JP2014228461A - マイクロポンプ用流量測定装置及びマイクロポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロポンプにより送液用流路を通して液体を送液している状態においても、送液用流路を通して送液される液体の流量を簡単且つ適切に測定できるようにする。
【解決手段】 マイクロポンプ１０により送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘの流量を測定するにあたり、マイクロポンプと同期して駆動されるサブマイクロポンプ２０を設け、このサブマイクロポンプによって送られる参照用液体ｘａを循環させる測定用循環チューブ２１を設けると共に、この測定用循環チューブ内を循環する参照用液体の流量を検知する参照用流量検知手段４０を設け、この参照用流量検知手段により検知された参照用液体の流量に基づき、算出手段５０により、送液用チューブを通して送液される液体の流量を算出するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロポンプにより送液用チューブ等の送液用流路を通して送液される液体の流量を測定するマイクロポンプ用流量測定装置に関するものである。特に、どのような種類の液体であっても、マイクロポンプにより送液用送液用流路を通して液体を送液している状態において、送液用流路を通して送液される液体の流量を簡単且つ適切に測定できるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、マイクロポンプにより送液用チューブを通して、毎分ナノリットルレベルの微小量の液体を、バイオチップ等の分析用チップに送液させることが行われている。

そして、このようにマイクロポンプにより送液用チューブを通して、分析用チップに微小量の液体を送液させる場合、分析用チップに送液させる液体の流量を適切に管理するため、送液用チューブを通して送液される液体の流量を適切に測定することが必要になる。

ここで、マイクロポンプにより送液用チューブを通して液体を送液させるようにした場合、送液用チューブを通して送液される液体の流路抵抗が大きい一方、マイクロポンプにおける液体の吐出圧力が微小であるため、マイクロポンプにより送液用チューブを通して送液させる液体の流量を測定する場合、流路抵抗の影響を受けやすいという問題があった。

このため、従来においては、マイクロポンプにより送液用チューブを通して送られた液体の重量を精密天秤等により測定し、これに基づいて、単位時間に送液させる液体の流量を算出することが行われている。

しかし、このような方法では、マイクロポンプにより送液用チューブを通して液体を送液している状態で、送液されている液体の流量をリアルタイムに測定することができず、実際に、マイクロポンプにより送液用チューブを通して送液される液体の流量を正確に測定することができないという問題があった。また、マイクロポンプの運転条件等を変更させた場合には、その都度、マイクロポンプにより送液用チューブを通して送られた液体の重量を精密天秤等により測定して、単位時間に送液させる液体の流量を算出することが必要になり、送液される液体の流量を検知する操作が非常に面倒になる等の問題もあった。

また、従来においては、特許文献１に示されるように、送液用チューブを通して送液される液体を、発熱源により部分的に加熱させて液温を部分的に上昇させると共に、この発熱源よりも下流側に設けられた第１の温度検出素子と、この第１の温度検出素子よりも下流側に設けられた第２の温度検出素子とにおいてそれぞれ液温を測定し、温度が変化する時間差に基づいて、送液される液体の流量を求めるようにしたものが提案されている。

また、特許文献２に示されるように、送液用チューブを通して送液される液体に気体を注入させ、気体注入位置よりも下流側に設けられた境界面センサーにより液体と気体との境界面を検知した時点で、再度、送液用チューブを通して送液される液体に気体を注入させ、気体で分断された液体の部分を計測して、送液される液体の流量を求めるようにしたものが提案されている。

しかし、特許文献１に示されるように、発熱源により送液される液体を加熱させて液温を上昇させるようにした場合、液体の種類によっては、加熱によって液体の特性等が喪失したり、変化したりするため、各種の液体における流量を適切に測定することができないという問題があった。

また、特許文献２に示されるように、送液用チューブを通して送液される液体に気体を注入させるようにした場合、気体と一緒に不純物等が注入されて、液体の特性等が喪失したり、変化したりして、各種の液体における流量を適切に測定することができなくなったり、また液体に注入させた気体を取り出す作業が必要になり、マイクロポンプにより送液用チューブを通して液体を送液している状態において、液体の流量を測定するのには適していないという問題があった。

