WO2006106885A1

WO2006106885A1 - 液体輸送装置及び液体輸送システム

Info

Publication number: WO2006106885A1
Application number: PCT/JP2006/306758
Authority: WO
Inventors: Ichiro Yanagisawa; Masana Nishikawa
Original assignee: Nano Fusion Technologies, Inc.
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2006-10-12
Also published as: JP2006275016A; US20090126813A1; EP1865199A1

Abstract

　電気浸透流ポンプ（１０Ａ）の内部には、電気浸透現象を発揮する駆動液体（１５）と、該駆動液体（１５）の移動に伴ってバブル（３３）を介して非接触で移動可能な輸送液体（３１）とが充填されている。この場合、電気浸透材１６を通過可能な液体は駆動液体（１５）のみであるので、輸送液体（３１）が電気浸透現象を発揮しない液体であっても、電気浸透流ポンプ（１０Ａ）を利用して該輸送液体（３１）を輸送することが可能となる。従って、電気浸透流ポンプ（１０Ａ）では、駆動液体（１５）が前記電気浸透現象を発揮する液体であれば、輸送液体（３１）がどのような液体であっても安定して輸送することが可能となる。

Description

明細書

液体輸送装置及び液体輸送システム

技術分野

[0001] 本発明は、マイクロ流体チップやドラッグ 'デリバリ'システムやエレクトロニクス装置の内部を流通する液体を電気浸透流ポンプを用いて駆動制御する液体輸送装置及び液体輸送システムに関する。

背景技術

[0002] 本出願人は、これまでマイクロ流体チップやドラッグ ·デリバリ'システムやマイクロエレクト口-タス等における液体の駆動を目的とした数十 [_mm]〜数 [_mm]のオーダの電気浸透流ポンプを案出して、る。

[0003] これらの電気浸透流ポンプは、電気浸透材として多孔質体、ファイバ一等の細孔を有する材料を用いることにより、低、駆動電圧 (3 [V]〜30 [V]程度)でも実用的な流量一圧力特性 (数百 [ LZmin]及び数百 [kPa])を得ることができる。

[0004] このようなサイズの電気浸透流ポンプは、小型ポンプであるにも関わらず、大きな駆動圧力が得られることから、様々な応用範囲が検討されている (特許文献 1〜3参照）

[0005] 電気浸透流ポンプは、一般に、他の機械式の小型ポンプ（マイクロポンプ）と比較して下記のメリットがある。

[0006] (1)電気浸透流ポンプは、無脈動な流れを作ることが可能である。これは他のダイァフラム式のポンプ等と比較して大きなメリットである。脈動の無い流れは、特に微小流量を扱う場合や、接続部分での微量の逆流が問題となるような場合に有益である。また、機械式のポンプの内部では、キヤビテーシヨンに起因する脱泡現象が発生する力電気浸透流ポンプでは原理的には前記脱泡現象は発生しな、。

[0007] (2)小さなポンプでありながら高圧力駆動に適して、る。例えば、遠心式のポンプでは [mm]オーダの構造で、数百 [kPa]の圧力を得ることは困難である。一方、電気浸透流ポンプであれば、 30 [V]の駆動電圧であっても、数百 [kPa]程度の圧力を容易に得ることができる。また、前記駆動電圧を上昇すれば、前記圧力を数十気圧〜数百気圧程度まで増大させることも可能となる。

[0008] (3)基本的には、電気浸透材と電極とから構成され、機械的な可動部分がないので信頼性が高ぐさらに簡単な構成であるので製造コストを低減することができる。

[0009] (4)電極に印加する電圧の大きさや極性切換によって、ポンプ流量や流れの向きを簡単に調整することが可能である。

[0010] 上記したメリットを持つにも関わらず、電気浸透流ポンプは、分析化学や生物化学等の限られた分野にぉ、て、キヤビラリ一やマイクロ流体チップの内部に組み込まれたポンプとして用いられている。これは、電気浸透流ポンプがキヤピラリーやマイクロ流体チップのみに利用可能な装置であると考えられているためであり、数十 [mn！]〜数 [mm]程度のサイズで且つ低!ヽ駆動電圧で高流量高圧力を実現する電気浸透流ポンプの利用可能な分野につ、ては、現状では十分に検討されて!、な!/、。

[0011] 特許文献 1 :米国特許出願公開第 2003Z0068229号明細書

特許文献 2：米国特許出願公開第 2004Z0234378号明細書

特許文献 3：米国特許第 3923426号公報

発明の開示

[0012] ところで、電気浸透流ポンプでは、直接駆動可能な流体が限定されて、る。これは、前記電気浸透流ポンプが電気浸透流現象に基づ、て液体を駆動するポンプであり、電気浸透現象は、電気浸透材と液体との界面における電気化学的現象により機能するものであり、前記電気化学的現象が発生しない液体を駆動することは困難である。

[0013] ここでは、ガラス管表面での電気浸透現象を利用して水溶液を駆動する場合について説明する。

[0014] 前記ガラス管に水溶液が充填されている場合、水とガラス表面との化学反応によつて、前記ガラス表面に存在するシラノール基が解離して、前記ガラス管表面は負に帯電する。この場合、前記ガラス表面に帯電した負電荷をキャンセルする目的で水中の対イオン (この場合は正イオンである。）が前記ガラス表面近傍に集まるが、前記ガラス表面の負電荷は動くことができない一方で、前記正イオンは移動可能である。この結果、前記ガラス管の管路方向に電界を印加すると前記正イオンが前記電界の方向に移動し、前記正イオン周辺の水は、該水の粘性によって前記正イオンに引きずられながら移動する。この水の流れが電気浸透流となる。

