DE102012106899A1 - Manufacturing composition of function-bearing base substances, comprises metering and/or mixing of base substances, which are present in liquid form and/or are embedded in carrier liquid by transporting discrete volumes of base substances - Google Patents
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Abstract
Description
Einleitung introduction
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Mischungen funktionstragender Grundsubstanzen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen olfaktorisch wirksamen Zusammensetzungen aus diskreten, flüssigen Bestandteilen. The invention relates to a method and an apparatus for producing mixtures of functional basic substances. In particular, the invention relates to a method and apparatus for preparing olfactory compositions of discrete liquid components.
Stand der Technik und Nachteile State of the art and disadvantages
Chemisch, olfaktorisch oder anderweitig aktive Zusammensetzungen, nachfolgend auch kurz Zusammensetzungen genannt, bestehen häufig aus einer Anzahl bestimmter funktionstragender Grundsubstanzen. Zwar liegen solche Grundsubstanzen häufig in Form von Feststoffen vor; diese Form eignet sich jedoch oftmals nur bedingt zur Herstellung von Mischungen solcher funktionstragender Grundsubstanzen, kurz Mischungen genannt, da erst ein sehr gründliches Durchmischen zu dem gewünschten Ergebnis, wie z. B. zu einem gewünschten Duftstoff, führt. Dies ist bei Feststoffen nur eingeschränkt möglich; auch eine typischerweise ablaufende Reaktion der einzelnen Grundsubstanzen miteinander erfordert größtmöglichen Kontakt der Reaktanden zueinander. Daher werden Grundsubstanzen in Form von Flüssigkeiten bevorzugt. Sofern die Grundsubstanzen nicht bereits in flüssiger Form vorliegen, können sie in Trägerflüssigkeiten aufgelöst werden. Chemically, olfactorily or otherwise active compositions, hereinafter also referred to as compositions for short, often consist of a number of certain function-bearing basic substances. Although such basic substances are often in the form of solids; However, this form is often only conditionally suitable for the preparation of mixtures of such functional basic substances, in short mixtures, since only a very thorough mixing to the desired result, such as. B. to a desired perfume leads. This is only possible to a limited extent with solids; Also, a typically occurring reaction of the individual basic substances with each other requires the greatest possible contact of the reactants to each other. Therefore, basic substances in the form of liquids are preferred. Unless the basic substances are already in liquid form, they can be dissolved in carrier liquids.
Zur Herstellung von Mischungen aus funktionstragenden Grundsubstanzen, insbesondere von olfaktorisch wirksamen Mischungen (Duftstoffen), sind verschiedene Verfahren bekannt. Various processes are known for the preparation of mixtures of functional basic substances, in particular of olfactorily active mixtures (fragrances).
Klassisch erfolgt das Mischen manuell, unter Zuhilfenahme von Vorrichtungen zum genauen Wiegen der Grundsubstanzen, um das so genannte „Rezept“ exakt einzuhalten. Manuelle Verfahren eignen sich nur zur Herstellung von geringen Mengen an Mischungen, z. B. nur zu Kreation neuer Düfte, und werden typischerweise von besonders geschultem und erfahrenem Personal durchgeführt. Classically, the mixing is done manually, with the help of devices for accurate weighing of the basic substances, to exactly observe the so-called "recipe". Manual processes are only suitable for the preparation of small amounts of mixtures, eg. For example, only to create new fragrances, and are typically performed by specially trained and experienced personnel.
Bekannt sind außerdem automatisiert ablaufende Verfahren, bei denen mittels geeigneter Dosiereinrichtungen die Einhaltung des Rezepts sichergestellt wird. Derartige Verfahren eignen sich insbesondere in der Massenherstellung. Als Dosiereinrichtungen sind Dispenser, die auf Verdrängung eines bestimmten Volumens basieren, und Pumpen, die über einen definierten Zeitraum eine definierte Menge an flüssiger Grundsubstanz in eine Mischkammer fördern, bekannt. Neuartige Verfahren nutzen das Mischen von Grundsubstanzen in der Gasphase; hierzu werden Zerstäuber eingesetzt, die beispielsweise auf der Kollision zweier separater Flüssigkeitsstrahlen basieren, oder Vernebler, die beispielsweise auf dem Prinzip des Elektrosprays aufbauen. In addition, automated processes are known, in which compliance with the recipe is ensured by means of suitable metering devices. Such methods are particularly suitable in mass production. Dispensers based on displacement of a certain volume and pumps which convey a defined amount of liquid ground substance into a mixing chamber over a defined period of time are known as metering devices. Novel methods utilize the mixing of basic substances in the gas phase; For this atomizers are used, for example, based on the collision of two separate liquid jets, or nebulizers, for example, based on the principle of electrospray.
Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass sie einen verhältnismäßig hohen zeitlichen Aufwand benötigen, und/oder dass bei der Änderung der Rezeptur aufwändige Reinigungsschritte nötig sind. Zudem ist eine Reproduzierbarkeit nur mit hohem Aufwand erreichbar. Die für die Verfahren verwendeten Vorrichtungen sind entweder nur von Spezialisten bedienbar, und/oder der konstruktive Aufwand ist sehr hoch. Zudem sind sie meist sehr voluminös und teuer. The known methods have the disadvantage that they require a relatively high expenditure of time and / or that complex cleaning steps are necessary when changing the formulation. In addition, reproducibility can only be achieved with great effort. The devices used for the method are either only operated by specialists, and / or the design effort is very high. In addition, they are usually very voluminous and expensive.
Aufgabe der Erfindung und Lösung Object of the invention and solution
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, womit die vorstehenden Nachteile vermieden werden können. Das Verfahren soll schnell und einfach durchführbar sein, reproduzierbare Ergebnisse liefern, und insbesondere zur Herstellung von olfaktorisch wirksamen Zusammensetzungen (Düften) geeignet sein. Die Vorrichtung soll kostengünstig sein und einen im Verhältnis zu bekannten Anlagen geringen Bauraum aufweisen. The object of the invention is to provide a method and a device with which the above disadvantages can be avoided. The process should be quick and easy to carry out, provide reproducible results, and be particularly suitable for the production of olfactory compositions (fragrances). The device should be inexpensive and have a low installation space in relation to known systems.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung, sowie den Figuren zu entnehmen. The object is achieved by a method according to
Beschreibung description
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Herstellen einer Zusammensetzung aus funktionstragenden Grundsubstanzen, die in flüssiger Form vorliegen und/oder in Trägerflüssigkeit eingebettet sind, wobei die Zusammensetzung durch Dosieren und Mischen dieser Grundsubstanzen hergestellt wird. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dosieren und/oder das Mischen mittels Transports diskreter Volumina der Grundsubstanzen unter Verwendung des Electrowetting-Effektes durchgeführt wird. The process according to the invention serves to produce a composition of functional basic substances which are present in liquid form and / or embedded in carrier liquid, the composition being produced by dosing and mixing these basic substances. It is characterized in that the metering and / or mixing is carried out by transporting discrete volumes of the basic substances using the electrowetting effect.
Der Effekt des Electrowettings basiert auf der Tatsache, dass sich die Oberflächenenergie (und somit die Oberflächenspannung) polarer Flüssigkeiten, zu denen z. B. auch Wasser zählt, unter Einwirkung eines elektrischen Feldes verändert. Der Aufbau einer den Effekt des Electrowettings nutzenden Vorrichtung umfasst eine erste Elektrode, eine dielektrische Schicht, eine zweite Elektrode, sowie einen Zwischenraum für die polare Flüssigkeit zwischen der dielektrischen Schicht und der zweiten Elektrode. Typischerweise ist die erste Elektrode mit einer hydrophoben Beschichtung versehen und ihrerseits auf einem Substrat angeordnet. The effect of electrowetting is based on the fact that the surface energy (and thus the surface tension) of polar liquids, to which z. B. also counts water, changed under the action of an electric field. The structure of a device using the effect of electrowetting comprises a first electrode, a dielectric layer, a second electrode, and a space for the polar liquid between the dielectric layer and the second electrode. Typically, the first electrode is provided with a hydrophobic coating and in turn disposed on a substrate.
Wird nun an die Elektroden eine Spannung U angelegt, so verhält sich der Kontaktwinkel Θ, der zwischen der Ebene des Dielektrikums und einem Tropfen aus der polaren Flüssigkeit gemessen wird, nach der so genannten Lippmann-Young-Gleichung: If a voltage U is now applied to the electrodes, then the contact angle Θ, which is measured between the plane of the dielectric and a drop of the polar liquid, behaves according to the so-called Lippmann-Young equation:
Hierbei bezeichnet Θ0 den Kontaktwinkel ohne angelegte Spannung U, ε0 die absolute Dielektrizitätskonstante, εr die relative Dielektrizitätskonstante, und d die Dicke der dielektrischen Schicht, und γ bezeichnet die Grenzflächenenergie (Oberflächenspannung). Vereinfacht ausgedrückt, durch Erhöhen der Spannung U wird der Kontaktwinkel Θ verringert; der Tropfen aus der polaren Flüssigkeit zerfließt. Here, Θ 0 denotes the contact angle with no applied voltage U, ε 0 the absolute dielectric constant, ε r the relative dielectric constant, and d the thickness of the dielectric layer, and γ denotes the interfacial energy (surface tension). In simple terms, by increasing the voltage U, the contact angle Θ is reduced; the drop of the polar liquid dissolves.
