JP2005532903A

JP2005532903A - 流体デバイス

Info

Publication number: JP2005532903A
Application number: JP2004521937A
Authority: JP
Inventors: フィリップエイチ．ポール，; デイヴィッドダブリュ．ナイヤー，; ジェイソン，イー．レーム，
Original assignee: エクシジェントテクノロジーズ，エルエルシー
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-11-04
Also published as: US7364647B2; US20040011648A1; WO2004007080A3; AU2003253958A1; US20050252772A1; WO2004007080A2; EP1545778A2

Abstract

液状流体デバイス、特に固体多孔質材料を含むマイクロ流体デバイスに関する。デバイス中の流体を加圧流及び／又は電気浸透流とすることができる。多孔質材料は予備成形しておく、例えばシート状の多孔質材料を分割して形成しておくことが好ましく、これにより、材料の周りに液不浸透性バリア材料を設ける形で材料を組み立てることができる。デバイスは、例えば積層により形成することができる。混合デバイスを含む多種多様なデバイスを開示する。混合デバイスは図２３に示される。

Description

関連出願
本出願は、本出願人による２００２年７月１７日出願の出願番号第１０／１９８２２３号（整理番号１４１３８）の部分継続出願であり、本明細書において参照することによりこの出願の内容の全てを本発明の開示内容に包含する。

技術分野
本発明は流体デバイスに関する。

背景技術
多くのシステムがマイクロ流体デバイスを含む流体デバイスを利用しており、これらのマイクロ流体、液体の電気浸透流及び／又は加圧流が流れる細管を含んでいる。このようなシステムは、例えば高性能液体クロマトグラフィー（ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｑｕｉｄｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ＨＰＬＣ）システム、動電学的（静電浸透圧としても知られる）ポンプシステム、化学処理システム、及び電気盆を用いる分離システムを含むクロマトグラフィーシステムを含む。これに関しては、例えば米国特許第６０７４７２５号、同第６１５６２７３号、同第６１７６９６２号及び同第６２８７４４０号、及び国際公開番号ＷＯ９９／１６１６２号、及びＷＯ０２／１０１４７４号を参照することができ、本発明の全ての目的を達成するために参照によりこれらの文献の開示内容の全てを本発明の開示に包含する。

例えば、細管の表面対容積比を大きくするため、及び／又は異なる表面化学反応を実現するためには、多くの場合、細管を液透過性充填剤で充填することが望ましい。公知の方法では、充填剤を細管に（ｉ）弛緩剤の形で、又は（ｉｉ）細管内で硬化する液状重合体組成物として導入する。これらの方法には種々の欠点があり、それらの例として、充填剤がチャネルからこぼれること、及び／又は隣接チャネルや他の構成部材に侵入することを防止する必要性があること、充填剤が硬化すると重合体組成物が収縮すること、及び充填剤がチャネルに導入された後に充填剤の表面化学反応を変更するのが困難であること等が挙げられる。

発明の概要
本発明に従って、固体多孔質材料を液状流体媒体として利用する多種多様な新規流体デバイスを提供する。本発明は、予備成形した多孔質材料を使用して細管を流体デバイスに形成する際に特に有用であるが、本発明は予備成形した多孔質材料に限定されない。「予備成形した（ｐｒｅ−ｓｈａｐｅｄ）」という用語は、細管内に成形される部材から区別されるような、バリア部材によって包囲する前に或る形状を有する部材を指す。多孔質材料は多くの場合薄層であるが、どのような形とすることもできる。本明細書で使用する「薄層から成る」という用語は、「平面的な」という意味を含むが、これに限定されない。従って、薄層部材は、例えば一定厚さの平面部材、厚さが規則的、又は不規則に変化する平面部材、一定厚さの曲面部材、或いは厚さが規則的、又は不規則に変化する曲面部材とすることができる。薄層部材の周辺部はどのような形とすることもでき、薄層部材はどのような形でもよい一つ以上の窓、すなわち材料を含まない周辺部内の領域を含むことができる。

第１の態様では、本発明は細管を備える新規の流体デバイスを提供し、この細管は、
（１）バリア部材、及び
（２）多孔質フロー部材（ｐｏｒｏｕｓｆｌｏｗｍｅｍｂｅｒ：ＰＦＭ）
を備え、この多孔質フロー部材は、
（ｉ）固体多孔質材料を備え、且つ
（ｉｉ）ＰＦＭが流通部を含み、この流通部を通して液体の電気浸透流及び／又は加圧流が生じ得るように、バリア部材によって包囲されており、
このデバイスは次の特徴の内の少なくとも一つを有する。

（Ａ）前記バリア部材は、ＰＦＭの周りに積層した複数の薄層バリア層を備える。
（Ｂ）ＰＦＭは予備成形ＰＦＭであるか、又はデバイスが二以上の前記細管を含む場合、前記細管の少なくとも一つに含まれるＰＦＭ、例えば前記細管の各々に含まれるＰＦＭは予備成形ＰＦＭである。
（Ｃ）ＰＦＭは薄層であって第１平面に在り、デバイスは細管を含み、この細管は、（ｉ）ＰＦＭと流体連通し、且つ（ｉｉ）第１平面、又は第１平面にほぼ平行な平面に在る。
（Ｄ）ＰＦＭは薄層であって第１平面に在り、デバイスは電極を含み、この電極は、（ｉ）デバイスをイオン液体で充填するとＰＦＭに電気接続され、且つ（ｉｉ）第１平面、又は第１平面にほぼ平行な平面に在る。
（Ｅ）デバイスは少なくとも４つの薄層を含み、これらの薄層の少なくとも２つの薄層が一つの薄層ＰＦＭを含む。

（Ｆ）デバイスは次の構成要素を備える。
（１）第１バリア部材及び第１ＰＦＭを備える第１の前記細管。この第１ＰＦＭは第１流通部及び第１転送部を含み、第１流通部が第１バリア部材に包囲されていることにより、流体が第１流通部を通過して第１転送部に流入することができる。
（２）第２バリア部材及び第２ＰＦＭを備える第２の前記細管。この第２ＰＦＭは第２流通部及び第２転送部を含み、第２流通部が第２バリア部材に包囲されていることにより、流体が第１流通部を通過して第２転送部に流入することができる。
第１及び第２転送部は、
（ａ）重なり面を有し、これらの重なり面は、
（ｉ）互いに直接接触するか、又は
（ｉｉ）互いに隣接し、且つ随意で多孔質材料を充填した隙間によって互いに隔てられており、且つ
（ｂ）第３バリア部材に包囲されていることにより、第１及び第２転送部に流入する液体が混合される。

（Ｇ）デバイスは次の構成要素を備える。
（１）第１の前記細管。この第１の前記細管においては、ＰＦＭの流通部は、第１平面に在る第１薄層ＰＦＭである。
（２）第２の前記細管。この第２の前記細管においては、ＰＦＭの流通部は、第１平面に平行な第２平面に在って、第１の細管の流通部に重なる第２薄層ＰＦＭである。

（Ｈ１）ＰＦＭは次の構成要素を備える。
（ａ）第１多孔質材料から成る第１層。
（ｂ）第１層と境界に沿って接触し、且つ第２多孔質材料から成る第２層。
第１多孔質材料は第１孔サイズを有し、第２多孔質材料は第１孔サイズよりも大きい第２孔サイズを有するか、又は境界での第１多孔質材料の孔は、或る孔サイズを超える粒子が境界を通過しない寸法であり、
デバイスは更に次の構成要素を備える。
（３）第２層と連通するが第１層とは連通しない流体流入口。
（４）第１層と連通するが第２層とは連通しない第１流体排出口。
（５）第２層と連通するが第１層とは連通しない第２流体排出口。

