JP5306134B2 - Liquid feeding device - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁基板に形成された流路内の液体を電気浸透流によって送液する送液装置であって、液体と、その液体に接する誘電体との間に生じる電気浸透流の現象を送液機構として利用した送液装置に関する。   The present invention is a liquid feeding device for feeding a liquid in a flow path formed on an insulating substrate by an electroosmotic flow, and an electroosmotic flow phenomenon generated between the liquid and a dielectric in contact with the liquid. The present invention relates to a liquid feeding device used as a liquid feeding mechanism.

化学技術やバイオ技術の分野では、試薬に対する反応や試料の分析等を微小な領域で行なうための研究が行なわれており、MEMS(Micro Electro Mechanical System:微小電気機械システム)技術を用いて化学反応や生化学反応、試料の分析等のシステムを小型化したマイクロ化学システムが研究開発されている。   In the field of chemical technology and biotechnology, research is being conducted to perform reaction to reagents and analysis of samples in a minute area, and chemical reaction using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. Research and development of microchemical systems that have miniaturized systems such as biochemical reaction and sample analysis are underway.

マイクロ化学システムにおける反応や分析は、マイクロ流路,マイクロポンプおよびマイクロリアクタ等が形成されたマイクロ化学チップと呼ばれる1つのチップを用いて行なわれる。例えば、シリコン,ガラスまたは樹脂から成る1つの基体に、試料や試薬等の流体(水等の液体に溶質が混合したもの等)を供給するための供給口と、処理後の流体を導出するための採取口とを形成し、この供給口と採取口とを断面積が微小なマイクロ流路で接続し、マイクロ流路の適当な位置に送液のための送液装置を配置したマイクロ化学チップが提案されている(例えば、特許文献1,2を参照。)。   Reactions and analyzes in a microchemical system are performed using a single chip called a microchemical chip on which a microchannel, a micropump, a microreactor, and the like are formed. For example, a supply port for supplying a fluid such as a sample or a reagent (a mixture of a solute in a liquid such as water) to a single substrate made of silicon, glass, or resin, and for deriving the processed fluid A microchemical chip in which a feeding port and a sampling port are connected by a microchannel having a small cross-sectional area, and a liquid feeding device is disposed at an appropriate position in the microchannel Has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

送液装置として、従来は、特許文献1,2に提案されているような圧電型等の送液装置の機械的な往復運動を利用したものが主に採用されていたが、近年では、より精度よく反応や分析を行なうため、複数の物質を含む超微少量の流体を一定流量で、より精度よく送液することが必要となってきていることから、電気浸透流ポンプが注目されている。   Conventionally, as a liquid feeding device, a device using a mechanical reciprocating motion of a liquid feeding device such as a piezoelectric type as proposed in Patent Documents 1 and 2 has been mainly employed. Electroosmotic pumps are attracting attention because it is necessary to deliver a very small amount of fluid containing multiple substances at a constant flow rate with higher accuracy in order to perform reactions and analysis with high accuracy. .

電気浸透流ポンプは、圧電型等の機械的な往復運動を利用した送液装置で必要とされる逆止弁を必要としないために、ポンプの構造が単純であり小型化が可能になるとともに、逆止弁が動作する際に生じる液体の脈動が発生しないため、安定した流量で送液することが可能になる。さらに、電気浸透流ポンプは、送液機構の役割を果たす電気浸透材の微小流路壁面と液体との界面で発生する電気二重層に外部電界が加わり、電気二重層の電荷が移動することによって送液することが可能になることから、液体と電気浸透材の多孔質体の微小流路壁面との摩擦によって生じる流速分布が発生しないために、超微少量の液体を一定流量で精度よく送液することが可能となる。   Since the electroosmotic pump does not require a check valve that is required for a liquid feeding device using a mechanical reciprocating motion such as a piezoelectric type, the structure of the pump is simple and the size can be reduced. Since the pulsation of the liquid generated when the check valve operates does not occur, the liquid can be fed at a stable flow rate. Furthermore, the electroosmotic flow pump has an external electric field applied to the electric double layer generated at the interface between the liquid micro-channel wall of the electroosmotic material that plays the role of the liquid feeding mechanism and the electric charge of the electric double layer moves. Since it is possible to send liquid, there is no flow velocity distribution caused by friction between the liquid and the micro flow path wall of the porous body of electroosmotic material. It becomes possible to liquid.

しかしながら、電気浸透流ポンプにおいては、電極に対して液体中に浸漬した状態で電圧を印加するため、液体中の水分が電気分解によって正電極と負電極とにそれぞれ発生した酸素と水素とが気泡となり、その気泡が安定した送液を阻害するという問題があった。   However, in an electroosmotic pump, since a voltage is applied to the electrode while immersed in a liquid, oxygen and hydrogen generated in the positive electrode and the negative electrode due to electrolysis of water in the liquid are bubbles. Thus, there is a problem that the bubbles inhibit stable liquid feeding.

この問題に対して、例えば、気泡が混ざっている液体を誘導部材により流路の所定の箇所に収集し、液体透過膜と気体透過膜とを通過させることで気体と液体を分離して、液体のみを下流の流路に送液するという方法が提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。   To solve this problem, for example, the liquid in which bubbles are mixed is collected at a predetermined location of the flow path by the guide member, and the gas and the liquid are separated by passing through the liquid permeable film and the gas permeable film. A method has been proposed in which only the liquid is fed to the downstream flow path (see, for example, Patent Document 3).

特開2002−214241号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-214241 特開2002−233792号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-233792 特開2008−223627号公報JP 2008-223627 A

しかしながら、特許文献3に開示されたような電気浸透流ポンプでは、ポンプ部に続く流路中に気泡の誘導部材を設置する必要があり、誘導部材の大きさの分だけポンプ部に続く流路が大きくなってしまうため、小型化に対応することが困難となるという課題があった。また、流路中に誘導部材を設置することで物理的に送液が阻害されてしまうこととなり、送液効率が悪くなるため、一定流量の送液が完了するのに時間がかかったり、また送液するために必要な電力が増加するために、分析コストが増加してしまったりするという問題点があった。   However, in the electroosmotic flow pump as disclosed in Patent Document 3, it is necessary to install a bubble guide member in the flow path following the pump section, and the flow path following the pump section by the size of the guide member. However, there is a problem that it is difficult to cope with downsizing. In addition, the introduction of the guiding member in the flow path physically impedes liquid feeding, and the liquid feeding efficiency deteriorates, so that it takes time to complete the liquid feeding at a constant flow rate. There is a problem that the analysis cost increases due to an increase in electric power required for liquid feeding.

本発明はこのような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、送液する液体中に混入した気泡を効率よく除去することができ、安定した送液を行なうことが可能な送液装置を提供することにある。   The present invention has been devised to solve such problems in the prior art, and the object thereof is to efficiently remove bubbles mixed in the liquid to be fed, and stable liquid feeding. An object of the present invention is to provide a liquid feeding device capable of performing the above.

本発明の送液装置は、絶縁基板に形成された水溶液が流れる流路の途中に、シリカを主成分とする多孔質体からなる電気浸透材の上流側に第1電極および下流側に第2電極が対向するように設けられた電気浸透流ポンプが設けられているとともに、該電気浸透流ポンプに隣接して、前記第1電極および前記第2電極が対向しておらず前記水溶液が満たされている空間が設けられており、前記電気浸透材から遠い位置にあり前記電気浸透材に対向している、前記空間の前記流路の流れ方向に平行な内壁面に、前記空間内の前記水溶液を加熱するヒータが設けられ、該ヒータは、前記内壁面の前記第2電極に近い側に位置するように設けられていることを特徴とするものである。
In the liquid delivery device of the present invention, the first electrode on the upstream side of the electroosmotic material composed of a porous body mainly composed of silica and the second on the downstream side of the flow path through which the aqueous solution formed on the insulating substrate flows. An electroosmotic pump provided so that the electrodes face each other is provided, and the first electrode and the second electrode are not opposed to each other and are filled with the aqueous solution adjacent to the electroosmotic pump. and has space is provided, wherein there from electroosmotic member at a position far opposed to the electroosmotic member, the inner wall surface parallel to the flow direction of the flow path before Symbol space, before Symbol space A heater for heating the aqueous solution is provided , and the heater is provided so as to be located on a side closer to the second electrode of the inner wall surface .