Für einen Tropfen der Größe 1 mm (Durchmesser) liegt die Spannung U typischerweise bei etwa 30 V. Daraus ergeben sich „Schaltgeschwindigkeiten“ von etwa 100 ms. Aufgrund der Tatsache, dass die Steuerung nahezu leistungslos erfolgt, ist der Energieverbrauch sehr gering, was insbesondere im Hinblick auf mobile, leistungsautarke Systeme von Vorteil ist. For a drop of
Bekannte Anwendungsfelder aus den Gebiet des Electrowetting liegen: im Bereich von Flüssigkeitslinsen, deren Wölbung über das elektrische Feld veränderbar ist (beschrieben z. B. in Druckschrift
Zunächst müssen die in flüssiger Form vorliegenden und/oder in Trägerflüssigkeit eingebetteten Grundsubstanzen geeignet dosiert werden. Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das Dosieren mittels Transports diskreter Volumina der Grundsubstanzen unter Verwendung des Electrowetting-Effektes. Mit anderen Worten, aus jeder der zunächst in größerer Menge vorliegenden Grundsubstanzen wird mittels Electrowetting ein genau definiertes, diskretes Volumen „heraustransportiert“, also dosiert. First, the present in liquid form and / or embedded in carrier liquid basic substances must be suitably dosed. According to one embodiment of the invention, metering is accomplished by transporting discrete volumes of the basic substances using the electrowetting effect. In other words, from each of the basic substances initially present in greater quantity, a precisely defined, discrete volume is "transported out" by means of electrowetting, ie dosed.
Alternativ ist jedoch auch eine Dosierung auf andere, herkömmliche Weise möglich (s. o.). Alternatively, however, a dosage in other conventional manner possible (see above).
Alsdann müssen die dosierten Grundsubstanzen in geeigneter Menge zusammengebracht, also miteinander gemischt werden. Hierzu ist (ggf. ebenfalls, s. o.) ein Transport der nunmehr als diskrete Volumina vorliegenden (dosierten) Grundsubstanzen unabdingbar. Nach einer weiteren, erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt daher das Mischen mittels Transports diskreter Volumina der Grundsubstanzen unter Verwendung des Electrowetting-Effektes. Then the dosed basic substances must be brought together in an appropriate amount, so mixed together. For this purpose, a transport of the (dosed) basic substances now present as discrete volumes is (possibly also, see above) indispensable. According to a further embodiment of the invention, therefore, the mixing takes place by means of transport of discrete volumes of the basic substances using the electrowetting effect.
Alternativ ist jedoch auch hier ein Mischen auf andere, herkömmliche Weise möglich (s. o.). Alternatively, however, it is also possible to mix in another conventional manner (see above).
Besonders bevorzugt erfolgen sowohl das Dosieren als auch das Mischen unter Verwendung des Electrowetting-Effektes. More preferably, both dosing and mixing are done using the electrowetting effect.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Aufgrund des Dosierens einer Grundsubstanz in genau definierte Volumina, die typischerweise im Bereich 0,1 Picoliter–500 Nanoliter liegen, und nachfolgenden Ansammelns einer genau bekannten Anzahl dieser Volumina, kann eine ebenfalls genau bestimmte Menge an Grundsubstanz bereitgestellt werden. Das Verfahren ist weist eine hohe Reproduzierbarkeit auf, da – gleiche Umgebungsparameter wie Druck und Temperatur, sowie gleiche elektrische Parameter in Bezug auf den Electrowetting-Effekt vorausgesetzt – die diskreten Volumina einer Grundsubstanz immer exakt gleich groß sind. Die Leistungsaufnahme ist sehr gering, was insbesondere im Hinblick auf energieautarke Lösungen vorteilhaft ist. Aufgrund der hohen Taktraten kann auch eine größere, exakt abgemessene Menge an Grundsubstanzen schnell zur Verfügung gestellt werden. Das Verfahren ist voll automatisierbar und benötigt zu seiner Durchführung keine besonderen Fachkenntnisse oder Erfahrungen. By using the method according to the invention, there are a number of advantages. Due to the metering of a matrix in well-defined volumes, typically in the range of 0.1 picoliter to 500 nanoliters, and subsequent accumulation of a precisely known number of these volumes, a likewise precisely determined amount of matrix can be provided. The method has a high reproducibility, since - provided equal environmental parameters such as pressure and temperature, as well as the same electrical parameters in relation to the electrowetting effect - the discrete volumes of a matrix are always exactly the same size. The power consumption is very low, which is particularly advantageous in terms of energy self-sufficient solutions. Due to the high clock rates, a larger, precisely measured amount of basic substances can be made quickly available. The process is fully automated and requires no special expertise or experience to carry it out.
Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit kann eine Grundsubstanz in einer (neutralen) Trägerflüssigkeit verdünnt werden. Somit sind beispielsweise Verdünnungen mit Anteilen von 0,01–5% einer Grundsubstanz möglich. To further improve the accuracy, a ground substance may be diluted in a (neutral) carrier liquid. Thus, for example, dilutions are possible with proportions of 0.01-5% of a ground substance.
