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Die
Erfindung betrifft Dispenser, die durch Schockwellen in einer flüssigkeitsgefüllten Kapillare sehr
kleine Tröpfchen
gleichmäßiger Größe und hoher
Geschwindigkeit erzeugen. Es sind Dispenser auf der Basis von Bubble-Jets,
Piezo-Kristallen und elektrischen Spulen (Solenoids) bekannt.
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Die
Erfindung besteht darin, dass durch konzentrisch übergestülpte Kapillaren
Flüssigkeitsoberflächen geschaffen
werden, die die Tröpfchen
stabil in der Achse der Erzeuger-Kapillare fliegen lassen.
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Dispenser
werden benutzt, um berührungslos
genau bemessene Flüssigkeitsmengen übertragen
können.
Die Übertragung
geschieht in winzigen Tröpfchen
exakt gleicher Größe. Dabei
kann die Flüssigkeit
in Gefäße pipettiert
werden, beispielsweise in Mikrotiterplatten; sie kann aber auch
auf Oberflächen
aufgebracht werden, wie beispielsweise bei Druckerköpfen. Ein
weiteres Beipiel ist das Auftragen einer genau bemessenen Menge
an Matrix-Substanz auf die Oberfläche von MALDI-Targets für die Massenspektrometrie
(MALDI = matrixunterstützte
Laser-Desorption und -Ionisation).
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Die
Dispenser erzeugen in der Regel durch eine sehr schnelle Volumenänderung
Schockwellen, die sich mit Schallgeschwindigkeit in der zentralen Kapillare
bis zu deren Ende fortsetzen und am Ende ein winziges Tröpfchen aus
der Oberfläche
herauskatapultieren. Die Volumenänderung
kann durch Spannungsänderungen
an elektrostriktivem Material in einem geeignet geformten Gefäß („Piezo-Dispenser"), durch die schlagartige
Erzeugung eines Dampfbläschens
(„Bubble-Jet") oder durch eine
spulenerzeugte Magnetwirkung auf ein magnetostriktives Material
(„Solenoid-Dispenser") erzeugt werden. Die
Größe der Tröpfchen hängt von
dem Gerät
ab, ist aber normalerweise sehr klein: sie beträgt einige zehn bis einige hundert
Picoliter. Die Durchmesser der Tröpfchen beträgt einige zehn Mikrometer.
Bei gleichmäßigem Betrieb,
der bei einigen zehn bis zu einigen zehntausend Hertz betragen kann,
werden sehr gleichmäßig große Tröpfchen hergestellt.
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Allen
Dispensern ist gemeinsam, dass sich die Flugrichtung der erzeugten
Tröpfchen
nicht genau verhersagen lässt,
weil sie von den geometrischen Mikroverhältnissen an der Kapillarenspitze
abhängt.
Ungleichmäßige Benetzung
der Kapillarenspitze mit der Dispenserflüssigkeit oder winzige Unregelmäßigkeiten
am Rand der Dispenserspitze führen
zu Flugbahnen, die nicht mehr genau in der Achse der Erzeuger-Kapillare
liegen. Für
wässrige
Dispenserflüssigkeiten,
in denen Substanzen weit entfernt von jeder Sättigung gelöst sein mögen, bleibt die Richtung aufeinanderfolgender
Tröpfchen
aber für
längere
Zeiten (Minuten bis Stunden) gleich. Aber auch hier ist die Herstellung
sehr gleichmäßig gearbeiteter
und polierter Ränder
für die
Spitzen der Dispenserkapillaren sehr aufwendig.
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Die
relativ gute Konstanz der Flugrichtung gilt nicht mehr für Dispenserflüssigkeiten
mit starken oder überwiegenden
Anteilen an organischen Lösungsmitteln,
in denen auch noch Substanzen bis nahe zur Sättigungsgrenze gelöst sein
mögen.
