JP2021076247A - エレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御精度が高く、構造が簡単で、使用が便利で、適応性が強いという利点を有するエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置を提供する。【解決手段】弁体１と、液体注入マイクロ通路８と、液体排出口３とを含み、前記弁体には、キャビティ１−１が設けられ、前記液体注入マイクロ通路は、前記キャビティ上端に連通され、前記キャビティ中部には、閉塞ホルダ４が設けられ、前記閉塞ホルダと前記キャビティ内壁との間には、連通口が設けられ、前記連通口には、前記連通口の閉鎖・開放を制御するためのマイクロバルブ制御機構が設けられている。前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口の下端に配置された前記連通口を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラム６と、前記弾性ダイヤフラムを駆動して、前記キャビティ側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構７と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ流体力学技術分野に関するもので、より詳細には、エレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置に関するものである。

マイクロ流体力学技術の応用はますます広くなり、その超小型の弁はマイクロバルブと略称され、電子工業、生物医療などの領域で広く応用されている。マイクロ流体デバイスは、各種の流量制御システムの開発に適し、その制御技術は光、電気、磁気、熱などが含まれている。マイクロ流体チップにおけるマイクロバルブは、マイクロ流路で方向切換と 閉鎖・開放機能を有し、医学測定に用いることができる。医者は、患者さんのために試薬・薬物のスクリーニングテストを行う時に、多種の薬物の反応テストを行う必要であり、これによって患者に最も有効な薬物をスクリーニングすることが可能となる。これらの方面もマイクロ流体制御集成及びハイスループットの処理技術の研究開発と応用をさらに促進している。エレクトロウェッティングとは、液滴と絶縁基板との間の電圧を変化させ、液滴の基板上での濡れ性を変化させることであり、すなわち、接触角を変化させ、液滴に変形・変位を発生させる現象である。濡れとは、固体表面の一種の流体が別の流体によって置換される過程である。液体は、固体表面に展開し、固液の接触面が拡大させる傾向にあり、つまり、液体の固体表面への付着力はその凝集力よりも大きくなり、これはウェッティングという。エレクトロウェッティングは、ミクロンイオンの正確定位、分離、収集、輸送などの有効な実現形態として提案された。

従来のマイクロバルブにおいて、一般には、マイクロバルブの閉鎖・開放を制御するために電磁または光駆動を使用する。例えば、特許出願公開第CN105715865B号特許文献では、マイクロ流体技術分野に関する電磁マイクロバルブ装置が開示されている。前記装置であって、試料試薬流路と、室温液体金属で充填された第1液体金属螺旋コイルマイクロ流路と、室温液体金属で充填された第2液体金属螺旋コイルマイクロ流路およびフレキシブルフィルムと、を含んだ。本発明は、室温液体金属で充填された液体金属螺旋コイルマイクロ流路間の吸引力及び反発力により試料試薬流路の閉鎖と開放を実現し、流体の流動制御を迅速に実現することができ、かつ、構造がコンパクトで、灌流制作が容易で、コストが安価で、集積が容易で、また、液体金属螺旋コイルマイクロ流路に充填された液体金属が流動性及び変形性を有するため、電磁駆動の押出しを介してバルブを閉鎖/開放する過程において、破断することなく、電気接続安定性が良い。さらに、特許出願公開第CN107120474A号特許文献では、光駆動パイロット操作マイクロ切換弁装置およびその使用方法が開示されている。この装置の弁体底部には、吸気口が設けられ、弁体頂部には、排気口Ｉ、排気口ＩＩ対称に設けられている。光感受性液滴Ｉ、光感受性液滴ＩＩ、光感受性液滴ＩＩＩは、弁体の通路内に配置され、かつ、光感受性液滴Ｉは、排気口Ｉの直下に配置され、光感受性液滴ＩＩは、吸気口の直上に配置され、光感受性液滴ＩＩＩは、排気口ＩＩの直下に配置され、同一スイッチで制御される光駆動群Ｉは、排気口Ｉの両側に配置され、同一スイッチで制御される光駆動群ＩＩは、排気口ＩＩの両側に配置され、同一スイッチで制御される光駆動群ＩＩＩは、吸気口の両側に配置され、光駆動Ｉは、光感受性液滴Ｉの直下に配置され、光駆動ＩＩは、光感受性液滴ＩＩＩの直下に配置されている。本発明は、方向転換過程における制御精度が低く、動的応答特性が悪く、流動効率が低いなどの問題についての解決策を提供した。