特許第４９５５１５９号公報 特開２００８−１４７６５号公報

本発明は、マイクロポンプにより送液用チューブ等の送液用流路を通して送液される液体の流量を測定する場合における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、どのような種類の液体であっても、マイクロポンプにより送液用流路を通して液体を送液している状態において、前記の送液用流路を通して送液される液体の流量を簡単且つ適切に測定できるようにことを課題とするものである。

本発明においては、前記のような課題を解決するため、マイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体の流量を測定するマイクロポンプ用流量測定装置において、前記のマイクロポンプと同期して駆動されるサブマイクロポンプを設け、このサブマイクロポンプによって送られる参照用液体を循環させる測定用循環流路を設けると共に、この測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量を検知する参照用流量検知手段を設け、この参照用流量検知手段により検知された測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量に基づき、算出手段により送液用流路を通して送液される液体の流量を算出するようにした。

このようにすると、マイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体を加熱したり、送液用流路を通して送液される液体に気体を注入させたりしなくても、サブマイクロポンプによって測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量を参照用流量検知手段によって検知することにより、送液用流路を通して送液される液体の流量を適切に測定できるようになる。

ここで、前記のように参照用流量検知手段により検知された測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量に基づいて、算出手段により送液用流路を通して送液される液体の流量を算出するにあたっては、前記のマイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体の流量と、前記のサブマイクロポンプにより測定用循環流路を通して送られる参照用液体の流量との関係を記憶手段に記憶させておき、前記のように参照用流量検知手段により検知された参照用液体の流量と、この記憶手段に記憶されたデータとに基づいて、送液用流路を通して送液される液体の流量を算出することができる。

また、前記のマイクロポンプによって液体を送液させる送液用流路に送液用チューブを用いると共に、前記のサブマイクロポンプによって参照用液体を循環させる測定用循環流路に測定用循環チューブを用いるようにすることができる。

そして、このように送液用流路に送液用チューブを用いると共に、測定用循環流路に測定用循環チューブを用いるようにした場合、前記のマイクロポンプとサブマイクロポンプとしては、円形状のチューブ収容部の内壁面に沿わせて送液用チューブや測定用循環チューブを配置させ、この送液用チューブや測定用循環チューブの内周側において回転加圧部材を回転装置により回転させ、この回転加圧部材により、送液用チューブや測定用循環チューブをチューブ収容部の内壁面に押圧変形させる部分を周方向に移動させて、前記の液体や参照用液体を前記の送液用チューブや測定用循環チューブ内を通して送液させるチューブポンプを用いることができる。

また、マイクロポンプとサブマイクロポンプとに前記のようなチューブポンプを用いた場合において、前記のようにマイクロポンプとサブマイクロポンプとを同期して駆動させるにあたっては、前記のマイクロポンプにおける回転加圧部材とサブマイクロポンプにおける回転加圧部材とを同じ回転装置によって回転させるようにすることができる。

また、マイクロポンプによって液体を送液させる送液用流路や、サブマイクロポンプによって参照用液体を循環させる測定用循環流路を、シート状基材に設けるようにすることもできる。

そして、本発明のマイクロポンプにおいては、前記のようなマイクロポンプ用流量測定装置を設け、マイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体の流量を測定するようにした。

本発明においては、前記のようなマイクロポンプ用流量測定装置を用いるようにしたため、従来のように、マイクロポンプにより送液用チューブを通して送液される液体を加熱したり、送液用チューブを通して送液される液体に気体を注入させたりする必要がなく、送液用チューブ等の送液用流路を通して送液される液体がどのような種類の液体であっても、マイクロポンプにより送液用流路を通して液体を送液している状態において、サブマイクロポンプによって測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量を参照用流量検知手段によって検知することにより、送液用流路を通して送液される液体の流量を簡単且つ適切に測定できるようになる。

本発明の一実施形態に係るマイクロポンプ用流量測定装置において、マイクロポンプにより送液用チューブを通して送液される液体の流量を、サブマイクロポンプにより測定用循環チューブを通して送液される参照用液体の流量に基づいて算出する構成を示した概略断面説明図である。 前記の実施形態に係るマイクロポンプ用流量測定装置において、マイクロポンプにより送液用チューブを通して液体を送液させる状態を示した概略平面図である。 前記の実施形態に係るマイクロポンプ用流量測定装置において、サブマイクロポンプによって測定用循環チューブ内を循環する参照用液体の流量を参照用流量検知手段によって検知する状態を示した概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係るマイクロポンプ用流量測定装置において、マイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体の流量を、サブマイクロポンプにより測定用循環流路を通して送液される参照用液体の流量に基づいて算出する構成を示した概略平面説明図である。

