JP4253028B2 - 液体アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は液体アクチュエータに関する。詳しくは、構造体表面の濡れ性を制御する液体アクチュエータに関し、該表面上に形成された液滴の流動性を制御する液体アクチュエータに関する。さらには、液体の混合、液体の流通、液体量の増減、液体の形成に関し、それらを制御する液体アクチュエータに関する。

近年、物質表面の親水性、疎水性を、用途や目的に応じて調節し制御する技術の必要性が高まっている。例えば、バイオチップの１つであるセルアレイとよばれる分野である。ここでは、ガラス基板上にマトリックス状の微小領域を配し、この微小領域において細胞の培養および薬液のスクリーニングを行う。このとき、より小さなスペースで多くのスクリーニングが行えるよう、微小培地をアレイ化し、基材表面において親水性部分と疎水性部分とを独立した微小領域にパターニングすることが必要となる。また、このバイオチップは、ゲノム解析、食品検査、テーラーメイド医療などへの応用も進められている。そのため、細胞液の定着に限らず、様々なものに対応できる表面濡れ性の制御が求められている。さらには、マイクロＴＡＳ、マイクロリアクター、実験室チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）などの研究も進んでおり、それら装置のマイクロ化にも対応しうる多種多様な液体流動性の制御技術が求められている。

これまで、基板等の表面に親・疎水性を付与するためには、親水剤、疎水剤などをコーティングする方法が一般的に採用されてきた。しかしこの方法では、その性質を動的に（事後的かつ可逆的に）変化させることはできない。その性質は基本的にコーティング剤によるため、親水性及び疎水性のいずれかに制限されてしまう。

このような問題に対して、より機能的に基板などの表面濡れ性を制御することが試みられている。例えば、光や電子を当てることで表面濡れ性を変化させることが提案されている（特許文献１〜３参照）。また、振動によって濡れ性を制御するものも提案されている（特許文献４参照）。

その他、非特許文献１では液体に電圧をかけることで液体の表面張力を変化させる方法が開示されている。しかしこの方法では、濡れ性を維持するために電圧を印加しつづける必要があり、液体の種類や溶解物によって出力が変動してしまう。また、複数の液体を同一装置内で取り扱う場合に、余剰液体の排液路が共通になり相互の汚染が懸念されるため採用できない。さらに非特許文献２では温度によって高分子の変形を起こし濡れ性を変化させるものが開示されている。
特開平１１−９０２１７号公報 特開２００３−１５５３５７号公報 特開２０００−１１９５５１号公報 特開２００１−３４７２１８号公報 ジャーナル・オブ・マイクロエレクトロメカニカル・システム（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ．），Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１，２００３ 平成１７年４月８日検索、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｌｌｓｅｅｄ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｈｔｍｌ＞

本発明は、基板などの構造体表面の濡れ性を目的に応じて変化させ制御しうる液体アクチュエータを提供するものである。また本発明は、構造体表面上の液滴などの液体の流動性を制御する液体アクチュエータを提供するものである。さらにまた本発明は、表面の濡れ性、液体流動性を制御し、液滴の形成、液体・液滴の混合、液体量の増減、液体の流通を制御する液体アクチュエータ、さらには微細な領域で、余計な機構を必要とせずにそれらを独立に制御する液体アクチュエータを提供するものである。

本発明によれば、以下の手段が提供される：
（１） 液体を保持する電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面上にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記撥水層を設けた電極部を含む複数の電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面の濡れ性を変化させることを特徴とする液体アクチュエータ。
（２） 前記電解質層の両側にそれぞれ１つ以上の電極部を設け、その両側の電極部間に電圧を印加することを特徴とする（１）記載の液体アクチュエータ。
（３） 前記電解質層の片側に互いに離間した２つ以上の電極部を設け、その片側で離間した電極部間に電圧を印加することを特徴とする（１）記載の液体アクチュエータ。
（４） 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体内部の液体を前記撥水層表面に浸透滲出させて該構造体表面の濡れ性を高め、または前記撥水層表面の液体を構造体内部に浸透吸収して該構造体表面の濡れ性を低下させることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（５） 前記電極部間に印加する電圧を調節して、該電極部周辺の液体を電気分解し気体を発生させ、該気体を前記撥水層表面に誘導して前記構造体表面の濡れ性を低下させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（６） 前記構造体の撥水層の表面の濡れ性を可逆的に変化させることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（７） 前記電極部間に印加する電圧を−１．２２９〜１．２２９Ｖの範囲で調節することにより前記撥水層表面の液体滲出量もしくは液体吸収量を増減させ、または−１．２２９未満または１．２２９Ｖを超える電圧の範囲で調節することにより前記撥水層表面に誘導する気体量を増減させて前記構造体表面の濡れ性を変化させることを特徴とする（５）または（６）記載の液体アクチュエータ。
（８） 前記電解質が、有機電解質、無機電解質、またはそれらを組み合わせた電解質であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（９） 前記電解質が、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、および１級アミノ基からなる群から選ばれる少なくとも１つの基を有する高分子電解質であることを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（１０） 前記撥水層が、パラフィン系撥水剤、フッ素系撥水剤、およびシリコン系撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも１つの撥水剤を含有することを特徴とする（１）〜（９）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（１１） 前記電極部が金、白金、銅、カーボン、またはそれらを組み合わせて形成した電極部であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（１２） 前記電解質層を挟んで前記撥水層の反対側に保液層を設けたことを特徴とする（１）〜（１１）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（１３） 前記撥水層表面上に液滴を形成したときの液滴接触角を９０〜１５０°の範囲で変化させることを特徴とする（１）〜（１２）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（１４） （１）〜（１３）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータを用いた液体流通制御アクチュエータであって、その撥水層を液体流路内側に向けて設け、前記電極部間に印加する電圧の調節により、前記構造体表面の濡れ性を低下させて液体の侵入を妨げ前記流路中の液体流通を遮断し、前記構造体表面の濡れ性を高めて液体流通を開放することを特徴とする液体流通制御アクチュエータ。
（１５） 前記流路が筒状流路または溝形状流路であることを特徴とする（１４）記載の液体流通制御アクチュエータ。
（１６） （１）〜（１３）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータの複数を独立して設置し、前記撥水層表面の濡れ性を設置した領域ごとに独立に変化させて、または
前記液体アクチュエータの前記電極部を複数の領域に分割し、該複数の電極部表面上に撥水層を設け、該撥水層表面の濡れ性を分割した領域ごとに独立に変化させて、
所望の領域に目的量の液体を凝集させることを特徴とする液体形成制御アクチュエータ。
（１７） （１６）記載の液体形成制御アクチュエータの前記領域をそれぞれ独立して制御可能に配置したことを特徴とする液体分布制御アクチュエータ。
（１８） （１６）記載の液体形成制御アクチュエータを基板上に所定の配列で設置したことを特徴とする液体分布制御アクチュエータ。
（１９） （１６）記載の液体形成制御アクチュエータを用いて、所定の領域分布に液体を形成することを特徴とする液体分布制御アクチュエータ。
（２０） 液体を保持した電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面上にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記撥水層を設けた電極部を含む複数の電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面の液体量を変化させることを特徴とする液体アクチュエータ。
（２１） 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体内部の液体を前記撥水層表面に浸透滲出させて該構造体表面上の液量を増加させ、または前記撥水層表面上の液体を浸透吸収し該構造体表面上の液量を減少させることを特徴とする（２０）記載の液体アクチュエータ。
（２２） 前記電極部間に印加する電圧を調節して、該電極部周辺の液体を電気分解し気体として揮散させ該構造体表面上の液量を減少させることを特徴とする（２０）または（２１）記載の液体アクチュエータ。
（２３） 前記構造体表面上の液量の増減を可逆的に行うことを特徴とする（２０）〜（２２）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（２４） 前記電解質が、有機電解質、無機電解質、またはそれらを組み合わせた電解質であることを特徴とする（２０）〜（２３）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（２５） 前記電解質が、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、および１級アミノ基からなる群から選ばれる少なくとも１つの基を有する高分子電解質であることを特徴とする（２０）〜（２４）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（２６） 前記撥水層が、パラフィン系撥水剤、フッ素系撥水剤、およびシリコン系撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも１つの撥水剤を含有することを特徴とする（２０）〜（２５）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（２７） 前記電極部が金、白金、銅、カーボン、またはそれらを組み合わせて形成した電極部であることを特徴とする（２０）〜（２６）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（２８） 液体分を含む電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記撥水層を設けた電極部を含む複数の電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面上に形成した液体の流動性を変化させることを特徴とする液体アクチュエータ。
（２９） 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体中の液体分を前記撥水層表面に浸透滲出して前記構造体表面上に形成した液体を非流動化し、前記撥水層表面の液体分を浸透吸収して前記構造体表面上に形成した液体を流動化することを特徴とする（２８）記載の液体アクチュエータ。
（３０） 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記電極部周辺の液体を電気分解して発生した気体を前記撥水層表面に誘導し、該気体の圧力により前記構造体表面上に形成した液体を押し上げ流動化することを特徴とする（２８）または（２９）記載の液体アクチュエータ。
（３１） 前記液体流動性を可逆的に変化させることを特徴とする（２８）〜（３０）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（３２） 前記電解質が、有機電解質、無機電解質、またはそれらを組み合わせた電解質であることを特徴とする（２８）〜（３１）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（３３） 前記電解質が、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、および１級アミノ基からなる群から選ばれる少なくとも１つの基を有する高分子電解質であることを特徴とする（２８）〜（３２）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（３４） 前記撥水層が、パラフィン系撥水剤、フッ素系撥水剤、およびシリコン系撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも１つの撥水剤を含有することを特徴とする（２８）〜（３３）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（３５） 前記電極部が金、白金、銅、カーボン、またはそれらを組み合わせて形成した電極部であることを特徴とする（２８）〜（３４）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（３６） 前記撥水層表面に液滴を形成したときの液滴接触角を９０〜１５０°の範囲で変化させて液体流動性を制御することを特徴とする（２８）〜（３５）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
（３７） （２８）〜（３６）のいずれか１項に記載の液体アクチュエータを用いた液滴混合アクチュエータであって、電圧の印加により前記構造体表面上で非流動化した複数の液滴を、電圧の調節により流動化して、互いを接触混合させることを特徴とする液滴混合アクチュエータ。
（３８） 前記液滴が装置外部から供給形成された液滴であることを特徴とする（３７）記載の液滴混合アクチュエータ。
（３９） 前記撥水層が透水性を有することを特徴とする（１）記載の液体アクチュエータ。
（４０） 前記撥水層が透水性を有することを特徴とする（２０）記載の液体アクチュエータ。
（４１） 前記撥水層が透水性を有することを特徴とする（２８）記載の液体アクチュエータ。