（Ｈ２）ＰＦＭは、孔サイズがＰＦＭの厚さに渡って規則的に又は不規則に大きくなるような非対称の孔サイズ分布を有する多孔質材料から成っており、そのためにＰＦＭは相対的に小さな孔から成る第１表面と相対的に大きな孔から成る第２表面とを有し、デバイスは更に次の構成要素を備える。
（３）ＰＦＭと連通する流体流入口。
（４）第１表面と連通するが第２表面とは連通しない第１流体排出口。
（５）第２表面と連通するが第１表面とは連通しない第２流体排出口。

（Ｉ）デバイスは次の構成要素を備える。
（１）第１の前記細管。この第１の前記細管においては、ＰＦＭは、第１ゼータ電位を有する第１固体多孔質材料を含み、第１の細管は第１内側端部及び第１外側端部を有する。
（２）第２の前記細管。この第２の前記細管においては、ＰＦＭは、第１ゼータ電位とは大きく異なる第２ゼータ電位を有する第２固体多孔質材料を含み、第２の細管は第２内側端部及び第２外側端部を有する。
（３）第１及び第２内側端部と連通する内側流体接合部。
（４）第１外側端部と連通する第１外側流体接合部。
（５）第２外側端部と連通する第２外側流体接合部。

（Ｊ）デバイスは次の構成要素を備える。
（１）第１の前記細管。この第１の前記細管においては、ＰＦＭの流通部は第１切断端面で終端する。
（２）第２の前記細管。この第２の前記細管においては、ＰＦＭの流通部は、第１表面と接触接合部で接する第２切断端面で終端する。
（３）第１及び第２ＰＦＭの側と接触し、接触接合部をブリッジする補助多孔質部材。

（Ｋ）ＰＦＭの断面の厚みは、４０００ミクロン未満、例えば６００ミクロン未満、例えば２０〜６００ミクロン、好適には５０〜２５０ミクロンである。
（Ｌ）ＰＦＭの断面の等価直径は、４０００ミクロン未満、例えば１５００ミクロン未満である。
（Ｍ）細管は剛体である。

第２の態様では、本発明は、本発明の第１の態様によるデバイスを通過する加圧流及び／又は電気浸透流を生じさせる方法を提供し、この方法は、
（１）一の電位を本発明の第１の態様による流体デバイスのイオン液体に印加すること、及び／又は、
（２）圧力を液体に加えて、本発明の第１の態様による流体デバイスのＰＦＭにこの液体を通過させること
を含む。
方法（１）では、電位によってイオン液体がデバイスのＰＦＭ及び／又は別の構成材を通過することができる。従って、本発明の一実施形態では、ＰＦＭは、電気接続手段として機能するブリッジの一部であり、ＰＦＭを通過するイオン液体の電気浸透流がほとんど、又は全く生じない。デバイスにおける圧力は、デバイスが使用される形態によって決まり、デバイスは、デバイスが該当する圧力で安全に動作するように構成する必要がある。例えば、デバイスは、最大約１５ｐｓｉ（１ｋｇ／ｃｍ^２）又は最大約５００ｐｓｉ（３５ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で動作するように構成することができる。

第３の態様では、本発明は、細管、好適には本発明の第１の態様による新規の細管を備える流体デバイスを形成する方法を提供し、この細管は、
（１）バリア部材、及び
（２）多孔質フロー部材（ｐｏｒｏｕｓｆｌｏｗｍｅｍｂｅｒ：ＰＦＭ）
を備え、この多孔質フロー部材は、
（ｉ）固体多孔質材料を備え、且つ
（ｉｉ）ＰＦＭが流通部を含み、この流通部を通して液体の電気浸透流及び／又は加圧流が生じ得るように、バリア部材によって包囲されており、
この方法は、
（Ａ）ＰＦＭの流通部を複数のバリア層の間に積層させ、それらの積層によりバリア部材を形成すること、又は
（Ｂ）ＰＦＭの流通部を鋳型の中に置き、硬化性液体組成物をＰＦＭ周りの鋳型に流し込み、この組成物を硬化させて流通部を封止すること
を含む。

添付の図面における図は本発明を示し、これらの図は模式的であって実寸通りではない。これらの図においては、二以上の図に現われる構成要素は、いずれの図においても同じ参照番号で特定される。

上に記載した本発明の要約において、本発明及び実施例に関する詳細な説明、及び請求の範囲、並びに添付の図面において、本発明の特定の形態を参照する。ここで本明細書における本発明の開示は、このような特定の形態を適切に組み合わせた構成を全て含むことを理解されたい。例えば、特定の形態を本発明の特定の態様又は特定の実施形態、又は特定の図、或いは特定の請求項に関連する形で開示する場合、当該形態を、本発明の他の特定の態様及び実施形態と組み合わせる形で、及び／又は関連する形で、且つ本発明において一般的に、適切な範囲で使用することもできる。

「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語及びその文法的に等価な表現は本明細書において、他の構成部品、構成要素、ステップなどが、「備える」という用語の目的語として特に挙げられる構成部品（群）、構成要素（群）、ステップ（群）に加えて任意に含まれることを意味するために使用される。数字の前に置かれる「少なくとも（ａｔｌｅａｓｔ）」という用語は、本明細書において、当該数字から始まる範囲（定義される変数に応じて、上限のある範囲、又は上限の無い範囲とすることができる）の開始点を指すために使用される。例えば、「少なくとも１つ」は、１以上の数を意味し、「少なくとも８０％」は、８０％以上を意味する。数字の後に続く「最大で（ａｔｍｏｓｔ）」という用語は、本明細書において、当該数字で終了する範囲（定義される変数に応じて、１又は０を下限として有する範囲、又は下限の無い範囲とすることができる）の終了点を指すために使用される。例えば、「最大で４」は、４以下の数を意味し、「最大で４０％」は、４０％以下を意味する。本明細書において、一の範囲が「第１の数から第２の数」又は「第１の数−第２の数」の形で与えられる場合、この表現は下限が第１の数であり、上限が第２の数である範囲を意味する。本明細書において、「第１」部品及び「第２」部品、例えば第１の細管及び第２細管と言った場合、この表現は一般的に識別のために使用され、特に断らない限り、第１部品及び第２部品は、同じでも異なってもよい。

ＰＦＭの形状
ＰＦＭは、２次元又は３次元で真っ直ぐに延びていても、或いは規則的又は不規則に曲がっていても、及び／又は真っ直ぐな部分を或る角度で互いに連続的に接続した形でもよい。ＰＦＭをシート状の多孔質材料を分割することにより得る場合、異なる形のＰＦＭを容易に形成することができ、例えば一定幅、又は変化する幅の直線状細片（張出し端部を有する）、円の一部を構成する細片、少なくとも３６０°の角度で折れ曲がる細片を形成して、例えば流路が互いにほぼ平行で、且つ流入口からほぼ同じ距離（流入口に至るまでの流路に沿うのではなく直線的に測定したもの）に位置する部分を２つ以上含むようにし、例えば平板形又はねじれる形の、或いはジグザグ形の細片群を形成して、長い細管が小型化されるようにする。シート状の多孔質材料が折り曲げ可能である場合、この材料から分割された細片を曲げてこの細片が平坦でなくなるようにすることができる。ＰＦＭの断面（すなわちＰＦＭのローカル軸に対して直角な部分）はどのような形とすることもできる。ＰＦＭがシート状の多孔質材料を分割して得られる場合、断面は普通、矩形（方形を含む）となるが、シートが一定の厚さではない場合にはもっと複雑な形となり得る。ＰＦＭの一方の端部又は両方の端部は、ＰＦＭの中間部分とは異なる断面を有することができる。これらの端部は同じでも異なってもよい。多孔質材料はバリア部材から、例えば１〜３ｍｍの距離だけ飛び出すか、又はバリア部材の端部にぴったり一致するか、或いはバリア部材内部で終端することができる。

