AT500215A1 - Messanordnung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit mit einer Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten der Flüssigkeit.

Eine gattungsgemäße Messanordnung geht beispielsweise aus der DE 3872427 T2 hervor. Die dort gezeigte Messanordnung weist zwei sich mit ihren nach unten gerichteten freien Enden fast berührende Lichtleiter auf, wobei die zu messende Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft entlang der Oberfläche eines der Lichtleiter entlang fließt und an den nach unten gerichteten freien Enden einen nach unten hängenden Flüssigkeitstropfen ausbildet. Die über einen der beiden Lichtleiter ins Innere des Flüssigkeitstropfens eingebrachte elektromagnetische Strahlung wird nach Reflexion im Inneren des Flüssigkeitstropfens über den zweiten der beiden Lichtleiter einer Messeinrichtung zugeführt. Zur Messung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit wird durch eine stetige Flüssigkeitszufuhr eine unter dem Einfluss der Schwerkraft von den freien Enden der Lichtleiter reproduzierbar abtropfende Reihe von Flüssigkeitstropfen gebildet. Die nach Reflexion im Tropfen gemessene Lichtintensität wird in eine elektrische Spannung umgewandelt und in Form eines Spannungs-Zeit-Diagramms dargestellt. Dabei ergibt sich aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit der einzelnen Tropfen eine periodische Funktion der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit. Aus dem genauen Verlauf dieser Funktion innerhalb einer Periode können verschiedene physikalische Eigenschaften des Flüssigkeitstropfens bestimmt werden. Da die Gesamtperiode der Funktion in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und der kinematischen Viskosität der Flüssigkeit darstellbar ist, kann bei bekannter kinematischer Viskosität und Gesamtperiode die Oberflächenspannung errechnet werden. Die kinematische Viskosität lässt sich dabei durch eine Kalibriertechnik aus dem Verlauf der Spannungsfunktion innerhalb einer Gesamtperiode bestimmen.

Diese Messanordnung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Durch das Abtropfen der einzelnen Flüssigkeitstropfen wird zur Bestimmung der Oberflächenspannung mit einer zufriedenstellenden Messgenauigkeit eine relativ große Flüssigkeitsmenge benötigt, was vor allem die Messung kleinster Flüssigkeitsmengen problematisch bzw. sogar unmöglich macht. Die Messanordnung selbst weist einen komplizierten Aufbau auf. Zur Bestimmung der Oberflächenspannung muss zuerst die dynamische Viskosität der Flüssigkeit bestimmt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es^eine Messeinrichtung zu schaffen, welche diese Probleme nicht aufweist. 53993 36/bz • · · φ · « • · φ · • » # φ φ · • · φ · · φ φ φ φ • « φ · φ φ · • φ · · φ • φ · · * φ · ♦ · » 2

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Messanordnung eine unten offene Kammer zur Aufnahme der Flüssigkeit und eine Vorrichtung zur Erfassung der Intensität des von der Unterseite der Flüssigkeitsprobe reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts aufweist

Die erfindungsgemäße Messanordnung macht sich den physikalischen Effekt zunutze, dass das Ausmaß der Krümmung der Unterseite der Flüssigkeit direkt mit der Größe der Oberflächenspannung zusammenhängt. Eine Flüssigkeit mit geringerer Oberflächenspannung hängt weiter nach unten durch*, als eine solche mit größerer Oberflächenspannung. Die Unterseite einer Flüssigkeit mit geringerer Oberflächenspannung weist daher eine stärkere Krümmung nach außen au^als die Unterseite einer Flüssigkeit mit größerer Oberflächenspannung. Mit anderen Worten, je größer die Oberflächenspannung der Flüssigkeit^desto ebener (planer) ist die Unterseite der Flüssigkeit. Die Intensität des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts sowie des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts hängt andererseits stark von der Form der Unterseite der Flüssigkeit ab. Beispielsweise wird von außerhalb der Flüssigkeit auf die Unterseite der Flüssigkeit gestrahltes Licht je nach Planarität der Unterseite von dieser unterschiedlich zurückreflektiert. Dadurch kann mit Hilfe der festgestellten Intensität zwischen Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Oberflächenspannung unterschieden werden. Wird mit Hilfe von Flüssigkeiten mit bekannter Oberflächenspannung eine Eichkurve in Form „Oberflächenspannung der Flüssigkeit“ aufgetragen über die „Intensität des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts“ gebildet, kann sogar die Oberflächenspannung einer unbekannten Flüssigkeit je nach gemessener Intensität als Zahlenwert bestimmt werden. Alternativ kann dies auch mit Hilfe des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts geschehen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messanordnung eine Vorrichtung zur grafischen Darstellung der Intensität bzw. Intensitätsverteilung des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts aufweist. Durch die grafische Darstellung der Intensität bzw. Intensitätsverteilung kann einfach zwischen Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Oberflächenspannung unterschieden werden. Näherungsweise ist auch bereits eine Ermittlung des Zahlenwertes der Oberflächenspannung der Flüssigkeit möglich. Zur genaueren Bestimmung des Zahlenwertes der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Messanordnung eine Vorrichtung zur rechnerischen * ♦ · » ·ΜΙ • · * · · * ♦ · ♦ • · · · · · » I · » · * *«· * * ♦ **··♦· · ♦ ·« 3

