JP5822491B2 - Fluid mixing device - Google Patents

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Description

本発明は、流体混合装置に関する。より詳しくは、渦流と拡散を利用して、複数の流体、例えば複数の化合物あるいは粒子材料等を含む不均一流体、2相流体、多相流体等を混合する流体混合装置に関する。   The present invention relates to a fluid mixing apparatus. More specifically, the present invention relates to a fluid mixing apparatus that mixes a plurality of fluids, for example, a heterogeneous fluid containing a plurality of compounds or particulate materials, a two-phase fluid, a multiphase fluid, and the like by utilizing vortex flow and diffusion.

電気浸透を用いるマイクロポンプは、構造が比較的簡単である、微小流路(マイクロ流路)内への実装が容易である等の利点がある。そのために、マイクロポンプは、μTAS(Micro‐Total Analysis System、Lab−on−a−chip、流体集積回路(流体IC)等の分野で使用されている。   A micropump using electroosmosis has advantages such as a relatively simple structure and easy mounting in a microchannel (microchannel). For this purpose, the micropump is used in fields such as μTAS (Micro-Total Analysis System, Lab-on-a-chip, fluid integrated circuit (fluid IC)).

こうした中、近年、誘起電荷電気浸透(ICEO:Induced‐Charge Electro Osmosis)を用いたマイクロポンプが着目されている。その理由は、液体の流速を大きくできる、電極と液体の間に生ずる化学反応をAC駆動が可能なことにより抑制できる等の利点があることから着目されている。   Under these circumstances, in recent years, a micropump using induced-charge electroosmosis (ICEO) has attracted attention. The reason is attracting attention because of the advantages that the flow rate of the liquid can be increased and the chemical reaction occurring between the electrode and the liquid can be suppressed by AC driving.

特許文献1には、誘起電荷電気浸透を用いたミキサ(混合装置)及びポンプ(送液装置)であって、円柱状の金属ポスト周囲のICEO流れによる渦を利用したマイクロミキサ、及びICEO流れを利用したマイクロポンプが開示されている。   Patent Document 1 discloses a mixer (mixing device) and a pump (liquid feeding device) that use induced charge electroosmosis, a micromixer that uses a vortex generated by an ICEO flow around a cylindrical metal post, and an ICEO flow. A utilized micropump is disclosed.

一方、非特許文献1には、流路壁に設けたV字型の溝構造によって受動的に発生するスクリュー型(らせん型)の渦流を利用したマイクロミキサが開示されている。   On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses a micromixer using a screw type (spiral type) vortex passively generated by a V-shaped groove structure provided on a flow path wall.

米国特許第7081189号明細書U.S. Pat. No. 7,081,189

“Science”、295,647、(2002)“Science”, 295, 647, (2002)

しかしながら、特許文献1のICEOを利用したミキサは、効果的な混合を行うために流れを止める必要がある。また、様々な処理を一定の流れの中で連続的に処理することが困難となる恐れがあり、μTAS等の流体装置全体の処理速度を低下させる恐れがあった。   However, the mixer using the ICEO of Patent Document 1 needs to stop the flow in order to perform effective mixing. In addition, it may be difficult to continuously perform various processes in a constant flow, which may reduce the processing speed of the entire fluid device such as μTAS.

ミキサとしては、現在、一般的には、大型の外部圧力発生源が必要なミキサが用いられている。これに代わるミキサとして、大型の外部圧力発生源等が不要で、小型で単純な構造のミキサが実現できれば、システム全体のサイズやコストを飛躍的に下げることができ、流体集積回路の活用範囲を大きく広げられる可能性がある。   Currently, a mixer that requires a large external pressure source is generally used as the mixer. As an alternative mixer, if a large-sized external pressure source or the like is not required, and a mixer with a small and simple structure can be realized, the size and cost of the entire system can be drastically reduced. There is a possibility of widening.

また、装置が要求する一定の流れの中で効果的な混合を連続的に実現できる小型で単純な構造のミキサが実現できれば、μTAS等の流体装置全体の処理速度を大きく向上させた流体集積回路を実現できる可能性がある。   In addition, if a small and simple mixer capable of continuously realizing effective mixing in a constant flow required by the apparatus can be realized, a fluid integrated circuit that greatly improves the processing speed of the entire fluid apparatus such as μTAS. May be possible.

一方、非特許文献1は、溝構造によってスクリュー型の渦を発生させているが、流体が流路を流れるときの受動的な渦の発生を利用するために、装置が要求する流れ速度で、所望のスクリュー(らせん)流れの流速を作ることが困難である。また、混合対象となる流体や微粒子の分子拡散係数が低く、ピクレー数(=特徴速度Ux特徴距離w/分子拡散係数D)が低い場合には、混合に必要な流路長を流体ICチップ内の要求サイズ内に抑えることが困難となる。そのために、非特許文献1のマイクロミキサでは、流体集積回路等のシステム設計の自由度を低下させるおそれがあった。   On the other hand, Non-Patent Document 1 generates screw-type vortices by the groove structure, but in order to utilize the generation of passive vortices when the fluid flows through the flow path, the flow speed required by the device is It is difficult to produce the desired screw flow rate. In addition, when the molecular diffusion coefficient of the fluid and fine particles to be mixed is low and the number of Piclays (= characteristic speed Ux characteristic distance w / molecular diffusion coefficient D) is low, the flow path length necessary for mixing is set in the fluid IC chip. It becomes difficult to keep it within the required size. Therefore, in the micromixer of Non-Patent Document 1, there is a possibility that the degree of freedom in designing a system such as a fluid integrated circuit may be reduced.

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、流体を連続的に混合することができ、流体の混合に必要な流路の長さを制御することができる小型の流体混合装置を提供するものである。   The present invention has been made in view of such a background art, and is a small-sized fluid mixing device capable of continuously mixing fluids and controlling the length of flow paths necessary for fluid mixing. A device is provided.