以下、この発明の実施形態に係るマイクロポンプ用流量測定装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係るマイクロポンプ用流量測定装置は、特に下記の実施形態に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態に係るマイクロポンプ用流量測定装置においては、図１に示すように、送液用チューブ１１を通して液体ｘを送液させるマイクロポンプ１０と、このマイクロポンプ１０と同期して駆動されるサブマイクロポンプ２０とを同じ回転装置３０によって駆動させるようにしている。

また、前記のサブマイクロポンプ２０においては、このサブマイクロポンプによって送られる参照用液体ｘａを循環させる無端状の測定用循環チューブ２１を設けると共に、サブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を検知する参照用流量検知手段４０を設けるようにしている。

ここで、この実施形態においては、前記のマイクロポンプ１０としてチューブポンプを用い、前記の送液用チューブ１１を収容体Ａに設けられた円形状のチューブ収容部１２の内壁面に沿わせて配置させると共に、この送液用チューブ１１をチューブ収容部１２と連通した導出部１２ａを通して収容体Ａの外部に導出させる一方、前記の回転装置３０の回転軸３１に取り付けられた回転加圧部材１３を、チューブ収容部１２の内壁面に沿って配置された送液用チューブ１１の内周側に配置させている。

そして、このマイクロポンプ１０においては、前記の回転加圧部材１３を前記の回転装置３０により送液用チューブ１１の内周側において回転させ、この回転加圧部材１３により、送液用チューブ１１をチューブ収容部１２の内壁面に押圧変形させる部分を周方向に移動させて、この送液用チューブ１１内を通して液体ｘを送液させるようにしている。なお、前記の回転加圧部材１３としては、回転装置３０における回転軸３１の回転により偏芯回転する偏芯ローター１３ａと、この偏芯ローター１３ａの外周に設けられて前記の送液用チューブ１１を押圧するリング状の押圧部材１３ｂとで構成されたものを用いている。

また、前記のサブマイクロポンプ２０としてもチューブポンプを用い、前記の測定用循環チューブ２１を収容体Ａに設けられた円形状のチューブ収容部２２の内壁面に沿わせて配置させると共に、この測定用循環チューブ２１をチューブ収容部２２と連通した導出部２２ａを通して収容体Ａの外部に導出させる一方、マイクロポンプ１０と同じ回転装置３０の回転軸３１に取り付けられた回転加圧部材２３を、チューブ収容部２２の内壁面に沿って配置された測定用循環チューブ２１の内周側に配置させている。

そして、このサブマイクロポンプ２０においても、前記の回転加圧部材２３を前記の回転装置３０により測定用循環チューブ２１の内周側において回転させ、この回転加圧部材２３により、測定用循環チューブ２１をチューブ収容部２２の内壁面に押圧変形させる部分を周方向に移動させて、この測定用循環チューブ２１内を通して参照用液体ｘａを送液させるようにしている。なお、このサブマイクロポンプ２０においても、前記の回転加圧部材２３として、回転装置３０における回転軸３１の回転により偏芯回転する偏芯ローター２３ａと、この偏芯ローター２３ａの外周に設けられて前記の測定用循環チューブ２１を押圧するリング状の押圧部材２３ｂとで構成されたものを用いている。

また、サブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を参照用流量検知手段４０によって検知するにあたり、この実施形態においては、前記の測定用循環チューブ２１内に収容された参照用液体ｘａの一部に気体ｐを注入させ、サブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａ中における気体ｐを、光センサー等の検知センサー４１により検知し、この検知センサー４１によって検知された結果に基づいて、測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を参照用流量検知手段４０により検知するようにしている。

