DE102006003744B3 - Device for moving liquids and / or gases - Google Patents
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen sowie eine Verwendung dieser Vorrichtung als Ventil und/oder Pumpe.The The present invention relates to a device for moving liquids and / or gases and a use of this device as a valve and / or pump.
Vorrichtungen zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche, welche Flüssigkeiten und/oder Gase in Bewegung versetzen können. Unter Bewegung sind dabei sowohl Pumpbewegungen oder Saugbewegungen, aber auch jede sonstige Art von Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen zu verstehen. Auch im Sinne der vorliegenden Erfindung fallen beispielsweise jegliche Arten von Strömungen von Flüssigkeiten und/oder Gasen, auch zirkuläre oder strudelartige. Vorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen sind dabei insbesondere Pumpen und/oder Ventile, besonders bevorzugt insbesondere Vorrichtungen in einer Baugröße, welche deren Einsatz in der Mikrosystemtechnik, Medizintechnik, Biomedizin, Pharmazie oder sonstige Gebieten ermöglichen. Insbesondere sind dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung Mikropumpen und/oder Mikroventile als Vorrichtungen zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen jeglicher Art, auch von Gewebeflüssigkeiten, zu verstehen.devices for movement of liquids and / or gases within the meaning of the present invention are those which liquids and / or can move gases in motion. Under exercise are there both pumping or sucking movements, but also any other Kind of movement of liquids and / or gases. Also fall within the meaning of the present invention for example, any types of flows of liquids and / or gases, also circular or swirl-like. Devices in the sense of the present invention for moving liquids and / or Gases are in particular pumps and / or valves, especially particularly prefers devices in a size, which their use in microsystems technology, medical technology, biomedicine, Pharmacy or other areas. In particular are in the sense of the present invention, micropumps and / or microvalves as devices for moving liquids and / or gases of any kind Kind, including tissue fluids, to understand.
Mögliche Einsatzgebiete von Vorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung liegen insbesondere in der Mikrosystemtechnik und in der Medizintechnik. Es bestehen Überlegungen, Mikropumpen bzw. Mikroventile auch im menschlichen Körper anzuordnen. Dieses erfordert, daß die entsprechenden Systeme nur eine geringe Betriebsspannung aufweisen dürfen, und zudem verträglich auch mit umgebendem menschlichen Gewebe sind.Possible applications of devices according to the present invention are in particular in microsystems technology and in medical technology. There are considerations To arrange micropumps or microvalves in the human body. This requires that the corresponding systems have only a low operating voltage allowed to, and also compatible are also with surrounding human tissue.
Aus
der
Aus
der
Aus der US 2004/0108479 A1 schließlich ist ein Mikroventil bekannt, bei welchem ein Kanal durch einen Aktor verschlossen werden kann, welcher filmartig ausgebildet ist. Der Aktor tritt dabei unmittelbar mit der das Mikroventil durchströmenden Flüssigkeit in Kontakt. Der Aktor besteht dabei aus einer porösen Membran, welcher auf einer Seite mit einer Schicht aus einem leitfähigen Polymer versehen sein kann, und auf der anderen Seite der Folie mit einer Metallschicht beschichtet ist. Um eine Schließung des Ventiles zur ermöglichen, muß das Mikroventil durchströmende Medium Leitsalzionen aufweisen, weshalb nachteiligerweise der Anwendungsbereich des in der US 2004/0108479 A1 offenbarten Mikroventiles stark eingeschränkt ist.Out US 2004/0108479 A1 finally a microvalve is known in which a channel through an actuator can be closed, which is formed like a film. Of the Actuator occurs directly with the liquid flowing through the microvalve in contact. The actuator consists of a porous membrane, which on one side with a layer of a conductive polymer may be provided, and on the other side of the film with a metal layer is coated. To a closure of the Allow valves to that must be Micro valve flowing through Have medium Leitsalzionen, why disadvantageously the scope of the in the US 2004/0108479 A1 disclosed microvalve is severely limited.