本発明により提供される流体混合装置は、複数の流体を搬送するための流路と、前記流路に設けられた一対の電極と、前記一対の電極に交流電圧を印加するための交流電圧印加手段とを有し、前記一対の電極に前記電圧を印加することで、前記電極近傍に電気二重層が形成され、前記電気二重層を形成するイオンに前記電極表面の滑り速度を発生する誘起電荷電気浸透を用いた流体混合装置であって、前記流路は一対の基板と一対のスペーサー部材により囲まれて形成されており、前記一対のスペーサー部材の一部を構成する導電構造体から前記一対の電極が形成され、前記一対の電極は、前記一対の電極の対向方向が前記流路内を前記流体が搬送される流体搬送方向に対して垂直または略垂直になるように配置され、前記電極の電極面が前記基板の表面の法線に対して20度以上60度以下の範囲で傾斜しており、前記一対の電極に30Hz以上100KHz以下の交流電圧を印加することにより、前記流体に前記流体搬送方向を軸として前記軸を周回する方向の流れを発生させることを特徴とする。 The fluid mixing device provided by the present invention includes a flow path for conveying a plurality of fluids, a pair of electrodes provided in the flow path, and an alternating voltage application for applying an alternating voltage to the pair of electrodes. have a means, by applying the voltage to the pair of electrodes, the electric double layer is formed in the vicinity of the electrode, inducing generates a slip rate of the electrode surface to the ion to form the electric double layer charge In the fluid mixing apparatus using electroosmosis, the flow path is formed by being surrounded by a pair of substrates and a pair of spacer members, and the pair of the conductive structures constituting a part of the pair of spacer members. been electrode forming the pair of electrodes is arranged perpendicular or substantially perpendicular to the fluid transport direction opposing direction of the pair of electrodes is the flow path is the fluid being transported, the electrode The electrode surface of the front Is inclined in a range of not less than 60 degrees 20 degrees with respect to the normal to the surface of the substrate, by applying a 100KHz following AC voltage than 30Hz to the pair of electrodes, the axis of the fluid transport direction to the fluid And generating a flow in a direction around the shaft.

本発明によれば、流体を連続的に混合することができ、流体の混合に必要な流路の長さを制御することができる小型の流体混合装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small fluid mixing apparatus which can mix a fluid continuously and can control the length of the flow path required for fluid mixing can be provided.

本発明の流体混合装置の一実施態様を示す概略図である。It is the schematic which shows one embodiment of the fluid mixing apparatus of this invention. 一対の電極への電圧印加により、流体に渦流が発生する機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mechanism in which a vortex | eddy_current generate | occur | produces in a fluid by the voltage application to a pair of electrode. 本発明の流体混合装置の他の実施態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the other embodiment of the fluid mixing apparatus of this invention. 本発明の流体混合装置の他の実施態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the other embodiment of the fluid mixing apparatus of this invention. 本発明の流体混合装置の他の実施態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the other embodiment of the fluid mixing apparatus of this invention. 本発明の流体混合装置の他の実施態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the other embodiment of the fluid mixing apparatus of this invention.

本発明に係る流体混合装置は、複数の流体を搬送するための流路と、前記流路に設けられた一対の電極と、前記一対の電極に電圧を印加するための電圧印加手段とを有する流体混合装置である。前記一対の電極は、前記一対の電極の対向方向が前記流路内を前記流体が搬送される流体搬送方向に対して垂直または略垂直になるように配置されている。そして、前記一対の電極に電圧を印加することにより、前記流体に前記流体搬送方向を軸として前記軸を周回する方向の流れを発生させることを特徴とする。   A fluid mixing apparatus according to the present invention includes a flow path for transporting a plurality of fluids, a pair of electrodes provided in the flow path, and a voltage applying unit for applying a voltage to the pair of electrodes. It is a fluid mixing device. The pair of electrodes are arranged such that the facing direction of the pair of electrodes is perpendicular or substantially perpendicular to the fluid conveyance direction in which the fluid is conveyed in the flow path. Then, by applying a voltage to the pair of electrodes, the fluid is caused to flow in a direction around the shaft with the fluid conveyance direction as an axis.

本発明の流体混合装置は、一対の電極に、装置が要求する一定速度に対応した十分な渦流速を発生させるのに十分な電圧を印加する。そのことにより、流体が搬送される方向を軸として前記軸を周回する方向の渦流れを発生させ、該渦と分子拡散効果により流体を連続的に短時間に効果的に混合することができる。また、本発明は、流体の混合に必要な流路の長さを制御でき、流路長を要求サイズ内に抑えることができる、設計自由度の高い小型で単純な構造の流体混合装置である。   In the fluid mixing apparatus of the present invention, a voltage sufficient to generate a sufficient vortex flow rate corresponding to the constant speed required by the apparatus is applied to the pair of electrodes. As a result, a vortex flow can be generated in a direction that goes around the axis with the direction in which the fluid is conveyed as an axis, and the fluid can be continuously and effectively mixed in a short time by the vortex and the molecular diffusion effect. In addition, the present invention is a fluid mixing device having a small and simple structure with a high degree of design freedom and capable of controlling the length of a flow path necessary for mixing fluids and keeping the flow path length within a required size. .

以下、本発明の流体混合装置について、図を参照して説明する。   Hereinafter, the fluid mixing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の流体混合装置の一実施態様を示す概略図であり、図1(a)は全体の概略図、図1(b)は一部分の概略図を示す。図1(a)において、1は複数の流体を搬送するための流路、2、3は電極で、流路1の壁面または流路内に対向して設けられた一対の電極、4は電極に電圧を印加するための電圧印加手段、5は流路内を流体が搬送される流体搬送方向である。また、6は、一対の電極2、3への電圧印加により発生する渦流であり、流体に前記流体搬送方向5を軸として前記軸を周回する方向に発生する流れを示す。7、8は電圧印加によって発生する電極表面のすべり速度Vsを示す。13流体を示す。   FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the fluid mixing apparatus of the present invention, FIG. 1 (a) is an overall schematic view, and FIG. 1 (b) is a partial schematic view. In FIG. 1A, 1 is a flow path for conveying a plurality of fluids, 2 and 3 are electrodes, a pair of electrodes provided facing the wall surface of the flow path 1 or the flow path, and 4 is an electrode. Voltage application means 5 for applying a voltage to the fluid is a fluid conveyance direction in which the fluid is conveyed in the flow path. Reference numeral 6 denotes an eddy current generated by applying a voltage to the pair of electrodes 2 and 3, and shows a flow generated in a direction around the axis around the fluid conveyance direction 5. 7 and 8 indicate the sliding speed Vs of the electrode surface generated by voltage application. 13 fluids are shown.

前記一対の電極2,3は、前記一対の電極の対向方向12が前記流路内を流体が搬送される流体搬送方向5に対して垂直または略垂直な方向になるように配置されている。具体的には、図1(b)において、流体搬送方向5と一対の電極の対向方向12との間の角度θが、45度以上135度以下、好ましくは80度以上100度以下、より好ましくは略90度が望ましい。   The pair of electrodes 2 and 3 are disposed such that the facing direction 12 of the pair of electrodes is perpendicular or substantially perpendicular to the fluid conveyance direction 5 in which the fluid is conveyed in the flow path. Specifically, in FIG. 1B, the angle θ between the fluid conveyance direction 5 and the facing direction 12 of the pair of electrodes is 45 degrees or more and 135 degrees or less, preferably 80 degrees or more and 100 degrees or less, and more preferably. Is preferably approximately 90 degrees.