Besonders bevorzugt ist mindestens eine funktionstragende Grundsubstanz ein olfaktorisch wirksamer Stoff, und das Verfahren wird zur Herstellung einer olfaktorisch wirksamen Zusammensetzung verwendet. Demnach sind die Zusammensetzung und/oder die funktionstragenden Grundsubstanzen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Düften (z. B. Parfüms, Innenraumdüften), Geschmacksstoffen, oder Geruchsstoffen (also auch als „unangenehm“ empfundenen Gerüchen). Für den Bereich der Herstellung olfaktorisch wirksamer Zusammensetzungen ist das erfindungsgemäße Verfahren bisher nicht beschrieben. More preferably, at least one functional matrix is an olfactory agent, and the method is used to prepare an olfactory composition. Accordingly, the composition and / or the functional base substances selected from the group consisting of fragrances (eg, perfumes, indoor fragrances), flavors, or odors (ie, as "unpleasant" perceived odors). For the field of the production of olfactively active compositions, the inventive method is not yet described.
Somit offenbart die Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines flüssigen Duftstoffes aus Grundstoff-Flüssigkeiten, die in flüssiger Form vorliegende und/oder in Trägerflüssigkeit eingebettete Duft-Grundstoffe umfassen, wobei der Duftstoff durch Dosieren und Mischen dieser Grundstoff-Flüssigkeiten hergestellt wird. Dabei ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Dosieren und/oder das Mischen mittels Transports diskreter Volumina der Grundstoff-Flüssigkeiten unter Verwendung des Electrowetting-Effektes durchgeführt wird. Thus, the invention particularly discloses a method for producing a liquid Perfume from commodity liquids comprising liquid form present and / or carrier liquid embedded fragrance precursors wherein the fragrance is prepared by dosing and mixing these base liquids. The method is characterized in that the metering and / or mixing is carried out by transporting discrete volumes of the raw material liquids using the electrowetting effect.
Die Herstellung von Düften aus funktionstragenden Grundsubstanzen ist somit eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich grundlegend von den bisher bekannten Herstellungsverfahren für olfaktorisch wirksame Zusammensetzungen (s. o.) und bietet eine Reihe von Vorteilen. The production of fragrances from functional basic substances is thus a particularly preferred embodiment of the invention. The process according to the invention differs fundamentally from the hitherto known production processes for olfactorily active compositions (see above) and offers a number of advantages.
Die Düften zugrunde liegenden Rezepte müssen hochgenau eingehalten werden, um das gewünschte Ergebnis reproduzierbar zu erhalten, was durch das beschriebene Verfahren sichergestellt ist. Insbesondere das Kreieren neuer Düfte wird vereinfacht, da aufgrund der inkrementellen und sehr präzisen Dosierung feinste Abstufungen reproduzierbar herstellbar sind. Das Verfahren verringert die Kosten, da die einzusetzenden Mengen an Grundsubstanzen sehr gering sein können. The recipes on which the fragrances are based must be kept with a high degree of accuracy in order to obtain the desired result in a reproducible manner, which is ensured by the method described. In particular, the creation of new fragrances is simplified, since due to the incremental and very precise dosing finest gradations are reproducible. The process reduces costs, since the amounts of base substances to be used can be very small.
Es ist klar, dass die Erfindung auch anderweitig einsetzbar ist. Somit können die Zusammensetzung und/oder die funktionstragenden Grundsubstanzen ferner ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Insektiziden, Pflanzenschutzmitteln, Kosmetika, Hormonen und Medikamenten. It is clear that the invention can also be used elsewhere. Thus, the composition and / or the functional base substances may be further selected from the group consisting of insecticides, pesticides, cosmetics, hormones and medicaments.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch deshalb besonders für die genannten Anwendungen, weil es eine „personalisierte“ Herstellung der Produkte erlaubt, also beispielsweise nach persönlichen Vorlieben gestaltete, aus vorgegebenen Grundsubstanzen bestehende Düfte, oder den persönlichen Bedürfnissen genau entsprechende Medikamente. Die Herstellung kann aufgrund der einfachen Bauform „vor Ort“, also beim Benutzer, erfolgen. Sie kann auch „bei Bedarf“ erfolgen, was insbesondere dann von großem Vorteil ist, wenn die Zusammensetzung im Gegensatz zu ihren einzelnen Komponenten nicht lange gelagert werden kann und daher stets frisch hergestellt sein muss, oder wenn eine Lagerung der Zusammensetzung gesundheitliche Probleme verursachen könnte, die bei der Lagerung der Grundsubstanzen nicht auftreten (z. B. bei Insektiziden). The inventive method is therefore particularly suitable for the applications mentioned, because it allows a "personalized" production of the products, so for example, designed according to personal preferences, consisting of predetermined basic substances fragrances, or the personal needs exactly appropriate drugs. The production can be done due to the simple design "on site", ie the user. It may also be "on-demand", which is particularly advantageous if the composition, unlike its individual components, can not be stored for a long time and therefore must always be fresh, or if storage of the composition could cause health problems, which do not occur during storage of the basic substances (eg with insecticides).