しかしながら、品質と要求の向上に伴い、上記のマイクロバルブ制御手段には以下のような欠点がある。
１、特許出願公開第CN105715865B号特許文献に開示されている技術解決手段では、電磁的吸引力及び反発力により流路の閉鎖と開放を制御し、電磁調整の精度が制限され、一般には、開放または閉鎖の2つの状態のみであり、閉鎖・開放の線形制御程度を実現できず、流路の液体流量を多様化制御する作用がないため、電磁によりマイクロバルブを制御すると、動的応答が悪く、制御精度が低く、コストが高く、使用回数が多くなったら、弁体に一定の損傷を与えることにより流動効率を低下させる。
２、特許出願公開第CN107120474A号特許文献に開示されている技術解決手段では、光駆動液滴によりマイクロバルブ制御の方式、その光感受性液滴の光に対する感度は、温度変化による変化、適用性が悪く、光照射強度に対する要求が高く、光感受性液滴の材質の変形量の選択範囲が小さく、複数の要素の組み合わせによるそのマイクロバルブの制御があまり正確ではない。

中国特許出願公開第109806803号明細書

本発明は、親水性マイクロ流路にエレクトロウェッティングバルブを設けることにより、マイクロ流体の混合制御を実現するエレクトロウェッティング閾値ゲートを有するマイクロ流体混合装置及びその制御方法を開示する。液体が疎水性電極に流れ込んで、誘電体層とPDMSマイクロピラーアレイの共同作用により、疎水性電極の縁部での液体の流れを停止する。この場合、とても低い電圧を印加すると、疎水性電極はエレクトロウェッティング作用により親水状態に遷移し、マイクロ流体との混合が可能となる。装置内のマイクロ流路は親水性のものであるので、その中で流れる液体は、外力を必要とすることなく、毛管力により自動的に流れることが可能となる。本発明の利点は、追加の輸液ポンプを必要とせず、マイクロ流体制御装置の構造を簡略化することができる。

上記従来の問題点を解決するために、本発明は、バルブの開放の大きさを正確に制御することで、異なる大きさの流量の制御を達成するだけでなく、その制御も柔軟で便利で、バルブの摩耗問題を克服することができ、制御精度が高く、構造が簡単で、使用が便利で、適応性が強いという利点を有するエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置を提供することを目的とする。

上記目的を実現するために、本発明の用いる技術方案は、以下のとおりである。

弁体と、弁体上端に配置された液体注入口と、弁体下端に配置された液体排出口とを含み、前記弁体には、キャビティが設けられ、前記液体注入口は、前記キャビティ上端に連通され、前記液体排出口は、前記キャビティ下端に連通されているエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置であって、前記キャビティ中部には、液体を遮断するための閉塞ホルダが設けられ、前記閉塞ホルダと前記キャビティ内壁との間には、連通口が設けられ、前記連通口には、前記連通口の閉鎖・開放を制御するためのマイクロバルブ制御機構が設けられている。ここで、
前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口の下端に配置された前記連通口を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラムと、前記弾性ダイヤフラムを駆動して、前記キャビティ側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構と、を備える。

