is also
a construction conceivable in which the liquid is sucked. When
Pumps can
Micropumps used, for example, on a mechanical,
an electrostatic, an electromagnetic, a magnetic,
an electrochemical, a peristaltic, a magnetostrictive,
a pneumatic, a thermal, a thermomechanical,
a hydrodynamic or a combination thereof
Principle based.
Es
ist auch denkbar, dass ein Druckabbau hinter der Flüssigkeit 2 nicht über die
Pumpe 8 selbst erfolgt, sondern über spezifische Eigenschaften
des Kanals 6. So kann im Bereich zwischen der Pumpe 8 und der
Sensorfläche 4 zumindest
ein Teil 6f einer Kanalwand eine hohe Diffusivität, beispielsweise
gegenüber
einem Gas aufweisen, so dass das Gas, begünstigt vom aufgebauten Pumpendruck
zeitverzögert
aus dem Bereich zwischen der Pumpe 8 und dem Sensor 4 entweichen
kann. Dadurch kann sich der Druck auf die Flüssigkeit reduzieren und der
Gegendruck kann die Flüssigkeit
in der zweiten, der ersten Richtung 1a entgegengesetzten
Richtung 1b zurückbewegen.It is also conceivable that a pressure reduction behind the liquid 2 not over the pump 8th itself, but about specific characteristics of the channel 6 , So, in the area between the pump 8th and the sensor surface 4 at least a part 6f a channel wall having a high diffusivity, for example, compared to a gas, so that the gas, favored by the built-up pump pressure with a time delay from the area between the pump 8th and the sensor 4 can escape. As a result, the pressure on the liquid can be reduced and the back pressure can be the liquid in the second, the first direction 1a opposite direction 1b move back.
Die
Einrichtung zum Erzeugen einer Druckdifferenz 8 kann, wie
es beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2006 017 482 A1 dargestellt
ist, einen Gasdruck auf elektrochemische Art erzeugen. In diesem Fall
kann die Druckdifferenz zwischen Pumpe und Flüssigkeit dadurch abgebaut werden,
dass entweder eine hohe Diffusivität zumindest eines Teils der
Kanalwand für
ein generiertes Gas besteht oder aber eine Reaktion der Gase zu
einer Substanz mit niedrigerem Volumen stattfindet. Beispielsweise
kann sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden. Diese
Reaktion kann beispielsweise auch durch einen geeigneten Katalysator unterstützt werden.
Es ist auch möglich,
dass das Gas an der Festphase des Kanals 6 gebunden wird.The device for generating a pressure difference 8th can, as for example in the publication DE 10 2006 017 482 A1 is shown to generate a gas pressure in an electrochemical manner. In this case, the pressure difference between the pump and liquid can be reduced by the fact that either a high diffusivity of at least a part of the channel wall for a generated gas or a reaction of the gases takes place to a substance of lower volume. For example, hydrogen and oxygen can combine to form water. This reaction can also be supported, for example, by a suitable catalyst. It is also possible that the gas on the solid phase of the channel 6 is bound.
In 9 ist
ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
zum Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine vorbestimmte Fläche in einem
Kanal, mit einer Kanalwand, die die vorbestimmte Fläche umfasst
dargestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Aufbauens 20 einer
Druckdifferenz in dem Kanal auf, so dass die Flüssigkeit in einer ersten Richtung über die
vorbestimmte Fläche
bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bewegt wird. Ferner weist das
Verfahren einen Schritt des Aufbauens 22 einer der Druckdifferenz
entgegengerichteten Gegendruckdifferenz in dem Kanal bei einer Bewegung
der Flüssigkeit
in der ersten Richtung auf und ein Reduzieren 24 der aufgebauten
Druckdifferenz an einem vorbestimmten Zeitpunkt, so dass die Flüssigkeit
in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung über die
vorbestimmte Fläche
bewegt wird.In 9 Figure 12 is a block diagram of one embodiment of the method of reciprocating a fluid over a predetermined area in a channel, having a channel wall including the predetermined area. The method has a step of building 20 a pressure difference in the channel, so that the liquid is moved in a first direction over the predetermined area until a predetermined time. Further, the method has a step of building 22 one of the pressure difference opposing backpressure difference in the channel upon movement of the liquid in the first direction and reducing 24 the established pressure difference at a predetermined time, so that the liquid in a second, the first direction opposite, direction is moved over the predetermined area.