Aus
der
Aus
der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist, und insbe sondere die Aufgabe löst, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche mit niedrigen Betriebsspannungen arbeitet, ohne daß insbesondere Leitsalzionen den zu bewegenden Medienzugesetzt werden müssen.Object of the present invention is therefore to provide a device that does not have the disadvantages known from the prior art, and in particular special solves the problem, a generic device available supply, which operates at low operating voltages, without in particular lead salt ions must be added to the moving media.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen, umfassend ein Gehäuse mit mindestens einer-Kammer mit einer ersten Kammerwand, welche zumindest teilweise mindestens einen Aktor umfaßt, umfassend mindestens eine erste bewegbare Membran und mindestens eine auf der dem Kammerinnern zugewandten Seite angeordneten Schicht aus mindestens einem leitfähigen Polymeren; und mit einer zweiten Kammerwand, welche zumindest teilweise mindestens ein Bewegungselement umfaßt, umfassend mindestens eine zweite bewegbare Membran und mindestens eine auf der dem Kammerinnern zugewandten Seite angeordneten metallischen Schicht, wobei die Kammer mit einem Leitelektrolyt zumindest teilweise gefüllt ist und wobei der Aktor und das Bewegungselement durch Anlegen einer Spannung zwischen dem leitfähigen Polymeren und der metallischen Schicht bewegbar ist.These The object is achieved by a device for moving liquids and / or gases, comprising a housing with at least one chamber having a first chamber wall, which at least partially comprises at least one actuator comprising at least one first movable membrane and at least one on the inside of the chamber facing side disposed layer of at least one conductive polymer; and with a second chamber wall which at least partially at least comprises a movement element, comprising at least one second movable membrane and at least a arranged on the chamber interior side facing metallic Layer, wherein the chamber with a Leitelektrolyt at least partially filled is and wherein the actuator and the moving element by applying a Voltage between the conductive Polymer and the metallic layer is movable.
Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch Beaufschlagung derselben mittels einer Spannung eine Bewegung des Aktors initiiert wird, ohne daß hier die Notwendigkeit besteht, Leitsalze dem zu bewegenden Medium zuzusetzen. Denn diese sind in der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßten Kammer aufgenommen und damit getrennt von dem zu bewegenden Medium. Unter Flüssigkeiten und/oder Gasen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden auch flüssige Schmelzen oder sonstige transportable Medien, gleich in welchen Aggregatzuständen, umfaßt. Dabei weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den weiteren großen Vorteil auf, daß aufgrund der Vorsehung elektrisch leitfähiger Polymerer hier diese mit einer sehr geringen Betriebsspannung, bevorzugt mit einer Betriebsspannung in einem Bereich von etwa 2 Volt bis etwa –2 Volt, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 1,5 Volt bis etwa –1,5 Volt, betrieben werden kann. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Einsatz als beispielsweise Mikropumpe oder Mikroventil in menschlichem Gewebe. Zudem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgesprochen kleinbauend ausgeführt werden, da die entsprechenden Membranen und Schichten in sehr geringen Dicken bereits die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherstellen. Die Dicken liegen dabei üblicherweise im Nanometerbereich.Of the size Advantage of the device according to the invention is that through Applying the same by means of a voltage movement of the Actors is initiated without this there is a need to add conductive salts to the medium to be moved. Because these are included in the chamber encompassed by the device according to the invention and thus separate from the medium to be moved. Under liquids and / or gases in the context of the present invention are also liquid melts or other transportable media, no matter in which aggregate states. there the device according to the invention has the another big one Advantage on that due Providence more electrically conductive Polymer here with a very low operating voltage, preferably with an operating voltage in a range of about 2 volts to about -2 volts, more preferably in a range from about 1.5 volts to about -1.5 volts, can be operated. As a result, the device according to the invention is suitable also for use as for example micropump or microvalve in human tissue. In addition, the device according to the invention be carried out very compact, because the corresponding membranes and layers in very small thicknesses already ensure the function of the device according to the invention. The Thicknesses are usually in the nanometer range.
