Durch den Kolben in die Kapsel

In der Medizintechnik oder Pharmazie werden Mikrokapseln schon lange eingesetzt. Dabei sollen sie vor allem den Wirkstoff beziehungsweise die Umgebung schützen. Mikrokapseln enthalten in der Regel einen Wirkstoff im Inneren, der von einer Hülle umgeben ist. Der Wirkstoff kann sowohl fest, flüssig als auch gasförmig sein. Die Hüllen oder Wandmaterialien sind in der Regel aus polymeren oder anorganischen Materialien, das heißt, mit der richtigen Auswahl des Wandmaterials können die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Mikrokapseln ganz gezielt gesteuert werden. Dies ist beispielweise bei einer handelsüblichen Aspirin der Fall, deren Wirkstoff eingekapselt ist, um den Magen davor zu schützen. Eine weitere Aufgabe von Mikrokapseln ist es, bestimmte Wirkstoffe an ganz bestimmten Wirkungsorten und zeitlich gesteuert freizusetzen. Somit lassen sich Medikamente oder deren Wirkstoffe gezielt transportieren und durch externe Reize wie ph-Wert, Temperatur oder Licht im Körper aktivieren.

Heutzutage werden beispielsweise Mikrokapseln gefüllt mit chirurgischem Klebstoff während einer orthopädischen Operation durch Laserstrahlen freigesetzt und tragen somit zu einer erfolgreichen Operation bei. Eine weitere Möglichkeit, die Mikrokapseln zu aktivieren, ist die sogenannte „Elektroporation“, die durch kleine elektrische Stöße die Zellmembran der Mikrokapseln kurzzeitig durchlässig werden lässt und somit den Wirkstoff der Kapsel freigibt. Auch die Nachbehandlung der Patienten wird durch Mikrokapseln wesentlich erleichtert, da man nun mit einer bereits im Körper befindlichen Substanz in Mikrokapseln einen zeitlichen Wiedergabeeffekt auslösen kann. Somit spart sich der Patient nach einer Behandlung mögliche Arztbesuche, um beispielsweise ein Medikament wieder aufzufrischen oder nachzuführen.

Die Verarbeitung beziehungsweise die Dosierung solcher schersensitiver Mikrokapseln stellt die Medizintechniker immer wieder vor große Herausforderungen. Die Problematik, die sich bei der Verarbeitung von mikroverkapselten Flüssigkeiten ergibt, liegt auf der Hand: Die Entnahme aus den Liefergebinden sowie die anschließende Dosierung und das Applizieren auf den Zielort müssen so gut wie ohne Scherkräfte und Reibung vonstatten gehen, um die mikroskopisch kleinen Kugeln nicht zu zerstören.

Zur Förderung und Dosierung sind daher beispielsweise Kolbenpumpen ungeeignet, da die durch den Kolbenhub entstehende Druckpulsation zur Zerstörung der Füllstoffe führen kann. Drücke mehr als 10 bar gelten als gefährlich für die Medien mit Mikroverkapselung. Auch Zahnradpumpen fallen aufgrund ihrer bauartbedingt auftretenden Scherkräfte als Dosiersystem aus. Schlauchquetschventile, Schlauchpumpen oder Membranpumpen sind zwar ähnlich scherarme Dosiersysteme, stoßen allerdings in der Dosiergenauigkeit und in Sachen Pulsation an ihre Grenzen. Welche Dosiersysteme lassen sich dann zum Handling, Transport und Auftragen von mikroverkapselten Flüssigkeiten einsetzen?

Die Auswahl muss auf ein scherarmes, hochgenaues und zugleich produktschonendes Verfahren fallen. Aufgrund der Anforderungen zeigt sich das Endloskolbenprinzip der Viscotec Pumpen- und Dosiertechnik GmbH als geeignete Technologie zur Entnahme, Bereitstellung und Dosierung von mikroverkapselten Fluiden. Die volumetrisch arbeitenden Dosierpumpen des Unternehmens aus Töging am Inn fördern viskositäts- und gegendruckunabhängig. Die besondere Dosiergeometrie garantiert einen pulsationsfreien Förderstrom. Durch das Zusammenspiel zwischen Rotor und Stator entstehen abgeschlossene Kammern mit identischem Volumen, das sich auch während des Dosierprozesses nicht verändert. Dadurch ist es möglich, feststoffbeladene Medien sehr scherarm und mit sehr geringer Reibung zu dosieren, ohne die Füllstoffe zu zerstören. Das Medium wird hierbei von der Saug- zur Druckseite der Pumpe gefördert. Eine Dosiergeometrie ohne Hinterschneidungen und mit optimiertem (minimalem) Totraumvolumen sorgt für einen konstanten Volumenstrom.

Die Dosiermenge wird drehzahlproportional über den Antrieb geregelt und ist somit stufenlos einstellbar sowie pulsationsfrei. Zwischen Rotor und Stator bildet das Pumpensystem eine Dichtlinie. Deshalb benötigt das System keine zusätzlichen Ventile, um beim Dosierstopp ein Nachtropfen oder Auslaufen des Mediums zu verhindern. Mit der Umkehrung der Drehrichtung ist mit den Preeflow-Systemen sogar ein kontrollierter Mediumabriss gewährleistet. Auch abrasive und chemisch aggressive Materialien stellen für Preeflow-Pumpensysteme kein Problem dar. Die Dispenser sind vor allem in der Kleinstmengendosierung durch ihre guten Dosiereigenschaften, wie der Dosiergenauigkeit von ± 1 % und einer Wiederholgenauigkeit von über 99 %, kaum mehr wegzudenken.

Christoph Sacher Viscotec, Töging a. Inn

Feststoffbeladene Medien scherarm und mit geringer Reibung dosieren