KR100777172B1 - 전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프 - Google Patents

전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프 Download PDF

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Abstract

마이크로 유체칩 (12) 의 연통 구멍 (36) 에 대향하여 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 펌프 본체 (24) 에는 돌기 (35) 가 돌출 형성되어 있다. 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 이 끼워맞추어지면, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 제 1 유로 (22) 와, 마이크로 유체칩 (12) 의 제 2 유로 (18) 가 연통됨과 함께, 마이크로 유체칩 (12) 에 대하여 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 가 고정되고, 또한 제 1 유로 (22) 와 제 2 유로 (18) 사이가 시일되어, 외부로의 액체 (38, 40) 및 기체 (42) 등의 유체 누설이 방지된다.

Description

전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프{ELECTROOSMOTIC PUMP SYSTEM AND ELECTROOSMOTIC PUMP}
본 발명은, 마이크로 유체칩에 대해서 유체를 공급하고, 또는 상기 마이크로 유체칩으로부터 유체를 흡입함으로써, 상기 마이크로 유체칩 내의 유체에 대한 제어, 예를 들어, 액체의 유량, 압력 및 액위의 제어에 바람직한 전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프에 관한 것이다.
마이크로 유체칩은, 플라스틱이나 유리로 된 작은 칩 위에 미세 유로나 각종 유체 제어 기기를 형성하고, 형성된 상기 유체 기기 내에서 화학 반응이나 생화학 반응 등을 실시하게 하는 장치로서, 그 마이크로 유체칩을 채용함으로써, 화학 반응이나 생화학 반응을 실시하는 시스템의 소형화나, 상기 화학 반응에서 필요로 하는 샘플이나 시약의 양을 큰 폭으로 저감할 수 있고, 이 결과, 상기 시스템에 있어서의 측정 시간의 단축이나 소비 전력의 저감을 실현하는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 시스템에서는, 마이크로 유체칩 내의 액체를 구동시키기 위한 펌프가 필요하다. 또, 상기 시스템에서는, 마이크로 유체칩을 실용적인 것으로 하기 위해서, 그 마이크로 유체칩의 개발뿐만 아니라, 상기 마이크로 유체칩에 대한 샘플의 도입 방법이나, 액체 구동용의 펌프, 전원, 계측계 등도 포함한 시스템 전체적인 최적화, 즉, 시스템 전체의 소형화나 저비용화에 대한 검토도 필요하다.
이어서, 마이크로 유체칩의 내부에 액체를 공급하여, 공급된 상기 액체를 구동시키기 위한 2 가지 방법에 대해 설명한다.
제 1 방법은, 도 27 에 나타내는 바와 같이, 펌프 시스템 (200) 의 펌프 전원 (202) 으로부터 시린지 펌프 구동 장치 (204) 를 통전하여 시린지 펌프 (206) 를 구동하고, 그 시린지 펌프 (206) 로부터 세경(細徑) 의 튜브 (208a) 를 통해 마이크로 유체칩 (210) 에 액체를 공급하는 방법이다. 이 경우, 도 27 및 도 28 에 나타내는 바와 같이, 접착제 (214) 를 이용하여 튜브 (208a) 를 마이크로 유체칩 (210) 에 고정시킴으로써, 그 마이크로 유체칩 (210) 과 튜브 (208a) 사이를 시일한다.
또한, 마이크로 유체칩 (210) 은, 바닥면측의 유리 기판 (216) 과 상면측의 유리 기판 (218) 을 첨착(bonding)함으로써 형성되고, 그 유리 기판 (216) 에 홈을 형성함으로써, 그 홈이 유로 (220) 로서 구성된다. 또, 마이크로 유체칩 (210) 에 있어서의 사용이 끝난 액체는, 튜브 (208b) 를 통해 폐액 저장부에 배출된다. 이 경우, 펌프 전원 (202), 시린지 펌프 구동 장치 (204) 및 시린지 펌프 (206) 와 동일한 장치를 이용하여 마이크로 유체칩 (210) 으로부터 튜브 (208b) 를 통해 상기 액체를 배출하는 구성도 가능하다.
마이크로 유체칩 (210) 을 보다 실용적인 것으로 하기 위해서는, IC칩과 동일하게 마이크로 유체칩 (210) 에 대한 패키징을 실시하여, 마이크로 유체칩 (210) 을 물리적으로 고정시킴으로써, 먼지, 열, 습기 및 화학적 오염으로부터 그 마이크 로 유체칩 (210) 을 방호하고, 나아가 전력 공급이나 신호의 입출력이나 유체에 대한 인터페이스에 대해서도 고려할 필요가 있다.
그래서, 홀더나 소켓을 이용하여 마이크로 유체칩 (210) 을 고정시킴과 함께, 상기 홀더나 상기 소켓을 통해 그 마이크로 유체칩 (210) 에 대한 유체의 공급, 전력 공급 및 신호의 입출력의 인터페이스를 고려한 패키징을 실시하는 종래 기술이 개시되어 있다 (비특허 문헌 1 참조).
도 29 및 도 30 은, 마이크로 유체칩 (210) 에 대한 패키징의 종래예를 나타내고 있다.
여기서, 마이크로 유체칩 (210) 은, 알루미늄제의 지그 (232, 234) 로 협지 되고, 또한 나사 (236) 를 통해 각 지그 (232, 234) 를 연결함으로써 고정 유지된다. 튜브 (208a) 는, 그 튜브 (208a) 의 삽입 통과가 가능한 나사 (238) 를 통해 마이크로 유체칩 (210) 에 접속되어 있다. 즉, 나사 (238) 와 지그 (232) 가 나사 결합함으로써, 나사 (238) 측의 O 링 (240) 이 마이크로 유체칩 (210) 의 상면 (유리 기판 (218) 의 상면) 을 누르고, 이 결과, 튜브 (208a) 와 마이크로 유체칩 (210) 사이가 시일된다. 또한, 도 29 에서는, 복수의 튜브 (208a ∼ 208d) 가 복수의 나사 (238) 를 통해 마이크로 유체칩 (210) 에 접속되어 있다.
상기 펌프 시스템 (200) 에서는, 펌프 전원 (202), 시린지 펌프 구동 장치 (204) 및 시린지 펌프 (206) 의 전체 사이즈가 수십 [㎝] 정도의 크기이고, 또한 튜브 (208a ∼ 208d) 의 전체 길이가 수십 [㎝] 정도이기 때문에, 유체에 관한 인터페이스 부분을 개선해도, 시스템 전체를 소형화하기가 불가능하다.
제 2 방법은, 미세 가공 기술을 사용하여 다이어프램 펌프나 전기 침투류 펌프 등의 미유량 펌프를 마이크로 유체칩 (210) 에 직접 형성하는 것으로서, 도 31 은, 마이크로 유체칩 (210) 의 내부에 형성된 유로를 이용하여 전기 침투류 펌프를 구축한 종래 기술에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (250) 이다.
전기 침투류 펌프 시스템 (250) 에서는, 유리 기판 (216) 의 상면에 대해서, 액 저장부 (이하, "리저버"(reservoirs)라고도 한다.) 의 바닥면이 되는 홈 (256, 258) 과 그 홈 (256, 258) 을 연결한 유로가 되고 또한 폭이 수 [㎛] ∼ 수십 [㎛] 정도의 홈 (260) 이 각각 형성되고, 한편으로 유리 기판 (218) 에는, 홈 (256, 258) 과 공동하여 리저버가 되고 또한 직경이 1 [㎜] ∼ 2 [㎜] 정도인 관통 구멍 (252, 254) 이 각각 형성되어 있다. 여기서, 유리 기판 (216) 의 상면과 유리 기판 (218) 의 바닥면을 접합하여, 관통 구멍 (252) 및 홈 (256) 으로 이루어지는 리저버에 대해서 전극 (262) 을 삽입하고, 관통 구멍 (254) 및 홈 (258) 으로 이루어지는 리저버에 대해서 전극 (264) 을 삽입함으로써, 마이크로 유체칩 (210) 내에 전기 침투류 펌프가 형성된다.
그러나, 전기 침투류 펌프 시스템 (250) 에서는, 상기 전기 침투류 펌프의 유량이나 압력 특성 등의 면에서 제약이 있을 뿐만 아니라, 마이크로 유체칩 (210) 측의 가공이 복잡하여, 결국, 제품의 비용이 상승한다는 문제가 있다.
도 32 는, 미세 가공 기술을 이용하여 다이어프램식의 펌프 (274) 를 마이크로 유체칩 (210) 상에 구성한 종래 기술에 관한 펌프 시스템 (270) 이다 (비특허 문헌 2 참조).
즉, 펌프 시스템 (270) 에서는, 모듈화된 다이어프램식의 펌프 (274) 나 유량계 (276) 가 마이크로 유체칩 (210) 상에 형성되고, 이들 장치 사이는, 그 마이크로 유체칩 (210) 내에 형성된 유로 (300) 를 통해 연결되어 있다. 이 경우, 마이크로 유체칩 (210) 에 있어서의 장치 사이의 내부 접속이 간편화되지만, 미세 가공에 의한 펌프 시스템 (270) 의 제조 비용이 크게 상승한다, 또, 펌프 (274) 는, 마이크로 유체칩 (210) 내부의 유체를 구동하는 펌프로서, 그 마이크로 유체칩 (210) 에 대해 유체를 공급하고, 또는 흡입하기 위해서는, 다른 펌프가 별도로 필요해진다. 따라서, 이 펌프 시스템 (270) 에 있어서도, 외부에 대한 유체의 인터페이스를 고려할 필요가 있다.
비특허 문헌 1: Zhen Yang and Ryutaro Maeda, A world-to-chip socket for microfluidic prototype development, Electrophoresis 2002, 23, 3474-3478
비특허 문헌 2: Michael Koch, Alan Evans and Arthur Brunnschweiler, Microfluidic Technology and Applications, Research Studies Press Inc., 2000
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
상기의 마이크로 유체칩 (210; 도 27 ∼ 도 32 참조) 을 이용하는 것에 의한 장점으로는, (1) 시스템 전체가 소형화된다, (2) 사용하는 샘플의 양이 저감된다는 두가지 점이다. 이 경우, 마이크로 유체칩 (210) 과 비교하여 충분히 작은 펌프를 이용하면, 전원이나 컨트롤러도 포함하여 소형화할 수 있다. 그러나, 이러한 소형화된 펌프로서, 마이크로 유체칩 (210) 의 액체 제어에 사용할 수 있을 만큼의 충분한 성능을 갖고, 또한 저렴한 펌프는 존재하지 않는다. 즉, 마이크로 유체칩 (210) 을 소형화할 수는 있어도, 그 마이크로 유체칩 (210) 의 본래의 장점을 살린 시스템 구성을 실시할 수는 없다.
또한, 이들 기계식 펌프의 가격도 결코 저렴하다고는 할 수 없고, 또, 후술하는 액체 제어의 관점에서의 단점도 있다.
즉, 상기 제 1 방법에서는, 시판되는 펌프, 예를 들어, 시린지 펌프 (206) 나 연동식 펌프(peristaltic pump)를 이용해도, 펌프 사이즈가 마이크로 유체칩 (210) 에 비해 크고, 그 마이크로 유체칩 (210) 을 소형화하는 것이 가능해도, 시스템 전체를 모바일형으로 하기까지 소형화하는 것이 곤란하다.
이 경우, 구동용의 펌프나 마이크로 유체칩 (210) 사이즈를 10 [㎝] 정도의 크기로 할 수 있으면, 시스템 전체의 모바일성을 현저하게 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 마이크로 유체칩 (210) 을 이용한 시스템을 각종 어플리케이션에 적용하기 위해서는, 마이크로 유체칩이 갖는 마이크로화라는 본래의 특징을 살려 소형화를 도모하여, 모바일성을 높이는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 마이크로 유체칩 (210) 의 마이크로화에 의해, 사용하는 샘플양을 저감시키는 것이 가능해진다는 장점이 있지만, 펌프와 마이크로 유체칩 (210) 사이의 튜브 (208a ∼ 208d) 의 존재는, 단점의 요인이다.
즉, 마이크로 유체칩 (210) 내의 유로 (220 (도 28 및 도 30 참조) 의 폭은, 일반적으로 수 [㎛] ∼ 수백 [㎛] 정도의 사이즈이다. 이 경우, 유로 (220) 내의 액체의 인벤토리(inventory)는, 수 [㎕] 정도 이하가 되는 경우가 많다. 한편, 마이크로 유체칩 (210) 의 외부에 설치되는 펌프에는, 시린지 펌프 (206) 나 연동식 펌프가 빈번하게 사용되나, 이들의 펌프 사이즈는, 수십 [㎝] 정도의 크기이고, 이 결과, 마이크로 유체칩 (210) 과의 접속에는 수십 [㎝] 이상의 튜브 (208a ∼ 208d) 가 필요하다. 추가로, 튜브 (208a ∼ 208d) 의 내경이 0.5 [㎜], 그 길이가 20 [㎝] 인 경우에는, 그 튜브 (208a ∼ 208d) 내부의 액체의 인벤토리는 39.25 [㎕] 가 된다.
이 때문에, 본래 필요한 샘플의 양이 1 [㎕] 이더라도, 상기 펌프 시스템 (200) 의 구성에서는, 샘플을 마이크로 유체칩 (210) 의 내부로 보내기 위해, 튜브 (208a) 나 시린지 펌프 (206) 의 내부에 샘플을 미리 충전할 필요가 있기 때문에, 시스템 전체로 40 [㎕] 이상의 샘플이 필요하고, 이들 샘플은, 마이크로 유체칩 (210) 내에 있어서의 각종 화학 반응에 사용되지 않은 채 폐기된다.
따라서, 제 1 방법에서는, 마이크로 유체칩 (210) 내에서 사용하는 샘플이나 약액의 양을 미량으로 할 수 있어도, 튜브 (208a) 에서 낭비되는 액체의 양이 크기 때문에, 결과로서 사용 약액량의 저감이라는 마이크로 유체칩 (210) 의 본래의 효과를 나타낼 수 없다.
상술한 바와 같이, 마이크로 유체칩 (210) 으로부터 떨어진 장소에 시린지 펌프 (206) 가 배치되고, 그 시린지 펌프 (206) 의 배출구와 유로 (220) 에 있어서의 유체 도입 부분은 튜브 (208a) 를 통해 접속되고, 그 튜브 (208a) 는, 접착제 (214) 에 의해 유리 기판 (218) 에 접착되어 있다. 이 구조에서는, 유로 (220) 의 용적과 비교하여, 시린지 펌프 (206) 로부터 상기 유체 도입 부분까지의 공간, 즉, 튜브 (208a) 의 내부 공간 및 상기 유체 도입 부분의 공간의 용적이 크다.
