DE10063268A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung kleiner Flüssigkeitsmengen und/oder deren Bewegung - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung kleiner Flüssigkeitsmengen und/oder deren BewegungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung kleiner Flüssigkeitsmengen und/oder deren Bewegung auf Festkörperoberflächen mit einem Aufenthaltsbereich auf der Festkörperoberfläche, der andere Benetzungseigenschaften aufweist als die umgebende Festkörperoberfläche, derart, daß sich die zu vermessende Flüssigkeit bevorzugt auf dem Aufenthaltsbereich aufhält, wobei der Aufenthaltsbereich einen Meßbereich aufweist, der sich lateral verjüngt. Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Ausdehnung einer Flüssigkeitsmenge entlang des sich verjüngenden Meßbereiches vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Vermessung kleiner Flüssigkeitsmengen und/oder deren Bewegung, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden kann, und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung kleiner
Flüssigkeitsmengen auf einer Festkörperoberfläche und deren Bewegungen.
Der Begriff Flüssigkeit umfaßt im vorliegenden Text unter anderem reine Flüssig
keiten, Mischungen, Dispersionen und Suspensionen, sowie Flüssigkeiten, in de
nen sich feste Teilchen, z. B. biologisches Material, befinden.
In der Mikroanalytik kleiner Flüssigkeitsmengen ist es notwendig, kleine Flüssig
keitsmengen genau zu bestimmen. Bei der in jüngster Zeit im Blickpunkt stehenden
"Lab-on-a-chip"-Technologie werden zum Beispiel kleine Flüssigkeitsmengen an
einen Analyse- oder Synthesepunkt auf einem Festkörperchip gebracht, wo z. B.
eine chemische oder physikalische Analyse der Flüssigkeitsmenge vorgenommen
wird. Solche Verfahren werden unter anderem für anorganische Reagenzien oder
organisches Material, wie Zellen, Moleküle, Makromoleküle oder genetische Mate
rialien, gegebenenfalls in Pufferlösungen, eingesetzt. Dabei wird die Bewegung und
die Reaktion definierter Volumina kleiner Flüssigkeitsmengen mittels mikrostruktu
rierter Kanäle realisiert (siehe z. B. O. Müller, Laborwelt 1/2000, Seiten 36 bis 38).
Bei anderen Methoden wird eine definierte Flüssigkeitsmenge auf den Analyse
punkt gebracht, z. B. mit Hilfe einer Pipette.
Wünschenswert ist es jedoch, auf dem Chip selbst Flüssigkeitsmengen und/oder
deren Bewegung möglichst exakt zu bestimmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein
verbessertes Verfahren anzugeben, mit deren Hilfe eine kleine Flüssigkeitsmenge
und deren Bewegung exakt bestimmt werden kann. Diese Aufgabe wird mit einer
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einem Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegen
stand der jeweiligen Unteransprüche. Vorteilhafte Verwendungen sind Gegenstand
der Ansprüche 28 bis 30.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Aufenthaltsbereich auf einer Fest
körperoberfläche mit anderen Benetzungseigenschaften als die umgebende Fest
körperoberfläche auf, und zwar derart, daß sich die zu vermessende Flüssigkeit
bevorzugt auf diesem Aufenthaltsbereich aufhält. Der Aufenthaltsbereich hat einen
Messbereich, der sich lateral verjüngt. Schließlich weist die erfindungsgemäße Vor
richtung eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Ausdehnung einer Flüssigkeits
menge entlang des sich verjüngenden Messbereiches auf.
Selbstverständlich können sich an dem bevorzugten Aufenthaltsbereich mehrere
erfindungsgemäße lateral sich verjüngende Meßbereiche mit entsprechenden
Meßeinrichtungen befinden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Lokalisierung und Vermessung
einer Flüssigkeitsmenge auf einer Festkörperoberfläche, ohne dass Gräben, Ecken
oder Kanten notwendig sind.
Die Modulation der Benetzungseigenschaften kann durch Definition hydrophiler
bzw. hydrophober Bereich erreicht werden. Zur Vermessung von z. B. wässrigen
Lösungen wird der bevorzugte Aufenthaltsbereich hydrophiler als die umgebende
Festkörperoberfläche gewählt. Dies kann entweder durch eine hydrophile Be
schichtung des bevorzugten Aufenthaltsbereiches oder durch eine hydrophobe
Umgebung erreicht werden. Eine hydrophobe Umgebung kann z. B. bei einer be
vorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung eine silanisierte Oberfläche aufweisen.
Zur Vermessung von nicht-wässrigen Lösungen kann es vorteilhaft sein, wenn der
bevorzugte Aufenthaltsbereich lipophil im Vergleich zur Umgebung ist.
Die Modulation der Benetzungseigenschaften der Oberfläche läßt sich bei der er
findungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise z. B. durch lithographische Ver
fahren mit nachfolgenden Beschichtungsschritten erreichen.
Die Benetzungseigenschaften können weiterhin durch Mikrostrukturierung modu
liert werden, wie es beim so genannten Lotuseffekt der Fall ist, der auf unterschied
lichen Rauhigkeiten der Oberflächen beruht. Diese kann z. B. durch Mikrostrukturie
rung der entsprechenden Oberfächenbereiche erhalten werden, z. B. chemische
Behandlung oder Ionenbestrahlung.