また、本発明の送液装置は、上記構成において、前記電気浸透材は、前記第1電極と前記第2電極とが対向する対向空間内に収まっていることを特徴とするものである。   Moreover, the liquid feeding device of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the electroosmotic material is housed in a facing space where the first electrode and the second electrode face each other.

また、本発明の送液装置は、上記構成において、前記ヒータは、前記内壁面のうち前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方に近い側に設けられていることを特徴とするものである。   The liquid delivery device of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the heater is provided on a side closer to at least one of the first electrode and the second electrode in the inner wall surface. is there.

また、本発明の送液装置は、上記構成において、前記空間は、前記水溶液を露出させる開口を有することを特徴とするものである。   Moreover, the liquid feeding device of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the space has an opening for exposing the aqueous solution.

本発明の送液装置によれば、電気浸透流ポンプに隣接して、第1電極および第2電極が対向しておらず水溶液が満たされている空間が設けられており、この空間の流路の流れ方向に沿った内壁面に、またはこの内壁面に近接した絶縁基板内に、空間内の水溶液を加熱するヒータが設けられている。このヒータによって空間中の水溶液を加熱することによって、空間内の水溶液の液温度が上昇し、この空間内の液温度と電気浸透流ポンプの第1電極および第2電極近傍の液温度との間で温度勾配が生じる。そして、液体の表面張力は温度が上昇すると低下するので、この温度勾配によって気液界面に表面張力勾配が生じるため、気液界面に沿って電気浸透流ポンプの第1電極および第2電極から隣接する空間内に向かって対流が生じ、この対流によって、電気浸透流ポンプの第1電極および第2電極で発生した気泡が隣接する空間内に収集されることとなるので、水溶液から気泡を分離して下流側の流路に送ることができ、電気浸透流ポンプよりも下流域の流路に気泡が送液されることを抑制することができる。電気浸透流ポンプの第1電極および第2電極で発生する気泡は極微小であるため、従来の技術におけるような誘導装置では効率よく収集することは困難であるが、本発明の液送装置によれば、水溶液中の気泡を容易に収集することが可能となる。   According to the liquid feeding device of the present invention, the space where the first electrode and the second electrode are not opposed to each other and the aqueous solution is filled is provided adjacent to the electroosmotic flow pump. A heater for heating the aqueous solution in the space is provided on the inner wall surface along the flow direction or in the insulating substrate adjacent to the inner wall surface. By heating the aqueous solution in the space with this heater, the liquid temperature of the aqueous solution in the space rises, and between the liquid temperature in this space and the liquid temperature in the vicinity of the first electrode and the second electrode of the electroosmotic flow pump. Produces a temperature gradient. Since the surface tension of the liquid decreases as the temperature rises, this temperature gradient causes a surface tension gradient at the gas-liquid interface, so that it is adjacent to the first electrode and the second electrode of the electroosmotic flow pump along the gas-liquid interface. Convection occurs in the space where the gas flows, and bubbles generated in the first electrode and the second electrode of the electroosmotic flow pump are collected in the adjacent spaces by this convection, so that the bubbles are separated from the aqueous solution. Therefore, it is possible to prevent the bubbles from being sent to the flow path in the downstream region of the electroosmotic flow pump. Since the bubbles generated at the first electrode and the second electrode of the electroosmotic pump are extremely small, it is difficult to efficiently collect them with the induction device as in the prior art. According to this, bubbles in the aqueous solution can be easily collected.

また、本発明の送液装置によれば、流路中に従来の技術におけるような気泡の誘導部材を必要としないため、小型化に対応でき、かつ誘導装置によって物理的に送液が阻害されることがないため、良好な送液効率を維持することができることから、より低コストに対応した送液装置を提供することが可能となる。   In addition, according to the liquid feeding device of the present invention, since no bubble guide member is required in the flow path as in the prior art, it is possible to cope with downsizing and the liquid feeding is physically hindered by the guidance device. Since the liquid feeding efficiency can be maintained, it is possible to provide a liquid feeding device corresponding to a lower cost.

また、本発明の送液装置によれば、電気浸透材が、第1電極と第2電極とが対向する対向空間内に収まっているときには、第1電極と第2電極との対向空間内での電界密度が一定となることから、電界密度により水溶液の流速を変化させることなく一定とすることができるため、電気浸透流ポンプの第1電極および第2電極の表面に発生する気泡の発生頻度が一定になり、隣接する空間内で効率よく気泡を収集することが可能となる。   Further, according to the liquid delivery device of the present invention, when the electroosmotic material is accommodated in the facing space where the first electrode and the second electrode face each other, in the facing space between the first electrode and the second electrode. Since the electric field density is constant, the electric field density can be made constant without changing the flow rate of the aqueous solution. Therefore, the frequency of occurrence of bubbles generated on the surfaces of the first electrode and the second electrode of the electroosmotic pump Becomes constant, and bubbles can be efficiently collected in the adjacent space.

また、本発明の送液装置によれば、ヒータが、空間の流路の流れ方向に沿った内壁面のうち第1電極および第2電極の少なくとも一方に近い側に設けられているときには、第1電極および第2電極で発生する気泡の量が異なる場合に、気泡が発生する量が多い方の電極に近い側にヒータを設けることで、気泡を効率よく収集することができるようになる。   Further, according to the liquid delivery device of the present invention, when the heater is provided on the side closer to at least one of the first electrode and the second electrode on the inner wall surface along the flow direction of the flow path of the space, When the amount of bubbles generated in the first electrode and the second electrode is different, it is possible to efficiently collect bubbles by providing a heater on the side closer to the electrode that generates more bubbles.

また、本発明の送液装置によれば、空間が、水溶液を露出させる開口を有するときには、この開口を通して空間内に収集した気泡を液体内から大気中に放出して除去することが可能となり、連続して安定に気泡を除去することが可能となる。   Further, according to the liquid delivery device of the present invention, when the space has an opening for exposing the aqueous solution, it is possible to remove the bubbles collected in the space through the opening by releasing them from the liquid into the atmosphere, It is possible to remove bubbles continuously and stably.

本発明の送液装置の実施の形態の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of embodiment of the liquid feeding apparatus of this invention. (a)は本発明の送液装置の実施の形態の一例を表す平面図であり、(b)は(a)のI−I断面における断面構成を示す部分断面図である。(A) is a top view showing an example of embodiment of the liquid feeding apparatus of this invention, (b) is a fragmentary sectional view which shows the cross-sectional structure in the II cross section of (a). 本発明の送液装置の製造方法の一例を模式的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows typically an example of the manufacturing method of the liquid feeding apparatus of this invention.

以下、本発明の送液装置の実施の形態の例について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, examples of embodiments of the liquid delivery device of the present invention will be described with reference to the drawings.

ただし、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施の形態の一例における構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明の送液装置は、各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。   However, in the drawings referred to below, for the convenience of explanation, among the constituent members in an example of the embodiment of the present invention, only the main members necessary for explaining the present invention are shown in a simplified manner. Therefore, the liquid delivery device of the present invention can include arbitrary constituent members not shown in the drawings. Moreover, the dimension of the structural member in each figure does not faithfully represent the actual dimension of the structural member, the dimensional ratio of each structural member, or the like.

図1は、本発明の送液装置の実施の形態の一例である液送装置11の一例を示す平面図である。図2は、図1に示した電気浸透流ポンプ16を拡大して示すものであり、(a)は電気浸透流ポンプ16の平面図であり、(b)は図2(a)中のI−I断面図である。図1に示すように、本例の液送装置11は、絶縁基板12,供給部13,流路14,採取部15および電気浸透流ポンプ16(後述する第1電極26,第2電極27およびヒータ28等を備える。)を備えている。   FIG. 1 is a plan view showing an example of a liquid feeding device 11 which is an example of an embodiment of a liquid feeding device of the present invention. 2 is an enlarged view of the electroosmotic flow pump 16 shown in FIG. 1, (a) is a plan view of the electroosmotic flow pump 16, and (b) is an I in FIG. 2 (a). It is -I sectional drawing. As shown in FIG. 1, the liquid feeding device 11 of this example includes an insulating substrate 12, a supply unit 13, a flow path 14, a sampling unit 15, and an electroosmotic flow pump 16 (first electrode 26, second electrode 27 and A heater 28 and the like).