[0015] このように、ある液体が電気浸透現象を発揮するためには、前記液体が通過する管路を構成する材料の帯電が必須である。すなわち、前記材料の表面における電位（ゼータ電位)が十分大きいことが必要である。また、前記帯電の程度は、液体の種類のみならず pH等にも依存する。従って、電気浸透流ポンプで液体を駆動する際には、駆動に適した液体と適さな!/、液体とが存在する。

[0016] 例えば、電気浸透材料がガラス力もなる場合に、前記ガラス力もなる管路に強酸を流そうとしても、ゼータ電位が低いので電気浸透流を得ることが難しい。また、表面活性剤のように、解離したシラノール基と結合し、あるいは前記管路表面に吸着する対イオンを含む液体も、電気浸透流ポンプによる駆動には適さな、。

[0017] さらに、電気伝導性の良好な液体の場合には、電極間を流れる電流が過大となるので、ポンプ効率の劣化やガス発生等により、電気浸透流ポンプによる駆動に適さない。

[0018] 一方、電気浸透材は、数十 [ /z m]〜数十 [nm]程度の流路を構成する多孔質体やファイバーや微粒子等から構成される。そのため、前記流路を通過できないサイズの物質 (例えば、細胞、白血球、赤血球)や、前記電気浸透材に吸着しやすい物質 (例えば、タンパク質）については、直接駆動することは困難である。

[0019] このように、電気浸透流ポンプでは、駆動すべき流体にっ、て様々な制約を受けるので、その適用範囲を拡張する際の大きな障害となって、る。

[0020] 本発明は、上記した電気浸透流ポンプをさらに改良して、どのような種類の液体でも輸送することが可能となる液体供給装置及び液体輸送システムを提供することを目的とする。

[0021] 本発明に係る液体輸送装置は、流路内に設けられた電気浸透材の上流側に第 1 電極を配置し且つ下流側に第 2電極を配置し、前記第 1電極及び前記第 2電極に電圧を印カロした際に、前記電気浸透材を介して前記流路内に駆動液体を流通させる液体輸送装置において、前記電気浸透材の上流側の少なくとも一部が前記駆動液体が充填される駆動液体リザーバとされ、前記電気浸透材の下流側の少なくとも一部が前記駆動液体の移動によって外部に供給可能な輸送液体が充填される輸送液体リザーバとされ、前記駆動液体と前記輸送液体との間には、前記駆動液体と前記輸送液体とを隔離する液体隔離手段が介挿され、前記電圧を印加した際に、前記駆動液体が前記液体隔離手段を介して前記輸送液体を供給又は吸引することを特徴とする。

[0022] 上記した構成によれば、前記液体輸送装置の内部には、電気浸透現象を発揮する前記駆動液体と、該駆動液体の移動に伴って前記液体隔離手段を介して非接触で移動可能な前記輸送液体とが充填されている。この場合、前記輸送液体が電気浸透現象を発揮しな!、液体であっても、前記液体輸送装置を利用して該輸送液体を輸送することが可能となる。従って、前記液体輸送装置では、前記駆動液体が電気浸透現象を発揮する液体であれば、前記輸送液体がどのような液体であっても安定して輸送することが可能となる。また、前記駆動液体と前記輸送液体とが前記液体隔離手段によって分離されているので、両者が接解、混合したりすることがなく前記輸送液体を確実に輸送することができる。

[0023] ここで、前記流路内における前記駆動液体及び前記輸送液体に作用する力が重力よりも表面張力が支配的となる流路径が 2〜3mm以下の場合には、前記液体隔離手段は、前記電気浸透材の下流側に滞留するガスとすることが好ましい。これにより、簡単な構成で前記駆動液体と前記輸送液体とを分離することが可能となる。

[0024] また、前記液体隔離手段は、前記ガスを通過することが可能であり、一方で、前記駆動液体及び前記輸送液体の通過を阻止する疎水性材料力もなることが好ましい。これにより、前記ガスと前記疎水性材料力なる液体隔離手段とによって前記駆動液体と前記輸送液体とを確実に分離することができる。

[0025] また、前記駆動液体リザーバ及び前記輸送液体リザーバのうち少なくとも 1つは、前記液体輸送装置より着脱可能な構造とすることが好ましい。これにより、前記液体輸送装置を構成する各部分をユニット化することが可能となる。

[0026] さらに、前記輸送液体リザーバは、マイクロ流体チップであることが好ま、。これにより、前記液体輸送装置を利用して比較的大容量の液送液体を駆動制御することが可能となる。 [0027] そして、本発明に係る液体輸送システムは、上述した液体輸送装置を用いたものであり、前記各液体輸送装置の前記輸送液体リザーバに対して前記輸送液体を充填する複数の液体充填ラインと、前記各輸送液体リザーバより前記輸送液体を外部に供給する複数の液体供給ラインと、前記各液体充填ライン及び前記各液体供給ラインに配設された複数のバルブとを備え、前記各バルブの開閉状態を順次切り換えることにより、前記各液体充填ラインより前記各輸送液体リザーバに対する前記輸送液体の充填と、前記各輸送液体リザーバから前記液体供給ラインに対する前記輸送液体の供給とを交互に行って、前記輸送液体を外部に常時供給又は常時吸引することを特徴とする。