Bestimmung der Intensität bzw. Intensitätsverteilung des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts aufweist. Mit Hilfe des Zahlenwertes der Intensität bzw. der in Form einer Wertetabelle vorliegenden Intensitätsverteilung kann anhand einer mit Eichflüssigkeiten erstellten Tabelle der Zahlenwert der Oberflächenspannung der unbekannten Flüssigkeit bestimmt werden. Vorzugsweise ist allerdings vorgesehen, dass die Eichtabelle selbst in elektronischer Form vorliegt und die Messanordnung direkt die Zuordnung der gemessenen Intensität bzw. Intensitätsverteilung zu einem Zahlenwert für die Oberflächenspannung vornimmt. Die Tabelle kann natürlich auch in Form einer aus theoretischen Überlegungen hergeleiteten oder empirisch bestimmten mathematischen Formel vorliegen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Recheneinrichtung zur Integration des Intensitätsprofils über einen Raumwinkelbereich aufweist. Bei dem zur Integration des Intensitätsprofils heranzuziehenden Raumwinkelbereich wird es sich dabei praktischerweise um den dem Sichtfeld eines optischen Instrumentes zugeordneten Raumwinkelbereich handeln. Da beispielsweise das in einen bestimmten Raumwinkelbereich von der Unterseite der Flüssigkeit zurückreflektierte Licht von der Planarität der Unterseite der Flüssigkeit abhängig kann einfach über die von einem optischen Instrument wahrgenommene (zum Beispiel integrierten) Helligkeit der Unterseite der Flüssigkeit auf die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zurückgeschlossen werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, das Intensitätsprofil entlang des Durchmessers der unteren Kammeröffnung zu integrieren.

Als optisches Instrument mit dem eine Vergrößerung des Bildes der Flüssigkeit vorgenommen werden kann bietet sich beispielsweise ein Mikroskop an.

Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung reichen bereits winzigste Volumina (beispielsweise etwa 0,1 μΙ) der zu bestimmenden Flüssigkeit aus. Es kann nämlich besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Oberflächenspannung der Flüssigkeit den Druck der auf der Unterseite der Flüssigkeit lastenden Flüssigkeitssäule ausgleicht, die Flüssigkeit also in der Kammer verbleibt und die Flüssigkeitsoberfläche statisch ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit keine Reihe verloren gehender Flüssigkeitstropfen benötigt. Es ist auch nicht notwendig, dass die Menge der in der Kammer der Messanordnung angeordneten Flüssigkeit so groß ist, dass sich ein Flüssigkeitstropfen ausbildet. Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung ist vielmehr vorgesehen, dass die Unterseite der Flüssigkeit bei der Messung die Form einer Kugelkalotte hat. 4

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das optische^ Instrument im Strahlengang des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichtes angeordnet ist. Dadurch kann die Bestimmung der Oberflächenspannung, wie bereits beschrieben, in Abhängigkeit von der Intensität des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts erfolgen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit durch die Beleuchtungsvorrichtung von unten anstrahlbar ist. Gegenüber einer alternativen Anordnung bei der die Flüssigkeit von oben durch eine obere Kammeröffnung anstrahlbar ist, weist diese Anordnung den Vorteil auf, dass die gesamte Messanordnung unterhalb der Flüssigkeit positionierbar ist. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung realisierbar, wenn das optische Instrument ein inverses Mikroskop, vorzugsweise in Auflichtkonfiguration ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messanordnung einen elektronischen Speicher zum Speichern der erfassten Intensität aufweist. In diesem elektronischen Speicher können auch Eichwerte sowie eine Auswertesoftware gespeichert sein.