여기서, 시린지 펌프 (206) 로부터 샘플용 액체를 마이크로 유체칩 (210) 에 송액하여, 유로 (220) 내에서 그 샘플용 액체를 이동시키는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 기본적인 조작은, 상기 샘플용 액체의 송액의 정지이지만, 시린지 펌프 (206) 에서 상기 샘플용 액체의 압력을 제어할 때에는, 그 시린지 펌프 (206) 를 정지시켜도, 유로 (220) 내의 상기 샘플용 액체를 즉석에서 정지시킬 수 없다.
이러한 문제의 제 1 원인은, 펌프 자체의 문제로서, 예를 들어, 시린지 펌프 (206) 나 연동 펌프와 같은 기계적 펌프를 사용하는 경우에는, 펌프의 구동 부분에 역학적인 관성이 존재하기 때문에, 펌프가 정지해도 순간적으로 구동 압력이 0 이 되는 경우는 없기 때문이다.
더욱 큰 문제로서, 구동에 필요한 압력을 상기 샘플용 액체에 가하면, 그 샘플용 액체의 체적 변화나 튜브 (208a) 의 변형 등이 발생하고, 이들의 체적 변화는, 펌프를 정지시켜 상기 샘플용 액체의 이동이 정지함으로써 해소되지만, 그 변화분이 정지 후에도 그 샘플용 액체의 이동을 야기시키는 원인이 된다.
예를 들어, 샘플용 액체가 물인 경우, 상기 샘플용 액체가 존재하는 공간의 용적이 100 [㎕] 이고, 그 압축률 κ 이 20℃ 에 있어서 κ=0.45 [㎬-1] 이면, 0.1 [㎫] 의 압력 변화에 의해, 상기 샘플용 액체에서는, 4.5 [nl] 의 체적 변화가 생긴다. 유로 (220) 의 단면 치수를 100 [㎛] × 50 [㎛] 로 했을 경우, 이 체적 변화는, 1 [㎜] 의 채널 길이에 대응한다.
또, 상기 샘플용 액체가 정지한 후에도, 온도 변화에 의해 그 샘플용 액체의 체적 변화가 발생하기 때문에, 이 결과, 마이크로 유체칩 (210) 내부에 있어서의 상기 샘플용 액체에 대한 압력 변동이나, 액체 위치의 변동이 야기된다. 이 경우, 100 [㎕] 의 샘플용 액체에 생기는 체적 변화는, 그 체적 팽창률 (20 [℃] 에 있어서 0.21×10-3 [K-1]) 로부터, 50 [℃] 의 온도 변화에 대해서 1 [㎕] 가 된다. 또한, 시린지 펌프 (206) 가 구동용 액체를 구동하고, 그 구동용 액체로부터 기체를 통해 유로 (220) 내의 샘플용 액체를 이동시키는 경우에는, 상기한 각종 영향이 현저해지는 것은 물론이다.
이상과 같이, 미세한 유로 (220) 에 있어서, 미량의 샘플용 액체나 구동용 액체를 취급하는 경우에는, 압력원으로서의 펌프 (시린지 펌프 (206)) 로부터 마이크로 유체칩 (210) 의 유로 (220) 까지의 공간 (데드 스페이스) 이 커지면, 유로 (220) 에 있어서의 상기 각 액체의 제어성에 큰 영향이 미친다.
또, 제 2 방법에서는, 상기 서술한 바와 같이, 마이크로 유체칩 (210) 상에 다이어프램식의 펌프 (274) 나 전기 침투류 펌프가 형성되는데, 펌프 (274) 는, 구조가 복잡하기 때문에, 미세 가공 기술로 형성하면 제조 비용이 상승한다는 문제가 있다. 또, 펌프 (274) 는, 동적인 기기이기 때문에, 고장이 발생하기 쉬운데다가, 맥류가 발생하기 쉽다는 문제도 있다.
한편, 종래, 마이크로 유체칩 (210) 내부에서 이용되어온 전기 침투류 펌프는, 구조가 간단하고 또한 미세 가공 기술에 의해 그 마이크로 유체칩 (210) 내부에 비교적 용이하게 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 전기 침투류 펌프의 성능이 각 유로의 채널 치수 (폭 및 깊이) 에 강하게 의존하기 때문에, 상기 각 유로의 유량이 제약되거나 인가 전압이 [㎸] 수준의 고전압이 되는 등의 문제가 있다.
또, 상기 서술한 바와 같이, 마이크로 유체칩 (210) 내부에 액체를 도입하는 펌프 수단이 별도로 필요하게 된다. 이 경우, 외부에 설치한 리저버로부터 튜브 (208a) 를 통해 마이크로 유체칩 (210) 내부로 액체를 보내는데, 상기 리저버가 마이크로 유체칩 (210) 으로부터 떨어진 장소에 설치되면, 상기 제 1 방법과 마찬가지로 샘플이나 약액을 미량화할 수 없다.
또한, 마이크로 유체칩 (210) 내부의 펌프에 자기 충전성이 없는 경우에는, 외부의 펌프에 의해 초기 충전을 실시할 필요가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 시스템 전체를 소형화하여 모바일성을 향상시킴과 함께, 액체의 사용량을 감소시켜 마이크로 유체칩 내의 미소량의 유체에 대한 위치 제어를 고정밀도로 실시할 수 있고, 또한 저비용으로 실용적인 전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관한 전기 침투류 펌프 시스템은, 제 1 유로 내에 설치된 전기 침투재와, 상기 전기 침투재의 상류측에 배치된 제 1 전극과, 상기 전기 침투재의 하류측에 배치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 2 전극의 하류측에 배출구가 형성된 전기 침투류 펌프와, 제 2 유로가 형성된 마이크로 유체칩을 구비하고, 상기 전기 침투류 펌프의 외주면에는, 상기 마이크로 유체칩에 상기 전기 침투류 펌프를 장착하는 장착부가 형성되고, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 마이크로 유체칩에 장착되었을 때에, 상기 제 1 유로는, 상기 배출구를 통해 상기 제 2 유로와 연통됨과 함께, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이의 유체의 누설이 저지되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩이 각각 별체이고, 상기 전기 침투류 펌프는, 상기 장착부를 통해 상기 마이크로 유체칩에 직접 장착된다. 즉, 시스템 전체의 소형화라는 관점에서 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩을 일체화시키는 것으로서, 상기 전기 침투류 펌프나 상기 마이크로 유체칩이 범용품이면, 저비용으로 시스템 전체를 구축할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술과 비교하여, 소형의 상기 전기 침투류 펌프를 상기 마이크로 유체칩의 근방에 배치하는 구성이 되고, 이 결과, 시스템 전체를 소형화하여, 모바일성을 현격히 향상시킬 수 있다. 또, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프의 착탈이 자유로워지기 때문에, 범용성이 향상되어 시스템 전체가 저비용화된다.
또, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 직접 장착함으로써, 종래 기술에서 이용되고 있던 튜브가 불필요해진다. 이 결과, 시료의 낭비가 없어짐과 함께, 상기 제 2 유로 내에 있는 미소량의 유체를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 따라서, 본 발명은, 종래 기술과 비교하여 저비용으로 실용적인 유체 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 장착부는, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스로서의 기능을 겸비하고 있기 때문에, 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.
여기서, 상기 장착부는, 상기 마이크로 유체칩을 향해 돌출 형성되고 또한 상기 제 2 유로에 끼워맞출 수 있는 돌기, 또는 상기 마이크로 유체칩에 대향하여 형성되고 또한 상기 마이크로 유체칩에 끼워맞출 수 있는 오목부를 갖고, 그 돌기 내 또는 상기 오목부 내에는, 상기 배출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 상기 돌기 또는 상기 오목부와 상기 제 2 유로가 끼워맞추어지면, 상기 제 1 유로는, 상기 배출구를 통해 상기 제 2 유로와 연통하고 또한 상기 전기 침투류 펌프는, 상기 마이크로 유체칩에 직접 장착된다. 따라서, 상기 돌기 또는 상기 오목부와 상기 제 2 유로를 끼워맞추는 것만으로, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이를 간편하게 시일할 수 있고, 상기 전기 침투류 펌프로부터 상기 마이크로 유체칩에 대한 유체의 공급, 또는 유체의 흡입을 확실하게 실시하는 것이 가능해진다.
또, 상기 장착부는, 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속되는 제 2 단자를 추가로 갖고, 상기 마이크로 유체칩 표면에는, 상기 제 1 단자에 대향하는 제 3 단자와, 상기 제 2 단자에 대향하는 제 4 단자가 각각 형성되고, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 마이크로 유체칩에 설치되었을 때에, 상기 제 1 단자와 상기 제 3 단자가 접속되고, 또한 상기 제 2 단자와 상기 제 4 단자가 접속되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 마이크로 유체칩에 직접 장착되었을 때에, 상기 제 3 단자는, 상기 제 1 단자를 통해 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속되고, 한편으로, 상기 제 4 단자는, 상기 제 2 단자를 통해 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 상기 제 3 단자와 상기 제 4 단자가 외부의 전원과 전기적으로 각각 접속되어 있으면, 상기 전원으로부터 상기 제 3 단자 및 상기 제 1 단자를 통해 상기 제 1 전극에 일방의 극성의 전압을 인가하고, 상기 전원으로부터 상기 제 4 단자 및 상기 제 2 단자를 통해 상기 제 2 전극에 타방의 극성의 전압을 인가하여, 상기 전기 침투류 펌프를 구동하는 것이 가능해진다. 따라서, 상기 장착부는, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스와, 전력 공급에 관련된 인터페이스의 기능을 겸비하게 되어, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관한 전기 침투류 펌프 시스템은, 제 1 유로 내에 설치된 전기 침투재와, 상기 전기 침투재의 상류측에 배치된 제 1 전극과, 상기 전기 침투재의 하류측에 배치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 2 전극의 하류측에 배출구가 형성된 전기 침투류 펌프와, 제 2 유로가 형성된 마이크로 유체칩과, 그 마이크로 유체칩 및 상기 전기 침투류 펌프를 유지하는 유지 부재를 구비하고, 상기 전기 침투류 펌프의 외주면에는, 적어도 상기 유지 부재에 상기 전기 침투류 펌프를 장착하는 장착부가 형성되고, 상기 마이크로 유체칩이 상기 유지 부재에 장착되고 또한 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 유지 부재에 장착되었을 때에, 상기 제 1 유로는, 상기 배출구를 통해 상기 제 2 유로와 연통됨과 함께, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이의 유체의 누설이 저지되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩과 상기 유지 부재가 각각 별체이고, 상기 전기 침투류 펌프는, 상기 장착부를 통해 상기 유지 부재에 장착되고, 한편으로, 상기 마이크로 유체칩은 상기 유지 부재에 유지된다.
즉, 시스템 전체의 소형화라는 관점에서 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩과 상기 유지 부재를 일체화시키는 것으로, 상기 전기 침투류 펌프나 상기 마이크로 유체칩이나 상기 유지 부재가 범용품이면, 저비용으로 시스템 전체를 구축할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술과 비교하여, 소형의 상기 전기 침투류 펌프를 상기 유지 부재를 통해 상기 마이크로 유체칩의 근방에 배치하는 구성이 되고, 이 결과, 시스템 전체를 소형화하여, 모바일성을 현격히 향상시킬 수 있다. 또, 상기 유지 부재에 대해서 상기 마이크로 유체칩 및 상기 전기 침투류 펌프의 착탈이 자유로워지기 때문에, 범용성이 향상되어 시스템 전체가 저비용화된다.
또, 상기 마이크로 유체칩을 유지하는 상기 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 장착함으로써, 종래 기술과 비교하여, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩과의 거리가 짧아지고, 이 결과, 시료의 낭비가 저감됨과 함께, 상기 제 2 유로 내에 있는 미소량의 유체를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 따라서, 본 발명은, 종래 기술과 비교하여, 저비용으로 실용적인 유체 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 장착부는, 상기 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스로서의 기능을 겸비하고 있기 때문에, 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.
그리고, 상기 전기 침투류 펌프 시스템은, 상기 유지 부재에 대한 상기 전기 침투류 펌프의 장착 방법에 따라, 하기의 4 개의 구성 중 어느 하나를 갖는다.
제 1 구성은, 상기 장착부가 상기 전기 침투류 펌프와 상기 유지 부재 사이의 전기적인 접속과 기계적인 접속을 수행하는 것이다.
즉, 상기 장착부는, 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속된 제 1 단자와, 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속된 제 2 단자를 갖고, 상기 마이크로 유체칩 표면에는, 상기 제 1 단자와 접속 가능한 제 3 단자와, 상기 제 2 단자와 접속 가능한 제 4 단자가 각각 형성되고, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 유지 부재에 장착되었을 경우에, 상기 제 1 단자와 상기 제 3 단자가 접속되고, 또한 상기 제 2 단자와 상기 제 4 단자가 접속된다.
이 경우, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 유지 부재에 장착되었을 때에, 상기 제 3 단자는, 상기 제 1 단자를 통해 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속되고, 한편으로, 상기 제 4 단자는, 상기 제 2 단자를 통해 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 상기 제 3 단자와 상기 제 4 단자가 외부의 전원과 전기적으로 각각 접속되어 있으면, 상기 전원으로부터 상기 제 3 단자 및 상기 제 1 단자를 통해 상기 제 1 전극에 일방의 극성의 전압을 인가하고, 상기 전원으로부터 상기 제 4 단자 및 상기 제 2 단자를 통해 상기 제 2 전극에 타방의 극성의 전압을 인가하여, 상기 전기 침투류 펌프를 구동하는 것이 가능해진다. 따라서, 상기 장착부는, 상기 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스와, 전력 공급에 관련된 인터페이스의 기능을 겸비하게 되어, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
제 2 구성은, 상기 장착부가 전기 접속 부재를 통해 상기 유지 부재에 접속되는 것이다.
즉, 상기 장착부는, 상기 마이크로 유체칩에 대향하여 배치되고 또한 상기 배출구를 둘러싸는 시일 부재와, 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속된 제 1 단자와, 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속된 제 2 단자를 갖고, 상기 전기 침투류 펌프는, 상기 제 1 단자에 접속 가능한 제 3 단자와 상기 제 2 단자에 접속 가능한 제 4 단자를 갖는 전기 접속 부재를 통해 상기 유지 부재에 유지되고, 상기 전기 접속 부재가 상기 유지 부재에 고정되었을 때에, 상기 전기 접속 부재는, 상기 전기 침투류 펌프를 통해 상기 마이크로 유체칩을 누르고, 상기 시일 부재는, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이를 시일한다.
이 경우, 상기 전기 접속 부재와 상기 전기 침투류 펌프가 상기 제 1 ∼ 제 4 단자를 통해 끼워맞춰지고, 상기 전기 접속 부재를 상기 유지 부재에 고정시켰을 때에, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 마이크로 유체칩을 눌러 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이가 시일된다. 따라서, 상기 시일 부재는, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스로서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는, 상기 전기 접속 부재를 통해 상기 전기 침투류 펌프를 상기 유지 부재에 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 제 3 단자 및 상기 제 4 단자를 통해 외부의 전원과 전기적으로 접속되는 전력 공급의 인터페이스를 겸비하고 있기 때문에, 상기 장착부에 의해 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
제 3 구성은, 상기 전기 침투류 펌프를 상기 유지 부재 내에 수용하는 구성이다.
