(57)【要約】【課題】流体移動のための方法、およびこの方法に基づくマイクロ蠕動ポンプを提供すること。【解決手段】マイクロ蠕動ポンプは、以下：ａ）モーターおよび該モーターにより駆動される第１の力エフェクタを備える作動パーツ；ｂ）カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、該カートリッジ本体に取り付けられた該弾性膜が、該カートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、該カートリッジ本体は、少なくとも３つのチャンバを備え、かつ、該カートリッジはまた、該第１の力エフェクタと相互作用する第２の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ；ｃ）該少なくとも３つのチャンバが、入口および出口を有し、該チャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ；を備える。マイクロポンプの分野の先行技術と比べると、本発明のマイクロ蠕動ポンプは、同等な全体のサイズでより大きな作動力を生じ得る。【選択図】図１
2011069373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書中に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は一般に、流体移動（ｆｌｕｉｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）のための方法、およびこの方法に基づくマイクロ蠕動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
微小流体デバイスは、医用、生化学および微量分析などにおいて広範に使用されている。生物分析用デバイスに対する信頼性の大きな需要について、使い捨てのカートリッジまたはチップが、反応および検出のためのキャリアとしてよりいっそう歓迎されている。時折、流体は、カートリッジまたはチップに手動で注入されるが、このことは、低い信頼性を生じる。一方で、マイクロポンプはしばしば、使い捨てのパーツに組み込まれるのに、容易でなく、かつ、高価すぎる。
【０００３】
多くの種類のマイクロポンプが、近年研究されている。通常、可撓性チューブおよび３つ以上のローラーを備える従来の蠕動ポンプとは異なり（例えば、米国特許第６，０６２，８２９号および同第６，１０２，６７８号、ならびに、欧州特許第１，０７８，８７９号および同第１，０９９，１５４号を参照のこと）、マイクロポンプは一般に、３つ以上のチャンバから構成され、この中で、流体が１つのチャンバから別のチャンバに移動される（例えば、米国特許第５，０８５，５６２号および同第５，７５９，０１５号、ならびにＷＯ０１／２８，６８２を参照のこと）。例えば、ＷＯ０１／２８，６８２において、３つの同一のチャンバが、タンデムに接続され、蠕動時系列の３つの駆動部により独立して駆動され、次いで、流体が移動される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の開示）
本発明は、流体移動のための方法およびこの方法に基づくマイクロ蠕動ポンプを提示することによって、当該分野における、上記および他の関連する問題に取り組む。
【０００５】
１つの局面において、本発明は流体移動のための方法に関し、この方法は、以下：
ａ）モーターおよびこのモーターにより駆動される第１の力エフェクタを備える作動パーツ；
ｂ）カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、このカートリッジ本体に取り付けられたこの弾性膜が、このカートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、このカートリッジ本体は、少なくとも３つのチャンバを備え、かつ、このカートリッジはまた、この第１の力エフェクタと相互作用する第２の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ；
ｃ）この少なくとも３つのチャンバが、入口および出口を有し、このチャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ；
ｄ）このカートリッジパーツに、およびこのカートリッジパーツから、このカートリッジパーツを含む平面に対して実質的に平行な平面において、この第１の力エフェクタの移動を制御するための手段であって、それにより、この第１の力エフェクタにより覆われるこのチャンバが、この第１の力エフェクタおよびこの第２の力エフェクタの相互作用により開閉する、手段
を備える。
【０００６】
上記第１の力エフェクタが、モーターに非対称に取り付けられ、かつ、円形軌道に沿って構成される第２の力エフェクタと相互作用するように、モーターによって回転させられる。
【０００７】
上記第１の力エフェクタが、モーターに取り付けられ、かつ、直線軌道に沿って構成される第２の力エフェクタと相互作用するように、モーターによって直線的に動かされる。