Die Kammer selbst wird vorteilhafterweise als Durchgangsöffnung in einer Platte ausgebildet. Die Durchgangsöffnung selbst kann dadurch unabhängig von den restlichen Komponenten der Messanordnung in der Platte mit hoher Präzision hergestellt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Platte für eine Messanordnung zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit, insbesondere für eine Messanordnung der vorstehend beschriebenen Art, mit einer durch eine Durchgangsöffnung gebildeten Kammer.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in die Kammer eingebrachtes destilliertes Wasser bei mit einer Kammeröffnung nach unten gerichteter Platte eine über die nach unten gerichtete Plattenseite hervorstehende Oberfläche ausbildet und in der Kammer verbleibt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die beiden Kammeröffnungen unterschiedlich groß sind und die Platte mit der kleineren Kammeröffnung nach unten gerichtet ist.

Da die untere Kammeröffnung vorteilhafterweise gratfrei und scharfkantig ausgebildet sein sollte, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Platte vorgesehen, dass der untere ·* ♦ *·»··»· f« • · * · · · · ·· • ··· « Μ· · | M< • ····« · | Ml · | • · · · · I · · *· · «·· «II · · I« 5

Bereich der Kammer in Form eines, vorzugsweise aus biologisch und/oder chemisch inertem Material - vorzugsweise Saphir-bestehenden, vorzugsweise austauschbaren Einsatzkörpers ausgebildet ist.

Zur Erleichterung der Einbringung der Flüssigkeit kann weiters vorgesehen sein, dass sich die Durchgangsöffnung von der oberen Kammeröffnung zur unteren Kammeröffnung hin, vorzugsweise konisch, veijüngt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens die kleinere Kammeröffnung die Form eines Kreises hat, wobei vorzugsweise die Abweichung von der Kreisform geringer als 1 % ist. Genauere Messergebnisse ergeben sich, wenn zumindest die kleinere Kammeröffnung scharfkantig und gratfrei ausgebildet ist. Weiters beträgt der größte Durchmesser der kleineren Kammeröffnung vorzugsweise etwa 50 bis 300 pm, vorzugsweise etwa 200 pm.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer insbesondere hauptsächlich aus Wasser bestehenden Flüssigkeit, insbesondere mit einer Messanordnung der vorstehend beschriebenen Art. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Flüssigkeit in eine unten offene Kammer gegeben und durch eine Beleuchtungsvorrichtung beleuchtet wird, wobei die Intensität des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts erfasst wird.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Intensität des von der Unterseite der Flüssigkeit reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit transmittierten Lichts kontinuierlich erfasst wird. Dadurch kann beispielsweise die Änderung der

Oberflächenspannung der Flüssigkeit bei Zugabe von Substanzen in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt werden. Dadurch kann auf Eigenschaften der zugegebenen Substanzen sowie auf die Änderung dieser Eigenschaften mit der Zeit rückgeschlossen werden.

Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise mit Hilfe einer

S erfindungsgemäßen MepfSanordung zur Untersuchung der von, insbesondere menschlichen Lungenzellen abgegebenen Substanzen verwendet werden.

Die die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verändernden Substanzen werden besonders bevorzugt von oben zugegeben. Ist die gesamte Messanordnung unterhalb der Kammer angeordnet, kann so auf einfache Weise eine kontinuierliche Messung der 6

Oberflächenspannung erfolgen. Von oben können zusätzlich andere Messungen, zum Beispiel von fluoreszenzmarkierten Teilchen, gleichzeitig mit der Bestimmung der Oberflächenspannung vorgenommen werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Platte, insbesondere einer Platte der vorstehend beschriebenen Art, in welcher eine Öffnung zur Aufnahme einer Flüssigkeit ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Platte mit der Öffnung nach unten gerichtet und in die Öffnung eine Flüssigkeit eingebracht ist, die eine über die nach unten gerichtete Plattenseite hervorstehende Oberfläche ausbildet und in der Öffnung verbleibt, wobei an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft biologische Zellen kultiviert werden. Die Platte bildet somit eine Art bodenlose Petrischale. Diese eignet sich besonders zum Studium von Zellen, welche unter natürlichen Bedingungen an einer Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche beheimatet sind. Da die meisten biologischen Zellen schwerer als Wasser sind^setzen sich diese nämlich an der Unterseite der Flüssigkeit ab. Derartige Zellen sind beispielsweise -insbesondere menschliche - Lungenzellen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1 Fig.2 Fig. 3 Fig. 4a, 4b