前記エレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置の動作原理：
動作時、まず、液体が液体注入口から弁体のキャビティに流入し、キャビティ内の液体が閉塞ホルダの遮断を受け、連通口に案内され、その後、連通口を流れてキャビティ底部に流入し、最後に液体排出口から流出する。連通口の閉鎖・開放を制御する具体的な過程は、
連通口を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構通電、弾性ダイヤフラムを駆動してその弾力を克服し、キャビティ側壁を巡って上向きに回転させ、弾性ダイヤフラムの回転に伴って、連通口の通径は徐々に減少し、キャビティ内の液体の流速も徐々に遅くなり、弾性ダイヤフラム末端が閉塞ホルダに当接するまで弾性ダイヤフラムを上向きに回転させ続けると、連通口閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構逆動作、弾性ダイヤフラムは、自身の弾性力と液体の圧力下で、キャビティ側壁に沿って下向きに回転させ、連通口は徐々に開放し、キャビティの液体流速も徐々に大きくなり、最後に弾性ダイヤフラムを元の位置に戻す。これによって、連通口を完全に開放させ、液体注入口と液体排出口との連通を実現することである。

本発明の1つの好ましい実施態様において、前記エレクトロウェッティング駆動機構は、前記弾性ダイヤフラムの下方に配置された液滴と、前記キャビティの底部に配置され、前記液滴を駆動させる用エレクトロウェッティング駆動回路とを備え、前記エレクトロウェッティング駆動回路の上には、一層の疎水層が設けられ、前記液滴は、前記疎水層の上に移動する。上記構成の動作原理は、液体が液体注入口から弁体のキャビティに流入し、連通口を流れて液体排出口に入ると、エレクトロウェッティング駆動回路通電、エレクトロウェッティング駆動回路と液滴との間に電圧が発生し、エレクトロウェッティング駆動回路の通電電圧を変化させることにより、エレクトロウェッティング駆動回路と液滴との電圧を変化させ、さらにエレクトロウェッティング駆動回路における液滴の濡れ性を変化させることである。すなわち、接触角を変化させ、液滴に変形・変位を発生させる現象である。連通口を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動回路と液滴との間の電圧を変化させることにより、液滴が疎水層上で閉塞ホルダに向けて移動し、その後、液滴が弾性ダイヤフラムと接触し、弾性ダイヤフラム末端が閉塞ホルダに当接するまで弾性ダイヤフラムを駆動して上向きに回転させ、連通口閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、電圧を変化することで液滴を駆動して反対方向に沿って移動させ、弾性ダイヤフラムは、自身の弾性力で元の位置に戻し、連通口開放、連通口の連通を実現する。

本発明の1つの好ましい実施態様において、前記閉塞ホルダは、「T」字状を呈し、前記閉塞ホルダの下端は、前記キャビティ底部に固定接続されている。該閉塞ホルダの両端と前記キャビティ内壁との間には、2つの前記連通口がそれぞれ形成され、各前記連通口には、いずれも前記マイクロバルブ制御機構が設けられている。前記液体排出口は2つであり、2つの前記連通口にそれぞれ連通されている。2つの連通口を設置することで、マイクロバルブ制御機構により連通口の閉鎖・開放を独立に制御することにより、該装置の使用の柔軟性を向上させた。

好ましくは、前記「T」字状の閉塞ホルダの両側末端には、いずれも下向き傾斜の傾斜部が設けられている。本構成の利点は、液体が液体注入口から弁体キャビティに流入する際に、閉塞ホルダを介して弁体キャビティに液体を遮断し、傾斜部を設けることで、弁体キャビティの液体を連通口により良くドレナージすることができ、液体の流速を向上させることができることである。

本発明の1つの好ましい実施態様において、前記弁体の両側には、前記液滴を前記疎水層に搬送する搬送通路が設けられ、前記搬送通路は、連通孔を介して前記キャビティに連通されている。このように、液滴が疎水層上に往復移動したり、非作動状態にある場合には、液滴の部分損失が生じたが、液滴搬送通路を介して液滴を補充することで、連通口の開放と閉鎖を正確に制御できるようにする。

本発明の1つの好ましい実施態様において、前記エレクトロウェッティング駆動回路は、回折格子軌道電極である。本構成の利点は、回折格子軌道電極を配置することで、各回折格子軌道電極と液滴との間の電圧をよりよく調整することが可能となり、さらに、液滴は、回折格子軌道電極の間に生じたクーロン力によって疎水層上に移動することが可能となる。