【０００８】
上記第１の力エフェクタが、上記第２の力エフェクタの極近位にない場合、上記チャンバが、この第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされ、かつ、この第１の力エフェクタが、この第２のチャンバの極近位にある場合、このチャンバは、この第１の力エフェクタおよびこの第２の力エフェクタの相互作用により、閉じたまま、または開いたままにされる。
【０００９】
上記第１の力エフェクタまたは上記第２の力エフェクタのいずれかが、強磁性であり、かつ、他方が、強磁性であるか、常磁性であるか、または、強磁性体により磁力を生じ得る任意の型の磁性物質である。
【００１０】
上記第１の力エフェクタおよび上記第２の力エフェクタの両方が、電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用する。
【００１１】
別の例において、上記第１の力エフェクタの作業表面が、波形の外周を有し、これに起因して、上記第１の力エフェクタの上記カートリッジパーツの極近位への移動が、この第１の力エフェクタと上記第２の力エフェクタとの間の接触を生じ、かつ、この接触が、上記作動パーツが覆う上記チャンバを開き、かつ、この第１の力エフェクタが離れる場合、この第１の力エフェクタとこの第２の力エフェクタとの間の接触が消滅し、従って、このチャンバが再び閉じる。好ましくは、板ばねは、金属、プラスチックまたは別の可撓性物質を含む。
【００１２】
なお別の例において、第３の力エフェクタが、上記第２の力エフェクタを参照し、かつ、この第２の力エフェクタと相互作用する。
【００１３】
第１の力エフェクタの、カートリッジパーツの極近位への移動により、第１の力エフェクタと第２の力エフェクタとの間に接触が生じ、そして、この接触が、作動パーツが覆うチャンバを開く。第１の力エフェクタが遠ざかる場合、第１の力エフェクタと第２の力エフェクタとの間の接触は消失し、従って、チャンバが再び閉じる。
【００１４】
上記第１の力エフェクタが、上記チャンバの極近位にない場合に、このチャンバが、上記第２の力エフェクタと上記第３の力エフェクタとの相互作用により閉じたまま、または開いたままにされ、かつ、この第１の力エフェクタが、このチャンバの極近位にある場合に、このチャンバが、この第３の力エフェクタより強力な、この第１の力エフェクタとこの第２の力エフェクタとの間の相互作用により、開いたまま、または閉じたままにされる。
【００１５】
上記第３の力エフェクタは、第１の力エフェクタに沿って駆動され、あるいは、そして反対に、作動パーツのモーターによって駆動される。
【００１６】
上記第３の力エフェクタが強磁性であるか、常磁性であるか、または、上記第２の力エフェクタにより磁力を生じ得る任意の型の磁力物質であり、この磁力物質は、上記チャンバが、この第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ。
【００１７】
上記第２の力エフェクタおよび上記第３の力エフェクタの両方が電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用し、この静電気力は、上記チャンバが、この第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ。
【００１８】
上記第３の力エフェクタが、一端が上記カートリッジに固定された板ばねであり、他端は、上記チャンバが、この第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ。
【００１９】
スペーシングカバーが、上記第１の力エフェクタと上記第２の力エフェクタとの間で、上記カートリッジに固定され、上記チャンバが開いている程度を規定する。
【００２０】
マイクロ蠕動ポンプであって、このマイクロ蠕動ポンプは、以下：
ａ）モーターおよびこのモーターにより駆動される第１の力エフェクタを備える作動パーツ；
ｂ）カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、このカートリッジ本体に取り付けられたこの弾性膜が、このカートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、このカートリッジ本体は、少なくとも３つのチャンバを備え、かつ、このカートリッジはまた、この第１の力エフェクタと相互作用する第２の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ；
ｃ）この少なくとも３つのチャンバが、入口および出口を有し、このチャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ；
を備える。
【００２１】
上記カートリッジ内に３つのチャンバが存在し、ここで、各チャンバは、その入口および出口を有し、全ての入口および出口は、上記第１のチャンバの入口および上記第３のチャンバの出口とタンデムに接続され、この第１のチャンバの入口およびこの第３のチャンバの出口は、このカートリッジ内の上記流体システムのための入口および出口として機能する。