前記流路1は一対の基板と一対のスペーサー部材により囲まれて形成されており、前記一対のスペーサー部材の一部を構成する導電構造体から一対の電極2,3が形成されている。前記電極の電極面が前記基板面の法線に対して傾斜しているのが好ましい。具体的には、図1(a)において、電極2の電極面と、基板9の基板面の法線との間の傾き角Φが、20度以上60度以下、好ましくは30度以上50度以下が望ましい。   The flow path 1 is formed by being surrounded by a pair of substrates and a pair of spacer members, and a pair of electrodes 2 and 3 are formed from a conductive structure constituting a part of the pair of spacer members. The electrode surface of the electrode is preferably inclined with respect to the normal line of the substrate surface. Specifically, in FIG. 1A, the inclination angle Φ between the electrode surface of the electrode 2 and the normal line of the substrate surface of the substrate 9 is 20 degrees or more and 60 degrees or less, preferably 30 degrees or more and 50 degrees. The following is desirable.

図2は、一対の電極への電圧印加により、流体に渦流が発生する機構を示す説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a mechanism in which a vortex is generated in a fluid by applying a voltage to a pair of electrodes.

一対の電極2、3に電圧を印加すると、流路1内に電界Eが発生する。この電界によりプラス電極2側にはマイナスイオン12が集まり、マイナス電極3側にはプラスイオン11が集まり、電極近傍に所謂電気二重層が形成される。この電気二重層を形成するイオンは、電極表面に沿った電界によって、表面に滑り速度Vsを発生させる。この滑り速度Vsは交流電圧に対しても正味の値を持ち、この正味の滑り速度Vsによって、前記流体が搬送される流体搬送方向5を軸として前記軸を周回する方向の渦流6が発生する。   When a voltage is applied to the pair of electrodes 2 and 3, an electric field E is generated in the flow path 1. By this electric field, negative ions 12 gather on the positive electrode 2 side, positive ions 11 gather on the negative electrode 3 side, and a so-called electric double layer is formed in the vicinity of the electrode. The ions forming the electric double layer generate a sliding velocity Vs on the surface by an electric field along the electrode surface. This slip velocity Vs also has a net value with respect to the AC voltage, and this net slip velocity Vs generates a vortex 6 in a direction that goes around the axis around the fluid transport direction 5 in which the fluid is transported. .

本発明の流体混合装置では、流路内を流体が搬送される流体搬送方向5に対して垂直または略垂直な方向に対向配置されている一対の電極2、3に対して、所望の電圧を印加する。その電圧の印加により、流体が搬送される流体搬送方向5を軸とする渦流6を発生させ、複数の流体の一定の流れの中で効果的に混合を連続的に実現できる。また、一対の電極2、3に印加する電圧や、印加周波数等を制御することにより、流体の混合に必要な流路の長さを要求サイズ内に制御することができる。したがって、本発明は、設計自由度の高い小型で単純な構造の流体混合装置が実現できる。   In the fluid mixing device of the present invention, a desired voltage is applied to the pair of electrodes 2 and 3 that are arranged opposite to each other in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the fluid conveyance direction 5 in which the fluid is conveyed in the flow path. Apply. By applying the voltage, a vortex 6 having a fluid conveyance direction 5 as an axis in which the fluid is conveyed is generated, and mixing can be effectively and continuously realized in a constant flow of a plurality of fluids. Further, by controlling the voltage applied to the pair of electrodes 2 and 3, the applied frequency, and the like, the length of the flow path required for fluid mixing can be controlled within the required size. Therefore, the present invention can realize a fluid mixing device having a small and simple structure with a high degree of design freedom.

本発明において、流体が搬送される流体搬送方向5を軸として軸を周回する方向に発生される流れとは、流路全体を周回する単一軸の渦であっても、流路断面を分割する複数軸を持った複数の渦群でもかまわない。特に、混合を効果的に促進させるためには、対象となる流体相の流れを横断する渦を発生させることが望ましい。また、流体が搬送される流体搬送方向5を軸として軸を周回する方向に発生される渦流は、流体が搬送される方向の流れと合成されてスクリュウ状の流れとなるが、流体搬送方向の流れが極めて遅い場合や、流れが止まった場合を含む。   In the present invention, the flow generated in the direction around the axis about the fluid conveyance direction 5 in which the fluid is conveyed is a single-axis vortex that circulates the entire flow path, and divides the cross section of the flow path. Multiple swirl groups with multiple axes may be used. In particular, to effectively promote mixing, it is desirable to generate vortices that cross the fluid phase flow of interest. In addition, the vortex generated in the direction of circling the axis around the fluid conveyance direction 5 in which the fluid is conveyed is combined with the flow in the direction in which the fluid is conveyed to form a screw-like flow. This includes cases where the flow is extremely slow or where the flow has stopped.

また、電圧印加手段は電池、交流電源、直流電源、パルス電圧源、任意波形電圧源など自由に用いることができるが、電気化学反応等による泡の発生を抑えるために、望ましくは30Hz以上の交流電圧源を用いることが好ましい。また、電気二重層に電荷をチャージするために、100KHz以下の交流電圧を用いることが望ましい。また、印加電圧Vと電極間の距離dから決まる平均電界強度E(=V/d)は、AC電気浸透(ACEO)流れやICEO流れを発生させるために、10V/m程度を中心に、0.1から100.0×10V/m程度が好ましい。特に、電圧印加手段が交流電圧源からなり、前記交流電圧源から一対の電極に電圧を印加することにより、前記流体にAC電気浸透(ACEO)または誘起電荷電気浸透(ICEO)による渦流を発生させることが好ましい。 The voltage application means can be freely used such as a battery, an AC power supply, a DC power supply, a pulse voltage source, an arbitrary waveform voltage source, etc. In order to suppress the generation of bubbles due to an electrochemical reaction or the like, an AC voltage of 30 Hz or higher is desirable. It is preferable to use a voltage source. It is desirable to use an alternating voltage of 100 KHz or less in order to charge the electric double layer. The average electric field intensity E 0 (= V 0 / d) determined from the applied voltage V 0 and the distance d between the electrodes is about 10 4 V / m in order to generate an AC electroosmosis (ACEO) flow or an ICEO flow. Is preferably about 0.1 to 100.0 × 10 4 V / m. In particular, the voltage application means comprises an AC voltage source, and by applying a voltage from the AC voltage source to a pair of electrodes, an eddy current due to AC electroosmosis (ACEO) or induced charge electroosmosis (ICEO) is generated in the fluid. It is preferable.