Bevorzugt wird der Transport von polaren Grundsubstanzen unmittelbar aufgrund des Electrowetting-Effektes erreicht. Derartige Grundsubstanzen enthalten Flüssigkeiten wie beispielsweise Wasser, wasserartige Medien, oder DPG (Di-Propylenglykol). Demnach sind solche Flüssigkeiten vorteilhaft als Trägerflüssigkeiten für Grundsubstanzen, auch für solche bereits flüssiger Art wie beispielsweise Duftöle, geeignet. Preferably, the transport of polar basic substances is achieved directly on account of the electrowetting effect. Such base substances contain liquids such as water, water-like media, or DPG (di-propylene glycol). Accordingly, such liquids are advantageous as carrier liquids for basic substances, even for those already liquid type such as fragrance oils suitable.
Für den Fall unpolarer Grundsubstanzen ist bevorzugt, dass ihr Transport indirekt aufgrund des Transports von polarer Hilfsflüssigkeit erreicht wird. Mit anderen Worten, der Electrowetting-Effekt wirkt sich nicht auf die unpolare Grundsubstanz aus, sondern dieselbe wird von einer mit ihr nicht mischbaren, polaren Hilfsflüssigkeit(mit-)bewegt. Es ist klar, dass die Hilfsflüssigkeit nach Möglichkeit vor dem eigentlichen, nachgelagerten Mischvorgang entfernt wird, so dass nur die gewünschte Grundsubstanz weiter verarbeitet wird. In the case of nonpolar basic substances, it is preferred that their transport be achieved indirectly due to the transport of polar auxiliary liquid. In other words, the electrowetting effect does not affect the non-polar ground substance, but is (co-) moved by a non-miscible polar auxiliary liquid. It is clear that the auxiliary liquid is removed if possible before the actual, downstream mixing process, so that only the desired basic substance is processed further.
Alternativ oder zusätzlich ist auch ein direkter Transport möglich, wenn der so genannte elektrophoretische Effekt verwendet wird. Dieser bewirkt eine Wanderung elektrisch geladener Teilchen in einem Trägermedium, das beispielsweise eine der o. g. Trägerflüssigkeiten sein kann. Alternatively or additionally, direct transport is also possible if the so-called electrophoretic effect is used. This causes a migration of electrically charged particles in a carrier medium, for example, one of the o. G. Carrier liquids may be.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden die Grundsubstanzen aus einem oder mehreren internen oder externen Reservoirs bereitgestellt (appliziert). Hierzu kann beispielsweise eine Mikropumpe wie insbesondere eine Mikromembranpumpe Verwendung finden. According to a further embodiment, the basic substances are provided (applied) from one or more internal or external reservoirs. For this purpose, for example, a micropump, in particular a micromembrane pump, can be used.
Es ist klar, dass jede Grundsubstanz in einem separaten Reservoir bereitgestellt werden sollte. It is clear that each matrix should be provided in a separate reservoir.
Es sei angemerkt, dass das eigentliche Dosieren nicht mit dem Applizieren zu verwechseln ist. It should be noted that the actual dosing is not to be confused with the application.
Bevorzugt ist demnach, dass die diskreten Volumina einer Grundsubstanz auf einer Dosierstrecke bereitgestellt werden. Das bedeutet, dass ein bestimmter Bereich vorgesehen ist, in bzw. auf welchem die Auftrennung der applizierten Grundsubstanz erfolgt, der nachfolgend Dosierstrecke genannt wird. Es ist klar, dass der Dosiervorgang dem bloßen Applizieren nachgelagert ist und insbesondere durch das Electrowetting-Verfahren erfolgt. Accordingly, it is preferred that the discrete volumes of a matrix are provided on a metering path. This means that a certain area is provided in or on which the separation of the applied base substance takes place, which is referred to below as dosing line. It is clear that the metering process is downstream of the mere application and in particular by the electrowetting process.
Bevorzugt werden nunmehr diskrete Volumina mehrerer Grundsubstanzen auf einer Mischstrecke zu einem Mischvolumen zusammengeführt. Auch hier kommt besonders bevorzugt das Verfahren des Electrowettings zum Einsatz. Discrete volumes of several basic substances are now preferably combined on a mixing line to form a mixing volume. Again, the method of electrowetting is particularly preferred.