Durch Eintrocknen von Dispenserflüssigkeit am Benetzungsrand
entstehen sehr leicht Schmierfilme oder sogar Kristalle am Rand
der Dispenserspitze, die die Richtung der Flugbahn bestimmen. Auch
durch schnell erfolgende Benetzungsänderungen durch unsymmetrisches
Kriechen der Flüssigkeiten
zur Außenseite
der Kapillarenspitze stellen sich Änderungen der Flugrichtung
ein.
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Für Einzeldispenser
wässriger
Flüssigkeiten sind
elegante Problemlösungen
für die
Messung der Flugrichtung bekannt geworden. Beispielweise können die
Dispenser, die sich meist an einer x-y-Bewegungseinrichtung befinden,
zu einer Einrichtung mit dünnen
Drähten
quer zu den x- und y-Richtungen gefahren werden, wobei eine Berührung der
Drähte durch
die abgeschossenen Tröpfchen
zu einer Schallerzeugung führt,
die durch feine Mikrophone an den Drähten wahrgenommen werden kann.
Einzelne Dispenser lassen sich so sehr schnell wiederholt kalibrieren.
Eine solche Kalibrierung fällt
bei Verwendung organischer Lösungsmittel
jedoch weitgehend aus, da sich hier auch über kürzere Zeiten hinweg kein stabiler
Betrieb einstellt.
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In
einigen Fällen,
beipielsweise bei Druckköpfen,
die sich dicht über
dem zu bedruckenden Papier befinden, spielt die Flugrichtung eine
untergeordnete Rolle. In anderen Fällen aber, beispielsweise bei
der Belegung vieler kleiner Flecken einer MALDI-Probenträgerplatte
mit Matrix-Material unter Wahrung einer hohen Ortstreue, verhindern
die unvorhersehbaren Flugrichtungen eine erfolgreiche Benutzung
solcher Dispenser, zumal hier in der Regel aus verschiedenen Gründen eine
größere Distanz
zwischen Probenträgerplatte
und Dispenserspitze einzuhalten ist. Insbesondere aber wird die
Herstellung von Vielfach-Dispensern für die gleichzeitige Belegung
vieler Felder mit hoher Ortstreue vollkommen unmöglich.
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Die
genauen Mechanismen, die die Richtung der Tröpfchen bestimmen, sind nicht
im Einzelnen bekannt. Wir können
annehmen, dass die Flugrichtung der Tröpfchen vom Winkel abhängt, mit
dem die Schockwelle auf die Oberfläche der Flüssigkeit trifft. Beträgt dieser
Winkel genau 90°,
so wird der Tropfen genau senkrecht zur Oberfläche wegfliegen. Die Abreisskraft
für das
Tröpfchen
von der Oberfläche
liegt in der selben Richtung wie die Schockwelle und beeinflusst
daher die Flugrichtung des Tröpfchens nicht,
die Energie des Abreissens verlangsamt nur die Fluggeschwindigkeit
gegenüber
der Schockwellengeschwindigkeit. Trifft die Schockwelle dagegen nicht
senkrecht auf die Flüssigkeitsoberfläche, so
erhält
das Tröpfchen
durch die Schockwelle einen Impuls in Schockwellenrichtung, die
Abreisskraft von der Oberfläche
steht jedoch in einem Winkel zur Schockwelle. Die Abreisskraft ändert daher
die Flugrichtung des abgerissenen Tröpfchens, das ähnlich wie
bei der Brechung des Lichts jetzt unter einem kleinerem Austrittswinkel
aus der Oberfläche
austritt, als der Eintrittswinkel der Schockwelle, jeweils gemessen
als Neigungswinkel zur Oberfläche
(siehe 1). Hinzu kommt,
dass Flüssigkeitströpfchen, die
innerhalb des Endes einer Erzeuger-Kapillare aus der Oberfläche abreissen,
auch noch von Randbelegungen der Kapilareninnenseite abgelenkt werden
köännen.