Die Definition des bevorzugten Aufenthaltsbereichs kann auch durch eine Ätzung
der Oberfläche erfolgen bzw. unterstützt werden, wobei die Ätztiefe klein gegen die
Breite des Aufenthaltsbereiches ist, z. B. ein Hundertstel der Breite. So lässt sich
z. B. im Falle einer wässrigen Lösung der bevorzugte Aufenthaltsbereich dadurch
definieren, dass die den bevorzugten Aufenthaltsbereich umgebende Oberfläche
hydrophob beschichtet und im Bereich des Aufenthaltsbereichs selbst einige Na
nometer bis einige Mikrometer in die Oberfläche geätzt wird. Auf diese Weise ist
der Kontrast bezüglich des Benetzungswinkels erhöht. Dennoch ist die Oberfläche
makroskopisch im wesentlichen planar. Eine derartig flache Ätzung ist fertigungs
technisch sehr einfach und definiert herstellbar, ohne daß die bekannten Probleme
einer tiefen Ätzung eines schmalen Kanals auftreten.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Flüssigkeit den bevorzugten Auf
enthaltsbereich ohne Einwirkung einer äußeren Kraft nicht verlassen. Die Vorrich
tung nutzt dazu aus, dass für einen benetzten Bereich auf der Oberfläche eines
Festkörpers die Oberfläche des Flüssigkeitströpfchens im Gleichgewicht überall
dieselbe Krümmung aufweist, da eine unterschiedliche Krümmung in unterschiedli
chen Teilen der Flüssigkeitströpfchenoberfläche bei gegebener Oberflächenspan
nung einen unterschiedlichen Innendruck hervorrufen würde. Lokal unterschiedli
cher Innendruck in einem Tröpfchen führt aber zu einem Fluss von Flüssigkeit aus
Bereichen hohen Drucks in Bereiche niedrigen Drucks. Dies geschieht wiederum so
lange, bis Druckausgleich herrscht, d. h. überall dieselbe Krümmung der Oberfläche
vorliegt.
Für die Grenzlinie zwischen flüssiger und fester Materie, also zwischen den Flüs
sigkeitströpfchen und der Festkörperoberfläche, tritt anstelle der Krümmung bei
dieser Betrachtung der Benetzungswinkel, der im Gleichgewicht und in isotroper
Umgebung nur von den beiden Materialien der Festkörperoberfläche bzw. der Flüs
sigkeit abhängt. Bei lateral räumlich eingeschränkter Benetzung, die durch die De
finition des bevorzugten Aufenthaltsbereiches gegeben ist, wird die Krümmung der
Flüssigkeitsoberfläche durch die Breite des bevorzugten Aufenthaltsbereiches und
das Volumen der Flüssigkeitsmenge auf diesem Aufenthaltsbereich bestimmt. Än
dert sich die Breite des Aufenthaltsbereiches, so ist die Forderung nach einer kon
stanten Krümmung nicht zu erfüllen, da sich auch die Höhe des Tröpfchens, also
die "Füllhöhe" ändern würde.
Enge Benetzungsstrukturen lassen sich von weiten Benetzungsstrukturen aus in
der Regel nicht ohne äußere Krafteinwirkung befüllen. Eine sich verjüngende Be
netzungsstruktur, wie der Messbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wird
bei gegebenem Füllstand bzw. Innendruck eines angrenzenden Tröpfchens nur bis
zu einer bestimmten Länge hin befüllt, um der Forderung gleicher Oberflächen
krümmung gerecht zu werden. Erhöht sich der Füllgrad des angrenzenden Tröpf
chens, so erhöht sich auch der Innendruck (bzw. die Oberflächenkrümmung) und
der sich lateral verjüngende Messbereich wird auf längerer Strecke befüllt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Ausdehnung einer Flüssigkeitsmenge entlang des sich verjüngenden
Messbereiches bestimmt, der wie beschrieben direkt mit dem Innendruck bzw. dem
Füllstand des Tröpfchens zusammenhängt. Dabei ist der sich verjüngende Messbe
reich Teil eines Aufenthaltsbereiches, der derartige Benetzungseigenschaften auf
weist, dass sich die zu vermessende Flüssigkeit bevorzugt auf dem Aufenthaltsbe
reich aufhält. Vorteilhafterweise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw.
die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung des Innendruckes eines Flüssig
keitströpfchens auf dem bevorzugten Aufenthaltsbereich einsetzen. Ebenso vorteil
haft kann damit die Füllmenge des gesamten Flüssigkeitströpfchens aus der Aus
breitung der Flüssigkeitsmenge auf dem lateral sich verjüngenden Messbereich
bestimmt werden.
Um eine genaue Auskunft über die Menge einer Flüssigkeit zu erhalten, ist es dabei
von Vorteil, wenn der Aufenthaltsbereich einen im wesentlichen konvexen Teilbe
reich umfasst, der eine definierte Fläche hat, an den sich an einer Stelle der sich
verjüngende Messbereich mit seiner breitesten Ausdehnung anschließt. So lässt
sich durch eine einfache Kalibrierung ein Zusammenhang zwischen der Ausbrei
tung eines Flüssigkeitströpfchens in den sich verjüngenden Messbereich mit der
Gesamtmenge der Flüssigkeit auf dem Aufenthaltsbereich herstellen. Auf diese
Weise wird ein "Normvolumen" realisiert. Um lineare Bedingungen für den Zusam
menhang zwischen dem Innendruck bzw. dem Füllstand in der Flüssigkeitsmenge
und der Ausbreitungslänge auf dem sich verjüngenden Messbereich leichter reali
sieren zu können, ist eine möglichst runde Form des "Normvolumens" vorteilhaft.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform schließt der sich lateral verjün
gende Messbereich seitlich an einen lang gestreckten Aufenthaltsbereich an, auf
dem sich eine Flüssigkeit bewegen kann. Auch dieser Aufenthaltsbereich wird
durch Modulation der Benetzungseigenschaften erhalten und bildet eine Flüssig
keitsbahn im Sinne einer "Leiterbahn". Fließt Flüssigkeit entlang dieser "Leiterbahn"
an einem Messbereich vorbei, der sich seitlich an die "Leiterbahn" anschließt, so
tritt ein Teil der Flüssigkeit in den lateral sich verjüngenden Messbereich ein. Der
hydrostatische Druck in einer fließenden Flüssigkeit ist von deren Geschwindigkeit
abhängig. Nach dem Bernoullischen Gesetz herrscht bei höherer Geschwindigkeit
ein niedrigerer statischer Druck. Bei höherer Geschwindigkeit wird also die Flüssig
keit weniger weit in den sich lateral verjüngenden Messbereich eintreten. Durch
eine einfache Kalibrierung kann ein Zusammenhang zwischen der Ausbreitungs
länge in dem lateral sich verjüngenden Messbereich und der Geschwindigkeit der
Flüssigkeit auf der "Leiterbahn" bestimmt werden.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform enthält der Aufenthaltsbereich zwei
langgestreckte Teilbereiche, die aneinander anschließen und unterschiedliche
Breite haben. Auf diese Weise sind "Leiterbahnen" unterschiedlicher Breite defi
niert, wobei sich auf "Leiterbahnen" mit kleinerer Breite die Flüssigkeit schneller
bewegt. An jeden der Teilbereiche schließt sich ein eigener lateral sich verjüngen
der Meßbereich mit einer dazugehörigen Meßeinrichtung an. Nach dem Bernoulli
schen Gesetz ist die Summe aus hydrostatischem Druck und dem Staudruck
konstant. Durch zwei parallele Messungen an Teilbereichen des Aufenthaltsberei
ches unterschiedlicher Breite kann auf diese Weise die Konstante eliminiert werden
und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit absolut bestimmt werden.