ＰＦＭ材料
ＰＦＭは、所望の物理特性及び電気特性を有する細管を構成するどのような固体多孔質材料を含むこともできる。ＰＦＭは多孔質材料から構成することができるか、又は多孔質材料を通過する流体流にほとんど影響を及ぼすことがない一つ以上の余分の構成材を含むこともできる。例えば、余分の構成材は多孔質材料を取り囲むか、又は多孔質材料に取り囲まれるか、或いは多孔質材料に隣接する層を形成することができ、所望の強化特性、電気特性又は保護特性を有することができる。従って、本発明の一実施形態では、ＰＦＭは円形、矩形（方形を含む）断面又は他の断面を有する管、例えば従来の毛管であり、この中には多孔質材料が導入されている。本実施形態では、管はバリア材料によって取り囲まれるか、又は支持されるので、このような管の端部を支持するために現在必要とされているような特殊な取付部材を使用する必要がない。更に、管は、管がバリア材料無しに使用された場合に非常に脆くなり、例えば管の内部圧力に耐えるための十分な強度を持たないようなものでもよい。

ＰＦＭは単一の多孔質材料層又は２つ以上の多孔質材料層を含むことができる。２つ以上の層を設ける場合、これらの層は同じでも異なっていてもよく、さらに液体がこれらの層を同時に通過する、又は連続して通過する、及び／又はこれらの層が異なる場合には、液体の異なる成分が異なる経路を流れるように構成することができる。これらの層は互いに接触するか、又は追加部材によって互いに分離することができ、この場合この追加部材は、液体を透過するものでも液体を透過しないものでもよく、或いは液体の一つ以上の成分を透過し、且つ液体の一つ以上の他の成分を透過しないものでもよい。

多くの多孔質材料は、均一な厚さ、好適には２０〜６００ミクロン、特に好適には５０〜２５０ミクロン、例えば約１００ミクロンの厚さの自己支持シートとして容易に入手可能である。ＰＦＭは、例えば機械加工、ダイカット、又はキスカットによってこのようなシートから分割することができる。利用可能な材料としては、例えばポリマーをベースとする（が例えばフィラーのような他の成分を含むこともできる）多孔質シート、又は例えばシリカ、アルミナ、及び他のセラミックのような無機材料が挙げられる。

多孔質材料を選択する際に考慮すべき要素は、表面化学、表面電荷、孔サイズ、孔形状、及び細管が用いられるシステムに関連する形成要素を含む。本発明における使用に適する多孔質材料は、平均孔サイズが１０ミクロン未満、又は１ミクロン未満の材料、例えば全ての孔が１０ミクロン未満、又は１ミクロン未満のサイズを有する材料を含む。

シートの孔形状が等方性である場合、液流の所望の方向に関係なくＰＦＭをシートから分割することができる。孔形状が異方性である場合、シートから分割されたＰＦＭは、少なくとも液流の一成分が孔群の方向に向くように細管に使用する必要がある。幾つかの限外ろ過膜では、孔サイズ分布は膜に垂直な方向に大きく非対称性となる。このような膜から分割されたＰＦＭを本発明の第１の態様の項目（Ｈ２）において記載した分離デバイスに使用することができる。デバイスのタイプによって変わるが、好ましくは１０^１３電荷／ｃｍ^２未満、例えば約１０^１２電荷／ｃｍ^２の低表面電荷密度を有する材料、又は好ましくは１０^１４電荷／ｃｍ^２超、例えば５×１０^１４電荷／ｃｍ^２超の高表面電荷密度を有する材料を使用することが好ましい。例えば、親水性フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルスルホン及びポリビニルアルコールがブリッジに適し、ポリアミド、ニトロセルロース、スルホン酸基が導入されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜がイオン交換素子に適し、修飾ＰＶＤＦ、修飾ポリアミド、修飾ポリエーテルエーテルケトン、シリカ、及びアルミナが動電学的ポンプに適する。疎水性材料、例えばポリプロピレン及び他のポリオレフィン、及びＰＴＦＥが排出口に適する。

場合によっては、利用可能な多孔質シート材料を直接本発明に使用することができる。また他の場合では、シート形又は材料から分割されたＰＦＭとして、利用可能な材料を更に処理することによって一層良好な結果が得られる。一の有用な処理は、材料を誘導体化してその表面を変質させる、例えば表面電荷を大きくする、又は付加する、或いはその化学的性質を変更することである。このような処理はこの技術分野の当業者には公知であるが、既に細管内に配置されている充填材料に適用するのは非常に難しい。これに関しては、例えば、Macromolecules 31, 1277-1284 (1998), Jimbo等；J. Membrane Sci 179, 1-27 (2000), Takaka等；及びJ. Membrane Sci 139, 101-107 (2000), Belfer等を参照することができる。

ゼータ電位及び平均孔サイズの好適な値はタイプごと、及びデバイスごとに異なる。下の表（この表ではデバイ長は略語λで示す）に更なるデータを示す。

ＰＦＭ寸法
長さ（Ｌ）、幅（ｗ）及び厚さ（ｔ）という用語を使用してＰＦＭの流通部（ＰＦＭの全体となり得る）、すなわちバリア部材によって包囲されるＰＦＭ部分の寸法を示す。従って、ＰＦＭの端部がバリア部材を超えて接合部又は貯蔵部にまで入り込むと、これらの端部はＬ，ｗ及びｔを決定する際には考慮されない。流体流の軸に対して垂直な断面が矩形であるＰＦＭでは、ｗ及びｔはそれぞれ矩形の長辺及び短辺の寸法を指す。多くの場合、矩形断面を有するＰＦＭが好ましい。非矩形断面を有するＰＦＭでは、ｗ及びｔは、非矩形断面の周辺において描くことができる最小面積の矩形の長辺及び短辺を指す。断面が変化するＰＦＭでは、ｗ及びｔは、特定の値のｗ及びｔを有するＰＦＭの長さを考慮に入れた実効平均値を指す。従って、一定厚さ、及び変化する幅を有するＰＦＭでは、ｗの実効平均値はＰＦＭの長さに沿ったｗの逆数の平均の逆数となる。

ＰＦＭが単層の多孔質材料から成る場合、ＰＦＭの厚さ（又は厚さが変化する場合は平均厚さ）は、例えば２０〜６００ミクロン、好適には５０〜２５０ミクロン、例えば７５〜１５０ミクロンとすることができる。ＰＦＭが多くの構成材から成る場合、各構成材は上記のような厚さを有することが好ましい。従って、積層させた２つ以上の多孔質材料層を含むＰＦＭは、例えば２００〜２０００ミクロンの厚さを有することができる。等価直径ｄという用語はＰＦＭの断面（又は、断面が変化する場合には、等価直径の平均値）を定義するために使用する。ｄはＰＦＭの断面と同じ面積を有する円の直径である。従って矩形断面の場合、以下の式が得られる。

本発明の多くの実施形態では、Ｌはｗ及びｔのいずれよりもかなり大きい。Ｌは、例えば等価直径ｄの少なくとも３倍又は少なくとも５倍、例えば３〜１００倍、或いは５〜３０倍である。本発明の多くの実施形態、特にＰＦＭが矩形断面を有する実施形態では、ｗ及びｔは、比ｗ／ｔの値が少なくとも３、少なくとも１０、又は少なくとも２０、例えば３〜２００、５〜１００、或いは８〜７５となるように設定される。幅ｗは、例えば０．２〜２ｍｍとすることができる。

