(57)【要約】本発明は、外来成分の導入または本来の成分の変更によるくみ上げられた液体の化学組成の変化を解消することを目的とする。本発明の別の目的は、マイクロポンプの生産性を向上させ、マイクロポンプのサイズおよびコストを低減するために、一次電極の使用を可能にすることである。この目的のために、動電学的マイクロポンプは、非導電性材料で作られた、たとえばポリキャピラリカラム体の形態を有するマルチチャネル構造８１０を備える。この構造の流入および流出口端部は、くみ上げられた液体の流入および流出用の開口部８２１、８２２を有する電極セクション８０３、８０４に隣接する。これらのセクションは、イオン交換膜８１１、８１２によって、マルチチャネル構造の端部８４１、８４２に連通する液体の流動用の室８１３、８１４と、電荷移動用補助媒質で満たされる室８１５、８１６とに分割され、後者には、電極８１７、８１８が配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性材料で構成され、複数のエンドツーエンドマイクロチャネルを有するマルチチャネル構造を備えた動電学的マイクロポンプであって、該マイクロチャネルの流入口および流出口が該マルチチャネル構造の該流入口端部および該流出口端部を形成し、該流入口端部および流出口端部のそれぞれが電極セクションに隣接し、これらの電極セクションのうちの一方は陽極電極を収容し、他方は陰極電極を収容し、該電極セクションのそれぞれにおいて、そこに取り付けられた該電極と該マルチチャネル構造の該端部との間にイオン交換膜が取り付けられた動電学的マイクロポンプにおいて、該イオン交換膜の一方が単極であり、他方が両極であり、該単極イオン交換膜の種類が該隣接する電極の極性に対応し、該両極イオン交換膜は、該隣接する電極に、極性が対応する側面を該電極に対応させて、対向し、該複数のイオン交換膜は、それぞれのイオン交換膜が配置された各電極セクションを２つの室に分割し、該２つの室は、該マルチチャネル構造の該端部に連通するイオン交換膜の各々の一方の側に位置し、くみ上げられた液体を通過させるために適しており、該２つの室の一方は、該くみ上げられた液体の流入用開口部を有し、他方は該くみ上げられた液体の流出用開口部を有し、各イオン交換膜の他方の側に位置する室は、該陽極電極および陰極電極を収容し、電荷移動用補助媒質で満たすために適していることを特徴とする、動電学的マイクロポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロポンプであって、前記陽極電極および陰極電極が一次電極であることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロポンプであって、前記両極イオン交換膜および前記単極イオン交換膜のそれぞれの片側または両側に配置されたナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備えることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のマイクロポンプであって、前記マルチチャネル構造が、複数の平行チャネルを形成する複数のエンドツーエンド毛細管を有する一片のポリキャピラリカラムの形態で構成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載のマイクロポンプであって、前記両極イオン交換膜および前記単極イオン交換膜のそれぞれの片側または両側に配置されたナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備えることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項６】
請求項１に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として前記くみ上げられた液体と同一の液体を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液、懸濁液、またはペーストを収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項８】
請求項１に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、該室に配置される前記電極が構成される材料に含まれる元素を含有する少なくとも１つの電解質の溶液を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項９】
請求項１に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、粒状イオン交換材料を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１０】
請求項２に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、前記くみ上げられた液体と同一の液体を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１１】
請求項２に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液、懸濁液、またはペーストを収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１２】
請求項２に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、該室に配置される前記電極が構成される材料に含まれる元素を含有する少なくとも１つの電解質の溶液を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１３】
請求項２に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、粒状イオン交換材料を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１４】
請求項３に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として前記くみ上げられた液体と同一の液体を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１５】
請求項３に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液、懸濁液、またはペーストを収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１６】
請求項３に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、該室に配置される前記電極が構成される材料に含まれる元素を含有する少なくとも１つの電解質の溶液を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１７】
請求項３に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、粒状イオン交換材料を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１８】
請求項４に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として前記くみ上げられた液体と同一の液体を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１９】
請求項４に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液、懸濁液、またはペーストを収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２０】
請求項４に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、前記室に配置される前記電極の材料に含まれる元素を含有する少なくとも１つの電解質の溶液を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２１】
請求項４に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、粒状イオン交換材料を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２２】
請求項５に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、前記くみ上げられた液体と同一の液体を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２３】
請求項５に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液、懸濁液、またはペーストを収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２４】
請求項５に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、該室に配置される前記電極が構成される材料に含まれる元素を含有する少なくとも１つの電解質の溶液を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２５】
請求項５に記載のマイクロポンプであって、電荷移動用補助媒質で満たすために適した前記室が、そのような媒質として、粒状イオン交換材料を収容することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２６】
請求項９、１３、１７、２１、２５の何れか１項に記載のマイクロポンプであって、前記陽極電極が、正電位の作用下で前記補助媒質中に溶解可能な材料で構成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のマイクロポンプであって、前記陰極電極が、負電位の作用下で前記補助媒質の成分がその上に堆積する材料で構成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２８】