Es ist ferner bevorzugt, dass auf einer Separatorstrecke ein Separieren des Mischvolumens in Subvolumina durchgeführt wird, ebenfalls wieder unter bevorzugter Verwendung des Verfahrens des Electrowettings. Beim Separieren können gleich große oder unterschiedlich große Subvolumina erzeugt werden. It is further preferred that a separation of the mixing volume into sub-volumes is carried out on a separator section, again with the preferred use of the method of electrowetting. When separating, equal or different subvolumes can be generated.
Besonders bevorzugt wird ein Durchmischen des Mischvolumens, also ein über das bloße erstmalige Zusammenführen hinausgehendes Vermengen desselben, durch wiederholtes Separieren und Zusammenführen desselben durchgeführt. Hierzu können beispielsweise lineare, sternförmige oder ringförmige Strukturen verwendet werden. Auch das Separieren in mehr als zwei Subvolumina und das nachfolgende Wiederzusammenführen kann zu einem besonders schnellen und effizienten Mischergebnis beitragen. Eine weitere Möglichkeit des Durchmischens besteht in der schnellen und wiederholten Aktivierung und Deaktivierung eines dem Mischvolumen zugeordneten Elektrodenpaars. Hierdurch gerät das Mischvolumen ohne sich zu teilen in Schwingungen, welche zu einer Durchmischung seines Inhalts führen. Particularly preferably, a mixing of the mixing volume, that is to say a mixing thereof which goes beyond the mere first-time merging, is carried out by repeated separation and merging thereof. For this example, linear, star-shaped or annular structures can be used. Separating into more than two subvolumes and subsequent recombining can also contribute to a particularly fast and efficient mixing result. Another possibility of thorough mixing consists in the rapid and repeated activation and deactivation of a pair of electrodes assigned to the mixing volume. As a result, the mixing volume gets into vibration without dividing, which leads to a thorough mixing of its contents.
Schließlich ist es bevorzugt, dass auf einer Ausgabestrecke ein Zielvolumen der flüssigen Zusammensetzung durch Zusammenführen einer bestimmten Anzahl diskreter Volumina des Mischvolumens bereitgestellt wird. Mit anderen Worten, das Mischvolumen wird nötigenfalls in Subvolumina aufgeteilt, von denen dann eine bestimmte Anzahl auf einer Ausgabestrecke zusammengefasst wird. Besonders bevorzugt wird jedoch das gesamte Mischvolumen auf der Ausgabestrecke bereitgestellt. Dies ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch deswegen möglich, weil es erlaubt, vom ersten bis zum letzten Schritt immer nur mit den tatsächlich notwendigen Mengen zu operieren. Dies ist auch aus ökonomischen Gründen wünschenswert, da die Grundsubstanzen häufig sehr teuer sind. Finally, it is preferred that on a dispensing line, a target volume of the liquid composition be provided by merging a certain number of discrete volumes of mixing volume. In other words, the mixing volume is divided, if necessary, into sub-volumes, of which then a certain number is combined on one output line. Most preferably, however, the entire mixing volume is provided on the discharge line. This is possible by means of the method according to the invention also because it allows to operate from the first to the last step only with the actually necessary amounts. This is also desirable for economic reasons, as the basic substances are often very expensive.
Die Erfindung offenbart auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The invention also discloses an apparatus for carrying out the method according to the invention.
Demnach dient die Vorrichtung zum Herstellen einer Zusammensetzung aus funktionstragenden Grundsubstanzen, die in flüssiger Form vorliegen und/oder in Trägerflüssigkeit eingebettet sind, so dass die Zusammensetzung durch Dosieren und Mischen dieser Grundsubstanzen herstellbar ist. Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß eine oder mehrere, und bevorzugt alle der folgenden Komponenten:
- – eine Dosierstrecke zum Bereitstellen diskreter Volumina einer Grundsubstanz;
- – eine Mischstrecke zum Zusammenführen diskreter Volumina mehrerer Grundsubstanzen zu einem Mischvolumen;
- – eine Separatorstrecke zum Separieren des Mischvolumens in Subvolumina;
- – eine Ausgabestrecke zum Bereitstellen eines Zielvolumens der flüssigen Zusammensetzung.
- A metering path for providing discrete volumes of a matrix;
- A mixing section for merging discrete volumes of a plurality of basic substances into a mixing volume;
- A separator line for separating the mixing volume into sub-volumes;
- An output path for providing a target volume of the liquid composition.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dieser Strecken zum Transport der Grundsubstanzen mittels des Electrowetting-Effektes geeignet ist. Vereinfachend wird nachfolgend von einer „Zelle“ gesprochen, wenn eine elektrische Einheit gemeint ist, mit welcher (in einem räumlich begrenzten Volumen) ein elektrisches Feld erzeugbar ist, um den Electrowetting-Effekt hervorzurufen. Eine „Strecke“ umfasst typischerweise eine Mehrzahl sequenziell angeordneter Zellen. The device according to the invention is characterized in that at least one of these sections is suitable for transporting the basic substances by means of the electrowetting effect. For simplicity's sake, a "cell" will be referred to below if an electrical unit is meant with which (in a limited volume) an electric field can be generated in order to produce the electrowetting effect. A "route" typically comprises a plurality of sequentially arranged cells.