[0028] 上記した構成によれば、前記液体輸送装置を複数個並列接続して輸送液体の供給又は吸引を行っているので、大量の輸送液体を連続供給又は連続吸引することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]図 1は、第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプの断面図である。

[図 2]図 2は、図 1の電気浸透流ポンプの変形例を示す断面図である。

[図 3]図 3は、第 2実施形態に係る電気浸透流ポンプの断面図である。

[図 4]図 4は、第 3実施形態に係る電気浸透流ポンプの断面図である。

[図 5]図 5は、第 4実施形態に係る電気浸透流ポンプの断面図である。

[図 6]図 6は、第 5実施形態に係る電気浸透流ポンプの断面図である。

[図 7]図 7は、第 6実施形態に係る電気浸透流ポンプの斜視図である。

[図 8]図 8は、図 7の電気浸透流ポンプの他の構成を示す斜視図である。

[図 9]図 9は、第 7実施形態に係る電気浸透流ポンプの斜視図である。

[図 10]図 10は、図 9の輸送液体リザーバの分解斜視図である。

[図 11]図 11は、図 1〜図 10の電気浸透流ポンプによって構成された液体輸送システムのブロック図である。

[図 12]図 12は、図 11の液体輸送システムの動作を説明するタイムチャートである。

[図 13]図 13は、図 11の液体輸送システムの動作を説明するタイムチャートである。発明を実施するための最良の形態 [0030] 第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプ (液体輸送装置） 10Aは、バイオテクノロジ一や分析化学にお、て用いられるマイクロ流体チップや小型エレクトロニクス機器に搭載可能な数 [mm]〜数 [cm]程度のサイズの小型ポンプであり、図 1に示すように、基本的には、ポンプ容器 12と、該ポンプ容器 12内に形成された流路 14に配置された電気浸透材 16、入口側電極 (第 1電極） 18及び出口側電極 (第 2電極） 20とを有する。

[0031] ポンプ容器 12は、流路 14を通過する電解質溶液等の導電性流体からなる駆動液体 15に対して耐液性を有するプラスチック材料あるいは、セラミックス、ガラス、表面が電気絶縁処理された金属材料からなり、電気浸透材 16、入口側電極 18及び出口側電極 20が配置される大径部分 22と、該大径部分 22に対して上流側及び下流側の小径部分 24、 25とで構成される。なお、駆動液体 15は、電気浸透現象を発揮する液体であり、図 1の右側（小径部分 25側）から左側（小径部分 24)の方向に向かつて流路 14内を通過する。

[0032] 電気浸透材 16は、流路 14を仕切るように配設され、この結果、該流路 14における電気浸透材 16の上流側（図 1の右側）は、入口側チェンバー 26として形成され、一方で、その下流側は、出口側チェンバー 28として形成される。また、電気浸透材 16 は、多孔質セラミックスやガラス繊維等力もなり、入口側チェンバー 26に駆動液体 15 が供給された際に、該駆動液体 15を吸収して内部に浸透し、さらに、浸透した前記駆動液体 15を出口側チンバー 28に排出可能な親水性を有する部材である。

[0033] 入口側電極 18は、入口側チンバー 26内において電気浸透材 16の表面と接触して配置され、複数の孔 30が流路 14の軸線方向に沿って形成されている。一方、出口側電極 20は、出口側チェンバー 28内において電気浸透材 16の表面と接触して配置され、複数の孔 32が流路 14の軸線方向に沿って形成されている。そして、入口側電極 18と出口側電極 20とは直流電源 34と電気的に接続されている。図 1では、入口側電極 18を正極とし、一方で、出口側電極 20を負極としている力これに代えて、該入口側電極 18を負極とし、一方で、出口側電極 20を正極としてもよいことは勿論である。また、図 1では、電気浸透材 16の表面に電極 18、 20が配置されているが、このような配置に限定されることはなぐ例えば、電極 18、 20は、電気浸透材 16近傍にぉ、て非接触の状態で配置されて!、ても構わな!/、。

[0034] ここで、小径部分 25の上流側は、駆動液体 15が予め充填された大径部分 (駆動液体リザーバ） 27とされており、該大径部分 27より入口側チェンバー 26に供給された駆動液体 15が孔 30を介して電気浸透材 16に浸透した状態で、直流電源 34より各電極 18、 20に直流電圧を印加すると、電気浸透材 16内の駆動液体 15が入口側電極 18より出口側電極 20の方向に移動し、孔 32を介して出口側チンバー 28に排出される。

[0035] この場合、流路 14の下流側である小径部分 24は、その下流側において前記マイク口流体チップ等の流体機器の流路と接続され、該小径部分 24の中央部は、輸送液体 31が予め充填された大径部分 (輸送液体リザーバ） 29とされ、輸送液体 31と出口側チェンバー 28に排出された駆動液体 15との間には液体隔離手段としてのバブル 33が介在している。

[0036] ここで、流路 14、 24、 29、 33の幅は、キヤビラリ一長（通常 2〜3mm)程度以下であり、この結果、駆動液体 15や輸送液体 31に作用する力は、重力よりも表面張力が支配的になる。そのため、駆動液体 15が出口側チェンバー 28に排出された際に、輸送液体 31は、バブル 33を介して下流側に押圧され、前記流体機器の流路に移動可能となる。