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Aufgabe der
Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ausführungsform für einen
Dispenser bereitzustellen, mit der die Tröpfchen immer in der gleichen
Flugrichtung abgeschossen werden. Damit lassen sich Einzeldispenser
ohne Notwendigkeit zur oft wiederholten Richtungskalibrierung bauen.
Nach Möglichkeit
soll es sich dabei um die Richtung handeln, die durch die Erzeuger-Kapillare
vorgegeben ist. Damit lassen sich auch Vielfachdispuenser herstellen.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Es
ist der Grundgedanke der Erfindung, durch eine oder mehrere über die
Erzeuger-Kapillare koaxial übergestülpte Kapillaren
am Ende der Erzeuger-Kapillare einen Flüssigkeitsspiegel bereitzustellen,
der vollkommen und ungestört über das
Ende der Erzeuger-Kapillare hinwegreicht. Der Flüssigkeitsspiegel steht gut
senkrecht zur Achse der Erzeuger-Kapillare und ergibt eine gute
Flugrichtung in Richtung der Achse der Erzeuger-Kapillare. Insbesondere
wird verhindert, dass sich am Rand der Erzeuger-Kapillare Kristalle
bilden.
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Der
Flüssigkeitsspiegel
wird dabei durch Kapillar- und durch Benetzungskräfte erzeugt.
Für die Benetzungskräfte ist
es von Vorteil, wenn das Ende der Erzeuger-Kapillare sowohl innen
wie auch außen für die verwendete
Dispenser-Flüssigkeit
hydrophil ist. Bei Benutzung nur einer übergezogenen Kapillare kann
es weiterhin von Vorteil sein, wenn sie außen hydrophob ist, so dass
sich die Dispenserflüssigkeit nicht
an der Außenoberfläche hochziehen
kann. Es ist weiter von Vorteil (aber nicht notwendig), wenn die Kante
zwischen hydrophiler und hydrophober Oberfläche scharf ist (möglichst
schärfer
als nur 90°),
da dann die Dispenserflüssigkeit
ein weiteres Hemmnis hat, die Außenoberfläche zu erreichen (Kanten sind benetzungshemmend).
Die Benetzung soll durch die Formgebung der Kapillare bis zur scharfen
Kante reichen und so einen möglichst
gleichmäßig hohen Rand
für den
Flüssigkeitsspiegel
erzeugen, relativ weit von der Achse der Innenkapillare entfernt.
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In
anderer Ausführungsform
kann die äußere Kapillare
auch vollkommen innen und außen
hydrophil und sogar gerundet sein, um eine gleichmäßige Benetzung
zu erzeugen. Auf jeden Fall sind kleinere Form- oder Benetzungsfehler
sowie Kristallbildungen bei der äußeren Kapillare
weit weniger von Einfluss auf die Flugrichtung der Tröpfchen als
bei bisherigen Ausführungsformen
mit der Erzeuger-Kapillare als einziger Kapillare.
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Bei
mehreren übergezogenen
Kapillaren, wie in 2 dargestellt, gilt die Hydrophobie
der Außenwand
(9) und die Ausbildung einer scharfen Kante nur für die äußerste Kapillare
(7). Die inneren Kapillaren (6) einschließlich der
Erzeuger-Kapillare (5) sollten alle hydrophile Oberflächen besitzen.
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Ein
solches Überziehen
des Flüssigkeitsspiegels über die
Erzeuger-Kapillare hinweg verhindert weitgehend das Auskristallisieren
an der Spitze dieser Kapillare. Es ist damit ein weit längerdauernder
störungsfreier
Betrieb möglich
als mit bisherigen Ausführungsformen.
Für noch
längeren
Betrieb ist es günstig,
die Dispenserspitzen jeweils durch eine Kappe mit einem feinen hoch
für den
Austritt der Tröpfchen
so abzudecken, dass das Austrocknen unterbleibt.