ここで、前記の検知センサー４１によって検知された結果に基づいて、参照用流量検知手段４０により、測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を検知するにあたっては、例えば、前記の検知センサー４１によって検知された気体ｐが測定用循環チューブ２１内を通して一周する時間を測定し、サブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を求めるようにすることができる。また、図示していないが、気体ｐを検知する検知センサー４１を、所要間隔を介して複数設け、検知センサー４１間の距離に基づいて、測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を求めるようにしたり、測定用循環チューブ２１内に所要間隔を介して複数の気体ｐを注入し、検知センサー４１により注入された各気体ｐを検知し、気体ｐ間の距離に基づいて、測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を求めるようにしたりすることができる。さらに、前記の気体ｐに代えて、測定用循環チューブ２１内に収容された参照用液体ｘａの一部に磁性材料を混入させ、これを磁気センサー等の検知センサーにより検知して、サブマイクロポンプ２０によって送液される参照用液体ｘａの流量を求めるようにすることもできる。

また、前記のように参照用流量検知手段４０によって検知された参照用液体ｘａの流量に基づいて、送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘの流量を算出手段５０によって算出するにあたっては、前記のようにマイクロポンプ１０における回転加圧部材１３と、サブマイクロポンプ２０における回転加圧部材２３とを前記のように同じ回転装置３０によって回転させ、マイクロポンプ１０における送液用チューブ１１を通して送液された液体ｘの重量を精密天秤等により測定すると共に、前記のようにしてサブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を求め、これに基づいて、マイクロポンプ１０により送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘの流量と、サブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量との関係を予め求めておき、これを記憶手段５１に記憶させるようにする。

そして、前記の回転装置３０を回転させて、マイクロポンプ１０によって送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘの流量を算出手段５０によって算出するにあたっては、前記のようにサブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を前記の参照用流量検知手段４０によって検知し、この結果を算出手段５０に出力し、このように出力された参照用液体ｘａの流量と、前記の記憶手段５１に記憶された前記のデータとに基づいて、前記の算出手段５０において、マイクロポンプ１０によって送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘの流量を算出させるようにする。

このようにすると、マイクロポンプ１０により送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘを加熱したり、送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘに気体ｐを注入させたりする必要がなく、送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘがどのような種類の液体であっても、マイクロポンプ１０により送液用チューブ１１を通して液体ｘを送液している状態において、サブマイクロポンプ２０によって測定用循環チューブ２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を参照用流量検知手段４０によって検知することにより、送液用チューブ１１を通して送液される液体ｘの流量を簡単且つ適切に測定できるようになる。

ここで、送液用チューブ１１を通して送液させる液体ｘと測定用循環チューブ２１を通して送液させる参照用液体ｘａとは同じ種類のものであっても、異なる種類のものであってもよいが、それぞれ同じような条件で送液されて良好な相関関係が得られるようにするためには、液体ｘと参照用液体ｘａとにおける粘性等の流体特性が近いものを用いることが好ましい。

また、前記の送液用チューブ１１と測定用循環チューブ２１とに関しては、チューブ径が同じものであっても、異なるものであってもよく、前記の液体ｘや参照用液体ｘａの種類に応じて、適宜選択して使用することが好ましい。

なお、この実施形態においては、前記のマイクロポンプ１０及びサブマイクロポンプ２０として、円形状のチューブ収容部１２の内壁面に沿わせて配置させた送液用チューブ１１や測定用循環チューブ２１の内周側において回転加圧部材１３、２３を回転装置３０により回転させ、この回転加圧部材１３、２３により、送液用チューブ１１や測定用循環チューブ２１をチューブ収容部１２、２２の内壁面に押圧変形させる部分を周方向に移動させて、送液用チューブ１１や測定用循環チューブ２１内を通して液体ｘや参照用液体ｘａを送液させるチューブポンプを用いたが、使用するマイクロポンプ１０及びサブマイクロポンプ２０の種類は、特にこのようなものに限定されない。

例えば、図４に示すように、シート状基材Ｂに、圧電素子等を用いたマイクロポンプ１１０と、このマイクロポンプ１１０と同期して駆動される圧電素子等を用いたサブマイクロポンプ１２０とを設けると共に、このシート状基材Ｂ内に、前記のマイクロポンプ１１０によって液体ｘを送液させる送液用流路１１１と、サブマイクロポンプ１２０によって参照用液体ｘａを循環させる測定用循環流路１２１を設けるようにすることもできる。