Das
Anlegen 20 eines Druckes kann beispielsweise mit einer
Einrichtung zum Aufbau einer Druckdifferenz durchgeführt werden.
Bei der Einrichtung kann es sich beispielsweise, wie oben beschrieben,
um eine ventillose Pumpe und bei dem Kanal um eine Kapillare bzw.
Mikrokanal, bei der eine Abmessung eines Querschnitts des Kapillarkanals
entlang zumindest einer Ausdehnungsrichtung kleiner als 2 mm ist
handeln.The mooring 20 a pressure can be performed, for example, with a device for establishing a pressure difference. The device can be, for example, as described above, a valveless pump and the channel around a capillary or microchannel, in which a dimension of a cross section of the capillary channel along at least one extension direction is less than 2 mm.
Das
Verfahren kann mehrfach wiederholt 26 werden (gestrichelt gezeichnet
in 9), so dass die Flüssigkeit mehrmals über die
vorbestimmte Fläche
hin- und herbewegt wird.The method can be repeated several times (dashed lines in FIG 9 ), so that the liquid is repeatedly reciprocated over the predetermined area.
Das
Verfahren kann ferner ein Steuern 28 (gestrichelt gezeichnet
in 9) des Aufbauens einer Druckdifferenz 20 und
des Reduzierens 24 oder Beendens des Aufbauens einer Druckdifferenz
für eine
Zeitdauer aufweisen. Das Steuern kann beispielsweise so durchgeführt werden,
dass die Druck differenz reduziert wird, nachdem durch die Flüssigkeit
ein vorbestimmter Teil der vorbestimmten Fläche vollständig überlappt ist. Denkbar ist auch
eine zeitliche Steuerung des Aufbauens einer Druckdifferenz 20 und
des Reduzieren 24 der Druckdifferenz. Das heißt, nach
einer vorbestimmten Zeit kann die aufgebaute Druckdifferenz reduziert
und nach einer anderen vorbestimmten Zeit kann die Druckdifferenz
durch die Einrichtung zum Aufbauen einer Druckdifferenz wieder aufgebaut
werden.The method may further include controlling 28 (dashed lines in 9 ) of building up a pressure difference 20 and reducing 24 or stopping building up a pressure difference for a time have duration. The control may be performed, for example, so that the pressure difference is reduced after a predetermined portion of the predetermined area is completely overlapped by the liquid. It is also conceivable temporal control of building a pressure difference 20 and reducing 24 the pressure difference. That is, after a predetermined time, the built-up pressure difference can be reduced, and after another predetermined time, the pressure difference can be re-established by the pressure difference establishing means.
In
den 10a–c ist in einem schematischen
Ausführungsbeispiel
das Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine vorbestimmte Fläche erläutert.In the 10a Figure c illustrates, in a schematic embodiment, the method of reciprocating a liquid over a predetermined area.
Wie
im Zusammenhang mit 2 bereits beschrieben wurde,
kann die Vorrichtung 100 (10a) eine
Mikropumpe 8, die eine Flüssigkeit 2 in einer
Kapillare mit einer Kanalwand die eine Sensorfläche 4 umfasst aufweisen.
Des weitern kann der Kanal einen Teilbereich 6a aufweisen,
der aus einem nicht benetzenden Material besteht. Eine Flüssigkeit 2 kann
dann durch Aufbau einer Druckdifferenz mittels der Pumpe über die Sensorfläche 4 (10b) in eine erste Richtung 1a bewegt
werden. Bei Erreichen des nicht benetzenden Gebietes 6a baut
sich gegenüber
der Flüssigkeit
eine Gegendruckdifferenz, in einer zweiten, der ersten Richtung 1a entgegengesetzten
Richtung 1b auf. Diese Gegendruckdifferenz kann dann, falls
sie die Druckdifferenz der Pumpe übersteigt, die Flüssigkeit,
in der zur ersten Richtung 1a entgegengesetzte Richtung 1b über die
Sensorfläche 4 zurückbewegen
(10c). Dazu kann die Pumpleistung und damit die,
Druckdifferenz reduziert oder die Pumpe abgeschaltet werden. Insgesamt
findet also ein Hin- und Herbewegen der Flüssigkeit über der Sensorfläche statt.