バリア部材
本発明の細管は、使用中において液体が所望の流路に従ってＰＦＭの流通部を通過するように構成される。従って、各ＰＦＭはその流入口及びその排出口を除き、その周囲に沿って液不透過性のバリア部材によって覆われる必要がある。バリア部材はモノリシック構造か、或いは互いに対して固定された２つ以上のバリア材又はバリア層から構成することができる。バリアを形成する好適な方法は、一のＰＦＭ、普通は一の薄層ＰＦＭを、バリア材群、普通は薄層バリア材群の間に積層させることを含む。一以上のバリア材をＰＦＭの形を反映するように予め２次元又は３次元で予備成形し、必要であれば積層段階においてバリア材を変形させる余地を作ることができる。例えば、窓及び／又はチャネルをバリア材に形成することができる。バリア材は、これらのバリア材が互いに対して、且つＰＦＭに対して、熱及び圧力を使用して積層させることにより固定することができるように構成することができる。接合温度が８０〜３５０℃の適切な重合体膜が公知である。別の方法として、又は付け加える形で、接着剤を援用して積層を強化することができる。別の実施形態では、バリア部材は液体バリア組成物により実現することができ、この液体バリア組成物はＰＦＭの周りに配置して固化させる。このような組成物としては、室温で、或いは熱又は紫外線、超音波又は他の照射を援用して硬化し、且つフィラー、例えば強化ファイバ含む粘土組成物、例えばエポキシ、ポリフェニレンオキシド、アクリル樹脂、及びシリコーンをベースとする組成物が挙げられる。別の実施形態では、バリア部材は、伸縮性のバリアフィルム又はテープでＰＦＭの周りを覆い、被覆部に対して任意で加熱などの処理を施すことにより形成する。別の方法として、又は付け加える形で、機械手段を使用してバリア部材をＰＦＭの周りに固定することができる。

バリア材及びこれらのバリア材をＰＦＭの周りに固定する方法は、ＰＦＭをバリア材料が突き抜けることがない、又はＰＦＭが物理的、又は化学的に損傷しないような構成とする必要がある。必要ならば、保護層をＰＦＭとバリア材（群）との間に設けることができる。

本発明の細管は、これらの細管を容易に処理及び使用することができるような物理特性を有することが好ましく、この物理特性は、異なるタイプのシステム毎に大きく変化する細管内の流体圧力に耐える機能を含む。このような物理特性はバリア部材によってのみ実現することができる。別の方法として、又は付け加える形で、デバイスは、例えば金属又はガラスから成る、所望の物理特性を付与する一つ以上の支持部材を含む。一般的に本発明の細管は剛性である、すなわち使用中に曲がったり、収縮したりしない。しかしながら、これらの細管を折れ曲げ可能とすることもできる。

追加の構成材
本発明のデバイスは、多種多様な追加の構成材、例えば、使用中液体がＰＦＭの流入口、排出口、又は中間ポイントに流れ込んだりそれらから流れ出る際に通過する接合部及び細管、さらに、液体貯蔵部、電極、電極リード、ポンプ、及びシステムをモニターする光及び／又は電気部材を含むことができる。このような追加の構成材はバリア部材がＰＦＭの周りに配置されると同時にデバイスに組み込むことができ、この組み込みは、例えばこれらの構成材を、積層段階の一部で互いに対して固定される複数の層の間に配置することにより行なわれる。別の方法として、又は付け加える形で、これらの構成材は、バリア部材がＰＦＭの周りに配置された後に、例えばバリア部材及び／又は支持部材にビアを形成し、追加の構成材を挿入し、追加の構成材の周りのビアを密封することにより追加することができる。本発明のデバイス内の流体接合部は利用されない容積部分が小さいことが望ましい。

デバイス及びシステム
本発明の細管は、例えばクロマトグラフィー分離デバイス、化学処理デバイス、分析デバイス、ポンプ、注射器、流体制御装置、分離素子、ブリッジ、反応装置、混合器、及び検出素子を含む多種多様な流体デバイスの一部を形成するか、又は流体デバイスに付属して使用することができ、さらにこれらの流体デバイスは、本出願人による同時係属出願である米国特許出願第１０／１３７２１５号、同第１０／１５５４７４号、同第１０／２７３７２３号、及び同第１０／３２２０８３号、及び国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／１９１２１号（国際公開番号ＷＯ０２／１０１４７４号）及び国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１３３１５号）に開示されているデバイスを含み、これらの文献の開示を参照することによりその開示内容を本発明に包含する。

多層デバイス
本発明の多くのデバイスは２つ以上、例えば少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、例えば３〜６つの薄層ＰＦＭを含み、各ＰＦＭは多層デバイスの一の層の一部を構成する。各ＰＦＭ含有層は、一つ以上のＰＦＭを含むことができる。異なる層のＰＦＭは、隣接ＰＦＭの主表面が完全に重なるか、部分的に重なるか、又は重ならないように配置することができる。隣接ＰＦＭ含有層はバリア層によって互いから分離しても、又は互いに直接接触してもよい。隣接ＰＦＭ含有層が互いに直接接触し、且つＰＦＭ群が重なる場合、これらのＰＦＭは互いに接触することになる。これらのＰＦＭの液流は同じ方向でも、反対方向を含め異なる方向でもよい。異なるＰＦＭは互いに直接接触により、及び／又は両方のＰＦＭが同じ流体接合部と連通することにより、流体連通することができる。多層デバイスは、互いに独立して動作する２つ以上の流体システム、又は動作が互いの動作に依存する流体システムを含むことができる。

以下に示す混合デバイス、２つ以上の重なるＰＦＭを備える多層デバイス、及びろ過デバイスは本発明の多層デバイスの特定の実施例である。

混合デバイス
本発明の一実施形態は、本発明の第１態様において列挙した特徴（Ｆ）を有する混合デバイスである。このような混合デバイスは任意選択の形で次の特徴の内の一つ以上を有することができる。
（Ｆ１）第１及び第２ＰＦＭの少なくとも一つ、好適には各々がｗ_１の幅を有する流通部及び転送部を備え、この転送部は、
（ｉ）幅がｗ_３にまで増大する張出し部を備え、この増大は流軸に対して対称であることが好ましく、ｗ_３はｗ_１の２〜４倍であることが好ましく、張出し部の長さはｗ_３の０．３〜０．７倍であることが好ましく、
（ｉｉ）張出し部に隣接し、ｗ_３の幅を有し、好ましくは張出し部の長さの０．８〜２倍の長さを有する予備混合部を備える。
但し、場合によっては、ほとんど、又は全く張出し部を設けることなく十分な混合を実現することができ、予備混合部は、例えばｗ_１の１〜１．５倍の幅を有する。

（Ｆ２）デバイスは混合部材を含み、この混合部材は、
（ｉ）ＰＦＭのいずれの孔サイズよりも大きな孔サイズ、好適には大きな方の孔サイズを有するＰＦＭの孔サイズの少なくとも２倍、特に少なくとも５倍、例えば５〜２０倍の孔サイズを有する多孔質材料から構成され、
（ｉｉ）第１転送部と第２転送部との間に在り、且つこれらの転送部と接触する中間部、及び第１転送部及び第２転送部から延びる延長部を備え、この中間部及び延長部は好ましくは転送部と同じ幅を有し、中間部の長さは好ましくは予備混合部の長さの０．１〜０．８倍であり、延長部の長さは好ましくは所望の混合度を実現するように選択されており、延長部の端部は好ましくはデバイスの次の流体部分との従来の接続を行なうのに適するように短い幅を有する。

（Ｆ３）ＰＦＭの少なくとも一つが２つの部分に分割され、各部分は流通部及び転送部を有し、第１及び第２ＰＦＭの転送部は交互に配置されている。
（Ｆ４）重なり合う転送部の間の領域Ａは、比ｄ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}／ｔ_１及びｄ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}／ｔ_２の各々が少なくとも５、好適には少なくとも１０、更に好適には少なくとも２０、例えば１０〜２００、又は２０〜１００となるような等価直径ｄ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}を有する。
（Ｆ５）液体は、第１流軸に沿って第１転送部に流入し、また第２流軸に沿って第２転送部に流入し、さらに第２転送部への液流は第１流軸に平行な成分を有し、この成分は好ましくは液流の少なくとも５０％、特に少なくとも８０％である。