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Dispenser
mit gutem Geradeausflug lassen sich als Vielfachpipetten ausbilden,
wie andeutungsweise in 3 dargestellt. So kann beispielsweise eine
Anordnung aus 4 × 6
= 24 Dispensern im Abstand von je 18 Millimetern dazu verwendet
werden, MALDI-Probenträgerplatten
im Mikrotiterplatten-Format mit Matrix-Substanzen zu belegen, wobei
für 96 MALDI-Flecken viermal,
für 384
Flecken 16 mal je ein Flecken dispensiert werden muss.
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Kurze Beschreibung
der Abbildungen
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1 zeigt
die Winkelverhältnisse
beim Tröpfchenabriss.
Der Einfallswinkel α der
Schockwelle (3) zur Flüssigkeitsoberfläche (1)
ist stets größer als
der Abflugwinkel β des
Tröpfchens,
weil die Abreisskraft das Tröpfchen
aus der Richtung der Schockwelle (3) in die Flugrichtung
(4) ablenkt.
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2 zeigt
das Prinzip der Erfindung einer Dispenserspitze, hier mit drei konzentrischen
Kapillaren (5), (6) und (7), die einen
Flüssigkeitsspiegel
(8) ausbilden. Die Außenseite
(9) der Außenkapillare
(7) ist hydrophob, alle anderen Oberflächen sind hydrophil.
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3 gibt
eine Batterie von drei Dispensern mit je einer Außenkapillare
(12) um die Erzeuger-Kapillare (10) wieder, mit
elektrorestriktiven Volumen (11), verdampfungsverhindenden
Kappen (13), Verbindungschläuchen (15) und einem
höhenjustierbaren
Vorratsvolumen (16) für
die Dispenserflüssigkeit.
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4 zeigt
zwei Dispenser alter Technik (links) und neuer Technik (rechts).
Die Flugrichtung der Tröpfchen
(25) wird bei der übergezogenen
Kapillare (23) durch eine unsymmetrische Randbenetzung
(24) kaum beeinflusst; die Tröpfchen werden etwas größer.
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Besonders
günstige
Ausführungsformen
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Als
Beispiel für
eine besonders günstige Ausführungsform
werde hier ein Einzel-Dispenser für die Belegung einer MALDI-Probenträgerplatte
mit Matrix-Substanzflecken beschrieben, der aber auch für eine Vielfach-Anordnung
von Dispensern geeignet ist. Es sei dabei die Aufgabe, eine Vielzahl
von Matrixflecken mit je einer dünnen
Schicht aus Matrix-Substanz zu erzeugen. Als Matrix-Substanz diene
hier beispielhaft Alpha-Cyano-4-Hydroxi-Zimtsäure (ACH), gemischt mit einem
Anteil an Zellulosenitrat, wie in der Patentschrift
DE 196 17 011 C2 (
US 5,828,063 ) beschrieben.
Das Zellulosenitrat diene hier als starker Klebstoff für die sich
bildenden, winzigen ACH-Kriställchen,
ferner als stark adsorptiver Binder für später aus wässriger Lösung aufzubringende organische
Biomoleküle,
und als explosiver Verpufferer zur Bildung einer kleinen Plasmawolke, mit
der auch die großen Biomoleküle in den
gasförmigen
Zustand überführt werden.
Das ACH dient als Protonierer für
die Biomoleküle,
also zur Ionisierung. Das Zellulosenitrat kann später in eine
stark poröse Struktur
umgewandelt werden, wie zugleich mit weiteren Vorteilen in
DE 196 17 011 C2 beschrieben.
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Als
Probenträgerplatte
diene hier eine Unterlage aus Metall oder elektrisch leitendem Kunststoff mit
einer stark hydrophoben Oberfläche,
die mit hydrophilen Ankerflächen
für die
Matrix-Flecken ausgestattet sein kann. Die Probenträgerplatte
habe dabei vorzugsweise die Größe einer
Mikrotiterplatte, um die kommerziell für die Platten entwickelte Probenvorbereitungsrobotik
verwenden zu können.