好ましくは、前記回折格子電極と前記疎水層との間には、一層の保護膜が設けられ、前記保護膜は、隣接する電極間の破壊現象を防止するためのものである。

さらに、前記保護膜は、ポリテトラフルオロエチレン(PTEF)膜であり、このポリテトラフルオロエチレン(PTEF)膜は、優れた化学安定性、耐熱、耐汚れ、高絶縁および低誘電率を有する。

さらに、前記疎水層は、ポリパーフルオロエチレンプロピレン(FEP)膜であり、このポリパーフルオロエチレンプロピレン(FEP)膜は、不粘着性、疎水性、耐高低温度性及び化学的安定性を有する。

好ましくは、前記弁体上端には、液体注入マイクロ通路が設けられ、下端には、液体排出マイクロ通路が設けられ、前記液体注入マイクロ通路は、前記液体注入口に連通され、前記液体排出マイクロ通路は、前記液体排出口に連通されている。上記構造を設けることで、液体の通路内への流通に有利である。

好ましくは、前記液体注入マイクロ通路、前記液体排出マイクロ通路は、いずれもねじ込み接続を通して前記弁体に接続され、弁体への取り外しおよび取り付けを容易にする。

本発明は、従来の技術に比べて、以下の有益の効果を有する。

1、本発明では、エレクトロウェッティング駆動機構を設けることで、弾性ダイヤフラムを駆動して連通口の開放・閉鎖を実現する。該装置は、連通口の開放の大きさを正確に制御することができ、さらに異なる大きさの流量を制御することができ、柔軟性が高い。
2、本発明では、エレクトロウェッティング駆動機構により弾性ダイヤフラムを駆動して連通口の開放・閉鎖を実現し、複雑な機械構造がなく、構造設計が簡単で、作業中に各部品の摩耗を招くこともなく、部品の損傷を効果的に防止し、マイクロバルブの使用寿命、信頼性を向上させる。
3、本発明では、複雑な機械的構造が不要となるので、マイクロバルブの体積をさらに縮小することができ、マイクロバルブ体積に対してより多くの高要求領域に適用することができ、適応性が強く、操作プロセスも簡単で、比較的に容易に実現できる。

本発明に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置の1つの具体的な実施形態の立体構造模式図である。 図1の弁体の内部構造の斜視図である。 本発明に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置の断面図である。 図3のA部の局部拡大図である。

当業者が本発明の技術的解決手段を十分に理解させるために、以下、実施例と図面を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の実施形態は、それらに限定されるものではない。

実施例1
図1〜図4に示すように、弁体1と、弁体1上端に配置された液体注入口2と、弁体1下端に配置された液体排出口3とを含み、前記弁体1には、キャビティ1-1が設けられ、前記液体注入口2は、前記キャビティ1-1上端に連通され、前記液体排出口3は、前記キャビティ1-1下端に連通されているエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置であって、前記キャビティ1-1中部には、液体を遮断するための閉塞ホルダ4が設けられ、前記閉塞ホルダ4と前記キャビティ1-1内壁との間には、連通口5が設けられ、前記連通口5には、前記連通口5の閉鎖・開放を制御するためのマイクロバルブ制御機構が設けられている。ここで、前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口5の下端に配置された前記連通口5を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラム6と、前記弾性ダイヤフラム6を駆動して、前記キャビティ1-1側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構7と、を備える。

