Tropfen, der sich von einer Glaskapillare ablöst.

Forschung am mst

Tropfenanalyse und -dosierung

Die Dosierung von kleinen Flüssigkeitsmengen findet u.a. in der Medizintechnik, zum Beispiel bei der Verabreichung von Infusionen in Krankenhäusern, Verwendung. Die theoretischen Grundlagen sollen im Rahmen dieses Projektes analytisch, numerisch und experimentell erfasst werden. Gewonnene Erkenntnisse sollen anschließend auf reale Applikationen übertragen werden.

Projektstatus: aktuell

Das Projekt Tropfenanalyse und –dosierung beschäftigt sich mit der Untersuchung von Tropfen, die sich an der Unterseite einer Kapillare bilden. Der Druck, der diese Tropfenbildung antreibt, stammt dabei lediglich aus dem über der Kapillare angeordneten Flüssigkeits-Reservoir. Das heißt, es wird kein externer Druck aufgebracht, um den Tropfprozess anzutreiben, wie dies zum Beispiel bei Tintenstrahldruckern der Fall ist.

Simulation eines Tropfens beim Abriss (c)
Simulation eines Tropfens beim Abriss

Die zwei Phasen des Projekts

Ziel des ersten Teils des Projekts ist es, für solche Tropfprozesse einen verhältnismäßig einfachen analytischen Berechnungsansatz zu erarbeiten, der ohne die Lösung komplexer Differentialgleichungen auskommt und trotzdem eine ausreichende Genauigkeit aufweist, um mit den erhaltenen Ergebnissen Entwicklungs- und Analyseprozesse vereinfachen zu können. Im zweiten Teil des Projekts soll dieser Ansatz auf real existierende Dosiersysteme, wie sie zum Beispiel in der Medizintechnik (Infusionen, Tropfendosiersysteme, …) eingesetzt werden, übertragen werden. Ziel ist es, diese Eignung zum Einsatz in Analyse- und Entwicklungsprozessen zu verifizieren. Dazu sollen die realen Dosiersysteme in erster Linie mithilfe des erarbeiteten Ansatzes berechnet werden.

Aktuell befindet sich das Projekt in der zweiten Phase. Das bedeutet, dass der Fokus auf der Untersuchung existierender Tropfendosiersysteme mithilfe des neuen Berechnungsansatzes liegt. Zur Analyse und Verifikation der Ergebnisse werden sowohl Experimente an dünnen Glaskapillaren als auch numerische Simulationen mithilfe des Programms OpenFOAM eingesetzt.

Tropfenmessstand (c)
Tropfenmessstand

Der Tropfenmessstand

Die Experimente werden an einem eigens dafür entwickelten Tropfenmessstand durchgeführt. Die grundlegende Variante dieses Messaufbaus basiert auf einem RaspberryPi-Microcontroller mit zugehörigem Kamera-Modul und ermöglicht eine Aufnahme des Tropfenbildungsprozesses mit 118 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 640 x 480 Pixeln. Die Beleuchtung der zu untersuchenden Kapillaren wird mithilfe einer LED und einem Diffusor zur Streuung des Lichts der LED realisiert. Die Bedienung des Messaufbaus erfolgt über eine speziell angefertigte grafische Benutzeroberfläche und ermöglicht die vollständige Kategorisierung und Vermessung einzelner Tropfen oder ganzer Tropfenserien.