混合デバイスを使用して、例えば２つの水性液体、２つの有機液体、又は１つの水性液体及び１つの有機液体を混合することができる。これらの液体の粘性は異なってよく、生化学物質を含む溶解化学物質を含むことができ、粒子材料又は粒子乳剤を分散させたものとすることができる。これらの液体は、混和性又は不混和性とすることができ、これにより例えば、乳剤又は化学抽出の一部を生成したり、組み合わされて化学反応を起こしたりすることができる。ＰＦＭの固体多孔質材料は、ＰＦＭが混合液体又は混合生成物によって損傷を受けることがなく、且つこれらの液体又は混合生成物を損傷することがないように選択する必要がある。液流は加圧流及び電気浸透流の一方又は両方とすることができる。ＰＦＭを通過する流体の流速は同じでも異なっていてもよく、また一定でも変化してもよい。

好適には、デバイスのＰＦＭ及び寸法は、流通部の少なくとも一つ、好ましくは全部における圧力低下が、混合段階と排出口との間の圧力低下の、例えば少なくとも２倍、好適には５〜１５倍、例えば約１０倍となるように選択される。

混合デバイスを使用して、重なり転送部を有する該当数の細管を使用することにより、３つ以上の液体を同時に混合することができる。混合デバイスは２つ以上の混合段階、例えば、２つの異なる液体を混合する第１混合段階、及び第１混合段階の生成物を第３の液体と混合する第２混合段階を含むことができる。このようにして、例えば連続する化学合成段階を異なる混合段階で実現することができる。

図２３〜２７は本発明の混合デバイスを示している。

多層デバイス
本発明の一実施形態は多層デバイスであり、この多層デバイスは本発明の第１の態様で列挙した特徴（Ｇ）を有する。このような多層デバイスは任意選択の形で次の特徴の内の一つ以上を有することができる。
（Ｇ１）第１及び第２薄層ＰＦＭは重なり領域で互いに重なり、バリア部材の一つが中間バリア部材であり、この中間バリア部材は第１ＰＦＭと第２ＰＦＭとの間に在り、且つ重なり領域の大きな部分、例えば少なくとも７０％、例えば９０〜１００％に渡って、液体が第１ＰＦＭと第２ＰＦＭとの間で流通することを妨げる。
（Ｇ２）デバイスは第１ＰＦＭ及び第２ＰＦＭと流体連通する接合部を含み、この接合部は任意選択の形で多孔質材料を含む。
（Ｇ３）デバイスは、平行に配置され、且つ異なる平面に在る少なくとも３つ、例えば３〜６つの薄層ＰＦＭを備える。

ろ過デバイス
本発明の一実施形態はろ過デバイスであり、このろ過デバイスは本発明の第１の態様で列挙した特徴（Ｇ１）又は（Ｇ２）を有する。一方のタイプとして相対的に小さな分子又は粒子を、及び別のタイプとして相対的に大きな分子又は粒子を含有する液体が、（Ｇ１）で定義した層状ＰＦＭ、又は（Ｇ２）で定義した非対称孔サイズ分布を有するＰＦＭを通過するとき、小分子又は小粒子の一部がＰＦＭの一表面に移動し、小分子又は小粒子のみを含有する生成物が当該表面から回収され、一方、大粒子、とそれよりも少ない割合で小分子を含有する生成物が反対側の表面から回収される。液体はデバイスを通過して小分子又は小粒子を回収し易くすることができる。図１７及び１８はこのようなデバイスを示している。

異なるゼータ電位を有する２つのＰＦＭを備えるデバイス
本発明の一実施形態は、異なるゼータ電位を有する２つのＰＦＭを含むデバイスであり、特に本発明の第１の態様で列挙した特徴（Ｉ）を有するデバイスである。このようなデバイスは任意選択の形で次の特徴の内一つ以上を有することができる。
（Ｉ１）第１及び第２ゼータ電位は反対の符号を有し、
（Ｉ２）第１及び第２ゼータ電位は少なくとも２０ｍＶ、好適には少なくとも５０ｍＶ、例えば５０〜１００ｍＶの差異を有し、
（Ｉ３）デバイスは、
（ｉ）内部流体接合部と連通し、且つ屈曲性のダイヤフラムを備える壁を有する第１チャンバー、及び
（ｉｉ）屈曲性のダイヤフラムを備える壁を有する第２チャンバー
を含む。

このようなデバイスが適切なイオン液体で充填され、電流が電極間を流れると、液流の方向はゼータ電位によって変わる。これらのゼータ電位が反対の符号を有する場合、ＰＦＭの各々の液流は、電流が一方の方向に流れると中央接合部に向かい、電流が他方の方向に流れると中央接合部から離れる方向に向かう。これらのゼータ電位が同じ符号を有する場合、ＰＦＭの各々の液流は同じ方向に向かい、その方向は電流の向きによって決まる。各ＰＦＭの液流の流速は、ゼータ電位の符号及び大きさを含む種々の要素によって変化する。従って、中央接合部に向かう、又は中央接合部から離れる方向に向かう正味の液流が生じる。このデバイスでは、電極は、ガス副生成物を容易に排気することができる大気圧貯蔵部に配置することができる。デバイスが上述の特徴（Ｉ３）を有する場合、このデバイスを使用して液体を第２チャンバーに送り込むことができる。第２チャンバーの液体は厳密な意味での電気浸透流を運ぶ液体である必要はなく、例えば第２チャンバーの液体は多価イオンを含有する液体、非常に高い導電性を有する液体、又は電流により損傷を受ける物質を含有する液体とすることができる。

ＰＦＭ間の接触接合部
２つのＰＦＭが流体接合部で互いに対して接触すると、これらのＰＦＭ間の接触領域は２つのＰＦＭのうち、小さい方のＰＦＭ断面積に限られる（又は、これらのＰＦＭの端部が互いに対して整合するように成形される場合は、やや大きくなるがそれでも未だ小さい領域）。その結果、接合部の排出口から出て行く液体の動きに対して大きな抵抗が生じる可能性がある。また、デバイスの形成過程において、ＰＦＭ間の接合部が部分的に液体バリア材料によって塞がれる恐れがある。本発明の一実施形態では、これらの問題を、ＰＦＭの側部に接触し、且つそれらＰＦＭの間の接触接合部を埋める少なくとも一つの補助的な多孔質部材を使用することにより解決する。補助的な多孔質部材は、ＰＦＭのいずれの孔サイズよりも大きい孔サイズ、好適には大きい方の孔サイズを有するＰＦＭの孔サイズの少なくとも２倍、特に少なくとも５倍、例えば５〜２０倍の孔サイズを有する多孔質材料から成ることが好ましい。

デバイス形成
本発明のデバイスは、本発明の第３の態様の上記定義に含まれる方法のいずれか、又はそれらの組合せにより形成することができる。バリアをＰＦＭの周りに配置する前に、多種多様な追加部材、例えば毛管、電極、電極リード、光及び／又は電気モニター部材、成形接合部、及び成形貯蔵部をＰＦＭと接触させて、及び／又はＰＦＭから離して組立て、そのような状態でデバイスに組み込み、それと同時にバリアをＰＦＭの流通部の周りに配置する。多くの場合、複数のバリア層を積層させるのが好適な方法である。追加部材は２つのバリア層の間、及び／又はバリア層とＰＦＭとの間に配置することができる。特に、デバイスが２つ以上のＰＦＭを備える場合には、デバイスは２つ以上の同じ、又は異なる連続ステップにより形成することができる。