【００２２】
スペーシングカバーが、上記第１の力エフェクタと上記第２の力エフェクタとの間で、上記カートリッジに固定された。
【００２３】
上記スペーシングカバー、弾性膜およびカートリッジが、互いにねじにより固定された。
【００２４】
第３の力エフェクタが、上記第２の力エフェクタを参照し、かつ、この第２の力エフェクタと相互作用する上記カートリッジ内に設置された。
【００２５】
上記第１の力エフェクタまたは上記第２の力エフェクタのいずれかが強磁性であり、かつ、他方は、強磁性であるか、常磁性であるか、または、強磁性体により磁力を生じ得る任意の型の磁性物質である。
【００２６】
上記第１の力エフェクタおよび上記第２の力エフェクタの両方が電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用する。
【００２７】
上記第３の力エフェクタが、一端が上記カートリッジに固定された板ばねであり、他端は、上記第２の力エフェクタと接触により相互作用する。
【００２８】
上記第１の力エフェクタの作業表面が、波形の外周を有し、ここで、この第１の力エフェクタが、上記第２の力エフェクタと相互作用する。
【００２９】
上記第１の力エフェクタに従って、第３の力エフェクタが、上記第２の力エフェクタを有する上記カートリッジ内に設置され、この第３の力エフェクタは、この第１の力エフェクタと接触により機械的に相互作用するために、いくつかの出っ張ったパーツを有する。
【００３０】
上記第３の力エフェクタが、出っ張ったパーツを有する板ばねである。
【００３１】
上記第１の力エフェクタが、上記モーターの回転子に対して、フランジにより非対称に取り付けられている扇形の永久磁石であり、かつ、上記カートリッジ内の全てのチャンバが、この第１の力エフェクタの円形軌道に沿って構成されている。
【００３２】
上記第１の力エフェクタが、リニアモーターに固定されており、かつ、上記カートリッジ内の全てのチャンバが、この第１の力エフェクタの直線軌道に沿って構成されている。
【００３３】
上記第１の力エフェクタが、上記モーターの一部として組立てられる。
【００３４】
上記弾性膜が、ゴム製またはポリシロキサン製であり、かつ、接着、溶接または超音波溶接によって上記カートリッジに取り付けられている。
【００３５】
上記チャンバの入口および出口が、外部チュービングを介してか上記カートリッジパーツ上に組立てられたチャネルを介して接続されている。
【００３６】
上記第２の力エフェクタが、上記弾性膜の内部に組立てられている。
【００３７】
上記第２の力エフェクタが、接着、溶接または機械的手段によって上記弾性膜に取り付けられている。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
流体移動のための方法であって、以下：
ａ）モーターおよび該モーターにより駆動される第１の力エフェクタを備える作動パーツ；
ｂ）カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、該カートリッジ本体に取り付けられた該弾性膜が、該カートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、該カートリッジ本体は、少なくとも３つのチャンバを備え、かつ、該カートリッジはまた、該第１の力エフェクタと相互作用する第２の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ；
ｃ）該少なくとも３つのチャンバが、入口および出口を有し、該チャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ；
ｄ）該カートリッジパーツに、および該カートリッジパーツから、該カートリッジパーツを含む平面に対して実質的に平行な平面において、該第１の力エフェクタの移動を制御するための手段であって、それにより、該第１の力エフェクタにより覆われる該チャンバが、該第１の力エフェクタおよび該第２の力エフェクタの相互作用により開閉する、手段を備える、方法。
（項目２）
前記第１の力エフェクタが、前記モーターに非対称に取り付けられ、かつ、円形軌道に沿って構成される前記第２の力エフェクタと相互作用するように、該モーターによって回転させられる、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第１の力エフェクタが、前記モーターに取り付けられ、かつ、直線軌道に沿って構成される前記第２の力エフェクタと相互作用するように、該モーターによって直線的に動かされる、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記第１の力エフェクタが、前記第２の力エフェクタの極近位にない場合、前記チャンバが、該第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされ、かつ、該第１の力エフェクタが、該第２のチャンバの極近位にある場合、該チャンバは、