Zur Vermessung von Flüssigkeitsmengen in der Größenordnung von Pikolitern hat
sich ein Messbereich als vorteilhaft erwiesen, der eine Breite von einigen Mikro
metern hat. Im Nanoliter- und Mikroliterbereich wird die Breite entsprechend ska
liert.
Die Oberflächenspannung der Flüssigkeitsmenge ist von den äußeren thermody
namischen Parametern, wie z. B. Druck und Temperatur, abhängig. Durch Einstel
lung dieser Parameter kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an die gewünschte
Messaufgabe angepasst werden. Z. B. ist bei höherer Temperatur die Oberflächen
spannung in der Regel geringer und die Flüssigkeitsmenge tritt weiter in den Mess
bereich ein. So lassen sich auch geringere Flüssigkeitsmengen vermessen. Sollen
größere Flüssigkeitsmengen vermessen werden, kann die Temperatur niedriger
gewählt werden. Auch das Volumen der Flüssigkeitsmenge, die auf einem gemäß
der obigen Ausführungsform gebildeten Normvolumen gespeichert werden kann, ist
in der Regel von den thermodynamischen Parametern abhängig und somit in einem
gewissen Bereich einstellbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung zur Bestim
mung der Ausdehnung der Flüssigkeitsmenge entlang des sich verjüngenden
Messbereiches zumindest eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung auf der
Festkörperoberfläche. Diese Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung ist derart
ausgerichtet, daß mit ihrer Hilfe eine Oberflächenwelle seitlich auf den sich verjün
genden Messbereich geschickt werden kann. Auf der anderen Seite des sich lateral
verjüngenden Messbereiches befindet sich eine Oberflächenwellendetektionsein
richtung.
Mit Hilfe einer solchen Anordnung kann die Dämpfung der Oberflächenwelle durch
die Anwesenheit der Flüssigkeit gemessen werden. Je mehr Flüssigkeit sich in dem
von der Oberflächenwelle überstrichenen Bereich befindet, desto größer ist die
Dämpfung. Mit Hilfe einer Kalibrierung und/oder entsprechender Auswerteelektronik
läßt sich so die Ausdehnung der Flüssigkeitsmenge in dem sich verjüngenden
Messbereich und damit der Innendruck bzw. der Füllstand in dem angrenzenden
Tröpfchen bestimmen.
Eine besonders einfache Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst sowohl
für die Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung als auch für die Oberflächenwel
lendetektionseinrichtung so genannte Interdigitaltransducer. Dies sind flächig auf
gebrachte Elektroden mit fingerartig ineinander greifenden Strukturen. Durch Anle
gen eines elektrischen Wechselfeldes lässt sich eine Oberflächenwelle generieren,
die senkrecht zu den ineinander greifenden Fingern entlang der Oberfläche abge
strahlt wird. Die Wellenlänge dieser Oberflächenwelle wird durch den Fingerab
stand bestimmt. Die Resonanzfrequenz ergibt sich in an sich bekannter Weise als
Quotient der Oberflächenwellenschallgeschwindigkeit und der Wellenlänge, die
durch den Fingerabstand bestimmt ist. Als vorteilhaft haben sich Frequenzen im
Bereich von einigen 10 MHz bis zu einigen 100 MHz erwiesen.
Mit solchen Interdigitaltransducern sowohl für die Oberflächenwellenerzeugungs
einrichtung als auch für die Oberflächenwellendetektionseinrichtung lässt sich die
Ausdehnung der Flüssigkeitsmenge auf den sich verjüngenden Messbereich über
die Stärke der Dämpfung bestimmen, die von der Gesamtmenge der Flüssigkeit auf
dem von der Oberflächenwelle überstrichenen Bereich abhängt.
Bei einer anderen Ausgestaltung weisen die Interdigitaltransducer einen nichtkon
stanten Fingerabstand auf. Z. B. kann sich der Abstand der ineinander greifenden
Finger entlang der Achse des Interdigitaltransducers linear erweitern. Hier wird die
Resonanzbedingung abhängig vom Fingerabstand bei einer bestimmten Frequenz
nur an einem sehr definierten Ort senkrecht zu der Achse des Interdigitaltransdu
cers abgestrahlt. Durch Verändern der Frequenz des an den oberflächenwellen
erzeugenden Interdigitaltransducer angelegten Wechselfeldes kann also die Stelle
des lateral sich verjüngenden Messbereiches ausgewählt werden, die von der
Oberflächenwelle getroffen wird. Je nachdem, ob sich an dieser Stelle Flüssigkeit
befindet oder nicht, wird die Oberflächenwelle unterschiedlich gedämpft. Auf diese
Weise kann festgestellt werden, wie weit sich die Flüssigkeit bereits in den sich
verjüngenden Messbereich ausgebreitet hat.