浸潤処理
本発明のデバイスを使用しているとき、これらのデバイスには液体が充填される。液流が圧力によってのみ生じる場合、適切であればどのような液体も使用することができる。液流が少なくとも部分的に電気浸透流である場合には、液体はイオン液体でなければならない。従って、捕捉用空洞部分無しでも容易に濡れるようにデバイスを設計するのが望ましい。デバイスには、デバイスが形成された後に（必要に応じて殺菌後に）、液体を充填することができる。デバイスの形成中にデバイスの一部を濡らすことができる場合がある。デバイスを濡らした後、デバイスが必要になるまでデバイスを密封し、保存することができる。流体デバイスを濡らす方法はこの技術分野の当業者には公知である。

図面
図１〜３は、動電学的ポンプシステムの一部、又は電気浸透兼加圧流システムの一部として使用することができるデバイスを示している。図１〜３においては、ＰＦＭ１０２は固体多孔質材料から成り、且つ長さＬ、幅ｗ、厚さｔを有する流通部、接合部１１４ａ及び１１４ｂにまで延びる末端の転送部を備える。多孔質部材１１８ａ及び１１８ｂは、接合部１１４ａと貯蔵部１１５ａとの間、及び接合部１１４ｂと貯蔵部１１５ｂとの間それぞれのブリッジとなる。多孔質部材１１８ａ及び１１８ｂは従来の細管、又は本発明の細管とすることができる。絶縁バリア層１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃ、並びに支持部材１２０ａ及び１２０ｂは、多孔質部材１０２、１１８ａ及び１１８ｂを封止し、接合部１１４ａ、１１４ｂ及び貯蔵部１１５ａ、１１５ｂを画定する。電極３１２ａ及び３１２ｂはそれぞれ貯蔵部１１５ａ及び１１５ｂに入り込む。細管１１２ａ及び１１２ｂは支持部材１２０ｂの気密ビアを貫通してそれぞれ接合部１１４ａ及び１１４ｂにまで延びる。使用状態では、これらの電極は電源に接続され、イオン液体はデバイス全体を覆い、イオン液体は細管１１２ａ、ＰＦＭ１０２及び細管１１２ｂを通過する。貯蔵部の液体は電流を流す役割を担っており、ＰＦＭ１０２をほとんど、又は全く流れない。

図４では、細管１１２ａ及び電極３１２ａはＰＦＭ１０２とバリア層１０６ｃとの間に位置し、非多孔質部材３０６により覆われていることにより、ＰＦＭ１０２との正しい流体兼電気接続が確保されている。図５及び６では、バリア層１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃの形状により、ＰＦＭ１０２がウェル４１６内部にまで延びることができており、このウェルには支持部材１２０ｂのビア１１６を通してアクセスすることができる。図７では、ＰＦＭ１０２及びバリア層１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃの形状により、ビア１１６がＰＦＭ１０２と直接通じている。図８では、トランスデューサ４０６がバリア層１０６ｄによって支持部材１２０ａの下方に固定され、下部ウェル４１７を形成しており、このウェルは支持部材１２０ａのビア１１７を通してウェル４１６と連通している。図９では、ＰＦＭ１０２の端部が、液体１２１を含む貯蔵部１１５に配置されている。図９に示すように、ＰＦＭ１０２の端部はバリア部材及び支持部材の端部とぴったり重なる。別の実施形態では、ＰＦＭ１０２は、バリア部材及び支持部材の端部を飛び出して延びても、又は端部手前で終端してもよい。図１０では、光ファイバ又は電極８０３ａ及び８０３ｂが互いに対向するように配置されるので、デバイスを流れる流体がこれらの間を通過し、光又は電流をこれらの間に通すことにより流体を分析することができる。

図１１〜１３は本発明に使用する簡易ＰＦＭを示している。図１２、１３及び１４は張出し端部を有するＰＦＭを示している。図１２、１５及び１６は、ＰＦＭの３つの部分が同じ平面にあり、横方向に互いに覆い被さるＰＦＭを示している。

図１７及び１８は、異なるサイズの分子又は粒子の部分的分離を可能にするために使用することができるデバイスを示している。一種類の相対的に小さな分子又は粒子、及び別の種類の相対的に大きな分子又は粒子を含有する液体が細管１１２ａを通って流入側接合部１１４ａに流入する。接合部１１４ａはＰＦＭと連通し、このＰＦＭは、相対的に大きな孔サイズを有する第１層１０２ａを備えているので、両方のタイプの分子又は粒子がこの層を通過することができる。第１層１０２ａに接触するが接合部１１４ａとは連通しないのは第２層１０２ｂであり、この第２層は小さい孔サイズを有するので層１０２ａを通過する小分子又は小粒子のみが境界を通って層１０２ｂに移動する。小さい分子又は粒子しか含有しない生成物が排出側接合部１１４ｂから細管１１２ｂを通って回収され、大分子又は大粒子の全てと少しの小分子又は小粒子を含有する生成物が排出側接合部１１４ｃから細管１１２ｃを通って回収される。図１８では、液体が細管１１２ｄ及び接合部１１４ｄを通って層１０２ｂに流入し、小さい分子又は粒子の除去を容易にする。

図１９は、異なるゼータ電位を有するＰＦＭを使用して液体をデバイスの各端部から中心部に、又はその逆の方向に輸送するデバイスを示している。ＰＦＭ１０２ａは第１ゼータ電位を有し、一端で接合部１１４ａと連通し、他端で接合部１１４ｃと連通する。ＰＦＭ１０２ｂは第２ゼータ電位を有し、一端で接合部１１４ｂと連通し、他端で接合部１１４ｃと連通する。第１及び第２ゼータ電位は大きく異なっていても同じでもよく、又は異なる符号を有してもよい。電極３１２ａを含む貯蔵部１１５ａは接合部１１４ａと連通する。電極３１２ｂを含む貯蔵部１１５ｂは接合部１１４ｂと連通する。細管１１２は接合部１１４ｃと連通する。デバイスは前に記載したように動作する。

図２０は図１９と同じであるが、屈曲性のダイヤフラム２０１によって分離される密閉チャンバー２０８及び２０９が中央接合部１１４ｃの上部に位置する点が異なる。チャンバー２０８に送り込まれるか又はチャンバーから送り出される液体によってダイヤフラム２０１の形が変化するので、液体がチャンバー２０９へ流入する。チャンバー２０９には、液体をチャンバーに流入させるための隔壁又はバルブ２０４が取り付けられ、排出口２１２にはフィルタ２０３が取り付けられる。

図２１は４つのＰＦＭ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ及びバリア層１０６ａ〜ｈを有するデバイスを示しており、これらの素子は、細管１１２ａを通って流れ込む液体が接合部１１４ａ、ＰＦＭ１０２ａ、接合部１１４ｂ、ＰＦＭ１０２ｂ、接合部１１４ｃ、ＰＦＭ１０２ｃ、接合部１１４ｄ、ＰＦＭ１０２ｄ、及び接合部１１４ａを連続して流れ、次に細管１１２ｂから出て行くように配置される。

図２２は、積層構成の４つのＰＦＭ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、及びバリア層１０６ａ〜ｈを有するデバイスを示しており、これらの素子は、細管１１２ａを通って流れ込む液体が、連続的に、接合部１１４ａ、ＰＦＭの平面に対して垂直の角度でＰＦＭを、そして接合部１１４ｂを通過し、次に細管１１２ｂを通って出て行くように配置される。