[0037] 輸送液体 31は、電気浸透現象に基づく駆動液体 15の移動によって間接的に電気浸透流ポンプ 10Aより前記流体機器に輸送可能な液体であり、ポンプ容器 12の材質に適合可能なものであれば、どのような種類の液体であっても構わな、。

[0038] また、ポンプ容器 12の内壁は、疎水性を有することが好ましい。特に、流路 14の幅が前記キヤビラリ一長と同程度以上になる場合や駆動液体 15の浸透性が強い場合には、バブル 33によって駆動液体 15と輸送液体 31とを確実に隔離するために疎水性の表面であることが必須である。

[0039] なお、図 1では、入口側チェンバー 26の一部である大径部分 27を駆動液体 15の駆動液体リザーバとしている力入口側チェンバー 26の全体を駆動液体リザーバとしてもよいし、あるいは、入口側チェンバー 26に接続される駆動液体 15の図示しな V、供給用タンク等を前記駆動液体リザーバとしてもよ!/、。 [0040] また、出口側チェンバー 28の一部である大径部分 29を輸送液体 31の輸送液体リザーバとしている力出口側チェンバー 28の全体を輸送液体リザーバとしてもよいし、あるいは、出口側チェンバー 28をストレート形状とし、その下流側を前記輸送液体リザーバとしてもよい。

[0041] さらに、図 1では、輸送液体 31を下流側の前記流体機器に輸送する場合について説明しているが、直流電源 34の極性を切り換えれば、駆動液体 15が上流側に移動し、この結果、バブル 33を介して輸送液体 31が前記流体機器より大径部分 29に移動可能であることは勿論であり、この電気浸透流ポンプ 10Aでは、輸送液体 31の供給及び回収を行うことが可能である。

[0042] このように、第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Aによれば、その内部には、電気浸透現象を発揮する駆動液体 15と、駆動液体 15の移動に伴ってバブル 33を介して非接触で移動可能な輸送液体 31とが充填されている。この場合、電気浸透材 16を通過可能な液体は駆動液体 15のみであるので、輸送液体 31が電気浸透現象を発揮しな!、液体であっても、電気浸透流ポンプ 10Aを利用して該輸送液体 31を輸送することが可能となる。従って、電気浸透流ポンプ 10Aでは、駆動液体 15が前記電気浸透現象を発揮する液体であれば、輸送液体 31がどのような液体であっても安定して輸送することが可能となる。また、駆動液体 15と輸送液体 31とがバブル 33によって分離されているので、両者が接解、混合したりすることがなく輸送液体 31を確実に輸送することができる。

[0043] 第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Aでは、前記輸送液体リザーバに対する輸送液体 31の充填方法として、下記の 5通りの方法がある。

[0044] (1)駆動液体 15を輸送液体リザーバの内部（小径部分 24の下流側にエアが残る位置であり、例えば、大径部分 29の下流側の先端部分）にまで送り込み、且つ小径部分 24の下流側を輸送液体 31中に浸漬した状態で、電極 18、 20に直流電圧を印加することにより、輸送液体 31が前記輸送液体リザーバ内に吸引される。次いで、輸送液体 31の吸引によって駆動液体 15の液面位置が大径部分 22と小径部分 24との境界まで移動したときに、電極 18、 20に対する直流電圧の印加を停止する。これにより、バブル 33を介在させた状態で輸送液体 31を前記輸送液体リザーバに充填することができる。なお、（1)では、電極 18を負極とし、電極 20を正極として前記直流電圧を印加する。

[0045] (2)エア抜き及び輸送液体 31の注入を兼ねる孔 23 (図 1参照）を予めポンプ容器 1 2の側部（小径部分 24の上流部分）に形成し、該孔 23より輸送液体 31を充填した後に、この孔 23をシールする。この場合、孔 23の表面は、疎水性を有する表面とし、この孔 23に粘着性のシール部材を接着することにより該孔 23をシールする。

[0046] (3)電気浸透材 16が駆動液体 15によって濡れて、な、状態であれば、エアを電気浸透材 16を介して上流側に逃がすことができるため、エア抜き用の孔が形成されていない場合でも、流路 14内のエアを電気浸透材 16よりポンプ上流側に排出しながら、輸送液体 31を充填することが可能である。

[0047] (4)ポンプ容器 12の出口側チェンバー 28における側部にガス抜き部材 39を形成し、出口側チェンバー 28内のエアをガス抜き部材 39を介して外部に排出することにより、以下のように、輸送液体 31を充填することが可能である。

[0048] 先ず、出口側チャンバ一 28における駆動液体 15を前記駆動液体リザーバ側に吸引しておき、ガス抜き部材 39が駆動液体 15で濡れていない状態とする。但し、電気浸透材 16が駆動液体 15で濡れていない状態であれば、この工程は不要である。次 V、で、前記輸送液体リザーバに輸送液体 31をシリンジ等によって充填する。

[0049] (5)図 2に示すように、小径部分 24と大径部分 22とを別体とする。この場合、小径部分 24を大径部分 22から離間した状態で、輸送液体 31を輸送液体リザーバとしての大径部分 29に充填し、小径部分 24の上流側を該輸送液体 31で充填しな、状態（エアが充填された状態)で該小径部分 24と大径部分 22とを嵌合する。これにより、前記エアがバブル 33となり、駆動液体 15からバブル 33を介して輸送液体 31を駆動可能な状態とすることができる。（5)の充填方法では、電気浸透流ポンプ 10Aを予め起動させる必要はない。

