DE2454104A1

DE2454104A1 - Mikroportionierer fuer fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2454104A1
Application number: DE19742454104
Authority: DE
Inventors: Tord Lennart Arlinger
Original assignee: LKB Produkter AB
Current assignee: Pfizer Health AB
Priority date: 1973-11-14
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1975-05-15
Also published as: JPS5089090A; FR2250983B3; SE7315416L; SE376977B; FR2250983A1

Description

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Patentanwälte Liedl, Dr. Pontani, Niith, Zeitler München 22, Steinsdorfstraße 21-22, Telefon 089/29 84 62

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LKB-Produkter AB, S-161 25, BROMMA 1 Schweden

Mikroportionierer für Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft einen Mikroportionierer für Flüssigkeiten, ein Verfahren zum Portionieren von Flüssigkeiten sowie die Verwendung des Portionierers und des Portionierungsverfahrens. Unter dem Begriff "Mikroportionierer" werden dabei sowohl Geräte nach Art eines Mikrofraktionierers als auch nach Art einer Mikrobürette verstanden.

Die Erfindung bezieht sich also ganz allgemein auf eine Vorrichtung zur Verteilung eines flüssigen Systems in Mikroportionen, das dieser Vorrichtung zugrunde liegende Verfahrensprinzip und deren Verwendung.

Beim präparativen und analytischen chemischen Arbeiten müssen ständig bestimmte Volumina eines flüssigen Systems in kleinere Volumenanteile portioniert werden. Dabei kann das flüssige System homogen sein, so dass die einzelnen abgenommenen Teilvolumina gleiche Zusammensetzung haben. Das System kann jedoch auch einen zeitlichen Zusammen-

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Setzungsgradienten aufweisen, so dass die nacheinander portionierten Teilvolumina eine voneinander abweichende Zusammensetzung haben. Das häufigste Beispiel für diesen letzten Fall ist das Fraktionieren von Säuleneluaten. Insbesondere beim präparativen Arbeiten dient die Säulenbehandlung zur Trennung mehrerer Komponenten des flüssigen Systems voneinander. Das Eluat muss dann in eine Anzahl von Fraktionen unterteilt werden, vondenen jeweils zumindest eine, in der Regel eine Folge von Fraktionen, für die verschiedenen Komponenten des aufgetrennten Gemisches repräsentativ sind.

Zum Portionieren flüssiger Systeme sind zahllose Vorrichtungen bekannt, beispielsweise zahllose Fraktionssammler. Die bekannten Fraktionssammler sind jedoch lediglich zur Volumenportionierung im Makromaßstab oder Halbmikromassstab ausgelegt, also zur Fraktionierung in Volumen bis herab zur Grössenordnung eines Zehntel Milliliters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fraktionieren oder Portionieren von Flüssigkeiten in Mikrovolumina zu schaffen, und zwar in Mikrovolumina im Bereich von Mikrolitern bis Nanolitern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Mikroportionierer für Flüssigkeiten vorgeschlagen, der erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch eine Kapillare, deren Einlassseite mit einer Flüssigkeit in einem Vorratsbehälter in Verbindung steht und deren Auslaßseite offen ist, durch Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Auslassöffnung der Kapillare und einem ihr gegenüberliegenden Ort ausserhalb der Kapillare und durch einen in geringem Abstand der Auslassöffnung der Kapillare gegenüber angeordneten Träger zur Aufnahme eines portionier-

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ten Mikroquantums der Vorratsflüssigkeit.

Das zur Lösung der Aufgabe weiterhin vorgeschlagene Verfahren zum Portionieren von Flüssigkeiten ist dadurch gekennzeichnet, dass man aus einer Vorratsflüssigkeit Tropfen gewünschten Volumens herstellt und diese durch Erzeugen einer elektrischen Potentialdifferenz zu einem Auffänger auf oder in diesen abreiset.

Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung werden vorzugsweise zum Fraktionieren von Säuleneluaten verwendet.

Mit anderen Worten liegt der Erfindung das Prinzip zugrunde, dass ein Tropfen eines Fliissigkeitssystems, der auf der Öffnung einer Kapillarrohre gebildet wird, unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes auf einen Träger übertragen wird bzw. auf diesen springt, wobei der Träger in einem vom Fachmann ohne weiteres leicht zu ermittelnden geringen Abstand der Öffnung der Kapillarrohre gegenüber angeordnet ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur, die eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, näher beschrieben.

Aus einem Vorratsbehälter 1 wird eine Vorratsflüssigkeit durch eine Pumpe 2 in eine Kapillare 3 und aus dieser herausgedrückt. Auf der^Auslassöffnung der Kapillare wird dadurch ein Tröpfchen 4 der Flüssigkeit gebildet. Die Kapillare steht vorzugsweise senkrecht aufrecht. Je nach den im Einzelfall vorliegenden Viskositäts- und Adhäsionsverhältnissen kann sie jedoch auch abwärts geneigt oder senkrecht abwärts geöffnet angeordnet sein.