ここで、本例の液送装置11は、例えば、血液,唾液または尿等の体液中のウイルスまたは細菌等の生体材料の検査に用いることができる。また、本例の液送装置11は、例えば、細菌と薬液との反応実験、あるいは血液鑑定、あるいは遺伝子の薬液による分離抽出や分解、あるいは複数の薬液の混合等にも用いることができ、これら以外の用途に用いることもできる。   Here, the liquid feeding device 11 of the present example can be used, for example, for testing biological materials such as viruses or bacteria in body fluids such as blood, saliva, or urine. Further, the liquid delivery device 11 of this example can be used for, for example, a reaction experiment between bacteria and a chemical solution, blood identification, separation extraction or decomposition with a chemical solution of a gene, mixing of a plurality of chemical solutions, etc. It can also be used for other purposes.

絶縁基板12は、複数の絶縁層が積層されて構成されている。ここで、絶縁基板12は、セラミックス,シリコンまたはガラス等の絶縁性材料からなるが、中でもセラミックスからなるのが好ましい。絶縁基板12がセラミックスからなる場合には、水溶液中に含ませて流路14に送液する生体材料との適合性が良好になるとともに、耐薬品性等にも優れるからである。絶縁基板12に用いられるセラミックスは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体,窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,炭化珪素質焼結体,窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等である。   The insulating substrate 12 is configured by laminating a plurality of insulating layers. Here, the insulating substrate 12 is made of an insulating material such as ceramics, silicon, or glass, but is preferably made of ceramics. This is because when the insulating substrate 12 is made of ceramics, the compatibility with the biomaterial contained in the aqueous solution and fed to the flow path 14 is improved, and the chemical resistance and the like are also excellent. The ceramic used for the insulating substrate 12 is, for example, an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, a silicon nitride sintered body, or a glass ceramic sintered body. Etc.

なお、絶縁基板12は、必ずしも複数の絶縁層から構成されている必要はなく、1つの絶縁層から構成されていてもよい。ただし、絶縁基板12に後述する電気浸透流ポンプ16を設けるためには、製造容易性の観点から、絶縁基板12は複数の絶縁層から構成されているのが好ましい。   The insulating substrate 12 does not necessarily need to be composed of a plurality of insulating layers, and may be composed of one insulating layer. However, in order to provide the electroosmotic pump 16 described later on the insulating substrate 12, the insulating substrate 12 is preferably composed of a plurality of insulating layers from the viewpoint of ease of manufacture.

流路14への水溶液の供給部13は、絶縁基板12に形成されており、水溶液を流路14に供給するための役割を担う部材である。本例においては、供給部13は、第1供給部13aと第2供給部13bとを含む。第1供給部13aおよび第2供給部13bは、水溶液を外部から流路14に供給できるように、絶縁基板12に表面から流路14までの貫通孔を形成することによって設けられる。   The aqueous solution supply unit 13 to the flow path 14 is formed on the insulating substrate 12, and is a member that plays a role in supplying the aqueous solution to the flow path 14. In the present example, the supply unit 13 includes a first supply unit 13a and a second supply unit 13b. The first supply part 13a and the second supply part 13b are provided by forming a through hole from the surface to the flow path 14 in the insulating substrate 12 so that the aqueous solution can be supplied to the flow path 14 from the outside.

流路14は、絶縁基板12に形成されており、供給部13から供給された水溶液が流れるための役割を担う部材である。本例においては、流路14は、絶縁基板12の表層のみならず、内層にも形成されている。   The flow path 14 is a member that is formed in the insulating substrate 12 and plays a role for the aqueous solution supplied from the supply unit 13 to flow. In this example, the flow path 14 is formed not only on the surface layer of the insulating substrate 12 but also on the inner layer.

合流部Cは、第1供給部13aから供給された水溶液と、第2供給部13bから供給された水溶液とが合流する箇所である。また、処理部Pは、合流部Cによって合流された水溶液を、例えば、図示しないヒータ等によって加熱処理する箇所である。すなわち、合流部Cによって合流された水溶液を加熱処理することによって、第1供給部13aから供給された水溶液と第2供給部13bから供給された水溶液との化学反応を促進することができる。   The junction C is a location where the aqueous solution supplied from the first supply unit 13a and the aqueous solution supplied from the second supply unit 13b merge. Moreover, the process part P is a location which heat-processes the aqueous solution joined by the junction part C with the heater etc. which are not shown in figure, for example. In other words, by subjecting the aqueous solution joined by the joining part C to heat treatment, the chemical reaction between the aqueous solution supplied from the first supply part 13a and the aqueous solution supplied from the second supply part 13b can be promoted.

採取部15は、絶縁基板12に形成されており、例えば、処理部Pによって処理された水溶液中の反応性物質を採取するための役割を担う部材である。本例においては、採取部15は、水溶液中の反応性物質を外部へ採り出すことができるように、絶縁基板12に流路14から表面に至る貫通孔を形成することによって実現される。   The collection unit 15 is formed on the insulating substrate 12 and is a member that plays a role for collecting a reactive substance in an aqueous solution processed by the processing unit P, for example. In this example, the collection unit 15 is realized by forming a through-hole extending from the flow path 14 to the surface of the insulating substrate 12 so that the reactive substance in the aqueous solution can be extracted to the outside.

電気浸透流ポンプ16は、絶縁基板12に供給部13から処理部Pへと水溶液を送液するための流路14に形成されており、電気浸透流ポンプ16に形成される第1電極26と第2電極27に、図示しない電源装置を用いて所定の電圧を印加することにより、電気浸透流ポンプ16に対して電圧を供給することができる。   The electroosmotic pump 16 is formed in the flow path 14 for sending an aqueous solution to the insulating substrate 12 from the supply unit 13 to the processing unit P, and the first electrode 26 formed in the electroosmotic pump 16 A voltage can be supplied to the electroosmotic pump 16 by applying a predetermined voltage to the second electrode 27 using a power supply device (not shown).

電気浸透流ポンプ16における第1電極26および第2電極27は、電気浸透流ポンプ16が形成された穴22の内壁面のうち、流路14の流れ方向に対して直交する壁面に互いに対向するように形成されている。   The first electrode 26 and the second electrode 27 in the electroosmotic flow pump 16 are opposed to the wall surface orthogonal to the flow direction of the flow path 14 among the inner wall surfaces of the hole 22 in which the electroosmotic flow pump 16 is formed. It is formed as follows.

空間25は、電気浸透流ポンプ16に隣接して、第1電極26および第2電極27が対向していないで形成されていて、かつ水溶液で満たされている。   The space 25 is formed adjacent to the electroosmotic pump 16 without the first electrode 26 and the second electrode 27 facing each other, and is filled with an aqueous solution.

ヒータ28は、空間25の流路14の流れに方向に沿った内壁面29に、または流れ方向に沿った内壁面29に近接した絶縁基板12内に形成され、空間25内の水溶液を加熱する。   The heater 28 is formed in the inner wall surface 29 along the direction of the flow of the flow path 14 in the space 25 or in the insulating substrate 12 adjacent to the inner wall surface 29 along the flow direction, and heats the aqueous solution in the space 25. .

空間25は、空間25内に満たされている水溶液に、ヒータ28によって収集された気泡(図示せず)を大気中に開放するために、大気中に露出する開口30を有することが好ましい。例えば、電気浸透流ポンプ16の部位に蓋体(図示せず)を設置する場合は、空間25までを全て覆うような蓋体を設置して、空間25上に位置する部位に開口30を設ける。   The space 25 preferably has an opening 30 exposed to the atmosphere in order to open bubbles (not shown) collected by the heater 28 to the atmosphere in the aqueous solution filled in the space 25. For example, when a lid (not shown) is installed at the site of the electroosmotic flow pump 16, a lid that covers all of the space 25 is installed, and an opening 30 is provided at the site located on the space 25. .