[0050] また、上述した電気浸透流ポンプ 10Aでは、電極 18、 20の形状として孔 30、 32が形成された電極としているが、ワイヤ形状の電極や多孔質体の表面に金属を蒸着して構成された電極を用いてもよいことは勿論である。なお、上記した電極 18、 20は、白金やカーボンや銀等の導電性材料から構成すると好適である。 [0051] さらに、電極 18、 20では、電極 18を正極とし、電極 20を負極としている力前述したように、電極 18を負極とし、電極 20を正極としても上述した作用効果が得られることは勿論である。

[0052] さらにまた、電極 18、 20に対して直流電圧を印加している力パルス電圧を印加してちよいことは勿！^である。

[0053] さらにまた、電気浸透流ポンプ 10Aでは、ポンプ容器 12が上流側より大径部分 22 及び小径部分 24の順で形成されている力前述したように、該ポンプ容器 12の形状は、上述した形状に限定されるものではないことは勿論である。例えば、ポンプ容器 1 2を全体的にストレート形状としたり、あるいは、上流側より小径部分及び大径部分の順で構成することも可能である。

[0054] 次に、第 2実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Bについて、図 3を参照しながら説明する。なお、図 1及び図 2に示した第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Aの各構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付けて説明し、以下同様とする。

[0055] 第 2実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Bは、図 3に示すように、出口側チェンバ一 28において、疎水性のガス透過膜 35及びバブル 33を介して駆動液体 15と輸送液体 31との分離を行っている点で、第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A (図 1及び図 2参照）とは異なる。

[0056] この場合、駆動液体 15が電気浸透流ポンプ 10Bの駆動作用下に流路 14内の下流側に移動すると、出口側チェンバー 28内部のバブル 33がガス透過膜 35を通過して輸送液体 31を押圧し、輸送液体 31を下流側に押し出すので、バブル 33とガス透過膜 35とで駆動液体 15と輸送液体 31とを確実に分離することができる。なお、電気浸透流ポンプ 10Bの駆動圧力がガス透過膜 35の最低ウォーターブレークスルーポィント (駆動液体 15又は輸送液体 31がガス透過膜 35を通り抜けるために必要な最低の圧力値)以下であれば、駆動液体 15と輸送液体 31との接触をより確実に防止することが可能である。また、図 3では、入口側チェンバー 26全体が駆動液体リザーバとなっている。

[0057] 第 2実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Bにおける輸送液体 31の充填方法としては、先ず、駆動液体 15を押し出して、出口側チェンバー 28におけるガス透過膜 35までの部分を駆動液体 15で充填する。次いで、小径部分 24の下流側を輸送液体 31 に浸漬した状態で、電極 18を負極とし且つ電極 20を正極として直流電圧を印加することにより、駆動液体 15が上流側に移動して輸送液体 31を輸送液体リザーバに吸引することができる。この場合、出口側チェンバー 28のガス透過膜 35より電気浸透材 1 6までの空間の容積に相当する輸送液体 31を吸引し、あるいは送液することが可能である。

[0058] なお、電気浸透流ポンプ 10Bでは、上述した第 1実施形態に係る電気浸透流ボンプ 10Aの（2)〜（5)の充填方法を利用可能であることは勿論である。

[0059] 次に、第 3実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Cについて、図 4を参照しながら説明する。

[0060] 第 3実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Cは、図 4に示すように、その下流側にお V、てマイクロ流体チップ 40に一体的に接続されて、る点で、第 1及び第 2実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A、 10B (図 1〜図 3参照）とは異なる。

[0061] この場合、電気浸透流ポンプ 10Cの流路 14の下流側に接続されたマイクロ流体チップ 40の流路 42が、輸送液体 31の輸送液体リザーバとされており、第 1実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A (図 1及び図 2参照）と同様に、駆動液体 15が流路 14、 4 2内を移動すると、バブル 33を介して輸送液体 31が移動する。これにより、電気浸透流ポンプ 10Cを用いてマイクロ流体チップ 40内の輸送液体 31を容易に駆動制御することが可能となる。

[0062] 次に、第 4実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Dについて、図 5を参照しながら説明する。

[0063] 第 4実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Dは、図 5に示すように、輸送液体リザーバとなる大径部分 29を該大径部分 29よりも上流側の部分力も分離可能とされている点で、第 1〜第 3実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A〜： LOC (図 1〜図 3参照）とは異なる。

[0064] この場合、大径部分 29に輸送液体 31を予め充填することにより、従来は、マイクロ流体チップ 40に直接導入することのできな力つた液体を、電気浸透流ポンプ 10Dを介して直接に送液することが可能となる。また、電気浸透流ポンプ 10Dは、輸送液体 31の総量が数 [ L]程度以下の場合に好適である。

[0065] 次に、第 5実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Eについて、図 6を参照しながら説明する。

[0066] 第 5実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Eは、図 6に示すように、出口側チェンバ一 28にガス透過膜 35が配置されている点で、第 4実施形態に係る電気浸透流ボンプ 1 OD (図 5参照）とは異なる。

