FI86229C - Foerfarande foer formning av ett uppvaermbart och nedkylbart element vid ett system behandlande smao vaetskemaengder samt ett medelst foerfarandet framstaellt element. - Google Patents

Description

1 86229

Menetelmä lämmitettävän ja jäähdytettävän elementin muodostamiseksi pieniä neste-eriä käsittelevään järjestelmään sekä menetelmällä valmistettu elementti Tämän keksinnön kohteena on menetelmä lämmitettävän ja jäähdytettävän elementin muodostamiseksi pieniä neste-eriä käsittelevään järjestelmään, johon elementtiin järjestetään virtauskanavia niihin mahdollisesti liittyvine nestetiloi-neen ja joka elementti kytketään useammista kohdista toiminnallisesti jäähdyttimeen ja lämmittimeen.

FI-patenttijulkaisusta 57850 tunnetaan neste-erien käsittelymenetelmä ja -laitteisto, jossa käsittely tapahtuu säilytys- tai käsittelytiloista ja niitä yhdistävistä kanavista muodostuvassa järjestelmässä, jossa kukin tilojen välisistä kanavista on varustettu ainakin yhdellä jäädyttämällä suljettavalla hanalla. Kukin hana on yhdistetty jatkuvasti toimivaan jäähdyttimeen ja varustettu erillisellä sähköisellä lämmityselimellä siten, että lämmityselin toimiessaan pitää hanan lämpötilan käsiteltävän nesteen jäätymispisteen yläpuolella, jolloin hana on avoimena, ja toiminnan lakatessa päästää hanan jäätymään umpeen. Järjestelmässä tapahtuva nesteen käsittely, joka perustuu neste-erien siirtelyyn pai-·1·.. ne-eron avulla tiloista toisiin, on tällöin aikaansaatavissa .1·1. hanojen lämmityselimiin kohdistuvalla sähköisellä ohjauksel- la. Julkaisun mukainen laitteisto on tarkoitettu erityisesti automaattiseksi analysaattoriksi, jossa neste-erien käsittely tapahtuu tilojen välisten paine-erojen ja lämmityselinten elektronisen ohjauksen varassa ilman minkäänlaisia liikkuvia mekaanisia osia.

·**; FI-patenttijulkaisun 57850 mukaan jäädyttämällä suljettavat : : : hanat muodostetaan asettamalla toisiaan vasten kaksi kappa letta niin, että hanat syntyvät kappaleiden vastakkaisten pintojen väliin. Toinen näistä kappaleista käsittää hanakoh-tiin johtavat virtauskanavat ja toinen, jäähdyttimeen kytket- 2 86229 tävä kappale on varustettu hanakohdissa sijaitsevilla lämmi-tyselimillä, joilla hanoja avataan ja suljetaan. Hanojen jäähtymisen ja lämpiämisen säätelemiseksi sijoitetaan niiden alueelle lämpöeristettä, ja rinnakkaiset hanat eristetään toisistaan antamalla niiden välisten rakojen kappaleiden pintojen välissä jäätyä umpeen.

FI-patenttijulkaisussa 70331 on esitetty yllämainittuun hana-nmuodostusperiaatteeseen nojaava paranneltu ratkaisu, jossa on keskeistä se, että hanat aikaansaadaan syvennyksillä, joita muodostetaan ainakin toiseen vastakkain asetettavista kappaleista, ja että kappaleet pinnoitetaan vastakkain saatettavilta sivuiltaan ohuella kerroksella kemiallisesti inerttiä materiaalia, joka toimii kotelointina 1ämmityse1 imi 1le ja lämpöeristeelle. Ratkaisun mukaan hanat voidaan tarpeen mukaan edelleen varustaa mainittuihin syvennyksiin sijoitettavilla inerteillä pysäytyse1 imi 1lä, jotka mahdollistavat hanaan saapuvan nestevirtauksen silmänräpäyksellisen pysäyttämisen. Mainittu inertti materiaali on julkaisun mukaan ensisijaisesti fluoropolymeeriä, kuten teflonia, joskin vaihtoehtona on mainittu myös jalometallit. Ratkaisua käytäntöön sovellettaessa on ko. materiaalina käytetty fluoropolymeeriä.