従って、本発明は、受動的な、一般的な電源を必要とする装置とは明確に区別される。つまり、本発明でいう一対の電極に接続されたインピーダンスは、一般的な電源が有するインピーダンス及び電源を包含しない。具体的なインピーダンスとして機能する部材は、実施例で詳述するが、液体駆動素子のインピーダンスと大きさが略等しくなる形状あるいは材質の部材で構成することが熱ノイズに起因する電圧を大きくする観点から好ましい。   Thus, the present invention is clearly distinguished from devices that require a passive, general power source. That is, the impedance connected to the pair of electrodes in the present invention does not include the impedance and power supply of a general power supply. The member that functions as a specific impedance will be described in detail in the embodiment, but the point that the voltage due to the thermal noise is increased by configuring the member with a shape or material that is substantially equal to the impedance of the liquid drive element. To preferred.

一対の電極を構成する材料は、電界により電荷を誘起する導電材料が用いられ、金属の他、炭素や炭素系の材料等が挙げられる。金属には、例えば、金、白金等が挙げられる。しかしこの部材についても搬送する液体に対して安定な金や白金、または炭素材料等で構成するのが好適である。また、好ましくは、化学的に安定な材料(金、白金、炭素等)の導電材料を液体面に接触させるのが好ましいが、Ta,Ti、Cu、Ag、Cr,Ni等の金属に絶縁被膜等を設けて用いても構わない。   As a material constituting the pair of electrodes, a conductive material that induces an electric charge by an electric field is used, and in addition to a metal, carbon, a carbon-based material, or the like can be given. Examples of the metal include gold and platinum. However, this member is also preferably made of gold, platinum, or a carbon material that is stable with respect to the liquid to be conveyed. In addition, it is preferable that a conductive material of a chemically stable material (gold, platinum, carbon, etc.) is brought into contact with the liquid surface, but an insulating film is applied to a metal such as Ta, Ti, Cu, Ag, Cr, Ni, etc. Etc. may be used.

また、流路内に設けられる一対の電極の数は、効率的に渦流を発生させるために、複数対とすることも可能であり、流路の幅や導電性部材の大きさ、搬送する液体の粘性等を考慮して選択することができる。   In addition, the number of the pair of electrodes provided in the flow path can be a plurality of pairs in order to efficiently generate a vortex, and the width of the flow path, the size of the conductive member, and the liquid to be conveyed Can be selected in consideration of the viscosity and the like.

電極は、スペーサーのようなバルク形状、薄膜状、または線状であってもよい。また、流路に沿った電極長は、長くても、短くてもかまわず、独立な一対の電極を流路に沿って複数配置してもよい。   The electrode may be in the form of a bulk like a spacer, thin film, or linear. The electrode length along the flow path may be long or short, and a plurality of independent pairs of electrodes may be arranged along the flow path.

また、一対の電極は対象構造であっても、非対称構造であってもよい。特に、薄膜一対の電極では、電極面積が大きく異なる一対の電極を用いても構わない。また、薄膜電極面にステップ状の3D構造があっても構わない。線状電極も丸型断面や多角形断面を対称または非対称に配置して良い。スペーサー型の一対の電極も傾斜面を対称、非対称に配置して構わない。   The pair of electrodes may have a target structure or an asymmetric structure. In particular, in a pair of thin film electrodes, a pair of electrodes having greatly different electrode areas may be used. Further, there may be a stepped 3D structure on the surface of the thin film electrode. The linear electrodes may be arranged so that a round cross section or a polygon cross section is symmetrical or asymmetric. The pair of spacer-type electrodes may also be disposed symmetrically and asymmetrically on the inclined surface.

一対の電極は、前記流路の壁面に流体の流体搬送方向に対して平行または略平行方向に配置された一対の薄膜電極からなることが好ましい。または、一対の電極は、前記流路内に流体の流体搬送方向に対して平行または略平行方向に配置された一対の線状電極からなることが好ましい。   The pair of electrodes is preferably composed of a pair of thin film electrodes disposed on the wall surface of the flow path in a direction parallel or substantially parallel to the fluid transport direction of the fluid. Or it is preferable that a pair of electrode consists of a pair of linear electrode arrange | positioned in the said flow path in the parallel or substantially parallel direction with respect to the fluid conveyance direction of the fluid.

本発明において、流体を搬送する流路は、μTAS等の分野で一般的に使用される材料で構成することができる。具体的には、搬送する液体に対して安定な材料で構成でき、そのような材料としては、SiOやSi等の無機材料の他、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ系樹脂などの高分子樹脂等が挙げられる。 In the present invention, the flow path for conveying the fluid can be made of a material generally used in the field such as μTAS. Specifically, it can be made of a material that is stable with respect to the liquid to be transported. Examples of such a material include inorganic materials such as SiO 2 and Si, and polymer resins such as fluororesin, polyimide resin, and epoxy resin. Etc.

流路断面の幅wの大きさは、バイオ関連の粒子を含む流体を混合するために、10μmから1mm程度が好ましいが、必要に応じて、1から2000μmでも構わない。   The width w of the cross section of the channel is preferably about 10 μm to 1 mm in order to mix the fluid containing bio-related particles, but may be 1 to 2000 μm as necessary.

また、流路の深さhは、流量を大きくするという観点から流路断面の幅よりも深い(大きい)ことが好ましい。具体的には、深さ/流路断面の幅は0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.5以上が好ましい。   The depth h of the flow path is preferably deeper (larger) than the width of the cross section of the flow path from the viewpoint of increasing the flow rate. Specifically, the depth / width of the channel cross-section is 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and still more preferably 0.5 or more.

本発明において、流路内を搬送可能な流体は、基本的には、帯電成分を含有する極性分子を含むものであり、水や、各種電解質を含む溶液等が挙げられる。また、流体は、水等の電解質液に含まれる微細な気泡や油脂材料等を含む流体や、無機及び有機の微粒子やコロイド粒子を含む流体であってもかまわない。   In the present invention, the fluid that can be transported in the flow path basically includes polar molecules containing a charged component, and examples thereof include water and solutions containing various electrolytes. In addition, the fluid may be a fluid containing fine bubbles or oil / fat materials contained in an electrolyte solution such as water, or a fluid containing inorganic and organic fine particles or colloidal particles.

また、本発明の装置を作成するには、流路は所謂、マイクロTAS等の微小流路を用いた流体搬送装置を一般的に作成するMEMS技術、リソグラフィー技術等を用いることができる。また、機械加工を含む、張り合わせ技術、プレス加工等で作成してもよい。   Moreover, in order to produce the apparatus of the present invention, a MEMS technique, a lithography technique, or the like that generally creates a fluid conveyance device using a so-called micro-channel such as a micro TAS can be used. Moreover, you may create by the bonding technique, press work, etc. which include machining.