図２３〜２５は、２つのＰＦＭ（１０２ａ，１０２ｂ）を備える混合デバイスを示している。各ＰＦＭの厚さは一定（ｔ_１，ｔ_２）であり、且つ各ＰＦＭは一定幅（ｗ_１，ｗ_２）の流通部及び転送部を有する。転送部は、幅が長さＬ_１に渡ってｗ_３にまで広がる張出し部、及び一定幅ｗ_３及び長さＬ_２の予備混合部から構成される。２つの予備混合部の端部の間に挟まれるのは混合部材１１８であり、この混合部材は、所望の混合度を実現するために十分な長さＬ_３に渡って維持される幅ｗ_３を有する。

図２６は、２つのＰＦＭ１０２ａ、１０２ｂを備える混合デバイスの一部を示している。ＰＦＭ１０２ａは２つの重なり部（１０２ａ１，１０２ａ２）に分割され、各重なり部は図２３〜２５に示すような構成とすることができる流通部及び転送部を有する。ＰＦＭ１０２ｂは２つの重なり部（１０２ａ１，１０２ａ２）の間に配置される。２つのＰＦＭを通過する液体は、開放混合チャンバーに送り込まれて、そこから排出される。

図２７は、２つのＰＦＭ１０２ａ、１０２ｂを通過する液体が互いに混合され、次いで混合生成物がＰＦＭ１０２ｃを通過する液体と混合される様子を示すフロー図である。

図２８及び２９は、２つのＰＦＭ１０２ａ、１０２ｂの間の接触接合部を示している。補助的な多孔質部材１１８が接触接合部の一方でこれらのＰＦＭをブリッジしている。

次の実施例は本発明を例示するものである。
実施例１〜３
図１９に示す３つのデバイスは第１及び第２ＰＦＭを使用して構成されたものであり、これらのＰＦＭは以下の表に示す特性及びｍｍ単位の寸法Ｌ、ｗ及びｔを有する。各実施例では、第１ＰＦＭの実効孔サイズは２４０ｎｍであり、第２ＰＦＭの実効孔サイズは３００ｎｍであった。

実施例４
図２３〜２５に示す混合デバイスを作製した。図２３〜２５に示すデバイス寸法を以下の表にｍｍ単位で示す。ＰＦＭ群の各々は、実効孔サイズが約８００ｎｍの親水性ＰＶＤＦ膜であった。混合部材は、実効孔サイズが約６０００ｎｍ、厚さが０．１ｍｍの親水性ＰＶＤＦ膜であった。

本発明による第１デバイスの断面平面図である。図１のラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った端面図である。本発明による別のデバイスの部分断面である。本発明によるまた別のデバイスの部分断面である。本発明によるまた別のデバイスの部分断面である。本発明によるまた別のデバイスの部分断面である。本発明によるまた別のデバイスの部分断面である。本発明によるまた別のデバイスの部分断面である。本発明によるまた別のデバイスの部分断面である。本発明に使用するＰＦＭの平面図である。図１１、１４及び１５のラインＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面である。図１１及び１４のラインＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面である。本発明に使用するＰＦＭの平面図である。本発明に使用するＰＦＭの平面図である。図１５のラインＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面である。本発明によるさらに別のデバイスの断面である。本発明によるさらに別のデバイスの断面である。本発明によるさらに別のデバイスの断面である。本発明によるさらに別のデバイスの断面である。本発明によるさらに別のデバイスの断面である。本発明によるさらに別のデバイスの断面である。本発明による混合デバイスの部分断面図である。図２３のラインＸＸＩＶ−ＸＸＩＶに沿った端面図である。図２３のラインＸＸＶ−ＸＸＶに沿った部分断面図である。本発明の別の混合デバイスの一部断面である。本発明による２段階混合デバイスのフロー図である。２つのＰＦＭ間の接触接合部の部分断面図である。図２８のラインＸＸＩＸ−ＸＸＩＸに沿った部分断面図である。