« · • ·

Yllämainitun FI-patenttijulkaisun 70331 mukaisen ratkaisun epäkohdaksi on osoittautunut se, että ohut inertti polymeeri-*; kerros aikaa myöten läpäisee vettä niin, että jäähdyttimeen yhteydessä olevilla alueilla kerroksen taakse muodostuu jäätä. Kun hanaa käytössä vuoroin lämmitetään ja vuoroin jäähdytetään, aiheuttaa hanan ulkopuolisen jään sulaminen ja jäätyminen uudelleen termisen kuorman kasvua, mikä hidastaa hanan toimintaa ja aiheuttaa siihen epätarkkuutta. Samaan suuntaan vaikuttaa se, että jää johtaa lämpöä huomattavasti paremmin kuin hanan seinämän muodostava polymeeri. Seurauksena on se, että hanaa suljettaessa jäätulpan rajapinnan asettuminen on • hidasta. 1 FI-patenttijulkaisun 70331 mukaisella hanarakentee1la on edelleen epäkohtia, jotka ovat riippumattomia hanoja rajoit- 3 86229 tavien kappaleiden pinnoitteena käytetystä materiaalista. Tällaisena on mainittava rakenteen massiivisuus, jonka johdosta terminen massa on suuri ja lämmityksen ja jäähdytyksen hyötysuhde jää vastaavasti alhaiseksi. Myös hanojen ja niihin johtavien virtauskanavien geometria on epäedullinen, mikä johtuu siitä, että hanoja rajoittavia kappaleita valmistetaan muottivalulla, jossa muotin on oltava irrotettavissa saadusta valukappaleesta. Hanoihin ja kanaviin syntyy tällöin jyrkkiä kulmia ja nurkkia, joihin kapillaarivoimien vaikutuksesta jää nestettä, joka haittaa kanavien puhdistusta ja estää niiden nopean kuivauksen. Seurauksena saattaa olla annosteluvirheitä sekä käsiteltävien neste-erien kontaminoituminen .

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on muodostaa uudenlainen ratkaisu virtauskanavia sekä mahdollisia nestetiloja käsittävän elementin valmistamiseksi, jossa edellä mainitut tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat on vältetty. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että elementti muodostetaan elektroformaatiolla seostamalla poistettavissa olevalle muotille yhtä tai useampaa metallia siten, että metalli muodostaa elementin kuoret, poistamalla muotti kuoren sisältä ja kytkemällä kuori mainituista useammista kohdista jäähdyttimeen ja lämmittimeen, ja että lämmönjohtuminen elementin mainituissa kohdissa, joista kuo-ri on lämmitettävissä ja jäähdytettävissä, järjestetään oleellisesti suuremmaksi kuin kohtien viereisillä alueilla.

’. Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan metallirakenteinen elementti, jonka kuoret ovat vettä läpäisemättömät ja jonka terminen massa on erittäin pieni. Nämä ominaisuudet mahdollistavat lämpötilojen tarkan ja nopean säätelyn. Sillä, että lämmön johtuminen elementin lämmitettävillä ja jäähdytettävillä kohdilla järjestetään keksinnön mukaan oleellisesti suuremmaksi kuin kyseisten kohtien viereisillä alueilla, tarkoitetaan käytännössä sitä, että lämmön johtuminen mainitulla kohdalla on sopivasti ainakin viisinkertainen viereisiin alueisiin verrattuna ja voi olla kymmenkertainen tai suurempikin tapauksesta riippuen.

4 86229

Eräs keksinnön mukaisen ratkaisun olennainen etu on siinä, että elementin muodostamiseen käytettävä muotti on helposti muotoiltavissa vastaamaan haluttuja virtauskanavien ja mahdollisten nestetilojen muotoja. Epäedulliset jyrkät kulmat ja nurkat ovat täten vältettävissä, ja saostusvaiheiden ja muotin poiston jälkeen tuloksena on elementti, jonka kanavat ovat huuhdeltavissa ja puhallettavissa nopeasti kuiviksi, niin ettei annosteluun tule virheitä.

Valmistettavaan elementtiin voidaan keksinnön mukaan aikaansaada jäädyttämällä suljettavia hanoja siten, että virtaus-kanava järjestetään ao. kohdassa ainakin yhdessä dimensiossa riittävän kapeaksi ja kytketään mainitulta kohdalta jäähdyt-timeen ja lämmittimeen. Tämän lisäksi tai asemesta voidaan elementtiin keksinnön mukaan muodostaa nestetiloja, jotka on yhdistetty jäähdyttimeen ja lämmittimeen joko suoraan tai epäsuorasti tiloissa olevan nesteen lämpötilan nopeaa ja tarkkaa säätelyä varten. Tällaiset tilat toimivat neste-eriä käsittelevissä analysaattoreissa sekoitus- ja inkubaatioti-loina. Esimerkkinä ratkaisun sovellutusmahdollisuuksista voidaan mainita US-patenttijulkaisun 4 683 202 mukainen geenitekninen DNA-vahvistus, jossa nestenäytettä inkuboidaan nopeasti vaihtuvissa lämpötiloissa haluttujen reaktioiden aikaansaamiseksi. Mainitussa julkaisussa näytteet esitetään käsiteltäväksi massiivisessa, epäsuorasti lämmitettävässä metalliblokissa, jossa lämpötilamuutokset ovat reaktioiden luotettavaa läpivientiä ajatellen aivan liian hitaita. Kek-• sinnön mukaisesti valmistetulla elementillä tämä haitta on vältettävissä, minkä lisäksi keksintö mahdollistaa käsittelyn automatisoinnin ilman manuaalisiin menetelmiin liittyviä kontaminaatio-ongelmia.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voi elementin kuoren muo-"" dostus tapahtua kahdessa vaiheessa siten, että metallia saostetaan ensin muotin pinnan koko alueelle ja sen jälkeen . ainoastaan jäähdyttimeen ja lämmittimeen kytkettäville koh dille. Ensimmäisen saostusvaiheen jälkeen mainittujen lämmitettävien ja jäähdytettävien kohtien ulkopuoliset alueet li 5 86229 voidaan peittää suojapäällysteellä, kuten lakalla, joka seu-raavassa vaiheessa estää metallin saostumisen ko. alueille.