本発明の液体アクチュエータは、基板などの構造体表面の濡れ性を目的に応じて変化させ可逆的に制御することを可能とする。また本発明の液体アクチュエータは、構造体表面上の液滴などを制御し、液体の流動化、非流動化を可逆的に制御することを可能とする。さらにまた本発明の液体アクチュエータは、表面の濡れ性、液滴流動性を制御し、微細な領域で、高精度で、液滴の混合、液体の流通、液体量の増減、液体・液滴の形成を可能とする。

本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付の図面とともに考慮することにより、下記の記載からより明らかになるであろう。

図１−１は、本発明の液体アクチュエータの１つの態様を模式的に示す断面図である。 図１−２は、本発明の液体アクチュエータの別の態様を模式的に示す断面図である。 図２は、可逆遷移のメカニズムを概略的に説明する、本発明の液体アクチュエータの１つの態様を模式的に示す拡大部分断面図で、図２（ａ）は撥水層側に負電圧を印加したときの状態を示し、図２（ｂ）は撥水層側に正電圧を印加した状態を示す。 図３は、本発明の液滴混合アクチュエータの１つの態様を概略的に示す説明図であり、図３（ａ）は２つの液滴を形成固定した状態を模式的に示す正面図で、図３（ｂ）はその平面図である。図３（ｃ）は液滴を接触混合した後の状態を模式的に示す正面図で、図３（ｄ）はその平面図である。 図４は、本発明の液体形成制御アクチュエータの１つの態様を模式的に示す断面図であり、図４（ａ）は液滴凝集前の状態、図４（ｂ）は液滴が不要な領域に凝集した状態、図４（ｃ）は液滴を溜めたい領域に凝集した状態を示す。 図５は、本発明の液体流通制御アクチュエータを筒状流路に設けた態様を模式的に示す部分平断面図であり、図５（ａ）は流通を遮断した状態、図５（ｂ）は流通を開放した状態を示す。 図６は、本発明の液体流通制御アクチュエータをスリット状流路に設けた態様を模式的に示す部分平断面図であり、図６（ａ）は流通を遮断した状態、図６（ｂ）は流通を開放した状態を示す。 図７は、固体表面の濡れ性の２つの状態を概略的に示し、図７（ａ）は隙間に気体が入る状態（キャシー・ステート）を模式的に示す部分断面図であり、図７（ｂ）は液体が入る状態（ウエンツェル・ステート）を模式的に示す部分断面図である。

符号の説明

１１ 液体（液滴）
１２ 撥水層（多孔質層）
１４ 電解質層（高分子ポンプ層）
１５ 保液層（保水層）
１３ａ 電極部（撥水層側）
１３ｂ 電極部（保液層側）
１６ 基板
１７ 端子
１８ 電源
１１１ 液体（液滴）
１１２ 撥水層（多孔質層）
１１４ 電解質層（高分子ポンプ層）
１１３ａ 電極部
１１３ｂ 電極部
１１６ 基板
１１７ 端子
１１８ 電源
２１ 液滴
２２ 撥水層
２２ａ 撥水層表面の凸部（表面粗さ）
２２ｂ 撥水層表面の凹部（表面粗さ）
２３ 電解質層
２４ 液体分子（水分子）
２５ａ 電極部
２５ｂ 電極部
Ａ 液体（水）の流れの向き（撥水層方向）
Ｂ 液体（水）の流れの向き（複合材方向）
２６ 気体分子（水素分子）
２７ 気体分子（酸素分子）
Ｃ、Ｄ 気体の揮散方向
３０ 液滴混合アクチュエータ
３１ａ 液滴
３１ｂ 液滴
３１ｃ 接触混合した液滴
３２、３３、３４ 濡れ性制御面
３５ 気体
４０ 液体形成制御アクチュエータ
４１ 基板
４２ 液体アクチュエータ（液滴を凝集させたくない位置）
４３ 液体アクチュエータ（液滴を凝集させたい位置）
４４ 液滴が不要な領域に凝集した液滴
４６ 液滴を留めたい領域に凝集した液滴
５１ 隔壁（筒状流路）
５２ 液体
５３ 液体流通制御アクチュエータ（フローバルブ）
５４ａ 泡（素子上に止められた泡）
５４ｂ 泡（流された泡）
５５ 液体の流れる方向
６１ 基材（壁部）
６２ 液体
６３ 液体流通制御アクチュエータ（フローバルブ）
６４ａ 泡（素子上に止められた泡）
６４ｂ 泡（流された泡）
６５ 液体の流れる方向
９１ 液滴
９２ 固体表面
９２ａ 表面の凸部（表面粗さ）
９２ｂ 表面の凹部（表面粗さ）

本発明の液体アクチュエータは、電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面上にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面の濡れ性を変化させるものである。好ましくは、撥水層表面に構造体内部の液体を浸透滲出させて、または構造体内部に液体を浸透吸収させて（本発明において、浸透滲出とは内部の液体が浸透を通じて外表面にしみだすことをいい、浸透吸収とは外表面の液体が浸透を通じて内部にしみこむことをいう。）該撥水層表面の親水性を制御するものであり、また、電極周辺の液体を電気分解し気体を前記撥水層表面に発生させて該撥水層表面を疎水性表面化するものである。さらにまた、電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体中の液体を前記撥水層表面上に誘導して、誘導された液体と該撥水層表面上の液体を接触させることにより非流動化し、または前記撥水層表面近傍に気体を発生させ上昇した気圧により液体を押し上げ流動化することができる液体アクチュエータである。以下、本発明について詳しく説明する。

本発明の液体アクチュエータに用いられる電解質は特に限定されず、陽イオン電解質であっても、陰イオン電解質であってもよい。また、有機電解質、無機電解質、それらを組み合わせた電解質などのいずれであってもよい。
有機電界質としては、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、１級アミノ基などを有する有機電解質が挙げられ、それらの基の１つまたは複数を有する高分子電解質が好ましい。なかでもスルホン基、カルボキシル基を有する高分子電解質が好ましく、具体的には例えば、パーフルオロスルホン膜（例えば、ナフィオン（商品名）デュポン社製）などが挙げられる。
無機電解質としては、例えば、リチウム、リン、硫黄などで構成された電解質、無機プロトン導電性酸化物粒子（例えば、水和酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_５・ｎＨ_２Ｏ））からなる電解質、またはそれと無機マトリックス（例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３））成分とからなる電解質などが挙げられる。
さらに無機系と有機系の混合電解質としては、例えば、有機電解質層と無機電解質層との間を、イオン交換体からなるバインダで結合した有機無機混合電解質、多環式芳香族スルホン酸でできた無定形のカーボン材料で芳香族炭化水素を熱濃硫酸で処理した後炭化することによって得られる固体酸を用いた電解質などが挙げられる。

