(57)【要約】【課題】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。【解決手段】電気浸透流ポンプを用い電気浸透流ポンプ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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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電極に電圧を印加した際に、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
ことを特徴とする液体輸送装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体輸送装置において、
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
ことを特徴とする液体輸送装置。
【請求項３】
請求項２記載の液体輸送装置において、
前記液体隔離手段は、前記ガスを通過させ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からなる
ことを特徴とする液体輸送装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体輸送装置において、
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されている
ことを特徴とする液体輸送装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体輸送装置において、
前記輸送液体リザーバは、マイクロ流体チップである
ことを特徴とする液体輸送装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体輸送装置を複数有し、
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
ことを特徴とする液体輸送システム。
【発明の詳細な説明】
【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ロニク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いる。
【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、ファイバー等の細孔を有する材料を用いることにより、低い駆動電圧（３［Ｖ］〜３０［Ｖ］程度）でも実用的な流量−圧力特性（数百［μＬ／ｍｉｎ］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。これは他のダイア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、キャビテーションに起因する脱泡現象が発生するが、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い。
【０００７】
（２）小さなポンプでありながら高圧力駆動に適している。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く、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おいて、キャピラリー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ャ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［ｍｍ］〜数［ｍｍ］程度のサイズで且つ低い駆動電圧で高流量−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いては、現状では十分に検討されていない。
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００６８２２９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２３４３７８号明細書
【特許文献３】米国特許第３９２３４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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いる。これは、前記電気浸透流ポンプが電気浸透流現象に基づい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って、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い液体とが存在する。
【００１６】
例えば、電気浸透材料がガラスからなる場合に、前記ガラスから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い。
【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［μｍ］〜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、駆動すべき流体につい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いる。
【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。
【課題を解決するための手段】
【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電極に電圧を印加した際に、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い液体であっても、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から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から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しい。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。
【発明の効果】
【００２９】
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い液体であっても、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。
【００３０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明に係る液体輸送装置及び液体輸送システムについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３２】
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、バイオテクノロジーや分析化学におい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。
【００３３】
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）の方向に向かって流路１４内を通過する。
【００３４】
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からなり、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を出口側チェンバー２８に排出可能な親水性を有する部材である。
【００３５】
入口側電極１８は、入口側チェンバー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を負極としているが、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く、例えば、電極１８、２０は、電気浸透材１６近傍において非接触の状態で配置されていても構わない。
【００３６】
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を介して出口側チェンバー２８に排出される。
【００３７】
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ロ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。
【００３８】
ここで、流路１４、２４、２９、３３の幅は、キャピラリー長（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。
【００３９】
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い。
【００４０】
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の幅が前記キャピラリー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。
【００４１】
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が、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の図示しない供給用タンク等を前記駆動液体リザーバとしてもよい。
【００４２】
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が、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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１２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。
【００４８】
（３）電気浸透材１６が駆動液体１５によって濡れていない状態であれば、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。
【００４９】
（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。
【００５０】
先ず、出口側チャンバー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。次いで、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。
【００５１】
（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で充填しない状態（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。
【００５２】
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。
【００５３】
さらに、電極１８、２０では、電極１８を正極とし、電極２０を負極としているが、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。
【００５４】
さらにまた、電極１８、２０に対して直流電圧を印加しているが、パルス電圧を印加してもよいことは勿論である。
【００５５】
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が、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１２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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、出口側チェンバー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。
【００５８】
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イント（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。
【００５９】
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１６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。
【００６０】
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ポンプ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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、その下流側においてマイクロ流体チップ４０に一体的に接続されている点で、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。
【００６３】
この場合、電気浸透流ポンプ１０Ｄ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、４２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１０Ｄ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。
【００６４】
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。