Claims

第１の態様では、本発明は細管を備える新規の流体デバイスを提供し、この細管は、
（１）バリア部材、及び
（２）多孔質フロー部材（ＰＦＭ）
を備え、この多孔質フロー部材は、
（ｉ）固体多孔質材料を備え、且つ
（ｉｉ）ＰＦＭが流通部を含み、この流通部を通して液体の電気浸透流及び／又は加圧流が生じ得るように、バリア部材によって包囲されており、
次の特徴の内の少なくとも一つを有するデバイス：
（Ａ）前記バリア部材はＰＦＭの周りに積層した複数の薄層バリア層を備える。
（Ｂ）ＰＦＭは予備成形ＰＦＭであるか、又はデバイスが二以上の前記細管を含む場合、前記細管の少なくとも一つに含まれるＰＦＭ、例えば前記細管の各々に含まれるＰＦＭは予備成形ＰＦＭである。
（Ｃ）ＰＦＭは薄層であって第１平面に在り、デバイスは細管を含み、この細管が、（ｉ）ＰＦＭと流体連通し、且つ（ｉｉ）第１平面、又は第１平面にほぼ平行な平面に在る。
（Ｄ）ＰＦＭは薄層であって第１平面に在り、デバイスは電極を含み、この電極が、（ｉ）デバイスをイオン液体で充填するとＰＦＭに電気接続され、且つ（ｉｉ）第１平面、又は第１平面にほぼ平行な平面に在る。
（Ｅ）デバイスは少なくとも４つの薄層を含み、これらの薄層の少なくとも２つの薄層が一つの薄層ＰＦＭを含む。
（Ｆ）デバイスは、
（１）第１バリア部材及び第１ＰＦＭを備える第１の前記細管であって、この第１ＰＦＭは第１流通部及び第１転送部を含み、第１流通部が第１バリア部材に包囲されていることにより、流体が第１流通部を通過して第１転送部に流入することができる、第１バリア部材、及び
（２）第２バリア部材及び第２ＰＦＭを備える第２の前記細管であって、この第２ＰＦＭは第２流通部及び第２転送部を含み、第２流通部が第２バリア部材に包囲されていることにより、流体が第１流通部を通過して第２転送部に流入することができる、第２バリア部材
を備え、第１及び第２転送部は、
（ａ）重なり面を有し、これらの重なり面は、
（ｉ）互いに直接接触するか、又は
（ｉｉ）互いに隣接し、且つ随意で多孔質材料を充填した隙間によって互いに隔てられており、且つ
（ｂ）第３バリア部材に包囲されていることにより、第１及び第２転送部に流入する液体が混合される。
（Ｇ）デバイスは、
（１）ＰＦＭの流通部が第１平面に在る第１薄層ＰＦＭである、第１の前記細管。
（２）ＰＦＭの流通部が第１平面に平行な第２平面に在って、第１の細管の流通部に重なる第２薄層ＰＦＭである、第２の前記細管。
（Ｈ１）ＰＦＭは、
（ａ）第１多孔質材料から成る第１層、及び
（ｂ）第１層と境界に沿って接触し、且つ第２多孔質材料から成る第２層
を備え、第１多孔質材料は第１孔サイズを有し、第２多孔質材料は第１孔サイズよりも大きい第２孔サイズを有するか、又は境界での第１多孔質材料の孔は、所定の孔サイズを超える粒子が境界を通過しない寸法であり、
デバイスが更に
（３）第２層と連通するが第１層とは連通しない流体流入口、
（４）第１層と連通するが第２層とは連通しない第１流体排出口、及び
（５）第２層と連通するが第１層とは連通しない第２流体排出口
を備える。
（Ｈ２）ＰＦＭは、孔サイズがＰＦＭの厚さに渡って規則的に又は不規則に大きくなるような非対称の孔サイズ分布を有する多孔質材料から成り、それによりＰＦＭは相対的に小さな孔から成る第１表面と相対的に大きな孔から成る第２表面とを有し、デバイスが更に
（３）ＰＦＭと連通する流体流入口、
（４）第１表面と連通するが第２表面とは連通しない第１流体排出口、及び
（５）第２表面と連通するが第１表面とは連通しない第２流体排出口
を備える。
（Ｉ）デバイスは、
（１）ＰＦＭが第１ゼータ電位を有する第１固体多孔質材料を含み、第１内側端部及び第１外側端部を有する第１の前記細管、
（２）ＰＦＭが第１ゼータ電位と有意な差異を有する第２ゼータ電位を有する第２固体多孔質材料を含み、第２内側端部及び第２外側端部を有する第２の前記細管、
（３）第１及び第２内側端部と連通する内側流体接合部、
（４）第１外側端部と連通する第１外側流体接合部、及び
（５）第２外側端部と連通する第２外側流体接合部
を備える。
（Ｊ）デバイスは、
（１）ＰＦＭの流通部が第１切断端面で終端する、第１の前記細管、
（２）ＰＦＭの流通部が、第１表面と接触接合部で接する第２切断端面で終端する、第２の前記細管、及び
（３）第１及び第２ＰＦＭの側と接触し、接触接合部をブリッジする補助多孔質部材
を備える。
（Ｋ）ＰＦＭの断面の厚みは、４０００ミクロン未満、例えば６００ミクロン未満、例えば２０〜６００ミクロン、好適には５０〜２５０ミクロンである。
（Ｌ）ＰＦＭの断面の等価直径は、４０００ミクロン未満、例えば１５００ミクロン未満である。
（Ｍ）細管は剛体である。
特徴（Ａ）を有し、且つ熱及び圧力を援用してバリア層を積層させた、請求項１記載のデバイス。
特徴（Ｂ）を有し、且つ次の特徴の内の一つ以上を有する、請求項１記載のデバイス：
（Ｂ１）ＰＦＭはシート状の多孔質材料から分割され、且つ例えば５０〜２５０ミクロンの厚さの矩形断面を有する。
（Ｂ２）ＰＦＭは、バリア部材のいずれかがＰＦＭに接触する前に処理され、よってＰＦＭの表面の少なくとも幾つかの表面、好適にはＰＦＭの全ての表面の電気特性及び／又は化学特性が変わっている。
（Ｂ３）ＰＦＭは少なくとも一つの転送部を含み、この転送部が流通部から、例えば最大４ｍｍ、例えば０．５〜３ｍｍの距離だけ延びる。
（Ｂ４）ＰＦＭの厚さは一定であり、幅は変化する。
（Ｂ５）ＰＦＭは平板形の、又はねじれる形の、或いはジグザグ形の細片である。
ＰＦＭが固体多孔質材料を充填した液不浸透性管を含む、請求項１又は２記載のデバイス。
特徴（Ｆ）を有し、且つ次の特徴の内の一つ以上を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス：
（Ｆ１）第１及び第２ＰＦＭの少なくとも一つ、好適には各々が、ｗ_１の幅を有する流通部及び転送部を含み、この転送部が、
（ｉ）好適には流軸に関して対称に幅がｗ_３にまで増加する張出し部を含み、ｗ_３はｗ_１の好適には２〜４倍であり、張出し部の長さがｗ_３の好適には０．３〜０．７倍であり、且つ
（ｉｉ）張出し部に隣接し好適にはｗ_３の幅を有し、さらに張出し部の長さの０．８〜２倍の長さを有する予備混合部を含む。
（Ｆ２）デバイスは混合部材を含み、この混合部材が、
（ｉ）多孔質材料から成り、且つ
（ｉｉ）第１転送部と第２転送部との間に在って第１及び第２転送部に接触する中間部と、第１及び第２転送部から延びる延在部を含む。
（Ｆ３）ＰＦＭの少なくとも一つが２つの部分に分割され、各部分は流通部及び転送部を含み、第１及び第２ＰＦＭの転送部は交互に配置される。
（Ｆ４）重なり合う転送部の間の領域Ａは、比ｄ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}／ｔ_１及びｄ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}／ｔ_２の各々が少なくとも５、好適には少なくとも１０、更に好適には少なくとも２０、例えば１０〜２００、又は２０〜１００となるような等価直径ｄ_{ｔｒａｎｓｆｅｒ}を有する。
（Ｆ５）液体は第１流軸に沿って第１転送部に流入し、液体は第２流軸に沿って第２転送部に流入し、第２転送部への液流は第１流軸に平行な成分を有し、この成分は液流の少なくとも５０％、特に少なくとも８０％であることが好ましい。
特徴（Ｇ）を有し、且つ次の特徴の内の少なくとも一つを有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス：
（Ｇ１）第１及び第２薄層ＰＦＭは互いに重なり領域で重なり合い、バリア部材の一つが中間バリア部材であり、この中間バリア部材は第１ＰＦＭと第２ＰＦＭとの間に在って、重なり領域の大きな部分、例えば少なくとも７０％、例えば９０〜１００％に渡って、液体が第１ＰＦＭと第２ＰＦＭとの間で流通することを妨げる。
（Ｇ２）デバイスは接合部を含み、この接合部は第１ＰＦＭ及び第２ＰＦＭと流体連通し、随意で多孔質材料を含む。
（Ｇ３）デバイスは、平行に配置され、且つ異なる平面に在る少なくとも３つ、例えば３〜６つの薄層ＰＦＭを備える。
特徴（Ｉ）を有し、且つ次の特徴の内の少なくとも一つを有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス：
（Ｉ１）第１及び第２ゼータ電位は反対の符号を有する。
（Ｉ２）第１及び第２ゼータ電位は少なくとも１０ｍＶ、好適には少なくとも５０ｍＶだけ異なる。
（Ｉ３）デバイスは、
（ｉ）内側流体接合部と連通し、且つ屈曲性のダイヤフラムを備える壁を有する第１チャンバー、及び
（ｉｉ）屈曲性のダイヤフラムを備える壁を有する第２チャンバー
を含む。
特徴（Ｊ）を有し、補助的な部材が、いずれのＰＦＭの孔サイズよりも大きい孔サイズ、好適にはそれらのうち大きい方の孔サイズの少なくとも２倍、特に少なくとも５倍、例えば５〜２０倍の孔サイズを有する多孔質材料から成る、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス。
電気浸透流を生じさせる方法であって、一の電位を前の請求項のいずれか一項に記載の流体デバイスのイオン液体に印加する方法。
液流を生じさせる方法であって、圧力を請求項１ないし９のいずれか一項に記載の流体デバイスの液体に加える方法。
細管を形成する方法であって、この細管が、
（１）バリア部材、及び
（２）多孔質フロー部材（ＰＦＭ）
を備え、この多孔質フロー部材が、
（ｉ）固体多孔質材料を備え、且つ
（ｉｉ）ＰＦＭが流通部を含み、この流通部を通して液体の電気浸透流及び／又は加圧流が生じ得るように、バリア部材によって包囲されており、
ＰＦＭの流通部を複数のバリア層の間に配置すること、及びこれらのバリア層を積層させてバリア部材を形成することを含む方法。
積層が熱及び圧力を援用して行なわれる請求項１１記載の方法。
流体細管及び電極の少なくとも一つをバリア層の間に配置した後積層させる、請求項１１又は１２記載の方法。
細管を形成する方法であって、この細管が、
（１）バリア部材、及び
（２）多孔質フロー部材（ＰＦＭ）
を備え、この多孔質フロー部材が、
（ｉ）固体多孔質材料を備え、且つ
（ｉｉ）ＰＦＭが流通部を含み、この流通部を通して液体の電気浸透流及び／又は加圧流が生じ得るように、バリア部材によって包囲されており、
ＰＦＭの流通部を鋳型の中に配置すること、硬化性液体組成物をＰＦＭの周りの鋳型に流し込むこと、及びこの組成物を硬化させて流通部を封止することを含む方法。