DE3531719A1

DE3531719A1 - Troepfchenabgabespitze

Info

Publication number: DE3531719A1
Application number: DE19853531719
Authority: DE
Inventors: David Berkeley Calif. ASA; Maurice Asa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1986-03-27
Also published as: IT8548482A0; GB8517555D0; US4917274A; GB2164585A; FR2570294A1; GB2164585B; IL76004A0; IT1182829B

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgabevorrichtung für Fluidtröpfchen und bezieht sich insbesondere auf eine Tröpfchenabgabespitze, aus der Fluidvolumen von weniger als 20 Mikroliter (μΐ) in winzigen Fluidtröpfchen abgegeben werden, wodurch eine sehr exakte Abgabe von weniger als 5 μΐ bis herab zu einem halben Mikroliter erzielbar ist. Einige Anpassungen der Erfindung werden als Pipettenspitzen bezeichnet.

In der Vergangenheit sind viele Arten von Abgabevorrichtungen für Fluidtröpfchen verwendet worden und viele sind zu dem Zweck entwickelt worden, eine exakte Abgabe kleiner Mengen von Flüssigkeit zu versuchen. Insgesamt handelt es sich dabei um Verdrängervorrichtungen mit Kolben zum Ausquetschen der gewünschten Menge Fluid. Das Problem bei diesen Vorrichtungen besteht darin, daß ihre Herstellung teuer ist, so daß sie wiederverwendbar sein müssen, und wenn sie erneut verwendet werden, die Gefahr einer Verschmutzung mit sich bringen.

Eines der Hauptprobleme bei der Abgabe kleiner Fluidmengen ergibt sich infolge der physikalischen Erscheinungen der Kapillarwirkung und Oberflächenspannung. Diese beiden Erscheinungen bewirken allein (falls sie zu differenzieren sind) oder gemeinsam, daß das aus der Fluidabgabevorrichtung herausgedrängte Tröpfchen an Größe zunimmt, bis es ein Gewicht erreicht, um die Kohäsionskraft der Oberflächenspannung der Flüssigkeit zu überwinden und sich von der Abgabevorrichtung zu trennen. Diese Tröpfchengröße hängt von vielen Faktoren ab und ist häufig größer als die gewünschte Menge Flüssigkeit, die in ein neues Medium abgegeben werden soll. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um Abgabespitzen zu konstruieren, die verursachen, daß sich kleine Tropfen vom Ende der Spitze der Abgabevorrichtung trennen; aber diese haben keinen besonders großen Erfolg gehabt. Mit der Erfindung hingegen wird die genannte Schwierigkeit" überwunden, und es können sehr kleine Tröpfchen abgegeben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgabespitze für winzige Tröpfchen zu schaffen, die die Abgabe kleiner Fluidtröpfchen

zur exakten Abgabe genau bemessener kleiner Fluidmengen ermöglicht.

Dazu soll mit der Erfindung eine Abgabevorrichtung für winzige Tröpfchen geschaffen werden, die billig durch Hochgeschwindigkeits-Spritzgußverfahren herzustellen ist, um wegwerfbare Abgabespitzen zu erzeugen.

Die Abgabespitze für winzige Tröpfchen soll verhältnismäßig große Mengen Fluid hindurchlassen und trotzdem die Abgabe des Fluids mit sehr genauer Abtrennung beenden, damit genaue Fluidmengen abgegeben werden, wenn man sich den Abtrenngrenzen für die Abgabe des Fluids nähert.

Die Abgabespitze gemäß der Erfindung hat den Vorteil, eine äussere Verjüngung von ca. 10° am Ende zu haben, wodurch der die Spitze umgebende Werkstoff vermindert wird, um die Oberflächenspannung in den durch die Spitze abgegebenen Fluiden zu verringern.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Abgabespitze für winzige Tröpfchen geschaffen, die durch ein Luftvolumen betätigt wird. Sie weist ein längliches Röhrchen auf, dessen Abgabeende eine kleine oder enge Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser zwischen 0,3 mm und 1,0 mm hat, welche sich etwa über ein Viertel der Länge des Röhrchens erstreckt. Das Abgabeende des Körpers des Röhrchens, der die Bohrung mit gleichbleibendem Durchmesser umgibt, ist an der Stelle, an der die gleichbleibende Bohrung endet, mit einem scharfen, spitzen Winkel verjüngt, um das die Abgabespitze umgebende Material zu reduzieren. Das entgegengesetzte Ende des Röhrchens hat eine Innenbohrung von größerem Durchmesser, der erheblich größer ist als die Bohrung mit gleichbleibendem Durchmesser. Der Abschnitt des Röhrchens mit der größeren Bohrung wirkt als Vorratsbehälter zur Aufbewahrung des aus der Spitze abzugebenden Fluids. Das Fluid wird aus der Spitze mittels einer genau gesteuerten Luftdruck-Verdrängervorrichtung abgegeben, die hinter dem Fluidvorratsbehälter angeordnet ist.

