Neues Patent eröffnet Weg zu adaptiver Kapillaroptik
IMETER, ein auf Präzisionsmesstechnik spezialisiertes Unternehmen aus Augsburg, hat das Deutsche Patent AZ 10 2025 002.744 für das Doppelring-Tensiometer (DRT) erhalten. Die Erfindung adressiert einen methodischen Grundfehler, der die Ringmethode nach Du Noüy seit ihrer Einführung Anfang des 20. Jahrhunderts begleitet hat: die Abhängigkeit von empirischen Korrekturfaktoren (Harkins & Jordan, 1930), die für abweichende Geometrien und kleine Probenvolumina systematisch versagen.
Das Messproblem und seine Lösung:
Die Ober- und Grenzflächenspannung von Flüssigkeiten ist eine der physikalisch bedeutendsten Stoffeigenschaften - relevant in Pharmazie, Biotechnologie, Chemie und Materialwissenschaft. Die Ringmethode ist das weltweit am weitesten verbreitete Kraftverfahren zu ihrer Bestimmung. Ihre Schwäche: Die Auswertung beruht auf tabellarischen Näherungswerten, die außerhalb bestimmter Ring-Gefäß-Verhältnisse erhebliche Fehler liefern. Kleinvolumenmessungen unter 5 ml waren damit bisher nicht zuverlässig möglich. Das DRT ersetzt diese Näherungen durch eine direkte numerische Lösung der Young-Laplace-Gleichung. Voraussetzung ist eine neue apparative Grundlage, die im Patent als Vorrichtung geschützt ist. Erste Messungen (0,83 ml Wasser, Decan, Juni 2025) bestätigen die Theorie - für Wasser mit einem Korrelationskoeffizienten von r2= 0,9997 zwischen gemessenen und berechneten Kraft-Weg-Wertepaaren.
Abb.1 Prinzip: DRT Ø1µm - Sub-Mikroringtensiometer - ohne empirische Korrekturfaktoren,
minimale Probenvolumina. Die kapillare Grenzfläche im Submillimeterbereich bildet eine nahezu
perfekte Optik:berechenbar, kraftgeregelt, selbstkalibrierend. Das Doppelring-Tensiometer
ist Messinstrument, adaptive Linse und Chemosensor in einem Prinzip.
Die unerwartete Konsequenz: Kapillaroptik
Die physikalische Analyse des DRT-Prinzips führt zu einer weitreichenden Erkenntnis: Im Submillimeterbereich nimmt die kapillare Grenzfläche beim Ringauszug naturgesetzlich eine nahezu perfekte sphärische Form an. Für eine Musterkonfiguration (Gefäßradius 100 μm, Galinstan als Messfluid) ergibt die Berechnung ein Strehl-Verhältnis von 0,999, einen RMS-Formfehler von 1,2 nm und eine numerische Apertur von 0,91 - Kenndaten, die geschliffene Präzisionsoptiken übertreffen. Die Brennweite ist über die Ringposition stufenlos einstellbar; die zugehörige Kraft ist direkt messbar. Das Ergebnis ist eine kraftgekoppelte adaptive Optik mit intrinsischer Selbstkalibrierung - ohne Hochspannung, ohne Durchschlaggefahr, mit breiter Fluidkompatibilität.
Arrays aus DRT-Elementen eröffnen Anwendungen als biomimetische Sensor-Aktor-Systeme (Leuchtkomplexauge): simultane adaptive Optik, chemische Sensorik, Akustik und Lichtemission aus einem einzigen MEMS-kompatiblen Bauelement.
Abb.2 Applikation: Der Ring wird aus dem unteren Fluid heraus per Piezostapelaktuatoren bewegt und formt
die Grenzfläche isochor - Akkomodation ohne Volumenänderung. -- Skizze eines DRT Ø100 µm,
erschütterungsstabil, verkapselt, druckfest, lageunabhängig - für optische Zwecke.
Lizenzierung:
IMETER sucht Lizenz- und Technologiepartner für die Überführung des DRT-Prinzips in kommerzielle Anwendungen - in der Tensiometrie ebenso wie in adaptiver Optik, Endoskopie, Gassensorik und Mikrosystemtechnik. Das Patent ist erteilt; die amtliche Veröffentlichung erfolgt voraussichtlich am 18. Februar 2027. Eine Erweiterung auf europäisches und internationales Patent (EPA/PCT) ist in Vorbereitung. Interessierte Partner können vor der Veröffentlichung Einsicht in die vollständigen Unterlagen erhalten - auf Anfrage unter NDA.
Über IMETER
IMETER ist ein auf Präzisionsmessverfahren für Grenzflächenspannung, Kontaktwinkel, Viskosität und Dichte spezialisiertes Unternehmen mit Sitz in Augsburg. Die Messtechnik von IMETER folgt dem Grundsatz metrologischer Transparenz: vollständig rückverfolgbare Messunsicherheiten, deterministische Messbedingungen, Auswertung aus ersten Prinzipien.
» Weiterführende Informationen
IMETER - MSB Breitwieser
Morellstraße 4
D-86159 Augsburg
Tel.: +49 821 7064 50
Web: www.imeter.de