즉, 상기 장착부는, 상기 마이크로 유체칩에 대향하여 배치되고 또한 상기 배출구를 둘러싸는 시일 부재와, 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속된 제 1 단자와, 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속된 제 2 단자를 갖고, 상기 유지 부재에는, 상기 마이크로 유체칩을 수용하는 오목부와, 그 오목부에 연통하고 또한 상기 전기 침투류 펌프를 수용하는 구멍부와, 그 구멍부에 상기 전기 침투류 펌프를 수용하였을 때에 상기 제 1 단자와 전기적으로 접속되는 제 3 단자 및 상기 제 2 단자와 전기적으로 접속되는 제 4 단자가 각각 형성되고, 상기 구멍부에 상기 전기 침투류 펌프를 수용하고 또한 상기 오목부에 상기 마이크로 유체칩을 수용했을 때에, 상기 마이크로 유체칩은, 상기 유지 부재와 누름 부재에 의해 협지되고, 상기 누름 부재가 상기 마이크로 유체칩을 통해 상기 전기 침투류 펌프를 누름으로써, 상기 시일 부재는, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이를 시일한다.
이 경우도, 상기 누름 부재를 이용하여 상기 마이크로 유체칩 및 상기 전기 침투류 펌프를 누름으로써, 상기 장착부가 상기한 각 인터페이스를 겸비할 수 있기 때문에, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
제 4 구성은, 상기 유지 부재에 상기 전기 침투류 펌프의 일부를 삽입하고, 그 유지 부재 내에 형성된 연통로를 통해 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩을 연통시킨다는 구성이다.
즉, 상기 장착부는, 상기 유지 부재에 대향하여 배치되고 또한 상기 배출구를 둘러싸는 시일 부재와, 상기 유지 부재에 대향하고 또한 상기 제 1 전극과 전기적으로 접속된 제 1 단자와, 상기 유지 부재에 대향하고 또한 상기 제 2 전극과 전기적으로 접속된 제 2 단자를 갖고, 상기 유지 부재에는, 상기 마이크로 유체칩을 수용하는 오목부와, 상기 전기 침투류 펌프의 상기 배출구측을 수용하고 또한 상기 오목부에 접속되는 연통로와, 상기 제 1 단자와 끼워맞출 수 있는 제 3 단자와, 상기 제 2 단자와 끼워맞출 수 있는 제 4 단자가 각각 형성되고, 상기 전기 침투류 펌프의 상기 배출구측이 상기 연통로에 수용되고 또한 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 유지 부재에 장착되었을 때에, 상기 제 1 단자와 상기 제 3 단자가 접속되고, 또한 상기 제 2 단자와 상기 제 4 단자가 접속됨과 함께, 상기 시일 부재는, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 유지 부재 사이를 시일한다.
이 경우도, 상기 전기 침투류 펌프의 상기 배출구측이 상기 연통로에 수용 됨으로써, 상기 장착부가 상기한 각 인터페이스를 겸비할 수 있기 때문에, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
그리고, 상기한 각 전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프에 있어서, 상기 제 1 유로에는, 외부로부터 공급된 액체를 충전하는 액 저장부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 예를 들어, 상기 액 저장부가 상기 제 1 유로의 상류측에 배치되어 있으면, 그 액 저장부에 공급된 상기 액체는, 그 액체의 자중 또는 모세관 현상에 의해 상기 전기 침투재의 상류측의 단부에 도달하고, 도달한 상기 액체는, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 전압을 인가하지 않아도, 모세관 현상에 의해 상기 전기 침투재 내를 통과하여, 그 전기 침투재의 하류측의 단부에 도달한다. 따라서, 상기 액 저장부에 상기 액체를 미리 충전함으로써, 외부로부터 상기 전기 침투류 펌프로의 액체 공급 라인이 불필요해져, 시스템 전체의 모바일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 개구 부분을 덮개로 피복하면, 상기 액체를 충전한 후에 상기 액 저장부로부터의 상기 액체의 증발이나, 그 액체로의 먼지의 혼입을 저지할 수 있다.
나아가, 상기 배출구로부터 상기 제 2 유로까지의 공간의 용적 (v) 이 10 [nl]<v<10 [㎕] 이상이거나, 또는, 상기 배출구로부터 상기 제 2 유로까지의 거리가 5 [㎛] 이상이고 또한 50 [㎜] 이하인 것이 바람직하다. 이 정도의 수치 범위이면, 상기 마이크로 유체칩 내부의 유체 인벤토리와 비교하여, 상기 유체의 인터페이스 부분에 있어서의 데드 스페이스가 작아지기 때문에, 그 유체의 제어성을 개선하는데 있어서 효과적이다.
또, 본 발명에 관한 전기 침투류 펌프는, 제 1 유로 내에 설치된 전기 침투재와, 상기 전기 침투재의 상류측에 배치된 제 1 전극과, 상기 전기 침투재의 하류측에 배치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 2 전극의 하류측에 배출구가 형성된 전기 침투류 펌프로서, 상기 전기 침투류 펌프의 외주면에는, 마이크로 유체칩에 대해서 그 전기 침투류 펌프를 장착하거나, 또는, 상기 마이크로 유체칩을 유지하는 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 장착하기 위한 장착부가 형성되고, 상기 전기 침투류 펌프가 상기 장착부를 통해 상기 마이크로 유체칩 또는 상기 유지 부재에 장착되었을 때에, 상기 제 1 유로는, 상기 배출구를 통해 상기 마이크로 유체칩 내에 형성된 제 2 유로와 연통하고, 상기 장착부는, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이의 유체의 누설을 저지하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 사시도이다.
도 2 는, 도 1 의 II-II 선을 따른 단면도이다.
도 3 은, 도 1 의 III-III 선을 따른 단면도이다.
도 4 는, 전기 침투재 내에 있어서의 전기 침투 현상을 설명하기 위한 단면 도이다.
도 5A 는, 도 1 의 전기 침투류 펌프에 있어서의 구동 전압과 유량과의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5B 는, 도 1 의 전기 침투류 펌프에 있어서의 압력과 유량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 마이크로 유체칩에 돌기를 형성하고, 그 돌기와 전기 침투류 펌프의 배출구를 끼워맞춘 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 단면도이다.
도 8 은, 도 7 의 제 1 단자 및 제 2 단자를 스파이럴 스프링으로 변경한 것을 나타내는 사시도이다.
도 9 는, 도 7 의 제 1 단자 및 제 2 단자를 판 스프링으로 변경한 것을 나타내는 사시도이다.
도 10 은, 도 7 의 제 1 ∼ 제 4 단자를 플러그와 소켓의 끼워맞춤 구조로 변경한 것을 나타내는 사시도이다.
도 11 은, 제 3 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 분해 사시도이다.
도 12 는, 도 11 의 XII-XII 선을 따른 주요부 단면도이다.
도 13 은, 제 4 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 분해 사시도이다.
도 14 는, 도 13의 XIV-XIV 선을 따른 단면도이다.
도 15 는, 도 14 의 유지 부재의 중앙 부분에 구멍을 형성했을 경우를 나타 내는 단면도이다.
도 16 은, 도 13 의 XVI-XVI 선을 따른 단면도이다.
도 17 은, 커넥터 부재로부터 연장하는 케이블의 플러그와 유지 부재의 소켓을 전기적으로 접속하는 것을 나타내는 사시도이다.
도 18 은, 제 5 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 분해 사시도이다.
도 19 는, 도 18 의 XIX-XIX 선을 따른 단면도이다.
도 20 은, 제 6 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 분해 사시도이다.
도 21 은, 도 20 의 XXI-XXI 선을 따른 단면도이다.
도 22 는, 전기 침투류 펌프의 덮개측을 유지 부재의 바닥면으로부터 돌출시킨 경우를 나타내는 단면도이다.
도 23 은, 제 7 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 사시도이다.
도 24 는, 도 23 의 XXIV-XXIV 선을 따른 단면도이다.
도 25 는, 제 8 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 단면도이다.
도 26 은, 도 25 의 돌기 부분을 변경한 단면도이다.
도 27 은, 종래 기술에 관한 제 1 방법을 이용한 펌프 시스템의 주요부 사시도이다.
도 28 은, 도 27 의 XXVIII-XXVIII 선을 따른 단면도이다.
도 29 는, 패키징된 마이크로 유체칩의 사시도이다.
도 30 은, 도 29 의 XXX-XXX 선을 따른 단면도이다.
도 31 은, 종래 기술에 관한 전기 침투류 펌프 시스템의 분해 사시도이다.
도 32 는, 다이어프램식의 펌프를 이용한 종래 기술에 관한 펌프 시스템의 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A) 은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 유체칩 (12) 의 상면에 4 개의 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 가 직접 장착된 것이다.
마이크로 유체칩 (12) 은, 10 [㎝]×5 [㎝]×2 [㎜] 정도의 사이즈로서, 유리 기판 (16a) 의 상면과, 유리 기판 (16b) 의 바닥면을 접착 또는 열융착함으로써 형성된다. 이 경우, 유리 기판 (16a) 의 상면에는 소정 형상의 홈이 형성되고, 유리 기판 (16b) 에는, 상기 홈의 양단부에 대향하는 구멍이 형성되어 있고, 유리 기판 (16a) 과 유리 기판 (16b) 을 접합함으로써, 상기 홈과 유리 기판 (16b) 의 바닥면과 상기 구멍에 의해 제 2 유로 (18) 가 구성되고, 그 구멍은, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 대한 제 2 유로 (18) 의 연통 구멍 (36) 이 된다. 또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 유체칩 (12) 내의 중심부에는, 상기 홈의 일부이고 또한 각 제 2 유로 (18) 에 연결된 반응기 (20) 가 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 유리 기판 (16a, 16b) 이 마이크로 유체칩 (12) 을 구성하고 있지만, 이를 대신하여, 플라스틱제 기판이나 실리콘제 기판으로 구성 해도 된다.
전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 10 [㎜] 정도 이하의 사이즈이고, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 중공 원통형의 펌프 본체 (24) 의 내측이, 제 2 유로 (18) 에 대해서 구동용의 액체 (38) 를 공급하고, 또는 흡입하는 제 1 유로 (22) 로 되고, 이 제 1 유로 (22) 에는, 복수의 구멍 (31) 이 형성된 제 1 전극 (30) 과, 전기 침투재 (28) 와, 복수의 구멍 (33) 이 형성된 제 2 전극 (32) 이 제 1 유로 (22) 의 축방향을 따라 상기한 순서로 설치되어 있다.
이 경우, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에서는, 전기 침투재 (28) 에 대해서 제 1 전극 (30) 측을 상류측으로 하고, 제 2 전극 (32) 측을 하류측으로 하고 있다.
또, 제 1 유로 (22) 에 있어서의 제 1 전극 (30) 의 상류측은, 외부로부터 액체 (38) 가 충전되는 액 저장부 (리저버 ; 26) 로 되고, 한편으로, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 있어서의 하류측의 외주면에는, 마이크로 유체칩 (12) 을 향해 돌출 형성되고 또한 연통 구멍 (36) 과 끼워맞출 수 있는 돌기 (35) 가 형성되고, 그 돌기 (35) 에는, 제 1 유로 (22) 의 축방향을 따라 액체 (38) 의 배출구 (34) 가 열려 있다.
펌프 본체 (24) 는, 제 1 유로 (22) 내를 통과하는 전해질 용액 등의 액체 (38) 에 대해서 내액성을 갖는 플라스틱 재료, 또는, 세라믹스, 유리, 표면이 전기 절연 처리된 금속 재료로 이루어진다.
전기 침투재 (28) 는, 실리카, 알루미나, 지르코니아, TiO2 등의 산화물이나, 고분자 재료로 이루어지고, 그 형상은, 세라믹 소결체나 고분자 재료로 이루어지는 다공질체 형상이나, 파이버 또는 상기한 재료의 분말을 충전하여 굳힌 형상으로 되어 있다. 전기 침투재 (28) 의 형상이 다공질 형상 또는 충전 구조인 경우, 그 구멍 직경은, 수십 [㎚] ∼ 수 [㎛] 이다.
전극 (30, 32) 은, 백금, 은, 카본, 스테인리스 스틸 등의 도전성 재료로 이루어지고, 그 형상은, 도 2 에 나타내는 다공질 형상, 와이어 형상, 메시 형상, 시트 형상 또는 전기 침투재 (28) 의 상류측 및 하류측에 도전성 재료를 증착 한 형상을 이용할 수 있다. 그리고, 전극 (30, 32) 은, 도시하지 않는 전원과 전기적으로 접속되어 있다.
여기서, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 사이즈의 일례에 대해 설명한다.
전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 전체 길이는 13 [㎜] 이고, 이 중 펌프 본체 (24) 의 전체 길이는 11 [㎜] 이며, 돌기 (35) 의 전체 길이는 2 [㎜] 이다. 또, 펌프 본체 (24) 의 외경은 6 [㎜] 이고, 돌기 (35) 의 외경은 2 [㎜] 이다. 또한, 액 저장부 (26) 의 내경은 4 [㎜] 이고, 배출구 (34) 의 직경은 0.5 [㎜] 이다.
상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 있어서, 전기 침투재 (28) 의 전체 길이는 3 [㎜] 이고, 그 외경은 3 [㎜] 이며, 전기 침투재 (28) 가 다공질로 이루어지는 경우, 그 전기 침투재 (28) 의 구멍 직경은, 수십 [㎚] ∼ 수 [㎛] 이다.
상술한 바와 같이, 상기한 사이즈는 일례로서, 전기 침투류 펌프 시스템 (10A) 의 사양에 맞추어 사이즈를 적절하게 변경 가능하다.
제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A) 은, 이상과 같이 구성되는 것이고, 이어서, 전기 침투류 펌프 시스템 (10A) 의 작용에 대해, 도 1 ∼ 도 3 을 참조하여 설명한다.
여기에서는, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 직접 장착한 상태에서, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 구동시켜 제 2 유로 (18) 내의 액체 (40) 의 위치를 제어하는 것에 대하여 설명한다.
여기에서는, 미리, 제 2 유로 (18) 내에 액체 (40) 가 공급되고, 이 액체 (40) 를 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 이용하여 구동하는 경우를 상정하고, 그 동작에 대해 이하에 있어 설명한다.
먼저, 마이크로 유체칩 (12) 의 각 연통 구멍 (36) 과 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 돌기 (35) 를 각각 끼워맞춤시킨다. 이에 의해, 제 1 유로 (22) 는, 배출구 (34) 를 통해 제 2 유로 (18) 에 연통됨과 함께, 마이크로 유체칩 (12) 과 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 사이가 시일되어, 제 1 유로 (22) 와 제 2 유로 (18) 사이로부터 외부로의 유체의 누설이 저지된다. 또한, 상기 유체란, 액체 (38, 40) 나, 제 2 유로 (18) 내에 존재하는 기체 (42) 나, 액체 (38, 40) 내에 존재하는 가스를 포함하는 것이다.