Das
Gehäuse
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, insbesondere
aus Glasmaterialien, insbesondere Borsilikatglas und/oder sonstigen
Quarzgläsern,
aber auch aus Kunststoffen wie beispielsweise Polymethylmethacrylat,
aber auch insbesondere bei der Ausgestaltung als Mikroventil, Mikropumpe oder sonstigen
in der Mikrosystem- oder Medizintechnik einsetzbaren gattungsgemäßen Vorrichtungen
aus Silizium und/oder SU8-Fotoresistharzen. SU8-Fotoresistharze
sind modifizierte, durch kationische Polymerisation hergestellte
Epoxidharze, wie diese beispielsweise in
Nicht die gesamte erste und zweite Kammerwand muss aus dem Aktor und dem Bewegungselement gebildet sein, auch lediglich Teile derselben können aus dem oder auch aus mehreren voneinander getrennt angeordneten Aktoren oder Bewegungselementen gebildet sein, wobei diese jegliche geometrische Abmessung annehmen können, insbesondere auch in Form eines Streifens, aber auch kreisförmig etc. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Aktor und das Bewegungselement gegenüberliegend angeordnet. Hierdurch kann ein ausgesprochen effektiver Druckausgleich bei Bewegung des Aktors und der entsprechenden gleichgerichteten Bewegung des Bewegungselementes erfolgen, so dass sich das Volumen des Kammerinhaltes im Wesentlichen nicht ändert. Die Membranen des Aktors und des Bewegungselementes können dabei derart beschaffen sein, daß diese bei Bewegung ihre Form ändern durch Dehnung, wobei jegliche Formveränderung jedoch reversibel erfolgen sollte.Not the entire first and second chamber wall must be made of the actuator and the Movement be formed, even only parts of the same can or from a plurality of mutually separated arranged actuators or movement elements, these being any geometric Can accept dimension, especially in the form of a strip, but also circular etc. In a preferred embodiment The present invention relates to the actuator and the moving element opposite arranged. This can be a very effective pressure equalization upon movement of the actuator and the corresponding rectified Movement of the moving element takes place, so that the volume of the chamber contents does not change substantially. The membranes of the actuator and the moving element can It should be such that they change their shape when moving through Stretching, with any change in shape but should be reversible.
Vorzugsweise ist das leitfähige Polymere ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline, Polyphenylene, Polyparaphenylene und/oder Polyvinylene und deren Derivate. Besonders bevorzugt sind dabei Polypyrrol und Poly-(3,4-ethylendioxythiophen). Dabei können die leitfähigen Polymere auch in Form von Copolymeren, Blockcopolymeren oder Random-Blockcopolymeren vorliegen. Insbesondere kann die Schicht aus leitfähigem Polymeren auch aus Mischungen mehrerer leitfähiger Polymeren bestehen, sowie nicht nur einlagig, sondern auch mehrlagig aufgebaut sein, beispielsweise durch nacheinanderfolgende elektrochemische Abscheidungen.Preferably, the conductive polymer is selected from a group comprising polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyphenylenes, polyparaphenylenes and / or polyvinylenes and their de rivate. Particularly preferred are polypyrrole and poly (3,4-ethylenedioxythiophene). The conductive polymers may also be present in the form of copolymers, block copolymers or random block copolymers. In particular, the layer of conductive polymer may also consist of mixtures of a plurality of conductive polymers, and be constructed not only in one layer but also in several layers, for example by successive electrochemical depositions.
Vorzugsweise weist die Schicht aus leitfähigem Polymer eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 150 μm auf. Diese Schicht kann einfach durch Polymerisation von in der Kammer vorgelegten Monomeren unmittelbar auf die Membran elektrochemisch aufgebracht werden. Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß zwischen der Schicht aus leitfähigem Polymer und der Membran mindestens eine weitere metallische Schicht angeordnet ist, welche beispielsweise aus Platin, Gold, Silber, Chrom, Titan und/oder Edelstahl oder deren Legierungen gebildet sein kann. Durch die Vorsehung dieser mindestens einen weiteren Schicht kann die Haftung der Schicht aus leitfähigen Polymeren auf der Membran verbessert werden.Preferably has the layer of conductive Polymer has a thickness in a range of about 10 nm to about 150 microns. These Layer can be easily prepared by polymerization of in the chamber Monomers electrochemically applied directly to the membrane become. It may preferably be provided that between the layer of conductive polymer and the membrane arranged at least one further metallic layer which is, for example, platinum, gold, silver, chromium, titanium and / or stainless steel or alloys thereof may be formed. By the providence of this at least one further layer can the Adhesion of the layer of conductive Polymers on the membrane can be improved.