また、特開２００４−３３５２３１号公報、特開２００４−２８１１４７号公報、特開２００４−２４７２８６号公報、特開２００３−１９０９６２号公報、特開２００３−１５１５８０号公報、特開２００２−３２９５２４号公報、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ５（１９８１）６６３−６６６、電気化学６５，Ｎｏ．１１（１９９７）９１４−９１９、特開２００１−２５０５８０号公報、Ｊ．Ａｍ．Ｃｒｅａｍ．Ｓｏｃ，８４［２］４７７−７９（２００１）、特公平５−４８５８２号公報、特開平４−２３１３４６号公報、第２６回固体イオニクス討論会講演要旨集（２０００）１７４−１７５、米国特許６０２５０９４号公報、米国特許５３１４７６５号公報、特開２００２−５６８５７号公報、特開２００１−３５７８７９号公報、特開２０００−１０３８９９号公報、ワイ．エム．リ（Ｙ．Ｍ．Ｌｉ）ら，ソリッド・ステート・イオニクス（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ），１３４，２７１−２７８頁，２０００などに開示されたものを用いてもよい。
電解質の大きさや形状に、特に制限はないが、平板状のときは、縦横１００ｍｍ程度が好ましく、厚さは２００μｍ以下が好ましい。平板状以外の形状とするときは、例えば、円筒状、目的の形状にあわせた型取り形状のものなどを用いてもよい。

本発明の液体アクチュエータに用いられる電極材料は、必要な導電性が得られればどのようなものでもよいが、金、白金、銅、その他の金属、カーボンなどを用いることができ、それらを単独でまたは複数を組み合わせて用いてもよい。
電極部は電解質層の両側もしくは片側に設けられ、ポーラス構造であることが好ましい。さらにその形態を詳しくいえば、例えば、撥水層に浸透滲出、浸透吸収させる液体、またはそこに発生させる気体分子が通過可能であり、かつ電極としての導電性を確保できる形態が好ましい。ただし、電極表面に十分に水が供給される場合は、必ずしもポーラスである必要はない。そのため具体的な電極状態は、電解質膜の面形状に沿って被覆された状態であっても、ポーラス状の薄層膜であってもよい。このような形態の得られる形成方法であれば、その方法はとくに限定されないが、化学メッキ、金属薄膜の接着、スパッタリングなどの方法により形成することができる。また、ポーラス加工は、金属薄膜作製時に行うことも、金属薄膜作製後に行うことも可能とされる。さらに詳しく言えば、例えば、ポーラス加工にはナノインプリント加工やマスキング加工がある。
電極部の厚さに特に制限はないが、１０μｍ以下が好ましい。

本発明の液体アクチュエータにおいては、少なくとも１つの電極部上に撥水層を設ける。撥水層は、例えば、フッ素系、パラフィン系、シリコン系などの物質を例えば粒子状にして溶媒（例えば、液状接着剤）中に分散させ、塗布、乾燥、固化することで形成することができる。
撥水剤としては、例えば、パラフィン系撥水剤、フッ素（樹脂）系撥水剤、シリコン（樹脂）系撥水剤、ビニル重合（樹脂）系撥水剤、ウレタン（樹脂）系撥水剤、ポリエチレン（樹脂）系撥水剤、アルキル尿素系撥水剤（アルキルエチレン尿素型撥水剤などを含む）、脂肪酸アミド（樹脂）系撥水剤、エポキシ（樹脂）系撥水剤、フェノール（樹脂）系撥水剤、ブチラール（樹脂）系撥水剤、アクリル（樹脂）系撥水剤、金属錯塩系撥水剤、ワックス系撥水剤（ワックスエマルジョン型撥水剤、アクリル樹脂パラフィンワックス併用型撥水剤、パラフィンワックス系エマルジョン型の撥水剤などを含む）を用いた撥水剤などが挙げられ、なかでもフッ素系撥水剤、パラフィン系撥水剤、またはシリコン系撥水剤が好ましい。
撥水層の厚さに特に制限はないが、数μｍが好ましい。撥水層はその内部にポーラス構造を有し、透水性を有するものであり、例えば直径１０〜１００μｍの微細な穴が多数存在し、穴は各々独立していることが好ましい。

本発明の液体アクチュエータにおいては、保液層を必要に応じて設けることができ、撥水層を設けるのとは電解質層を挟んで反対側に設けることが好ましく、撥水層と反対側の電極部上に設けることがより好ましい。保液層は液体を保持し電解質層に供給できればどのようなものでもよいが、例えば、ゲル、多孔質、不織布などが挙げられる。不織布などの平板状のものを用いる場合、その大きさは電解質層と同様であり、その好ましい範囲も同義である。
保液層に保持される液体は特に限定されず、水性媒体（例えば、水、水に金属イオン、アンモニウムイオンなどを溶解したもの）、メタノール水溶液、エタノール水溶液などが挙げられ、またイオン液体のようにＩＰＭＣ（Ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）等のアクチュエータの駆動可能な液体が利用される。保液層は電極に接着されていることが好ましく、例えば、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などにより接着固定することができる。

本発明の液体アクチュエータにおいては、少なくとも２つの電極部間に電圧が印加される。電圧の印加はどのような方法によってもよいが、通常は、電極部に端子を設け（例えば、銅、金、白金など）、両端子を電源（例えば、変圧可能な定電圧源など）の正極、負極に接続してもよい。

本発明の液体アクチュエータによれば、構造体表面の濡れ性を制御することができる。以下、この濡れ性について説明する。
一般に固体表面の濡れ性は水との接触角で区別され、親水性（接触角０°以上９０°未満）、撥水性（接触角９０°以上１５０°未満）、さらに超撥水性（接触角１５０°以上）に区別されている。接触角が１５０°以上の超撥水性は、固体表面にフラクタル形状の粗さを付与するなどして撥水性を高めることで初めて実現される。
粗さを備えた固体表面の濡れ性は２つの状態をとる。粗さにより生じる隙間に気体が入る状態（キャシー・ステート（Ｃａｓｓｉｅ−ｓｔａｔｅ））と液体が入る状態（ウエンツェル・ステート（Ｗｅｎｚｅｌ−ｓｔａｔｅ））とである。この２つの状態を図７に示す。図７中（ａ）はキャシー・ステートを、（ｂ）はウエンツェル・ステートを模式的に示す部分断面図である。固体表面９２には凸部９２ａ、凹部９２ｂが設けられ、固体表面の粗さを示しており、表面に一定の撥水性が付与されていることを示している。図７（ａ）では液滴９１と固体表面９２との隙間に気体が入りこんでいるが、図７（ｂ）では隙間なく接触している。同一固体表面においても条件の違いによってキャシー・ステートとウエンツェル・ステートとの双方が発現することがあり、またキャシー・ステートからウエンツェル・ステートへの遷移が起こることもある。
さらにウエンツェル・ステートではキャシー・ステートに比較して液滴が転がり難く、また接触角ヒステリシスが大きくなる。これはウエンツェル・ステートでは固体表面の粗さが液滴移動の障害となりキャシー・ステートでは隙間の気体がクッションになるためであると考えられる。これらの状態を接触角ヒステリシスでいうと、ウエンツェル・ステートは、接触角ヒステリシスが大きい状態、キャシー・ステートは接触角ヒステリシスが低い状態にあたる。例えば、ウエンツェル・ステートは、接触角ヒステリシスが９０°以上、キャシー・ステートは９０°未満となる。接触角ヒステリシスとは液滴を固定した試料を傾斜させ、液滴が滑り始める時に止め、そのときの前進接触角と後退接触角との差を求めたものである。

一方工業的に得られる撥水面の中には親水性基材に撥水コート処理したものも多い。このような撥水面は前記のウエンツェル・ステートやキャシー・ステートとは基本的に異なる。本発明においては、基材の親水性／疎水性によらず液滴との表面隙間に気体が入り込んでいる状態をホバード・ステート（Ｈｏｖｅｒｅｄ−Ｓｔａｔｅ；接触角ヒステリシスの範囲はキャシー・ステートと同様である。）、液滴との表面隙間に液体が入り込んでいる状態をピンド・ステート（Ｐｉｎｎｅｄ−Ｓｔａｔｅ；接触角ヒステリシスの範囲はウエンツェル・ステートと同様である。）とよぶ。既に述べたキャシー・ステートからウエンツェル・ステートへの遷移はホバード・ステートからピンド・ステートへの遷移がおこり得ることを示唆している。本発明の液体アクチュエータでは、気体と液体とを切り替えて隙間に挿入することができ、ホバード・ステートとピンド・ステートとの可逆的状態遷移を制御し、親水性、疎水性の切り替えができる。

