So finden Sie die richtige mikrofluidische Systemlösung

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Förderung kleiner Volumina

Zur Förderung und Dosierung von kleinen Volumina werden häufig Spritzenpumpen mit Ventilen kombiniert. Sie sind ideal für die genaue Dosierung geringer, spezifischer Flüssigkeitsmengen. Durch die Bewegung des Pumpenkolbens wird ein definiertes Medienvolumen angesaugt und wieder abgegeben. Ein 3/2-Wege-Ventil vor der Pumpe ermöglicht die Dosierung aus einem Vorratsgefäß in eine Küvette. Auf gleichem Wege kann periodisch mit einer Reinigungslösung gespült werden. Modifiziert man den Aufbau und fügt außerdem eine Pumpe zur Druckerzeugung hinzu, kann das Dosiermedium in eine Dosiernadel gezogen, wieder abgegeben und die Nadel mit einer Reinigungslösung gespült werden, ohne dass die Spritzenpumpe berührt wird. Anwendung findet die Spritzenpumpendosierung in der In-Vitro- und Molekular-Diagnostik. Für den Einsatz im Labor oder in Medizinprodukten ist eine möglichst geringe Geräuschentwicklung gefragt. Bürkert hat daher mit dem Whispervalve Typ 6724 eine größere Variante des Typs 6712 entwickelt, die annähernd lautlos schaltet. Das niedrige interne Volumen von nur 29 µl garantiert exzellente Spülbarkeit, präzise Dosiereigenschaften und zuverlässige Ergebnisse. Für Anwendungen auf Dosierarmen, Pipettierarmen oder Dosierrobotern zahlt sich das niedrige Gesamtgewicht des Ventils aus. Ebenfalls niedrig ist die Leistungsaufnahme: Sowohl beim Schalten als auch beim Halten verbraucht das Whispervalve weniger als ein Watt. Durch eine Schaltzeit von drei Millisekunden wird der Einfluss der Ventilbetätigung auf den Prozessablauf minimiert.

Auswahl bei den Bauarten

Mehrere Typen von Wippenventilen ergänzen das Programm für die Spritzenpumpendosierung: Der Typ 0127 gilt als Pionier der mediengetrennten Wippenventile und setzt seit 1993 Standards bei Labor- und Analysegeräten sowie in der Medizintechnik und ist als Typ 6628 auch als 22-mm-Variante lieferbar. Das Twin-Power-Ventil Typ 6624 und sein größerer Bruder, der Typ 6626, kommen dank eines neuen Antriebskonzeptes bei gleicher Leistung mit deutlich reduziertem Bauraum aus, ohne die fluidische Performance einzuschränken.

Auf Basis der Erfahrung mit den Mikroventilen entwickelten die Ingenieure des Bürkert-Systemhauses zum Beispiel eine komplette Systemlösung für die Spritzenpumpendosierung, die sich in einem Analysegerät für Blutproben bestens bewährt hat und für den Einsatz in anderen Analysegeräten einfach adaptiert werden kann. Die Basis der mikrofluidischen Neuentwicklung waren das Magnetventil Typ 0127 und das direktwirkende mediengetrennte 3/2-Wege-Wippen-Magnetventil 6628. Wesentliche Kriterien in der Anwendung sind die Verhinderung von Luftblasen, die Analyseergebnisse erheblich verfälschen können, und die Detektion von Luftblasen ermöglicht durch ein transparentes Sichtfenster, das oberhalb der Dosiereinheit und unterhalb des Aufbaus mit Ventilen und Drucksensor angebracht ist. Bürkert entwickelte daher für den Kunden ein spezielles Kunststoffspritzteil aus transparentem Material, das eine sehr hohe Oberflächenqualität ohne scharfe Kanten besitzt.

Volumetrisch und exakt

Beim volumetrischen Dosieren schließlich wird mit jedem Hub einer Pumpe ein definiertes Volumen abgegeben. Das Volumen kann dabei nicht verändert werden, allerdings kann die Gesamtdosiermenge über die Anzahl der Pumpenhübe modifiziert werden. Das volumetrische Prinzip eignet sich besonders für kontinuierliche Dosieranwendungen, zum Beispiel die genaue Dosierung von Aromen in Getränkeschankanlagen oder überall dort, wo es auf die Dosiergeschwindigkeit ankommt, z.B. beim pharmazeutischen Dosieren. Selbst kleinste Flüssigkeitsmengen lassen sich unabhängig von Viskosität oder Temperatur exakt dosieren. Das ist unter anderem bei Kleb- und Schmierstoffen ein wichtiges Kriterium. Bürkert liefert mit der Mikromembranpumpe 7604 und der Mikrodosiereinheit 7615 nicht nur die passenden Komponenten für die volumetrische Dosierung, sondern wendet dieses Dosierprinzip in einigen Produkten, den Mikropumpen, selbst an. Diese werden entweder mit Druck und Vakuum oder mit integrierten Magnetventilen betätigt.

Dosieren im Mikroliterbereich

Beim pneumatischen Dosiersystem zum Beispiel, besteht die Dosierkammer aus zwei Gehäuseschalen und einer Trennmembran. Durch Einsatz von hochwertigen Materialien können auch sehr aggressive Medien gefördert werden. Die Dosierkammer ist selbstansaugend, totraumarm und leicht zu spülen. Mithilfe eines Controllers wird die Dosierkammer angesteuert. Dabei wird die Membran über den Kammern wechselweise mit Druck oder Vakuum versorgt; dadurch wird eine vordefinierte Menge an Medium durch die Dosierkammer gefördert. Aufgrund der Trennung von Ansteuerung und Dosierkammer kann die Dosierkammer einfach gewechselt werden. Ein wesentlicher Bestandteil des Systems ist das Cartridge-Ventil Typ 6164, das optimal in Block- und Kunststoffspritzteile integriert werden kann und auf über 100 Millionen Schaltspiele ausgelegt ist. Es vereinfacht pneumatische Ansteuerungen durch Pilotventile und kann in Ventilinseln oder medizinischen Geräten verwendet werden.

Mit der Bandbreite an Bauarten und Baugrößen verfolgt Bürkert einen wichtigen Zweck: Die Fluidik-Experten wollen stets die optimale Lösung für jede Kundenanwendung finden, anstatt technische Kompromisse einzugehen. Deshalb entwickeln die Bürkert-Ingenieure in enger Partnerschaft mit dem Kunden weitere Ventiltypen mit optimierten Antrieben, Spulen oder Ventilkörpern. Das reicht bis hin zu Systemlösungen, die als All-inclusive-Paket entwickelt, ausgelegt, montiert, geprüft, verpackt und ab Lager geliefert werden.

Dadurch reduziert sich der Aufwand des Kunden für Entwicklung, Versuch, Montage, Einkauf und Logistik.

Analytica 2016: Halle A1, Stand 304

* P. Mohs: Bürkert Fluid Control Systems, 74653 Ingelfingen

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