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine metallische Schicht des Bewegungselementes gebildet aus Metallen beispielsweise ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Platin, Gold, Silber, Chrom, Titan und/oder Edelstahl oder deren Legierungen. Dabei kann diese metallische Schicht, ebenso wie die weitere metallische Zwischenschicht des Aktors durch Aufsputtern und/oder Aufdampfen der entsprechenden Metalle auf der ersten und/oder zweiten Membran erhalten werden. Vorzugsweise weist dabei die metallische Schicht des Bewegungselementes eine Dicke in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 250 nm auf, weiterbevorzugt in einem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 100 nm. Eine entsprechende Dicke kann die metallische Zwischenschicht des Aktors aufweisen. Bei Vorsehung mehrerer Schichten auf dem Aktor bzw. Bewegungselement können diese auch aus unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen gebildet sein.In a preferred embodiment the device according to the invention the at least one metallic layer of the movement element is formed of metals, for example, selected from a group comprising Platinum, gold, silver, chrome, titanium and / or stainless steel or their Alloys. This metallic layer, as well as the further metallic intermediate layer of the actuator by sputtering and / or vapor deposition of the corresponding metals on the first and / or second membrane can be obtained. Preferably, in this case, the metallic Layer of the moving element has a thickness in a range of about 1 nm to about 250 nm, more preferably in a range of about 5 nm to about 100 nm. A corresponding thickness, the metallic Have intermediate layer of the actuator. Providing several layers on The actuator or movement element, these can also be different Be formed metals or alloys.
Die erste und/oder zweite bewegbare Membran ist vorzugsweise gebildet aus einer ein- oder mehrlagigen Folie, hergestellt aus Polymeren, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyimide, Polyamide, Polyurethane, Polytetrafluorethylene, Polydimethylsiloxane, Polymethylmetarcrylate, Polyester, Polyvinylchloride, Polyethylene, Polyethylenterephtalate, Parylene und/oder Silikonkautschuk. Unter Parylenen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden thermoplastische Polymere mit über Ethylen-Gruppen in 1,4-Position verknüpften Phenylen-Resten verstanden, beispielsweise Poly-(p-Xylylen). Dabei liegt die Dicke der ersten und/oder zweiten Membran bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 100 μm, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 20 μm. Vorzugsweise weist die erste und/oder zweite Membran ein E-Modul in einem Bereich von etwa 5 MPa bis etwa 10.000 MPa auf, gemessen gemäß EN ISO 527. Aufgrund der Auswahl von Materialien für die erste und/oder zweite Membran mit relativ niedrigen Werten für das E-Modul wird eine ausgesprochen hohe Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet. Die Folie kann dabei aus Copolymeren, Blockcopolymeren und Random-Blockcopolymeren, und insbesondere auch aus Mischungen der angeführten Polymere hergestellt sein, sowie weiterhin Zusätze üblicherweise in Folien enthaltenen Substanzen wie Weichmachern, Füllstoffen etc. aufweisen. Dabei ist die erste und/oder zweite Membran vorzugsweise nicht permeabel. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, daß Leitelektrolyt aus der Kammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung austritt und zu Verunreinigungen des bewegten Mediums führt.The first and / or second movable membrane is preferably formed from a single or multi-layered A film made of polymers selected from a group comprising Polyimides, polyamides, polyurethanes, polytetrafluoroethylenes, polydimethylsiloxanes, Polymethyl methacrylate, polyesters, polyvinyl chlorides, polyethylenes, Polyethylene terephthalates, parylene and / or silicone rubber. Under parylenes For the purposes of the present invention are thermoplastic polymers with more than Understood ethylene groups in 1,4-position linked phenylene radicals, for example, poly (p-xylylene). The thickness of the first is and / or second membrane preferably in a range of about 0.1 μm to about 100 μm, more preferably in a range of about 0.1 μm to about 20 μm. Preferably For example, the first and / or second membrane has an E-modulus in an area from about 5 MPa to about 10,000 MPa, measured according to EN ISO 527. Due to the selection of materials for the first and / or second Membrane with relatively low values for the modulus of elasticity is pronounced one ensures high longevity of the device according to the invention. The film may consist of copolymers, block copolymers and random block copolymers, and in particular also produced from mixtures of the stated polymers be, as well as additives usually in films containing substances such as plasticizers, fillers etc. have. In this case, the first and / or second membrane is preferred not permeable. This advantageously prevents conductive electrolyte from the chamber of the device according to the invention leaks and leads to contamination of the moving medium.