Dieser Vorgang kann beliebig wiederholt werden, so dass ein mehrmaliges Überströmen der
Flüssigkeit über die
Sensorfläche 4 erzielt
werden kann.As related to 2 already described, the device can 100 ( 10a ) a micropump 8th containing a liquid 2 in a capillary with a channel wall the one sensor surface 4 comprising. Further, the channel can be a subarea 6a have, which consists of a non-wetting material. A liquid 2 can then by building a pressure difference by means of the pump on the sensor surface 4 ( 10b ) in a first direction 1a to be moved. Upon reaching the non-wetting area 6a builds against the liquid a back pressure difference, in a second, the first direction 1a opposite direction 1b on. This backpressure difference, if it exceeds the pressure difference of the pump, can then move the liquid in the first direction 1a opposite direction 1b over the sensor surface 4 move back ( 10c ). For this purpose, the pump power and thus the, pressure difference can be reduced or the pump can be switched off. Overall, therefore, a back and forth movement of the liquid takes place over the sensor surface. This process can be repeated as desired, so that a repeated overflow of the liquid over the sensor surface 4 can be achieved.
Das
Aufbauen einer Druckdifferenz 20 kann beispielsweise mittels
einer Pumpe so durchgeführt
werden, eine Pumpe also dementsprechend geschaltet werden, dass
diese die Flüssigkeit
pumpt bzw. saugt.Building a pressure difference 20 can be carried out for example by means of a pump so a pump so be switched accordingly that it pumps or sucks the liquid.
Das
Aufbauen der Gegendruckdifferenz 22 kann so durchgeführt werden,
dass ein erster Teil der Kanalwand, der sich relativ zur ersten
Richtung hinter einem entlang der ersten Richtung vorne begrenzten
Rand der vorbestimmten Fläche
befindet, eine Oberfläche
aufweist, die gegenüber
der Flüssigkeit
einen ersten Kontaktwinkel aufweist, und ein zweiter Teil der Kanalwand,
der relativ zur ersten Richtung vor dem ersten Teil liegt eine zweite
Oberfläche
aufweist, die gegenüber
der Flüssigkeit
einen zweiten Kontaktwinkel aufweist, der kleiner als der erste
Kontaktwinkel ist, wobei die Differenz des ersten und des zweiten
Kontaktwinkels mindestens 20° beträgt.Building up the backpressure difference 22 can be carried out such that a first part of the channel wall, which is located behind a front edge of the predetermined area bounded along the first direction relative to the first direction, has a surface that has a first contact angle with respect to the liquid, and a second part of the Channel wall, which is relative to the first direction before the first part has a second surface, which has a second contact angle to the liquid, which is smaller than the first contact angle, wherein the difference of the first and the second contact angle is at least 20 °.
Das
Reduzieren 24 der aufgebauten Druckdifferenz an einem vorbestimmten
Zeitpunkt kann so durchgeführt
werden, dass das Aufbauen der Druckdifferenz für eine Zeitdauer beendet wird.
Das Aufbauen der Druckdifferenz kann beispielsweise mit einer ventillosen
Pumpe erzeugt werden. Es ist auch möglich, dass das Aufbauen einer
Druckdifferenz 20 so durchgeführt wird, dass nur ein Druckabfall
entlang der ersten Richtung stattfindet, nicht aber in der zweiten
Richtung, das heißt
die Pumpe nur in der Lage ist in eine Richtung zu pumpen.Reducing 24 the established pressure difference at a predetermined time may be performed so that the building up of the pressure difference is stopped for a period of time. The construction of the pressure difference can be generated for example with a valveless pump. It is also possible that building up a pressure difference 20 is performed so that only a pressure drop takes place along the first direction, but not in the second direction, that is, the pump is only able to pump in one direction.
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
des Verfahrens kann beispielsweise das Aufbauen 22 einer Gegendruckdifferenz
so durchgeführt
werden, dass ein Teil des Kanals, der relativ zur ersten Richtung
hinter der vorbestimmten Fläche
ein Material aufweist, das gegenüber
der Flüssigkeit
hydrophober ist, als ein anderer Teil des Kanals, der relativ zur
ersten Richtung vor der vorbestimmten Fläche liegt. Dadurch kann als
Gegendruck ein Laplace-Druck in der Vorrichtung 100 aufgebaut
werden.In another embodiment of the method, for example, the building 22 a backpressure difference may be performed such that a portion of the channel that has, relative to the first direction behind the predetermined area, a material that is more hydrophobic to the liquid than another portion of the channel that is relative to the first direction before the predetermined area. As a result, as a back pressure a Laplace pressure in the device 100 being constructed.