ここで、ヒータ28を加熱することにより、空間25内の水溶液の液温度が上昇し、空間25内の液温度と電気浸透流ポンプ16の第1および第2電極26,27近傍の液温度との間で温度勾配が生じる。液体の表面張力は温度が上昇すると低下するので、この温度勾配によって気液界面に表面張力勾配が生じるため、気液界面に沿って電気浸透流ポンプ16の第1および第2電極26,27から空間25に向かって水溶液の対流が生じ、この対流によって電気浸透流ポンプ16の第1および第2電極26,27で発生した気泡が空間25に収集されることから、電気浸透流ポンプ16よりも下流域の流路14に気泡が送液されることを抑制することができる。電気浸透流ポンプ16の第1および第2電極26,27で発生する気泡は極微小であるため、従来の技術におけるような誘導部材を用いると効率よく収集することは困難であるが、本発明の液送装置によれば、水溶液中の極微小な気泡を容易に収集することが可能となる。また、従来の技術におけるような気泡の誘導部材を必要としないため、小型化に対応でき、かつ誘導部材によって送液が阻害されることがないため、良好な送液効率を維持することができることから、より低コストに対応した送液装置を作製することが可能となる。   Here, by heating the heater 28, the liquid temperature of the aqueous solution in the space 25 rises, and the liquid temperature in the space 25 and the liquid temperatures in the vicinity of the first and second electrodes 26 and 27 of the electroosmotic pump 16 A temperature gradient occurs between the two. Since the surface tension of the liquid decreases as the temperature rises, a surface tension gradient is generated at the gas-liquid interface due to this temperature gradient, so that the first and second electrodes 26 and 27 of the electroosmotic flow pump 16 move along the gas-liquid interface. Convection of the aqueous solution occurs toward the space 25, and bubbles generated in the first and second electrodes 26 and 27 of the electroosmotic flow pump 16 are collected in the space 25 by this convection. It is possible to prevent bubbles from being sent to the flow path 14 in the downstream area. Since the bubbles generated at the first and second electrodes 26 and 27 of the electroosmotic flow pump 16 are extremely small, it is difficult to efficiently collect them by using an induction member as in the prior art. According to this liquid feeding device, it is possible to easily collect extremely fine bubbles in the aqueous solution. In addition, since a bubble guiding member as in the prior art is not required, it is possible to cope with downsizing, and liquid feeding is not hindered by the guiding member, so that good liquid feeding efficiency can be maintained. Therefore, it is possible to manufacture a liquid feeding device corresponding to a lower cost.

ヒータ28の加熱温度は、電気浸透流ポンプ16内から空間25内にかけて水溶液に表面張力勾配による対流が発生し、効率よく気泡を収集できる温度範囲に設定することが必要となる。例えば、水溶液として血液を送液する場合であれば、50〜80℃の範囲で設定することが好ましい。50℃より低い温度であれば、温度勾配を発生させることが困難であるため、効率よく気泡を空間25に誘導することが困難となる。他方、80℃より高い温度であれば、血液中の水分の沸騰により発生した気泡によって対流が阻害されたりする。   The heating temperature of the heater 28 needs to be set in a temperature range in which convection due to the surface tension gradient occurs in the aqueous solution from the electroosmotic flow pump 16 to the space 25, and bubbles can be collected efficiently. For example, when blood is fed as an aqueous solution, it is preferably set in the range of 50 to 80 ° C. If the temperature is lower than 50 ° C., it is difficult to generate a temperature gradient, and thus it is difficult to efficiently introduce bubbles into the space 25. On the other hand, if the temperature is higher than 80 ° C., convection is inhibited by bubbles generated by boiling of water in the blood.

空間25の体積は、電気浸透流ポンプ16および空間25が形成される穴22の全体積に対して10〜30%に設定することが好ましい。空間25の体積は、穴22に占める電気浸透材21の体積を変更することで可変させればよい。空間25の体積が10%より小さいと、気泡を収集する空間が狭く、効率よく気泡を収集することが困難となるので、好ましくない。また空間25の体積が30%より大きいと、電気浸透材21の体積が小さくなることとなり、電気浸透による送液効果が小さくなるため、好ましくない。   The volume of the space 25 is preferably set to 10 to 30% with respect to the total volume of the electroosmotic pump 16 and the hole 22 in which the space 25 is formed. The volume of the space 25 may be varied by changing the volume of the electroosmotic material 21 occupying the hole 22. If the volume of the space 25 is smaller than 10%, it is not preferable because the space for collecting bubbles is narrow and it is difficult to efficiently collect bubbles. On the other hand, if the volume of the space 25 is larger than 30%, the volume of the electroosmotic material 21 becomes small, and the liquid feeding effect by electroosmosis becomes small, which is not preferable.

また、電気浸透材21は、第1電極26と第2電極27とが対向する対向空間内に収まっていることが好ましい。これにより、第1電極26と第2電極27との対向空間内は電界密度が一定となることから、電界密度により水溶液の流速が変化することなく一定となるため、第1および第2電極26,27の表面に発生する気泡の発生頻度が一定になり、それら気泡を効率よく収集することが可能となる。   In addition, the electroosmotic material 21 is preferably contained in a facing space where the first electrode 26 and the second electrode 27 face each other. Thereby, since the electric field density is constant in the space between the first electrode 26 and the second electrode 27, the flow rate of the aqueous solution does not change due to the electric field density, so the first and second electrodes 26 , 27, the frequency of bubbles generated on the surface becomes constant, and the bubbles can be collected efficiently.

電気浸透材21の材料は、ゼータ電位が高く、電気浸透現象における送液効率が高いシリカの多孔質体が好ましく、平均気孔径が20〜50μmであり、気孔の開口率が50%より大きいことが好ましい。気孔径が20μmより小さいか、または気孔の開口率が50%より小さいと、気孔内の圧力損失が高くなり、送液量が少なくなって送液効率が悪くなる傾向にある。また、気孔径が50μmより大きくなると、電気浸透現象の効果が小さくなり、送液効率が悪くなる傾向にある。   The material of the electroosmotic material 21 is preferably a silica porous body having a high zeta potential and high liquid feeding efficiency in the electroosmosis phenomenon, an average pore diameter of 20 to 50 μm, and a pore opening ratio of more than 50%. Is preferred. If the pore diameter is smaller than 20 μm or the pore opening ratio is smaller than 50%, the pressure loss in the pores is increased, the liquid feeding amount is decreased, and the liquid feeding efficiency tends to be deteriorated. On the other hand, when the pore diameter is larger than 50 μm, the effect of the electroosmosis phenomenon is reduced, and the liquid feeding efficiency tends to deteriorate.

なお、電気浸透材21の材料としては、シリカの他にも、アルミナ,ジルコニア,チタニア等が使用可能である。これらの材料は、他の金属材料あるいは有機材料等と比較すると、ゼータ電位が比較的高く、水溶液との界面に電気二重層を作りやすい材料であるためである。   As the material of the electroosmotic material 21, alumina, zirconia, titania or the like can be used in addition to silica. This is because these materials have a relatively high zeta potential as compared with other metal materials or organic materials, and can easily form an electric double layer at the interface with an aqueous solution.

電気浸透材21の配置は、第1および第2電極26,27の表面で発生した気泡をヒータ28へと誘導するための経路を確保するために、電気浸透材21と第1および第2電極26,27との間に500〜2000μm程度の隙間を設けることが好ましい。電気浸透材21と第1および第2電極26,27との間の隙間が500μmより小さいと、気泡の経路を充分確保することができず、気孔を効率よく収集することが困難となるので好ましくない。他方、電気浸透材21と第1および第2電極26,27との間の隙間が2000μmより大きいと、第1および第2電極26,27間の電極間距離が大きくなることで、電界密度が小さくなるため、電気浸透現象の効果が小さくなって送液効率も悪くなる傾向にあるので好ましくない。   The arrangement of the electroosmotic material 21 is such that the electroosmotic material 21 and the first and second electrodes are secured in order to secure a path for guiding bubbles generated on the surfaces of the first and second electrodes 26 and 27 to the heater 28. It is preferable to provide a gap of about 500 to 2000 μm between 26 and 27. If the gap between the electroosmotic material 21 and the first and second electrodes 26 and 27 is smaller than 500 μm, it is not possible to secure a sufficient bubble path and it is difficult to efficiently collect pores. Absent. On the other hand, when the gap between the electroosmotic material 21 and the first and second electrodes 26 and 27 is larger than 2000 μm, the distance between the first and second electrodes 26 and 27 increases, so that the electric field density is reduced. Since it becomes small, the effect of the electroosmosis phenomenon becomes small and the liquid feeding efficiency tends to deteriorate, which is not preferable.