Peräkkäisiin saostusvaiheisiin on edullista valita eri metallit, joilla on erilaiset lämmönjohtavuudet. Ensimmäisessä vaiheessa saostetaan tällöin heikommin lämpöä johtavaa metallia, kuten esim. nikkeliä tai nikkelipitoista seosta. Viimeksi mainittuja ovat muutamia prosentteja kobolttia sisältävät kobolttinikkelit sekä nikkelin, koboltin ja mangaanin muodostama ei-kiteinen seos, joka on (metalliksi) alhaisen lämmönjohtavuutensa vuoksi keksintöön erityisen sopiva. Kuitenkin ensimmäiseen saostusvaiheeseen soveltuvat eräät muutkin metallit, kuten puhdas koboltti, rauta, kromi tai jalometallit. Toisessa saostusvaiheessa käytetään paremmin lämpöä johtavaa metallia, joista edullisin on puhdas kupari, joskin esim. hopea voi myös tulla kysymykseen.

Ensimmäisessä vaiheessa seostettavan metallikerroksen, joka on esim. nikkeliseosta, paksuus on sopivasti välillä 10-100 pm, ja toisessa vaiheessa seostettavan kerroksen, joka on edullisesti kuparia, paksuus voi olla välillä 10-500 pm. Haluttu ero lämmön johtumisessa voidaan aikaansaada sillä, että toisessa vaiheessa saostettava metallikerros on paksumpi kuin ensimmäisessä vaiheessa. Välttämätöntä tämä on erityisesti silloin, kun kummassakin saostusvaiheessa käytetään samaa metallia. Tuloksena on tällöin oleellisesti homogeeni-nen elementti, jonka toimivuus perustuu pelkästään kuorikerroksen paksuuseroihin elementin eri kohdilla.

Jotta muotti saataisiin poistetuksi seostetun metallikuoren sisältä, voidaan muotti tehdä liukenevasta aineesta, kuten esim. alumiinista. Muotin poistavana liuottimena voidaan tällöin käyttää kuumaa väkevää lipeäliuosta. Liuotusta hel-·:*·: pottaa, mikäli muotti on osaksi tai kokonaan putkimainen niin, että liuotinta voidaan johtaa sen läpi.

6 86229

Vaihtoehtoisesti muotti voidaan tehdä materiaalista, jonka sulamispiste on niin alhainen, että muotti on poistettavissa kuoren sisältä sulattamalla. Tällaisia materiaaleja ovat eräät metalliseokset, esim. tinan, vismutin ja lyijyn seokset, joiden sulamispisteet ovat välillä 69-200 °C, sekä vahat ja muovit. Viimeksi mainitut vaativat kuitenkin metalloinnin, jotta ne voisivat elementin kuorta seostettaessa toimia katodina.

Joissakin tapauksissa voi olla mahdollista sekin, että muotti kootaan osista, jotka irtoavat toisistaan niin, että ne ovat saostuksen jälkeen vedettävissä ehjinä pois kuoren sisältä ja käytettävissä uudelleen. Erotuksena tavanomaisesta muottiva-lusta on tässäkin tapauksessa se, että muotti on hajoava, mikä mahdollistaa sen poistamisen.

Elementin kuoren kytkentä halutulta kohdalta jäähdyttimeen voi keksinnön mukaan tapahtua sauvamaisella tai laattamaisel-la sillalla, joka on hyvin lämpöä johtavaa ainetta, kuten kuparia. Olennaista on se, että sillan massa on pieni, jolloin sen toiminta on riittävän nopeaa. Kuoren lämmitys voidaan edelleen järjestää varustamalla jäähdyttimeen johtava silta sopivasti eristetyllä sähkövastuksella. Vastuksen lämmitys-vaikutus eliminoi tällöin tehokkaasti jäähdyttimen vaikutuksen heti virran tultua kytketyksi. Silta voi koostua edullisesti esim. kahdesta kuparikerroksesta, joiden väliin on si-’ 1·· joitettu eristävä muovikerros, johon vastuslanka on upotettu.

: : : Elementin kuoren lämmitys halutuilta kohdilta on vaihtoehtoi- ·;2· sesti järjestettävissä säteily tyksellä. Sopiville kohdille • 1C1. kuoren ulkopuolelle voidaan sijoittaa esim. lasersäteitä 18- hettävät säteilylähteet, joiden toimintaa voidaan ohjata säh- • « « • 1 köisesti.

li · • · · 2 *..1 Jäähdyttimeen johtavan sillan kiinnittäminen elementin kuo-*·' ‘ reen voi keksinnön mukaan tapahtua seostamalla kuorelle elek-:1: trolyyttisesti helposti sulavaa ainetta, kuten indiumia, ja sulattamalla tätä siten, että aine fuusioi sillan pään kiinni 7 86229 kuoreen. Sulatus voi tapahtua uunissa, mutta vaihtoehtoisesti voidaan käyttää hyväksi siltaan kuuluvaa sähkövastusta kytkemällä siihen sähkövirta, jota ylläpidetään siksi, kunnes syntyvä lämpö aikaansaa aineen sulamisen. Sulaessaan aluksi tasaisena kerroksena oleva aine vetäytyy kapilaarivoiman vaikutuksesta kohti sillan pään ja kuoren kosketuskohtaa, johon syntyy paksunnos, joka jähmettyessään integroi sillan tehokkaasti kuoreen.