Das
Aufbauen der Gegendruckdifferenz kann durch die vorbestimmte Fläche erfolgen.
Dazu kann ein Teil der Kanalwand, der sich vor oder hinter der vorbestimmten
Fläche
befindet, eine Oberfläche
besitzen, die gegenüber
der Flüssigkeit
einen dritten Kontaktwinkel aufweist und die vorbestimmte Fläche kann
eine Oberfläche
aufweisen, die gegenüber
der Flüssigkeit
einen vierten Kontaktwinkel aufweist, wobei der Betrag der Differenz
des dritten und vierten Kontaktwinkels größer als 20° ist.The
Building the back pressure difference can be done by the predetermined area.
This may be a part of the channel wall, which is in front of or behind the predetermined
area
located, a surface
own that opposite
the liquid
has a third contact angle and the predetermined area can
a surface
have, opposite
the liquid
has a fourth contact angle, wherein the amount of the difference
of the third and fourth contact angles is greater than 20 °.
In
anderen Ausführungsbeispielen
zum Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine vorbestimmte Fläche wird
das Aufbauen 22 einer Gegendruckdifferenz bei einer Bewegung
der Flüssigkeit 2 in
der ersten Richtung 1a so durchgeführt, dass sich eine Gegendruckdifferenz
durch eine Bewegung der Flüssigkeit
in der ersten Richtung in einem Teil des Kanals, mit einem größeren Querschnitt,
der relativ zur ersten Richtung hinter der vorbestimmten Fläche liegt,
gegenüber
einem anderen Teil des Kanals mit einem kleineren Querschnitt aufbaut.In other embodiments of the method of reciprocating a liquid over a predetermined area, building up is accomplished 22 a back pressure difference during a movement of the liquid 2 in the first direction 1a is performed so that a back pressure difference by a movement of the liquid in the first direction in a part of the channel, with a larger cross section, which is relative to the first direction behind the predetermined surface, opposite to another part of the channel with a smaller cross section builds.
In
anderen Ausführungsbeispielen
zu dem Verfahren kann das Aufbauen einer Gegendruckdifferenz so
durchgeführt
werden, dass durch die Bewegung der Flüssigkeit beim Aufbau einer
Druckdifferenz ein Gas komprimiert wird, und sich so ein Gasdruck
aufbaut, der der Druckdifferenz entgegen gesetzt ist. Bei einem Reduzieren
der Druckdifferenz oder einem Abschalten der Pumpe kann der Gasdruck
groß genug
sein, um die Flüssigkeit
dazu zu veranlassen, sich in eine zweite, der ersten Richtung 1a entgegengesetzte,
Richtung 1b über
die Sensorfläche 4 zurückzubewegen.
Es kann also auch wieder ein Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche,
der Sensorfläche,
erreicht werden. Das Verfahren kann zyklisch bzw. periodisch wiederholt
durchgeführt
werden.In other embodiments of the method, the build-up of a backpressure difference may be performed so that a gas is compressed by the movement of the liquid in building up a pressure difference, and thus builds up a gas pressure, which is opposed to the pressure difference. By reducing the pressure differential or shutting off the pump, the gas pressure may be high enough to cause the fluid to move in a second, the first direction 1a opposite direction 1b over the sensor surface 4 move back. It can also be a back and forth moving a liquid over a predetermined area, the sensor surface, can be achieved. The method can be repeated cyclically or periodically.
Das
Reduzieren 24 oder Abstellen eines Druckes der Einrichtung
zum Aufbau einer Druckdifferenz kann beispielsweise so durchgeführt werden,
dass ein Medium, das in dem Kanal zwischen der Einrichtung zum Aufbau
einer Druckdifferenz 8 und der Flüssigkeit 2 zur Druckübertragung
angeordnet ist, über
einen Kanalbereich, der eine höhere
Diffusivität
gegenüber
dem Medium aufweist als andere Teile der Kanalwand, entweicht. Dadurch
kann der Druck auf die Flüssigkeit
reduziert werden und die sich aufbauende Gegendruckdifferenz kann
eine Größe erreichen,
so dass die Flüssigkeit
in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte, Richtung über die
Sensoroberfläche
zurückbewegt
wird.Reducing 24 or stopping a pressure of the device for establishing a pressure difference, for example, be carried out so that a medium in the channel between the means for establishing a pressure difference 8th and the liquid 2 is arranged for pressure transmission, via a channel region having a higher diffusivity to the medium than other parts of the channel wall escapes. Thereby, the pressure on the liquid can be reduced and the build-up of backpressure difference can reach a size such that the liquid is moved back across the sensor surface in a second direction opposite the first direction.