Zur Erzeugung von Oberflächenwellen ist der Einsatz eines piezoelektrischen Sub
strates oder eines Substrates mit einem piezoelektrischen Bereich vorteilhaft. Dabei
kann der piezoelektrische Bereich z. B. durch Beschichten mit einem piezoelektri
schen Material auf einem ansonsten nicht piezoelektrischen Substrat erzeugt wer
den. Es ist dabei ausreichend, wenn das Substrat im Bereich der Oberflächenwel
lenerzeugungseinrichtungen piezoelektrisch ist. Die Oberflächenwelle wird sich
dann auch in dem nicht piezoelektrischen Bereich ausbreiten.
Bei einer anderen Ausgestaltung ist eine Kapazitätsmesseinrichtung vorgesehen,
die derart ausgestaltet ist, dass sie die Änderung der Kapazität durch die Änderung
der Flüssigkeitsmenge auf dem sich lateral verjüngenden Messbereich bestimmen
kann. Kapazitive Messungen lassen sich leicht durchführen und bieten eine genaue
Möglichkeit zur Bestimmung der Flüssigkeitsmenge. Bei einer vorteilhaften einfa
chen Ausgestaltung sind seitlich des sich lateral verjüngenden Messbereiches
Elektroden vorgesehen, zwischen denen die Kapazität gemessen wird, die sich
durch die Anwesenheit von Flüssigkeit auf dem lateral sich verjüngenden Messbe
reich verändert.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine optische Messeinrichtung vorgesehen,
um die Ausdehnung der Flüssigkeitsmenge auf dem sich verjüngenden Messbe
reich zu bestimmen. Eine solche optische Messeinrichtung gestattet eine direkte
Beobachtung der Änderung der Flüssigkeitsmenge. Sie kann z. B. eine Kameraein
richtung umfassen oder eine Lichtleitereinrichtung, die zu einer Kameraeinrichtung,
z. B. einer CCD-Kamera, geführt wird. Eine solche Anlage ermöglicht die direkte
Beobachtung z. B. auf einem Bildschirm. Alternativ kann die Ablenkung, Schwä
chung oder Abblockung eines Lichtstrahles, z. B. eines Laserlichtstrahles, durch das
Vorhandensein der Flüssigkeitsmenge in dem lateral sich verjüngenden Messbe
reich festgestellt werden. Ebenso kann eine Leuchtdiodenreihe oder ein Leuchtdio
denfeld vorgesehen sein, das derart angeordnet ist, dass je nach Ausbreitungslän
ge der Flüssigkeitsmenge auf dem Messbereich das Licht einer unterschiedlichen
Anzahl von Leuchtdioden auf ein oder mehrere Messfelder gelangt. Aus der Anzahl
der Leuchtdioden, deren Licht nicht durch die Flüssigkeitsmenge abgeblockt oder
geschwächt wird, kann auf die Ausbreitungslänge geschlossen werden.
Für eine besonders genaue Messung kann bei allen Ausführungsformen eine ge
gebenenfalls durch entsprechende Software programmierte Auswerteelektronik zur
Erfassung der einzelnen Messgrößen gemäß der bevorzugten Ausführungsformen
vorgesehen sein, die aus den Messsignalen zunächst die Ausbreitungslänge der
Flüssigkeit in dem sich verjüngenden Messbereich bestimmt und daraus den In
nendruck bzw. die Flüssigkeitsmenge des gesamten auf dem Aufenthaltsbereich
befindlichen Flüssigkeitströpfchens oder ihre Geschwindigkeit errechnet.
Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das erfin
dungsgemäße Verfahren werden im folgenden anhand der beiliegenden Figuren im
Detail erläutert. Dabei wird als Messeinrichtung zur Bestimmung der Ausdehnung
der Flüssigkeitsmenge beispielhaft eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung
dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der Festkörper
oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2a eine schematische Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausfüh
rungsform mit einer Flüssigkeitsmenge,
Fig. 2b eine schematische Teildraufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer anderen Flüssigkeitsmenge, und
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperoberfläche mit einer
weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine Festkörperoberfläche mit einer
Weiterbildung der Ausführungsform der Fig. 3.
In Fig. 1 ist die Draufsicht auf eine Oberfläche einer erfindungsgemäßen Vorrich
tung schematisch gezeigt. Die gesamte Anordnung befindet sich auf einem Fest
körpersubstrat, wie es z. B. aus der Halbleitertechnologie bekannt ist. Die Bereiche
1, 3 bezeichnen einen bevorzugten Aufenthaltsbereich der zu untersuchenden
Flüssigkeit auf der Festkörperoberfläche. Der bevorzugte Aufenthaltsbereich 1, 3
hat andere Benetzungseigenschaften als die umgebende Oberfläche des Festkör
pers, die so gewählt sind, dass die zu vermessende Flüssigkeit sich bevorzugt dar
auf aufhält. Bei einer wässrigen Lösung ist die Oberfläche des Aufenthaltsbereiches
1, 3 z. B. hydrophil im Vergleich zu der Oberfläche des restlichen Festkörpers. Dies
kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Festkörperoberfläche in den umge
benden Bereichen silanisiert und dadurch hydrophob wird.
Ein typisches Maß für die maximale Breite 4 des Teilbereiches 3, der als Messbe
reich dient, sind einige Mikrometer bei der Behandlung von Pikolitermengen. Bei
größeren Mengen können die Abmessungen entsprechend skaliert werden.
Benachbart zu dem sich lateral verjüngenden Messbereich 3 befinden sich Interdi
gitaltransducer 5 und 7. Bei der gezeigten Ausgestaltung wird der Transducer 5 zur
Generierung einer Oberflächenwelle eingesetzt, die in Richtung 21 abstrahlt und
den Messbereich 3 durchläuft. Der Transducer 7 dient zur Detektion der Oberflä
chenwelle. Selbstverständlich kann auch der Interdigitaltransducer 7 zur Generation
der Oberflächenwelle eingesetzt werden und der Transducer 5 zur Detektion.