請求項６〜２５の何れか１項に記載のマイクロポンプであって、前記陽極電極が、正電位の作用下で前記補助媒質中に溶解しない材料で構成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２９】
請求項８、９、１２、１３、１６、１７、２０、２１、２４、２５の何れか１項に記載のマイクロポンプであって、前記陰極電極が、負電位の作用下で前記補助媒質の成分がその上に堆積する材料で構成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のマイクロポンプであって、前記陽極電極が、正電位の作用下で前記補助媒質中に溶解しない材料で構成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少量の液体をくみ上げる手段に関し、より具体的には、可動固体部品を含まないマイクロポンプ、すなわち動電学的効果の使用に基づくマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
極性液体−固体誘電体間の界面上での電気二重層の形成作用を用いた動電学的（電気浸透）マイクロポンプ［非特許文献１（先行技術文献１）、非特許文献２（先行技術文献２）、特許文献１（先行技術文献３）、非特許文献３（先行技術文献４）］が知られている。発達した接点表面を有する、極性液体に接触した高多孔質体に外部電界を印加すると、電気二重層の静止（壁）部分に対してその可動（拡散）部分のわずかな移動が発生する。この結果、液体が外部電界に平行に強制変位される。このようなマイクロポンプにはいくつかの制約がある。最も重要な制約は、くみ上げられる溶液の電気分解である。これによって、溶液の化学組成が変化しうる。公知のマイクロポンプの別の欠点は、多孔質体に直接接触する気泡の形成である。これによって、液体のくみ上げの低下または停止にさえ至ることもある［非特許文献３（先行技術文献４）］。
【０００３】
これらの欠点は、互いに反対の極性に帯電された細孔面を有する２つの多孔質体を使用し、これらの多孔質体の一方が陰極から陽極に液体をくみ上げるために機能し、他方が陽極から陰極にくみ上げるために機能する動電学的マイクロポンプ［特許文献２（先行技術文献５）］においては解消される。さらに、これらの多孔質体のそれぞれには、マイクロポンプの外側の一方の電極のみが隣接し、マイクロポンプの内部に共通の流れを生じさせるようにこれらの多孔質体が接続される。この装置の欠点は、多孔質材料の選択が困難である点、またはそれぞれの表面の改造が困難である点、および装置が高コストである点である。この公知のマイクロポンプは、液体のくみ上げが気泡によって妨害される可能性を完全に解消するため、および電気分解によるくみ上げられた液体の化学組成の変化を防止するために、二次電極および塩橋の使用をさらに必要とする。これらの措置を施すと、小型装置の開発の可能性が制約される。
【０００４】
前記欠点は、酸化還元電位値が低く、電極上での水または他の基体形成成分の電気分解を抑制できるという特徴を有する緩衝物質（たとえば、ヒドロキノン）をくみ上げられた液体に微量追加して運転される動電学的マイクロポンプ［非特許文献４（先行技術文献６］］においても克服される。ただし、この装置の欠点は、くみ上げられた液体を緩衝物質によって「汚染」する必要がある点である。
【０００５】
前記の何れの欠点もないマイクロポンプが［非特許文献５（先行技術文献７）］に記載されている。このマイクロポンプは、金属白金に接触させた導電性高分子ゲルを電極として用いる。この装置においては、電気分解による気体の形成の代わりに、高分子ゲル内の有機物質の化学的転位が発生する。この装置の欠点は、前記電極によって得られる電流密度が低いため、装置の用途が分析用マイクロチップを使用する化学分析目的に限られることである。
【０００６】
前記の何れの欠点もない別の動電学的マイクロポンプが特許［特許文献３（先行技術文献８）］に記載されている。この装置は、非導電性材料で構成された中空の円筒形筐体を備える。この筐体には、ＤＣ電源に接続された陽極および陰極電極が取り付けられる。発達した内面を有する高多孔質セラミック体が電極間に配置される。各電極と高多孔質体との間には、陽イオン交換膜が、対応する電極の直近に配置される。筐体の壁には、くみ上げられた液体を流すための複数のチャネルが作られる。これらのチャネルは、高多孔質体の両端部と陽イオン交換膜との間に延在する。両電極は、銀−塩化銀電極である。
【０００７】
マルチチャネル構造、すなわち高多孔質セラミック体、に基づくこの動電学的マイクロポンプは、本発明によるマイクロポンプに最も近い。
【０００８】
ただし、この公知の装置には、いくつかの欠点がある。
【０００９】
同種の単極膜（たとえば、陽イオン交換膜）を陽極および陰極電極と共に使用すると、くみ上げられた液体がイオン不純物から保護されない。このような不純物として、電極から前記液体に混入するものが挙げられる。この原因は、陰極および陽極間に一対の同一イオン交換膜を備える電気化学システムは、使用される電極の種類に関係なく、必ずイオンを透過させるので、一定の電荷が一方の電極に向かって移動するという事実による。陽イオン交換膜の場合、このシステムは陰極側に移動する陽イオンを透過させる。
【００１０】
前記公知の装置は、二次電極、すなわち、電気分解プロセスの防止に役立つ銀−塩化銀電極、をさらに使用する。ただし、上記を鑑みて、このような電極の使用は、くみ上げられた液体内で電気分解が発生しない場合でも、電極システムのイオン成分の連続的形成に至り、これらのイオン成分がくみ上げられた液体に導入される。特に、銀−塩化銀電極の場合は、銀イオンが陽極電極上に永久的に形成され、陰極電極へと移動されるほか、塩素イオンが陰極電極上に永久的に形成される。さらに、陰極電極とこれに隣接する陽イオン交換膜との間の領域に、溶解しにくい化合物、すなわち結晶体状の塩化銀、が形成される。マイクロポンプの性能特性を一定に維持するには、これらを連続的に除去する必要がある。さらに、銀イオンが陽極電極に隣接する陽イオン交換膜を通じてくみ上げられた液体に侵入した後、銀イオンに加え、くみ上げられた液体のすべての陽イオン成分、たとえば水からの水素イオン、がさらなる陽イオンの陰極電極への移動に関与しうる。さらに、水酸化銀および酸化銀（ＩＩ）および他の化合物がくみ上げられた液体内に形成され、くみ上げられた液体の化学汚染を引き起こすばかりでなく、マルチチャネル構造を塞ぐことによってマイクロポンプの機能を妨げることもある。
【００１１】
公知のマイクロポンプにおいては、二次電極の使用を回避し、代わりに一次電極を使用する試みは成功していない。その理由は、この場合も、２つの同一単極膜がくみ上げられる媒質をすべてのイオン不純物から保護しないからである。さらに、くみ上げられた液体内での電気分解プロセスに伴う問題が発生する。
【００１２】
さらに、銀−塩化銀電極の使用は、他の二次電極の使用と同じく、許容電流密度を低下させ、結果としてポンプの生産性低下をもたらす（二次電極は、通常は分析目的に使用され、電気エネルギーの供給には用いられない）。したがって、同じ生産性を達成するには、マイクロポンプの大型化が必要であり、コストの上昇が伴う。
【特許文献１】米国特許第６，７７０，１８３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２８７，４４０号明細書
【特許文献３】米国特許第３，９２３，４２６号明細書
【非特許文献１】Ａ．  Ｍａｎｚ，  Ｃ．  Ｓ．  Ｅｆｆｅｎｈａｕｓｅｒ，  Ｎ．  Ｂｕｒｇｇｒａｆ，  Ｄ．  Ｊ．  Ｈａｒｒｉｓｏｎ，  Ｋ．  Ｓｅｉｌｅｒ，  Ｋ  Ｆｌｕｒｉ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｊ．  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．  Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．，  １９９４，  Ｖ．４，  ｐｐ．  ２５７−２６５
【非特許文献２】Ｃｈｕａｎ−Ｈｕａ  Ｃｈｅｎ，  Ｊｕａｎ  Ｓａｎｔｉａｇｏ，  Ａ  Ｐｌａｎａｒａ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ，  Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ２００２，  Ｖ．１１．  Ｎｏ．６，  ｐｐ．６７２−６８３
【非特許文献３】Ｏｌｉｖｅｒ  Ｇｅｓｃｈｋｅ，  Ｈａｎｎｉｎｇ  Ｋｌａｎｋ，  Ｐｉｅｔｅｒ  Ｔｅｌｌｅｍａｎ，  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｗｉｌｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧａＡ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，  ２００４，  ｐｐ．４６−５０
【非特許文献４】Ｍ．  Ｍｏｉｎｉ，  Ｐ．  Ｃａｏ，  Ａ．  Ｊ．  Ｂａｒｄ，  Ｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅ  ａｓ  ａ  Ｂｕｆｆｅｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｆｏｒ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｂｕｂｂｌｅｓ  ｆｏｒｍｅｄ  ｂｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  １９９９，  Ｖ．７１，  ｐｐ．１６５８−１６６１
【非特許文献５】Ｙ．  Ｔａｋａｍｕｒａ，  Ｈ．  Ｏｎｏｄａ，  Ｈ．  Ｉｎｏｋｕｃｈｉ，  Ｓ．  Ａｄａｃｈｉ，  Ａ．  Ｏｋｉ，  Ｙ．  Ｈｏｒｉｉｋｅ，  Ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｓｉｓ  ｐｕｍｐ  ｆｏｒ  ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，  ２００３，  ２４，  ｐｐ．１８５−１９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、外来成分の導入またはくみ上げられた液体の本来の成分の変更によるくみ上げられた液体の化学組成の変化を回避するという技術的成果を達成することである。本発明により達成される別の技術的成果は、マイクロポンプの生産性の向上およびマイクロポンプのサイズおよびコストの低減のために一次電極の使用を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