図1〜図4に示すように、前記エレクトロウェッティング駆動機構7は、前記弾性ダイヤフラム6の下方に配置された液滴7-1と、前記キャビティの底部に配置され、前記液滴7-1を駆動させる用エレクトロウェッティング駆動回路7-2とを備え、前記エレクトロウェッティング駆動回路7-2の上には、一層の疎水層7-3が設けられ、前記液滴7-1は、前記疎水層7-3の上に移動する。上記構成の動作原理は、液体が液体注入口2から弁体1のキャビティ1-1に流入し、連通口5を流れて液体排出口3に入ると、エレクトロウェッティング駆動回路7-2通電、エレクトロウェッティング駆動回路7-2と液滴7-1との間に電圧が発生し、エレクトロウェッティング駆動回路7-2の通電電圧を変化させることにより、エレクトロウェッティング駆動回路7-2と液滴7-1との電圧を変化させ、さらにエレクトロウェッティング駆動回路7-2における液滴7-1の濡れ性を変化させることである。すなわち、接触角を変化させ、液滴7-1に変形・変位を発生させる現象である。連通口5を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動回路7-2と液滴7-1との間の電圧を変化させることにより、液滴7-1が疎水層7-3上で閉塞ホルダ4に向けて移動し、その後、液滴7-1が弾性ダイヤフラム6と接触し、弾性ダイヤフラム6末端が閉塞ホルダ4に当接するまで弾性ダイヤフラム6を駆動して上向きに回転させ、連通口5閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、電圧を変化することで液滴7-1を駆動して反対方向に沿って移動させ、弾性ダイヤフラム6は、自身の弾性力で元の位置に戻し、連通口5開放、連通口の連通を実現する。

図1〜図4に示すように、前記閉塞ホルダ4は、「T」字状を呈し、前記閉塞ホルダ4の下端は、前記キャビティ1-1底部に固定接続されている。該閉塞ホルダ4の両端と前記キャビティ1-1内壁との間には、2つの前記連通口5がそれぞれ形成され、各前記連通口5には、いずれも前記マイクロバルブ制御機構が設けられている。前記液体排出口3は2つであり、2つの前記連通口5にそれぞれ連通されている。2つの連通口5を設置することで、マイクロバルブ制御機構により連通口5の閉鎖・開放を独立に制御することにより、この装置の使用の柔軟性を向上させた。

図1〜図4に示すように、前記「T」字状の閉塞ホルダ4の両側末端には、いずれも下向き傾斜の傾斜部4-1が設けられている。本構成の利点は、液体が液体注入口2から弁体1キャビティに流入する際に、閉塞ホルダ4を介して弁体1キャビティに液体を遮断し、傾斜部4-1を設けることで、弁体1キャビティの液体を連通口5により良くドレナージすることができ、液体の流速を向上させることができることである。

図1〜図4に示すように、前記弁体1の両側には、前記液滴7-1を前記疎水層7-3に搬送する搬送通路が設けられ、前記搬送通路は、連通孔を介して前記キャビティ1-1に連通されている。このように、液滴7-1が疎水層7-3上に往復移動したり、非作動状態にある場合には、液滴7-1の部分損失が生じたが、液滴7-1搬送通路を介して液滴7-1を補充することで、連通口5の開放と閉鎖を正確に制御できるようにする。

図1〜図4に示すように、前記エレクトロウェッティング駆動回路7-2は、回折格子軌道電極である。本構成の利点は、回折格子軌道電極を配置することで、各回折格子軌道電極と液滴7-1との間の電圧をよりよく調整することが可能となり、さらに、液滴7-1は、回折格子軌道電極の間に生じたクーロン力によって疎水層7-3上に移動することが可能となる。

図1〜図4に示すように、前記回折格子電極と前記疎水層7-3との間には、一層の保護膜7-4が設けられ、前記保護膜7-4は、隣接する電極間の破壊現象を防止するためのものである。

図1〜図4に示すように、前記保護膜7-4は、ポリテトラフルオロエチレン(PTEF)膜であり、このポリテトラフルオロエチレン(PTEF)膜は、優れた化学安定性、耐熱、耐汚れ、高絶縁および低誘電率を有する。

図1〜図4に示すように、前記疎水層7-3はポリパーフルオロエチレンプロピレン(FEP)膜であり、このポリパーフルオロエチレンプロピレン(FEP)膜は不粘着性、疎水性、耐高低温度性及び化学的安定性を有する。

図1〜図4に示すように、前記弁体1上端には、液体注入マイクロ通路8が設けられ、下端には、液体排出マイクロ通路9が設けられ、前記液体注入マイクロ通路8は、前記液体注入口2に連通され、前記液体排出マイクロ通路9は、前記液体排出口3に連通されている。上記構造を設けることで、液体の通路内への流通に有利である。