Vorzugsweise umfaßt der Leitelektrolyt eine Leitelektrolytlösung ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Wasser, polare aprotische Lösemittel und/oder ionische Flüssigkeiten. Besonders bevorzugte polare aprotische Lösemittel sind dabei Propylencarbonat, Dich lormethan und/oder Acetonitril. Besonders bevorzugt sind polare aprotische Lösemittel mit einem möglichst hohen Siedepunkt. Für Anwendungen im menschlichen Körper wird insbesondere Wasser als Elektrolytlösungsmittel vorgesehen. Vorzugsweise werden ionische Flüssigkeiten eingesetzt, da diese den großen Vorteil ausweisen, praktisch keinen Dampfdruck zu besitzen. Dabei kann dann auch auf den Zusatz, je nach Anwendung, von Lösemitteln verzichtet werden. Des Weiteren erfolgt durch diese, wie auch bei polaren aprotischen Lösemitteln, vorteilhafter Weise kein nukleophiler Angriff am Polymerrückgrat sowohl der Schicht des leitfähigen Polymeren als auch des Materiales der ersten und/oder zweiten Membran, wie dies beispielsweise durch das Hydroxidion des Wassers stattfinden kann. Zudem weisen ionische Flüssigkeiten im Allgemeinen ein sehr breites elektrochemisches Fenster auf, so daß hier die Gefahr einer elektrochemischen Zersetzung erheblich minimiert ist. Mögliche ionische Flüssigkeiten im Sinne der vorliegenden Erfindungen sind Butyl-3-methyl-imidazolium tetrafluoroborat, aber auch weitere hierzu verwandte Imidazoliumderivate oder aber entsprechende Pyridinium-, Pyrrolidiniumderivate, Phosphonium-, Ammonium- und Sulfoniumdevirate. Der Leitelektrolyt wird aus dem Elektrolytlösungsmittel und dem Leitsalz gebildet, kann ggf. jedoch auch noch weitere je nach Anwendung sinnvolle Zusätze enthalten. Insbesondere umfaßt der Leitelektrolyt ein Leitsalz ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Fluoride, Chloride, Bromide, Iodide, Perfluoride, Perchlorate, Perbromate, Perjodide, Sulfate, Sulfonate, Borate, Tetrafluoroborate, Phosphate, Hexafluorophosphate, Hydroxide, Cyanide, Nitrate, Chromate, Tosylate, Salze der Trifluormethansulfonsäure, Polyalkylsulfate, Polyalkylsulfonate, Polydodecylbenzylsulfonate und/oder Polystyrolsulfonate. Besonders bevorzugt sind dabei Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat und Lithiumperchlorat. Die Leitsalze sind in einer Menge in der Elektrolytlösung vorhanden, welche ausreichend ist, hier die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherzustellen. Bevorzugt ist das System Leitsatz/Elektrolytlösungsmittel derart gewählt, daß die Leitsalze vollständig im Elektrolytlösungsmittel gelöst vorliegen.The conducting electrolyte preferably comprises a conducting electrolyte solution selected from a group comprising water, polar aprotic solvents and / or ionic liquids. Particularly preferred polar aprotic solvents are propylene carbonate, dichloromethane and / or acetonitrile. Particularly preferred are polar aprotic solvents having the highest possible boiling point. For applications in the human body especially water is provided as the electrolyte solvent. Preferably, ionic liquids are used, since these have the great advantage of having virtually no vapor pressure. It can then be dispensed with the additive, depending on the application of solvents. Furthermore, as with polar aprotic solvents, there is advantageously no nucleophilic attack on the polymer backbone of both the conductive polymer layer and the first and / or second membrane material, as may be the case, for example, with the hydroxide ion of the water. In addition, ionic liquids generally have a very wide electrochemical window, so that the risk of electrochemical decomposition is significantly minimized here. Possible ionic liquids in the context of the present invention are butyl-3-methyl-imidazolium tetrafluoroborate, but also further imidazolium derivatives related thereto or corresponding pyridinium, pyrrolidinium derivatives, phosphonium, ammonium and sulfonium derivatives. The conductive electrolyte is formed from the electrolyte solvent and the electrolyte salt, but may optionally also contain other additives that are useful depending on the application. In particular, the conducting electrolyte comprises a conducting salt selected from a group comprising fluorides, chlorides, bromides, iodides, pers fluorides, perchlorates, perbromates, perjodides, sulfates, sulfonates, borates, tetrafluoroborates, phosphates, hexafluorophosphates, hydroxides, cyanides, nitrates, chromates, tosylates, salts of trifluoromethanesulfonic acid, polyalkylsulfates, polyalkylsulfonates, polydodecylbenzylsulfonates and / or polystyrenesulfonates. Particularly preferred are tetrabutylammonium hexafluorophosphate and lithium perchlorate. The conductive salts are present in an amount in the electrolyte solution which is sufficient to ensure the function of the device according to the invention. Preferably, the system Leitsatz / electrolyte solvent is selected such that the conductive salts are completely dissolved in the electrolyte solvent.