Bei einer Ausstattung mit hydxophilen Ankerflächen ist es besonders wichtig,
nur genau diese Flächen
zu belegen, aber auch bei einer Belegung einer durchgehend hydrophoben
Fläche
ist es wichtig, genau vordefinierte Orte mit bekannten Koordinaten
zu belegen.
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ACH
und Zellulosenitrat sind beide in Aceton und Acetonitril löslich und
können
daher gemeinsam auf die Probenträgerplatte
aufgebracht werden. Da diese Lösungsmittel
aber sehr schnell verdampfen, ist eine erfindunggemäße Dispenserform
besonders wichtig, da beim Verdampfen der Lösung an einer einzelnen Dispenser-Kapillarenspitze
durch Auskristallisieren sehr schnell eine Veränderung der Spitzengeometrie
eintritt und so eine Änderung
der Flugrichtung der Tröpfchen
bewirkt. Die Lösung
kristallisiert immer am Rand der Benetzung, also genau an der Kapillarenspitze
aus. Andererseits soll die Substanzlösung nicht weit von einer Sättigung
entfernt sein, damit die aufgebrachten Mikrotröpfchen sehr schnell trocknen
können.
In einigen Fällen
scheint es für
die Erzeugung eines gleichmäßigen Filmes
im Matrixflecken sogar günstig
zu sein, wenn die Tröpfchen
während
des Fluges bereits eine gewisse Verfestigung durch Auskristallisieren
erfahren.
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Der
Matrixfilm im Matrixflecken wird durch eine Vielzahl an Tröpfchen erzeugt.
Bleibt das Tröpfchen
bis zum Aufprall auf die Probenträgerplatte flüssig, so
können
einfach etwa 100 Tröpfchen
aufeinandergeschossen werden. Die Kleinheit der Tröpfchen und
die Oberflächenspannung
der Lösung
verhindern ein Verspritzen. Die Flüssigkeit benetzt dann einen
gewünscht
kleinen Flecken von einigen Hundert Mikrometern im Durchmesser,
beispielsweise genau eine hydrophile Ankerfläche. Dabei kann eine hohe Erzeugungsrate
von einigen Kilohertz eingestellt werden, so dass die Belegung in
weniger als einer Zehntel Sekunde beendet ist. Durch die leichte
Verdampfbarkeit der Lösungsmittel
trocknet der Flecken in etwa drei bis fünf Sekunden auf. Eine Probenträgerplatte
mit 384 Matrixmaterialflecken kann in etwa einer Minute belegt werden.
Für diesen
Fall genügt
in der Regel bereits ein Einzeldispenser für eine hohe Produktionsgeschwindigkeit
vorpräparierter
MALDI-Platten.
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Bei
Tröpfchen,
die während
des Fluges bereits beginnen, sich zu verfestigen, können sich
Dispensereinheit und Probenträgerplatte
durch eine Bewegungseinheit in gesteuerter Bewegung gegeneinander
verschieben. Die Tröpfchen
lassen sich dann relativ dicht aneinanderreihen. Haben die Tröpfchen einen
Durchmesser von etwa 60 Mikrometer, was einem Volumen von etwa 100
Picolitern entspricht, so reichen etwa 100 Tröpfchen aus, um einen quadratischen
Matrixflecken von 600 Mikrometern Seitenlänge zu belegen. Mit einer genügend schnellen
Bewegungseinheit und einer Schussfrequenz von 100 Tröpfchen pro
Sekunde lässt.
sich ein Flecken in einer Sekunde belegen. Schnellere Belegungen
sind möglich,
wenn die Bewegungseinheit schnell genug ist. Die optimale Geschwindigkeit
wird aber eher durch das Trocknungsverhalten gegeben. In diesem Fall
ist es günstig,
einen Vielfachdispenser zu verwenden, um auf eine hohe Produktionsgeschwindigkeit
zu kommen.