さらなる技術的成果は、本発明の特有の特徴およびさまざまな実施態様に関する以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】
上記の技術的成果を達成するために、本発明による動電学的マイクロポンプは、複数の貫通マイクロチャネルを有する、非導電性材料で作られたマルチチャネル構造を備える。各マイクロチャネルの流入口および流出口は、マルチチャネル構造の流入口端部および流出口端部を形成する。マルチチャネル構造の各端部は、電極セクションに隣接する。これらの電極セクションの一方は陽極電極を収容し、他方は陰極電極を収容する。陽極および陰極電極は、外部電流源の対応する極に接続されるように設計される。各電極セクションには、電極セクション内に配置された電極とマルチチャネル構造の端部との間に、イオン交換膜が取り付けられる。これらのイオン交換膜は、各電極セクションを２つの室に分割する。各イオン交換膜の一方の側の室は、マルチチャネル構造の端部に連通し、各イオン交換膜の他方の側の室は、前記陽極および陰極電極を収容する。マルチチャネル構造の端部に連通する両電極セクションの室は、くみ上げられた液体が流れるように設計される。これらの室の一方は、流入チャネルを有し、他方はくみ上げられた液体のための流出チャネルを有する。陽極および陰極電極を収容する室は、電荷移動用補助媒質で満たされるように設計される。前記イオン交換膜の一方は単極であり、他方は両極である。単極イオン交換膜の種類は、最も近い電極の極性に対応し、両極イオン交換膜は最も近い電極に、この電極の極性に対応する側面を向けて、対向する。
【００１６】
言い換えると、単極イオン交換膜が陰イオン交換膜である場合は、陽極電極を収容した電極セクションにこのイオン交換膜を配置する必要がある。この場合、両極イオン交換膜は、陰極電極を収容した電極セクションに、その陽イオン交換側を陰極電極側に向けて取り付ける必要がある。したがって、単極イオン交換膜が陽イオン交換膜の場合は、陰極電極を収容した電極セクションにこのイオン交換膜を設置する必要がある。この場合、両極イオン交換膜は、陽極電極を収容した電極セクションに、その陰イオン交換側を陽極電極に向けて取り付ける必要がある。
【００１７】
本発明による動電学的マイクロポンプおよび特許文献［８］による最も近い従来技術のマイクロポンプは、どちらも共通に、陽極および陰極電極の間に配置された、外部電流源への接続に役立つマルチチャネル構造と、前記各電極とマルチチャネル構造の各端部との間に配置されるイオン交換膜と、マルチチャネル構造の各端部とイオン交換膜との間の空間にくみ上げられた液体を流すための流入チャネルおよび流出チャネルとを有する。
【００１８】
同一のイオン交換膜（すなわち、どちらも陽イオン交換膜である単極膜）を用いた最も近い従来技術の公知のマイクロポンプと異なり、本発明の動電学的マイクロポンプにおいては、マルチチャネル構造の各端部と各電極との間に取り付けられるイオン交換膜は互いに異なる。一方は、単極ではなく、両極であり、他方の（単極）イオン交換膜の種類は、最も近い電極の極性によって決まる。したがって、［８］による公知のマイクロポンプと異なり、陽イオン交換膜が陽極電極の近くに設置されることは決してない。両極イオン交換膜の存在以外の特有の特徴は、この膜を特定の方向に向ける必要がある点である。すなわち、最も近い電極に、この電極の極性に対応する側面を向ける必要がある。陽極および陰極電極は、本発明の動電学的マイクロポンプのマルチチャネル構造の各端部に隣接して電極セクションを構成する構造要素に配置される。各電極セクションは、単極または両極イオン交換膜によって２つの室に分割される。各セクションの一方の室は、マルチチャネル構造の端部に隣接する。この室は、くみ上げられた液体を通過させるために使用され、くみ上げられた液体の流入（流出）用のチャネルを有する。各電極セクションの各イオン交換膜の他方の側には、第２の室が位置する。これらの室を両電極セクションに形成する理由は、上記の公知の装置と異なり、イオン交換膜を電極の近くに設置しないという事実による。これらの室は、マイクロポンプの動作中、電極とこれに最も近いイオン交換膜との間での電荷の移動を助ける補助媒質で満たされるように設計される。
【００１９】
異なるイオン交換膜、すなわち単極および両極膜、を対にして使用すると、陽イオン交換膜（または両極膜のカチオナイト側）が陰極電極に隣接し、陰イオン交換膜（または両極膜のアニオナイト側）が陽極電極に隣接する条件において、両極膜が水を水素イオンと水酸基イオンとに分解するためにのみ設計されおり、イオンの移動のためには設計されていないことをさらに考慮すると、これらの電極の近くで発生するプロセスを、マルチチャネル構造内で発生するプロセスから完全に分離できるようになる。ただし、前記水素イオンおよび水酸基イオンが均衡して移動されるため、媒質の電気的中立性が維持される。これによって、くみ上げられた液体の汚染の可能性が排除される
このような膜システムの使用と、電極セクション内の電荷の移動および電気分解生成物の除去または中和を保証する補助媒質用の室がイオン交換膜と対応する電極との間に存在するという構造上の特徴とによって、くみ上げられた液体の化学組成の変化の可能性を排除することも可能になる。
【００２０】
さらに、この特徴により、許容電流密度の高い単純な一次電極の使用が可能になるので、マイクロポンプの生産性の向上およびマイクロポンプのサイズおよびコストの低減が可能になる。
【００２１】
イオン交換膜の組み合わせの前記選択および電極に対する各イオン交換膜の配置によって、電気二重層内で過剰な正電荷または負電荷を有する液体を、前記過剰な電荷が正か負かに応じて、陽極電極セクションから陰極電極セクションへの方向に、またはこの反対方向に、くみ上げることが可能となる。
【００２２】
このマルチチャネル構造は、特許文献［８］による最も近い従来技術の動電学的マイクロポンプと同様に、高多孔質体でもよい。ただし、本発明によるマイクロポンプは、非導電性材料で作られた、複数の平行マイクロチャネルを形成する複数のエンドツーエンド毛細管を有するポリキャピラリカラム体の形態のマルチチャネル構造を備えることが好ましい。
【００２３】
マルチチャネル構造のこの実施態様は、その他の条件が等しければ、マイクロポンプの最高の生産性を保証する。この理由は、平行チャネルの場合、各チャネル内の電気二重層によって形成される電界の合計が最大の絶対値を有するからである。また、毛管カラムは、高多孔質体に比べ、チャネルの長さおよび横断寸法の広がりをより小さくできるため、マイクロポンプの生産性に好影響を及ぼす。
【００２４】
本発明によるマイクロポンプは、前記各イオン交換膜の片側または両側に配置されるナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備えてもよい。
【００２５】
気圧膜の使用により、複数の電解質溶液を含有する液体の揚送効率が向上し、補助媒質のイオン成分がイオン交換膜に到達せず、後者の化学的「汚染」が防止される。
【００２６】
電荷移動用の補助媒質は、具体的には、くみ上げられた液体と同一の液体でもよい。
【００２７】
これによって、装置の操作が単純化される。
【００２８】
電荷移動用の補助媒質は、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含む複数の物質の混合物の溶液、懸濁液、またはペーストでもよい。
【００２９】
電荷移動用補助媒質をこのような組成にすると、陽極および陰極電極上でのガス発生プロセスを防止できる。また、後者の場合、すなわち、この媒質が懸濁液またはペーストの形態である場合は、補助媒質の電荷移動効率が向上する。
【００３０】
電荷移動用補助媒質は、対応する電極の材料中に存在する元素を含む少なくとも１つの電解質の溶液でもよい。
【００３１】
この実施態様は、電荷移動用補助媒質で満たされた、陰極電極が配置された室内でのガス状生成物の形成を防止するために適している。
【００３２】
さらに、電荷移動用補助媒質は、粒状のイオン交換材料でもよい。
【００３３】
この実施態様は、くみ上げられた液体へのイオン性溶質および気泡の浸入を防止できる。
【００３４】
上記の種類の電荷移動用補助媒質は、ナノ濾過または逆浸透用の気圧膜を含まないマイクロポンプにも、気圧膜を含むマイクロポンプにも使用可能であり、上記の具体的ケースの何れの構成とも組み合わせることができる。
【００３５】
電荷移動用補助媒質が上記何れの種類であっても、正電位の作用下でこの媒質中に溶解しない材料で陽極電極を作ってもよい。
【００３６】
この実施態様では、陽極電極を、その特性を変化させずに、長期間使用できる。
【００３７】
電荷移動用補助媒質が粒状イオン交換材料の場合は、正電位の作用下でこの媒質中に溶解しうる材料で陽極電極を作ってもよい。
【００３８】
これは、電荷移動用補助媒質で満たされた、陽極電極が配置された室内でのガス状生成物の形成を防止するために適している。
【００３９】
陰極電極の材料中に含まれる元素を含有する少なくとも１つの電解質の溶液または粒状イオン交換材料を電荷移動用補助媒質として使用する場合は、負電位への暴露時に電荷移動用補助媒質の成分がその上に堆積する材料で陰極電極を作ってもよい。
【００４０】
この実施態様は、電荷移動用補助媒質で満たされた、陰極電極が配置された室内でのガス状生成物の生成を防止するために適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明を図面によって例示する。
【００４２】
図１による実施形態において、本発明の動電学的マイクロポンプは、相互に接続された２つの管状部品１０１、１０２を備える中空の円筒形筐体と、端部壁（１０５、１０６）によって外部に対して閉じられた２つの円筒形電極セクション、すなわち陽極セクション１０３および陰極セクション１０４、とを有する。筐体の管状部品１０１、１０２は、スリーブ１０７によって相互に接続され、さらに軸継手ナット１０８、１０９によって陽極１０３および陰極１０４セクションに接続される。
【００４３】
筐体および両セクションの前記のすべての要素は非導電性材料、たとえばプラスチック、で作られる。適したプラスチックとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、プレキシグラス、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、等が挙げられる。