Samalla tavalla kuin jäähdyttimeen johtavia siltoja voidaan elementin kuoreen tarpeen mukaan kiinnittää ominaislämpöti-laltaan pieniä lämpöantureita, joiden avulla tapahtumia kuoren sisällä voidaan seurata. Anturit voidaan täten fuusioida kuoreen indiumilla tms. kuorelle seostetulla helposti sulavalla aineella, edullisesti samanaikaisesti mainittujen siltojen päiden kanssa. Lämpöantureilla on mahdollista saada jatkuvasti kontrolloivaa tietoa neste-erien liikkeistä järjestelmässä, nesteen tai kaasun lämpötilan muutoksista sekä nesteen jäätymisestä ja sulamisesta järjestelmään kuuluvissa hanakohd i ssa.

J . Kuten on jo todettu, voidaan keksinnön mukaisesti valmistet- tavaan elementtiin muodostaa yksi tai useampia lämmitettäviä ja jäähdytettäviä kohtia, joissa virtauskanava on ainakin yh-*"*. dessä dimensiossa niin kapea, että ko. kohdat toimivat kana- ... van jäädyttämällä sulkevina hanoina. Hanat voivat olla ns.

·* * tehohanoja, jotka etukäteen jäähdytettyinä pystyvät pysäyttä- '·*“ mään hanaan tulevan nestevirtauksen, tai niiden vastakohtana normaalihanoja, jotka on mitoitettu siten, että jäähdytysteho riittää hanan kohdalla paikallaan seisovan nesteen jäädyttämiseen. Erityisesti mainitut tehohanat ovat parhaiten aikaan-: : : saatavissa litistämällä muodostettavan virtauskanavan mukais- ta tankomaista muottia siten, että sen jälkeen kun metalli-kerrokset on seostettu ja muotti on poistettu tuloksena on metai1ikuoren rajoittama virtauskanava, jossa litistyskohtaan ··♦’ on syntynyt hanan muodostava kapea rako. Tankomaisen muotin • » ’**; litistyssuunta ja vastaavasti syntyvän raon suunta ovat edul- ;..ί lisesti noin 20-60 °C kulmassa muotin ja sillä aikaansaadun 8 86229 virtauskanavan pituussuuntaan nähden. Tällainen viisto rako, joka voi lisäksi olla loppupäätään kohti kapeneva, on edullisin hanaan saapuvan nestevirtauksen dynaamista pysäytystä ajatellen.

Esillä olevan keksinnön kohteena on myös edellä kuvatun menetelmän mukaisesti valmistettu, neste-eriä käsittelevään järjestelmään tarkoitettu elementti, joka käsittää virtaus-kanavia niihin mahdollisesti liittyvine nestetiloineen ja joka on useammista kohdista kytketty toiminnallisesti jääh-dyttimeen ja lämmittimeen. Keksinnön mukaiselle elementille on tunnusomaista se, että se käsittää pääasiassa putkimaisten metallikuorten rajaaman virtauskanaviston, jossa kuori on mainituista kohdista kytkettynä jäähdyttimeen ja lämmittimeen, ja että lämmön johtuminen elementin mainituissa kohdissa, joista kuori on lämmitettävissä ja jäähdytettävissä, on järjestetty oleellisesti suuremmaksi kuin kohtien viereisillä alueilla.

Keksinnön mukainen elementti voi käsittää yhden tai useampia edellä mainittuja nestevirtauksen dynaamisesti pysäyttäviä tehohanoja, näiden asemesta tai lisäksi yhden tai useampia mainittuja nesteen staattisesti paikalleen jäädyttäviä nor-maalihanoja sekä hanojen ohella tai niiden asemesta yhden tai useamman nestetilan, jossa nestettä ei jäädytetä, mutta joka on silti kytketty jäähdyttimeen ja varustettu ainakin "... yhdellä lämmittimellä niin, että tilassa olevan nesteen läm pötilaa voidaan säädellä. Tällainen tila voi muodostaa neste-eriä käsittelevässä analysaattorissa sekoitus- tai inku-baatiotilan, jossa nesteen käsittely edellyttää lämpötilan nopeaa ja tarkkaa vaihtelua.

Keksinnön mukaisen elementin muiden edullisten sovellutusten ·:···. osalta viitataan edellä olevaan keksinnön mukaisen menetel- män kuvaukseen sekä oheisiin patenttivaatimuksiin.