Der Interdigitaltransducer 5 besteht aus Elektrodenstrukturen 9, 11, die Fortsätze
haben, die fingerartig ineinander greifen. Die Transducer umfassen eine große An
zahl von Fingern, von denen nur einige schematisch und nicht maßstabsgetreu
dargestellt sind. Die ineinander greifenden Fingerstrukturen sind mit 17 bezeichnet.
Analog umfasst der Empfangstransducer 7 Elektroden 13 und 15 mit fingerartigen
Fortsätzen 19.
Die gesamte Struktur befindet sich auf der Oberfläche eines Festkörpersubstrats,
das z. B. piezoelektrisches LiNbO3 oder Quarz umfasst. Alternativ kann auf einem
nicht piezoelektrischen Substrat eine piezoelektrische Schicht, etwa ZnO aufge
bracht sein. Die Elektroden 9, 11, 13 und 15 werden mit bekannten Verfahren kon
taktiert, um zum einen ein elektrisches Wechselfeld an die Elektroden 9 und 11 an
zulegen und an den Elektroden 13 und 15 die ankommende Oberflächenwelle de
tektieren zu können. In nicht gezeigter Weise sind dazu die Elektroden 9 und 11 mit
einer Hochfrequenzquelle verdrahtet. Andererseits sind die Elektroden 13 und 15 in
nicht gezeigter Weise mit einem Messgerät zum Nachweis der Hochfrequenzspan
nung verbunden.
Abweichend hiervon können die jeweiligen Elektroden mit einer Antenneneinrich
tung verbunden sein, die eine drahtlose Ansteuerung durch Einstrahlen eines elektromagnetischen
Wechselfeldes ermöglicht. Analog kann der Empfangstransducer
drahtlos ausgelesen werden.
Fig. 2 zeigt einen Flüssigkeitstropfen 23 auf dem Teilbereich 1 der Vorrichtung ge
mäß Fig. 1. Ein Teil 27 des Flüssigkeitstropfens breitet sich in den Messbereich 3
aus. Durch die beschriebene Wirkung der Oberflächenspannung des Flüssigkeits
tröpfchens ist diese Ausbreitung begrenzt.
In Fig. 2b ist der Zustand mit einer größeren Flüssigkeitsmenge 25 gezeigt. Auf
grund des höheren Innendruckes breitet sich der Teil 29 des Flüssigkeitströpfchens
weiter in den Messbereich 3 aus. Die größere Flüssigkeitsmenge lässt sich z. B.
über einen hier nicht gezeigten bevorzugten Aufenthaltsbereich in Form einer Lei
terbahn, die mit dem Bereich definierter Fläche 1 verbunden ist, aufbringen.
Nicht gezeigt ist jeweils eine mögliche Ankopplung des bevorzugten Aufenthaltsbe
reichs 1 z. B. mittels eines weiteren bevorzugten Aufenthaltsbereichs in Form von
z. B. einer Leiterbahn an ein mikrofluidisches System, in dem verschiedene Funk
tionen ein "Lab-on-a-chip" realisiert sind oder verschiedene Reaktionen stattfinden
können. Über diesen weiteren bevorzugten Aufenthaltsbereich lässt sich der Be
reich 1 auch befüllen. Dieser Bereich muss eng genug sein, dass er aufgrund sei
ner Oberflächenspannung von der Flüssigkeit im Normalfall nicht überwunden wird.
Durch äußere Impulseinwirkung, z. B. durch eine Oberflächenwelle, kann der Flüs
sigkeitstropfen diese Engstelle überwinden und auf die Fläche 1 gelangen.
Jenseits einer solchen Engstelle kann sich ein Reservoir befinden, das durch eine
größere Fläche mit den gleichen Benetzungseigenschaften wie der Aufenthaltsbe
reich 1 gebildet wird. Darauf kann eine größere Menge der Flüssigkeit gelagert
werden. Durch äußere Impulseinwirkung z. B. einer Oberflächenwelle kann aus die
sem Reservoir eine Flüssigkeitsmenge über die beschriebene Engstelle in den Auf
enthaltsbereich 1 getrieben werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Messanord
nung kann der Füllstand der Flüssigkeit auf dem Aufenthaltsbereich 1 bestimmt
werden. Ist ein gewünschter Wert erreicht, kann die äußere Impulseinwirkung beendet
werden, so dass keine weitere Flüssigkeit auf den Aufenthaltsbereich 1 ge
langen kann. Auf diese Weise ist die Definition einer gewünschten Flüssigkeits
menge sehr genau möglich. Alternativ kann der Aufenthaltsbereich 1 auch z. B. mit
einer Pipette befüllt werden. Eine genaue Vorgabe der Flüssigkeitsmenge ist nicht
notwendig, da mit zuvor bestimmten Eichwerten im Nachhinein mit der erfindungs
gemäßen Vorrichtung die Flüssigkeitsmenge genau bestimmt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann
wie folgt eingesetzt werden. Auf den Teilbereich 1 definierter Fläche des Aufent
haltsbereiches 1, 3 wird ein Flüssigkeitstropfen der zu vermessenden Flüssigkeit
aufgebracht. Diese Flüssigkeit kann z. B. eine Pufferlösung sein, in der sich die
später zu analysierende Materie befindet. Es entsteht z. B. ein Zustand, wie er in
der Fig. 2a gezeigt ist. An den Interdigitaltransducer 5 wird z. B. bei einem Finger
abstand von einigen Mikrometern ein Hochfrequenzfeld einiger 100 MHz angelegt,
das zur Generierung einer Oberflächenwelle senkrecht zu der Fingerstruktur 17
führt. Diese Oberflächenwelle läuft durch den Messbereich 3. Aufgrund des Vor
handenseins der Flüssigkeitsmenge 27 auf dem Messbereich 3 wird die Oberflä
chenwelle teilweise gedämpft. Insofern wird von dem Interdigitaltransducer 7 eine
andere Oberflächenwellenstärke gemessen, als wenn sich keine Flüssigkeitsmenge
auf dem Messbereich 3 befindet. Die Detektion der Oberflächenwelle findet mit be
kannten Verfahren der Hochfrequenzmesstechnik statt.