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Die Spitze ist an der luftbetätigten Abgabevorrichtung befestigt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Abgabespitze für winzige Tröpfchen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Abgabespitze für winzige Tröpfchen gemäß der Erfindung weist im wesentlichen ein längliches, verjüngtes Röhrchen 11 auf. Ein Ende des Röhrchens hat eine enge Bohrung 13 von gleichbleibendem Durchmesser, die sich etwa über ein Viertel der Länge des Röhrchens erstreckt. Der Ausdruck "enge Bohrung" steht im Verhältnis zur Größe eines Fluidtröpfchens, wie es aus dem Ende eines gewöhnlichen Augentropfers aus Glas abgegeben wird und im Fall von Wasser oder einem Fluid auf Wasserbasis in manchen Fällen mehr als 3,175 mm Durchmesser (1/8 Zoll) betragen könnte.

Die Abgabevorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders angepaßt für die exakte Abgabe von Fluidvolumen zwischen 0,5 bis 200 μΐ. Die enge Bohrung hat einen Durchmesser von 0,3 bis 1,0 ram, wobei der Optimalwert für Wasser bei ca. 0,6 mm liegt. Die Länge der Abgabespitze beträgt ca. 6,5 cm, wobei die Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser etwa 1,5 cm lang ist. Die unterschiedliche Länge und der unterschiedliche Durchmesser der Bohrung hängt von der Art des in der Abcabevorrichtung zu benutzenden Fluids ab, wobei kleinere Durchmesser und kürzere Längen für stärker flüchtige Fluide von geringer Dichte benutzt werden, die niedrigere Beiwerte der Oberflächenspannung haben, während weitere Bohrungen und größere Längen den weniger flüchtigen Fluiden höherer Oberflächenspannung zugeordnet sind.

Der Körper des Röhrchens, der die Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser umgibt, hat in der Nähe eines verjüngten Abschnitts an der Abgabespitze 15 einen Bereich von insgesamt gleichbleibendem Außendurchmesser. Es scheint eine Relation zu bestehen zwischen der minimalen Werkstoffmenge an der Spitze der Abgabevorrichtung und dem geringsten Ausmaß der Affinität des abzugebenden Fluids an die Spitze. So wird durch die verjüngte Spitze die Menge des die Abgabeöffnung umgebenden Werkstoffs verringert, an dem das abzugebende Fluid haften bleiben kann. Infolgedessen scheint die Kapillarwirkung reduziert zu sein, und die Tröpfchen werden aus der Spitze in der kleinstmöglichen Größe abgegeben. Je kleiner das Tröpfchen, um so exakter kann ein Fluid bemessen oder abgegeben werden. Eine Verjüngung von 10° hat sich als optimal erwiesen unter dem Gesichtspunkt des Verhältnisses zwischen der Festigkeit der Spitze und der minimalen Werkstoffmenge.

Ein abnehmender Außendurchmesser gibt der Abgabevorrichtung Festigkeit und erfordert doch die kleinstmögliche Menge an Werkstoff bei der Herstellung. Deshalb hat das der Abgabespitze 15 entgegengesetzte Ende 17 des Röhrchens eine erweiterte Größe und ist beträchtlich größer als der Abschnitt der Spitze mit dem gleichbleibenden Durchmesser. Die Innenbohrung mit dem größeren Durchmesser bietet nicht nur Festigkeit sondern auch einen Vorratsbehälter zum Aufbewahren des Fluids, welches durch den Bohrungsabschnitt der Spitze mit dem gleichbleibenden Durchmesser abgegeben werden soll. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nimmt der Durchmesser dieser größeren Innenbohrung von ca. 7 mm zum übergang von der großen Bohrung zur konstanten Bohrung 13 ab, so daß sich eine verjüngte Innenbohrung mit Seitenwänden von verhältnismäßig konstanter Dicke ergibt. Auf einem vorherbestimmten Meßniveau kann ein übergang in der Wanddicke ausgebildet sein, um das Röhrchen exakt mit einem Fluidvolumen zu füllen.

Eine verjüngte äußere Gestalt hat bei lichtdurchlässigen Werkstoffen den Nachteil, daß das Niveau klarer Fluide im Röhrchen schwer zu erkennen ist, weshalb eine äußere Gestalt des Ab-

Schnitts des Röhrchens mit konstanter Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser bevorzugt wird. Bei den in Frage kommenden Größen und den zur Verfügung stehenden Kunststoffen hat jedoch ein Röhrchen mit dünner Wand und gleichmäßigem Durchmesser von großer Länge nicht die Festigkeit, um nach der Formgebung gerade zu bleiben, so daß eine verjüngte Gestalt im Bereich der Spitze des Fluxdvorratsbehälters, der mit einem kurzen, geraden Basisteil verbunden ist, einen bei den gegenwärtig verfügbaren Werkstoffen nötigen Kompromiß darstellt. Das weitere Ende des Röhrchens hat einen Außendurchmesser von ca. 7 mm, während die Abgabespitze einen Außendurchmesser von ca. 1,8 mm hat.