’· *; Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esi- ' ‘ merkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 9 86229 kuvio 1 esittää osaa erään keksinnön mukaisen lämmitettävän ja jäähdytettävän elementin valmistukseen käytettävästä muotista, kuvio 2 esittää elementin kuoren muodostuksen ensimmäistä vaihetta, jossa muotin pinnalle seostetaan galvaanisesti me-tallikerros, kuvio 3 esittää liuotuksella tapahtuvaa muotin poistamista saadun yksikerroksisen metallikuoren sisältä, kuvio 4 esittää saatua metal1ikuorta, joka on osaksi varustettu suojapäällysteellä, kuvio 5 esittää toisen metallikerroksen galvaanista seostamista kuoren suojaamattomille alueille, kuvio 6 esittää päältäpäin nähtynä osaa muotista, jota on litistetty ns. tehohanan aikaansaamiseksi valmistettavaan elementtiin , kuvio 7 esittää hanakohtaa ensimmäisen kuorikerroksen saostuksen ja muotin poiston jälkeen, kuvio 8 esittää hanakohtaa leikkauksena VIII-VIII kuviosta 7, kuvio 9 esittää osaa valmiista keksinnön mukaisesta elementistä, jonka hanakohdat on kytketty sähköisesti lämmitettävillä silloilla jäähdyttimeen, :. kuvio 10 esittää poikkileikkauksena osaa elementistä, jonka hanakohtaan on fuusioitu jäähdyttimeen johtava, sähköisesti • 1 1 . lämmitettävä silta sekä lämpöanturi, • · » **’. ja kuvio 11 esittää kuviota 10 vastaavasti poikkileikkauksena osaa eräästä toisesta keksinnön mukaisesta elementistä.

• M

* · » * 1 · • · • » »

Kuviossa 1 on esitetty osa pehmeähköstä, helposti muovailtavissa olevasta muotista 1, joka on alumiinia. Muotti on litistetty kahdesta kohdasta 2 tehohanojen aikaansaamiseksi valmistettavaan elementtiin. Näitä litistyskohtia 2 esittää myös kuvio 6, johon palataan yksityiskohtaisemmin jäljempänä. *.1. Litityskohtien 2 välille muotilla 1 aikaansaadaan nestetila, */ ja ko. välillä muotti käsittää kolme tankomaista haaraa 3, • · · ··1 jotka muodostavat elementtiin neste tilaan yhtyviä virtauska- ···" navia. Muotti 1 on kaikilta osiltaan muodostettu putkimaisek- • · **; si siten, että muotti on myöhemmässä vaiheessa poistettavissa • » ·

M

10 · 86229 saatavan elementin sisältä virtaustiehyitä 4 myöten muotin läpi johdetulla liuottimena.

Kuvion 2 mukaisessa ensimmäisessä saostus vaiheessa muotti 1 on kytketty katodiksi sulfamaattiliuokseen, josta muotin pinnalle saostetaan 10-100 μιπ:η, sopivasti 30 μπκη paksuinen kerros kobolttinikkeliä, jossa koboltin osuus on muutama prosentti. Tämä metallikerros on kuviossa 2 merkitty viitenumerolla 5. Saostuksen jälkeen muotti 1 poistetaan syöttämällä sen tiehyisiin 4 kuumaa väkevää NaOH-1iuosta, joka liuottaa alumiinin muttei vaikuta sen päälle seostettuun kobolttinik-kelikerrokseen. Tuloksena on kuvion 3 mukainen kobolttinikkeliä oleva metallikuori 5, joka sisäpuolelta jo vastaa valmiin elementin muotoa.

Valmistavana toimenpiteenä toiselle saostusvaiheelle osa saadun kobolttinikkelikuoren 5 ulkopinnasta päällystetään kuvion 4 mukaisesti suojakerroksella 6, joka on esim. lakkaa. Saostusta varten kuori 5 upotetaan kuvion 5 mukaisesti katodiksi kytkettynä rikkihappoiseen kuparisulfaattilluokseen. Saostuksessa kupari saostuu kerrokseksi 7 ainoastaan kuoren niille alueille, joita ei ole suojattu lakkakerroksella 6. Kupari-kerroksen 7 paksuus voi vaihdella välillä 10-500 μπι, ja kuparin ja kobolttinikkelin lämmönjohtavuuksien erosta johtuu, että jo silloin, kun saostettujen kerrosten paksuus on sama, *·.. saavutetaan kupar ikerroksen 7 käsittävillä kuoren alueilla noin kymmenkertainen lämmön johtuminen verrattuna niihin aluei-. siin, joilla kuoren muodostaa pelkkä kobolttinikkelikerros.

____: Tuloksena toisesta saostusvaiheesta saadaan nestetilan 8, sen molemmin puolin sijaitsevat hanako h dat 9 sekä kolme nesteti-laan liittyvää, hanakohdilla 10 varustettua virtauskanavaa 11 käsittävä elementti 12, joka on valmis kytkettäväksi jäähdyt-. timeen ja lämmittimiin siten kuin jäljempänä kuvioiden 9-11 yhteydessä esitetään. Haluttaessa suojalakka 6 voidaan pois- i * » ·[ taa elementin 12 pinnalta mutta välttämätöntä tämä ei ole.