이어서, 각 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 액 저장부 (26) 에 외부로부터 액체 (38) 를 공급하여, 그 액체 (38) 를 액 저장부 (26) 에 충전한다. 이 경우, 액 저장부 (26) 에 공급된 액체 (38) 는, 그 액체 (38) 의 자중 또는 모세관 현상에 의해 전기 침투재 (28) 의 상류측 (제 1 전극 (30) 측) 에 도달하고, 도달한 액체 (38) 는, 제 1 전극 (30) 및 상기 제 2 전극 (32) 에 전압을 인가하지 않아도, 전기 침투재 (28) 내부에 있어서의 모세관 현상에 의해 그 전기 침투재 (28) 내를 침투하여, 전기 침투재 (28) 의 하류측 (제 2 전극 (32) 측) 에 도달한다.
즉, 전기 침투재 (28) 는, 상술한 바와 같이, 복수의 미세한 구멍을 갖는 다공질체나, 파이버(fibers)나, 미세입자를 충전한 구조체로부터 구성되어 있기 때문에, 그 전기 침투재 (28) 의 제 1 전극 (30) 측의 표면이 액체 (38) 에 의해 젖으면, 그 액체 (38) 를 자동적으로 빨아들이고, 그 전기 침투재 (28) 의 내부에 침투시켜 제 2 전극 (32) 측의 표면을 적신다. 즉, 액 저장부 (26) 에 액체 (38) 가 충전되어 있으면, 전기 침투재 (28) 는, 모세관 현상에 의한 자기 충전 작용에 기초하여 그 액체 (38) 를 자동적으로 빨아들이기 때문에, 제 1 전극 (30) 및 제 2 전극 (32) 에 전압 V 을 인가했을 때에 액체 (38) 를 전기 침투 현상에 의해 구동할 수 있다.
이어서, 도시하지 않는 전원으로부터 제 1 전극 (30) 과 제 2 전극 (32) 에 대해서 전압을 인가하면, 전기 침투 현상에 기초하여 전기 침투재 (28) 내에 침투한 액체 (38) 나 액 저장부 (26) 내의 액체 (38) 가 하류측을 향해 이동하고, 배출구 (34) 를 통해 제 2 유로 (18) 내에 공급된다. 이에 의해, 마이크로 유체칩 (12) 의 제 2 유로 (18) 내에 액체 (38) 를 도입할 수 있다. 이 경우, 액체 (38) 가 제 2 전극 (32) 으로부터 제 2 유로 (18) 를 향해 이동하면, 제 2 유로 (18) 내의 기체 (42) 는, 액체 (38) 에 의한 누름력에 기초하여 액체 (40) 를 누르고, 이 결과, 그 액체 (40) 을 원하는 위치까지 이동시키는 것이 가능해진다.
상기한 설명은, 도 2 에 있어서, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 로부터 제 2 유로 (18) 에 공급된 액체 (38) 를, 그 제 2 유로 (18) 의 우측으로 이동시켜 액체 (40) 의 위치 제어를 실시하는 경우였다. 이에 대해서, 액체 (38) 를 제 2 유로 (18) 의 좌측으로 이동시켜, 그 액체 (38) 를 제 2 유로 (18) 로부터 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 흡입하는 경우에는, 제 1 전극 (30) 및 제 2 전극 (32) 에 대해서 상기한 설명과는 역극성의 전압을 인가하면 된다.
또, 상기 설명에서는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 을 조립한 상태에서 액 저장부 (26) 에 액체 (38) 를 공급하고 있지만, 액 저장부 (26) 에 액체 (38) 를 충전한 후에 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 마이크로 유체칩 (12) 에 직접 장착해도 된다.
또한, 상기 설명에서는, 마이크로 유체칩 (12) 에 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 직접 장착하기 전에 액체 (40) 를 제 2 유로 (18) 에 충전하고 있지만, 그 액체 (40) 가 전기 침투 현상을 발휘하는 액체이면, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 중 1 개의 펌프에 액체 (40) 를 충전하고, 충전된 액체 (40) 를 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 로부터 제 2 유로 (18) 에 공급해도 된다.
또한, 상기 설명에서는, 액 저장부 (26) 의 상부가 외부에 대해서 개방되어 있지만, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 액체 (38) 를 충전한 후에 액 저장부 (26) 에 대해서 덮개 (44) 를 씌우면, 액 저장부 (26) 로부터의 액체 (38) 의 증발이나, 그 액체 (38) 로의 먼지의 혼입을 저지할 수 있다. 이 경우, 덮개 (44) 에는, 액 저장부 (26) 에 대한 공기 배출 구멍 (45) 이 형성되어 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 을 끼워맞춤시켜 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이를 시일하고 있는데, 예를 들어, (1) 나사나 못 등을 이용하여 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 을 강제적으로 고정시키는 방법, (2) 접착제 또는 점착제를 이용하여 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 을 접합하는 방법, (3) 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 의 근방을 자성체로 구성하고, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 을 자력에 의해 흡인 고정시키는 방법, (4) 펌프 본체 (24) 를 홀더에 삽입하고 그 홀더를 통해 마이크로 유체칩 (12) 과 접속하는 방법을 이용하여, 또는 병용하여, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 시일을 실시하는 것도 바람직하다.
또한, 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 의 끼워맞춤 구조에 상기 (1) ∼ (4) 의 방법을 병용하면, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 시일을 보다 확실하게 실시할 수 있는 것은 물론이다.
나아가 또한, 상기한 설명에서는, 액체 저장부 (26) 는, 펌프 본체 (24) 와 일체화된 구조로 되어 있지만, 액체 저장부 (26) 를 별도로 도시하지 않는 튜브로 접속해도 된다. 또, 액체 저장부 (26) 로부터 모세관 현상을 이용하여 액체 (38) 를 펌프 본체 (24) 내에 공급하는 경우, 액체 저장부 (26) 의 액면 위치는 전기 침투재 (28) 보다 상방일 필요는 없기 때문에, 전기 침투재 (28) 의 하류측에 형성해도 상관없다.
도 4 는, 전기 침투재 (28) 내에 있어서의 액체 (38) 의 동작을 설명하는 확대 단면도이고, 여기에서는, 다공질 형상의 전기 침투재 (28) 의 하나의 구멍 (46) 에 있어서, 액체 (38) 가 제 1 전극 (30) 으로부터 제 2 전극 (32) 의 방향을 향해 통과하는 경우에 대해 설명한다. 또한, 도 4 에서는, 액체 (38) 의 동작 설명을 용이하게 하기 위해서, 구멍 (46) 의 상류측에 직선 형상의 제 1 전극 (30) 이 배치되고, 그 구멍 (46) 의 하류측에 직선 형상의 제 2 전극 (32) 이 배치되어 있는 경우에 대해서 설명한다.
전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 액체 (38) 와 고체인 전기 침투재 (28) 를 접촉시켰을 때의 화학 반응에 의해, 접촉면 근방에 발생하는 이온을 전계에 의해 구동시킨다.
예를 들어, 전기 침투재 (28) 가 용융 석영의 세관(細管)으로 이루어지는 다공질체이고, 또한 액체 (38) 가 물인 경우, 상기 세관 안쪽의 상기 용융 석영과 상기 물의 접촉면에 있어서, 상기 용융 석영의 표면에서는, 실라놀기 (SiOH; 50) 가 생성되고, 큰 pH 영역에서는 전리하여 마이너스로 대전된다. 한편, 상기 물속에서는, 플러스 이온인 프로톤 (H+; 52) 이 생성된다.
이 상태에 있어서, 직류 전원 (48) 으로부터 제 1 전극 (30) 에 대해서 정극성의 전압을 인가하고, 그 직류 전원 (48) 으로부터 제 2 전극 (32) 에 대해 부극성의 전압을 인가하면, 제 1 전극 (30) 으로부터 제 2 전극 (32) 을 향하는 전계 (E) 가 발생한다. 이 경우, 실라놀기 (50) 에는, 제 1 전극 (30) 을 향하는 힘이 작용하는데, 그 실라놀기 (50) 는 상기 용융 석영 내의 이온이기 때문에, 제 1 전극 (30) 으로 이동할 수 없다.
이에 대해서, 액체 (38) 의 플러스 이온인 프로톤 (52) 에는, 제 2 전극 (32) 을 향하는 힘이 작용하고, 이 결과, 그 프로톤 (52) 은, 상기 힘에 기인하여 제 2 전극 (32) 의 방향으로 이동한다. 이 경우, 액체 (38) 가 1 [mM] 정도의 이온 강도의 전해질이면, 프로톤 (52) 이 존재하는 영역은, 상기 용융 석영과의 접촉면으로부터 대략 10 [㎚] 정도의 매우 얇은 영역이고, 따라서, 전계 (E) 에 의해 제 2 전극 (32) 방향으로 발생하는 힘이 작용하는 부분은, 상기 용융 석영과 액체 (38) 와의 접촉면을 따른 매우 얇은 영역으로 한정된다.
그러나, 전계 (E) 에 의한 힘이 작용하지 않는 영역에 존재하는 액체 (38) 도, 그 액체 (38) 의 점성에 의해 전계 (E) 의 방향을 따라 이동한다. 이에 의해, 상기 세관 내의 액체 (38) 를 구동할 수 있고, 이 결과, 전기 침투재 (28) 내에 침투한 액체 (38) 나 액 저장부 (26; 도 2 참조) 내에 충전된 액체 (38) 를 제 2 전극 (32) 으로부터 배출구 (34) 를 통해 제 2 유로 (18) 에 공급하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 성능에 대해, 도 1 ∼ 도 5B 를 참조하여 설명한다.
전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 제조할 때에는, 구동용의 액체 (38) 에 대해서 큰 제타 전위 (ζ) 를 얻을 수 있는 전기 침투 재료를 전기 침투재 (28) 에 채용하고, 전기 침투재 (28) 의 내부에서 세경의 복수의 유로가 구성되어 있는 것이 바람직하다.
여기에서는, 전기 침투재 (28) 의 구조를 간략화하여 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 유량 F 이나 최대 압력 P 을 산출함으로써, 수 [㎜] 정도의 크기를 갖는 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 의해 소망하는 펌프 성능이 실현될 수 있는 것에 대하여 설명한다.
먼저, 전기 침투재 (28) 는, 제 1 전극 (30) 으로부터 제 2 전극 (32) 의 방향을 향해 복수의 구멍 (46) 이 병설된 다공질체라고 가정한다. 액 저장부 (26) 로부터 전기 침투재 (28) 에 액체 (38) 가 침투하여 구멍 (46) 내가 그 액체 (38) 로 충전되면, 그 구멍 (46) 의 벽면이 대전하여 제타 전위 (ζ) 가 발생한다. 이 경우, 액체 (38) 의 유전율 (ε) 및 점성 (μ) 과, 제 1 전극 (30) 과 제 2 전극 (32) 사이에 인가되는 전압 V 과, 제 1 전극 (30) 과 제 2 전극 (32) 사이의 거리 (L) 와, 전기 침투재 (28) 에 있어서의 각 구멍 (46) 의 단면적의 총합 A (이하, 실효 유로 면적 (A) 이라고 한다) 로부터, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 유량 F 은, 하기의 (1) 식으로 표시된다.
F = AεζV/(μL) (1)
또한, 유량 F 은, 후배(後背) 압력이 대략 0 일 때의 유량이다.
또, 구멍 (46) 에 후배 압력이 존재하는 경우에는, 액체 (38) 의 압력 구배에 의한 역류와, 전기 침투 현상에 의한 액체 (38) 의 흐름의 중첩에 의해 유량 F 이 결정되고, 이들 2 개의 흐름의 밸런스에 의해 정미(正味) 의 유량 F 이 대략 0 이 될 때의 압력이 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 최대 압력 P 이 된다.
여기서, 전기 침투재 (28) 의 각 구멍 (46) 의 직경 (이하, 실효 유로 직경이라고 한다) 을 a 라고 하면, 최대 압력 P 은, 하기의 (2) 식으로 표시된다.
P=8εζV/a2 (2)
상기의 (1) 식 및 (2) 식으로부터, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 설계할 때에, 액체 (38) 의 물리적·화학적 성질을 미리 알고 있으면, 전기 침투재 (28) 를 구성하는 전기 침투 재료의 종류 및 그 형상 (실효 유로 직경 a) 과 전압 V 으로부터 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 최대 압력 P 이 정해지고, 실효 유로 면적 (A) 과 전계 강도 (V/L) 로부터 유량 F 이 결정된다.
도 5A 는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 있어서, 전압 V 과 유량 F 과의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5B 는, 압력과 유량 F 과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5A 및 도 5B 에 있어서, 검정 원 (● 표) 은 실측값이고, 직선은 최소자승법에 기초하는 각 실측값에 대한 회귀 곡선이다.
또한, 도 5A 및 도 5B 의 그래프는, 액체 (38) 가 붕산염 표준 완충 용액 (10% 희석 용액) 인 경우이고, 도 5B 는, V=15 [V] 에서 얻어진 그래프이다.
또, 전기 침투재 (28) 에는, 입경이 1 [㎛] 정도인 구상 실리카 입자를 75 [%] ∼ 80 [%] 의 충전율로 소결함으로써 얻어진 직경 3 [㎜] 및 전체 길이 3 [㎜] 의 소결체를 사용했다.
도 5A 및 도 5B 의 결과로부터, 압력 특성으로서 6 [㎪/V], 유량 특성 (단위 전계 및 단위 단면적 당의 유량) 으로서 0.2 [㎕/(min·V·㎜)] 의 값이 얻어졌다. 이들의 수치로부터, 전압 V 을 100 [V] 정도까지의 값으로 하고, 유량 F 의 범위를 수 [nl/min] ∼ 수백 [㎕/min] 로 하고, 또한 최대 압력 P 의 범위를 수십 [㎪] ∼ 수백 [㎪] 로 하는 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 10 [㎜] 이내의 치수로 실현할 수 있는 것은 명백하다.
이상이 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 펌프 성능에 관한 설명이다.
상기 서술한 바와 같이, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 마이크로 유체칩 (12) 에 장착하고, 또한 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 이 끼워맞추어지면, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이가 시일됨과 함께 고정되며, 이 결과, 액체 (38) 를 제 2 유로 (18) 에 공급할 수 있는 상태가 된다 (도 2 참조).
이 경우, 도 27 ∼ 도 30 의 종래 기술과 비교하여, 제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A; 도 1 ∼ 도 4 및 도 6 참조) 에서는, 도 27 ∼ 도 30 에 있어서의 유로 (208) 분의 데드 스페이스가 존재하지 않게 된다. 종래 기술에서는, 데드 스페이스에 의한 문제점에 대해 지적했는데, 도 1 ∼ 도 4 및 도 6 에 나타내는 본 실시형태에서는, 데드 스페이스를 마이크로 유체칩 (12) 에 있어서의 액체 (38) 의 유체 도입 부분 (제 2 유로 (18) 에 있어서의 연통 구멍 (36) 의 공간) 에만 한정하고 있다.