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Der Träger 5 in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Filterpapierstreifen, der zwischen den Rollen 6 und 7 geführt wird und mit einer bestimmten vorgegebenen Geschwindigkeit an der Auslassöffnung der Kapillare vorbeigeführt wird. Zwischen der Auslassöffnung der Kapillare und dem Träger ist ein Luftspalt vorgesehen. Von einer Spannungsquelle 8 wird zwischen dem Träger 5 und der Kapillare 3 eine Potentialdifferenz erzeugt.

Der Vorratsbehälter 1 enthält beispielsweise ein grösseres Vorratsvolumen eines homogenen flüssigen Systems. Alternativ kann der Vorratsbehälter 1 jedoch auch eine Säule, insbesondere eine Chromatographiesäule, sein. Das flüssige System, das auf die Kapillare 3 gegeben wird, weist bei dieser Verwendung in der Regel also einen Zeitgradienten der Zusammensetzung auf.

Die Pumpe 2 ist vorzugsweise in der in der Figur gezeigten Weise zwischen dem Vorratsbehälter 1 und der Kapillare 3 angeordnet. Sie kann jedoch auch so angeordnet sein, dass sie direkt oder indirekt einen Druck auf den Inhalt des Behälters 1 ausübt und diesen Inhalt dadurch in die Kapillare 3 verdrängt. Im allgemeinsten Sinne symbolisiert die in der Figur schematisch angedeutete Pumpe 2 also lediglich eine Druckdifferenz, die in prinzipiell beliebiger Weise erzeugt werden kann. In bestimmten Fällen braucht eine besondere Vorrichtung zur Druckerzeugung überhaupt nicht vorgesehen zu sein, und zwar dann, wenn die Kohäsionskräfte innerhalb des flüssigen Systems grosser als die Adhäsionskräfte zwischen dem flüssigen System und der Kapillare sind. In diesem Fall wird das zur Portionierung durch Abreissen im Feld und Übertragen benötigte Flüssigkeitströpfchen durch die wirkenden Kapillarkräfte auf der Auslassöffnung der Kapillar« erzeugt. In entsprechender Weise kann unt<=»r geeigneten Bedingungen

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zur Bildung des Tröpfchens statt der Kapillarkräfte auch die Schwerkraft bei abwärts gerichteter Kapillare eingesetzt werden.

Das an der Auslassöffnung der Kapillarrohre gebildete Tröpfchen 4 wird dann relativ zum Träger 5 elektrisch aufgeladen. Dadurch wird bei einer bestimmten Tropfengrösse ein Überspringen des Tropfens von der Kapillare auf den Träger bewirkt. Die Grosse des Tropfens, bei der dieses Abreissen und Übertragen erfolgt, hängt im wesentlichen von der Stärke des von einem geeigneten Generator 8 erzeugten elektrischen Feldes ab. Auch die Abmessungen des Kapillarrohres 3 gehen in die Übersprungbedingungen ein.

In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Träger ein zwischen zwei Rollen laufender Streifen Filterpapier. Die Laufgeschwindigkeit des Trägers 5 wird vorzugsweise so gewählt, dass in der Aufeinanderfolge abgerissene Tröpfchen diskrete Flecke auf dem Träger bilden. Für andere Anwendungszwecke ist jedoch auch die Bildung eines kontinuierlichen Bandes auf dem Träger vorzuziehen, wobei dann der Trennungsgradient der Säule direkt dem Gradienten auf dem Träger entspricht. Durch diskontinuierlichen Vorschub wird ein Zusammenfassen einzelner Fraktionen ermöglicht. Dies kann insbesondere für preparative Zwecke vorzuziehen sein. Für wiederum andere Einsatzgebiete werden stationäre Auffangvorrichtungen oder Träger, die beispielsweise nach jedem Tropfen oder einer vorgegebenen Anzahl von Tropfen ausgewechselt werden, als erforderliche Ausbildung des Auffangträgers in Frage kommen. Der Träger kann beispielsweise auch als Reagenzglas ausgebildet sein.

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In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Spannungsgenerator 8 zwischen die Kapillare 3 und den Träger 5 geschaltet. Das elektrische Feld kann jedoch gleicherweise zwischen der Auslassöffnung der Kapillare und einer zusätzlich angeordneten Elektrode aufgebaut sein. Eine solche zusätzliche Elektrode ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und, von der Kapillarenöffnung aus gesehen, dicht vor dem Träger angeordnet.

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Claims

Patentansprüche

Mikroportionierer für Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine Kapillare (3), deren Einlass-Seite mit einer Flüssigkeit in einem Vorratsbehälter (1) in Verbindung steht und deren Auslass-Seite offen ist, durch Mittel (8) zur Erzeugung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Auslassöffnung der Kapillare und einem ihr gegenüberliegenden Ort ausserhalb der Kapillare (3) und durch einen in geringem Abstand der Auslassöffnung der Kapillare gegenüber angeordneten Träger (5) zur Aufnahme eines portionierten Mikroquantums (4) der Vorratsflüssigkeit.
2. Verfahren zum Portionieren von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass man aus einer Vorratsflüssigkeit Tröpfchen gewünschten Volumens herstellt und diese durch Erzeugen einer elektrischen Potentialdifferenz zu einem Auffänger auf oder in diesen abreisst.
3. Verwendung des Mxkroportionxerers nach Anspruch 1 oder des Portionxerungsverfahrens nach Anspruch 2 zum Fraktionieren von Säuleneluaten.
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