Fig. 5a, 5a Fig. 6

Fig. 7 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungemäßen Messanordnung, die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Platte, eine Schnittdarstellung durch eine erfindungemäße Platte mit darin angeordneter Flüssigkeit und darüber angeordneten biologischen Zellen, schematische Detailansichten der Unterseiten von Flüssigkeitsproben, denen unterschiedliche Konzentrationen von die Oberflächenspannung herabsetzenden Substanzen beigegeben wurden, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Platte, eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Platte, welche zur Kultivierung biologischer Zellen verwendet wird, die schematische Darstellung des Strahlengangs von auf die Unterseite der Flüssigkeit gestrahlten Lichts, *· ♦ · ♦ · ·» • · · · · * ·«· ·» ··· · ··· « i · · · • ♦ · · ♦· · · «·ι « · • · · · · · · · ·* · ······ ·« ·« 7

Fig. 8 eine schematische Darstellung wie in Fig. 7, wobei die Flüssigkeitsoberfläche eine größere Oberflächenspannung aufweist,

Fig. 9 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung und

Fig. 10a-d fotografische Aufnahmen der Unterseiten von Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Detailansicht der erfindungsgemäßen Messanordung 1 im Bereich der Kammer 4, welche eine Flüssigkeit 2 enthält, die aufgrund ihrer Oberflächenspannung stationär in der Kammer 4 gehalten wird. Die Unterseite 2‘ der Flüssigkeit 2 bildet aufgrund der Oberflächenspannung eine annähernd plane Flüssigkeits-Luft-Grenzfläche (air-liquid interface), welche in diesem Ausführungsbeispiel von unten mit einem inversen Mikroskop 8 betrachtet werden kann. In Fig. 1 ist dabei ein Teil des Objektives 19 des Mikroskops 8 erkennbar. Weiters ist zu erkennen, dass die Kammer 4 als Durchgangsöffnung in einer Platte 15 mit Höhe h ausgebildet ist. Die obere Kammeröffnung wurde mit dem Bezugszeichen 6 und die untere Kammeröffnung mit dem Bezugszeichen 5 versehen.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Platte 15 in einer schematischen perspektivischen Ansicht.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise die Platte 15 der Messanordnung 1 auf deren Oberseite ein cs

Deckglas 18 aufgelegt ist. An der Unterseite des Deckglas 18 sind mehrere biologische Zellen 20 angeordnet, welche in die Flüssigkeit 2 hineinreichen und eine Substanz 17 sezernieren. Die Substanz 17 sammelt sich aufgrund des höheren spezifischen Gewichts an der Unterseite 2‘ der Flüssigkeit 2 an. Beispielsweise kann es sich bei den biologischen Zellen 20 um menschliche Lungenzellen handeln, welche die pulmonale oberflächenaktive Substanz in Form von lipidreichen, dichtgepackten lamellären Körperchen (lamellar bodies) sezernieren.

Wie in den Fig. 4a und 4b dargestellt, sammeln sich diese LBP‘s an der Unterseite 2‘ der Flüssigkeit 2 an. In Fig. 4a wurde dabei von einer größeren Konzentration an LBP’s ausgegangen als in Fig. 4b. Da die LBP’s die Oberflächenspannung der hauptsächlich aus Wasser bestehenden Flüssigkeit 2 herabsetzen, ist in Fig. 4a aufgrund der höheren Konzentration an LBP’s ein stärkeres Ausbeulen der Unterseite 2‘ der Flüssigkeit 2 feststellbar als in Fig. 4b. Wie bereits beschrieben, lässt sich erfindungsgemäß der Grad der »* ♦ · ···» »· ·» • · · ♦ * ♦ « « · • · · · · ·Μ · ···· • · · t I · · · ·«·· · I » t · · ··· • · I ··«··· «f i· 8

Ausbeulung in Abhängigkeit von der gemessenen Lichtintensität in einen Wert für die Oberflächenspannung der Flüssigkeit 2 mit den darin enthaltenen Substanzen 17 umsetzen.

Fig. 5a und 5b zeigen die schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Platte 15, wobei der untere Bereich der in der Platte 15 angeordneten Kammer 4 durch einen Einsatzkörper 16 gebildet wird. In Fig. 5a sind die Platte 15 und der Einsatzkörper 16 getrennt voneinander dargestellt. In Fig. 5b ist die Platte 15 mit eingesetztem Einsatzkörper 16 dargestellt.