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste und/oder zweite Membran am Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt. Insbesondere dann, wenn die erste und/oder zweite Kammerwand vollständig von dem Aktor und/oder dem Bewegungselement gebildet wird, kann dementsprechend die Membran in Teilbereichen des Aktors und/oder des Bewegungselementes auf dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt werden. Es kann auch vorgesehen sein, daß die metallische Schicht und/oder die Schicht aus leitfähigem Polymeren über die gesamte den Kammerinnern zugewandte Seite der Membran auf diese aufgebracht sind, sei es vollflächig oder aber nur teilflächig oder aber bahnförmig ähnlich einer Leistungsbahn auf einer Platine, insbe sondere um hier eine sichere Verbindung mit einer Spannungsquelle, welche außerhalb des Kammergehäuses angeordnet ist, herzustellen.In a preferred embodiment is the first and / or second membrane on the housing of the device according to the invention attached. In particular, when the first and / or second chamber wall Completely can be formed by the actuator and / or the moving element Accordingly, the membrane in parts of the actuator and / or the Movement element on the housing the device according to the invention be attached. It can also be provided that the metallic layer and / or the layer of conductive Polymers over the entire chamber interior facing side of the membrane on this are applied, be it entire surface or only part of the area or in a web shape similar to one Leistungsbahn on a board, in particular special order here a safe Connection to a voltage source, which is arranged outside of the chamber housing is to manufacture.
Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß in der Kammer eine Referenzelektrode eingebracht ist, beispielsweise eine Silber/Silberchloridelektrode (Ag/AgCl), so daß hier die Beaufschlagung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer bestimmten Betriebsspannung exakt vorgenommen werden kann. Vorteilhafterweise weist die Kammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine Öffnung auf. Durch diese Öffnung kann beispielsweise der Leitelektrolyt ausgetauscht werden, oder aber auch eine Referenzelektrode eingeführt werden, und nachfolgend die Öffnung wieder verschlossen werden.Farther can advantageously be provided that introduced a reference electrode in the chamber is, for example, a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl), so here the loading of the device according to the invention with a specific Operating voltage can be made exactly. advantageously, has the chamber of the device according to the invention at least an opening on. Through this opening For example, the conducting electrolyte can be exchanged, or but also a reference electrode are introduced, and below the opening be closed again.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktor als Arbeitselektrode geschaltet, wohingegen des Bewegungselement als Gegenelektrode geschaltet ist. Bei Beaufschlagung mit einer Betriebsspannung führen dabei der Aktor und das Bewegungselement eine gleichgerichtete Bewegung aus. Ob sich der Aktor in Richtung auf das Kammerinnere hin oder von diesem wegbewegt, und entsprechend das Bewegungselement eine Bewegung ausführt, richtet sich nach der aufgegebenen Spannung als auch dem chemischen Aufbau des Aktors und ggf. auch des Bewegungselementes.In a preferred embodiment the actuator is switched as a working electrode, whereas the moving element is connected as a counter electrode. When exposed to a Operating voltage lead while the actuator and the moving element a rectified movement out. Whether the actuator is directed towards the interior of the chamber or moved away from this, and according to the moving element one Performs movement, directs according to the discontinued tension as well as the chemical structure of the actuator and possibly also of the movement element.