濡れ性を記述する式としては、ヤング（Ｙｏｕｎｇ）の式、ウエンツェル（Ｗｅｎｚｅｌ）の式、キャシー（Ｃａｓｓｉｅ）の式が知られている。
まず汚れのない平滑面における濡れ性はヤングの式で記述される。
ｃｏｓθ＝（ν_ｓｖ−ν_ｓｌ）／ν_ｌｖ ・・・数式（１）
θは接触角、ν_ｓｖ、ν_ｓｌ、ν_ｌｖは気体−固体、固体−液体、液体−気体の単位面積当たりの自由エネルギーである。また粗さのある表面の濡れ性は、ウエンツェルの式で記述される。
ｃｏｓθ’＝ｒ（ν_ｓｖ−ν_ｓｌ）／ν_ｌｖ ＝ｒ ｃｏｓθ ・・・数式（２）
θ’とθとは粗さのない面と粗さのある面との接触角であり、ｒ は表面粗さにより大きくなった表面積を見かけの表面積で割った面積比である。さらに隙間に空気が入った表面の濡れ性はキャシーの式で記述される。
ｃｏｓθ’＝ｆ_１ ｃｏｓθ_１＋（１−ｆ_１）ｃｏｓπ
＝ｆ_１ ｃｏｓθ_１＋（１−ｆ_１） ・・・数式（３）
θ_１は粗さのない面での接触角であり、ｆ_１は液体との界面での固体の面積分率である。

次に、上記と同様にしてホバード・ステートとピンド・ステートの濡れ性を記述する式を導く。基材が親水性であっても隙間に気体が十分にあるならば液体と親水性基材は接触しない。そのためホバード・ステートにはキャシーの式が適用される。ピンド・ステートを記述する式は、ｘ 軸方向のエネルギー成分のバランスを考慮して導かれ、親水性基材と撥水性コート（層）との組み合わせで表される。
ｃｏｓθ’＝ｒ ｒ’（ν_ｓｖ−ν_ｓｌ）／ν_ｌｖ
＋ｒ （１−ｒ’）（ν’_ｓｖ−ν’_ｓｌ）／ν’_ｌｖ ・・・数式（４）
ν’_ｓｖ、ν’_ｓｌ、ν’_ｌｖは基材における気体−固体、固体−液体、液体−気体の単位面積当たりの自由エネルギーである。ｒ’は基材と親水性コート（層）の表面積比である。

静止液体には気体−固体、固体−液体、液体−気体の３つの表面張力が均衡して作用している。液滴を移動させるには均衡した表面張力に対する仕事が必要となる。このことはホバード・ステートとピンド・ステートとの遷移をさせるために仕事が必要であることを示唆している。また上述の式から仕事量が表面の形状や素材によって異なると考えられる。本発明の液体アクチュエータは、電解質を用いて水と空気とを切り替えて挿入することが可能な高分子ポンプとして機能するものであり、この機能によりホバード・ステートとピンド・ステートとの状態間での可逆的遷移を制御することができる。

次に、本発明の液体アクチュエータの態様についてさらに詳しく説明する。
本発明の液体アクチュエータは、電解質層の両側もしくは片側に電極部を電気的に離間して設けたものである（本発明において、「電気的に離間」とは、例えば乾燥状態における抵抗値で定められる。通常、高分子電解質上に形成された電極部間の抵抗値は乾燥状態で、幅１ｃｍ長さ１ｃｍあたり、数Ωから数十Ωである。本発明において、電気的に離間とは、例えば該条件で数ｋΩ以上の抵抗値となることをいい、該条件で数ＭΩ以上であることが好ましい。例えば高分子電解質をナフィオン（商品名、デュポン社製）として、化学的処理で白金粒子をナフィオン（商品名、デュポン社製）内に還元して生成させる場合、白金粒子は表面から数マイクロメートル程度の深さに多数存在する（通常ほぼ２０マイクロメートル以内に収まる。）。そのため、電気的な離間状態は、表面から数十マイクロメートルの深さの溝を形成することで作製することができる。例えばレーザを用いて表面のみを焼ききることで実現される。このとき抵抗値が目的の値にまで増大すればよく、幅は例えば数マイクロメートルでよい。）。２つ以上の電極部を設け、その少なくとも２つに電圧を印加するとき、各電極部の配置は特に限定されない。以下、電極部の配置の異なる２つの好ましい態様について詳しく説明する。

（Ａ）まず、電解質層の両側にそれぞれ１つ以上の電極部を設け、前記電解質層の両側の電極部に電圧を印加する態様について説明する。
この態様の液体アクチュエータとして、例えば図１−１に示した液体アクチュエータが挙げられる。図１−１の態様においては、電極部１３ａ及び１３ｂが電解質層１４の両面に配置されている。そして電極部１３ａの外側表面には撥水層１２が設けられ、その表面の液滴１１の濡れ性や液滴量などが制御される。電極部１３ｂの外側表面には保水層１５が設けられ、さらにその外側に基板１６が設けられている。電極部１３ａ及び電極部１３ｂは端子１７により直流電源１８に接続されている。このとき電極部１３ａ及び１３ｂを電解質層１４の全面に設けず、各面の一部に設け、両電極を対向する位置からずらして配置してもよい。図１−１に示した液体アクチュエータの態様のように、２つの電極（１３ａ、１３ｂ）を電解質層１４の両面に設けることで、電解質層１４中のイオンや溶媒の移動路の断面積を大きくとることが可能である。さらに、移動距離も電解質層１４の厚さに応じて短くすることが可能である。それにより、例えばイオン伝導率の低い素材を電解質層１４として利用することもでき、電解質層１４の材料選択の幅を広げることができる。

（Ｂ）次に、電解質層の片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を少なくとも設け、電解質層片側で離間した電極部間に電圧を印加する態様について説明する。
この態様の液体アクチュエータとして、例えば図１−２に示した液体アクチュエータが挙げられる。図１−２の態様においては、電解質層１１４の片面のみに電極部１１３ａ及び１１３ｂを配置し、それらの電極部は複数（図示した液体アクチュエータでは２つ）に分割され電気的に離間されている。そして電極部１１３ａの外側表面には撥水層１１２が設けられ、その表面の液滴１１１の濡れ性や液滴量などが制御される。電解質層１１４の電極部と反対側には基板１１６が設けられている（このとき電解質層１１４と基板１１６の間にさらに電極層（もしくは電極部）、保水層などを設けてもよい）。電極部１１３ａ及び電極部１１３ｂは端子１１７により直流電源１１８に接続されている。このように、電解質層１１４の同一面上に２つの電極部（１１３ａ、１１３ｂ）を形成し、一方の電極を陽極とし、他方の電極を陰極とすることができる。

２つの電極部は別々に形成しても、１つの電極層を形成した後に分割してもよい。具体的な分割の方法としては、電解質層の片側表面に電極層を配置した後、例えば、ガラスナイフで電解質の表面とともに削る方法がある。あるいは、レーザ加工法や、フォトマスク法を用いて、任意の形状に分割しもよい。電極数は特に限定されず、用途に応じて多数構成することも好ましい（このことは態様（Ａ）の液体アクチュエータにおいても同様である。）。なお、電極と配線とは一体になっていることが好ましい。

この態様（Ｂ）では、高分子電解質内のイオンや溶媒の縦方向（厚さ方向）の移動が限定される。すなわち、イオンや溶媒は主に電解質層の面方向（図１−２においては電解質層１１４の長手方向）に移動する。一般に、電解質層の厚さ方向の溶媒の不均一分布が、電解質膜のひずみや湾曲を引き起こす要因となる。本態様（Ｂ）によれば、厚さ方向のイオンや溶媒の移動が低減し、電解質膜に生じる厚さ方向の内部ひずみを低減し、デバイスに生じる厚さ方向の応力を低減することができる。
さらに同一極に電圧を印加しつづけたときであっても、態様（Ｂ）の場合にはイオンや溶媒の移動が電解質層の片面（図１−２の液体アクチュエータでは電解質層１１４の電極１１３ａ側の面）に集中して、もう一方の面（図１−２の液体アクチュエータでは電解質層１１４の基板１１６側の面）でそれらの移動量が減少する。このことは図１−２の液体アクチュエータでいえば、電解質層１１４の下面（基板１１６と接する面）でのひずみの発生が抑えられることを示している。さらに、電解質層を厚くすれば、電解質層１１４の上面のみを変形させ、電解質層１１４の下面付近にひずみのバッファ機能を果たさせることも可能である。すなわち、本態様の液体アクチュエータによれば、電解質層１１４とデバイス基材１１６（必要に応じて電極層、保水層など）との界面の剥離要因を軽減することができる。これにより電解質の選択肢を増加させ、また複数回動作時のデバイス信頼性を向上させることができる。