Aus dem Signal bzw. der Änderung des Signals durch die Anwesenheit der Flüs
sigkeitsmenge 27 auf dem Messbereich 3 kann bestimmt werden, wie weit sich die
Flüssigkeitsmenge 27 in dem Messbereich 3 ausgebreitet hat. Je größer die Aus
breitung ist, desto stärker ist die Dämpfung. Z. B. aufgrund vorher bestimmter Kali
brierungswerte, kann aus dem Wert für die Ausbreitungslänge der Flüssigkeit auf
dem Messbereich 3 auf den Innendruck in dem Flüssigkeitströpfchen 23 bzw. auf
die Füllmenge des Flüssigkeitströpfchens 23 geschlossen werden. Z. B. ist bei der
Darstellung der Fig. 2b ein größeres Flüssigkeitströpfchen 25 aufgebracht. Das
Flüssigkeitströpfchen kann den bevorzugten Aufenthaltsbereich 1, 3 nicht verlas
sen, so dass seine Höhe bei größerer Menge zunehmen wird. Insofern erhöht sich
der Innendruck in dem Flüssigkeitströpfchen. Eine größere Ausbreitung in den
Messbereich 3 ist die Folge, was sich in der größeren Flüssigkeitsmenge 29 wider
spiegelt. Wird durch diese größere Menge 29 eine Oberflächenwelle geschickt, so
wird diese Oberflächenwelle stärker gedämpft und es kann wiederum auf die Men
ge der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitströpfchen 25 geschlossen werden.
Werden als Transducer so genannte getaperte Interdigitaltransducer mit nicht kon
stantem Fingerabstand eingesetzt, so kann mit der Frequenz genau der Ort der
Abstrahlung der Oberflächenwelle senkrecht zur Richtung 21 bestimmt werden.
Durchfahren der Frequenz verschiebt Ort der Abstrahlung der Oberflächenwelle
entlang der Achse des Interdigitaltransducers. Die Achse ist dabei als zentrale Ver
bindungslinie zwischen den Kontaktpads der Elektroden definiert. Die Oberflä
chenwelle zeigt auf der hier relevanten Längenskala von einigen Millimetern nur
eine geringe Divergenz, so dass der Ort der Abstrahlung der Oberflächenwelle
auch den Ort ihres Auftreffens auf dem Messbereich 3 bestimmt.
Trifft die Oberflächenwelle auf einen Bereich des Messbereiches 3, auf dem sich
keine Flüssigkeit befindet, so bleibt die Oberflächenwelle im wesentlichen unge
dämpft. Bewegt sich die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle durch Ände
rung der Frequenz an dem Interdigitaltransducer jedoch in einen Bereich des
Messbereiches, auf dem sich Flüssigkeit 27, 29 befindet, so wird die Oberflächen
welle dieser Frequenz gedämpft. Durchfahren der Frequenz ermöglicht es also di
rekt festzustellen, an welcher Stelle sich das Ende der Flüssigkeitsmenge 27, 29
auf dem Messbereich 3 befindet. Eine Auswertung kann wiederum mit einer elek
tronischen Recheneinheit und/oder einer Kalibrierung erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform zur Messung der Geschwindigkeit einer Flüssig
keitsmenge. 100 bezeichnet einen lang gestreckten Aufenthaltsbereich, der eben
falls durch Modulation der Benetzungseigenschaften definiert wird, wie der Aufent
haltsbereich 1, 3 in den obigen Ausführungsformen. Seitlich schließt sich an diesen
Aufenthaltsbereich 100 ein Messbereich 3 an, wie er auch bei den Ausführungsformen
der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Seitlich des Messbereiches 3 be
finden sich wieder Interdigitaltransducer 5 und 7.
Fließt eine Flüssigkeitsmenge auf dem Aufenthaltsbereich 100 z. B. in Richtung
101, ist der statische Druck um so geringer, je höher die Fließgeschwindigkeit ist.
Die Flüssigkeitsmenge dringt um so weiter in den Messbereich 3 ein, je höher der
statische Druck ist. Die Messung der Ausbreitungslänge der Flüssigkeit in dem late
ral sich verjüngenden Messbereich 3 gestattet also einen Rückschluss auf den in
der Flüssigkeit auf dem Aufenthaltsbereich 100 herrschenden hydrostatischen
Druck. Z. B. kann wiederum mit einer elektronischen Rechnereinheit zunächst aus
der Ausbreitungslänge auf dem Messbereich 3 auf den hydrostatischen Druck ge
schlossen werden und dann mit Hilfe einer durch Kalibrierung erhaltenen Zuord
nung auf die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Bereich 100 geschlossen wer
den.
In Fig. 4 ist eine Weiterbildung gezeigt, mit der die Geschwindigkeit einer Flüssig
keitsmenge bestimmt werden kann. Es bestehen zumindest zwei Teilbereiche 100,
200 unterschiedlicher Dicke d1, d2. Eine Flüssigkeitsmenge bewegt sich auf dem
Teilbereich 100 größerer Breite mit einer niedrigeren Geschwindigkeit in Richtung
101, als in dem engeren Teilbereich 200 der Breite d2. Die Geschwindigkeit in die
sem Bereich 200 in Richtung 102 ist nach dem Bernoullischen Gesetz höher.
An jeden der Teilbereiche schließt sich ein eigener lateral sich verjüngender Meß
bereich 3, 300 an. Jedem dieser Meßbereiche sind jeweils zwei Interdigitaltransdu
cer 5, 7 bzw. 50, 70 zugeordnet, um die Ausbreitung einer Flüssigkeitsmenge auf
dem lateral sich verjüngenden Meßbereich 3, 300 wie oben beschrieben zu mes
sen. Die Summe aus hydrostatischem Druck und dem Staudruck, der von der Ge
schwindigkeit der Flüssigkeit abhängig ist, ist in beiden Teilbereichen nach dem
Bernoullischen Gesetz gleich. Durch die zwei parallelen Messungen kann durch
Gleichsetzen der Summen des hydrostatischen Druckes und des Staudruckes in
dem jeweiligem Teilbereich die Geschwindigkeit absolut abgeschätzt werden.