Die Dosierstrecke dient dem Abtrennen von diskreten Volumina, z. B. einzelnen Tropfen, aus einer größeren Menge einer Grundsubstanz. Hierzu können mehrere sequenziell angeordnete Zellen verwendet werden, welche ein „Einschnüren“ eines länglichen Tropfens oder Volumens und dadurch bedingtes Abtrennen eines kleineren Volumens erlauben. The dosing serves to separate discrete volumes, z. B. individual drops, from a larger amount of a ground substance. For this purpose, a plurality of sequentially arranged cells can be used, which allow a "constriction" of an elongated drop or volume and thereby conditional separation of a smaller volume.
Die Mischstrecke kann beispielsweise aus zwei oder mehreren, sich schneidenden Anordnungen sequenziell angeordneter Zellen aufgebaut sein. Im Schnittpunkt treffen sich die dorthin transportierten, diskreten Volumina, was zu einer Kombination der Flüssigkeiten zum Mischvolumen führt. The mixing section can be constructed, for example, from two or more intersecting arrangements of sequentially arranged cells. At the intersection, the discrete volumes transported there meet, resulting in a combination of the liquids to the mixing volume.
Dieselbe Strecke kann auch als Separatorstrecke fungieren, indem ein bereits zusammengeführtes Mischvolumen wieder in einzelne diskrete Volumina aufgeteilt wird. Hierzu ist die Ansteuerung der aufeinander zu laufenden Strecken umzukehren, so dass das Mischvolumen wieder auseinander gezogen wird. The same distance can also act as a separator by dividing an already merged mixing volume back into individual discrete volumes. For this purpose, the control of the consecutive routes to be reversed, so that the mixing volume is pulled apart again.
Die Ausgabestrecke schließlich kann bevorzugt ein Vorratsbehälter sein oder in einen solchen münden. In diesem wird die fertig durchmischte Zusammensetzung gesammelt und zur weiteren Verwendung bereitgestellt. Finally, the output section may preferably be a storage container or open into such. In this, the ready-mixed composition is collected and provided for further use.
Es ist klar, dass eine Mehrzahl von Reservoirs für die Grundsubstanzen vorgesehen sein kann, und dass eine entsprechende Anzahl von Zellenbahnen zu einer oder mehreren Mischstrecken führen können. Es ist auch klar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine mehrstufige Anordnung besagter Komponenten aufweisen kann derart, dass zunächst aus Grundsubstanzen Zwischenprodukte, und anschließend aus diesen Zwischenprodukten die endgültige Zusammensetzung hergestellt wird. It is clear that a plurality of reservoirs may be provided for the basic substances, and that a corresponding number of cell webs may lead to one or more mixing sections. It is also clear that the device according to the invention can also have a multistage arrangement of said components such that first of all intermediate substances, and subsequently of these intermediates, the final composition is produced.
Bevorzugt weist eine Strecke zwecks Eignung zum Transport der Grundsubstanzen mittels des Electrowetting-Effektes eine erste Elektrode, eine dielektrische Schicht, mindestens eine zweite Elektrode, sowie einen Zwischenraum zwischen der dielektrischen Schicht und der mindestens einen zweiten Elektroden auf. Der grundlegende Aufbau derartiger „Zellen“ ist bekannt und wird daher vorliegend nicht im Detail beschrieben. In order to be suitable for transporting the basic substances by means of the electrowetting effect, a path preferably has a first electrode, a dielectric layer, at least one second electrode, and a gap between the dielectric layer and the at least one second electrode. The basic structure of such "cells" is known and therefore not described in detail herein.
Bevorzugt ist die erste Elektrode mit einer hydrophoben Beschichtung versehen und/oder ihrerseits auf einem Substrat angeordnet. Preferably, the first electrode is provided with a hydrophobic coating and / or in turn arranged on a substrate.
Als Material für die hydrophobe Schicht kommen insbesondere Fluoropolymere wie Teflon in Betracht. Als Dielektrikum werden allgemein Materialien mit einer möglichst hohen Dielektrizitätskonstante ε bevorzugt (Tantal-Pentoxid: 28, Silizium-Nitrid: 4). Suitable materials for the hydrophobic layer are in particular fluoropolymers such as Teflon into consideration. As a dielectric material with a high dielectric constant ε are generally preferred (tantalum pentoxide: 28, silicon nitride: 4).
Als Substrat kann insbesondere (auch flexibler) Kunststoff oder Glas Verwendung finden. As a substrate, in particular (even more flexible) plastic or glass can be used.