여기에서는, 마이크로 유체칩 (12) 의 제 2 유로 (18) 내에 있어서, 공기 등의 기체 (42) 를 개재시킨 압력 전달에 의해 액체 (40) 를 이동시킬 때의 데드 스 페이스의 영향에 대해, 정량적인 설명을 한다.
도 2 에 있어서, 제 2 유로 (18) 에 존재하는 액체 (40) 의 위치를 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 의해 제어하는 경우, 그 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 액체 (38) 를 구동하여 상기 유체 도입 부분에 송액하면 기체 (42) 의 압력이 상승하고, 그 압력에 기인하여 액체 (40) 가 이동한다.
액체 (40) 를 이동시키려면, 최초의 움직임을 발생시키기 위한 이른바 역치 압력이 존재하고, 기체 (42) 를 통해 액체 (40) 에 가해진 압력이 상기 역치 압력을 넘으면, 그 액체 (40) 가 제 2 유로 (18) 내에서 이동을 개시한다. 액체 (40) 가 일단 움직이기 시작한 경우, 그 후의 액체 (40) 의 이동에 필요한 압력은, 이 역치 압력보다 낮다. 그 때문에, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 의한 가압을 정지시켜도, 액체 (40) 는 압력 상태로부터 개방되지 않고, 이동을 계속하게 된다.
구동용의 액체 (38) 와 액체 (40) 사이의 기체 (42) 의 용적을 v, 제 2 유로 (18) 의 단면적을 S, 초기의 기체 압력을 P0, 액체 (40) 가 움직이기 시작하는 데 필요한 압력을 P1, 액체 (40) 가 정지할 때의 압력을 P2 (P2<P1), 상기 가압을 정지시킨 후의 액체 (40) 의 이동 거리 (위치 정밀도) 를 Δx, 상기 위치 정밀도 Δx 에 대응하는 기체 (42) 의 용적을 Δv 로 하면, 위치 정밀도 Δx 는, 하기의 (3) 식으로 표시된다.
Δx=Δv/S=(v/S)(P1-P2)/PO (3)
예를 들어, v=1 [㎕], P0=100 [㎪], (P1-P2)=100 [Pa], S=100 [㎛]×50 [㎛] 로 하면, Δv=1 [nl], Δx=0.2 [㎜] 가 되고, 제 2 유로 (18) 내부의 액체 (40) 를 1 [nl] 정도의 정밀도로 취급하는 것이 가능해진다. 위치 정밀도 Δx 나 용적 Δv 의 크기는, 상기 데드 스페이스의 크기에 관계하고 있어, 그 데드 스페이스를 작게 함으로써, 액체 (40) 에 대한 제어성을 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게는, 배출구 (34) 로부터 제 2 유로 (18) 까지의 공간 (기체; 42) 의 용적 (v) 이 10 [nl]<v<10 [㎕] 이거나, 또는, 그 배출구 (34) 로부터 제 2 유로 (18) 까지의 거리가 5 [㎛] 이상이고 또한 50 [㎜] 이하이면, 상기 데드 스페이스가 마이크로 유체칩 (12) 내부의 유체 인벤토리와 비교하여 작은 수치로 되기 때문에, 액체 (40) 에 대한 제어성을 개선하는 데 있어서 보다 효과적이다.
이와 같이, 제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A) 에서는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 이 각각 별체이고, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 돌기 (35) 를 통해 마이크로 유체칩 (12) 에 직접 장착된다. 즉, 시스템 전체의 소형화라는 관점에서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 을 일체화시키는 것으로, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 나 마이크로 유체칩 (12) 이 범용품이면, 저비용으로 시스템 전체를 구축할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술과 비교하여, 소형의 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 마이크로 유체칩 (12) 의 근방에 배치하는 구성이 되고, 이 결과, 시스템 전체를 소형화하여, 모바일성을 현격히 향상시킬 수 있다. 또, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 가 착탈이 자유로워지기 때문에, 범용성이 향상되어 시스템 전체가 저비용화된다.
또, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 직접 장착함으로써, 종래 기술에서 이용되고 있던 튜브가 불필요해진다. 이 결과, 시료의 낭비가 없어짐과 함께, 제 2 유로 (18) 내에 있는 미소량의 기체 (42) 나 액체 (40) 를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 따라서, 본 실시형태에서는, 종래 기술과 비교하여, 저비용으로 실용적인 유체 제어를 실현할 수 있다.
또한, 돌기 (35) 는, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 고정시키기 위한 인터페이스와, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 액체 (38) 등의 유체의 공급이나 흡입의 인터페이스로서 기능하기 때문에, 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.
또, 돌기 (35) 와 제 2 유로 (18) 의 연통 구멍 (36) 이 끼워맞추어지면, 제 1 유로 (22) 는, 배출구 (34) 를 통해 제 2 유로 (18) 와 연통하고, 또한 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 마이크로 유체칩 (12) 에 직접 장착된다. 따라서, 돌기 (35) 와 제 2 유로 (18) 를 끼워맞추는 것만으로, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이를 효율적으로 시일할 수 있고, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 로부터 마이크로 유체칩 (12) 에 대한 유체의 공급, 또는 유체의 흡입을 확실하게 실시할 수 있게 된다.
또한, 액 저장부 (26) 에 공급된 액체 (38) 는, 그 액체 (38) 의 자중 또는 모세관 현상에 의해 전기 침투재 (28) 의 제 1 전극 (30) 측의 단부에 도달하고, 도달한 액체 (38) 는, 제 1 전극 (30) 및 제 2 전극 (32) 에 전압 V 을 인가하지 않아도, 모세관 현상에 의해 전기 침투재 (28) 내를 침투하여, 그 전기 침투재 (28) 의 제 2 전극 (32) 측의 단부에 도달한다. 따라서, 액 저장부 (26) 에 액체 (38) 를 미리 충전함으로써, 외부로부터 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 로의 액체 공급 라인이 불필요해져, 시스템 전체의 모바일성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 이용함으로써, 종래 기술과 비교하여, 예를 들어, 직류 전원으로부터 10 [V] ∼ 30 [V] 로 액체 (38) 를 구동하는 것이 가능해진다. 따라서, 액체 (38) 의 구동 전압을 저전압화하는 것이 가능해지고, 이 결과, 상기 직류 전원으로서 전지를 채용할 수 있다.
또한, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 이용함으로써, 액체 (38) 를 무맥동의 흐름으로 할 수 있기 때문에, 액체 (40) 의 위치 정밀도 Δx 를 보다 더욱 작게 하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 설명에서는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 외주면에 돌기 (35) 가 형성되고, 이 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 이 끼워 맞추어지고 있지만, 이러한 구성을 대신하여, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 유리 기판 (16b) 의 상면에 돌기 (17) 를 형성하여, 이 돌기 (17) 에 연통 구멍 (36) 을 형성하고, 한편으로, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 있어서, 상기 서술한 돌기 (35; 도 2 참조) 대신에 배출구 (34) 의 구경을 돌기 (17) 의 외경과 대략 일치시켜도 된다. 이 경우도, 배출구 (34) 와 돌기 (17) 를 끼워맞추면, 제 1 유로 (22) 가 배출구 (34) 를 통해 제 2 유로 (18) 에 연통됨과 함께, 마이크로 유체칩 (12) 과 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 사이가 시일되고, 제 1 유로 (22) 와 제 2 유로 (18) 사이로부터 외부로의 유체의 누설이 저지된다.
이어서, 제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10B) 에 대해서, 도 7 을 참조하여 설명한다. 또한, 도 1 ∼ 도 6 에 나타낸 제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A) 의 각 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명하고, 이것은 또한 다른 실시형태들에도 적용된다.
제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10B) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 펌프 본체 (24) 에 있어서의 돌기 (35) 측의 외주면에 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속된 제 1 단자 (54a) 와, 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속된 제 2 단자 (54b) 가 각각 형성되고, 마이크로 유체칩 (12) 에 있어서의 유리 기판 (16b) 의 상면에 제 1 단자 (54a) 및 제 2 단자 (54b) 와 대향하여 제 3 단자 (56a) 및 제 4 단자 (56b) 가 형성되어 있는 점에서, 제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A; 도 1 ∼ 도 6 참조) 과는 상이하다.
여기서, 마이크로 유체칩 (12) 의 각 연통 구멍 (36) 과 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 돌기 (35) 를 각각 끼워맞추면, 제 1 유로 (22) 는, 배출구 (34) 를 통해 제 2 유로 (18) 에 연통됨과 함께, 마이크로 유체칩 (12) 과 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 사이가 시일되어, 제 1 유로 (22) 와 제 2 유로 (18) 사이로부터 외부로의 유체의 누설이 저지된다.
이 경우, 펌프 본체 (24) 에 있어서의 돌기 (35) 측의 외주면은, 유리 기판 (16b) 의 상면에 접촉하기 때문에, 제 1 단자 (54a) 와 제 3 단자 (56a) 가 전기적으로 접속되고, 한편으로, 제 2 단자 (54b) 와 제 4 단자 (56b) 가 전기적으로 접속되어 있다. 제 3 단자 (56a) 와 제 4 단자 (56b) 는, 도시하지 않는 전원과 전기적으로 각각 접속되어 있기 때문에, 상기 전원으로부터 제 3 단자 (56a) 및 제 1 단자 (54a) 를 통해 제 1 전극 (30) 에 일방의 극성의 전압을 인가하고, 상기 전원으로부터 제 4 단자 (56b) 및 제 2 단자 (54b) 를 통해 제 2 전극 (32) 에 타방의 극성의 전압을 인가하는 것이 가능해진다.
도 8 은, 제 1 단자 (58a) 및 제 2 단자 (58b) 를 스파이럴 스프링으로 한 경우로서, 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 을 끼워맞춤시키고, 또한 펌프 본체 (24) 에 있어서의 돌기 (35) 측의 외주면을 유리 기판 (16b) 의 상면에 접촉시키면, 제 1 단자 (58a) 가 제 3 단자 (56a) 를 누르고, 제 2 단자 (58b) 가 제 4 단자 (56b) 를 눌러, 전기적인 접속을 확실하게 실시하는 것이 가능해진다.
도 9 는, 제 1 단자 (60a) 및 제 2 단자 (60b) 를 판 스프링으로 한 경우로서, 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 을 끼워맞춤시키고, 또한 펌프 본체 (24) 에 있어서의 돌기 (35) 측의 외주면을 유리 기판 (16b) 의 상면에 접촉시키면, 제 1 단자 (60a) 가 제 3 단자 (56a) 를 누르고, 제 2 단자 (60b) 가 제 4 단자 (56b) 를 눌러, 전기적인 접속을 확실하게 실시하는 것이 가능해진다.
도 10 은, 제 1 단자 (62a) 및 제 4 단자 (64b) 를 소켓으로 하고, 제 2 단자 (62b) 및 제 3 단자 (64a) 를 플러그로 한 경우로서, 돌기 (35) 와 연통 구멍 (36) 을 끼워맞춤시키고, 또한 펌프 본체 (24) 에 있어서의 돌기 (35) 측의 외주면을 유리 기판 (16b) 의 상면에 접촉시키면, 제 1 단자 (62a) 와 제 3 단자 (64a) 가 끼워맞추어지고, 제 2 단자 (62b) 와 제 4 단자 (64b) 가 끼워맞추어져, 전기적인 접속을 확실하게 실시하는 것이 가능해짐과 함께, 돌기 (35) 및 연통 구멍 (36) 사이의 끼워맞춤과 공동하여, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 마이크로 유체칩 (12) 에 확실하게 고정시킬 수 있다.
또, 도 10 의 구조에서는, 제 1 단자 (62a) 및 제 4 단자 (64b) 를 소켓으로 하고, 제 2 단자 (62b) 및 제 3 단자 (64a) 를 플러그로 하고 있기 때문에, 전극의 극성을 잘못 오해하여 제 1 단자 (62a) 와 제 4 단자 (64b) 를 전기적으로 접속하고 또한 제 2 단자 (62b) 와 제 3 단자 (64a) 를 전기적으로 접속하는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 소켓과 플러그를 엇갈려 배치함으로써, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 을 접속할 때에, 상기 극성에 대한 오해를 방지할 수 있다. 또한, 상기 극성에 대한 오해가 문제가 되지 않는 경우에는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 측에 플러그 (또는 소켓) 를 형성하고, 마이크로 유체칩 (12) 측에 소켓 (또는 플러그) 을 형성해도 되는 것은 물론이다.
이와 같이, 제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10B) 에서는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 가 돌기 (35) 를 통해 마이크로 유체칩 (12) 에 직접 장착되었을 때에, 제 3 단자 (56a, 64a) 는, 제 1 단자 (54a, 58a ∼ 62a) 를 통해 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속되고, 한편으로, 제 4 단자 (56b, 64b) 는, 제 2 단자 (54b, 58b ∼ 62b) 를 통해 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 제 3 단자 (56a, 64a) 와 제 4 단자 (56b, 64b) 가 외부의 전원과 전기적으로 각각 접속되어 있으면, 상기 전원으로부터 제 3 단자 (56a, 64a) 및 제 1 단자 (54a, 58a ∼ 62a) 를 통해 제 1 전극 (30) 에 일방의 극성의 전압을 인가하고, 상기 전원으로부터 제 4 단자 (56b, 64b) 및 제 2 단자 (54b, 58b ∼ 62b) 를 통해 제 2 전극 (32) 에 타방의 극성의 전압을 인가하여, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 구동하는 것이 가능해진다. 따라서, 돌기 (35) 는, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 고정시키기 위한 인터페이스와, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 유체의 공급 및 흡입의 인터페이스의 기능을 겸비하고 있다. 또, 제 1 단자 (54a ∼ 60a) 및 제 2 단자 (54b ∼ 60b) 는, 전력 공급에 관련된 인터페이스의 기능을 구비하고 있다. 나아가 제 1 단자 (62a) 및 제 2 단자 (62b) 는, 전력 공급에 관련된 인터페이스와, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 고정시키기 위한 인터페이스의 기능을 겸비하고 있다. 이 결과, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
또한, 제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10B) 에서는, 제 1 단자 (54a, 58a, 60a, 62a) 와 제 3 단자 (56a, 64a) 의 접속이나, 제 2 단자 (54b, 58b, 60b, 62b) 와 제 4 단자 (56b, 64b) 의 접속을, 상기한 구성으로부터, 예를 들어, (1) 자석을 이용하여 각 단자를 접속하거나 (2) 납땜에 의해 각 단자를 접합하는 구성에 적절하게 변경하는 것도 가능하다.
이어서, 제 3 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10C) 에 대해, 도 11 및 도 12 를 참조하여 설명한다.