本発明の液体アクチュエータにおいては、撥水層表面の下部に配置された電解質層（高分子ポンプ）を用いて撥水層の隙間に水または気体を供給することができる。隙間に水を供給することで撥水層表面をホバード・ステートからピンド・ステートへ遷移させることができる。また隙間に気体を供給することで撥水層表面をピンド・ステートからホバード・ステートへ遷移させることができる。高分子ポンプによる水の供給は、保水層から撥水層への水のポンピングによってより効果的に行うことができ、気体の供給は撥水層と高分子ポンプ層との界面における水の電気分解によって行うことができる。

高分子ポンプ原理について、スルホン酸（−ＳＯ_３Ｈ）型の強酸性陽イオン交換樹脂を例に挙げて説明する（ただし、本発明はこれに限られるものではない）。この電解質の内部においてポリマー側鎖は負電荷を帯びておりまた主鎖に拘束されている。そのため電界を印加しても負電荷は移動しない。一方主鎖に拘束されない正電荷イオンは電界に応じて移動するため、正電荷イオンと親和している水も正電荷イオンの移動に伴って移動する。
ここで、図２によりその可逆遷移のメカニズムについて説明する。図２は本発明の液体アクチュエータの一態様を模式的に示した拡大部分断面図である（ここでは、陽イオン交換樹脂を用いたものについて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。また装置の各構成部材の大きさは図面により限定されるものではない）。図２（ａ）は撥水層側の電極電位が反対電極に対して低い状態を示し（以下、特に断らない限り、この状態を負電圧という。）、この表面の濡れ性を高めている（本発明において、濡れ性を高めるとは、接触角ヒステリシスが大きくなる方向に変化させることをいい、９０°以上に変化させることが好ましい。またこのことを親水性表面化、液体の非流動化などともいう。）。図２（ａ）では撥水層２２側の電極部２５ａに負電圧を印加したときの状態を示し、図２（ｂ）は電極部２５ａに正電圧を印加したときの状態を示している。撥水層表面には粗さが付与されており、その隙間に液体がない状態で撥水性（好ましくはキャシー・ステートまたはホバード・ステート）を示す程度の凸凹が付されていることが好ましい。図中の凸部２２ａ及び凹部２２ｂは表面粗さを模式的に示している。ここで電極部２５ａ及び２５ｂは電解質層２３の両側の表面に設けられている（なお、保水層や基板などをさらに設けてもよいが、図２のものではこれらを図示してはいない。）。図２（ａ）に示すように、電解質層２３の撥水層２２側の電極部２５ａに比較的低い負電圧を印加すると（高い電圧を与える場合については後述する。）、内部の水２４が電圧に応じて撥水層方向Ａに移動する。水２４は撥水層２２を通じその表面に滲出し表面に形成された液滴２１を引き寄せる。このようにして撥水層表面の濡れ性を高めることができる。

一方図２（ｂ）に示すように、撥水層側に正電圧を印加すると水２４は電解質層２３に向かう方向Ｂに浸透吸収していく。このため撥水層表面から水分を奪いホバード・ステートとすることができ、液滴２１を流動化することができる。ここでさらに電圧を上げると、高分子ポンプがポンピングすることの他に、電極部近傍にある水を電気分解することができる。水の標準電極電位は１．２２９Ｖであるため、極性を問わずそれ以上の電圧をかけることにより、高分子ポンプと撥水層との界面で水の電気分解が生じる。これにより、正電圧を印加された撥水層２２側から水素が発生し、負電圧を印加された反対の電極部２５ｂでは気体２７（酸素）が発生する。液滴２１の下方で発生した気体２６（水素）は液滴２１を押し上げる効果を発揮し、撥水層表面の濡れ性を低下させることができる（本発明において濡れ性を低めるとは、接触角ヒステリシスが小さくなる方向に変化させることをいい、９０°未満に変化させることが好ましい。また、このことを、疎水性表面化、液体の流動化などともいう。）。また気体２６の一部は外部方向Ｃに揮散し、反対極で発生した気体２７は外部方向Ｄに揮散する（なお図中、外部に揮散した気体も説明上、模式的に符号をつけて示している。）。
上述のように、撥水層表面の濡れ性を変化させて、それに接する液体の（例えば、液滴、液体流体など）の移動を制御することが可能であり、外部力を用いれば駆動制御することも可能である。

ここで図２（ａ）の状態、つまり撥水層２２側の電極部２５ａに負電圧を印加し、その電圧を高めたときについて説明する。このとき濡れ性は、水分の浸透滲出による効果（親水性表面化）と発生する気体が促す効果（疎水性表面化）のバランスによって決まり、用いられる材料や液体によって異なる。多くの場合、気体発生の効果が大きく、この条件でホバード・ステートとすることが好ましい。

印加する電圧は、電気的ロスがなければ、電極間電圧で−１．２２９Ｖ〜１．２２９Ｖの範囲で撥水層表面の浸透滲出もしくは浸透吸収による水分量を変化させることが好ましく（これにより構造体表面を親水性表面化することが好ましく）、−１．２２９Ｖ未満または１．２９９Ｖを超える電圧で気体を発生させ疎水性表面化することが好ましい。
装置内の電気抵抗ロスを考慮する場合、採用する回路により異なるが、電源における電圧を−４．５Ｖ〜４．５Ｖの間で水分量を変化させ（好ましくは、親水性表面化し）、−４．５Ｖ未満または４．５Ｖを超える電圧で疎水性表面化することが好ましく、さらに好ましくは、−２Ｖ〜２Ｖの間で水分量を変化させ（好ましくは、親水性表面化し）、−２Ｖ未満または２Ｖを超える電圧で疎水性表面化することが好ましい。
電極に印加する電圧による水の移動は、例えば、高分子電解質の両面に金属電極を配した複合材料（ＩＰＭＣ）表面の色が変わることから目視でも確認することができる。また前述のように、ポンピングによりＩＰＭＣは自らの形状を変化させる場合があり、例えばアクチュエータとして利用する場合は、ガラス板に取り付けるなどして形状変化を防止してもよい。

上述の例では、電解液に関して水を例にとって説明したが、本発明はこれに限定さるものではない。用いることができる液体は保液層に保持するものと同様であり、好ましい範囲も同義である。
撥水層表面で制御する液体も水に限られるものではなく、濡れ性の変化を与えられるものであればよく、水性媒体（例えば、水、水に金属イオン、アンモニウムイオンなどを溶解したもの）、メタノール水溶液、エタノール水溶液、細胞培養液、分散液などが挙げられる。また撥水層表面で制御する液体の状態にとくに制限はなく、静止した液体、液体流体、液滴などを制御してもよい。液滴を形成して制御する場合、その量は目的に応じて適宜決めることができるが、体積に対して表面が占める割合の大きい微少量が望ましい。例えば、１μｌ以下が好ましく、１ｎｌ以下がより好ましい。

本発明の液体アクチュエータは必要に応じて、大きくすることも小さくすることも可能であるが、例えば、ガラス基板サイズ（５０ｍｍ×２０ｍｍ）あるいはマイクロケミカルの分野で多く利用されるサイズ（約５ｍｍ角）とすることができる。

さらに本発明の別の好ましい態様について説明する。本発明の液体アクチュエータを単独でまたは組みあせることにより、液滴混合アクチュエータとすることができる。この好ましい態様の一例を図３に示す。
図３（ａ）は２つの液滴を形成固定した状態を模式的に正面図で示し、図３（ｂ）はそれを平面図で示している。図３（ｃ）は液滴を接触混合した後の状態を模式的に正面図で示し、図３（ｄ）はそれを平面図で示している。図３（ａ）において、液滴制御領域は、領域３２、領域３３、領域３４の３つの領域に分けられ、両端の領域３２および３４は、例えば５〜１０°の角度で傾けられている。ここで中央の領域３３は水平に設置されている（このとき領域３２〜３４の表面濡れ性を本発明の液体アクチュエータにより制御することができ、制御された領域の表面を「濡れ性制御面」ということもある。）。
図３（ａ）または（ｂ）は初期状態を示しており、濡れ性制御面３２および３４をピンド・ステートとし、液滴３１ａ（例えば溶液Ａを成分とする液滴）および３１ｂ（例えば溶液Ｂを成分とする液滴）がそれぞれ形成固定されている。濡れ性制御面３３はホバード・ステートとしている。この状態から、濡れ性を逆に変化させ、具体的には電圧を調節して各濡れ性制御面を逆の状態にして、接触混合させることができる。
接触混合するとき、例えば、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、両側に配置した濡れ性制御面３２、３４をホバード・ステートにし、中央の面３３をピンド・ステートにして、領域３２および３４上で発生する気体３５により液滴３１ａ、３１ｂを押し上げ流動化し、２つの液滴を中央に寄せ付け接触、混合した液滴３１ｃ（例えば、ＡとＢの混合溶液を成分とする液滴）とすることができる（図３（ｃ）中、外部に揮散した気体を説明上、模式的に符号をつけて示している）。
次に、別の好ましい態様を挙げると、例えば液滴３１ａを溶液Ａを成分とする液滴とし、液滴３１ｂを水滴とする。これらを上記と同様にして接触混合して、溶液Ａを水で希釈した液滴３１ｃとすることができる。
上述の本発明の液滴混合アクチュエータおよびその方法によれば、任意のタイミングで、非接触で液滴を混合することができる。例えば培地に任意のタイミングで薬剤を追加することが可能である。また、液滴が微小なときでも混合を精度よく行うことができる。
この態様では、３つの面を異なる角度に配置したが、１つの制御面でまたは複数の制御面を用いて、２以上の液体の混合を行ってもよい。また傾斜は、液滴の移動を促すものであり、その他の手段（例えば、底面部の濡れ性変化、圧力、風力）により駆動力を得てもよい。
本発明の液滴混合アクチュエータ３０においては、複数の表面（領域）を濡れ性（もしくは液滴流動性）の異なる状態にすることで液滴混合が可能となる。このために各表面領域を異なる複合材装置を組み合わせて構成してもよく、１つの複合材装置において電極を分割して印加の状態を各領域で変化させてもよい。