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Der
einzelne Dispenser ist, wie beispielsweise in 3 für eine Batterie
an Dispensern dargestellt, mit einer zentralen Erzeuger-Kapillare
(10) und einer konzentrischen Außenkapillare (12)
ausgestattet. (Selbstverständlich
kann hier auch eine Anordnung von drei konzentrischen Kapillaren,
wie beispielhaft in 2 dargestellt, verwendet werden). Die
zentrale Erzeuger-Kapillare (10) ist mit einem Volumen
(11) verbunden, das durch elektrostriktives Wandmaterial
auf elektrischem Wege (durch einen Spannungpuls) einer schnellen
Volumenänderung unterworfen
werden kann, wodurch die Schockwelle in der Erzeuger-Kapillare (10)
entsteht. Die Volumenänderung
kann in anderen Dispensern auch durch magnetostriktives Material
oder durch die abrupte Erzeugung von Dampfbläschen erzeugt werden. Das Volumen
(11) kann (muss aber nicht) auf der der Erzeuger-Kapillare
entgeggengesetzten Seite mit einer Kapillare (14) versehen
sein, die eine kontinuierliche Zufuhr der Dispenserflüssigkeit
gestattet. (Das Volumen kann auch abgeschlossen und einmalig mit Wasser, Öl oder einer
anderen Flüssigkeit
gefüllt sein,
die die Schockwelle weiterleitet, wobei die Zufuhr an Dispenserflüssigkeit
durch eine der konzentrisch einhüllenden
Kapillaren gesschieht).
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Die
zentrale Erzeuger-Kapillare (10) ist an ihrer Spitze leicht
abgerundet und vorzugsweise innen wie außen hydrophil. Die koaxial
angebrachte Außenkapillare
ist vorzugsweise innen hydrophil und außen hydrophob. Es ist dabei
günstig
(aber nicht notwendig), wenn die inneren Kapillaren (5, 6)
nicht ganz bis zum äußersten
Ende der Außenkapillare
(7) reichen, um so einem Flüssigkeitsspiegel (8)
Platz zu machen, der sich über
alle Innenkapillaren (5, 6) hinzieht und möglichst
senkrecht zur Achse der Erzeuger-Kapillare (5) ausbildet.
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Der
Flüssigkeitsspiegel
wird durch die Benetzung der Kapillarenenden erzeugt; seine Erzeugung
kann durch den Zuführungsdruck
der Dispenserflüssigkeit
zusätzlich
fein eingeregelt werden. Die Zwischenräume zwischen den Kapillaren
sollten eng sein, um einen Flüssigkeitsnachschub
durch Kapillarkräfte
zu ermöglichen.
Es ist nicht bekannt, wie gut die Innenkapillare innerhalb der äußeren Kapillaren zentriert
sein muss; es ist aber vermutlich ein gleichmäßiger Abstand zu bevorzugen,
damit die Achse der Innenkapillare in der Mitte des Flüssigkeitsspiegels
steht. Der Abstand sollte sehr klein sein (weniger als ein Millimeter,
vorzugsweise etwa ein halber Millimeter), um zwischen den Kapillaren
die Flüssigkeit durch
Kapillarwirkung halten und führen
zu können.
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Der
Durchmesser der Tröpfchen
steigt durch einen Flüssigkeitsspiegel,
der sich etwas vom Erzeuger-Kaüpillarenende
entfernt befindet, leicht an. Da eine leichte Durchmesseränderung bereits
eine große
Volumenänderung
ergibt, kann das Volumen der Tröpfchen
in Grenzen variiert werden. Die Variation kann durch den Außendruck
auf die Dispenserflüssigkeit
bewirkt werden.
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Die
Wirkung der übergezogenen
Kapillare wird durch die 4 noch einmal verdeutlicht.
Die Tröpfchen
(22) der Erzeuger-Kapillare (20, links) ohne übergezogene
Kapillare erleiden bei einer leicht unsymmetrischen Benetzung (21)
des Kapillarenendes bereits eine Ablenkung der Flugbahn. Bei einer übergezogenen
Kapillare (23, rechts) bewirkt dagegen eine unsymnietrische
Benetzung (24) keine merklich Abweichung der Flugbahn der
Tröpfchen (25);
die Tröpfchen
(25) sind aber ein klein wenig größer.