Die Bewegung der Flüssigkeit auf dem Aufenthaltsbereich kann auf verschiedene
Weisen erzeugt werden, z. B. durch Mikropumpen, durch elektrokinetische Verfah
ren oder auch durch Impulsübertrag einer Oberflächenwelle.
Selbstverständlich können auch bei diesen Ausführungsformen andere, z. B. kapa
zitive, resistive oder optische Einrichtungen zur Vermessung der Ausbreitungslänge
der Flüssigkeit auf dem lateral sich verjüngenden Messbereich 3 vorgesehen sein.
Auch die Vermessung der Ausbreitungslänge mit Hilfe getaperter Interdigitaltrans
ducer ist möglich.
In allen beschriebenen Ausführungsformen sind die Größenverhältnisse nicht not
wendigerweise maßstabsgetreu. Auch die genaue Form der einzelnen Elemente
muss nicht den beschriebenen Ausführungsformen entsprechen oder der Messbe
reich 3 z. B. nicht vollständig in einer Spitze enden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist
es möglich, eine Flüssigkeitsmenge auf einer Festkörperoberfläche sehr genau zu
bestimmen. Dabei kann die Flüssigkeitsmenge selbst oder auch der Innendruck in
einem Flüssigkeitströpfchen bestimmt werden. Bei einer nachfolgenden z. B. chemi
schen oder physikalischen Analyse der Flüssigkeitsmenge ist also das Volumen
bzw. die Menge genau bekannt, so dass quantitative Analysen problemlos möglich
sind.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist
es auch möglich, den hydrostatischen Druck und/oder die Geschwindigkeit einer
kleinen Flüssigkeitsmenge auf der Festkörperoberfläche zu messen.
Die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung lassen sich selbstverständlich
auch kombinieren, um ein Gesamtsystem zu bilden. Ebenso können die einzelnen
Elemente Teil eines größeren Gesamtsystems ggf. auf einem einzigen Chip sein,
das neben den erfindungsgemäßen Ausführungsformen noch andere Mess- und
Analyse- oder Synthesestationen im Sinne eines "Lab-on-the-chip" aufweist. Gerade
zur Bewegung und Vermessung von kleinen Flüssigkeitsmengen auf derartigen
integrierten Systemen sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren
besonders vorteilhaft einsetzbar.
Claims (32)
1. Vorrichtung zur Vermessung kleiner Flüssigkeitsmengen und/oder deren Be
wegung auf Festkörperoberflächen mit
einem Substrat mit einer Festkörperoberfläche,
mindestens einem Aufenthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) auf der Fest körperoberfläche, dessen Material derart ausgewählt ist, dass der Auf enthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) andere Benetzungseigenschaften aufweist als die umgebende Festkörperoberfläche, so daß sich die zu vermessende Flüssigkeit bevorzugt auf dem Aufenthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) aufhält, wobei der Aufenthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) einen Messbereich (3, 300) aufweist, der sich lateral verjüngt, und
mindestens einer Messeinrichtung (5, 7, 50, 70) zur Bestimmung der Ausdehnung einer Flüssigkeitsmenge (27, 29) entlang des sich verjün genden Messbereiches (3, 300).
einem Substrat mit einer Festkörperoberfläche,
mindestens einem Aufenthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) auf der Fest körperoberfläche, dessen Material derart ausgewählt ist, dass der Auf enthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) andere Benetzungseigenschaften aufweist als die umgebende Festkörperoberfläche, so daß sich die zu vermessende Flüssigkeit bevorzugt auf dem Aufenthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) aufhält, wobei der Aufenthaltsbereich (1, 3, 100, 200, 300) einen Messbereich (3, 300) aufweist, der sich lateral verjüngt, und
mindestens einer Messeinrichtung (5, 7, 50, 70) zur Bestimmung der Ausdehnung einer Flüssigkeitsmenge (27, 29) entlang des sich verjün genden Messbereiches (3, 300).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Messeinrichtung
mindestens eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung (5, 50) auf der Festkörperoberfläche, die derart angeordnet ist, dass eine damit er zeugte Oberflächenwelle seitlich auf den sich verjüngenden Messbereich (3, 300) geschickt werden kann, und
mindestens eine Oberflächenwellendetektionseinrichtung (7, 70), die derart angeordnet ist, dass sie eine von der Oberflächenwellenerzeu gungseinrichtung (5, 50) generierte Oberflächenwelle detektieren kann, die durch den sich verjüngenden Messbereich (3, 300) geschickt wird,
umfasst.