【００４４】
筐体内には、ガラス、水晶、または他の誘電体材料で作られたポリキャピラリカラム体１１０の形態のマルチチャネル構造が取り付けられる。ポリキャピラリカラムは、１ミクロンから数百ミクロンまでの範囲内の断面を有する同一サイズの平行するエンドツーエンド（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）毛細管（マイクロチャネル）を数十万個備えてなる。
【００４５】
陽極１０３および陰極１０４セクションには、それぞれ陽極電極１１７および陰極電極１１８が取り付けられるほか、単極イオン交換膜１１１および両極イオン交換膜１１２も取り付けられる。電流源の対応する極への陽極および陰極電極の接続は、図１および他の図において記号「＋」および「−」で示されている。それぞれのセクションにおいて、膜１１１、１１２は、各セクションを２つの室に分割する隔壁を形成する。各イオン交換膜とこの膜に最も近いポリキャピラリカラム体１１０の流入口端部１４１および流出口端部１４２との間の空間は、くみ上げられた液体流動用の室（１１３、１１４）を構成し、各イオン交換膜とこの膜に最も近い陽極セクション１０３および陰極セクション１０４の端部壁（１０５、１０６）との間の空間は、電荷移動用補助媒質で満たされる室（１１５、１１６）を構成する。陽極１１７および陰極１１８電極は、電荷移動用補助媒質で満たされる室１１５、１１６に配置される。この場合、単極イオン交換膜１１１は陰イオン交換膜であり、両極イオン交換膜１１２は、そのカチオナイト側が陰極電極１１８に対向する（図１および以降の図においては、アニオナイト膜および両極膜のアニオナイト側を記号「Ａ」の反復で示し、両極膜のカチオナイト側を記号「Ｃ」の反復で示す）。陽極電極１１７は、陽極電位への暴露時に電荷移動用補助媒質中に溶け出ない材料、たとえば白金または黒鉛、で作られる。
【００４６】
陽極１０３および陰極１０４セクションは、くみ上げられた液体流動用の室１１３、１１４の側面に設けられたニップル１１９、１２０を具備する。ニップルの開口部１２１、１２２を貫通する軸方向は、くみ上げられた液体の流入および流出用ためのチャネルを画成する（液体の移動方向を矢印で示す）。ポリキャピラリカラム体１１０は、ニップル１１９、１２０の開口部１２１、１２２を閉塞しないように挿入される。陽極１０３および陰極１０４セクションの電荷移動用補助媒質で満たされる室１１５、１１６の側面に、気体排出用の穴１２５、１２６が設けられる。
【００４７】
筐体の管状部品１０１、１０２の各端部および隣接する陽極１０３および陰極１０４セクションの各端部は、互いに接合されたときの嵌め合いを保証する構成になっている。ポリキャピラリカラム体１１０にしっかりと嵌り、筐体の管状部品１０１、１０２を陽極１０３および陰極１０４セクションに接合する領域に取り付けられるゴムまたはシリコーン製シールリング１２３、１２４は、装置の気密性を保証し、ポリキャピラリカラム体からの漏れを防止するために役立つ。
【００４８】
膜１１１、１１２と陽極１０３および陰極１０４セクションの壁との間に空間は一切ない。これによって、アニオナイト膜１１１を通る陰イオンの移動および水分子の移動を除き、これらの膜のそれぞれによって分割されている隣接する室間の漏れが防止される。
【００４９】
マルチチャネルポリキャピラリ構造は、上記の実施形態および他の実施形態によるとポリキャピラリカラム体の形態をとるが、たとえば特許文献［９〜１１］に記載されている技術によって作成してもよい。また、特許文献［１２］に記載されているポリキャピラリクロマトカラム製造用プロセスを用いることも可能である。このプロセスは、マイクロチャネルの横断寸法の広がりが小さいことが保証されるので、他の条件が同じであれば、広がりの縮小によってマイクロポンプの生産性にプラスの効果があるので好ましい。これは、マルチチャネル構造の個々のマイクロチャネルが細いほど、より太い場合に比べ、マイクロチャネルの流出口の圧力が高くなるためである。マルチチャネル構造の流出口端部での合計圧力の均等化は、微細な逆流の形成と、個々のチャネルがより太い場合の揚送率の低下を伴う。
【００５０】
図２に断面で示す動電学的マイクロポンプは、図１に示すマイクロポンプと同様であるが、カチオナイトイオン交換膜２２７が陰極セクション２０４に取り付けられ、両極イオン交換膜２１２が陽極セクション２０３に、そのアニオナイト側を陽極電極２１７に向けて、取り付けられている点が異なる。この図および以降の図において、カチオナイト膜を示すために、記号「Ｃ」の反復を用いる。
【００５１】
図２には、上記の参照符号のほか、以下の参照符号が使用されている。
【００５２】
２０１、２０２−筐体の管状部品、
２０５、２０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
２０７−筐体の管状部品の接続用スリーブ、
２０８、２０９−筐体の管状部品を陽極および陰極セクションに接続するための軸継手ナット、
２１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
２１３、２１４−くみ上げられた液体流動用の室、
２１５、２１６−電荷移動用補助媒質で満たされた室、
２１８−陰極電極、
２１９、２２０−ニップル（流出口および流入口）、
２２１、２２２−くみ上げられた液体の流出および流入用のニップル開口部、
２２３、２２４−環状シールパッド、
２２５、２２６−気体排出用の陽極および陰極セクションの壁の穴、
２４１、２４２−マルチチャネル構造の流入口端部および流出口端部。
【００５３】
図１および図２によるマイクロポンプの室１１５、１１６および２１５、２１６を満たすために用いられる補助媒質は、くみ上げられた液体と同一の液体である。
【００５４】
図３に断面で示す動電学的マイクロポンプは、図１および図２に示すマイクロポンプと同様であるが、ナノ濾過および逆浸透用の気圧膜３２７、３２８が陽極セクション３０３および陰極セクション３０４にさらに設けられている点が異なる。この図および以降の図においては、気圧膜を示すために、記号「Ｂ」の反復を使用する。この気圧膜は、くみ上げられた液体流動用の室３１３、３１４に最も近い、イオン交換膜３１１、３１２の側面に隣接する。
【００５５】
図３には、上で指定した参照符号以外に、以下の参照符号が使用されている。
【００５６】
３０１、３０２−筐体の管状部品、
３０５、３０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
３０７−筐体の管状部品の接続用スリーブ、
３０８、３０９−筐体の管状部品を陽極および陰極セクションに接続するための軸継手ナット、
３１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
３１５、３１６−電荷移動用補助媒質で満たされた室、
３１７、３１８−陽極および陰極電極、
３１９、３２０−ニップル（流入口および流出口）、
３２１、３２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
３２３、３２４−環状シールパッド、
３２５、３２６−陽極および陰極セクションの壁の気体排出用の穴、
３４１、３４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部。
【００５７】
図３によるマイクロポンプは、先行する２つの図によるマイクロポンプと同様、くみ上げられた液体と同一の液体が電荷移動用補助媒質として用いられる。室３１５、３１６は、この液体で満たされる。
【００５８】
図４に示す動電学的マイクロポンプの実施形態の特別な特徴は、室４１５、４１６が電荷移動用補助媒質で満たされ、気体流出用の開口部のない密封された陽極４０３および陰極４０４セクションに配置されることである。気圧膜４２９、４３０は、イオン交換膜４１１（陰イオン交換）および４１２（両極）の、前記室４１５、４１６に対向する側に隣接する。
【００５９】
図４には、上で指定した参照符号以外に、以下の参照符号が使用されている。
【００６０】
４０１、４０２−筐体の管状部品、
４０５、４０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
４０７−筐体の管状部品の接続用スリーブ、
４０８、４０９−筐体の管状部品を陽極および陰極セクションに接続するための軸継手ナット、
４１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
４１３、４１４−くみ上げられた液体流動用の室、
４１７、４１８−陽極および陰極電極、
４１９、４２０−ニップル（流入口および流出口）、
４２１、４２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
４２３、４２４−環状シールパッド、
４４１、４４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部。
【００６１】
図４に示すマイクロポンプにおいては、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液を電荷移動用補助媒質として使用してもよい。たとえば、補助媒質は、第二および第一鉄の混合物の酸性溶液でもよく、あるいは過マンガン酸カリウムおよびマンガン酸カリウムの混合物の塩基性溶液でもよい。
【００６２】
図４に示すマイクロポンプにおいては、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の懸濁液またはペーストを電荷移動用補助媒質として用いることもできる。たとえば、補助媒質は、第一鉄塩および第二鉄塩の混合物、コバルトおよびコバルト塩、過マンガン酸カリウムおよびマンガン酸カリウムの混合物、過マンガン酸カリウムおよび二酸化マンガンの混合物、マンガン酸カリウムおよび二酸化マンガンの混合物、酸化形態がそれぞれ異なる複数のクロム塩の混合物、等でもよい。
【００６３】
図４による動電学的マイクロポンプのすべての実施形態において、陽極セクション４０３の室４１５内の電荷移動用補助媒質の特別な特徴は、１つの元素の酸化レベルが異なる複数の化合物の混合物中に還元形態の１つの元素の含有量が過剰である点である。
【００６４】