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。尚、図面を参照した以降の説明では、図面中の同一の部材には原則、同一の番号を付して重複した説明は省略することとする。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific examples. In the following description with reference to the drawings, in principle, the same members in the drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

(実施例1)
実施例1は、図1および図2に示す流体混合装置に基づいて説明する。
Example 1
Example 1 will be described based on the fluid mixing apparatus shown in FIGS. 1 and 2.

図1において、1は複数の流体を搬送するための流路、2、3は流路に隣接して位置する一対の電極、4は電極の電圧を印加するための電圧印加手段、5は流路内を流体が搬送される方向である。また、6は一対の電極2、3への電圧印加により発生する渦流であり、流体が搬送される流体搬送方向5を軸として軸を周回する方向に発生される流れを示す。また、一対の電極2、3は、流路内を流体が搬送される流体搬送方向5に対して垂直または略垂直な方向に対向配置されている。また、7、8は電圧印加によって発生する電極表面のすべり速度Vsを示す。   In FIG. 1, 1 is a flow path for transporting a plurality of fluids, 2 and 3 are a pair of electrodes located adjacent to the flow path, 4 is a voltage applying means for applying the voltage of the electrodes, and 5 is a flow path. This is the direction in which the fluid is conveyed in the path. Reference numeral 6 denotes an eddy current generated by applying a voltage to the pair of electrodes 2 and 3, and shows a flow generated in a direction around the axis with the fluid conveyance direction 5 in which the fluid is conveyed. Further, the pair of electrodes 2 and 3 are arranged to face each other in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the fluid conveyance direction 5 in which the fluid is conveyed in the flow path. Moreover, 7 and 8 show the sliding speed Vs of the electrode surface generated by voltage application.

実施例1は、流路1は一対の基板9、10と、一対のスペーサー部材からなり、一対の電極2、3は、スペーサー部材の一部を構成する導電構造体であり、該電極面が前記基板9、10に対して垂直な方向より傾いた構造を有する。   In Example 1, the flow path 1 is composed of a pair of substrates 9 and 10 and a pair of spacer members, and the pair of electrodes 2 and 3 is a conductive structure constituting a part of the spacer member, and the electrode surface is It has a structure tilted from a direction perpendicular to the substrates 9 and 10.

図2は、左側の電極2がプラス電位で、右側の電極3がマイナス電位である場合のプラスイオン11のマイナス電極付近への集積と、マイナスイオン12のプラスイオン電極への集積及び、電界Eの電極面に沿った成分による滑り速度Vsの発生を示す。同様に電圧を入れ替えても、同じ方向の滑り速度が発生するため、交流に対しても、直流同様の渦流を発生させることができる。ただし、交流電圧を利用すると電気化学反応に由来する気泡の発生などを抑制できる効果があり、交流を用いることが好ましい。また、このように電極面に発生する誘起電荷を遮蔽するように形成される電気二重層のイオンの動きに起因する流れは誘起電荷電気浸透(ICEO)またはAC電気浸透(ACEO)として知られている。実施例1は、前記電圧印加手段が交流電圧源であり、AC電気浸透(ACEO)または誘起電荷電気浸透(ICEO)による渦流を発生させる流体混合装置であり、気泡等の発生を抑制できる効果がある。また、渦流の方向は、表面の状態、イオンの応答遅れ、ファラデー電流等の影響で反対方向となる場合がある。   FIG. 2 shows the accumulation of the positive ions 11 near the negative electrode, the accumulation of the negative ions 12 on the positive ion electrode, and the electric field E when the left electrode 2 has a positive potential and the right electrode 3 has a negative potential. The generation of the slip velocity Vs due to the component along the electrode surface of FIG. Similarly, even if the voltages are switched, a sliding speed in the same direction is generated, so that an eddy current similar to DC can be generated for AC. However, the use of AC voltage has the effect of suppressing the generation of bubbles derived from electrochemical reactions, and it is preferable to use AC. In addition, the flow resulting from the movement of ions in the electric double layer formed to shield the induced charge generated on the electrode surface is known as induced charge electroosmosis (ICEO) or AC electroosmosis (ACEO). Yes. Example 1 is a fluid mixing device in which the voltage applying means is an AC voltage source and generates eddy currents by AC electroosmosis (ACEO) or induced charge electroosmosis (ICEO), and is effective in suppressing the generation of bubbles and the like. is there. Further, the direction of the vortex may be opposite due to the influence of the surface condition, ion response delay, Faraday current, and the like.

いま、流路幅w、流体が搬送される流速U、分子拡散係数Dの2相流(例えば、上半分が流体A、下半分が流体Bの2相流)の単純混合の場合、混合に必要な時間(=混合時間t)はt〜w/Dである。また、混合に必要な距離(=混合距離dy)は、dy〜U(w/D)=wPeであり、混合距離はピクレー数Pe(=Uw/D)に比例する。 Now, in the case of simple mixing of a two-phase flow (for example, a two-phase flow in which the upper half is fluid A and the lower half is fluid B) having a flow path width w, a fluid flow velocity U, and a molecular diffusion coefficient D, mixing is performed. The required time (= mixing time t m ) is t m to w 2 / D. Further, the distance necessary for mixing (= mixing distance dy m ) is dy m to U (w 2 / D) = wPe, and the mixing distance is proportional to the number of Peckles Pe (= Uw / D).

これに対して、渦流を利用したミキサの場合、流路長Δy内の流体を混合するのに要求される拡散すべき実質距離Δrは、wの値から指数関数的に減少し、λを渦に関係した特徴距離とするとき、Δr=wexp(−Δy/λ)となる。また、Δy進むときの流路内滞流時間τrはτ=Δy/Uであり、Δrを拡散するのに必要な拡散時間τは、τ=Δr/D=(w/D)exp(−2Δy/λ)である。それゆえ、τr=τなる条件を課すことで、混合長Δyは、大きなPeに対してΔy〜0.5λln(Pe)[〜λlog(Pe)]となり、混合時間tmはtm=Δym/U=(λ/U)ln(Pe)となる。ただし、本明細書において、〜はオーダー評価近似を示す。つまり、桁(オーダー)を基準として評価し、桁が同じであれば細かな数値は同じでなくともオーダーは同じとして近似したことを示す。 On the other hand, in the case of a mixer using vortex flow, the substantial distance Δr to be diffused required to mix the fluid in the flow path length Δy decreases exponentially from the value of w, and λ is vortexed. Δr = weexp (−Δy / λ). Further, the flow time τr in the flow path when traveling Δy is τ r = Δy / U, and the diffusion time τ D required to diffuse Δr is τ D = Δr 2 / D = (w 2 / D ) Exp (-2Δy / λ). Thus, by imposing the .tau.r = tau D becomes conditions, mixing length [Delta] y m is, Δy m ~0.5λln for large Pe (Pe) [~λlog (Pe )] , and the mixing time tm is tm = Derutaym / U = (λ / U) ln (Pe). However, in this specification, ~ indicates order evaluation approximation. In other words, the evaluation is based on the digit (order), and if the digit is the same, it indicates that the order is the same even if the detailed numerical value is not the same.