図1〜図4に示すように、前記液体注入マイクロ通路8、前記液体排出マイクロ通路9は、いずれもねじ込み接続を通して前記弁体1に接続され、弁体への取り外しおよび取り付けを容易にする。

図1〜図4に示すように、前記エレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置の動作原理：
動作時、まず、液体が液体注入口2から弁体1のキャビティ1-1に流入し、キャビティ1-1内の液体が閉塞ホルダ4の遮断を経て、キャビティ1-1内の液体を連通口5に案内され、その後、連通口5を流れてキャビティ1-1底部に流入し、最後に液体排出口3から流出する。連通口の閉鎖・開放を制御する具体的な過程は、
連通口5を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構7通電、弾性ダイヤフラム6を駆動してその弾力を克服し、キャビティ1-1側壁を巡って上向きに回転させ、弾性ダイヤフラム6の回転に伴って、連通口5の通径は徐々に減少し、キャビティ1-1内の液体の流速も徐々に遅くなり、弾性ダイヤフラム6末端が閉塞ホルダ4に当接するまで弾性ダイヤフラム6を上向きに回転させ続けると、連通口5閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構7逆動作、弾性ダイヤフラム6は、自身の弾性力と液体の圧力下で、キャビティ1-1側壁に沿って下向きに回転させ、連通口5は徐々に開放し、キャビティ1-1の液体流速も徐々に大きくなり、最後に弾性ダイヤフラム6を元の位置に戻す。これによって、連通口5を完全に開放させ、液体注入口2と液体排出口3との連通を実現することである。

実施例2
本実施例が実施例1と異なる点は、前記閉塞ホルダ4が「↑」状であり、他の部分は、同じである。本構成の利点は、キャビティ1-1の液体をキャビティ1-1の両側の連通口5により速くドレナージすることができることである。

上記実施例は、本発明の好ましい実施形態であるが、本発明の実施形態は、上記実施例に制限されず、本発明の精神及び原理から逸脱することなく行われる他の変更、修正、置換、組み合わせ及び簡略化は、いずれも同等の置換方法であるべきであり、すべて本発明の特許請求の範囲内として保護されるべきものである。

本発明の1つの好ましい実施態様において、前記エレクトロウェッティング駆動機構は、前記弾性ダイヤフラムの下方に配置された液滴と、前記キャビティの底部に配置され、前記液滴を駆動させるエレクトロウェッティング駆動回路とを備え、前記エレクトロウェッティング駆動回路の上には、一層の疎水層が設けられ、前記液滴は、前記疎水層の上に移動する。上記構成の動作原理は、液体が液体注入口から弁体のキャビティに流入し、連通口を流れて液体排出口に入ると、エレクトロウェッティング駆動回路通電、エレクトロウェッティング駆動回路と液滴との間に電圧が発生し、エレクトロウェッティング駆動回路の通電電圧を変化させることにより、エレクトロウェッティング駆動回路と液滴との電圧を変化させ、さらにエレクトロウェッティング駆動回路における液滴の濡れ性を変化させることである。すなわち、接触角を変化させ、液滴に変形・変位を発生させる現象である。連通口を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動回路と液滴との間の電圧を変化させることにより、液滴が疎水層上で閉塞ホルダに向けて移動し、その後、液滴が弾性ダイヤフラムと接触し、弾性ダイヤフラム末端が閉塞ホルダに当接するまで弾性ダイヤフラムを駆動して上向きに回転させ、連通口閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、電圧を変化することで液滴を駆動して反対方向に沿って移動させ、弾性ダイヤフラムは、自身の弾性力で元の位置に戻し、連通口開放、連通口の連通を実現する。

