Neues Patent löst altes Messtechnikproblem der Tensiometrie - und eröffnet Wege zu adaptiver Kapillaroptik

Patent für das Doppelring-Tensiometer erteilt: Oberflächenspannungsmessung exakt, ohne empirische Korrekturfaktoren, Probenvolumen < 1 mL - und physikalisch begründete Präzisionsoptik im Submillimeterbereich.

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 tabellierten Werten, die außerhalb bestimmter Ring-Dichte-Verhältnissen 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. Messungen (0,8 mL Wasser, Decan, Juni 2025) bestätigen die Theorie " für Wasser mit einem Korrelationskoeffizienten von r² = 0,9997 zwischen gemessenen und berechneten Kraft-Weg-Wertepaaren.

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.

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.

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