[0067] この場合、第 2実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10B (図 3参照）と同様に、バブル 33及びガス透過膜 35によって駆動液体 15と輸送液体 31とを確実に分離することができると共に、電気浸透流ポンプ 10Fの駆動圧力がガス透過膜 35の最低ウォーターブレークスルーポイント以下であれば、駆動液体 15と輸送液体 31との接触をより確実に防止することが可能となる。

[0068] 次に、第 6実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Fについて、図 7及び図 8を参照しながら説明する。

[0069] 第 6実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Fは、図 7及び図 8に示すように、電気浸透流ポンプ 10Fより輸送液体リザーバ 50及び駆動液体リザーバ 52を着脱可能なュニットィ匕した構造となっている点で、第 1〜第 5実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10 A〜10E (図 1〜図 6参照）とは異なる。

[0070] 上述した第 1〜第 5実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A〜： LOEでは、輸送液体リザーバゃ駆動液体リザーバをポンプに内蔵して一体ィヒした構造であり、輸送液体 3 1及び駆動液体 15の総量が数十 L]程度までの場合に好適である。大容量 (例えば、 100[ L]程度以上）の輸送液体 31及び駆動液体 15を取り扱う場合には、ボンプ自体の大きさと比較して輸送液体リザーバのサイズが大きくなるので、一体化するメリットが少なくなる。

[0071] また、電気浸透流ポンプ 10A〜： LOEでは、安価且つ小型である特徴を利用して携帯用又は使い捨て用の液体供給装置として好適である力場合によっては、ポンプ自体を再利用する必要もある。

[0072] そこで、電気浸透流ポンプ 10Fでは、輸送液体リザーバ 50及び駆動液体リザーバ 52を着脱可能なユニットィ匕された構造とすることにより、電気浸透流ポンプ 10Gのポンプ本体 54は再利用し、それ以外の輸送液体リザーバ 50及び駆動液体リザーバ 52 は使い捨て可能とし、あるいは、輸送液体 31及び駆動液体 15を充填して輸送液体リザーバ 50及び駆動液体リザーバ 52を再利用する。この場合、輸送液体リザーバ 50 としては、例えば、一般的な液体容器、チューブ又はマイクロ流体チップが好適である。

[0073] 図 7は、基板 56上に、輸送液体リザーバ 50、駆動液体リザーバ 52、ポンプ本体 54 及び該ポンプ本体 54を駆動するバッテリ 58を固定したものであり、比較的大容量のリザーバユニットに適している。なお、輸送液体リザーバ 50には、送液口 60が設けられている。

[0074] また、図 8は、図 7よりも小容量のリザーバユニットの場合に好適な構成であり、円筒状の輸送液体リザーバ 50、ポンプ本体 54及び駆動液体リザーバ 52が順番に接続されている。なお、これらは、各々直径 5 [mm]〜 10 [mm]程度、長さ 10〜20[mm] 程度のユニットである。

[0075] 次に、第 7実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Gについて、図 9及び図 10を参照しながら説明する。

[0076] 第 7実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Gは、図 9及び図 10に示すように、輸送液体リザーバ 50をマイクロ流体チップの積層構造によって実現した点で、第 6実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10F (図 7及び図 8参照）とは異なる。

[0077] この場合、輸送液体リザーバ 50は、図 10に示すように、基板 62 (i= l〜6)が上下方向に積層され、上方より 5枚の基板 62〜62には、その底部に蛇行形状の溝 (以

1 5

下、流路ともいう。）64が形成され、各溝 64の両端部及び基板 62には、接続孔 66が

6

形成されている。そのため、これらの基板 62を積層した際に、各溝 64が連結されて輸送液体 31が流通可能となると共に、液体充填率を向上することができる。

[0078] ここで、厚さ 0. 5 [mm]の基板 62に対して深さ 200 [ m]、幅 500 [ μ m]の流路 6

4を 500[ m]間隔で形成すれば、マイクロ流体チップの容積に対する輸送液体 31 の充填率は、略 20[%]になる。

[0079] 輸送液体 31の必要なインベントリを 5 [mL]とすると、輸送液体リザーバ 50の容積は、 33 [mL]程度となる。これは、 3 [cm] X 4[cm] X 0. 5 [mm]のサイズの基板 62 を 6〜7枚積層することにより実現可能である。

[0080] 一方、駆動液体リザーバ 52は、一般的なカートリッジ構造により対応可能である。

[0081] 上記した電気浸透流ポンプ 10Gの仕様の一例について以下に示す。輸送液体リザーバ 50の容量は 5 [mL]であり、駆動液体リザーバ 52の容量は 5 [mL]であり、ポンプ本体の駆動電圧は 12 [V]であり、その供給速度は l /z LZmin]であり、連続運転時間は 80時間であり、装置全体の容積は、約 60 [mL]であり、装置重量は約 100 [g]である。

[0082] なお、上述した第 7実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10Gでは、第 1〜第 6実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A〜： L0F (図 1〜図 8参照）と同様に、駆動液体 15からバブル 33を介して輸送液体 31を供給又は吸引する方式が望ましい。

[0083] 次に、上記した第 1〜第 7実施形態に係る電気浸透流ポンプ 10A〜10G (図 1〜図 10参照）を利用した液体輸送システム 70について、図 11〜図 13を参照しながら説明する。

[0084] これは、複数の電気浸透流ポンプ 10 (1= l〜n)を並列接続して大容量の輸送液体 31を連続して駆動するためのシステムであり、図 11では、 2つの電気浸透流ボンプ 10、 10を並列接続して構成される連続運転可能な液体輸送システム 70を示して