【００６５】
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から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〜１０Ｃ（図１〜図３参照）とは異なる。
【００６６】
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かった液体を、電気浸透流ポンプ１０Ｅ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１０Ｅは、輸送液体３１の総量が数［μＬ］程度以下の場合に好適である。
【００６７】
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。
【００６８】
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、出口側チェンバー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ポンプ１０Ｄ（図５参照）とは異なる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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を着脱可能なユニット化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１０Ａ〜１０Ｅ（図１〜図６参照）とは異なる。
【００７２】
上述した第１〜第５実施形態に係る電気浸透流ポンプ１０Ａ〜１０Ｅでは、輸送液体リザーバや駆動液体リザーバをポンプに内蔵して一体化した構造であり、輸送液体３１及び駆動液体１５の総量が数十［μＬ］程度までの場合に好適である。大容量（例えば、１００［μＬ］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、ポ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。
【００７３】
また、電気浸透流ポンプ１０Ａ〜１０Ｅ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が、場合によっては、ポンプ自体を再利用する必要もある。
【００７４】
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化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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
この場合、輸送液体リザーバ５０は、図１０に示すように、基板６２ｉ（ｉ＝１〜６）が上下方向に積層され、上方より５枚の基板６２1〜６２5には、その底部に蛇行形状の溝（以下、流路ともいう。）６４が形成され、各溝６４の両端部及び基板６２6には、接続孔６６が形成されている。そのため、これらの基板６２Ｉ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。
【００８０】
ここで、厚さ０．５［ｍｍ］の基板６２ｉに対して深さ２００［μｍ］、幅５００［μｍ］の流路６４を５００［μｍ］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。
【００８１】
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］×４［ｃｍ］×０．５［ｍｍ］のサイズの基板６２Ｉを６〜７枚積層することにより実現可能である。
【００８２】
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。
【００８３】
上記した電気浸透流ポンプ１０Ｈ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１［μＬ／ｍｉｎ］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。
【００８４】
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〜１０Ｆ（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。
【００８５】
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。
【００８６】
これは、複数の電気浸透流ポンプ１０Ｉ（Ｉ＝１〜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つの電気浸透流ポンプ１０1、１０2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を示している。
【００８７】
この場合、電気浸透流ポンプ１０1は、バルブ７２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）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１０2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１０Ｉには、その上流側及び下流側に駆動液体リザーバ５２Ｉ及び輸送液体リザーバ５０Ｉが各々接続されている。
【００８８】
この液体輸送システム７０では、電気浸透流ポンプ１０Ｉの駆動方向を交互に切換え、且つ電気浸透流ポンプ１０Ｉ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。
【００８９】
すなわち、図１１及び図１２に示すように、時刻ｔ０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１０1を駆動して駆動液体リザーバ５２1に充填された駆動液体１５を輸送液体リザーバ５０1側に移動させれば、該輸送液体リザーバ５０1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る。
【００９０】
一方、時刻ｔ０において、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１０2を駆動して駆動液体１５を駆動液体リザーバ５２2側に移動させれば、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５０2に充填することが可能となる。
【００９１】
次いで、時刻ｔ１において、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１０1を駆動して駆動液体１５を駆動液体リザーバ５２1側に移動させれば、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５０1に充填することが可能となる。
【００９２】
一方、時刻ｔ１において、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１０2を駆動して駆動液体リザーバ５２2に充填された駆動液体１５を輸送液体リザーバ５０2側に移動させれば、該輸送液体リザーバ５０2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る。
【００９３】
さらに、時刻ｔ２において、液体輸送システム７０は、時刻ｔ０と同様の動作を繰り返し行う。
【００９４】
また、液体輸送システム７０では、電気浸透流ポンプ１０Ｉの駆動方向を交互に切換え、且つ電気浸透流ポンプ１０Ｉ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を連続的に外部から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。
【００９５】
すなわち、図１１及び図１３に示すように、時刻ｔ０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１０1を駆動して駆動液体リザーバ５２1に充填された駆動液体１５を輸送液体リザーバ５０1側に移動させれば、該輸送液体リザーバ５０1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。
【００９６】
一方、時刻ｔ０において、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１０2を駆動して駆動液体１５を駆動液体リザーバ５２2側に移動させれば、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５０2に吸入することが可能となる。
【００９７】
次いで、時刻ｔ１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１０1を駆動して駆動液体１５を駆動液体リザーバ５２1側に移動させれば、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５０1に吸入することが可能となる。
【００９８】
一方、時刻ｔ１において、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１０2を駆動して駆動液体リザーバ５２2に充填された駆動液体１５を輸送液体リザーバ５０2側に移動させれば、該輸送液体リザーバ５０2に吸入された輸送液体３１を輸送液体回収ライン８２で回収することができる。
【００９９】
さらに、時刻ｔ２において、液体輸送システム７０は、時刻ｔ０と同様の動作を繰り返し行う。
【０１００】
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１０1と電気浸透流ポンプ１０2とは、輸送液体供給ライン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５０1、５０2に対する輸送液体３１の充填動作又は回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。
【０１０１】
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１０Ａ〜１０Ｇ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が、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を駆動液体リザーバ５２ｉあるいは流路１４の上流側に引き込むことにより、外部から輸送液体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。
【０１０２】
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く、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】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】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】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】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】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】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】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９の輸送液体リザーバの分解斜視図である。
【図１１】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。
【符号の説明】
【０１０４】
１０Ａ〜１０Ｇ、１０ｉ…電気浸透流ポンプ
１２…ポンプ容器                  １４、４２…流路
１５…駆動液体                    １６…電気浸透材
１８…入口側電極                  ２０…出口側電極
２２、２７、２９…大径部分        ２４、２５…小径部分
２６…入口側チェンバー            ２８…出口側チェンバー
３１…輸送液体                    ３３…バブル
３４…直流電源                    ３５…ガス透過膜
４０…マイクロ流体チップ          ５０、５０ｉ…輸送液体リザーバ
５２、５２ｉ…駆動液体リザーバ    ５４…ポンプ本体
５６…基板                        ５８…バッテリ
７０…液体輸送システム            ７２、７６、８０、８４…バルブ
７４、８２…輸送液体充填ライン    ７８…輸送液体供給ライン
【図１】
2006275016.tif 000003
【図２】
2006275016.tif 000004
【図３】
2006275016.tif 000005
【図４】
2006275016.tif 000006
【図５】
2006275016.tif 000007
【図６】
2006275016.tif 000008
【図７】
2006275016.tif 000009
【図８】
2006275016.tif 000010
【図９】
2006275016.tif 000011
【図１０】
2006275016.tif 000012
【図１１】
2006275016.tif 000013
【図１２】
2006275016.tif 000014
【図１３】
2006275016.tif 000015