すなわち、ICEOまたはACEO流れ等を利用して流体の搬送方向を軸とした渦流を発生させ、スクリュー型(らせん型)の流れを発生させる本発明は、Peが大きいとき、単純拡散ミキサより流体を短い混合距離で混合できる効果がある。また、混合時間も単純拡散ミキサより短くできる効果がある。   That is, the present invention, which uses an ICEO or ACEO flow or the like to generate a vortex flow around the direction of fluid conveyance and generate a screw type (spiral type) flow, allows fluid to flow more than a simple diffusion mixer when Pe is large. There is an effect that can be mixed at a short mixing distance. Also, there is an effect that the mixing time can be made shorter than that of the simple diffusion mixer.

ところで、非特許文献1に記載されている様に、流路の底面にV字型の溝を形成した受動型スクリュー(らせん)ミキサにおいても、混合長Δyは大きなPeに対してΔy〜λlog(Pe)となり、単純拡散ミキサより流体を短い混合距離で混合できる効果がある。 Meanwhile, as disclosed in Non-Patent Document 1, even in a passive screw (helical) mixer to form a V-shaped groove in the bottom surface of the channel, mixing length [Delta] y m is [Delta] y m ~ for large Pe λlog (Pe), which is effective in mixing the fluid at a shorter mixing distance than the simple diffusion mixer.

しかしながら、本発明のアクティブ型スクリュー(らせん)ミキサには、受動型スクリュー(らせん)ミキサにはない、設計自由度に優れた効果がある。特に、アクティブ型スクリューミキサでは、渦流の代表速度をUv、αを比例定数とするとき、λ〜αw(U/Uv)とすれば、Uv→0の極限でλ→0となり、Δr→wとなり単純ミキサに一致するので合理的である。一方、溝を利用した受動型スクリューミキサでは、溝構造が決まるとλが決まって、Peの大きな変動状況や設計要求に合わせてダイナミックにλを調整して、混合距離を設計仕様(例えば、1cm)内に抑えることができない問題がある。また、溝を利用した受動型スクリューミキサでは、溝構造を調整しても、極端にU/Uvを改善することは困難であり、現状では、α〜25、U/Uv〜1、すなわち、λ〜w(U/Uv)〜25w程度が最良設計と考えられる。   However, the active screw (helical) mixer of the present invention has an excellent design flexibility that is not found in the passive screw (helical) mixer. In particular, in the active type screw mixer, when the representative velocity of the vortex is Uv and α is a proportional constant, if λ to αw (U / Uv), then λ → 0 and Δr → w at the limit of Uv → 0. It is reasonable because it matches a simple mixer. On the other hand, in a passive screw mixer using a groove, λ is determined when the groove structure is determined, and λ is dynamically adjusted in accordance with a large variation state of Pe and design requirements, so that the mixing distance is designed (for example, 1 cm). There is a problem that cannot be suppressed. Further, in a passive screw mixer using a groove, even if the groove structure is adjusted, it is difficult to extremely improve U / Uv. At present, α to 25, U / Uv to 1, that is, λ A range of ~ w (U / Uv) ~ 25w is considered the best design.

本発明のICEO等を利用したアクティブ型スクリュー(らせん)ミキサでは、Peの大きな変動状況や設計要求に合わせてダイナミックにU/Uv比を調整し、λを変動させて、混合距離を設計仕様(例えば、1cm)内に抑えることができる効果がある。   In the active type screw (helical) mixer using the ICEO etc. of the present invention, the U / Uv ratio is dynamically adjusted according to the large fluctuation situation of Pe and the design requirement, and the mixing distance is designed by changing the λ. For example, there is an effect that can be suppressed within 1 cm).

具体的には、w〜100μm、U〜1mm/s,D〜10−12/sのとき、Pe〜10となる。この時、受動型スクリュー(らせん)ミキサの場合、混合距離をΔy〜λlog(Pe)〜25w・log(Pe)=125w=1.25cmとなり、混合距離を設計仕様(1cm)内に抑えることができない。 Specifically, w~100μm, U~1mm / s, when the D~10 -12 m 2 / s, the Pe~10 5. At this time, in the case of a passive screw (spiral) mixer, the mixing distance is Δy m to λlog (Pe) to 25 w · log (Pe) = 125 w = 1.25 cm, and the mixing distance is kept within the design specification (1 cm). I can't.

これに対して、本発明のICEO等を利用したアクティブ型スクリュー(らせん)ミキサでは、U/Uv〜0.5、すなわち、Uv=2mm/sと調整し、λ=12.5wとする。そのことで、混合距離をΔy〜λlog(Pe)〜12.5w・log(Pe)=62.5w〜0.6cmとでき、混合距離を設計仕様(1cm)内に抑えることができる効果がある。 On the other hand, in the active type screw (helical) mixer using the ICEO or the like of the present invention, U / Uv to 0.5, that is, Uv = 2 mm / s is adjusted to λ = 12.5 w. As a result, the mixing distance can be Δy m to λlog (Pe) to 12.5 w · log (Pe) = 62.5 w to 0.6 cm, and the mixing distance can be suppressed within the design specification (1 cm). is there.

また、図1、図2において、流路の平均幅をw、流路の高さをh、電極2、3の基板面法線に対する傾き角をΦとすると、渦流の代表速度はUv〜βε(hsinΦ)E /μとなる。こで、εは流体の誘電率(例えば、水の場合は、ε〜80ε;ただしεは真空誘電率)、μは流体の粘性、E=V/wは平均印加電界、Vは電極2、3への印加電圧(ACの場合は実効値電圧)である。また、βは電極界面、印加電圧、系の代表サイズ等で変動するパラメータで、0.001から1程度の大きさを持つ。また、しばしば、渦の回転方向は、標準的な理論と逆方向の回転を示す。 1 and 2, when the average width of the flow path is w, the height of the flow path is h, and the inclination angle of the electrodes 2 and 3 with respect to the normal to the substrate surface is Φ, the typical velocity of the vortex is Uv to βε. (HsinΦ) E 0 2 / μ. Where ε is the dielectric constant of the fluid (for example, in the case of water, ε to 80ε 0 ; ε 0 is the vacuum dielectric constant), μ is the viscosity of the fluid, E 0 = V 0 / w is the average applied electric field, V 0 is an applied voltage to the electrodes 2 and 3 (effective voltage in the case of AC). Β is a parameter that varies depending on the electrode interface, the applied voltage, the representative size of the system, etc., and has a size of about 0.001 to 1. Also, the direction of rotation of the vortex often shows the opposite direction to the standard theory.