1 2

いる。

[0085] この場合、電気浸透流ポンプ 10は、バルブ 72を介して輸送液体充填ライン (ある

1

いは輸送液体回収ライン） 74に接続され、一方で、バルブ 76を介して輸送液体供給ライン (あるいは輸送液体吸入ライン） 78に接続される。また、電気浸透流ポンプ 10

2 は、バルブ 80を介して輸送液体充填ライン (あるいは輸送液体回収ライン） 82に接続され、一方で、バルブ 84を介して輸送液体供給ライン 78に接続される。さらに、各電気浸透流ポンプ 10には、その上流側及び下流側に駆動液体リザーバ 52及び輸送液体リザーバ 50が各々接続されて!、る。

[0086] この液体輸送システム 70では、電気浸透流ポンプ 10の駆動方向を交互に切換え、且つ電気浸透流ポンプ 10の切換えに同期してバルブ 72、 76、 80、 84を操作することにより、駆動液体 15と輸送液体 31を非接触状態で且つ該輸送液体 31を連続的に輸送液体供給ライン 78に送り出すことが可能である。

[0087] すなわち、図 11及び図 12に示すように、時刻 tOにおいて、バルブ 72を閉じ且つバルブ 76を開放した状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体リザーバ 52

1 1 に充填された駆動液体 15を輸送液体リザーバ 50側に移動させれば、該輸送液体リ

1

ザーバ 50に充填された輸送液体 31を輸送液体供給ライン 78に送液することができ

1

る。

[0088] 一方、時刻 tOにお、て、バルブ 84を閉じ且つバルブ 80を開放した状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体 15を駆動液体リザーバ 52側に移動させれば、

2 2 輸送液体充填ライン 82より輸送液体 31を輸送液体リザーバ 50に充填することが可

2

能となる。

[0089] 次!、で、時刻 tlにお!/、て、バルブ 72を開放し且つバルブ 76を閉じた状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体 15を駆動液体リザーバ 52側に移動させれば

1 1

、輸送液体充填ライン 74より輸送液体 31を輸送液体リザーバ 50に充填することが

1

可能となる。

[0090] 一方、時刻 tlにお、て、バルブ 84を開放し且つバルブ 80を閉じた状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体リザーバ 52に充填された駆動液体 15を輸送液

2 2

体リザーバ 50側に移動させれば、該輸送液体リザーバ 50に充填された輸送液体 3

2 2

1を輸送液体供給ライン 78に送液することができる。

[0091] さらに、時刻 t2において、液体輸送システム 70は、時刻 tOと同様の動作を繰り返し行う。

[0092] また、液体輸送システム 70では、電気浸透流ポンプ 10の駆動方向を交互に切換え、且つ電気浸透流ポンプ 10の切換えに同期してバルブ 72、 76、 80、 84を操作することにより、駆動液体 15と輸送液体 31を非接触状態で且つ該輸送液体 31を連続的に外部力も輸送液体吸入ライン 78を介して吸入し、輸送液体回収ライン 74、 82で回収することが可能である。

[0093] すなわち、図 11及び図 13に示すように、時刻 tOにおいて、バルブ 72を開き且つバルブ 76を閉じた状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体リザーバ 52に

1 1 充填された駆動液体 15を輸送液体リザーバ 50側に移動させれば、該輸送液体リザーバ 50に吸入された輸送液体 31を輸送液体回収ライン 74で回収することができる

1

[0094] 一方、時刻 tOにお、て、バルブ 84を開き且つバルブ 80を閉じた状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体 15を駆動液体リザーバ 52側に移動させれば、輸

2 2 送液体吸入ライン 78より輸送液体 31を輸送液体リザーバ 50に吸入することが可能

2

となる。

[0095] 次!、で、時刻 tlにお!/、て、バルブ 72を閉じ且つバルブ 76を開放した状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体 15を駆動液体リザーバ 52側に移動させれば

1 1

、輸送液体吸入ライン 78より輸送液体 31を輸送液体リザーバ 50に吸入することが

1

可能となる。

[0096] 一方、時刻 tlにお、て、バルブ 84を閉じ且つバルブ 80を開放した状態で、電気浸透流ポンプ 10を駆動して駆動液体リザーバ 52に充填された駆動液体 15を輸送液

2 2

体リザーバ 50側に移動させれば、該輸送液体リザーバ 50に吸入された輸送液体 3

2 2

1を輸送液体回収ライン 82で回収することができる。

[0097] さらに、時刻 t2において、液体輸送システム 70は、時刻 tOと同様の動作を繰り返し行う。

[0098] このように、液体輸送システム 70では、所定時間毎にバルブ 72、 76、 80、 84の開閉切換を行い、さらに、電気浸透流ポンプ 10と電気浸透流ポンプ 10とは、輸送液

1 2

体供給ライン 78に対する輸送液体 31の供給動作又は吸入動作と、輸送液体充填ライン 74、 82より輸送液体リザーバ 50、 50に対する輸送液体 31の充填動作又は回

1 2

収動作とを該バルブ 72、 76、 80、 84の開閉切換に同期して交互に行うようにしている。この結果、輸送液体供給ライン 78に対して連続的に輸送液体 31を輸送液体供給ライン 78に供給又は吸入することが可能となる。