제 3 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10C) 은, 도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 유체칩 (12) 이 유지 부재 (63) 에 의해 유지 되고, 전기 침투류 펌프 (14) 가 지지 부재 (67), 제 1 단자 (65a) 및 제 2 단자 (65b) 를 통해 유지 부재 (63) 에 고정 유지되어 있는 점에서, 제 1 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A; 도 1 ∼ 도 6 참조) 및 제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10B; 도 7 ∼ 도 10 참조) 과는 상이하다.
유지 부재 (63) 는, 대략 직사각형 형상 블록의 중앙부에 오목부 (75) 가 형성되고, 그 오목부 (75) 에 마이크로 유체칩 (12) 을 수용 가능한 부재이다. 즉, 유지 부재 (63) 는, 마이크로 유체칩 (12) 을 실장할 때에 사용되는 패키징용의 부재이고, 그 마이크로 유체칩 (12) 을 고정 및 보호함과 함께, 전기 침투류 펌프 (14) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 유체의 공급 및 흡인의 인터페이스, 전력 공급의 인터페이스 및 신호의 인터페이스로서 기능한다. 또한, 상기 신호란, 예를 들어, 마이크로 유체칩 (12) 에 도시하지 않는 센서를 장착한 경우에 있어서의 그 센서의 출력 신호이다.
또, 유지 부재 (63) 의 상면에는 복수의 구멍이 형성되고, 이들 구멍에는 소켓 형상의 제 3 단자 (66a) 및 제 4 단자 (66b) 가 각각 형성되어 있다.
한편, 전기 침투류 펌프 (14) 는, 지지 부재 (61) 를 통해 지지 부재 (67) 상에 배치되고, 그 지지 부재 (67) 의 바닥부에는, 제 3 단자 (66a) 및 제 4 단자 (66b) 에 대향하여 플러그 형상의 제 1 단자 (65a) 및 제 2 단자 (65b) 가 각각 형성되어 있다. 이 경우, 전기 침투류 펌프 (14) 는, 기본적으로는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d; 도 2, 도 3 및 도 6 참조) 와 동일한 구성이지만, 지지 부재 (67) 상에 있어서, 펌프 본체 (24) 및 돌기 (35) 가 마이크로 유체칩 (12) 의 상면에 대해서 평행으로 배치되고, 액 저장부 (26) 가 펌프 본체 (24) 의 축방향과 직 교하는 방향으로 형성되어 있는 점에서 상이하다.
여기서, 제 1 단자 (65a) 와 제 3 단자 (66a) 를 끼워맞추고, 제 2 단자 (65b) 와 제 4 단자 (66b) 를 끼워맞추어, 지지 부재 (67) 의 바닥면과 유지 부재 (63) 의 상면을 접촉시키면, 지지 부재 (67) 및 제 1 ∼ 제 4 단자 (65a ∼ 66b) 를 통해 전기 침투류 펌프 (14) 가 유지 부재 (63) 에 고정 유지됨과 함께, 제 1 단자 (65a) 와 제 3 단자 (66a) 가 전기적으로 접속되고, 한편으로, 제 2 단자 (65b) 와 제 4 단자 (66b) 가 전기적으로 접속된다.
도 11 의 구조에서는, 플러그인 제 1 단자 (65a) 및 제 2 단자 (65b) 가 상이한 크기로 되어, 소켓인 제 3 단자 (66a) 및 제 4 단자 (66b) 가, 제 1 단자 (65a) 및 제 2 단자 (65b) 에 대응하여 상이한 크기로 되어 있기 때문에, 전극의 극성을 잘못 오해하여 제 1 단자 (65a) 와 제 4 단자 (66b) 를 전기적으로 접속하고 또한 제 2 단자 (65b) 와 제 3 단자 (66a) 를 전기적으로 접속하는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 즉, 상기 각 소켓과 상기 각 플러그를 서로 상이한 크기로 함으로써, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 유지 부재 (63) 를 접속할 때에, 상기 극성에 대한 오해를 방지할 수 있다.
또, 제 1 단자 (65a) 와 제 2 단자 (65b) 가 서로 상이한 크기이고 또한 제 3 단자 (66a) 및 제 4 단자 (66b) 도 서로 상이한 크기이기 때문에, 전기 침투류 펌프 (14) 를 지지 부재 (67) 및 제 1 ∼ 제 4 단자 (65a ∼ 66b) 를 통해 유지 부재 (63) 에 고정시켰을 때에, 배출구 (34) 의 방향을 항상 마이크로 유체칩 (12) 의 방향에 맞추는 것이 가능하다.
또한, 상기 극성에 대한 오해가 문제가 되지 않는 경우에는, 상기 각 플러그를 대략 동일한 크기로 하고, 한편으로, 상기 각 소켓을 대략 동일한 크기로 해도 되는 것은 물론이다.
또, 오목부 (75) 의 바닥부에 배치된 마이크로 유체칩 (12) 은, 누름 부재 (70) 를 통해 유지 부재 (63) 에 고정 유지된다. 누름 부재 (70) 는, 유리 기판 (16b) 의 상면을 누를 수 있는 대략 직사각형 형상의 부재로서, 그 중앙부로부터 오목부 (75) 및 유지 부재 (63) 의 상면을 따라 대략 L 자 형상의 돌기 (72) 가 연장되어 있다.
이 경우, 오목부 (75) 내에 배치된 마이크로 유체칩 (12) 의 상면에 2 개의 누름 부재 (70) 를 배치하고, 각 돌기 (72) 를 삽입 통과시킨 나사 (74) 를 유지 부재 (63) 에 형성된 구멍 (76) 에 나사 결합하면, 누름 부재 (70) 가 마이크로 유체칩 (12) 의 상면을 누르고, 이 결과, 마이크로 유체칩 (12) 이 유지 부재 (63) 에 고정 유지된다.
마이크로 유체칩 (12) 에는 복수의 튜브 (68) 가 접속되어 있고, 그 튜브 (68) 와 전기 침투류 펌프 (14) 의 배출구 (34) 를 연결함으로써, 마이크로 유체칩 (12) 과 전기 침투류 펌프 (14) 를 연통하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 제 3 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10C) 에서는, 전기 침투류 펌프 (14) 와 마이크로 유체칩 (12) 과 유지 부재 (63) 가 각각 별체로서, 전기 침투류 펌프 (14) 는, 지지 부재 (61, 67) 및 제 1 ∼ 제 4 단자 (65a ∼ 66b) 를 통해 유지 부재 (63) 에 장착되고, 한편으로, 마이크로 유체칩 (12) 은, 누름 부재 (70) 및 나사 (74) 를 통해 유지 부재 (63) 에 고정 유지된다.
즉, 시스템 전체의 소형화라는 관점에서 전기 침투류 펌프 (14) 와 마이크로 유체칩 (12) 과 유지 부재 (63) 를 일체화시키는 것으로서, 전기 침투류 펌프 (14) 나 마이크로 유체칩 (12) 이나 유지 부재 (63) 가 범용품이면, 저비용으로 시스템 전체를 구축할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술과 비교하여, 소형의 전기 침투류 펌프 (14) 를 유지 부재 (63) 를 통해 마이크로 유체칩 (12) 의 근방에 배치하는 구성이 되고, 이 결과, 시스템 전체를 소형화하여, 모바일성을 현격히 향상시킬 수 있다. 또, 유지 부재 (63) 에 대해서 마이크로 유체칩 (12) 및 전기 침투류 펌프 (14) 가 착탈이 자유로워지기 때문에, 범용성이 향상되어 시스템 전체가 저비용화된다.
또, 마이크로 유체칩 (12) 을 유지하는 유지 부재 (63) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14) 를 장착함으로써, 종래 기술과 비교하여, 전기 침투류 펌프 (14) 와 마이크로 유체칩 (12) 의 거리가 짧아지고, 이 결과, 마이크로 유체칩 (12) 내에 있어서의 시료의 낭비가 저감됨과 함께, 제 2 유로 (18) 내에 있는 미소량의 유체를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 따라서, 본 실시형태는, 종래 기술과 비교하여, 저비용으로 실용적인 유체 제어를 실현할 수 있다.
나아가, 지지 부재 (61, 67) 및 제 1 ∼ 제 4 단자 (65a ∼ 66b) 는, 유지 부재 (63) 에 대해서 전기 침투류 펌프 (14) 를 고정시키기 위한 인터페이스로서 기능하고, 제 1 ∼ 제 4 단자 (65a ∼ 66b) 는, 도시하지 않는 전원으로부터 전기 침투류 펌프 (14) 에 대해서 전압을 인가하기 위한 전력 공급의 인터페이스로서 기 능하며, 배출구 (34) 및 튜브 (68) 는, 전기 침투류 펌프 (14) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 유체의 공급 및 흡입의 인터페이스로서 기능한다. 이에 의해, 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.
또, 상기 서술한 바와 같이, 제 1 단자 (65a) 와 제 3 단자 (66a) 가 전기적으로 접속되고, 제 2 단자 (65b) 와 제 4 단자 (66b) 가 전기적으로 접속되기 때문에, 상기 전원으로부터 제 3 단자 (66a) 및 제 1 단자 (65a) 를 통해 제 1 전극 (30) 에 일방의 극성의 전압을 인가하고, 상기 전원으로부터 제 4 단자 (66b) 및 제 2 단자 (65b) 를 통해 제 2 전극 (32) 에 타방의 극성의 전압을 인가하여, 전기 침투류 펌프 (14) 를 구동하는 것이 가능해진다.
이어서, 제 4 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10D) 에 대해, 도 13 ∼ 도 17 을 참조하여 설명한다.
제 4 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10D) 은, 도 13 ∼ 도 17 에 나타내는 바와 같이, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 가 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 직접 장착되어 있음과 함께, 커넥터 부재 (전기 접속 부재; 80) 를 통해 유지 부재 (63) 에 대해서 고정 유지되어 있는 점에서, 제 1 ∼ 제 3 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A ∼ 10C; 도 1 ∼ 도 12 참조) 과는 상이하다.
먼저, 이 실시형태에 있어서의 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 의 형상은, 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서의 전기 침투류 펌프 (14a, 14b; 도 2, 도 3 및 도 7 참조) 와 대략 동일한 구성이지만, 마이크로 유체칩 (12) 측의 외주면에 돌기 (35) 가 형성되어 있지 않은 대신에, 배출구 (34) 를 둘러싸는 O 링 (100) 이 그 배출구 (34) 로부터 이간되어 배치되고, 또한 그 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 의 상부에는, 소켓 형상의 제 1 단자 (102a) 및 제 2 단자 (102b) 가 배치되어 있는 점에서 상이하다.
또한, 커넥터 부재 (80) 는, 도 13 ∼ 도 16 에 나타내는 바와 같이, 판상 부재의 양단부가 대략 L 자 형상의 돌기 (82a, 82b) 로서 형성되고, 이들 돌기 (82a, 82b) 를 삽입 통과하는 나사 (86) 가 유지 부재 (63) 에 형성된 구멍 (88) 과 나사 결합함으로써 유지 부재 (63) 에 고정된다. 이 경우, 커넥터 부재 (80) 에 있어서의 판상 부분이 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 의 상부를 유지하고 있다.
구체적으로는, 커넥터 부재 (80) 의 판상 부분으로부터 펌프 본체 (24) 를 따라 돌기 (101a, 101b) 가 연장되고, 돌기 (101a) 에는, 제 1 단자 (102a) 와 끼워맞출 수 있는 플러그 형상의 제 3 단자 (104a) 가 배치되고, 한편으로, 돌기 (101b) 에는, 제 2 단자 (102b) 와 끼워맞출 수 있는 플러그 형상의 제 4 단자 (104b) 가 배치되어 있다.
제 3 단자 (104a) 및 제 4 단자 (104b) 는, 커넥터 부재 (80) 와 끼워맞추어지는 커넥터 (90) 에 연결된 케이블 (92) 과 전기적으로 각각 접속되고, 그 각 케이블 (92) 은 도시하지 않는 전원과 전기적으로 접속되어 있다. 이 경우, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 의 액 저장부 (26) 측의 단부 (도 15 의 상부) 는, 테이퍼 형상으로 되어 있다.
여기서, 커넥터 부재 (80) 의 판상 부분과 돌기 (101a, 101b) 에 의해 구성 되는 오목부에 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 를 삽입하여, 상기 테이퍼 부분이 제 3 단자 (104a) 및 제 4 단자 (104b) 보다도 상기 판상 부분측으로 진행하면, 제 1 단자 (102a) 와 제 3 단자 (104a) 가 끼워맞추어지고, 한편으로, 제 2 단자 (102b) 와 제 4 단자 (104b) 가 끼워맞추어진다. 이 결과, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 는, 커넥터 부재 (80) 에 고정 유지됨과 함께, 제 1 단자 (102a) 와 제 3 단자 (104a) 가 전기적으로 접속되고, 또한 제 2 단자 (102b) 와 제 4 단자 (104b) 가 전기적으로 접속된다.
전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 가 커넥터 부재 (80) 에 고정 유지되었을 경우, 그 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 의 배출구 (34) 측의 외주면은, 돌기 (82a, 82b) 의 유지 부재 (63) 측의 외주면보다도 마이크로 유체칩 (12) 측으로 돌출되어 있다 (도 14 참조). 따라서, 커넥터 부재 (80) 가 유지 부재 (63) 에 고정 유지되면, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 는, 유리 기판 (16b) 의 상면을 누르고, 이 결과, 배출구 (34) 및 연통 구멍 (36) 을 통해 제 1 유로 (22) 와 제 2 유로 (18) 가 연통됨과 함께, O 링 (100) 이 유리 기판 (16b) 의 상면의 방향으로 눌려져, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 와 유리 기판 (16b) 사이를 시일한다.
또한, 커넥터 부재 (80) 의 상기 판상 부분의 중심부를 돌기 (101a, 101b) 가 펌프 본체 (24) 에 대해서 진퇴가 자유로운 도시하지 않는 힌지 구조로 하면, 힌지를 개방하여 돌기 (101a, 101b), 제 3 단자 (104a) 및 제 4 단자 (104b) 를 펌프 본체 (24) 로부터 이간시키면, 커넥터 부재 (80) 로부터 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 를 용이하게 떼어내는 것이 가능해진다.
또, 마이크로 유체칩 (12) 내의 반응기 (20) 나 제 2 유로 (18) 를 외부로부터 광학적으로 관측하는 경우에는, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (63) 의 중앙 부분을 구멍 (94) 으로 하고, 그 내벽으로부터 돌기 (96a, 96b) 를 돌출 형성시켜 마이크로 유체칩 (12) 의 바닥부를 유지시키면 바람직하다.