そして、前記の実施形態に示す場合と同様に、前記の測定用循環流路１２１内に収容された参照用液体ｘａの一部に気体ｐを注入させ、サブマイクロポンプ１２０によって測定用循環流路１２１内を循環する参照用液体ｘａ中における気体ｐを前記の検知センサー４１により検知して、前記の参照用流量検知手段４０により、測定用循環流路１２１内を循環する参照用液体ｘａの流量を検知すると共に、マイクロポンプ１１０により送液用流路１１１を通して送液される液体ｘの流量と、サブマイクロポンプ１２０によって測定用循環流路１２１内を循環する参照用液体ｘａの流量との関係を記憶手段５１に記憶させ、この記憶手段５１に記憶されたデータに基づいて、算出手段５０により、マイクロポンプ１０によって送液用流路１１１を通して送液される液体ｘの流量を算出させるようにすることができる。

１０ マイクロポンプ
１１ 送液用チューブ（送液用流路）
１２ チューブ収容部、１２ａ 導出部
１３ 回転加圧部材、１３ａ 偏芯ローター、１３ｂ 押圧部材
２０ サブマイクロポンプ
２１ 測定用循環チューブ（測定用循環流路）
２２ チューブ収容部、２２ａ 導出部
２３ 回転加圧部材、２３ａ 偏芯ローター、２３ｂ 押圧部材
３０ 回転装置
３１ 回転軸
４０ 参照用流量検知手段
４１ 検知センサー
５０ 算出手段
５１ 記憶手段
１１０ マイクロポンプ
１１１ 送液用流路
１２０ サブマイクロポンプ
１２１ 測定用循環流路
Ａ 収容体
Ｂ シート状基材
ｘ 液体、ｘａ 参照用液体
ｐ 気体

Claims (6)

1. マイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体の流量を測定するマイクロポンプ用流量測定装置において、前記のマイクロポンプと同期して駆動されるサブマイクロポンプを設け、このサブマイクロポンプによって送られる参照用液体を循環させる測定用循環流路を設けると共に、この測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量を検知する参照用流量検知手段を設け、この参照用流量検知手段により検知された測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量に基づき、算出手段により送液用流路を通して送液される液体の流量を算出することを特徴とするマイクロポンプ用流量測定装置。
2. 請求項１に記載のマイクロポンプ用流量測定装置において、前記の算出手段により送液用流路を通して送液される液体の流量を算出するにあたり、前記のマイクロポンプにより送液用流路を通して送液される液体の流量と、前記のサブマイクロポンプにより測定用循環流路内を循環する参照用液体の流量との関係を記憶手段に記憶させ、前記のように参照用流量検知手段により検知された参照用液体の流量と、この記憶手段に記憶されたデータとに基づいて、送液用流路を通して送液される液体の流量を算出することを特徴とするマイクロポンプ用流量測定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のマイクロポンプ用流量測定装置において、前記の送液用流路に送液用チューブを用いると共に、前記の測定用循環流路に測定用循環チューブを用い、前記のマイクロポンプにより送液用チューブを通して液体を送液させると共に、前記のサブマイクロポンプにより測定用循環チューブを通して参照用液体を循環させることを特徴とするマイクロポンプ用流量測定装置。
4. 請求項３に記載のマイクロポンプ用流量測定装置において、前記のマイクロポンプ及び／又はサブマイクロポンプとして、円形状のチューブ収容部の内壁面に沿わせて送液用チューブ及び／又は測定用循環チューブを配置させ、この送液用チューブ及び／又は測定用循環チューブの内周側において回転加圧部材を回転装置により回転させ、この回転加圧部材により、送液用チューブ及び／又は測定用循環チューブを前記のチューブ収容部の内壁面に押圧変形させる部分を周方向に移動させて、液体及び／又は参照用液体を前記の送液用チューブ及び／又は測定用循環チューブ内を通して送液させるチューブポンプを用いたことを特徴とするマイクロポンプ用流量測定装置。
5. 請求項４に記載のマイクロポンプ用流量測定装置において、前記のマイクロポンプにおける回転加圧部材とサブマイクロポンプにおける回転加圧部材とを同じ回転装置によって回転させることを特徴とするマイクロポンプ用流量測定装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のマイクロポンプ用流量測定装置を備えたマイクロポンプ。

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