また、ヒータ28は、内壁面21のうち第1電極26および第2電極27の少なくとも一方に近い側に、好ましくは下流側の電極に近い側に設けられているのがよい。この場合には、第1電極26と第2電極27とで発生する気泡の量が異なるため、気泡が発生する量が多い側の電極、通常は下流側の電極に近い側に設けることで、下流側の電極で発生する気泡をより効果的に収集し、電気浸透流ポンプ16よりも下流域の流路14に流れる気泡の発生を抑制することが可能となり、好ましい。   The heater 28 may be provided on the inner wall surface 21 on the side close to at least one of the first electrode 26 and the second electrode 27, preferably on the side close to the downstream electrode. In this case, since the amount of bubbles generated between the first electrode 26 and the second electrode 27 is different, by providing the electrode on the side where the amount of bubbles is large, usually on the side closer to the downstream electrode, It is preferable because air bubbles generated at the downstream electrode can be collected more effectively, and generation of air bubbles flowing in the flow path 14 in the downstream region than the electroosmotic flow pump 16 can be suppressed.

次に、図3を用いて、本発明の液送装置の製造方法の実施の形態の例について、説明する。   Next, an example of an embodiment of a method for manufacturing a liquid feeding device according to the present invention will be described with reference to FIG.

まず、原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を混合し、必要に応じて可塑剤または分散剤などを添加してスラリーにし、これをドクターブレード法またはカレンダーロール法などによってシート状に形成することによって、セラミックグリーンシートを形成する。原料粉末としては、例えば、絶縁基板12が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等を用いる。   First, an appropriate organic binder and solvent are mixed with the raw material powder, and if necessary, a plasticizer or a dispersant is added to form a slurry, which is formed into a sheet by the doctor blade method or the calender roll method. A ceramic green sheet is formed. As the raw material powder, for example, if the insulating substrate 12 is made of an aluminum oxide sintered body, aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, or the like is used.

本例では、このようにして形成されるセラミックグリーンシートを多数積層することで絶縁基板12を形成する。セラミックグリーンシートの積層数や貫通孔を形成するセラミックグリーンシートの層数として、以下に説明する数は一例であり、送液する水溶液の量等に応じて適宜変えることができる。   In this example, the insulating substrate 12 is formed by laminating a number of ceramic green sheets formed in this way. As the number of ceramic green sheets stacked and the number of ceramic green sheets forming through holes, the numbers described below are merely examples, and can be appropriately changed according to the amount of aqueous solution to be fed and the like.

まず、図3(a)に示すように、セラミックグリーンシート31a〜31eに上流側流路となる貫通孔33aおよび下流側流路となる貫通孔34aを形成する。また、電気浸透材21が挿入され、空間25を形成するために必要な穴22となる貫通孔32を形成する。   First, as shown to Fig.3 (a), the through-hole 33a used as an upstream flow path and the through-hole 34a used as a downstream flow path are formed in the ceramic green sheets 31a-31e. In addition, the electroosmotic material 21 is inserted to form a through hole 32 that becomes a hole 22 necessary to form the space 25.

また、セラミックグリーンシート31b,31dに上流流路33aおよび下流流路34aよりも流路径が小さい流路23b,24bを形成するための上流側流路となる溝33bおよび下流側流路となる溝34bを形成する。上流側流路となる溝33bおよび下流側流路となる溝34bの数は、図3(a)に示す例においては上流域と下流域とで各々2箇所ずつ形成されているが、所望する流量に応じて、これら上流側流路となる溝33bおよび下流側流路となる溝34bの数は設定される。これらの貫通孔は金型による打ち抜き加工またはレーザ加工等の孔開け加工によって形成され、溝は金型を押し当ててセラミックグリーンシート31b,31dの表面をへこませる方法、あるいはレーザ加工によって形成される。上流流路33aおよび下流流路34aよりも流路径が小さい流路23b,24bが上流域と下流域とで各々2箇所ずつである場合は貫通孔としてもよいので、上流側流路となる貫通孔33aおよび下流側流路となる貫通孔34aと同時に形成してもよい。   Further, a groove 33b serving as an upstream channel and a groove serving as a downstream channel for forming channels 23b and 24b having a smaller channel diameter than the upstream channel 33a and the downstream channel 34a in the ceramic green sheets 31b and 31d. 34b is formed. In the example shown in FIG. 3 (a), the number of grooves 33b serving as the upstream flow path and the number of grooves 34b serving as the downstream flow path are formed at two locations in each of the upstream area and the downstream area. Depending on the flow rate, the number of the grooves 33b serving as the upstream channel and the number of the grooves 34b serving as the downstream channel are set. These through-holes are formed by punching with a mold or drilling such as laser processing, and the grooves are formed by pressing the mold and denting the surfaces of the ceramic green sheets 31b and 31d, or by laser processing. The When there are two channels 23b and 24b each having a smaller channel diameter than the upstream channel 33a and the downstream channel 34a in each of the upstream region and the downstream region, it may be a through hole. You may form simultaneously with the hole 33a and the through-hole 34a used as a downstream flow path.

次に、セラミックグリーンシート31a〜31gを積層し、図3(b)に示すように、セラミックグリーンシートの積層体40を形成する。積層されたセラミックグリーンシートの積層体40に形成された穴22となる貫通孔32の内壁面のうち、流路に垂直な内壁面35に導電ペーストを端面印刷することで第1電極26となる端面電極36および第2電極27となる端面電極37を形成する。   Next, the ceramic green sheets 31a to 31g are laminated to form a laminated body 40 of ceramic green sheets as shown in FIG. Of the inner wall surface of the through hole 32 that becomes the hole 22 formed in the laminated body 40 of the laminated ceramic green sheets, the first electrode 26 is formed by end-printing the conductive paste on the inner wall surface 35 perpendicular to the flow path. An end face electrode 36 and an end face electrode 37 to be the second electrode 27 are formed.

第1電極26となる端面電極36および第2電極27となる端面電極37は、金属粉末と有機バインダおよび溶剤とを混合することによって作製される導電性ペーストを貫通孔32の内壁面に所定のパターンで塗付することによって形成する。金属粉末の材料としては、タングステン,モリブデン,白金等が用いられるが、耐薬品性に優れてマイクロ化学チップに流通される水溶液の種類を制限しない白金が特に好ましい。   The end face electrode 36 to be the first electrode 26 and the end face electrode 37 to be the second electrode 27 are made of a conductive paste prepared by mixing metal powder, an organic binder and a solvent on the inner wall surface of the through hole 32. It is formed by painting with a pattern. As the material of the metal powder, tungsten, molybdenum, platinum or the like is used, and platinum that is excellent in chemical resistance and does not restrict the type of aqueous solution distributed to the microchemical chip is particularly preferable.