Diese verjüngte innere und äußere Gestalt erleichtert auch die Herstellung der Spitze. Die äußere Gestalt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Abgabevorrichtung weist in Längsrichtung verlaufende Verstärkerrippen 21 auf, die um die Außenfläche des weiteren Endes des Röhrchens herum angeordnet sind. In der Wand des weiteren Bohrungsabschnitts des Röhrchens ist eine kreisförmige Hinterschneidung oder ein übergang im Außendurchmesser 23 ausgebildet, um einen Meßmeniskus für das in die Abgabevorrichtung gefüllte Fluid zu bilden. Diese Hinterschneidung oder Hinterdrehung ist am Übergang des äußeren Meßdurchmessers ausgebildet.

Es hat sich erwiesen, daß diese Gestalt der Abgabespitze_/ aus welchen physikalischen Gründen auch immer_; es im Betrieb zu ermöglichen scheint, aus der Spitze ein winziges Tröpfchen abzugeben. Außerdem handelt es sich hierbei um eine Gestalt, die ohne weiteres im Spritzgußverfahren hoher Geschwindigkeit hergestellt werden kann, so daß die Spitzen wegwerfbar sind, weil die Herstellungskosten niedrig sind.

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Claims

Tröpfchenabgabespitze

Priorität: 19. September 1984 - U.S.A. - Serial No! 652 750

Patentansprüche

Tröpfchenabgabespitze,
gekennzeichnet durch ein längliches Röhrchen (11) mit einem Vorratsbehälter für Fluid an einem Ende und einer Abgabespitze am anderen Ende, die einen Abschnitt von * gleichbleibender Bohrung mit einem Innendurchmesser von ca. 0,6 mm und eine verjüngte äußere Gestalt mit einer Verjüngung * von ca. 10° hat.
2. Abgabespitze für winzige Tröpfchen, gekennzeichnet durch ein längliches Röhrchen (11), dessen Abgabeende eine kleine Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser zwischen 0,3 und 1,0 mm hat, die sich etwa über ein Viertel der Länge des Röhrchens erstreckt, wobei der Außendurchmesser der Spitze des Abgabeendes des Röhrchens unter Verringerung des die Abgabespitze umgebenden Werkstoffs unter einem scharfen spitzen Winkel verjüngt ist und das entgegengesetzte Ende des Röhrchens eine verjüngte Innenbohrung von grösserem Durchmesser zur Aufbewahrung von Fluid und einen erheblich größeren Durchmesser als die Bohrung mit gleichbleibendem Durchmesser hat.
3. Tröpfchenabgabespitze nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Außendurchmesser

über einen Teil der Länge insgesamt abnimmt und sich vom Ende des Röhrchens mit dem größeren Innendurchmesser zu dem Abschnitt des Röhrchens mit der Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser verjüngt, wobei der zuletzt genannte Abschnitt einen gleichbleibenden Außendurchmesser bis zum verjüngten Ende der Spitze hat und die Verjüngung der Spitze etwa 10° beträgt.
4. Tröpfchenabgabespitze nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die größere Innenbohrung einen abnehmenden Durchmesser hat, der zum Abschnitt des Röhrchens mit gleichbleibender Innenbohrung verjüngt ist.
5. Abgabespitze für winzige Tröpfchen, gekennzeichnet durch ein längliches Röhrchen (11), dessen eines Ende eine Bohrung mit gleichbleibendem Durchmesser hat, die sich etwa über ein Viertel der Länge des Röhrchens erstreckt, wobei der Außendurchmesser der Spitze des Abgabeendes des Röhrchens unter Verringerung des die Abgabespitze umgebenden Werkstoffs unter einem scharfen, spitzen Winkel verjüngt ist und die Verjüngung der Spitze ca. 10° beträgt, der Außendurchmesser der restlichen Länge des Abschnitts mit gleichbleibender Bohrung der Spitze konstant ist, das entgegengesetzte Ende des Röhrchens zur Aufbewahrung von Fluid eine Innenbohrung von größerem Durchmesser hat, der erheblich grosser ist als die Bohrung von gleichbleibendem Durchmesser und der Durchmesser der größeren Innenbohrung zu dem Abschnitt des Röhrchens mit gleichbleibender Innenbohrung verjüngt ist, und der Körper des Röhrchens, der die Innenbohrungen umgibt einen insgesamt abnehmenden Außendurchmesser hat, der sich über einen Abschnitt der Länge desselben vom Ende der Bohrung mit dem größeren Innendurchmesser zu dem Abschnitt des Röhrchens verjüngt, der die Bohrung mit gleichbleibendem Durchmesser enthält, wobei die Innenbohrung des Abschnitts des Röhrchens mit gleichbleibender Bohrung einen Durchmesser von ca. 0,6 mm und eine Länge von 1,5 cm aufweist.