いま、w=100μm、h=100μm、Φ=30°、ε〜80ε、β〜0.1、μ=1mPa・s、c〜hsinΦ〜50μmとする。この時、V=1.0、1.5、2.0、3.0Vの電圧を印加すると、E=10、15、20、30kV/mの電界と、Uv〜0.35、0.80、1.4、3.2mm/sとなる渦流代表速度を得る。 Now, w = 100 μm, h = 100 μm, Φ = 30 °, ε-80ε 0 , β-0.1, μ = 1 mPa · s, c-hsinΦ-50 μm. At this time, when a voltage of V 0 = 1.0, 1.5, 2.0, and 3.0 V is applied, an electric field of E 0 = 10, 15, 20, 30 kV / m, and Uv˜0.35, 0 A typical eddy current velocity of 80, 1.4, 3.2 mm / s is obtained.

それゆえ、α〜25、w〜100μm、U〜1mm/s,D〜10−12/sのとき、すなわち、Pe〜10のとき、本発明の流体混合装置では、V=1.0、1.5、2.0,3.0Vの電圧を印加すると、U/Uv〜2.86、1.25、0.71、0.31なので、Δym[〜1.25cmx(U/Uv)]は、3.58、1.56、0.89、0.39となる。よって、2V以上の電圧を印加すれば、混合距離を設計仕様(1cm)内に抑えることができる効果がある。 Therefore, α~25, w~100μm, U~1mm / s , when the D~10 -12 m 2 / s, i.e., when the Pe~10 5, a fluid mixing system of the present invention, V 0 = 1 When voltages of 0.0, 1.5, 2.0, and 3.0 V are applied, U / Uv to 2.86, 1.25, 0.71, and 0.31, so Δym [˜1.25 cmx (U / Uv)] is 3.58, 1.56, 0.89, and 0.39. Therefore, if a voltage of 2 V or more is applied, there is an effect that the mixing distance can be suppressed within the design specification (1 cm).

また、通常、バイオ試料の混合では、必要以上に大きな流速での混合はバイオ試料を傷つけるおそれがあり、受動型ミキサで多種のバイオ試料に対して、ダイナミックに最適渦流速に調整し処理することは困難である。本発明では、ピクレー数に合わせて、適宜、最適渦流速の設定でき、バイオ試料の損傷を避けられる効果がある。   In addition, when mixing biosamples, mixing at a flow rate higher than necessary may damage the biosample, and various types of biosamples should be dynamically adjusted to the optimal vortex flow rate and processed using a passive mixer. It is difficult. In the present invention, the optimum vortex flow velocity can be set as appropriate according to the number of Piclays, and there is an effect of avoiding damage to the biosample.

また、電極面の傾き角Φは、あまり小さいと十分な速度が得られず、あまり大きいと流路が扁平となり粘性の影響を強く受けるため、20から60度の程度が好ましい。   Further, if the tilt angle Φ of the electrode surface is too small, a sufficient speed cannot be obtained, and if it is too large, the flow path becomes flat and is strongly affected by the viscosity, and is preferably about 20 to 60 degrees.

(実施例2)
図3は、本実施例の流体混合装置の特徴を示す模式図である。
(Example 2)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the characteristics of the fluid mixing apparatus of the present embodiment.

本実施例の流体混合装置は、一対の電極の形状、及び形成される渦流の数と分布が異なる点が、実施例1の装置と相違する。   The fluid mixing apparatus of the present embodiment is different from the apparatus of Embodiment 1 in that the shape of the pair of electrodes and the number and distribution of vortexes formed are different.

図3(a)は、流路に面する互いに平行でない電極面を持ち、一対の電極と上下基板で形成される流路断面は(等角)台形である。一対の電極2,3にACまたはDC電圧を印加することで2個の渦流6を発生でき、実施例1と同様な効果が得られる。
図3(b)は、一対の電極面の左右が非対称な傾き角Φを有する例で、流路断面は(非等角)台形となる。一対の電極にACまたはDC電圧を印加することで1個の渦流を発生でき、実施例1と同様な効果が得られる。
図3(c)は、左右に、流路面が凹型の形状の電極面を持つ例で、一対の電極にACまたはDC電圧を印加することで4個の渦流を発生でき、実施例1と同様な効果が得られる。
図3(d)は、左右に、流路面が凸型の形状の電極面を持つ例で、一対の電極にACまたはDC電圧を印加することで4個の渦流を発生でき、実施例1と同様な効果が得られる。
FIG. 3A has non-parallel electrode surfaces facing the flow path, and the cross section of the flow path formed by the pair of electrodes and the upper and lower substrates is a (conformal) trapezoid. By applying an AC or DC voltage to the pair of electrodes 2 and 3, two vortex flows 6 can be generated, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
FIG. 3B is an example in which the left and right of the pair of electrode surfaces have an asymmetric inclination angle Φ, and the cross section of the flow path is a trapezoid (non-conformal). By applying an AC or DC voltage to the pair of electrodes, one eddy current can be generated, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
FIG. 3C shows an example in which the channel surface has a concave electrode surface on the left and right, and four eddy currents can be generated by applying an AC or DC voltage to a pair of electrodes. Effects can be obtained.
FIG. 3 (d) shows an example in which the channel surface has a convex electrode surface on the left and right, and four vortex flows can be generated by applying an AC or DC voltage to a pair of electrodes. Similar effects can be obtained.

(実施例3)
図4は、本実施例の流体混合装置を示す模式図である。
(Example 3)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the fluid mixing apparatus of the present embodiment.

本実施例の装置は、一対の電極は、流路の壁面に間隙を持って平行配置された一対の薄膜電極42、43であることが実施例1の装置と相違する。   The apparatus of the present embodiment is different from the apparatus of the first embodiment in that the pair of electrodes is a pair of thin film electrodes 42 and 43 arranged in parallel with a gap on the wall surface of the flow path.