次に、本発明のさらに別の態様について説明する。図４に示すように、濡れ性制御表面を部分的に独立して制御し、液体、液滴形成の制御を行うアクチュエータである。さらに詳しく説明すると、各領域で濡れ性を独立に制御するものである。例えば、必要に応じて基板４１を設けて固定性、安定性を高め、その一部に液体アクチュエータ４２を設置し、その他の部分に他の液体アクチュエータ４３を設置したものとしてもよい。その他、例えば、１つの液体アクチュエータの表面をＬＤ加工法（ＹＡＧレーザー加工法）などにより溝加工して、各電極部を切断絶縁し、各領域の独立制御を可能としてもよい。
上述のようにして製造した液体形成制御アクチュエータ４０を、液滴が凝集しうる環境下に設置させることで、目的の位置に、目的の液滴量を得ることができる。具体的には例えば、高湿度下（好ましくは過飽和状態）におくことが好ましい。図４（ａ）は設置直後、液体の凝集前の状態を模式的に示す断面図である。液滴が不要の領域４２はホバード・ステートとし、液滴を溜めたい領域４３をピンド・ステートとすることで、領域４３の表面に選択的に液滴を凝集形成することができる。このとき図４（ｂ）に示すように、液滴４４が不要の領域４２に凝集しはじめた場合でも、電気分解によってこれを消失させることができる。一方、図４（ｃ）のように液滴４６が濡れ性制御表面４３の上に凝集した場合、その表面をビデオなどで監視しながら適宜電気分解で量や分布を調節することができる。また、形成する液滴量は、体積に対して表面が占める割合の大きい微少量が望ましい。例えば、１μｌ以下が好ましく、１ｎｌ以下がより好ましい。

本発明の液体形成制御アクチュエータによれば目的の位置に選択的に、しかも目的の量の液滴を形成することが可能である。用いられる液体は、撥水層表面により制御する液体で説明したものと同様であり、好ましい範囲も同義である。
このようにして、液滴を非接触状態で制御して形成することにより、例えば複数の液滴を排出とするときにも独立して行えるため相互汚染が生じず、またピペットなどを用いないので、ピペットの介在で汚染が生じるなどの問題を解決することができる。また従来の方法では困難なほど微小な液滴についても、本発明の液滴形成アクチュエータによれば精度良く液滴形成を行うことができ、制御の精度を高めることができる。

次に、本発明のさらにまた別の態様について説明する。
本発明の液体アクチュエータは、例えば図５に示すような液体流通制御アクチュエータとすることができる。図５おいては、液体アクチュエータよりなる液体流通アクチュエータ５３を筒状流路に設置し、フローバルブとしたものである。図５（ａ）は筒状に構成した流路に泡５４ａを生じさせバルブを締めた状態を模式的に示す部分平断面図である。この状態でアクチュエータ５３の濡れ性制御面はホバード・ステートにされており、その前後の液体は排除され、液体の流通を遮断することができる。図５（ｂ）ではアクチュエータ５３の濡れ性制御面をピンド・ステートに変えた状態を模式的に断面図により示している。ここでは液体が該表面に引き込まれ、泡とパイプの結合が弱まり、泡５４ｂが流通方向５５に流れ出している。これによりバルブを開放させるものである。パイプ形状は、円筒、直方体形状のほか、一面が開放された形状、例えば溝形状でも良い。

隔壁５１はどのようなものでもよく、例えば、ガラス、樹脂、金属などがあり、隔壁としなくてもその材料に溝加工したものでよい。また液体流通制御アクチュエータ５３を設置する場所は特に限定されず、底部、壁面部、天井部など流路の形状などによって適宜定めることができる。
液体５２は、撥水層表面で制御する液体で説明したものと同様であり、好ましい範囲も同義である。流路のサイズに特に制限はないが、大きくすることも小さくすることも可能であり、例えば、ガラス基板に形成が容易なサイズ直径１０ｍｍ以下、あるいはマイクロケミカルの分野で多く利用されるサイズ直径１ｍｍ以下とすることができる。上述のアクチュエータおよび方法を用いることにより、少量の部品点数でバルブを構成することができる。
従来のフローバルブは機械的に流通を遮断するものであり、その構造は複雑でありコストのかかるものであり、微細化にも適していない。とくに微細化すると、流路の開閉の問題だけではなく、流路壁との表面張力により流通の制御に支障を生じる場合がある。本発明の液体流通制御アクチュエータによれば、これらの問題を解決し、優れたフローバルブとして用いることができる。

液体流通制御アクチュエータの別の例として、スリット流路としたものを図６に示す。図６（ａ）は流路に泡６４ａを生じさせバルブを締めた状態を模式的に示す部分平断面図である。この状態でアクチュエータ６３の濡れ性制御面はホバード・ステートにされ、液体の流通を遮断することができる。図６（ｂ）ではアクチュエータ６３の濡れ性制御面をピンド・ステートに変えた状態を模式的に平断面図により示している。ここでは液体６２が泡６４ｂとともに流通方向６５に流れ出している。この装置例では、壁部６１は基板などの基材であり、そこに流路が溝状に形成されている。流路の天井部（図面手前方向）は開放されていても、閉じられていてもよい。

本発明は、上述した液体アクチュエータ、液体移動制御アクチュエータ、液体流通制御アクチュエータ、液滴混合制御アクチュエータ、液体形成制御アクチュエータなどに限られず、例えば、撥水層上部の液体と気体の分布を制御する液体分布制御アクチュエータ、液体分布可変アクチュエータ、その液体の量を制御する液体アクチュエータなどの態様も好ましいものとして挙げられる（本発明において「アクチュエータ」とは物の動作や制御を行う装置をいい、ここで述べた液体アクチュエータを「液体制御装置」ということもある。）。液体分布の制御とは具体的には例えば、複数の液滴を一つの基板上に目的の分布で配置することであり、またその各々液滴の中心座標や量を独立して制御することが好ましい。そしてこれはレーザ加工や印刷技術を用いて液体アクチュエータの電極の形状を適切に配置することで実現される。また本発明の液体アクチュエータによれば、例えば、液量、液体の分布、表面の濡れ性、液体の流動性、液滴の形成過程およびその状態、液体の流通状態、液滴の混合状態などの情報を随時観察確認しながら、その情報に基づき電圧を調節し、条件を最適化する、フィードバック・システムとすることができ。

本発明の液体アクチュエータによれば、流体自体に直接エネルギーを付与するのでなく、バイステーブル機能（異なる濡れ性を持つ２つの状態を維持する間にエネルギーを必要としない機能）を利用するもので、多様な液体を用いることができる。また、ドレイン干渉の汚染（液体を排出する際に、異なる経路からの排液が混ざり、異なる経路の液体同士で汚染しあうこと）もなく精度の要求される用途にも好適に用いることができる。さらには、リバーシブル機能（異なる濡れ性を持つ２つの状態を可逆的に遷移できる機能）を有し、装置の操作において、部品の交換、加工状態の変更などの必要がなく、効率的な分析などの作業を可能とするものである。