[0099] なお、上述した各実施形態では、主として、電気浸透流ポンプ 1 OA〜： LOG及び液体輸送システム 70より外部に対して輸送液体 31を供給する場合について説明した力前述したように、直流電源 34の極性を切り換えて駆動液体 15を駆動液体リザーノ 52あるいは流路 14の上流側に引き込むことにより、外部力も輸送液体 31を回収あるいは充填することも可能である。このような機能は、例えば、小動物から血液を採取するための自動血液採取装置に適用可能である。

[0100] なお、本発明に係る液体輸送装置及び液体輸送システムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなぐ種々の構成を採り得ることは勿論である。産業上の利用可能性

[0101] 本発明に係る液体輸送装置によれば、液体輸送装置の内部には、電気浸透現象を発揮する駆動液体と、前記駆動液体の移動に伴って液体隔離手段を介して非接触で移動可能な輸送液体とが充填されている。この場合、前記輸送液体が電気浸透現象を発揮しな!、液体であっても、前記液体輸送装置を利用して該輸送液体を輸送することが可能となる。従って、前記液体輸送装置では、前記駆動液体が前記電気浸透現象を発揮する液体であれば、前記輸送液体がどのような液体であっても安定して輸送することが可能となる。また、前記駆動液体と前記輸送液体とが前記液体隔離手段によって分離されているので、両者が接解、混合したりすることがなく前記輸送液体を確実に輸送することができる。

[0102] また、本発明に係る液体輸送システムによれば、上記した液体輸送装置を複数個並列接続して輸送液体の供給又は吸引を行っているので、大量の輸送液体を連続供給又は連続吸引することが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 流路（14)内に設けられた電気浸透材（16)の上流側に第 1電極（18)を配置し且つ下流側に第 2電極（20)を配置し、前記第 1電極（18)及び前記第 2電極（20)に電圧を印力!]した際に、前記電気浸透材（16)を介して前記流路（14)内に駆動液体（15 )を流通させる液体輸送装置（10A〜10G、 10、 10 )において、

1 2

前記電気浸透材（16)の上流側の少なくとも一部が前記駆動液体（15)が充填される,駆動液体リザーノ（26、 27、 52、 52、 52 )とされ、

1 2

前記電気浸透材（16)の下流側の少なくとも一部が前記駆動液体（15)の移動によつて外部に供給可能な輸送液体（31)が充填される輸送液体リザーバ（24、 28、 29 、 50、 50、 50 )とされ、

1 2

前記駆動液体（15)と前記輸送液体 (31)との間には、前記駆動液体（15)と前記輸送液体 (31)とを隔離する液体隔離手段 (33、 35)が介挿され、

前記電圧を印加した際に、前記駆動液体（15)が前記液体隔離手段 (33、 35)を介して前記輸送液体 (31)を供給又は吸引する

ことを特徴とする液体輸送装置。

[2] 請求項 1記載の液体輸送装置（10A〜10E)において、

前記流路（14)内における前記駆動液体（15)及び前記輸送液体 (31)に作用する力が重力よりも表面張力が支配的となる流路径が 2〜3mm以下の場合には、前記液体隔離手段 (33)は、前記電気浸透材（16)の下流側に滞留するガスとする

ことを特徴とする液体輸送装置。

[3] 請求項 2記載の液体輸送装置（10B、 10E)にお、て、

前記液体隔離手段（35)は、前記ガス（33)を通過させることが可能であり、一方で、前記駆動液体（15)及び前記輸送液体 (31)の通過を阻止する疎水性材料からなる

ことを特徴とする液体輸送装置。

[4] 請求項 1〜3のいずれ力 1項に記載の液体輸送装置（10A、 10C、 10D、 10E、 10

F、 10G、 10、 10 )【こお!/ヽて、

1 2

前記駆動液体リザーバ（26、 27、 52、 52、 52 )及び前記輸送液体リザーバ（24、 28、 29、 50、 50、 50 )のうち少なくとも 1つは、前記液体輸送装置（10A、 10C、 10

1 2

D、 10E、 10F、 10G、 10、 10 )より着脱可能な構造とされている

1 2

ことを特徴とする液体輸送装置。

[5] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の液体輸送装置（10G)において、

前記輸送液体リザーバ（50)は、マイクロ流体チップである

ことを特徴とする液体輸送装置。

[6] 請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の液体輸送装置（10、 10 )を複数有し、

1 2

前記各液体輸送装置（10、 10 )の前記輸送液体リザーバ（50、 50 )に対して前

1 2 1 2

記輸送液体（31)を充填する複数の液体充填ライン（74、 82)と、

前記各輸送液体リザーバ（50、 50 )より前記輸送液体 (31)を外部に供給する複

1 2

数の液体供給ライン (78)と、

前記各液体充填ライン (74、 82)及び前記各液体供給ライン (78)に配設された複数のノノレブ（72、 76、 80、 84)と、

を備え、

前記各バルブ（72、 76、 80、 84)の開閉状態を順次切り換えることにより、前記各液体充填ライン（74、 82)より前記各輸送液体リザーバ（50、 50 )に対する前記輸

1 2

送液体（31)の充填と、前記各輸送液体リザーバ（50、 50 )から前記液体供給ライン

1 2

(78)に対する前記輸送液体（31)の供給とを交互に行って、前記輸送液体（31)を外部に常時供給又は常時吸引する

ことを特徴とする液体輸送システム。