Kontaktfreie quantitative Volumenbestimmung dispensierter Nanolitertropfen mittels eines kapazitiven Tropfensensors

Abstract:
Dieser Beitrag befasst sich mit einem kapazitiven Sensor zur kontaktfreien Vermessung von dispensierten Flüssigkeitstropfen im Nanoliterbereich. Hierbei passiert ein frei fliegender Tropfen mit einem Durchmesser von wenigen Zehntel Millimetern das elektrische Feld eines offenen Messkondensators der in die Tropfenflugbahn eingebracht wird. Die dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit führen zu einer Änderung der Kapazität des Messkondensators die von der Tropfengröße, der relativen Permittivität des Mediums, der Tropfengeschwindigkeit und der Form des Tropfens abhängt. Im Gegensatz zu den hierzu bereits veröffentlichten Arbeiten basiert die Schaltungselektronik des hier vorgestellten Sensors auf einer Wechselstrommessbrücke, die verschiedene Vorteile bietet. Die Implementierung einer manuell abgleichbaren Messbrücke ermöglicht es z. B. dispensierte Flüssigkeitstropfen im Bereich von V ? {20 bis 60 nL}, während ihres Fluges, mit einer Genauigkeit von Δ V = ± 4 nL quantitativ zu vermessen. Hierbei können die Ausgangssignale Amplituden bis zu Umax = 2.3 V erreichen. Neben der hohen Volumensensitivität von Si = 82 mV/nL ermöglicht die neue Elektronik sogar Formänderungen der gemessenen Tropfen während des Fluges zu detektieren die Kapazitätsänderungen von nur Δ Cmax ? 0.2 fF entsprechen.