図４による動電学的マイクロポンプのすべての実施形態において、陰極セクション４０４の室４１６内の電荷移動用補助媒質の特別な特徴は、１つの元素の酸化レベルが異なる複数の化合物の混合物中に酸化形態の１つの元素の化合物の含有量が過剰である点である。
【００６５】
したがって、両方の室４１５、４１６内の電荷移動用補助媒質は、これらのどのケースにおいても、少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物を含むという同じ条件を満たす。
【００６６】
図５に断面で示す動電学的マイクロポンプは、図４に示すマイクロポンプと同様であるが、陽極５０３および陰極５０４セクションのそれぞれにおいて、２つの気圧膜（５２７、５２９、および５２８、５３０）がイオン交換膜５１１（アニオナイト）および５１２（両極）の両側面に隣接して配置されている点が異なる。
【００６７】
図５には、上で指定した参照符号以外に、以下の参照符号が使用されている。
【００６８】
５０１、５０２−筐体の管状部品、
５０５、５０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
５０７−筐体の管状部品の接続用スリーブ、
５０８、５０９−筐体の管状部品を陽極および陰極セクションに接続するための軸継手ナット、
５１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
５１３、５１４−くみ上げられた液体流動用の室、
５１５、５１６−電荷移動用補助媒質で満たされた室、
５１７、５１８−陽極および陰極電極、
５１９、５２０−ニップル（流入口および流出口）、
５２１、５２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
５２３、５２４−環状シールパッド、
５４１、５４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部。
【００６９】
図６に断面で示す動電学的マイクロポンプの実施形態は、図４に示すマイクロポンプの実施形態に近いが、以下の特徴を有する。
【００７０】
−気圧膜を備えていない、
−粒状イオン交換材料が、陽極６０３および陰極６０４セクションの室６１５、６１６を満たす電荷移動用補助媒質として用いられている、
−陽極電極６１７は、正電位の作用下で電荷移動用補助媒質に溶け出しうる材料で作られる、
−陰極電極６１８は、電荷移動用補助媒質の成分が負電位の作用下でその上に堆積する材料で作られる。
【００７１】
図６には、上で指定した参照符号以外に、以下の参照符号が使用されている。
【００７２】
６０１、６０２−筐体の管状部品、
６０５、６０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
６０７−筐体の管状部品の接続用スリーブ、
６０８、６０９−筐体の管状部品を陽極および陰極セクションに接続するための軸継手ナット、
６１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
６１１、６１２−アニオナイトおよび両極イオン交換膜
６１３、６１４−くみ上げられた液体流動用の室、
６１９、６２０−ニップル（流入口および流出口に対応）、
６２１、６２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
６２３、６２４−環状シールパッド、
６３１、６３２、および６３３、６３４、６３５−陽極および陰極セクションの対応する室を満たす電荷移動用補助媒質として用いられる粒状イオン交換材料の層（詳細は以下を参照）、
６４１、６４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部。
【００７３】
図６に示すマイクロポンプにおいては、粒状イオン交換材料として、たとえばカチオナイト、特に、スルホン基を含むカチオナイト、カルボン酸またはホスホン酸カチオナイトを使用してもよく、陽極および陰極電極の材料として、良好な導電性を有する金属、たとえば銅、銀、亜鉛、ニッケル、等を使用してもよい。カチオナイトは、電荷移動用補助媒質で満たされた室内にいくつかの層を形成する。陽極セクション６０３の室６１５内の陽極電極６１７に隣接するカチオナイト層６３１、および陰極セクション６０４の室６１６内の中間層６３４は、対応する金属形態でカチオナイトを含む。陽極セクション６０４の室６１５内で、アニオナイトイオン交換膜６１１に隣接するカチオナイト層６３２および陰極セクション６０４の室６１６内で、両極イオン交換膜８１２と陰極電極６１６とに隣接する周辺層６３３および６３５は、水素の形態のカチオナイトである。
【００７４】
図７に断面で示す動電学的マイクロポンプは、図６に示すマイクロポンプと同様であるが、ナノ濾過または逆浸透用の気圧膜７２７、７２８がイオン交換膜７１１、７１２の近くに設けられている点が異なる。これらの気圧膜は、ポリキャピラリカラム体７１０の対応する端部に対向する、イオン交換膜の側面に配置される。
【００７５】
図７には、上記の参照符号のほか、以下の参照符号が使用されている。
【００７６】
７０１、７０２−筐体の管状部品、
７０３、７０４−陽極および陰極セクション、
７０５、７０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
７０７−筐体の管状部品の接続用スリーブ、
７０８、７０９−筐体の管状部品を陽極および陰極セクションに接続するための軸継手ナット、
７１３、７１４−くみ上げられた液体流動用の室、
７１５、７１６−電荷移動用補助媒質で満たされた室、
７１７、７１８−陽極および陰極電極、
７１９、７２０−ニップル（流入口および流出口）、
７２１、７２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
７２３、７２４−環状シールパッド、
７３１、７３２、および７３３、７３４、７３５−陽極および陰極セクション内で電荷移動用補助媒質で満たされた室内の粒状イオン交換材料の層であり、上記のように図６に示す対応する層と同様、
７４１、７４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部。
【００７７】
本発明によるマイクロポンプは、図８に示すように作ることもできる。この実施形態は、マイクロポンプを担持する構造としての筐体がない点が先行する各図による実施形態と異なる。この実施形態において、陽極８０３および陰極８０４セクションは、ポリキャピラリカラム体８１０の流入口端部８４１および流出口端部８４２に直接固定される（たとえば、流入口端部８４１および流出口端部８４２に接着してもよい）。より良好な機械的強度を実現するために、たとえば特許文献［１１］、［１２］に記載されている方法によって、ポリキャピラリカラムに保護被膜を設けてもよい。この場合、ポリキャピラリカラムの断面を必ずしも円形にする必要はなく、陽極および陰極セクションを円筒形にする必要もない。図８によるマイクロポンプは、筐体がない点と、筐体の部品間の接続用要素および筐体の部品と両電極セクションとの接続用要素がない点とを除けば、図４によるマイクロポンプと同様である。図１〜図３、および図５〜図７によるマイクロポンプも同様の構成で作製しうる。
【００７８】
図８には、上で指定した参照符号以外に、以下の参照符号が使用されている。
【００７９】
８０５、８０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
８１１、８１２−アニオナイトおよび両極イオン交換膜、
８１３、８１４−くみ上げられた液体流動用の室、
８１５、８１６−電荷移動用補助媒質で満たされた室、
８１７、８１８−陽極および陰極電極、
８１９、８２０−ニップル（流入口および流出口）、
８２１、８２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
８２９、８３０−ナノ濾過または逆浸透用の気圧膜、
８４１、８４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部（ポリキャピラリカラム体）。
【００８０】
図１による動電学的マイクロポンプは、以下のように動作する。
【００８１】
ポリキャピラリカラム体１１０の形態に作られたマルチチャネル構造のガラスまたは水晶がマルチチャネル構造の各マイクロチャネル内の水または水溶液に接触すると、固体−液体界面に（すなわち、マイクロチャネルの壁に）電気二重層が形成される。この電気二重層の図が図９に示されている。指定された条件下において、固体の内面は通常は過剰な負の電荷を帯びる。これは、その活性中心がＯＨ−イオンまたは他の陰イオンを上記溶液から吸収した結果、および／またはＨ＋イオンまたは他の陽イオンを溶液中に脱着させた結果である。固体表面上の過剰な負の電荷は、陽イオンによって、たとえば溶液または固体からの陽子によって、中和される。前記陽子のうち、いわゆるシュテルン層に属する部分は、強く吸収されるので、マイクロチャネル内部の液体の移動によって転位されないこともある。固体物の表面におけるシュテルン層の陽電位は、図９では「φ」で示されている。この層は、固体物の表面における負電荷の層と共に、電気二重層の内部９３８を形成する。過剰な負電荷を中和するために必要な残りの陽子は、拡散層またはデバイ層、すなわち電気二重層の外部９３９を形成する。実際には、拡散層に属する陽子（および溶液からの正に帯電した他のイオン）の合計量が、マイクロチャネル内部を動く液体によって転位されうる。電気二重層の可動部と不動部との間のすべり接触境界上の電位（いわゆるゼータ電位）は、図９では「ξ」で示されている。電気二重層の外側の電位の値はゼロである。すなわち、マイクロチャネル内部の残りの液体は、電気的に中立であり、負および正の電荷の数は相互に等しい。これらの陽イオンおよび陰イオンは、図９には示されていない。
【００８２】
したがって、マイクロチャネル内の液体の可動部分のみ（すなわち、すべり接触境界内の液体のみ）を考えると、液体は、図９に示されているように、過剰な陽電荷を有する。この陽電荷は主にマイクロチャネルの内壁近くに集中している。マルチチャネル構造の両端部間の電位差の作用下で、陽イオンは陰極電極１１８に向かって移動し、陰イオンは陽極電極１１７に向かって移動する。両電極においては、次の半反応により、ガス状水素の放出を伴う陽子の放出と、ガス状酸素の放出を伴う等量の水酸基イオンの放出が発生する。
【００８３】
陰極電極において、
４Ｈ＋＋４ｅ→２Ｈ２↑、
陽極電極において、
４ＯＨ−−４ｅ→Ｏ２↑＋２Ｈ２Ｏ
水の分離を考慮すると、４Ｈ２Ｏ＝４ＯＨ−＋４Ｈ＋。
【００８４】