• * • · · • * · » · *:*·: Elementtiin nestetilan 8 päihin muodostettujen hanakohtien 9 muoto käy lähemmin selville kuvioista 7 ja 8. Kuviosta 6, « · » • · 11 86229 joka esittää muottia 1 kohdalta, johon hana 9 muodostuu, nähdään, että tankomaista muottia on litistetty suunnassa, joka on noin 45° kulmassa muotin pituussuuntaan nähden. Litistys-kohta on kuviossa merkitty viitenumerolla 13. Kuvioista 7 ja 8 nähdään, että muotin ympärille seostettuun kobolttinikkeli-kuoreen 5, jonka sisältä muotti on poistettu, on litistyksen tuloksena aikaansaatu kapea rako 14, joka on vastaavasti noin 45° kulmassa kuoren rajaaman virtauskanavan 11 pituussuuntaan nähden. Kuvioista nähdään, että rako 14 kapenee toista päätään 15 kohti suunnassa, joka on virtauksen kulkusuunta kanavassa 11. Raon 14 alkupään 16 leveys voi olla esim. välillä n. 200-30 μπι ja loppupään 15 välillä n. 30-2 μπι. Raon 14 muotoilulla on aikaansaatu se, että raon muodostamaan hanaan, joka on jäljempänä esitetyn mukaisesti kytkettynä jäähdytti-meen, saapuva virtaus kapilaarivoimien vaikutuksesta ei läpäise rakoa sen leveämmässä alkupäässä 16 vaan ohjautuu rakoa myöten kohti sen kapeampaa loppupäätä 15, jolloin syntyvä viive ehtii jäädyttämään raon kohdalle tulleen nesteen niin, että hana sulkeutuu.

Kuviossa 9 on esitetty kuvioiden 1-5 mukaisesti valmistettu : . elementti 12, jonka hanakohdat 9, 10 on kytketty jäähdytti- meen laattamaisilla silloilla 17, jotka on varustettu sähkö- vastuksilla 18 siten, että ne samalla toimivat lämmittiminä.

• * « '

Kuvion mukaisessa sovellutuksessa sillat 17 on muodostettu yhtenäiseksi levymäiseksi kappaleeksi 19, jonka kärjet on, * · » ’·* ‘ tarvittaessa sopivasti taivutettuina, kiinnitetty hanakohtia '·*' 9, 10 peittäviin kuparikerroksiin. Sillat 17 muodostuvat so pivasti kaksinkertaisesta kuparikaivosta, jossa vastuslangat 18 on upotettu kalvojen 20 väliseen muovikerrokseen 21 (vrt. kuviot 10 ja 11).

Sillan 17 pään kiinnitys hanakohdassa 10 elementin 12 kuoren ♦ · V kuparikerrokseen 7 käy selville kuviosta 10. Kuparikerroksen • · « ··· 7 päälle on galvaanisesti seostettu ohut kerros 22 indiumia, ···* joka on sen jälkeen sulatettu siten, että silta 17 ja kupari- kerros 7 on sen avulla saatu sidotuiksi toisiinsa. Kiinnityk-• ·· sen varmistaa se, että alunperin tasaiseksi kerrokseksi saos- i2 86229 tettua indiumia on sulatusvaiheessa kapi laari voiman vaikutuk-sesta kertynyt pisaramaiseksi muodostelmaksi 23 sillan 17 kärjen ympärille.

Hanakohdassa 10 on elementin kuparikerrokseen 7 kuvion 10 mukaan kytketty myös lämpöanturi 24 siltaan 17 nähden hanan vastakkaiselle puolelle. Anturin 24 muodostaa termoelementti, jonka johdinten päät on indiumkerroksen 22 avulla fuusioitu kiinni kupariin 7 samaan tapaan kuin sillan 17 kärki. Termoelementin 24 avulla on mahdollista seurata hanan 10 toimintatilaa sekä siinä tapahtuvia nesteen olomuodon muutoksia.

Kuvio 11 vastaa pitkälti kuvioa 10 mutta esittää sillan 17 kokonaisuudessaan jatkuvatoimiseen jäähdyttimeen 25 kytkettynä. Lisäksi kuvion mukaisen elementin laajaa nestetilaa 8, joka voi analysaattorissa toimia esim. annostelutilana, ympäröivä kuparikerros 7 on kytketty kuparia olevan sillan 26 kautta tilasta lähtevää virtauskanavaa 11 ympäröivään kupari-kerrokseen 7 elementin ko. osien pitämiseksi tasalämpöisinä. Kanavassa 11 oleva hanakohta 10 on kuviossa piirretty jäätul-pan 27 sulkemaksi. Mainittakoon, että kuviossa 11, kuten myös kuviossa 10, hana 10 on ns. normaalihana, jossa jäähdytin 25 sillan 17 kautta jäädyttää paikallaan olevan nesteen, kun lämmitysvastus 18 ei ole toiminnassa. Kuvioiden 7 ja 8 mukai-:.· sissa, nestevirtauksen dynaamisesti pysäyttävissä tehohanois- sa 9 hanaa ympäröivän kuparikerroksen 7 kytkentä lämmitettä-.’ : vän sillan 17 kautta jäähdyttimeen 25 toteutetaan kuitenkin aivan vastaavalla tavalla.