図1〜図4に示すように、前記エレクトロウェッティング駆動機構7は、前記弾性ダイヤフラム6の下方に配置された液滴7-1と、前記キャビティの底部に配置され、前記液滴7-1を駆動させるエレクトロウェッティング駆動回路7-2とを備え、前記エレクトロウェッティング駆動回路7-2の上には、一層の疎水層7-3が設けられ、前記液滴7-1は、前記疎水層7-3の上に移動する。上記構成の動作原理は、液体が液体注入口2から弁体1のキャビティ1-1に流入し、連通口5を流れて液体排出口3に入ると、エレクトロウェッティング駆動回路7-2通電、エレクトロウェッティング駆動回路7-2と液滴7-1との間に電圧が発生し、エレクトロウェッティング駆動回路7-2の通電電圧を変化させることにより、エレクトロウェッティング駆動回路7-2と液滴7-1との電圧を変化させ、さらにエレクトロウェッティング駆動回路7-2における液滴7-1の濡れ性を変化させることである。すなわち、接触角を変化させ、液滴7-1に変形・変位を発生させる現象である。連通口5を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動回路7-2と液滴7-1との間の電圧を変化させることにより、液滴7-1が疎水層7-3上で閉塞ホルダ4に向けて移動し、その後、液滴7-1が弾性ダイヤフラム6と接触し、弾性ダイヤフラム6末端が閉塞ホルダ4に当接するまで弾性ダイヤフラム6を駆動して上向きに回転させ、連通口5閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、電圧を変化することで液滴7-1を駆動して反対方向に沿って移動させ、弾性ダイヤフラム6は、自身の弾性力で元の位置に戻し、連通口5開放、連通口の連通を実現する。

Claims (10)

1. 弁体と、弁体上端に配置された液体注入口と、弁体下端に配置された液体排出口とを含み、前記弁体には、キャビティが設けられ、前記液体注入口は、前記キャビティ上端に連通され、前記液体排出口は、前記キャビティ下端に連通されているエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置であって、前記キャビティ中部には、液体を遮断するための閉塞ホルダが設けられ、前記閉塞ホルダと前記キャビティ内壁との間には、連通口が設けられ、前記連通口には、前記連通口の閉鎖・開放を制御するためのマイクロバルブ制御機構が設けられ、ここで、
   前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口の下端に配置された前記連通口を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラムと、前記弾性ダイヤフラムを駆動して、前記キャビティ側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構と、を備えるエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
2. 前記エレクトロウェッティング駆動機構は、前記弾性ダイヤフラムの下方に配置された液滴と、前記キャビティの底部に配置され、前記液滴を駆動させる用エレクトロウェッティング駆動回路とを備え、前記エレクトロウェッティング駆動回路の上には、一層の疎水層が設けられ、前記液滴は、前記疎水層の上に移動する、ことを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
3. 前記閉塞ホルダは、「T」字状を呈し、前記閉塞ホルダの下端は、前記キャビティ底部に固定接続され、該閉塞ホルダの両端と前記キャビティ内壁との間には、2つの前記連通口がそれぞれ形成され、各前記連通口には、いずれも前記マイクロバルブ制御機構が設けられている。前記液体排出口は2つであり、2つの前記連通口にそれぞれ連通されている、ことを特徴とする請求項2に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
4. 前記「T」字状の閉塞ホルダの両側末端には、いずれも下向き傾斜の傾斜部が設けられている、ことを特徴とする請求項3に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
5. 前記弁体の両側には、前記液滴を前記疎水層に搬送する搬送通路が設けられ、前記搬送通路は、連通孔を介して前記キャビティに連通されている、ことを特徴とする請求項4に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
6. 前記エレクトロウェッティング駆動回路は、回折格子軌道電極である、ことを特徴とする請求項5に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
7. 前記回折格子電極と前記疎水層との間には、一層の保護膜が設けられている、ことを特徴とする請求項6に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
8. 前記保護膜は、ポリテトラフルオロエチレン膜である、ことを特徴とする請求項7に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
9. 前記疎水層はポリパーフルオロエチレンプロピレン膜である、ことを特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
10. 液体注入マイクロ通路が設けられ、下端には、液体排出マイクロ通路が設けられ、前記液体注入マイクロ通路は、前記液体注入口に連通され、前記液体排出マイクロ通路は、前記液体排出口に連通されている、ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。

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