mindestens eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung (5, 50) auf der Festkörperoberfläche, die derart angeordnet ist, dass eine damit er zeugte Oberflächenwelle seitlich auf den sich verjüngenden Messbereich (3, 300) geschickt werden kann, und
mindestens eine Oberflächenwellendetektionseinrichtung (7, 70), die derart angeordnet ist, dass sie eine von der Oberflächenwellenerzeu gungseinrichtung (5, 50) generierte Oberflächenwelle detektieren kann, die durch den sich verjüngenden Messbereich (3, 300) geschickt wird,
umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die mindestens eine Oberflächenwel
lenerzeugungseinrichtung (5, 50) und die mindestens eine Oberflächenwel
lendetektionseinrichtung (7, 70) Interdigitaltransducer umfassen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Interdigitaltransducer (5, 7, 50, 70)
einen nicht konstanten Fingerabstand aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die zur Oberflächenwellener
zeugung ein piezoelektrisches Substrat bzw. ein Substrat mit mindestens ei
nem piezoelektrischen Bereich umfasst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Messeinrichtung mindestens eine
Kapazitätsmesseinrichtung zur Bestimmung der Änderung der Kapazität
durch die Änderung der Menge der Flüssigkeit (27, 29) auf dem sich verjün
genden Messbereich (3, 300) umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die mindestens eine Kapazitätsmessein
richtung zwei seitlich zu dem sich verjüngenden Messbereich (3, 300) ange
ordnete Elektroden zur Messung der Kapazität zwischen sich umfasst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Messeinrichtung mindestens eine
optische Messeinrichtung zur optischen Bestimmung der Menge von Flüssig
keit (27, 29) auf dem sich verjüngenden Messbereich (3, 300) umfasst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Messeinrichtung mindestens eine
resistive Messeinrichtung zur Bestimmung der Menge von Flüssigkeit (27, 29)
über ihren Widerstand und/oder Leitfähigkeit auf dem sich verjüngenden
Messbereich (3, 300) umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Modulation der
Benetzungseigenschaften durch mindestens einen hydrophoben und minde
stens einen im Vergleich dazu hydrophilen bzw. mindestens einen lipophoben
und mindestens einen im Vergleich dazu lipophilen Bereich realisiert wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Bereiche unter
schiedlicher Benetzungseigenschaften lithographisch definiert sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Bereiche unter
schiedlicher Benetzungseigenschaften durch laterale mikro- oder nanostruktu
rierte Bereiche definiert sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Bereiche unter
schiedlicher Benetzungseigenschaften durch entsprechende Funktionalisie
rung und/oder Beschichtung definiert sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der zur Modulation der Benetzungseigen
schaften zumindest ein Bereich silanisiert ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Messbereich (3,
300) eine größte Breite (4) von einigen hundert Mikrometern aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der Messbereich (3,
300) eine kleinste Breite (4) von einigen Nanometern aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der Aufenthaltsbe
reich (1, 3, 100, 200, 300) einen sich an den Messbereich (3, 300) anschlie
ßenden im wesentlichen konvexen Teilbereich (1) definierter Fläche umfasst.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei dem der konvexe Teilbereich (1) im we
sentlichen rund ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der der Meßbereich (3,
300) sich seitlich an einen langgestreckten Teilbereich (100, 200) des Aufent
haltsbereiches anschließt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Aufenthaltsbereich einen ersten
langgestreckten Teilbereich (100) erster Breite (d1) und einen zweiten langge
streckten Teilbereich (200) zweiter Breite (d2) umfaßt, wobei sich sowohl an
den ersten als auch an den zweiten Teilbereich seitlich ein lateral sich verjün
gender Meßbereich (3, 300) mit jeweils zumindest einer Meßeinrichtung (5, 7;
50, 70) zur Bestimmung der Ausdehnung einer Flüssigkeitsmenge entlang
des jeweiligen Meßbereiches (3, 300) anschließt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die mindestens eine Ein
richtung zur Änderung der Temperatur umfasst.
22. Verfahren zur Vermessung kleiner Flüssigkeitsmengen und/oder deren Bewe
gung, bei dem die Ausbreitung einer kleinen Flüssigkeitsmenge (27, 29) auf
einem Messbereich (3, 300) einer Festkörperoberfläche vermessen wird, wobei
der Messbereich (3, 300) Teil eines Aufenthaltsbereiches (1, 3, 100, 200,
300) ist, dessen Benetzungseigenschaften sich von der umgebenden Fest
körperoberfläche derart unterscheiden, dass sich die Flüssigkeit (23, 25, 27,
29) bevorzugt darauf aufhält, und der Messbereich (3, 300) sich lateral ver
jüngt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Dämpfung einer Oberflächenwelle,
die den Messbereich (3, 300) durchläuft, gemessen wird, um daraus die vor
handene Flüssigkeitsmenge (27, 29) auf dem Messbereich (3, 300) zu
bestimmen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem eine Oberflächenwelle nur auf einen
Teil des sich verjüngenden Messbereiches (3, 300) geschickt wird und aus
der Stärke der Dämpfung der Oberflächenwelle auf das Vorhandensein von
Flüssigkeit auf dem von der Oberflächenwelle getroffenen Bereich geschlos
sen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, bei dem zur Erzeugung ei
ner Oberflächenwelle ein Interdigitaltransducer mit nicht konstantem Finger
abstand eingesetzt wird, so dass der Abstrahlungsort der Oberflächenwelle
von der Eingangsfrequenz abhängt, die an dem Interdigitaltransducer anliegt.
26. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die auf dem sich verjüngenden Mess
bereich (3, 300) vorhandene Flüssigkeitsmenge (27, 29) optisch bestimmt
wird.
27. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die sich auf dem sich verjüngenden
Messbereich (3, 300) befindende Flüssigkeitsmenge (27, 29) kapazitiv be
stimmt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, bei dem das Flüssigkeitsvo
lumen auf mindestens einem bevorzugten Aufenthaltsbereich (1, 3) und/oder
die Flussgeschwindigkeit durch mindestens einen bevorzugten Aufenthaltsbe
reich (100, 200) durch eine Änderung mindestens einer thermodynamischen
Zustandsgröße verändert wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei dem aus der Ausbreitung
der Flüssigkeitsmenge auf dem lateral sich verjüngenden Messbereich (3,
300) auf den hydrostatischen Druck und/oder die Geschwindigkeit einer Flüs
sigkeitsmenge geschlossen wird, die auf dem Ausbreitungsbereich (100, 200)
an dem lateral sich verjüngenden Messbereich (3, 300) vorbeifließt.
30. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 22 bis 29 zur Bestimmung des Drucks
innerhalb einer kleinen Flüssigkeitsmenge (23, 25, 27, 29).
31. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 22 bis 28 zur Bestimmung der Füll
menge eines Flüssigkeitstropfens (23, 25) auf dem Aufenthaltsbereich (1, 3).
32. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines
Verfahrens nach Anspruch 29 zur Bestimmung des hydrostatischen Drucks
und/oder der Geschwindigkeit einer sich auf dem Aufenthaltsbereich (100,
200) bewegenden Flüssigkeitsmenge.
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