Fig. 6 zeigt die Verwendung der in den Fig. 5a und 5b dargestellten Platten 15 zur Kultivierung biologischer Zellen 20 an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche.

Fig. 7 zeigt schematisch den Strahlengang dreier beispielhaft ausgewählter Strahlen 23a, 23b, 23c, welche vom Objektiv 19 des Mikroskops 8 auf die Unterseite 2‘ der in der Platte 15 angeordneten Flüssigkeit 2 gestrahlt und von dieser reflektiert werden. Strichliert ist dabei das Sichtfeld 22 des Mikroskops 8 dargestellt. Man erkennt, dass die Strahlen 23a und 23c aufgrund der Krümmung der Unterseite 2‘ der Flüssigkeit 2 aus dem Sichtfeld 22 des Mikroskops hinausreflektiert werden. Die Oberfläche 2' erscheint somit dunkler als die in Fig. 8 dargestellte Oberfläche 2‘ einer Flüssigkeit 2 mit größerer Oberflächenspannung und dadurch weniger gekrümmten Unterseite 2‘. Durch die hohe Planarität der Unterseite 2‘ der in Fig. 8 dargestellten Flüssigkeit 2 gelangen alle Strahlen 23a, 23b, 23c nach Reflektion an der Unterseite 2‘ wieder in das Objektiv 19 des Mikroskops 8.

Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 mit einem Mikroskop 8 in inverser Auflichtkonfiguration, wobei die von einer Beleuchtungsvorrichtung 3 ausgehenden Strahlen über eine Linse 21 und das Objektiv 19 auf die Unterseite 2‘ der Flüssigkeit 2 geworfen werden. Die Kammer 4 ist dabei in der in Fig. 2 dargestellten Platte 15 angeordnet auf deren Oberseite ein Deckglas 18 aufliegt. An der Unterseite des Deckglases 18 sind biologische Zellen 20 angeordnet, welche die zu untersuchende Substanz 17 sekretieren. Das vom Objektiv 19 des Mikroskops 8 aufgenomme^pe Licht wird nach Umwandlung in geeignete elektrische Signale einer Vorrichtung^rz/ir rechnerischen Bestimmung der Intensität übermittelt, welche eine Recheneinrichtung 13 zur Integration des Intensitätsprofils über den durch das Sichtfeld 22 des Mikroskops 8 gebildeten Raumwinkelbereich aufweist. Die Ergebnisse können einer Vorrichtung zur grafischen Darstellung 11 übermittelt und durch diese betrachtet werden. Die Vorrichtung 12 weist dabei einen elektronischen Speicher 14 auf. 9

Fig. 10 zeigt die fotografischen Aufnahmen der Unterseiten 2‘ von vier verschiedenen Flüssigkeiten 2 mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen. Die Oberflächenspannung der Flüssigkeiten 2 nimmt dabei von Fig. 10a zu Fig. 10d hin ab. Dies ist durch die abnehmende Helligkeit der Unterseiten 2‘ der Flüssigkeiten 2 erfindungsgemäß feststellbar und gut in den Fig. 10a - 10d erkennbar. Die Werte der Oberflächenspannungen betragen dabei bei Fig. 10a 72,5 mN/m, bei Fig. 10b 60,5 mN/m, bei Fig. 10c 48,0 mN/m und bei Fig. 10d 35, 6 mN/m.

Die Angabe „unten“ bezieht sich in der gesamten Offenbarung auf die Richtung des lokalen Schwerkraftvektors.

Innsbruck, am 26. November 2003 Für Dr. Paul Dietl

Dr. Thomas Haller:

Die Vertreter:

Patentansprüche: 1. Messanordnung zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit mit einer Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (1) eine unten offene Kammer (4) zur Aufnahme der Flüssigkeit (2) und eine Vorrichtung (10) kur Erfassung der Intensität des von der Unterseite (2‘) der Flüssigkeitsprobe (2) reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit (2) transmittierten Lichts aufweist. . ) 2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (1) eine Vorrichtung (11) zur grafischen Darstellung der Intensität bzw. Intensitätsverteilung des von der Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit (2) transmittierten Lichts aufweist. 3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (1) eine Vorrichtung (12) zur rechnerischen Bestimmung der Intensität bzw. Intensitätsverteilung des von der Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit (2) transmittierten Lichts aufweist. 4. Messanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) eine Recheneinrichtung (13) zur Integration des Intensitätsprofils über einen Raumwinkelbereich aufweist. 5. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung der Flüssigkeit (2) den Druck der auf der Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) lastenden Flüssigkeitssäule ausgleicht. 6. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (1) ein optisches Instrument, vorzugsweise Mikroskop (8), zur Vergrößerung des Bildes der Flüssigkeit (2) aufweist. 7. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optisches Instrument im Strahlengang (9) des von der Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) reflektierten Lichtes angeordnet ist. 8. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) durch Beleuchtungsvorrichtung (3) von unten anstrahlbar ist. 53993 36/bz