Elementin käyttötarkoituksesta riippuen saattaa olla tarpeen muodostaa sen virtauskanavien 11 ja mahdollisten nestetilojen 8 sisäpinnat kemiallisesti inertistä jalometallista. Tällöin voidaan edellä kuvattua elementin valmistusprosessia modifioida esimerkiksi siten, että muotille 1 saostetaan aluksi j" galvaanisesti ohut, muutaman μιη:η paksuinen nikkelikerros ja sen päälle suunnilleen saman paksuinen jalometallikerros, joka voi olla esim. kultaa. Jalometallin päälle saostetaan sen jälkeen kuvion 2 mukaisesti kuorikerros 5, joka voi edel- li is 86229 lä esitetyn mukaisesti olla kobolttinikkeliä. Seuraavaan muotin 1 poistamiseen voidaan käyttää väkevää suolahappoa, joka liuottaa sekä alumiinimuotin että sen päälle seostetun ensimmäisen nikkelikerroksen siten, että seuraava jalometal1iker-ros jää elementin sisäpinnaksi. Tämän jälkeen elementin valmistus jatkuu siten kuin edellä on kuvattu.

Esitetty elementti 12 on tarkoitettu rakenneosaksi pieniä neste-eriä käsittelevään järjestelmään, erityisesti automaattiseen, elektronisen ohjauksen varassa toimivaan analysaattoriin. Elementti voi tällöin olla osana hyvinkin laajaa laite-kokonaisuutta, sopivasti yhdistettynä toisiin oleellisesti samalla tavalla valmistettuihin elementteihin, kuitenkin yksinkertainen, nestetilasta ja muutamasta siihen liittyvästä, hanoilla varustetusta virtauskanavasta muodostuva elementti saattaa jo sellaisenaan riittää välineeksi tiettyihin neste-erillä suoritettaviin operaatiohin.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutukset eivät rajoitu edellä esimerkkeinä esitettyyn vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

. Niinpä esimerkiksi kuvion 11 mukaisessa elementissä nestetila • 8 voitaisiin kytkeä suoraan jäähdyttimeen 25 samankaltaisella ’·' ' lämmitysvastuksella 18 varustetulla sillalla 17 kuin hana 10, jolloin tilan lämpötila olisi säädeltävissä siten, että se ’ * ”: toimisi inkubaatiotilana. Sillan 17 pää olisi tällöin liitet- • : tävissä nestetilaa 8 ympäröivään kuparikerrokseen 7 indiumin ; avulla siten kuin kuvion 10 yhteydessä on selostettu. Edel leen on mahdollista, että 1ämpöanturina käytetään termoelementin asemesta jotakin muuta riittävän pienen lämpökapasiteetin omaavaa anturia, kuten esim. termistoria. Mahdollista on sekin, että siltaan 17 kuuluva lämmitysvastus 18 tehdään sopivasta materiaalista, kuten nikkelistä, niin että se voi V. toimia lämpöanturina.

» · · » • · · · • · · »Il » ·

Claims (25)

1. Menetelmä lämmitettävän ja jäähdytettävän elementin (12) muodostamiseksi pieniä neste-eriä käsittelevään järjestelmään, johon elementtiin järjestetään virtauskanavia (11) niihin mahdollisesti liittyvine nestetiloineen (8) ja joka elementti kytketään useammista kohdista (9, 10) toiminnallisesti jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18), tunnettu siitä, että elementti (12) muodostetaan elektro-formaatiolla seostamalla poistettavissa olevalle muotille (1) yhtä tai useampaa metallia siten, että metalli muodostaa elementin kuoret (5, 7) poistamalla muotti kuoren sisältä ja kytkemällä kuori mainituista kohdista (9, 10) jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18), ja että lämmön johtuminen elementin mainituissa kohdissa, joista kuori on lämmitettävissä ja jäähdytettävissä, järjestetään oleellisesti suuremmaksi kuin kohtien viereisillä alueilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuoren (5, 7) muodostus tapahtuu kahdessa vaiheessa siten, että metallia seostetaan ensin muotin (1) pinnan koko alueelle ja sen jälkeen ainoastaan jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18) kytkettäville kohdille.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen saostusvaiheen jälkeen elementin mainittujen lämmitettävien ja jäähdytettävien kohtien (9, 10) ulkopuoliset alueet peitetään suojapäällys-teellä (6), joka seuraavassa vaiheessa estää metallin saos-tumisen ko. alueille.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisessa vaiheessa metallia seostetaan olennaisesti paksumpi kerros kuin ensimmäisessä vaiheessa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä vaiheessa saostettava me- II i5 86229 talli on heikommin lämpöä johtavaa metallia, kuten nikkeliä tai nikkeliseosta, ja toisessa vaiheessa seostettava metalli on paremmin lämpöä johtavaa metallia, kuten kuparia.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotti (1) poistetaan mainitun ensimmäisen saostusvaiheen jälkeen.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään liukenevaa, ainakin osaksi putkimaista muottia (1), joka poistetaan johtamalla liuotinta sen läpi.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotti (1) on alumiinia ja että muotin poistavana liuottimena käytetään lipeäliuosta.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementin (12) kuori (5,7) kytketään jäähdyttimeen (25) sauvamaisella tai laattamaisella sillalla (17), joka on hyvin lämpöä johtavaa ainetta, kuten kuparia.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että silta (17) varustetaan eristetyllä sähkövastuk- • sella (18) siten, että se toimii myös 1ämmittimenä.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että sillan (17) kiinnitys tapahtuu säestämällä elementin kuorelle (7) helposti sulavaa ainetta (22), kuten indiumia, ja sulattamalla tätä siten, että aine (22,23) • fuusioi sillan pään kiinni kuoreen. V.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, '·' tunnettu siitä, että elementtiin (12) muodostetaan : : lämmitettävä ja jäähdytettävä kohta (9), joka on ainakin yh- .1.* dessä dimensiossa niin kapea, että se toimii virtauskanavan (11) jäädyttämällä sulkevana hanana. 16 86229