本発明の液体アクチュエータによれば、それを用いた各種デバイスの小型化も可能である。このとき液体は微細化するほどその制御が困難となるが、本発明の液体アクチュエータはその問題も解決し、微細液滴の流動化、非流動化を可能とし、優れたアクチュエータ（例えば、高分子アクチュエータ）とすることができる。そのためマイクロケミカルの分野に広く用いることができ、例えば、マイクロＴＡＳ、マイクロリアクター、燃料電池の燃料供給、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、バイオチップ、ヘルスケアチップ、ＰＤＭＳチップ、バイオセンサ、Ｂｉｏ−ＭＥＭＳなどの制御素子として好適に利用することができる（米国特許出願公開第２００４／０１３４８５４号明細書、国際公開第ＷＯ０２／０６６９９２号パンフレット、米国特許出願公開第２００５／００６４４２３号明細書、国際公開第ＷＯ０３／０５７８７５号パンフレット、アール．ジェフリ（Ｒ．ＪＥＦＦＲＥＹ）ら，ネイチャー・マテリアルス（Ｎａｔｕｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ），Ｖｏｌ．４，２００５年１月，９８−１０２頁、エム．ジー．ポラック（Ｍ．Ｇ．Ｐｏｌｌａｋ）ら，アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ），Ｖｏｌ．７７，Ｎｏ．１１，２０００年９月，１７２５―１７２６頁、テイ．ビー．ジョーンズ（Ｔ．Ｂ．Ｊｏｎｅｓ）ら，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ），Ｖｏｌ．８９，Ｎｏ．２，２００１年１月，１４４１−１４４５頁等参照。）。

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
（実施例１）
図１−１に示した構成に従って、縦４０ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ１７８μｍのナフィオン１１７（商品名、含フッ素イオン交換膜、デュポン社製）の両面に白金を厚さ３μｍ程度になるように化学めっきして付与した。得られた複合材料を１６時間撥水剤（ＦＳ−１０１０：フロロテクノロジー社製）に含浸させた後、同撥水剤の乾燥と塗布とを５回繰り返し、多孔質の撥水層を形成した。
保水層には、縦４０ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ１００μｍのアクリル製の不織布を利用し、両面テープ（ＮＷ−Ｒ１５Ｓ：ニチバン社製）を用いて片側の電極部表面に固定した。さらに保水層を、縦５０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス板上にＳＵ接着剤（コニシ社製）により接着固定した。撥水層側の露出した電極部面、ならびにガラス板および保水層に穴（直径２ｍｍ）を開け、露出した電極部面に端子を接続し、電源（ＰＡ１０−３Ａ：ケンウッド社製）の正極および負極にそれぞれ接続して本発明の液体アクチュエータ（試験体１）とした。

液滴がない状態の試験体１において、撥水層側の電極の電圧が−２Ｖとなるよう電圧を３０秒間印加した。その後、撥水層表面にスポイトを用いて純水の液滴を形成した（液滴のサイズは直径約２ｍｍであった）。この液滴の乗った面を傾けて、液滴が転落する直前の前進角と後退角とを測定した。測定はビデオによる撮影を行った。この液滴の接触角ヒステリシスを測定した。結果、この液滴の接触角ヒステリシスは９０°以上であった。

液滴がない状態の試験体１において、撥水層側の電極の電圧が−４．５Ｖとなるよう電圧を３分間印加した。その後、撥水層表面にスポイトを用いて、試験例１と同じ溶液を用いて液滴を形成した。液滴のサイズは直径約２ｍｍであった。この液滴の接触角ヒステリシスは１０°以下であった。

液滴がない状態の試験体１において、撥水層側の電極の電圧が−２Ｖとなるよう電圧を３０秒間印加した。その後、撥水層表面にスポイトを用いて、試験例１と同じ溶液を用いて液滴（直径約２ｍｍ）を形成した。この液滴の接触角ヒステリシスは９０°以上であった。その後、撥水層側の電圧が４．５Ｖとなるよう印加する電圧を変更した。すると液滴と撥水層の界面から気体の発生することが確認され、十分な時間（１分間）経過後の液滴の接触角ヒステリシスは１０°以下になった。
この状態で撥水層表面に約１５°の傾きを与えると、液滴が転落した。接触角ヒステリシスの変化と転落とから、電圧の変化に応じてピンド・ステートからホバード・ステートへと遷移したことが分かる。

液滴がない状態の試験体１において、撥水層側の電極の電圧が４．５Ｖとなるよう電圧を３分間印加した。その後、撥水層表面にスポイトを用いて、試験例１と同じ溶液を用いて液滴（直径約２ｍｍ）を形成した。この液滴の接触角ヒステリシスは１０°以下であった。その後、撥水層側の電圧が−２Ｖとなるよう印加する電圧を変更した。十分な時間（１分間）経過後の液滴の接触角ヒステリシスは９０°以上になった。
接触角ヒステリシスの変化から、電圧の変化に応じてホバード・ステートからピンド・ステートへと遷移したことが分かる。

（実施例２）
実施例１で作製した試験体１を３つ組み合わせ、図３の構成に従って、中央の試験体の撥水層面を水平に配置し、その両端の試験体の撥水層面は２０°の傾きを与えて本発明の液滴混合アクチュエータ（試験体２）を作製する。両端の２つの撥水層面側について、電極が２Ｖとなるように電圧を２分間印加し、中央の撥水層両側の電極については、４．５Ｖになるよう電圧を２分間印加する。次いで、傾けた撥水層面の一方にスポイトを用いて、３％メタノール水溶液の液滴（直径２ｍｍ）を形成する。さらに他方の傾けた撥水層面にスポイトを用いて純水の液滴（直径２ｍｍ）を形成する。
その後、両端の傾きのある撥水層面の電極の電圧が４．５Ｖになるように印加電圧を変え、中央の試験体については、その撥水層両面の電極の電圧が２Ｖになるように印加電圧を変える。すると液滴は３分後に中央の試験体に転落し、２つの液滴は接触混合する。得られるメタノール混合溶液は均一な混合液となる。

（実施例３）
縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス板上に、縦５０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス板を配置し接着した。上面のガラス板の中央部に直径１０ｍｍの穴を開けた。この穴の部分に試験体１をガラス面と同じ高さとなるように取り付けて、本発明の液体形成制御アクチュエータ（試験体３）を作製した。
得られた試験体３を、温度２５℃、過飽和に調整された試験室内にいれ、撥水層表面側の電極が２Ｖになるよう１０分間電圧を印加した。すると撥水層表面に１μｌ以下の複数の液滴が分散して成長した。
その後、撥水層両側の電圧が４．５Ｖになるように電圧を変え、２分間電圧を印加した。すると撥水層表面の液滴は無くなった。

（実施例４）
以下のようにして本発明の液体流通制御アクチュエータ（試験体４）を作製した。縦４０ｍｍ、横１１５ｍｍ、厚さ１７８μｍのナフィオン１１７（商品名、デュポン社製）の両面に白金を厚さ３μｍ程度になるように化学めっきして付与した。得られた複合材料を１６時間撥水剤（ＦＳ−１０１０：フロロテクノロジー社製）に含浸させた後、同撥水剤の乾燥と塗布とを５回繰り返し、多孔質の撥水層を形成した。レーザ加工によって、表面電極の一部を消失させ、複合材料の中心部に直径１０ｍｍの電圧印加部を作製した。
さらに、得られた本発明の液体流通制御アクチュエータの上面に縦４０ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ５ｍｍのアクリル樹脂を二つ配置して、アクリル樹脂間に液体の流路を形成する。電圧印加部は液体の流路内に配置される。またこの流路の一端にナフィオン（商品名、デュポン社製）面に対して垂直にガラスパイプを配置し、流路への液体供給部を作成する。液体供給部に水を供給する前に、電圧印加部に−４．５Ｖの電圧を３分間印加する。この状態で液体供給部から水を供給する。水は液体供給部からアクリル樹脂間の流路に侵入し、電圧印加部において滞留する。ガラスパイプには高さ３ｃｍ程度の水が溜まる。その後、電圧印加部の電圧を２Ｖに変える。すると約３分後に撥水層上部の泡は押し流される。

（実施例５）
以下のようにして、図１−２に示すような、電極部を片側に配置した本発明の液体アクチュエータを作製した。縦４０ｍｍ、横１１５ｍｍ、厚さ１７８μｍのナフィオン１１７（商品名、デュポン社製）の片面に白金を厚さ３μｍ程度になるように化学めっきして付与した。具体的には、２つの水槽をナフィオン（商品名、デュポン社製）で分離した後、一方の水槽のみに還元液を注入し、他方を空気槽とすることで、片面のみに白金を付与した。このとき白金はナフィオン（商品名、デュポン社製）膜のほぼ全面に付与されていた。白金を付与した電極部について、その一部をガラスナイフを用いて直線状に削り、２つの電気的に離間した矩形の電極部を形成した（このとき、レーザを用いて電極部近傍のみを焼ききり、離間した電極部を形成してもよい。）。１方の電極部の大きさは、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍであった（以下、この電極部を電極部Ｉという。）他方の電極部の大きさは、縦２０ｍｍ、横５ｍｍであった（以下、この電極部を電極部ＩＩという。）。