Claims (19)

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2. 9. Messanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Instrument ein inverses Mikroskop (8) ist:·
3. 10. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (1) einen elektronischen Speicher (14) zum Speichern der erfassten Intensität aufweist.
4. 11. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (4) als Durchgangsöffnung in einer Platte (15) ausgebildet ist.
5. 12. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) bei der Messung die Form einer Kugelkalotte hat.
6. 13. Platte für eine Messanordnung zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer durch eine Durchgangsöffnung gebildeten Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kammer (4) eingebrachtes destilliertes Wasser bei mit einer Kammeröffnung nach unten gerichteter Platte (15) eine über die nach unten gerichtete Plattenseite hervorstehende Oberfläche ausbildet und in der Kammer (4) verbleibt.
7. 14. Platte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kammeröffnungen (5, 6) unterschiedlich groß sind und die Platte (15) mit der kleineren Kammeröffnung (5) nach unten gerichtet ist.
8. 15. Platte nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Kammer verbleibende destillierte Wasser ein Volumen von 0,1 μΙ aufweist.
9. 16. Platte nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchgangsöffnung von der einen Plattenseite zur anderen Plattenseite hin konisch verjüngt.
10. 17. Platte nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die über die nach unten gerichtete Plattenseite hervorstehende Oberfläche der Flüssigkeit (2) kugelkalottenförmig ist. 53993 36/bz • · ♦ · ···· ·· · ♦ « · ♦ · · · · ♦ ♦ • ♦ · ♦ · »·· ^ ···· • · · * · · · » · • · · · · ··· «· · ······ ·· ««
11. 18. Platte nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich der Kammer (4) in Form eines, vorzugsweise aus biologisch und/oder chemisch inöertem Material - vorzugsweise Saphir-bestehenden, vorzugsweise austauschbaren Einsatzkörper (16) ausgebildet ist.
12. 19. Platte nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die kleinere Kammeröffnung (7) die Form eines Kreises hat, wobei vorzugsweise die Abweichung von der Kreisform geringer als 1 % ist.
13. 20. Platte nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Durchmesser der kleineren Kammeröffnung (7) etwa 50 - 300 μπι, vorzugsweise etwa 200 μηη, beträgt.
14. 21. Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer, insbesondere hauptsächlich aus Wasser bestehenden, Flüssigkeit, insbesondere mit einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) in eine unten offene Kammer (4) gegeben und durch eine Beleuchtungsvorrichtung (3) beleuchtet wird, wobei die Intensität des von der Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit (2) transmittierten Lichts erfasst wird.
15. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des von der Unterseite (2‘) der Flüssigkeit (2) reflektierten Lichts und/oder des durch die Flüssigkeit (2) transmittierten Lichts kontinuierlich erfasst wird.
16. 23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung der Flüssigkeit (2) zumindest eine deren Oberflächenspannung verändernde Substanz (17), vorzugsweise von oben, zugegeben wird.
17. 24. Verwendung einer Platte in welcher eine Öffnung zur Aufnahme einer Flüssigkeit ausgebildet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (15) mit der Öffnung nach unten gerichtet und in die Öffnung eine Flüssigkeit (2) eingebracht ist, die eine über die nach unten gerichtete Plattenseite hervorstehende Oberfläche ausbildet und in der Öffnung verbleibt, wobei an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit (2) und Luft biologische Zellen (20) kultiviert werden. 53993 36/bz • · · · · · ··· • · · · 9 9 99 A 9 9 9 9 9 99.99 · «Η«··· « * · · · * · · · ♦ * · ·····* « « ··
18. 25. Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (20), welche in der Flüssigkeit (2) kultiviert werden, unter natürlichen Bedingungen an einer Luft-Flüssigkeit-Grenzfläche beheimatet sind.
19. 26. Verwendung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (20), vorzugsweise menschliche, Lungenzellen sind. Innsbruck, am 26. November 2003 Für Dr. Paul Dietl Dr. Thomas Haller: Die Vertreter:

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