プロセス全体では、
２Ｈ２Ｏ＝２Ｈ２↑＋Ｏ２↑。
【００８５】
等量の陰イオンおよび陽イオンが反対方向に移動されることは明らかである。ただし、マイクロチャネルの内部で移動されたイオンの分布は不均一である。すべり接触境界内部の過剰な正電荷と電気二重層とは、常に一定である（外部の長手方向の磁界の影響下で、瞬間的には、二重層の拡散部分が陰極電極１１８側に分子寸法に匹敵する距離だけ移動する点のみが異なる）。つまり、壁の近くでは、主として陽イオンの移動が発生する。摩擦力により、移動される水和陽イオンは自由な水分子も運び去るので、結果として壁に隣接する水塊全体が陰極電極側に変位する。マイクロチャネルの中心部では、状況はこの逆になるはずである。ただし、二重層の拡散部分の横断寸法は、マイクロチャネルの直径に比べると余りにも小さいので、陽極電極１１７側に移動される過剰な負電荷の密度は無視できるものであり、匹敵する水塊が陽極電極側に変位することはない。
【００８６】
図１に示す装置の動作中は、以下のプロセスが発生する。
【００８７】
１）補助媒質用の室１１５内の陰イオン（たとえば、ＯＨ−）の陽極電極１１７側への移動、
２）陰イオンの陰イオン交換膜１１１経由での移動、
３）陽極電極１１７上でのＯＨ−イオンの放出と、これに伴うガス状酸素の放出、
４）補助媒質用の室１１６内の陽イオン（たとえば、Ｈ＋）の陰極電極１１８側への移動、
５）両極膜１１２のアニオナイト側による等量のＯＨ−イオンの発生および陽極電極１１７側への移動、
６）マルチチャネル構造１１０から運び出された陽子と、両極膜１１２によって発生された水酸基イオンとの間の中和反応：Ｈ＋＋ＯＨ−＝Ｈ２Ｏ、
７）両極膜１１２のカチオナイト側による等量のＨ＋イオンの発生および陰極電極１１８側への移動、
８）陰極電極１１８上での陽子の放出と、これに伴うガス状水素の放出。
【００８８】
したがって、図１に示す動電学的マイクロポンプの動作中は、液体（水または水溶液）がくみ上げられ、移動された水分子の小部分がファラデーの法則に従って電極上で分解され、移動された電荷の量に相当する量の酸素および水素が放出される。
【００８９】
本装置の動作を特色付ける特徴は以下の点である。
【００９０】
−陰極および陽極電極がくみ上げられた液体に直接接触しない、
−水溶液中の水の含有量が一定である、
−くみ上げられた液体用の室が膜で隔離されているため、電極上で放電中に発生する気泡がこの室に入り込めない。
【００９１】
電極が陰イオン交換膜および両極膜によってマルチチャネル構造の端部１４１、１４２から分離されていない場合は、次の結果が生じうる。すなわち、気泡の形成、気泡によるくみ上げの妨害またはくみ上げプロセスの安定性の妨害、または水溶液成分の電極上での酸化または還元、およびその結果として、くみ上げられる溶液の酸性化またはアルカリ化が発生しうる。
【００９２】
図１０は、図１によるマイクロポンプの電極上のＤＣ電圧に応じて変化する蒸留水の揚送率（曲線１０５１）、および濃度の異なる複数の塩化ナトリウム溶液（３０ｍｇ／ｌ−曲線１０５２、および５０ｍｇ／ｌ−曲線１０５３）の揚送率を示す。マルチチャネル構造（ポリキャピラリカラム体）の長さは３０ｍｍ、その外径は１０ｍｍ、個々のチャネルの直径は１０ミクロン、およびチャネルの数は４００，０００である。この図は、溶解塩の濃度が高いほど液体の揚送率が下がることを示す。これは、塩の濃度の上昇に伴い、電気二重層の形成、すなわちマイクロポンプにおける液体のくみ上げに関与しないイオンによって移動される電流が増えるという事実による。
【００９３】
図２に示す実施形態による動電学的マイクロポンプは、上記のマイクロポンプと同様に動作するが、ただし、液体は陰極セクション２０４から陽極セクション２０３へとくみ上げされる。このマイクロポンプは、すべての層の電荷の符号が図９に示す符号の逆になったケースに相当する。これが可能になるのは、たとえば、水または水溶液がポリアミドまたはポリイミンなどのプラスチック材料で作られたマルチチャネル構造の表面に接触する場合である。
【００９４】
図３による動電学的マイクロポンプの動作は、図１に示すマイクロポンプの動作とまったく同じであるが、この装置に使用されている気圧膜３２７、３２８は、水酸基イオンに加え、他のあらゆる陰イオンの陰イオン交換膜３１１への移動、さらには陽極電極３１７への移動を防止するか、または実質的に減らし、陽子に加え、あらゆる陽イオンの両極膜３１２および陰極電極３１８への移動を防止するか、または実質的に減らす。このマイクロポンプの機能の特別な特徴は、高濃度の食塩水の形態の液体の高くみ上げ速度を維持できる点、および電極でのヒドロキソニウムおよび水酸基以外の陽イオンまたは陰イオンの放出を防止できる点である。
【００９５】
これによって、陽極および／または陰極セクション、すなわちくみ上げられた液体用の室３１３および３１４、における媒質のｐＨ値の変化を回避できる。
【００９６】
図４による動電学的マイクロポンプの特別な特徴は、マイクロポンプの動作プロセス中にガス状生成物が形成されない点である。陽極セクション４０３および陰極セクション４０４は密封され、電荷移動用補助媒質で満たされる室４１５、４１６は、このような媒質として少なくとも１つの化学元素を異なる酸化レベルで含有する複数の物質の混合物の溶液または懸濁液またはペーストを収容する。たとえば、酸化レベル（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の可溶性鉄塩の混合物を電荷移動用補助媒質として使用してもよい。特に、硫酸鉄（ＩＩ）および硫酸鉄（ＩＩＩ）の混合物を使用すると、電極で酸素および水素が遊離しない。電気化学ポテンシャルの絶対値が低い場合は、次の電気化学的酸化および還元プロセスが発生する。
【００９７】
陰極電極において（還元プロセス）、
Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ＋＋２ｅ⇒２ＦｅＳＯ４＋Ｈ２ＳＯ４、
陽極電極において（酸化プロセス）、
２ＦｅＳＯ４＋Ｈ２ＳＯ４＋２ＯＨ−−２ｅ⇒Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ２Ｏ。
【００９８】
前記動電学的マイクロポンプの動作の結果は、液体のくみ上げに加え、陰極セクションにおける電荷移動用補助媒質への第一鉄化合物の混入と、陽極セクションにおける第二鉄化合物の混入である。
【００９９】
電荷移動用補助媒質として、たとえば酸化レベル（ＩＶ）、（ＶＩ）、および（ＶＩＩ）のマンガン化合物の混合物の懸濁液も使用しうる。特に、過マンガン酸カリ、マンガン酸カリウム、および二酸化マンガンの混合物を使用すると、電極において次の電気化学的酸化および還元プロセスが発生する。
【０１００】
陰極電極において（還元プロセス）、
２ＫＭｎＯ４＋４Ｈ＋＋４ｅ⇒Ｋ２ＭｎＯ４＋ＭｎＯ２＋２Ｈ２Ｏ、
陽極電極において（酸化プロセス）、
Ｋ２ＭｎＯ４＋ＭｎＯ２＋４ＯＨ−−４ｅ⇒２ＫＭｎＯ４＋２Ｈ２Ｏ。
【０１０１】
この動電学的マイクロポンプの動作の結果は、液体のくみ上げに加え、陰極セクションの室４１６における電荷移動用補助媒質への酸化レベルＩＶおよびＶＩの複数のマンガン化合物の混入、および陽極セクションの室４１５における酸化レベルＶＩＩのマンガン化合物の混入である。
【０１０２】
図４によるマイクロポンプの動作のすべての変形において、気圧膜４２９、４３０は、電荷移動用補助媒質の成分によるイオン交換膜４１１、４１２の汚染を防止する。
【０１０３】
マイクロポンプの１作動サイクルに対応する一定期間の経過後、すなわち、還元形態のマンガン化合物（酸化レベルＩＶおよびＶＩ）が陽極セクションで使い果たされ、同時に等量の酸化形態（酸化レベルＶＩＩ）のマンガン化合物が陰極セクションで使い果たされると、マイクロポンプは動作を停止する。
【０１０４】
その動作容量を回復するには、電荷移動用補助媒質で満たされた陽極および陰極セクションの室を相互に交換するだけでよい。このような交換を可能にするために、陽極および陰極電極セクションは取り外し可能になっており、電荷移動用の補助液体で満たされた室を取り外すための装備がなされている。１作動サイクルの持続時間（補助媒質用の２つの室の交換間隔）は、電荷移動用補助媒質中の活性成分の量（これらの成分の濃度および体積）によって決まる。
【０１０５】
このような実施形態の電極室を有するマイクロポンプの一例が図１１に示されている。このマイクロポンプは、図８に図示のものと同様、筐体なしに作られている。くみ上げられた液体流動用の室１１１４および補助媒質用の室１１１６に対応する、陰極セクションの部品１１３５および１１３６には、ネジ接続部１１３７が存在する。密封性を保証するために、適切なシール（本図面には不図示）をこの接続部に設けてもよい。陰極セクションの部品を取り外すには、補助媒質用の室１１１６および陰極電極１１１８を収容するこのセクションの部品１１３６（部品１１３６は、図１１による陰極セクションの右側の部品）のネジを緩めるだけでよい。すると、両極膜１１１２および気圧膜１１３０は、くみ上げられた液体流動用の室１１１４を含む陰極セクションの左側部分１１３５（図１１による）に残る。陽極セクションの部品１１３８、１１３９およびネジ接続部１１４０は、類似の設計および機能を有する。陽極セクションを分離すると、アニオナイト膜１１１１および気圧膜１１２９は、くみ上げられた液体流動用の室１１１３を含む陽極セクションの右側（図１１による）部分１１３８に残る。したがって、部品１１３８および１１３９間および１１３５および１１３６間の分離後に室１１１５、１１１６を補助媒質と共に交換するとき、イオン交換膜１１１１、１１１２は元の場所に残る。さらに、気圧膜１１２９、１１３０もそれぞれの元の場所に残る。
【０１０６】
図１１には、上記の参照符号のほか、以下の参照符号が使用されている。
【０１０７】
１１０５、１１０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
１１１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
１１１７−陽極電極、
１１１９、１１２０−ニップル（流出口および流入口）、
１１２１、１１２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
１１４１、１１４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部（ポリキャピラリカラム体）。
【０１０８】
補助媒質用の室の交換の各段階が図１２に模式的に示されている。この図には、以下の参照符号が使用されている。