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Wenn
hier die Begriffe „hydrophil" oder „hydrophob" verwendet werden,
so soll das bedeuten, dass die genannte Oberfläche von der verwendeten Dispenserflüssigkeit
benetzbar beziehungsweise nicht benetzbar ist. Die Flüssigkeit
soll also in der Kapillare oder im kapillaren Spalt zwischen den
konzentrischen Kapillaren durch Kapillarkräfte bis zur Spitze aufsteigen
und sich durch Benetzung über
alle hydrophilen Oberflächen
ausbreiten. Dadurch bildet sich ein Flüssigkeitsspiegel aus, der bei
einigermaßen
gut rotationssymmetrischer Anordnung der Kapillarenspitzen in der
Achse senkrecht zur Achse der zentralen Erzeuger-Kapillare steht.
Da somit die Spitze der Erzeuger-Kapillare keinen Benetzungsrand
aufweist, tritt hier selbst bei Verdampfung von Lösungsmittel keine
Auskristallisation auf. Das Auskristallisieren tritt höchstens
bei der äußersten
Kapillare auf, wo die Wirkung der Kristalle auf die Flugrichtung
der Tröpfchen
kaum merklich ist.
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Ein
solcher Einzeldispenser zeigt bereits auch ohne die Kappe (13)
ein viel stabileres Dispensierverhalten als ein Dispenser nach bisheriger
Ausführungsform.
Der erfindungsgemäße Dispenser kann
so viele Minuten ohne das Auftreten von Störungen verwendet werden. Ein
längerdauernder
Betrieb bedarf des gelegentlichen Reinigens der Dispenserspitze,
die aber sehr einfach ist. Das Reinigen kann beispielsweise durch
kräftige
Zufuhr eines reinen Lösungsmittels
durch die äußere Kapillare
vorgenommen werden. Da in der Regel nur an dieser Kapillare Kristalle
gebildet werden, reicht eine solche Reingung aus. Auch ein Abstreifen
der Dispenserspitze an einem mit Lösungsmittel getränktem Filz kann
zur Reinigung genügen.
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Für einen
längerdauernden
Betrieb ohne Reinigungsvorgänge
ist es vorteilhaft, das Dispenserende mit einer dicht schließenden Kappe
(13) zu versehen, die nur für den Austritt der Tröpfchen eine kleine Öffnung hat.
Innerhalb der Kappe bildet sich sehr schnell ein Sättigungsdampfdruck
aus, der ein weiteres Eintrocknen verhindert. Da die fliegenden Tröpfchen sehr
klein sind, werden sie bereits auf dem Anfang ihres Fluges gegen
den Sättigungsdampfdruck
zu trocknen beginnen, da ihr Dampfdruck wegen der stark gekrümmten Oberfläche größer ist
als der Sättigungsdampfdruck
des Flüssigkeitsspiegels. Dadurch
wird das geringe Eindiffundieren von Außenluft durch das Ausschussloch
in das Kappenvoumen (13) ausgeglichen.
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Während des
Dispenser-Betriebes sind bevorzugt die konzentrischen Kapillaren
eines Dispensers alle über
Schlauchverbindungen (15) mit einem Vorratsvolumen (16)
der Dispenserflüssigkeit,
also einer Lösung
des Matrixsubstanz-Gemisches, verbunden, wie es in 3 für eine Batterie
aus drei Dispensern gezeigt ist. Diese Dispenserflüssigkeit befindet
sich in einem Volumen (16), das in der Höhe verstellbar
ist und daher so einjustiert werden kann, dass der Flüssigkeitsspiegel
am Dispenserende optimal für
das Dispensieren der Tröpfchen
ist. In anderen Anwendungsmodi (beispielsweise für das Reinigen) kann es aber
auch vorteilhaft sein, in den drei Kapillaren verschiedene Flüssigkeiten
zu verwenden. Insbesondere für
Spülvorgänge am Ende
des Dispenser-Betriebes können
verschiedene Spülflüssigkeiten
verwendet werden.