이와 같이, 제 4 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10D) 에서는, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 가 제 1 ∼ 제 4 단자 (102a ∼ 104b) 를 통해 커넥터 부재 (80) 에 고정되고, 커넥터 부재 (80) 를 유지 부재 (63) 에 고정시켰을 때에, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 가 마이크로 유체칩 (12) 을 눌러 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이가 O 링 (100) 에 의해 시일된다. 따라서, O 링 (100) 은, 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 와 마이크로 유체칩 (12) 사이의 유체의 공급 및 흡입의 인터페이스로서, 제 1 단자 (102a) 및 제 2 단자 (102b) 는, 커넥터 부재 (80) 를 통해 전기 침투류 펌프 (14a, 14b) 를 유지 부재 (63) 에 고정시키기 위한 인터페이스와, 제 3 단자 (104a) 및 제 4 단자 (104b) 를 통해 외부의 전원과 전기적으로 접속되는 전력 공급의 인터페이스를 겸비하고 있기 때문에, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
또, 상기 설명에서는, 커넥터 부재 (80) 에 대해서 커넥터 (90) 를 전기적으로 직접 접속하고 있지만, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 커넥터 부재 (80) 로부터 연장하는 케이블 (93a, 93b) 의 선단부(distal end)에 플러그 (95a, 95b) 를 형성하고, 각 플러그 (95a, 95b) 와 유지 부재 (63) 상면에 설치된 소켓 (97a, 97b) 을 전기적으로 접속해도 된다. 이 경우, 커넥터 (90) 는 유지 부재 (63) 에 접속 가능하고, 케이블 (92) 은 소켓 (97a, 97b) 과 전기적으로 각각 접속되어 있다.
이어서, 제 5 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10E) 에 대해서, 도 18 및 도 19 를 참조하여 설명한다.
제 5 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10E) 은, 도 18 및 도 19 에 나타내는 바와 같이, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 유지 부재 (63) 내에 수용하고, 그 유지 부재 (63) 의 바닥면 측에 형성된 오목부 (118) 에 마이크로 유체칩 (12) 을 수용하고, 유지 부재 (63) 와 누름 부재 (106) 로 마이크로 유체칩 (102) 을 협지함으로써 그 마이크로 유체칩 (12) 을 고정 유지하는 점에서, 제 1 ∼ 제 4 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A ∼ 10D; 도 1 ∼ 도 17 참조) 과는 상이하다.
이 실시형태에 있어서의 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 형상은, 제 4 실시형태에 있어서의 전기 침투류 펌프 (14a, 14b; 도 16 참조) 와 대략 동일한 구성이지만, 마이크로 유체칩 (12) 측의 외주면에 펌프 본체 (24) 의 반경 방향으로 돌기 (126) 가 돌출 형성되고, 또한 그 돌기 (126) 에 제 1 단자 (122a) 및 제 2 단자 (122b) 가 형성되어 있는 점에서 상이하다.
또, 유지 부재 (63) 에는, 오목부 (118) 에 연통하는 구멍 (94) 이 형성되고, 그 구멍 (94) 과 오목부 (118) 에 의해 형성되는 단차 부분에, 각 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 수용 가능한 복수의 구멍 (114) 이 각각 형성되어 있다. 이 경우, 그 구멍 (114) 은, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 형상에 대응한 단차 형상으로 되고, 제 1 단자 (122a) 및 제 2 단자 (122b) 에 대응하여 제 3 단자 (124a) 및 제 4 단자 (124b) 가 각각 형성되어 있다.
여기서, 유지 부재 (63) 의 바닥면측으로부터 구멍 (114) 에 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 삽입하면, 각 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 가 각 구멍 (114) 내에 수용되고, 각 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 에 있어서의 액 저장부 (26) 측의 부분은, 유지 부재 (63) 로부터 상방으로 돌출한다.
이어서, 유지 부재 (63) 의 바닥면측으로부터 오목부 (118) 에 마이크로 유체칩 (12) 을 삽입하고, 추가로 누름 부재 (106) 로 마이크로 유체칩 (12) 의 바닥면의 일부와 유지 부재 (63) 의 바닥면을 피복한다. 이 경우, 누름 부재 (106) 의 중앙 부분에는, 마이크로 유체칩 (12) 의 바닥면보다도 작은 구멍 (116) 이 형성되어 있기 때문에, 누름 부재 (106) 를 마이크로 유체칩 (12) 의 바닥면으로 눌러도, 그 마이크로 유체칩 (12) 이 낙하하는 경우는 없다. 또한, 이 구멍 (116) 은, 마이크로 유체칩 (12) 에 있어서의 제 2 유로 (18) 및 반응기 (20) 내의 유체를 외부로부터 광학적으로 관측하기 위한 창으로서 이용된다.
이어서, 나사 (108) 를 누름 부재 (106) 의 구멍 (110) 에 관통시키고, 그 나사 (108) 와 유지 부재 (63) 의 구멍 (112) 을 나사 결합하면, 누름 부재 (106) 는, 마이크로 유체칩 (12) 을 상방으로 누르고, 그 마이크로 유체칩 (12) 은, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 돌기 (126) 측을 누른다. 이에 의해, 돌기 (126) 와 유리 기판 (16b) 사이가 O 링 (120) 에 의해 시일됨과 함께, 제 1 단자 (122a) 와 제 3 단자 (124a) 가 전기적으로 접속되고, 또한 제 2 단자 (122b) 와 제 4 단자 (124b) 가 전기적으로 접속된다.
이와 같이, 제 5 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10E) 에서는, 누름 부재 (106) 를 이용하여 마이크로 유체칩 (12) 및 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 누름으로써, 제 3 및 제 4 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10C, 10D; 도 11 ∼ 도 17 참조) 과 동일하게, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 및 마이크로 유체칩 (12) 을 고정시키는 인터페이스와, 전력 공급에 관련된 인터페이스와, 마이크로 유체칩 (12) 에 대한 유체의 공급 및 흡입에 관련된 인터페이스를 유지 부재 (63) 에 의해 실현할 수 있기 때문에, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
이어서, 제 6 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10F) 에 대하여, 도 20 ∼ 도 22 를 참조하여 설명한다.
제 6 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10F) 은, 도 20 ∼ 도 22 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (63) 의 상면측에 형성된 오목부 (75) 가 마이크로 유체칩 (12) 을 수용하는 점에서, 제 5 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10E; 도 18 및 도 19 참조) 과는 상이하다.
이 경우, 구멍 (114) 은, 유지 부재 (63) 의 상면측 (오목부 (75) 측) 에서 그 오목부 (75) 와 연통하도록 형성되고, 오목부 (75) 의 깊이는, 마이크로 유체칩 (12) 을 수용했을 때에 그 마이크로 유체칩 (12) 의 상면과 유지 부재 (63) 의 상면의 높이가 동등해지도록 설정되어 있다.
또한, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 배출구 (34) 가 상방이 되도록 구멍 (114) 내에 수용되기 때문에, 액 저장부 (26) 는, 유지 부재 (63) 의 바닥면측에 위치하게 된다.
이 경우, 액 저장부 (26) 내의 액체 (38) 는, 표면 장력에 의해 구멍 (114) 으로 누설되는 경우는 없지만, 그 액체 (38) 의 증발이나 오염을 방지하기 위해서, 액 저장부 (26) 의 개구 부분을 덮개 (44) 로 피복하고, 추가로 구멍 (114) 의 바닥부측에는, 공기 배출 구멍 (45) 에 연통하는 공기 배출 구멍 (127) 이 형성되어 있다. 또, 배출구 (34) 가 상향이 되기 때문에, 마이크로 유체칩 (12) 은, 유리 기판 (16b) 이 유지 부재 (63) 의 바닥면측이 되도록 오목부 (75) 내에 수용된다.
또한, 상기 공기 배출 구멍 (127) 대신에, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (63) 를 박육화하여 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 덮개 (44) 측을 그 유지 부재 (63) 의 바닥면보다 하방으로 돌출시켜도 바람직하다.
여기서, 도 20 및 도 21 에 나타내는 바와 같이, 각 구멍 (114) 에 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 각각 수용하고, 또한 마이크로 유체칩 (12) 을 오목부 (75) 에 수용한 후에, 누름 부재 (106) 를 유지 부재 (63) 의 상면 및 마이크로 유체칩 (12) 에 있어서의 유리 기판 (16a) 측의 상면의 일부를 피복하도록 두고, 추가로 나사 (108) 를 누름 부재 (106) 의 구멍 (110) 에 관통시키고, 그 나사 (108) 와 유지 부재 (63) 의 구멍 (112) 을 나사 결합하면, 누름 부재 (106) 는, 마이크로 유체칩 (12) 을 누르고, 그 마이크로 유체칩 (12) 은, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 돌기 (126) 측을 누른다. 이에 의해, 돌기 (126) 와 유리 기판 (16b) 사이가 O 링 (120) 에 의해 시일됨과 함께, 제 1 단자 (122a) 와 제 3 단자 (124a) 가 전기적으로 접속되고, 또한 제 2 단자 (122b) 와 제 4 단자 (124b) 가 전기적으로 접속된다.
이와 같이, 제 6 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10F) 에 있어서도, 상술한 제 5 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10E; 도 18 및 도 19 참조) 과 동일한 작용 효과를 나타내는 것이 가능해진다.
이어서, 제 7 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10G) 에 대해서, 도 23 및 도 24 를 참조하여 설명한다.
제 7 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10G) 은, 유지 부재 (63) 의 측부에 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 일부를 삽입하고, 유지 부재 (63) 내에 형성된 연통로 (130) 를 통해 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 제 1 유로 (22) 와 마이크로 유체칩 (12) 의 제 2 유로 (18) 를 연통시키는 점에서, 제 3 ∼ 제 6 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10C ∼ 10F; 도 11 ∼ 도 22 참조) 과는 상이하다.
이 경우, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 제 3 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 (14; 도 11 및 도 12 참조) 와 대략 동일한 구성을 가지고 있지만, 돌기 (35) 는 존재하지 않으며, 펌프 본체 (24) 의 배출구 (34) 근방의 외주면에 돌기 (132a, 132b) 가 반경 방향으로 돌출 형성되고, 그 돌기 (132a, 132b) 로부터 유지 부재 (63) 의 측부를 향해 플러그 형상의 제 1 단자 (134a) 및 제 2 단자 (134b) 가 각각 형성되어 있다.
한편, 유지 부재 (63) 내에는, 오목부 (75) 의 바닥부와 그 유지 부재 (63) 의 측부를 연통시키는 연통로 (130) 가 형성되고, 그 연통로 (130) 중 상기 측부는, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 배출구 (34) 측이 삽입 가능해지는 대직경 부분으로 되어 있다.
그리고, 상기 대직경 부분 근방에는, 제 1 단자 (134a) 및 제 2 단자 (134b) 에 대향하여 소켓 형상의 제 3 단자 (136a) 및 제 4 단자 (136b) 가 형성되어 있다.
여기서, 연통로 (130) 의 상기 대직경 부분에 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 삽입하면, 각 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 중 배출구 (34) 로부터 돌기 (132a, 132b) 까지의 부분이 상기 대직경 부분에 수용되어, 배출구 (34) 와 연통로 (130) 가 연통한다. 또, 제 1 단자 (134a) 와 제 3 단자 (136a) 가 끼워맞추어지고, 또한 제 2 단자 (134b) 와 제 4 단자 (136b) 가 끼워맞추어진다. 이에 의해, 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 유지 부재 (63) 의 측부에 고정 유지된다.
한편, 오목부 (75) 에 유리 기판 (16b) 이 바닥면측이 되도록 마이크로 유체칩 (12) 을 수용하면, 연통 구멍 (36) 과 연통로 (130) 가 연통하고, 이 결과, 제 1 유로 (22) 는, 연통로 (130) 를 통해 제 2 유로 (18) 와 연통한다.
이와 같이, 제 7 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10G) 에서는, 유지 부재 (63) 에 마이크로 유체칩 (12) 과 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 각각 수용하고, 유지 부재 (63) 내에 형성된 연통로 (130) 를 통해 제 1 유로 (22) 와 제 2 유로 (18) 를 연통시키기 때문에, 그 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 상기 제 3 ∼ 제 6 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10C ∼ 10F; 도 11 ∼ 도 22) 의 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 와 동일한 각 인터페이스를 구비하게 되어, 시스템 전체를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
이어서, 제 8 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10H) 에 대해서, 도 25 및 도 26 을 참조하여 설명한다.
제 8 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10H) 은, 횡치(橫置)형의 전기 침투류 펌프 (14) 를 마이크로 유체칩 (12) 에 직접 장착한 점에서, 제 1 및 제 2 실시형태에 관한된 전기 침투류 펌프 시스템 (10A, 10B; 도 1 ∼ 도 10 조) 과 상이하다.
이 경우, 전기 침투류 펌프 (14) 는, 제 3 및 제 7 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d; 도 11, 도 12, 도 23 및 도 24 참조) 와 대략 동일한 구성을 갖고 있는데, 돌기 (35, 132a, 132b) 는 존재하지 않고, 배출구 (34) 와 연통 구멍 (36) 을 튜브 (142) 로 연결하고 있다.
즉, 도 25 에 있어서, 전기 침투류 펌프 (14) 의 바닥부에는, 그 전기 침투류 펌프 (14) 를 유리 기판 (16b) 에 고정시키기 위한 돌기 (140a, 140b) 가 형성되고, 튜브 (142) 의 유리 기판 (16b) 측은 시일 부재 (144) 로 시일되어 있다.
한편, 도 26 에서는, 전기 침투류 펌프 (14) 의 바닥부에 플러그 형상의 제 1 단자 (150a) 및 제 2 단자 (150b) 가 형성되고, 유리 기판 (16b) 에는 제 1 단자 (150a) 및 제 2 단자 (150b) 에 대향하여 소켓 형상의 제 3 단자 (152a) 및 제 4 단자 (152b) 가 형성되어 있다. 이 경우, 제 1 단자 (150a) 와 제 3 단자 (152a) 가 끼워맞추어지고, 제 2 단자 (150b) 와 제 4 단자 (152b) 가 끼워맞추어지면, 전기 침투류 펌프 (14) 를 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 확실하게 고정시킬 수 있음과 함께, 도시하지 않는 전원으로부터 제 1 단자 (150a) 및 제 3 단자 (152a) 를 통해 제 1 전극 (30) 에 일방의 극성의 전압을 인가하고, 상기 전원으로부터 제 2 단자 (150b) 및 제 4 단자 (152b) 를 통해 제 2 전극 (32) 에 타방의 극성의 전압을 인가하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 제 8 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10H) 에서는, 횡치형의 전기 침투류 펌프 (14) 를 마이크로 유체칩 (12) 에 직접 장착함으로써, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 (10A, 10B; 도 1 ∼ 도 10 참조) 에 있어서의 각 인터페이스를 실현할 수 있고, 이 결과, 시스템의 전체 구성을 더욱 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전기 침투류 펌프 시스템 및 전기 침투류 펌프는, 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않으며, 각종의 구성을 취할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 의하면, 전기 침투류 펌프와 마이크로 유체칩이 각각 별체이고, 상기 전기 침투류 펌프는, 장착부를 통해 상기 마이크로 유체칩에 직접 장착된다.