次に、積層されたセラミックグリーンシートの積層体40に形成された貫通孔32の内壁面のうち、流れ方向に沿った、好適には流れ方向に平行な内壁面39に、ヒータ28となる端面電極38を形成する。ヒータ28となる端面電極38は、後述する電気浸透材21から遠い面に形成され、第1電極26となる端面電極36および第2電極27となる端面電極37のうち下流側に配置された方に近い側に形成される。ヒータ28となる端面電極38の印刷面積は、流れ方向に平行な内壁面39の全体の面積に対して50〜70%の範囲で形成することが好ましい。この面積が50%より小さいと、空間25に対する加熱領域が狭くなり、空間25内部の水溶液と第1および第2電極26,27のうち、上流側に近い側の電極近傍の水溶液との温度勾配を充分に生じさせることが困難となり、特に上流側に近い側の電極の表面で発生した気泡を収集することが困難となるので、好ましくない。他方、この面積が70%より大きいと、穴22内部の水溶液の全体が温められることとなり、空間25内部の水溶液と第1および第2電極26,27の電極近傍の水溶液との温度勾配を充分に生じさせることが困難となり、特に気泡の発生量の多い下流側の電極で発生する気泡を効率よく収集することが困難になるので、好ましくない。   Next, among the inner wall surfaces of the through-holes 32 formed in the laminated body 40 of the laminated ceramic green sheets, the end surface that becomes the heater 28 on the inner wall surface 39 along the flow direction, preferably parallel to the flow direction An electrode 38 is formed. The end face electrode 38 that becomes the heater 28 is formed on a surface far from the electroosmotic material 21 to be described later, and is disposed on the downstream side of the end face electrode 36 that becomes the first electrode 26 and the end face electrode 37 that becomes the second electrode 27. It is formed on the side close to. The printing area of the end face electrode 38 to be the heater 28 is preferably formed in a range of 50 to 70% with respect to the entire area of the inner wall surface 39 parallel to the flow direction. If this area is smaller than 50%, the heating area for the space 25 becomes narrower, and the temperature gradient between the aqueous solution in the space 25 and the aqueous solution in the vicinity of the first electrode 26 and 27 near the upstream electrode. This is not preferable because it is difficult to sufficiently generate bubbles, and it is difficult to collect bubbles generated on the surface of the electrode near the upstream side. On the other hand, if this area is larger than 70%, the entire aqueous solution in the hole 22 is heated, and the temperature gradient between the aqueous solution in the space 25 and the aqueous solution in the vicinity of the first and second electrodes 26 and 27 is sufficiently high. This is not preferable because it is difficult to efficiently generate bubbles generated at the downstream electrode where a large amount of bubbles are generated.

ヒータ28となる端面電極38は、金属粉末と有機バインダおよび溶剤とを混合することによって作製される導電性ペーストを穴22となる貫通孔32の内壁面に所定のパターンで塗付することによって形成する。この金属粉末の材料としては、種々の抵抗体材料を用いることができるが、比抵抗が高く、少ない電流でも発熱し易い酸化ルテニウムが特に望ましい。   The end face electrode 38 to be the heater 28 is formed by applying a conductive paste prepared by mixing metal powder, an organic binder and a solvent to the inner wall surface of the through hole 32 to be the hole 22 in a predetermined pattern. To do. As the material of the metal powder, various resistor materials can be used, but ruthenium oxide having a high specific resistance and easily generating heat even with a small current is particularly desirable.

なお、ヒータ28を空間25の流路14の流れ方向に沿った内壁面39に近接した絶縁基板12内に設ける場合には、あらかじめセラミックグリーンシート31b〜31fの貫通孔32の近傍の所定の箇所にスクリーン印刷あるいはグラビア印刷等を用いて導電性ペーストでヒータ28となる表面電極のパターンを形成し、セラミックグリーンシート31a〜31gを積層することで、空間25の流路14の流れ方向に沿った内壁面39に近接した絶縁基体12内に所望するヒータ28を形成することが可能となる。ヒータ28となる表面電極のパターンは、セラミックグリーンシート31b〜31fに形成された貫通孔32の近傍のうち、積層後に空間25の近傍となる箇所に形成される。このとき、空間25の流れ方向の内壁面39となる部分の辺の長さに対して、表面電極のパターンが形成される領域の長さが50〜70%の範囲となるように形成されることが好ましい。   When the heater 28 is provided in the insulating substrate 12 close to the inner wall surface 39 along the flow direction of the flow path 14 in the space 25, a predetermined location in the vicinity of the through hole 32 of the ceramic green sheets 31b to 31f is previously provided. The surface electrode pattern to be the heater 28 is formed with a conductive paste using screen printing or gravure printing, and the ceramic green sheets 31a to 31g are laminated, so that the flow direction of the flow path 14 in the space 25 is aligned. The desired heater 28 can be formed in the insulating base 12 close to the inner wall surface 39. The pattern of the surface electrode serving as the heater 28 is formed at a location in the vicinity of the space 25 after lamination, in the vicinity of the through hole 32 formed in the ceramic green sheets 31b to 31f. At this time, the length of the region where the pattern of the surface electrode is formed is in the range of 50 to 70% with respect to the length of the side of the portion that becomes the inner wall surface 39 in the flow direction of the space 25. It is preferable.

次に、以上のようにして作製したセラミックグリーンシートの積層体40をセラミック材料に応じた温度で、例えば酸化アルミニウム質焼結体であれば約1600℃で焼結させる。焼結の際の雰囲気は、導電性ペーストの酸化を防止するために還元雰囲気であることが好ましい。   Next, the ceramic green sheet laminate 40 produced as described above is sintered at a temperature corresponding to the ceramic material, for example, at about 1600 ° C. for an aluminum oxide sintered body. The atmosphere during sintering is preferably a reducing atmosphere in order to prevent oxidation of the conductive paste.

次に、焼結した絶縁基板12の電気浸透流ポンプ16内部となる穴22に電気浸透材21を埋設する。電気浸透材21の寸法は、水溶液の流れ方向に対しては電気浸透材21と第1電極26となる端面電極36および第2電極27となる端面電極37との間に前述したように500〜2000μmの隙間ができるように設計し、設置する。また、電気浸透材21の穴22に占める体積によって空間25の体積が決定されるが、空間25の体積は穴22の全体積に対して10〜30%となるように電気浸透材21の寸法を設計し、設置する。   Next, the electroosmotic material 21 is embedded in the hole 22 inside the electroosmotic flow pump 16 of the sintered insulating substrate 12. The dimension of the electroosmotic material 21 is 500 to 500 between the electroosmotic material 21 and the end surface electrode 36 serving as the first electrode 26 and the end surface electrode 37 serving as the second electrode 27 in the flow direction of the aqueous solution. Design and install so that a gap of 2000 μm is created. Further, the volume of the space 25 is determined by the volume occupied by the hole 22 of the electroosmotic material 21, but the dimension of the electroosmotic material 21 is such that the volume of the space 25 is 10 to 30% with respect to the total volume of the hole 22. Design and install.

次に、液送装置11に蓋体を使用する際は、電気浸透流ポンプ16および空間25の全体を覆うようにして、開口30としての貫通孔が形成された蓋体(図示せず)を絶縁基板12に被せる。蓋体の材料は、セラミック材料,シリコン,ガラスまたは樹脂にて形成されることが好ましい。なお、蓋体は必ずしも必要なものではないが、蓋体がある場合もない場合も、収集した気泡を逃がして水溶液から除去するために、空間25内の水溶液はヒータ28の近傍において大気中に露出していることが必要である。   Next, when a lid is used for the liquid feeding device 11, a lid (not shown) in which a through-hole as the opening 30 is formed so as to cover the entire electroosmotic pump 16 and the space 25. Cover the insulating substrate 12. The material of the lid is preferably formed of a ceramic material, silicon, glass or resin. Although the lid is not always necessary, the aqueous solution in the space 25 is in the vicinity of the heater 28 in the atmosphere in order to escape the collected bubbles and remove them from the aqueous solution, with or without the lid. It must be exposed.

以上のようにして、図1に示す送液装置11内の電気浸透流ポンプ16を形成する。   As described above, the electroosmotic flow pump 16 in the liquid delivery device 11 shown in FIG. 1 is formed.

また、本例においては、電気浸透流ポンプ16は、マイクロ化学チップに用いられる例について説明したが、これに限定されない。すなわち、本発明の電気浸透流ポンプ16は、マイクロ化学チップ以外の、例えば燃料電池等において使用される液体の送液にも用いることができる。   In the present example, the electroosmotic pump 16 is described as being used for a microchemical chip, but is not limited thereto. That is, the electroosmotic flow pump 16 of the present invention can be used for liquid feeding other than the microchemical chip, for example, in a fuel cell.