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hana (9) aikaansaadaan litistämällä tankomaista muottia (1) siten, että metallin saostuksen ja muotin poiston jälkeen tuloksena on metallikuoren (5) rajoittamassa virtauskanavassa (11) oleva, litistyskohtaan syntynyt kapea rako (14).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tankomaista muottia (1) litistetään suunnassa, joka on noin 20-60° kulmassa muotin pituussuuntaan nähden.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisella menetelmällä valmistettu neste-eriä käsittelevä elementti (12), joka käsittää virtauskanavia (11) niihin mahdollisesti liittyvine nestetiloineen (8) ja joka on useammista kohdista (9, 10) kytketty toiminnallisesti jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18), tunnettu siitä, että elementti (12) käsittää pääasiassa putkimaisten metallikuorten (5, 7) rajaaman virtauskanaviston, jossa kuori on mainituista kohdista (9, 10) kytkettynä jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18), ja että lämmön johtuminen elementin mainituissa kohdissa, joista kuori on lämmitettävissä ja jäähdytettävissä, on järjestetty oleellisesti suuremmaksi kuin kohtien viereisillä alueilla.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen elementti, tunnettu siitä, että kuoren (5, 7) paksuus kohdissa (9, 10), joissa kuori on kytkettynä jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18), on oleellisesti suurempi kuin mainittujen kohtien viereisillä alueilla.

17. Patenttivaatimuksen 15 ja 16 mukainen elementti, tunnettu siitä, että elementti (12) käsittää sen koko alueella ohuen, yhtenäisen metallikuoren (5) sekä lisäksi mainituilla jäähdyttimeen (25) ja lämmittimeen (18) liitetyillä kohdilla (9, 10) toisen kuorikerroksen (7), joka on toista, paremmin lämpöä johtavaa metallia. Il 17 86229

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen elementti, tunnet-t u siitä, että mainittu yhtenäinen metallikuori (5) on nikkeliä tai nikkeliseosta ja että mainittu lämmitettävien ja jäähdytettävien kohtien (9,10) toinen kuorikerros (7) on kuparia .

19. Jonkin patenttivaatimuksen 15-18 mukainen elementti, tunnettu siitä, että elementin (12) kuori (7) on kytketty jäähdyttimeen (25) sauvamaise1la tai laattamaisella sillalla (17), joka on hyvin lämpöä johtavaa ainetta, kuten kuparia.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen elementti, tunnet-t u siitä, että silta (17) on varustettu eristetyllä sähkö- vastuksella (18) siten, että se toimii myös lämmittimenä.

21. Patenttivaatimuksen 19 tai 20 mukainen elementti, tunnettu siitä, että silta (17) on fuusioitu kiinni elementin kuoreen (7) helposti sulavalla aineella, kuten indiumilla (22,23).

. 22. Jonkin patenttivaatimuksen 15-21 mukainen elementti, tunnettu siitä, että elementin (12) mainittu lämmitet-*·* ’ tävä ja jäähdytettävä kohta (9) on ainakin yhdessä dimensios- sa niin kapea, että se toimii virtauskanavan jäädyttämällä • · sulkevana hanana.

: : : 23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen elementti, tunnet- t u siitä, että hanan (9) muodostaa virtauskanavassa (11) oleva rako, joka kulkee 20-60° kulmassa kanavan pituussuuntaan nähden.

^ . 24. Patenttivaatimuksen 22 tai 23 mukainen elementti, t u n - V. n e t t u siitä, että hana (9,10) on varustettu lämpöanturi1- la (24), jonka avulla hanan toimintaa voidaan seurata. « · « • · · .···_

25. Jonkin patenttivaatimuksen 15-24 mukainen elementti, tunnettu siitä, että elementti (12) käsittää ainakin • · · · · ie 86229 yhden sekoitus- tai inkubaatiotilan (8), joka on kytketty jäähdyttimeen (25) ja varustettu ainakin yhdellä lämmitti-mellä (18) tilassa olevan nesteen lämpötilan säätämiseksi.