図4において、44、45は絶縁性の流路壁であり、薄膜電極42、43へのAC電圧の印加によって、流路の流体搬送方向に軸を有する渦流46、47を発生し、実施例1と同様な効果が得られる。   In FIG. 4, reference numerals 44 and 45 denote insulating channel walls, and by applying an AC voltage to the thin film electrodes 42 and 43, eddy currents 46 and 47 having axes in the fluid transport direction of the channel are generated. The same effect as 1 can be obtained.

(実施例4)
図5は、本実施例の流体混合装置を示す模式図である。
Example 4
FIG. 5 is a schematic diagram showing the fluid mixing apparatus of the present embodiment.

本実施例の装置は、一対の電極が非対称な電極面積を持つことが実施例1の装置と相違する。   The apparatus of the present embodiment is different from the apparatus of the first embodiment in that the pair of electrodes has an asymmetric electrode area.

図5(a)は、非対称電極52、53にAC電圧の印加によって、流路の流体搬送方向に軸を有する渦流56を発生し、実施例1と同様な効果が得られる。
図5(b)は、非対称一対の電極が複数個ある場合の例であり、AC電圧の印加によって、実施例1と同様な効果が得られる。
図5(c)は、上下に非対称一対の電極が複数個ある場合の例であり、AC電圧の印加によって、実施例1と同様な効果が得られる。
図5(d)は、上下及ぶ左右の流路壁にも非対称一対の電極がある場合の例であり、AC電圧の印加によって、実施例1と同様な効果が得られる。
In FIG. 5A, by applying an AC voltage to the asymmetric electrodes 52 and 53, a vortex 56 having an axis in the fluid conveyance direction of the flow path is generated, and the same effect as in the first embodiment is obtained.
FIG. 5B shows an example in which there are a plurality of asymmetrical pairs of electrodes, and the same effect as in the first embodiment can be obtained by applying an AC voltage.
FIG. 5C shows an example in which there are a plurality of asymmetrical pairs of electrodes above and below, and the same effect as in the first embodiment can be obtained by applying an AC voltage.
FIG. 5D shows an example in which there are a pair of asymmetric electrodes on the left and right flow path walls extending vertically, and the same effect as in the first embodiment can be obtained by applying an AC voltage.

(実施例5)
図6は、本実施例の流体混合装置を示す模式図である。
(Example 5)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the fluid mixing apparatus of the present embodiment.

本実施例の流体混合装置は、一対の電極が、流路1内に略平行配置された線状電極62、63であることが、実施例1の装置と相違する。線状電極の直径は、1μmから1mmが好ましい。   The fluid mixing apparatus according to the present embodiment is different from the apparatus according to the first embodiment in that the pair of electrodes are linear electrodes 62 and 63 arranged in parallel in the flow path 1. The diameter of the linear electrode is preferably 1 μm to 1 mm.

図6において、線状電極62、63へのAC電圧の印加によって、流路の流体搬送方向に軸を有する渦流66を発生し、実施例1と同様な効果が得られる。   In FIG. 6, by applying an AC voltage to the linear electrodes 62 and 63, a vortex 66 having an axis in the fluid conveyance direction of the flow path is generated, and the same effect as in the first embodiment is obtained.

本発明の流体混合装置は、流体を連続的に混合することができ、混合に必要な流路の長さを要求に応じて制御することができるので、μTAS、流体集積回路、lob−on-a−chip等の分野に利用することができる。   Since the fluid mixing apparatus of the present invention can continuously mix the fluids and control the length of the flow path necessary for mixing as required, the μTAS, the fluid integrated circuit, the lob-on- It can be used in fields such as a-chip.

1 流路
2、3 電極
4 電圧印加手段
5 流体搬送方向
6 渦流
7、8 すべり速度Vs
9,10 基板
12 一対の電極の対向方向
13 流体
1 Flow path 2, 3 Electrode 4 Voltage application means 5 Fluid transport direction 6 Eddy current 7, 8 Slip velocity Vs
9, 10 Substrate 12 Opposing direction of a pair of electrodes 13 Fluid

Claims (1)

複数の流体を搬送するための流路と、前記流路に設けられた一対の電極と、前記一対の電極に交流電圧を印加するための交流電圧印加手段とを有し、前記一対の電極に前記電圧を印加することで、前記電極近傍に電気二重層が形成され、前記電気二重層を形成するイオンに前記電極表面の滑り速度を発生する誘起電荷電気浸透を用いた流体混合装置であって、前記流路は一対の基板と一対のスペーサー部材により囲まれて形成されており、前記一対のスペーサー部材の一部を構成する導電構造体から前記一対の電極が形成され、前記一対の電極は、前記一対の電極の対向方向が前記流路内を前記流体が搬送される流体搬送方向に対して垂直または略垂直になるように配置され、前記電極の電極面が前記基板の表面の法線に対して20度以上60度以下の範囲で傾斜しており、前記一対の電極に30Hz以上100KHz以下の交流電圧を印加することにより、前記流体に前記流体搬送方向を軸として前記軸を周回する方向の流れを発生させることを特徴とする流体混合装置。 A flow path for conveying a plurality of fluids, and a pair of electrodes provided in the flow path, have a an AC voltage application means for applying an AC voltage to the pair of electrodes, said pair of electrodes A fluid mixing device using induced electric charge electroosmosis in which an electric double layer is formed in the vicinity of the electrode by applying the voltage and a slip velocity of the electrode surface is generated in ions forming the electric double layer. The flow path is formed by being surrounded by a pair of substrates and a pair of spacer members, and the pair of electrodes is formed from a conductive structure constituting a part of the pair of spacer members. , The opposing direction of the pair of electrodes is arranged to be perpendicular or substantially perpendicular to the fluid conveyance direction in which the fluid is conveyed in the flow path, and the electrode surface of the electrode is a normal to the surface of the substrate 20 degrees or more against Degrees is inclined in the following ranges, by applying a 100KHz following AC voltage than 30Hz to the pair of electrodes, thereby generating the direction of flow orbiting the shaft the fluid transport direction as an axis to the fluid A fluid mixing device.
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US6482306B1 (en) * 1998-09-22 2002-11-19 University Of Washington Meso- and microfluidic continuous flow and stopped flow electroösmotic mixer
DE19859461A1 (en) * 1998-12-22 2000-06-29 Evotec Biosystems Ag Method and device for the convective movement of liquids in microsystems
AU2002364177A1 (en) * 2001-12-18 2003-06-30 Massachusetts Institute Of Technology Microfluidic pumps and mixers driven by induced-charge electro-osmosis
JP2008003074A (en) * 2006-05-26 2008-01-10 Furuido:Kk Micro fluid device, measuring device, and micro fluid stirring method
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