Die
in den Ausführungsbeispielen
beschriebene Art und Weise ein Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
Oberfläche
zu erreichen, kann beliebig oft wiederholt werden. Das Reduzieren 24 oder
Abstellen der Druckdifferenz kann beispielsweise auch durch eine
Steuereinrichtung gesteuert werden, so dass der Druck reduziert
oder abgeschaltet wird, wenn sich bei einer Bewegung der Flüssigkeit über die
vorbestimmte Fläche
in der ersten Richtung ein Gegendruck aufgebaut hat. Das Aufbauen
einer Druckdifferenz 20 kann mit einer Reihe von unterschiedlichen
Pumpen mit unterschiedlichen Pumpprinzipien erreicht werden. Beispielsweise
ist es möglich,
dass in Ausführungsbeispielen
die Pumpe als eine mechanische, eine magnetische, eine elektromagnetische,
eine peristaltische, eine pneumatische, eine piezoelektrische, eine
thermische, eine elektrochemische, eine thermomechanische oder eine
magnetostriktive Pumpe ausgebildet ist. Sie kann also beispielsweise
auch unter Verwendung von Bimetallen oder Gedächtnislegierungen arbeiten.The manner described in the exemplary embodiments to achieve a reciprocating movement of a liquid over a surface can be repeated as often as desired. Reducing 24 or stopping the pressure difference may for example also be controlled by a control device, so that the pressure is reduced or switched off when a back pressure has built up during a movement of the liquid over the predetermined area in the first direction. Building a pressure difference 20 can be achieved with a number of different pumps with different pumping principles. For example, it is possible that in embodiments the pump is designed as a mechanical, a magnetic, an electromagnetic, a peristaltic, a pneumatic, a piezoelectric, a thermal, an electrochemical, a thermomechanical or a magnetostrictive pump. So you can also work, for example, using bimetallic or memory alloys.
In
Ausführungsbeispielen
zur vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren
zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
Oberfläche
dargestellt. Das mehrfache Überströmen einer
oder mehrerer Sensorflächen
mit einer Probe, Reagenz oder einer anderen Flüssigkeit kann dadurch erreicht
werden, dass sich mindestens eine Pumpe bzw. eine Einrichtung zur
Erzeugung eines Druckes hinter mindestens einer Flüssigkeit
in mindestens einem Kanal befindet, die die Flüssigkeit bzw. die Flüssigkeiten
durch den Kanal und über
mindestens eine mit dem Kanal verbundene Sensorfläche transportiert,
wobei während
des Pumpens, spätestens
aber nachdem zumindest ein Teil der Flüssigkeit die Sensorfläche überstrichen
hat, durch im Wesentlichen konstruktive Maßnahmen eine Gegendruckdifferenz
aufgebaut wird, der dazu führt,
dass bei Abschalten der Pumpe oder Verringerung der Pumpleistung
die Flüssigkeit über die
Sensorfläche
zurückströmt.In
embodiments
to the present invention is a device or a method
to move a liquid over one
surface
shown. The multiple overflow of one
or more sensor surfaces
with a sample, reagent or other liquid can be achieved
be that at least one pump or a device for
Generation of a pressure behind at least one liquid
located in at least one channel containing the liquid or liquids
through the canal and over
transports at least one sensor surface connected to the channel,
while during
the pumping, at the latest
but after at least a portion of the fluid has swept the sensor surface
has, by essentially constructive measures a back pressure difference
is built, which leads to
that when switching off the pump or reducing the pump power
the liquid over the
sensor surface
flowing back.
Eine
Kombination der oben beschriebenen Vorrichtungselemente und des
Verfahrens sind jederzeit möglich
und geben einen breiten Spielraum zur Realisierung der Vorrichtung
und zum Verfahren zum Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit über eine
vorbestimmte Fläche.A
Combination of the above-described device elements and the
Procedure are possible at any time
and give a wide scope for the realization of the device
and the method of reciprocating a liquid over one
predetermined area.