すなわち、本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。つまり、本発明の要旨に加えて適宜偏向した技術手段を組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、上述した実施の形態の例では、電気浸透材21は絶縁基体12の表層から配置した構造を説明しているが、電気浸透材21を埋設するための空間を絶縁基体12の内部に設けて、絶縁基体12の内部に電気浸透流ポンプ16を配置することも可能である。電気浸透流ポンプ16を絶縁基体12の内層に設けることによって、試薬や送液する液の種類や量が増えて煩雑な流路構造が必要になった際に、内装流路の併設により、送液装置11を含むマイクロ化学チップ、もしくは燃料電池の大型化を抑制することが可能となる。   That is, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately deflected in addition to the gist of the present invention are also included in the technical scope of the present invention. For example, in the example of the embodiment described above, the structure in which the electroosmotic material 21 is arranged from the surface layer of the insulating base 12 is described. However, a space for embedding the electroosmotic material 21 is provided inside the insulating base 12. In addition, the electroosmotic pump 16 can be disposed inside the insulating base 12. By providing the electroosmotic pump 16 in the inner layer of the insulating substrate 12, when the type and amount of reagents and liquid to be fed increase and a complicated flow channel structure becomes necessary, the internal flow channel is added to provide the pump. An increase in size of the microchemical chip including the liquid device 11 or the fuel cell can be suppressed.

また、上述した実施の形態の例では、焼成後に電気浸透流ポンプ16となるように形成された貫通孔32(穴22)に、電気浸透材21を配置する形態を採っているが、セラミックグリーンシート31a〜31eの貫通孔32に相当する箇所に、各々のセラミックグリーンシート31a〜31eの表面にレーザ光を用いて20〜50μmの微細流路を形成しておき、これらを積層することで多孔質構造体となるようにすることによって、絶縁基体12と電気浸透材21とが一体化した送液装置11を作製することが可能となる。この場合には、特に絶縁基体12の内部に電気浸透流ポンプ16を配置する場合に、電気浸透材21が送液する水溶液内にあることで加わる浮力によって空間25内を移動して、後続の流路14の孔を塞いでしまうようなことを防止することができる。   Further, in the example of the embodiment described above, the electroosmotic material 21 is disposed in the through hole 32 (hole 22) formed so as to become the electroosmotic pump 16 after firing. By forming a fine flow path of 20 to 50 μm on the surface of each ceramic green sheet 31a to 31e on the surface of each of the ceramic green sheets 31a to 31e at a position corresponding to the through hole 32 of the sheets 31a to 31e, and laminating these, By forming the porous structure, it is possible to manufacture the liquid delivery device 11 in which the insulating base 12 and the electroosmotic material 21 are integrated. In this case, particularly when the electroosmotic pump 16 is disposed inside the insulating substrate 12, the electroosmotic material 21 moves in the space 25 due to the buoyancy applied by being in the aqueous solution to be fed, and the subsequent It is possible to prevent the hole of the flow path 14 from being blocked.

本発明の送液装置の実施例について以下に説明する。   Examples of the liquid delivery device of the present invention will be described below.

まず、酸化アルミニウムに適当な有機バインダおよび溶剤を混合し、可塑剤であるジオクチルテレフタレートを添加してスラリーにし、これをドクターブレード法によってシート状に形成することによって、厚み130μmのセラミックグリーンシート31a〜31eを形成した。   First, a suitable organic binder and a solvent are mixed with aluminum oxide, dioctyl terephthalate as a plasticizer is added to form a slurry, and this is formed into a sheet shape by a doctor blade method, whereby a ceramic green sheet 31a to 130 μm in thickness is formed. 31e was formed.

次に、セラミックグリーンシート31a〜31eに、上流側流路となる貫通孔33aと、下流側流路となる貫通孔34aとを、それぞれ流路幅が1000μmとなるように形成した。また、後述する電気浸透材21が挿入され、空間25を形成するために必要な穴22となる貫通孔32を、流れ方向に7mm、流れの幅方向に10mmの寸法となるように形成した。   Next, through holes 33a serving as upstream flow paths and through holes 34a serving as downstream flow paths were formed in the ceramic green sheets 31a to 31e so as to have a flow path width of 1000 μm, respectively. Further, an electroosmotic material 21 to be described later was inserted, and a through hole 32 to be a hole 22 necessary for forming the space 25 was formed to have a dimension of 7 mm in the flow direction and 10 mm in the width direction of the flow.

また、セラミックグリーンシート31bおよび31dに上流側流路23bおよび下流側流路24bを形成するための上流側流路となる貫通孔33bおよび下流側流路となる貫通孔34bを、それぞれ流路幅が200μmで流路長さが10mmとなるように、上流域と下流域とで各々2箇所ずつ形成した。これらの貫通孔は金型による打ち抜き加工にて形成した。   Further, the through-hole 33b serving as the upstream flow path and the through-hole 34b serving as the downstream flow path for forming the upstream flow path 23b and the downstream flow path 24b in the ceramic green sheets 31b and 31d, respectively, Was formed at two locations in the upstream region and the downstream region so that the channel length was 10 mm. These through holes were formed by punching with a mold.

次に、金属粉末の材料に白金粉末を使用し、バインダと溶剤とを添加して、攪拌機にて攪拌することで、第1および第2電極用の導体ペーストを作製した。   Next, platinum powder was used as the material for the metal powder, a binder and a solvent were added, and the mixture was stirred with a stirrer to prepare conductor pastes for the first and second electrodes.

次に、セラミックグリーンシート31a〜31gを積層し、セラミックグリーンシートの積層体40を形成した。積層に際しては、各々のセラミックグリーンシート31a〜31g間に密着液を塗付し、真空条件下で60トンの荷重を一括に加えることで積層を行なった。積層されたセラミックグリーンシートの積層体40に形成された穴22となる貫通孔32の内壁面のうち、流路の上流側および下流側に位置する内壁面35に第1および第2電極26,27用の導電性ペーストを端面印刷することで、第1電極26および第2電極27となる端面電極36,37を形成した。   Next, ceramic green sheets 31a to 31g were laminated to form a laminate 40 of ceramic green sheets. At the time of lamination, an adhesion liquid was applied between the ceramic green sheets 31a to 31g, and lamination was performed by applying a load of 60 tons under vacuum conditions. Of the inner wall surfaces of the through holes 32 that become the holes 22 formed in the laminated body 40 of the laminated ceramic green sheets, the first and second electrodes 26 are provided on the inner wall surfaces 35 positioned on the upstream side and the downstream side of the flow path. End face electrodes 36 and 37 to be the first electrode 26 and the second electrode 27 were formed by end face printing of the conductive paste for 27.

次に、積層されたセラミックグリーンシートの積層体40に形成された貫通孔32の内壁面のうち、空間25において流れ方向に沿って平行な内壁面となる内壁面39に、酸化ルテニウムと有機バインダおよび溶剤とを混合することによって作製した導電性ペーストを端面印刷することによって、ヒータ28となる端面電極38を形成した。このヒータ28となる端面電極38は、後述する電気浸透材21から2mm遠い内壁面39に形成し、第1電極26および第2電極27のうち、下流側の電極である第2電極27に近い側に形成した。その印刷領域の面積は、流れ方向に平行な内壁面39の全体の面積に対して60%の範囲で形成した。   Next, among the inner wall surfaces of the through holes 32 formed in the laminated body 40 of the laminated ceramic green sheets, ruthenium oxide and an organic binder are formed on the inner wall surface 39 which is an inner wall surface parallel to the flow direction in the space 25. The end face electrode 38 to be the heater 28 was formed by end face printing of the conductive paste prepared by mixing the solvent and the solvent. The end face electrode 38 to be the heater 28 is formed on the inner wall surface 39 that is 2 mm away from the electroosmotic material 21 described later, and is close to the second electrode 27 that is the downstream electrode of the first electrode 26 and the second electrode 27. Formed on the side. The area of the printing region was formed in a range of 60% with respect to the entire area of the inner wall surface 39 parallel to the flow direction.

次に、このセラミックグリーンシートの積層体40を還元雰囲気下で約1600℃で焼成して焼結させた。   Next, the ceramic green sheet laminate 40 was fired and sintered at about 1600 ° C. in a reducing atmosphere.