電極部Ｉの上面に実施例１と同様にして撥水層を設けた。該電極部とは反対側のナフィオン（商品名、デュポン社製）膜面を基板上に取り付け固定した。電極部Ｉ及びＩＩにそれぞれ端子を取り付け、実施例１と同様にして電源を接続した（試験体５）。電極部Ｉ、ＩＩに印加する電圧を-１４V〜＋１４Vの範囲で変化させて調節することにより、電極部Ｉの撥水層表面の濡れ性を可逆的に変化させて制御した。

次いで、上記で作製した試験体５を、高加湿環境（湿度９５％の一定温度（６０℃）のチャンバーに挿入して、かつペルチェ温度装置を試験体の下に配置して試験体の温度を一定温度（２５℃）にして、撥水層上に液滴を凝集させた。電極部Ｉ、ＩＩに印加する電圧を-１４V〜＋１４Vの範囲で変化させて調節することにより、電極部Ｉの撥水層表面の液滴径を大きくしたり、そのままの大きさを維持したり、小さくしたりした。

産業上の利用の可能性

本発明の液体アクチュエータによれば、液滴の大きさを維持し、また可逆的にかつ自由にその大きさや形状を変化させることなどができる。すなわち、本発明の液体アクチュエータによれば、熱的な刺激や不純物を混入せずに、液滴を適切に制御（例えば、高湿度下で液滴を大きくしたり、小さくしたり、切り分けるなど）することが可能である。そのため本発明の液体アクチュエータは、薬品製造やバイオテクノロジー分野において、微小液滴の分析や微小液滴を用いた化学反応（微小液滴による化合物合成）に好適に用いることができる。

本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。

Claims (38)

1. 液体を保持する電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面上にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記撥水層を設けた電極部を含む複数の電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面の濡れ性を変化させることを特徴とする液体アクチュエータ。
2. 前記電解質層の両側にそれぞれ１つ以上の電極部を設け、その両側の電極部間に電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の液体アクチュエータ。
3. 前記電解質層の片側に互いに離間した２つ以上の電極部を設け、その片側で離間した電極部間に電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の液体アクチュエータ。
4. 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体内部の液体を前記撥水層表面に浸透滲出させて該構造体表面の濡れ性を高め、または前記撥水層表面の液体を構造体内部に浸透吸収して該構造体表面の濡れ性を低下させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
5. 前記電極部間に印加する電圧を調節して、該電極部周辺の液体を電気分解し気体を発生させ、該気体を前記撥水層表面に誘導して前記構造体表面の濡れ性を低下させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
6. 前記構造体の撥水層の表面の濡れ性を可逆的に変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
7. 前記電極部間に印加する電圧を−１．２２９〜１．２２９Ｖの範囲で調節することにより前記撥水層表面の液体滲出量もしくは液体吸収量を増減させ、または−１．２２９未満または１．２２９Ｖを超える電圧の範囲で調節することにより前記撥水層表面に誘導する気体量を増減させて前記構造体表面の濡れ性を変化させることを特徴とする請求項５または６記載の液体アクチュエータ。
8. 前記電解質が、有機電解質、無機電解質、またはそれらを組み合わせた電解質であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
9. 前記電解質が、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、および１級アミノ基からなる群から選ばれる少なくとも１つの基を有する高分子電解質であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
10. 前記撥水層が、パラフィン系撥水剤、フッ素系撥水剤、およびシリコン系撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも１つの撥水剤を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
11. 前記電極部が金、白金、銅、カーボン、またはそれらを組み合わせて形成した電極部であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
12. 前記電解質層を挟んで前記撥水層の反対側に保液層を設けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
13. 前記撥水層表面上に液滴を形成したときの液滴接触角を９０〜１５０°の範囲で変化させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の液体アクチュエータを用いた液体流通制御アクチュエータであって、その撥水層を液体流路内側に向けて設け、前記電極部間に印加する電圧の調節により、前記構造体表面の濡れ性を低下させて液体の侵入を妨げ前記流路中の液体流通を遮断し、前記構造体表面の濡れ性を高めて液体流通を開放することを特徴とする液体流通制御アクチュエータ。
15. 前記流路が筒状流路または溝形状流路であることを特徴とする請求項１４記載の液体流通制御アクチュエータ。
16. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の液体アクチュエータの複数を独立して設置し、前記構造体表面の濡れ性を設置した領域ごとに独立に変化させて、または
    前記液体アクチュエータの前記電極部を複数の領域に分割し、該複数の電極部表面上に撥水層を設け、該撥水層表面の濡れ性を分割した領域ごとに独立に変化させて、
    所望の領域に目的量の液体を凝集させることを特徴とする液体形成制御アクチュエータ。
17. 請求項１６記載の液体形成制アクチュエータの前記領域をそれぞれ独立して制御可能に配置したことを特徴とする液体分布制御アクチュエータ。
18. 請求項１６記載の液体形成制御アクチュエータを基板上に所定の配列で設置したことを特徴とする液体分布制御アクチュエータ。
19. 請求項１６記載の液体形成制御アクチュエータを用いて、所定の領域分布に液体を形成することを特徴とする液体分布制御アクチュエータ。
20. 液体を保持した電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面上にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記撥水層を設けた電極部を含む複数の電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面の液体量を変化させることを特徴とする液体アクチュエータ。
21. 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体内部の液体を前記撥水層表面に浸透滲出させて該構造体表面上の液量を増加させ、または前記撥水層表面上の液体を浸透吸収し該構造体表面上の液量を減少させることを特徴とする請求項２０記載の液体アクチュエータ。
22. 前記電極部間に印加する電圧を調節して、該電極部周辺の液体を電気分解し気体として揮散させ該構造体表面上の液量を減少させることを特徴とする請求項２０または２１記載の液体アクチュエータ。
23. 前記構造体表面上の液量の増減を可逆的に行うことを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
24. 前記電解質が、有機電解質、無機電解質、またはそれらを組み合わせた電解質であることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
25. 前記電解質が、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、および１級アミノ基からなる群から選ばれる少なくとも１つの基を有する高分子電解質であることを特徴とする請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
26. 前記撥水層が、パラフィン系撥水剤、フッ素系撥水剤、およびシリコン系撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも１つの撥水剤を含有することを特徴とする請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
27. 前記電極部が金、白金、銅、カーボン、またはそれらを組み合わせて形成した電極部であることを特徴とする請求項２０〜２６のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
28. 液体分を含む電解質層の両側もしくは片側に電気的に離間した２つ以上の電極部を設け、少なくとも１つの電極部外側表面にポーラス構造を有する撥水層を設けた構造体とし、前記撥水層を設けた電極部を含む複数の電極部間に電圧を印加し、該印加電圧を調節して前記構造体表面上に形成した液体の流動性を変化させることを特徴とする液体アクチュエータ。
29. 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記構造体中の液体分を前記撥水層表面に浸透滲出して前記構造体表面上に形成した液体を非流動化し、前記撥水層表面の液体分を浸透吸収して前記構造体表面上に形成した液体を流動化することを特徴とする請求項２８記載の液体アクチュエータ。
30. 前記電極部間に印加する電圧を調節して、前記電極部周辺の液体を電気分解して発生した気体を前記撥水層表面に誘導し、該気体の圧力により前記構造体表面上に形成した液体を押し上げ流動化することを特徴とする請求項２８または２９記載の液体アクチュエータ。
31. 前記液体流動性を可逆的に変化させることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
32. 前記電解質が、有機電解質、無機電解質、またはそれらを組み合わせた電解質であることを特徴とする請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
33. 前記電解質が、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、４級アンモニウム基、３級アミノ基、２級アミノ基、および１級アミノ基からなる群から選ばれる少なくとも１つの基を有する高分子電解質であることを特徴とする請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
34. 前記撥水層が、パラフィン系撥水剤、フッ素系撥水剤、およびシリコン系撥水剤からなる群から選ばれる少なくとも１つの撥水剤を含有することを特徴とする請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
35. 前記電極部が金、白金、銅、カーボン、またはそれらを組み合わせて形成した電極部であることを特徴とする請求項２８〜３４のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
36. 前記撥水層表面に液滴を形成したときの液滴接触角を９０〜１５０°の範囲で変化させて液体流動性を制御することを特徴とする請求項２８〜３５のいずれか１項に記載の液体アクチュエータ。
37. 請求項２８〜３６のいずれか１項に記載の液体アクチュエータを用いた液滴混合アクチュエータであって、電圧の印加により前記構造体表面上で非流動化した複数の液滴を、電圧の調節により流動化して、互いを接触混合させることを特徴とする液滴混合アクチュエータ。
38. 前記液滴が装置外部から供給形成された液滴であることを特徴とする請求項３７記載の液滴混合アクチュエータ。

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