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin einen unmittelbar benachbart dem Aktor angeordneten flüssigkeits- und/oder gasführenden, im allgemein mediumführenden Kanal. Dabei steht der Aktor mit dem den Kanal durchströmenden Medium unmittelbar in Kontakt, so daß vorzugsweise durch den Aktor der Kanal verschließbar ist. Dabei kann der Kanal auch durch Anordnung mehrerer Kammergehäuse mit mehreren Aktoren hintereinander mehrfach verschlossen werden, bzw. hier eine gerichtete Bewegung einer Flüssigkeit durch entsprechende Steuerung und Regelung der einzelnen Aktoren erzeugt werden.In a particularly preferred embodiment comprises the device according to the invention an immediately adjacent the actuator arranged liquid and / or gas-conducting, in generally medium-conducting Channel. The actuator stands with the medium flowing through the channel directly in contact, so that preferably by the actuator the channel closed is. In this case, the channel can also by arranging a plurality of chamber housing with several actuators are closed repeatedly in succession, or here a directed movement of a liquid through appropriate Control and regulation of the individual actuators are generated.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ventil und/oder Pumpe, insbesondere als Mikroventil und/oder Mikropumpe. Mögliche Anwendungsbereiche sind dabei die Medizintechnik und die Mikrosystemtechnik, insbesondere im Hinblick auf biologische, biomedizinische und/oder pharmazeutische Anwendungsbereiche. Mögliche Anwendungsgebiete sind dabei auch biologische Systeme, Körperflüssigkeiten, sowie Lab-on-chip-Devices, Drug-Delivery-Systems, Dispenser, Probengeber, Tintenstrahldrucker, Mikrodosiersysteme aller Art, etc.Of Furthermore, the present invention relates to a use of Device according to the invention as a valve and / or pump, in particular as a microvalve and / or Micropump. Possible Areas of application are medical technology and microsystems technology, in particular with regard to biological, biomedical and / or pharmaceutical applications. Possible fields of application are including biological systems, body fluids, and lab-on-chip devices, drug delivery systems, Dispensers, autosampler, inkjet printers, micro dosing systems of all kinds, etc.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:These and other advantages of the present invention will become apparent from the closer figures below explained. Show it:
Zunächst sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in den einzelnen Figuren angegebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, sondern die jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung angegebenen Merkmale zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar sind.First, it should be noted that the present invention is not on the feature combinations specified in the individual figures be is limited, but the features specified in the description including the description of the figures to further developments are combined.
Die
Das
Kammerinnere
Des
Weiteren weist die Mikropumpe
Wird
nun eine Betriebsspannung der Mikropumpe
Bei Öffnung des
Kanals
Durch
die Mikropumpe
Die
Erfindung wird an dem vorstehenden Beispiel noch näher erläutert:
Aus
Borsilikatglas werden Flachglasplatten mit einer Länge von
2,8 cm, Breite von 2,5 cm und einer Dicke von 3 mm hergestellt,
in welche mittig ein Loch mit einem Durchmesser von 1 cm gebohrt
wurde. Dabei wurde in die mittlere Glasplatte ein Schlitz
From borosilicate glass flat glass plates are produced with a length of 2.8 cm, width of 2.5 cm and a thickness of 3 mm, in which a hole with a diameter of 1 cm was drilled in the middle. It was in the middle glass plate, a slot
Anschließend wurde
die Öffnung
der Bohrungen
Zur
Beschichtung einer der beiden mit Platin besputterten Membranfolien
mit einem leitfähigen Polymeren
wurde die gebildete Kammer über
die Öffnung
Nach
erfolgter Beschichtung mit Polypyrrol bzw. Poly(3-4-Ethylendioxytiophen)
wurde die Kammer entleert, gespült
und mit monomerfreier Elektrolytlösung gefüllt. Als Elektrolyt diente
dabei Propylencarbonat mit Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat
oder Lithiumperchlorat, jeweils 0,1 M. Nach Befüllung mit monomerfreier Elektrolytlösung wurde wiederum
als Referenzelektrode ein mit Silberchlorid beschichteter Silberdraht über die Öffnung
Anschließend wurden
Dreiecks- und Rechteckspotentiale im Bereich zwischen 0 V und 1
V mit einer Vorschubgeschwindigkeit bis zu 1 V/sec angelegt, wodurch
eine gepulste Auswölbung
des ersten Aktors
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110802 |