Es ist klar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine elektronische Steuerung zum Ansteuern der zweiten Elektrode(n), und/oder eine Spannungsquelle umfassen kann. Auf diese Weise ist eine vollständige, energieautarke Vorrichtung bereitgestellt, welche örtlich und zeitlich unabhängig nutzbar ist. Die Ansteuerung kann beispielsweise auch funkgesteuert, z. B. per Bluetooth-Schnittstelle, oder zeitabhängig erfolgen. Auch eine Steuerung beispielsweise durch Körperparameter (Blutdruck, Puls, Insulinspiegel, ...) ist denkbar. It is clear that the device according to the invention may further comprise an electronic controller for driving the second electrode (s), and / or a voltage source. In this way, a complete, energy self-sufficient device is provided, which is spatially and temporally independent usable. The control can for example also radio controlled, z. B. via Bluetooth interface, or time-dependent. A control, for example, by body parameters (blood pressure, heart rate, insulin levels, ...) is conceivable.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem gut mit der weiter oben angesprochenen Zerstäubung bzw. Verneblung kombinierbar. Insbesondere kann die Zusammensetzung nach ihrer Herstellung mittels solcher Verfahren auf höchst effektive und gleichzeitig energiesparende Weise in die Umgebung abgegeben werden. The device of the invention is also well combined with the above-mentioned atomization or nebulization. In particular, the composition can be released into the environment after its production by such methods in a highly effective and at the same time energy-saving manner.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von olfaktorisch wirksamen Zusammensetzungen verwendet. Mit anderen Worten, die Vorrichtung dient dem Herstellen eines flüssigen Duftstoffes aus Grundstoff-Flüssigkeiten, die in flüssiger Form vorliegende und/oder in Trägerflüssigkeit eingebettete Duft-Grundstoffe umfassen, wobei der Duftstoff durch Dosieren und Mischen dieser Grundstoff-Flüssigkeiten herstellbar ist. The device according to the invention is particularly preferably used for the production of olfactorily active compositions. In other words, the device is for producing a liquid perfume from raw material liquids comprising liquid form present and / or embedded in carrier liquid fragrance base materials, wherein the fragrance can be prepared by dosing and mixing these raw material liquids.
Die Verwendung einer auf dem Electrowetting-Effekt basierenden Vorrichtung zur Herstellung von olfaktorisch wirksamen Zusammensetzungen (Düften) ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt, weist aber im Vergleich dazu eine Reihe von Vorteilen auf, die bereits weiter oben dargelegt wurden und daher keiner Wiederholung bedürfen. The use of an electrowetting effect-based device for the preparation of olfactory compositions (scents) is not known in the prior art, but has a number of advantages compared to those already set forth above and therefore need not be repeated ,
Zusammengefasst stellt die vorgestellte Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, womit die oben genannten Nachteile des Standes der Technik wirkungsvoll vermieden werden. Das Verfahren ist schnell und einfach durchführbar, und liefert reproduzierbare Ergebnisse. Die Vorrichtung ist kostengünstig und weist einen im Verhältnis zu bekannten Anlagen geringen Bauraum auf. Insbesondere für die Herstellung olfaktorisch wirksamer Zusammensetzungen (Düfte) sind Verfahren und Vorrichtung vorteilhaft verwendbar. In summary, the presented invention provides a method and an apparatus which effectively avoids the above-mentioned disadvantages of the prior art. The process is quick and easy to perform, and provides reproducible results. The device is inexpensive and has a small installation space in relation to known systems. In particular, for the production of olfactory effective compositions (fragrances) methods and apparatus are advantageously used.
Figurenbeschreibung figure description
In der
Aus den Grundsubstanzen G1, G2 werden so unter Zuhilfenahme des Electrowetting-Effektes diskrete Volumina V abgesondert, welche die Dosierstrecke entlangwandern. Anschließend treffen sich diese Volumina V in einem als Mischstrecke
Aus dem Mischvolumen M sind anschließend wiederum diskrete Volumina V abtrennbar, welche über eine Ausgabestrecke
Wie aus
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1A, 1B, 1C1A, 1B, 1C
- Reservoir reservoir
- 2A, 2B, 2C2A, 2B, 2C
- Dosierstrecke dosing segment
- 3 3
- Mischstrecke mixing section
- 4 4
- Separatorstrecke Separatorstrecke
- 55
- Ausgabestrecke delivery line
- 66
- Vorratsbehälter reservoir
- ZZ
- Zusammensetzung composition
- G1, G2 G1, G2
- Grundsubstanz, polare Grundsubstanz Ground substance, polar ground substance
- VV
- diskretes Volumen discrete volume
- M M
- Mischvolumen mixing volume
- S1, S2 S1, S2
- Subvolumen subvolume
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 1999018456 [0014] WO 1999018456 [0014]
- DE 102009022788 A1 [0014] DE 102009022788 A1 [0014]
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- 2012-07-30 DE DE201210106899 patent/DE102012106899A1/en not_active Withdrawn
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