次に、焼結した電気浸透流ポンプ16内部の穴22に、平均気孔径が35μmであり、気孔の開口率が70%であるシリカの多孔質体を材料とする電気浸透材21を埋設した。電気浸透材21は、流れ方向に対しては電気浸透材21と第1および第2電極26,27との間に1000μmの隙間ができるように設計し、設置した。また、空間25の体積が穴22の全体積に対して20%となるように設計し、設置した。   Next, an electroosmotic material 21 made of a porous material of silica having an average pore diameter of 35 μm and a porosity of 70% was embedded in the hole 22 inside the sintered electroosmotic pump 16. . The electroosmotic material 21 was designed and installed so that a gap of 1000 μm was formed between the electroosmotic material 21 and the first and second electrodes 26 and 27 in the flow direction. In addition, the volume of the space 25 was designed and installed so as to be 20% with respect to the total volume of the hole 22.

以上のようにして作製された送液装置11について、電気浸透流ポンプ16を作動させて水溶液として血液を毎秒10μLの流量で5分間送液し、ヒータ28には外部印加装置を接続し、10ボルトの電圧を印加してヒータ28の温度を変化させたときの気泡の収集状態を確認して、気泡収集試験を行なった。このとき、ヒータ28の温度は、熱電対を直接ヒータ28の表面に接続して測定を行ない、40〜110℃の範囲内にて10℃間隔に設定してそれぞれ試験条件1〜8として、気泡収集試験を行なった。気泡の収集状態の確認方法は、流路14の終端に位置する採取部15の液面を光学顕微鏡にて200倍に拡大して観察して、採取部15における気泡の有無を確認した。その結果を表1に示す。   For the liquid delivery device 11 produced as described above, the electroosmotic pump 16 is operated to feed blood as an aqueous solution at a flow rate of 10 μL per second for 5 minutes, and an external application device is connected to the heater 28. A bubble collection test was performed by confirming the state of collection of bubbles when the voltage of the volt was applied to change the temperature of the heater 28. At this time, the temperature of the heater 28 is measured by connecting a thermocouple directly to the surface of the heater 28, set at intervals of 10 ° C. within the range of 40 to 110 ° C., and the test conditions 1 to 8, respectively. A collection test was conducted. As a method for confirming the state of collection of bubbles, the liquid level of the collection unit 15 located at the end of the flow path 14 was magnified 200 times with an optical microscope, and the presence or absence of bubbles in the collection unit 15 was confirmed. The results are shown in Table 1.

Figure 0005306134
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表1において、採取部15において気泡がほとんど除去できたものの、送液効率を低下させない程度ではあるが気泡を確認できたものには表中の「気泡の有無」欄に「△」を記入し、採取部15において気泡を確認できなかったものには表中の「気泡の有無」欄に「○」を記入した。   In Table 1, if the sampling part 15 was able to remove most of the bubbles but did not reduce the liquid feeding efficiency, it could be confirmed that bubbles were confirmed by entering “△” in the “Bubble presence / absence” column of the table. In the case where bubbles were not confirmed in the sampling unit 15, “◯” was entered in the “bubble presence / absence” column in the table.

表1に示す結果から分かるように、試験条件1〜8のいずれの場合も良好な送液効率を維持できるように気泡を除去できた。なお、ヒータ28の温度が50℃より低い試験条件1では、送液効率を低下させない程度ではあるが採取部15に気泡が確認された。(表中の「気泡の有無」欄に「△」で示す)。また、ヒータ28の温度が80℃よりも高い試験条件6〜8でも、送液効率を大きく低下させない程度ではあるが採取部15に気泡が確認された。(表中の「気泡の有無」欄に「△」で示す)。そして、ヒータ28の温度が50〜80℃である試験条件2〜5では、採取部15に気泡が確認されず、気泡が良好に除去されていた(表中の「気泡の有無」欄に「○」で示す)。   As can be seen from the results shown in Table 1, bubbles were able to be removed so as to maintain good liquid feeding efficiency in any of the test conditions 1 to 8. In test condition 1 where the temperature of the heater 28 is lower than 50 ° C., bubbles were confirmed in the sampling part 15 although the liquid feeding efficiency was not lowered. (Indicated by “Δ” in the “Bubble presence / absence” column in the table). Further, even in the test conditions 6 to 8 where the temperature of the heater 28 is higher than 80 ° C., bubbles were confirmed in the sampling unit 15 although the liquid feeding efficiency was not greatly reduced. (Indicated by “Δ” in the “Bubble presence / absence” column in the table). And in the test conditions 2-5 whose temperature of the heater 28 is 50-80 degreeC, the bubble was not confirmed in the collection part 15, but the bubble was removed favorably ("In the presence or absence of a bubble" column in a table | surface, " ○ ”).

以上の結果から、本発明の送液装置は、電気浸透流ポンプにおける水溶液中の電極において発生する気泡を除去して水溶液を効率よく送液することが可能で、小型化に対応可能であり、マイクロ化学チップにおける送液装置として有用であることが確認された。   From the above results, the liquid feeding device of the present invention can remove bubbles generated in the electrode in the aqueous solution in the electroosmotic flow pump and efficiently send the aqueous solution, and can cope with downsizing. It was confirmed to be useful as a liquid feeding device in a microchemical chip.

11:液送装置
12:絶縁基板
13:供給部
14:流路
15:採取部
16:電気浸透流ポンプ
21:電気浸透材
22:穴
23a,23b:上流側流路
24a,24b:下流側流路
25:空間
26:第1電極
27:第2電極
28:ヒータ
29,39:内壁面
30:開口
31a〜31g:セラミックグリーンシート
32:穴となる貫通孔
33a,33b:上流側流路となる貫通孔
34a,34b:下流側流路となる貫通孔
35:流路に垂直な(上流側および下流側に位置する)内壁面
36:第1電極となる端面電極
37:第2電極となる端面電極
38:端面電極
40:セラミックグリーンシートの積層体
11: Liquid feeder
12: Insulation substrate
13: Supply department
14: Flow path
15: Collection unit
16: Electroosmotic flow pump
21: Electroosmotic material
22: Hole
23a, 23b: upstream flow path
24a, 24b: Downstream channel
25: Space
26: First electrode
27: Second electrode
28: Heater
29, 39: inner wall
30: Opening
31a-31g: Ceramic green sheet
32: Through hole to be a hole
33a, 33b: a through-hole serving as an upstream flow path
34a, 34b: Through holes that serve as downstream flow paths
35: Inner wall surface perpendicular to the flow path (located upstream and downstream)
36: End face electrode to be the first electrode
37: End face electrode to be the second electrode
38: End face electrode
40: Laminate of ceramic green sheets

Claims (3)

絶縁基板に形成された水溶液が流れる流路の途中に、シリカを主成分とする多孔質体からなる電気浸透材の上流側に第1電極および下流側に第2電極が対向するように設けられた電気浸透流ポンプが設けられているとともに、該電気浸透流ポンプに隣接して、前記第1電極および前記第2電極が対向しておらず前記水溶液が満たされている空間が設けられており、前記電気浸透材から遠い位置にあり前記電気浸透材に対向している、前記空間の前記流路の流れ方向に平行な内壁面に、前記空間内の前記水溶液を加熱するヒータが設けられ、該ヒータは、前記内壁面の前記第2電極に近い側に位置するように設けられていることを特徴とする送液装置。 Provided in the middle of the flow path through which the aqueous solution formed on the insulating substrate flows, the first electrode on the upstream side and the second electrode on the downstream side of the electroosmotic material made of a porous body mainly composed of silica are provided. An electroosmotic flow pump is provided, and adjacent to the electroosmotic flow pump, there is provided a space in which the first electrode and the second electrode are not opposed and filled with the aqueous solution. the there from electroosmotic member at a position far opposed to the electroosmotic member, the inner wall surface parallel to the flow direction of the flow path of the space, a heater for heating is provided to the aqueous solution before Symbol space The liquid feeding device is characterized in that the heater is provided so as to be located on a side closer to the second electrode of the inner wall surface . 前記電気浸透材は、前記第1電極と前記第2電極とが対向する対向空間内に収まっていることを特徴とする請求項1に記載の送液装置。   2. The liquid feeding device according to claim 1, wherein the electroosmotic material is contained in a facing space where the first electrode and the second electrode face each other. 前記空間は、前記水溶液を露出させる開口を有することを特徴とする請求項1に記載の送液装置。   The liquid feeding device according to claim 1, wherein the space has an opening for exposing the aqueous solution.
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