즉, 시스템 전체의 소형화라는 관점에서 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩을 일체화시키는 것이고, 상기 전기 침투류 펌프나 상기 마이크로 유체칩이 범용품이면, 저비용으로 시스템 전체를 구축할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종 래 기술과 비교하여, 소형의 상기 전기 침투류 펌프를 상기 마이크로 유체칩의 근방에 배치하는 구성으로 되고, 이 결과, 시스템 전체를 소형화하여, 모바일성을 현격히 향상시킬 수 있다. 또, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프의 착탈이 자유로워지기 때문에, 범용성이 향상되어 시스템 전체가 저비용화된다.
또, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 직접 장착함으로써, 종래 기술에서 이용되고 있던 튜브가 불필요해진다. 이 결과, 시료의 낭비가 없어짐과 함께, 제 2 유로 내에 있는 미소량의 유체를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 따라서, 본 발명은, 종래 기술과 비교하여 저비용으로 실용적인 유체 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 장착부는, 상기 마이크로 유체칩에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스로서의 기능을 겸비하고 있기 때문에, 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 전기 침투류 펌프와 마이크로 유체칩과 유지 부재가 각각 별체이고, 상기 전기 침투류 펌프는, 장착부를 통해 상기 유지 부재에 장착되고, 한편으로, 상기 마이크로 유체칩은 상기 유지 부재에 유지된다.
즉, 시스템 전체의 소형화라는 관점에서 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩과 상기 유지 부재를 일체화시키는 것이고, 상기 전기 침투류 펌프나 상기 마이크로 유체칩이나 상기 유지 부재가 범용품이면, 저비용으로 시스템 전체 를 구축할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술과 비교하여, 소형의 상기 전기 침투류 펌프를 상기 유지 부재를 통해 상기 마이크로 유체칩의 근방에 배치하는 구성이 되고, 이 결과, 시스템 전체를 소형화하여 모바일성을 현격히 향상시킬 수 있다. 또, 상기 유지 부재에 대해서 상기 마이크로 유체칩 및 상기 전기 침투류 펌프의 착탈이 자유로워지기 때문에, 범용성이 향상되어 시스템 전체가 저비용화된다.
또, 상기 마이크로 유체칩을 유지하는 상기 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 장착함으로써, 종래 기술과 비교하여, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩과의 거리가 짧아지고, 이 결과, 시료의 낭비가 저감됨과 함께, 제 2 유로 내에 있는 미소량의 유체를 고정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 따라서, 본 발명은 종래 기술과 비교하여, 저비용으로 실용적인 유체 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 장착부는, 상기 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 고정시키기 위한 인터페이스와, 상기 전기 침투류 펌프와 상기 마이크로 유체칩 사이의 유체의 공급 또는 흡입에 관련된 인터페이스로서의 기능을 겸비하고 있기 때문에, 시스템의 전체 구성을 간소화할 수 있다.

Claims (14)

  1. 제 1 유로 (22) 내에 배치된 전기 침투재 (28) 와, 상기 전기 침투재 (28) 의 상류측에 배치된 제 1 전극 (30) 과, 상기 전기 침투재 (28) 의 하류측에 배치된 제 2 전극 (32) 을 갖고, 상기 제 2 전극 (32) 의 하류측에 배출구 (34) 가 형성된 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 와,
    제 2 유로 (18) 가 형성된 마이크로 유체칩 (12) 을 구비하고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 의 외주면에는, 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 를 장착하는 장착부 (35, 54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 62a, 62b, 140a, 140b, 150a, 150b) 가 형성되고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 가 상기 장착부 (35, 54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 62a, 62b, 140a, 140b, 150a, 150b) 를 통해 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 장착되었을 때에, 상기 제 1 유로 (22) 는, 상기 배출구 (34) 를 통해 상기 제 2 유로 (18) 와 연통됨과 함께, 상기 제 1 유로 (22) 와, 상기 제 2 유로 (18) 사이의 유체 (38, 40, 42) 의 누설이 저지되는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부 (35, 54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 62a, 62b) 는, 상기 마이크로 유체칩 (12) 을 향해 돌출 형성되고 또한 상기 제 2 유로 (18) 에 끼워맞출 수 있는 돌기 (35), 또는 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 대향하여 형성되고 또한 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 끼워맞출 수 있는 오목부를 갖고,
    그 돌기 (35) 내 또는 상기 오목부 내에는, 상기 배출구 (34) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부 (54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 62a, 62b, 150a, 150b) 는, 상기 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속되는 제 1 단자 (54a, 58a, 60a, 62a, 150a) 와, 상기 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속되는 제 2 단자 (54b, 58b, 60b, 62b, 150b) 를 추가로 갖고,
    상기 마이크로 유체칩 (12) 표면에는, 상기 제 1 단자 (54a, 58a, 60a, 62a, 150a) 에 대향하는 제 3 단자 (56a, 64a, 152a) 와, 상기 제 2 단자 (54b, 58b, 60b, 62b, 150b) 에 대향하는 제 4 단자 (56b, 64b, 152b) 가 각각 형성되고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 가 상기 장착부 (54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 62a, 62b, 150a, 150b) 를 통해 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 장착되었을 때에, 상기 제 1 단자 (54a, 58a, 60a, 62a, 150a) 와 상기 제 3 단자 (56a, 64a, 152a) 가 접속되고, 또한 상기 제 2 단자 (54b, 58b, 60b, 62b, 150b) 와 상기 제 4 단자 (56b, 64b, 152b) 가 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  4. 제 1 유로 (22) 내에 배치된 전기 침투재 (28) 와, 상기 전기 침투재 (28) 의 상류측에 배치된 제 1 전극 (30) 과, 상기 전기 침투재 (28) 의 하류측에 배치된 제 2 전극 (32) 을 갖고, 상기 제 2 전극 (32) 의 하류측에 배출구 (34) 가 형성된 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 와,
    제 2 유로 (18) 가 형성된 마이크로 유체칩 (12) 과,
    그 마이크로 유체칩 (12) 및 상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 를 유지하는 유지 부재 (63) 를 구비하고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 의 외주면에는, 적어도 상기 유지 부재 (63) 에 상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 를 장착하는 장착부 (35, 61, 65a, 65b, 67, 100, 102a, 102b, 120, 122a, 122b, 134a, 134b) 가 형성되고,
    상기 마이크로 유체칩 (12) 이 상기 유지 부재 (63) 에 장착되고 또한 상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 가 상기 장착부 (35, 61, 65a, 65b, 67, 100, 102a, 102b, 120, 122a, 122b, 134a, 134b) 를 통해 상기 유지 부재 (63) 에 장착되었을 때에, 상기 제 1 유로 (22) 는, 상기 배출구 (34) 를 통해 상기 제 2 유로 (18) 와 연통됨과 함께, 상기 제 1 유로 (22) 와 상기 제 2 유로 (18) 사이의 유체 (38, 40, 42) 의 누설이 저지되는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 장착부 (35, 61, 65a, 65b, 67, 100, 120, 122a, 122b, 134a, 134b) 는, 상기 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속된 제 1 단자 (65a, 102a, 122a, 134a) 와, 상기 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속된 제 2 단자 (65b, 102b, 122b, 134b) 를 갖고,
    상기 마이크로 유체칩 (12) 표면에는, 상기 제 1 단자 (65a, 102a, 122a, 134a) 와 접속 가능한 제 3 단자 (66a, 104a, 124a, 136a) 와, 상기 제 2 단자 (65b, 102b, 122b, 134b) 와 접속 가능한 제 4 단자 (66b, 104b, 124b, 136b) 가 각각 형성되고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 가 상기 장착부 (35, 61, 65a, 65b, 67, 100, 120, 122a, 122b, 134a, 134b) 를 통해 상기 유지 부재 (63, 63a ∼ 63d) 에 장착되었을 경우에, 상기 제 1 단자 (65a, 102a, 122a, 134a) 와 상기 제 3 단자 (66a, 104a, 124a, 136a) 가 접속되고, 또한 상기 제 2 단자 (65b, 102b, 122b, 134b) 와 상기 제 4 단자 (66b, 104b, 124b, 136b) 가 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 장착부 (67, 100, 102a, 102b) 는, 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 대향하여 배치되고 또한 상기 배출구 (34) 를 둘러싸는 시일 부재 (100) 와, 상기 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속된 제 1 단자 (102a) 와, 상기 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속된 제 2 단자 (102b) 를 갖고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 는, 상기 제 1 단자 (102a) 에 접속 가능한 제 3 단자 (104a) 와, 상기 제 2 단자 (102b) 에 접속 가능한 제 4 단자 (104b) 를 갖는 전기 접속 부재 (80) 를 통해 상기 유지 부재 (63) 에 유지되고,
    상기 전기 접속 부재 (80) 가 상기 유지 부재 (63) 에 고정되었을 때에, 상기 전기 접속 부재 (80) 는, 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 통해 상기 마이크로 유체칩 (12) 을 누르고, 상기 시일 부재 (100) 는, 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 상기 마이크로 유체칩 (12) 사이를 시일하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 장착부 (120, 122a, 122b) 는, 상기 마이크로 유체칩 (12) 에 대향하여 배치되고 또한 상기 배출구 (34) 를 둘러싸는 시일 부재 (120) 와, 상기 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속된 제 1 단자 (122a) 와, 상기 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속된 제 2 단자 (122b) 를 갖고,
    상기 유지 부재 (63, 63a ∼ 63d) 에는, 상기 마이크로 유체칩 (12) 을 수용하는 오목부 (75, 118) 와, 그 오목부 (75, 118) 에 연통하고 또한 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 수용하는 구멍부 (114) 와, 그 구멍부 (114) 에 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 수용했을 때에 상기 제 1 단자 (122a) 와 전기적으로 접속되는 제 3 단자 (124a) 및 상기 제 2 단자 (122b) 와 전기적으로 접속되는 제 4 단자 (124b) 가 각각 형성되고,
    상기 구멍부 (114) 에 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 수용하고 또한 상기 오목부 (75, 118) 에 상기 마이크로 유체칩 (12) 을 수용했을 때에, 상기 마이크로 유체칩 (12) 은, 상기 유지 부재 (63, 63a ∼ 63d) 와 누름 부재 (106) 에 의해 협지되고,
    상기 누름 부재 (106) 가 상기 마이크로 유체칩 (12) 을 통해 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 를 누름으로써, 상기 시일 부재 (120) 는, 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 상기 마이크로 유체칩 (12) 사이를 시일하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 장착부 (100, 134a, 134b) 는, 상기 유지 부재 (63) 에 대향하여 배치되고 또한 상기 배출구 (34) 를 둘러싸는 시일 부재 (100) 와, 상기 유지 부재 (63) 에 대향하고 또한 상기 제 1 전극 (30) 과 전기적으로 접속된 제 1 단자 (134a) 와, 상기 유지 부재 (63) 에 대향하고 또한 상기 제 2 전극 (32) 과 전기적으로 접속된 제 2 단자 (134b) 를 갖고,
    상기 유지 부재 (63) 에는, 상기 마이크로 유체칩 (12) 을 수용하는 오목부 (75) 와, 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 상기 배출구 (34) 측을 수용하고 또한 상기 오목부 (75) 에 접속되는 연통로 (130) 와, 상기 제 1 단자 (134a) 와 끼워맞출 수 있는 제 3 단자 (136a) 와, 상기 제 2 단자 (134b) 와 끼워맞출 수 있는 제 4 단자 (136b) 가 각각 형성되고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 의 상기 배출구 (34) 측이 상기 연통로 (130) 에 수용되고 또한 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 가 상기 장착부 (100, 134a, 134b) 를 통해 상기 유지 부재 (63) 에 장착되었을 때에, 상기 제 1 단자 (134a) 와 상기 제 3 단자 (136a) 가 접속되고, 또한 상기 제 2 단자 (134b) 와 상기 제 4 단자 (136b) 가 접속됨과 함께, 상기 시일 부재 (100) 는, 상기 전기 침투류 펌프 (14a ∼ 14d) 와 상기 유지 부재 (63) 사이를 시일하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 (22) 에는, 외부로부터 공급된 액체 (38) 를 충전하는 액 저장부 (26) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액 저장부 (26) 는, 그 개구 부분을 통해 상기 액체 (38) 가 충전되고,
    상기 개구 부분은, 덮개 (44) 로 피복되는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출구 (34) 로부터 상기 제 2 유로 (18) 까지의 공간의 용적 (v) 이 10 [nl]<v<10 [㎕] 이거나, 또는, 상기 배출구 (34) 로부터 상기 제 2 유로 (18) 까지의 거리가 5 [㎛] 이상이고 또한 50 [㎜] 이하인 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프 시스템.
  12. 제 1 유로 (22) 내에 설치된 전기 침투재 (28) 와, 상기 전기 침투재 (28) 의 상류측에 배치된 제 1 전극 (30) 과, 상기 전기 침투재 (28) 의 하류측에 배치된 제 2 전극 (32) 을 갖고, 상기 제 2 전극 (32) 의 하류측에 배출구 (34) 가 형성된 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 로서,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 의 외주면에는, 마이크로 유체칩 (12) 에 대해서 그 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 를 장착하거나, 또는, 상기 마이크로 유체칩을 유지하는 유지 부재에 대해서 상기 전기 침투류 펌프를 장착하기 위한 장착부 (35, 54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 61, 62a, 62b, 65a, 65b, 67, 100, 102a, 102b, 120, 122a, 122b, 134a, 134b, 138, 140a, 140b, 142, 144, 150a, 150b) 가 형성되고,
    상기 전기 침투류 펌프 (14, 14a ∼ 14d) 가 상기 장착부 (35, 54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 61, 62a, 62b, 65a, 65b, 67, 100, 102a, 102b, 120, 122a, 1 22b, 134a, 134b, 140a, 140b, 142, 144, 150a, 150b) 를 통해 상기 마이크로 유체칩 (12) 또는 상기 유지 부재 (63) 에 장착되었을 때에, 상기 제 1 유로 (22) 는, 상기 배출구 (34) 를 통해 상기 마이크로 유체칩 (12) 내에 형성된 제 2 유로 (18) 와 연통하고, 상기 장착부 (35, 54a, 54b, 58a, 58b, 60a, 60b, 61, 62a, 62b, 65a, 65b, 67, 100, 102a, 102b, 120, 122a, 122b, 134a, 134b, 140a, 140b, 142, 144, 150a, 150b) 는, 상기 제 1 유로 (22) 와 상기 제 2 유로 (18) 사이의 유체 (38, 40, 42) 의 누설을 저지하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 (22) 에는, 외부로부터 공급된 액체 (38) 를 충전하는 액 저장부 (26) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 액 저장부 (26) 는, 그 개구 부분을 통해 상기 액체 (38) 가 충전되고,
    상기 개구 부분은, 덮개 (44) 로 피복되는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
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