【０１０９】
１２１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
１２１７、１２１８−室の交換前は陽極と陰極であり、室の交換後は陰極と陽極になる電極、
１２３５、１２３６−陰極セクションの２つの部品（室の交換前）であり、くみ上げられた液体用の室を備える第１の部分と、電荷移動用補助媒質を有する室を備える第２の部分、
１２３８、１２３９−陽極セクションの２つの部品（室の交換前）であり、くみ上げられた液体用の室を備える第１の部分と、電荷移動用補助媒質を有する室を備える第２の部分。
【０１１０】
図１２には、交換される陰極および陽極セクションの部品１２３６および１２３９がそれぞれ異なる網掛けで示されている。
【０１１１】
交換プロセスの段階（１）〜（７）は、以下のとおりである。
【０１１２】
（１）マイクロポンプを直立させ、外部電流源からの切り離しとくみ上げられた液体の源および消費側からの切り離しとを行う（十分な長さの可撓性接続ホースの場合、後者は不要である）。
【０１１３】
（２）図面の下方に示されている、補助媒質と電極１２１８とを有する室を備えた部品１２３６を、複数の直線矢印で示されているように取り外す。環状矢印は、マイクロポンプの上下を逆にすることを示す（次の段階を参照のこと）。
【０１１４】
（３）部品１２３６が切り離されたマイクロポンプの上下を逆にする。この結果、部品１２３８および１２３９がどちらも下になる。
【０１１５】
（４）図面の下方に示されている、補助媒質と電極１２１７とを有する室を備えた部品１２３９を、複数の直線矢印で示されるように取り外す。弓形矢印は、部品１２３６を部品１２３８に接続しうること、すなわち、部品１２３９の代わりに取り付けうることを示す（次の段階を参照のこと）。
【０１１６】
（５）補助媒質と電極１２１８とを有する室を備えた部品１２３６を部品１２３８に接続する、すなわち部品１２３９の代わりに取り付ける。環状矢印は、マイクロポンプの上下を逆にしうることを示す（次の段階を参照のこと）。
【０１１７】
（６）部品１２３６が最上部にくるように、部品１２３６が接続されたマイクロポンプの上下を逆にする。複数の直線矢印は、部品１２３９を部品１２３５に接続しうることを示す（次の段階を参照のこと）。
【０１１８】
（７）補助媒質と電極１２１７とを有する室を備えた部品１２３９を部品１２３５に接続する。すなわち部品１２３６の代わりに取り付ける。
【０１１９】
これで、上記ステップによる操作の結果として、補助媒質を有する室と電極とをそれぞれ備えた部品１２３６および１２３９が交換される。次に、マイクロポンプを外部電流源に再び接続し、さらにくみ上げられた液体の源および消費側に再び接続してもよい（くみ上げられた液体の源および消費側を切り離した場合）。これによって、くみ上げられた液体の流入および流出用の同じチャネルを以前と同様に使用することができる。これは、それぞれ対応する向きの矢印によって示されている。したがって、前記外部電流源の正極は、この図面の上方に示されている電極１２１８に接続する必要があり、負極は、この図面の下方に示されている電極１２１７に接続する必要がある。すなわち、室の交換後は、電極の位置も変わり、それぞれの極が逆になる。以前は陽極であった電極１２１７は陰極になり、以前は陰極であった電極１２１８は陽極になる。
【０１２０】
図５による動電学的マイクロポンプの動作は、図４に示されているマイクロポンプの動作と同様である。ただし、この装置に追加されている気圧膜５２７、５２８は、水酸基イオンに加え、あらゆる陰イオンのくみ上げられた液体から陰イオン交換膜５１１側への移動を防止するか、または実質的に減らし、陽子に加え、あらゆる陽イオンの両極膜５１２側への移動を防止するか、または実質的に減らす。このマイクロポンプの動作の特別な特徴は、高濃度の食塩水の形態の液体の高揚送率を維持できる点である。
【０１２１】
図６による動電学的マイクロポンプは、以下の動作上の特徴を有する。ガス状生成物を形成する代わりに、陽極電極６１７の材料が溶解し、金属イオンが形成される。この金属イオンは、補助媒質用の気密室６１５を満たす水素形態のカチオナイトと反応する。同時に、補助媒質用の気密室６１６を満たすカチオナイトから溶液中に金属イオンが移動し、陰極電極６１８に堆積する。
【０１２２】
陽極電極６１７および陰極電極６１８が金属銅で作られた、図６に示すマイクロポンプの動作中、水素形態のカチオナイトが陽極セクション６０３の補助媒質用の室６１５に充填され、一部が水素形態、一部が銅形態であるカチオナイトが陰極セクション６０４の補助媒質用の室６１６に充填される。このマイクロポンプにおいては、以下のプロセスが発生する。
【０１２３】
１）マルチチャネル構造６１０内の陰イオン（たとえば、ＯＨ−）の陽極電極側への移動、
２）水酸基イオンの陰イオン交換膜６１１経由での補助媒質用の室６１５への移動、
３）陽極電位への暴露時に半反応による銅陽極電極６１７の溶解：Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ、
４）生じた銅イオンのＨ形態のカチオナイトとの反応、およびこの反応による銅形態のカチオナイトの形成：Ｃｕ２＋＋２Ｒ−Ｈ＝Ｒ２−Ｃｕ＋２Ｈ＋、
５）陽子のＨ形態のカチオナイト層経由での陰極電極側への移動、およびこれらの陽子と陰イオン交換膜６１１（上記項目２を参照）経由で移動された水酸基イオンとの反応：Ｈ＋＋ＯＨ−＝Ｈ２Ｏ、
６）マルチチャネル構造６１０内の陽子の陰極電極６１８側への移動、
７）両極膜６１２のアニオナイト側による等量のＯＨ−イオンの生成、およびこれらのＯＨ−イオンの陽極電極６１７側への移動、
８）マルチチャネル構造６１０から運び出された陽子と両極膜６１２によって生成された水酸基イオンとの間での、反応Ｈ＋＋ＯＨ−＝Ｈ２Ｏによる中和反応、
９）両極膜６１２のカチオナイト側による等量のＨ＋イオンの生成、およびこれらのＨ＋イオンの補助媒質用の室６１４に配置されたＨ形態のカチオナイト層経由での陰極６１８側へ移動、
１０）水素イオンと銅形態のカチオナイトとの、反応Ｒ２−Ｃｕ＋２Ｈ＋＝Ｃｕ２＋＋２Ｒ−Ｈによる反応、
１１）半反応Ｃｕ２＋＋２ｅ→Ｃｕによる銅イオンの放出、および陰極電極６１８上への堆積。
【０１２４】
したがって、図６に示す動電学的マイクロポンプの動作中、得られる結果は、液体のくみ上げ（水または水溶液）、陽極電極６１７の部分的溶解、および等量の銅の陰極電極６１８への堆積を含む。
【０１２５】
マイクロポンプの１作動サイクルに対応する一定期間の経過後、すなわち室６１５内のカチオナイト層６３１および６３２間の境界が陰イオン交換膜６１１まで移動した後、マイクロポンプは動作を停止する。その動作容量を回復するために、陽極および陰極セクションの補助媒質用のマイクロポンプ室を、上記および図１１および図１２に図示のように交換する必要がある。１作動サイクルの持続時間（室の２回の交換間）は、陽極および陰極セクションの補助媒質用の室に充填されるカチオナイトの量によって決まる。
【０１２６】
このケース、および上記のすべてのケースにおいて、室の交換後に発生する各プロセスは、前のサイクルの各プロセスに似ている。
【０１２７】
図１３は、電極上のＤＣ電圧に応じて異なる図６によるマイクロポンプの蒸留水の揚送率を示す。マルチチャネル構造（ポリキャピラリカラム体）の長さは３０ｍｍ、その外径は９．６ｍｍ、個々のチャネルの直径は１０ミクロン、およびチャネルの数は３６０，０００である。この図から分かるように、制御された最小揚送率として１０マイクロリットル／分台に到達することができる。
【０１２８】
図７に示す動電学的マイクロポンプの動作は、図６による上記のマイクロポンプの動作と同様である。違いは、高濃度溶液のより高い揚送率が達成される点と、イオン交換膜７１１、７１２への、ヒドロキソニウムイオンおよび水酸基イオンに加え、溶液の成分の到達が防止される点である。これは、ナノ濾過または逆浸透用の気圧膜７２７、７２８が、その側面をポリキャピラリカラム体７１０の対応する端部７４１、７４２に対向させて、イオン交換膜の近くに配置されている事実による。
【０１２９】
図１〜図８に示されている本発明の電気マイクロポンプの上記のすべての具体的実施形態において、一次電極の使用は必須ではない。二次電極の使用も可能である。図１４は、図６による実施形態と同様のマイクロポンプの実施形態を示す。ただし、このマイクロポンプは、図８に示すマイクロポンプと同じように筐体がなく、銀−塩化銀陽極１４１７および陰極１４１８電極を具備している。
【０１３０】
陽極セクション１４０３の補助媒質の室１４１５はカチオナイトを表す粒状イオン交換材料で満たされ、陰極セクション１４０４の室１４１６はアニオナイトを表すイオン交換材料で満たされている。
【０１３１】
図１４には、上記の参照符号のほか、以下の参照符号が使用されている。
【０１３２】
１４０５、１４０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
１４１０−ポリキャピラリカラム体の形態をとるマルチチャネル構造、
１４１１、１４１２−アニオナイトおよび両極イオン交換膜
１４１３、１４１４−くみ上げられた液体流動用の室、
１４１９、１４２０−ニップル（流入口および流出口）、
１４２１、１４２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
１４４１、１４４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部（ポリキャピラリカラム体）。
【０１３３】
このマイクロポンプの動作中、以下のプロセスが発生する。
【０１３４】
１）陽極電極１４１７上での銀イオンの形成：Ａｇ−ｅ→Ａｇ＋、
２）銀−塩化銀電極１４１７からの銀イオンの放出、およびこれらの銀イオンと陽極セクション１４０３の室１４１５内のアニオナイトとの反応：Ｒ−Ｈ＋Ａｇ＋＝Ｒ−Ａｇ＋Ｈ＋、
３）水酸イオンの陰イオン交換膜１４１１経由での移動、
４）プロセス２で形成された水素イオンと水酸基イオンとの反応による水の形成：Ｈ＋＋ＯＨ−＝Ｈ２Ｏ、
５）マルチチャネル構造１４１０内の陽子の陰極電極１４１８側への移動、
６）両極膜１４１２のアニオナイト側による等量のＯＨ−イオンの生成、
７）マルチチャネル構造１４１０から運び出された陽子と、両極膜１４１２によって生成された水酸基イオンとの間での、反応Ｈ２Ｏ＝Ｈ＋＋ＯＨ−による中和反応、
８）両極膜１４１２のカチオナイト側による等量のＨ＋イオンの生成、
９）陰極電極１４１８上での塩素イオンの形成：ＡｇＣｌ＋ｅ＝Ａｇ０＋Ｃｌ−、