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Es
ist zweckmäßig, die
Dispenser in vertikaler Richtung zu verwenden. Die Tröpfchen können aber
zur Belegung einer Oberfläche
sowohl nach unten, wie auch nach oben fliegen. Die hier geschilderte Einrichtung
in 3 verwendet eine Schussrichtung nach oben, um
die Unterseite einer auf eine Bewegungseinrichtung aufgelegten Probenträgerplatte
mit den Matrixsubstanzflecken zu belegen. Die Probenträgerplatte
und die Bewegungseinheit sind hier nicht gezeigt, da sie für die Erfindung
nicht wesentlich sind. Die Tröpfchen
haben in Luft bei Atmosphärendruck eine
Reichweite von weit mehr als einem Dezimeter, es ist aber günstig, sie
nicht mehr als wenige Millimeter bis zum Aufprall auf die Probenträgerplatte
fliegen zu lassen.
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Für viele
Aufgaben genügt
bereits ein hier geschilderter Einzeldispenser, zumal er, wie oben
geschildert, mit hoher Tröpfchen-Erzeugungsfrequenz von
einigen Kilohertz gefahren werden kann.
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Mehrere
der geschilderten Einzeldispenser mit einer oder zwei Außenkapillaren
und mit oder ohne Kappe (13) können nun zu einer Batterie
zusammengeschlossen werden, wie beipielhaft in 3 an
drei Dispensern gezeigt. Für
schnelle Belegungen bei langsamer Tröpfchenfrequenz, wie sie für einige
Anwendungen zweckmäßig sind,
ist es sinnvoll, eine größere Anzahl
an Dispensern zusammenzuschließen.
Beispielsweise können
4 × 6
= 24 solche Einzeldispenser im Abstand von jeweils 18 Millimeter
für die
Belegung einer Probenträgerplatte im
Mikrotiterformat verwendet werden. Es sind dann für 96 Matrixflecken
genau 4 Dispensiervorgänge
mit jeweils etwa 100 Tröpfchen
notwendig; für
384 Matrixflecken sind es 16 Dispensiervorgänge; für 1536 Matrixflecken 64 Dispensiervorgänge. Bei
einer Sekunde pro Matrixfleck würde
die Probenträgerplatte mit
1536 Matrixflecken in etwa einer Minute zu belegen sein, während die
Verwendung eines Einzeldispensers unter diesen langsamen Belegungsverhältnissen
nahezu eine halbe Stunde benötigen
würde.
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Für so eine
teppichartige Belegung ist es notwendig, dass die Tröpfchen nach
dem Aufprall möglichst
schnell trocknen. Um die Tröpfchen
möglichst rasch
zu trocknen (damit nicht alle Tröpfchen
einfach ineinanderfließen),
ist es zweckmäßig, die
Probenträgerplatte
vor der Belegung zu erhitzen und den Zwischenraum zwischen Probenträgerplatte
und Dispenserein heit (also den abdeckenden Kappen) mit warmer, gur
gefilterter Luft durchstreichen zu lassen. Dazu kann die Dispensereinheit
bereits mit entsprechenden Luft-Zuführungs- und Abführungssystemen versehen
sein.
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Die
Vorteile der Erfindung sind: Es ist robusteres Dispensieren mit
problematischeren Lösungen als
mit Einzelkapillaren möglich;
auch Lösungen nahe
der Sättigungskonzentration
können
eingesetzt werden. Es ist einfachere Fertigung der Kapillaren möglich, denn
man braucht nicht mehr die äußerste Präzision für die Herstellung
der Düsenöffnung und aufwändige Oberflächenbearbeitung
der Kapillare, so wie bei herkömmlichen
Dispenser-Kapillaren. Es können
größere Tropfen
hergestellt werden.