１０）陰極電極による塩素イオンの放出、
１１）水素イオンおよび塩素イオンのアニオナイトとの反応：Ｒ−ＯＨ＋Ｈ＋＋Ｃｌ−＝Ｒ−Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ。
【０１３５】
したがって、図１４に示す動電学的マイクロポンプの動作中の結果は以下のとおりである。
【０１３６】
−液体のくみ上げ、
−Ａｇ＋形態のカチオナイトの形成、
−Ｃｌ−形態のアニオナイトの形成。
【０１３７】
お分かりのように、二次電極を使用した場合に発生するプロセスは、対称的ではない。したがって、イオナイトの消耗後に陽極および陰極セクションの補助媒質用の室１４１５、１４１６の交換は不可能である。したがって、図１１による実施形態のように陽極および陰極セクションを分離可能にする必要はない。二次電極を使用することの欠点として、許容電流密度が低いことも挙げられる。
【０１３８】
上記のように、ポリキャピラリカラム体の形態のマルチチャネル構造の製造が好ましいが、必須というわけではない。図１５および図１７は、マルチチャネル構造が異なるマイクロポンプの例を示す。
【０１３９】
図１５によるマイクロポンプにおいては、マルチチャネル構造は、粉末状材料１５４４で満たされた容器１５４３であり、くみ上げられた液体が透過しうる端部面１５４１、１６４２を有する。
【０１４０】
粉末状材料のための容器の一実施形態が図１６に示されている。この容器は中空の円筒１６６１であり、この円筒に気密に螺着される取り外し可能なカバー１６６２、１６６３を有する（カバー１６６３は取り外された位置に示されている）。マイクロ濾過膜１６６６、１６６７がこれらのカバー内に配置される（膜１６６６は容器の組み立て完了時に占める位置に示されており、膜１６６７は中間位置に示されている）。容器の組み立て完了時にマイクロ濾過膜に（膜１６６６については図１６に図示のように）緊密に嵌るカバー１６６２、１６６３の端部壁は、マルチチャネル構造の各端部を形成する。図１５において、これらはそれぞれ１５４１、１５４２で示されている。ゴムまたはシリコーン製リングガスケット１６６４、１６６５は、容器組み立て後の容器の密封性を保証する。容器の中空円筒部１６６１およびカバー１６６２、１６６３は、非導電性材料で作られる。この非導電性材料としては、プラスチックが好ましく、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、プレキシグラス、テフロン（登録商標）、カプロロン（ｋａｐｒｏｌｏｎ）、等が挙げられる。
【０１４１】
直径０．５〜１ｍｍの複数の穴１６６８が容器カバー１６６２、１６６３の端部壁に均等にあけられる。マイクロ濾過膜１６６６、１６６７に必要な透過性は、使用する粉末の粒径による。たとえば、５．５ミクロン超から１０ミクロンまでの粒径の場合は、ミリポア（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）社製の５ミクロン幅の開口部を有するポリアセテート膜の使用が適するであろう。
【０１４２】
容器１５４３（図１５）に充填される粉末状材料は、無機性または有機性の非導電性材料である（セラミック、ガラス、水晶、ポリ塩化ビニル、ポリアセテート、等）。
【０１４３】
この場合のマルチチャネル構造は、次のように組み立てられる。
【０１４４】
−これらのカバーの一方を中空円筒部１６６１に螺着する（たとえば、図１６に示すようなカバー１６６２）、
−これらのマイクロ濾過膜の一方を、得られた容器の底に配置する（たとえば、図１６に示すような膜１６６６）、
−得られた容器に粉末状材料の水性懸濁液を、沈降物を落ち着かせ、過剰な液体を流出することによって、高密度に装填する、
−湿った粉末の層を第２のマイクロ濾過膜で覆い、第２のカバーをしっかりと螺着する。
【０１４５】
図１７によるマイクロポンプにおいては、マルチチャネル構造は、粉末状材料を焼結することによって得られた多孔質体１７４５である。このような材料として、珪酸塩、アルミノ珪酸塩、リン酸塩、およびチタン酸鉛セラミックのほか、金属酸化物の混合物を含有するセラミックを使用してもよい。
【０１４６】
多孔質体の側面を、重合性シーラントの層、好ましくはシリコーン系重合性シーラントの層、で覆う。
【０１４７】
図１５および図１７に示すマイクロポンプは、その他のすべての点においては、図６に示すマイクロポンプと似ている（ただし、筐体がない。この点に関しては、図８に示すマイクロポンプに似ている）。
【０１４８】
図１５および図１７においては、上記の参照符号に加え、以下の参照符号が使用されている。
【０１４９】
１５０３、１７０３、および１５０４、１７０４−陽極および陰極セクション、
１５０５、１７０５、および１５０６、１７０６−陽極および陰極セクションの端部壁、
１５１１、１７１１、および１５１２、１７１２−アニオナイトおよび両極イオン交換膜、
１５１３、１５１４、１７１３、１７１４−くみ上げられた液体流動用の室、
１５１５、１５１６、１７１５、１７１６−電荷移動用補助媒質で満たされた室、
１５１７、１７１７、および１５１８、１７１８−陽極および陰極電極、
１５１９、１７１９、および１５２０、１７２０−ニップル（流入口および流出口）、
１５２１、１７２１、および１５２２、１７２２−くみ上げられた液体の流入および流出用のニップル開口部、
１５３１、１５３２、１７３１、１７３２、および１５３３、１５３４、１５３５、１７３３、１７３４、１７３５−図６および上記の対応する層に似た、陽極および陰極セクション内の電荷移動用補助媒質で満たされた室内の粒状イオン交換材料の層、
１７４１および１７４２−マルチチャネル構造の流入および流出口端部。
【０１５０】
本発明による動電学的マイクロポンプのすべての具体的実施形態において、陽極および陰極電極が接続される外部電流源は必ずしもＤＣ電源である必要はない。単極電源、たとえば交流の片波または両波整流後の脈動電流源、の使用で十分である。極性が一定で形状が異なるパルスの電源でもよい。さらに、極性が一定でない出力電圧を有する電源も使用しうる。重要な点は、電源の出力極間の電位差が特定の記号のＤＣ成分（経時的平均値）を有し、これに応じて、陽極および陰極電極への接続用の極が選択されることだけである。
【０１５１】
本発明による動電学的マイクロポンプは、連続的に動作するマイクロディスペンサ、すなわち液体を制御された率でくみ上げするための小型装置の開発に使用され得る。化学的および生物学的微量分析のほか、特に所定のスケジュールに従った動物およびヒトへの投与のための薬物の微量投与のためにも使用され得る。
【０１５２】
【表１】
2009500555.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】図１および図２は、くみ上げられた液体と同一の液体によって満たされた補助媒質用の室と、ポリキャピラリカラム体の形態のマルチチャネル構造とを有する、電気二重層内で過剰な正または負の電荷を形成する液体をくみ上げするための動電学的マイクロポンプの例示的実施形態を示す。
【図２】図１および図２は、くみ上げられた液体と同一の液体によって満たされた補助媒質用の室と、ポリキャピラリカラム体の形態のマルチチャネル構造とを有する、電気二重層内で過剰な正または負の電荷を形成する液体をくみ上げするための動電学的マイクロポンプの例示的実施形態を示す。
【図３】図３は、ポリキャピラリカラム体の各端部に対向するイオン交換膜の側面に配置されたナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備える、図２による導電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図４】図４は、対応する各電極に対向するイオン交換膜の側面に配置されたナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備える、図２による動電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図５】図５は、イオン交換膜の両側に配置されたナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備える、図２による動電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図６】図６は、電荷移動用補助媒質として使用される粒状イオン交換材料を有する動電学的マイクロポンプの一実施形態を示す。
【図７】図７は、ナノ濾過または逆浸透用の気圧膜をさらに備える、図６による動電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図８】図８は、筐体がなく、ポリキャピラリカラム体の形態のマルチチャネル構造を有するマイクロポンプの一実施形態を示す。
【図９】図９は、マルチチャネル構造の各マイクロチャネル内に形成された電気二重層の図を示す。
【図１０】図１０は、図１によるマイクロポンプの電極上のＤＣ電流に対する各種液体の揚送率を示す曲線を示す。
【図１１】図１１は、分離可能な電極セクションを有するマイクロポンプの一実施形態を示す。
【図１２】図１２は、図１１によるマイクロポンプの作動サイクル完了後に補助媒質用の室を交換する工程を示す。
【図１３】図１３は、図６によるマイクロポンプの電極の電圧に対する蒸留水の揚送率を示す曲線を示す。
【図１４】図１４は、二次電極を有する導電学的マイクロポンプの一実施形態を示す。
【図１５】図１５〜図１７は、ポリキャピラリカラム体の形態をとらないマルチチャネル構造を有する動電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図１６】図１５〜図１７は、ポリキャピラリカラム体の形態をとらないマルチチャネル構造を有する動電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図１７】図１５〜図１７は、ポリキャピラリカラム体の形態をとらないマルチチャネル構造を有する動電学的マイクロポンプの実施形態を示す。
【図１】
2009500555.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009500555.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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