該第１の力エフェクタおよび該第２の力エフェクタの相互作用により、閉じたまま、または開いたままにされる、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記第１の力エフェクタまたは前記第２の力エフェクタのいずれかが、強磁性であり、かつ、他方が、強磁性であるか、常磁性であるか、または、強磁性体により磁力を生じ得る任意の型の磁性物質である、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記第１の力エフェクタおよび前記第２の力エフェクタの両方が、電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用する、項目４に記載の方法。
（項目７）
前記第１の力エフェクタの作業表面が、波形の外周を有し、これに起因して、前記第１の力エフェクタの前記カートリッジパーツの極近位への移動が、該第１の力エフェクタと前記第２の力エフェクタとの間の接触を生じ、かつ、該接触が、前記作動パーツが覆う前記チャンバを開き、かつ、該第１の力エフェクタが離れる場合、該第１の力エフェクタと該第２の力エフェクタとの間の接触が消滅し、従って、該チャンバが再び閉じる、項目４に記載の方法。
（項目８）
第３の力エフェクタが、前記第２の力エフェクタを参照し、かつ、該第２の力エフェクタと相互作用する前記カートリッジ内に設置される、項目１、２、３、４、５、６または７に記載の方法。
（項目９）
前記第１の力エフェクタが、前記チャンバの極近位にない場合に、該チャンバが、前記第２の力エフェクタと前記第３の力エフェクタとの相互作用により閉じたまま、または開いたままにされ、かつ、該第１の力エフェクタが、該チャンバの極近位にある場合に、該チャンバが、該第３の力エフェクタより強力な、該第１の力エフェクタと該第２の力エフェクタとの間の相互作用により、開いたまま、または閉じたままにされる、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記第３の力エフェクタが強磁性であるか、常磁性であるか、または、前記第２の力エフェクタにより磁力を生じ得る任意の型の磁力物質であり、該磁力物質は、前記チャンバが、該第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記第２の力エフェクタおよび前記第３の力エフェクタの両方が電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用し、該静電気力は、前記チャンバが、該第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記第３の力エフェクタが、一端が前記カートリッジに固定された板ばねであり、他端は、前記チャンバが、該第２の力エフェクタにより閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ、項目９に記載の方法。
（項目１３）
スペーシングカバーが、前記第１の力エフェクタと前記第２の力エフェクタとの間で、前記カートリッジに固定され、前記チャンバが開いている程度を規定する、項目１、２、３、４、５、６、９、１０、１１または１２に記載の方法。
（項目１４）
マイクロ蠕動ポンプであって、以下：
ａ）モーターおよび該モーターにより駆動される第１の力エフェクタを備える作動パーツ；
ｂ）カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、該カートリッジ本体に取り付けられた該弾性膜が、該カートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、該カートリッジ本体は、少なくとも３つのチャンバを備え、かつ、該カートリッジはまた、該第１の力エフェクタと相互作用する第２の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ；
ｃ）該少なくとも３つのチャンバが、入口および出口を有し、該チャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ；
を備える、ポンプ。
（項目１５）
前記カートリッジ内に３つのチャンバが存在し、ここで、各チャンバは、その入口および出口を有し、全ての入口および出口は、前記第１のチャンバの入口および前記第３のチャンバの出口とタンデムに接続され、該第１のチャンバの入口および該第３のチャンバの出口は、該カートリッジ内の前記流体システムのための入口および出口として機能する、項目１４に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目１６）
スペーシングカバーが、前記第１の力エフェクタと前記第２の力エフェクタとの間で、前記カートリッジに固定された、項目１４に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目１７）
スペーシングカバーが、前記第１の力エフェクタと前記第２の力エフェクタとの間で、前記カートリッジに固定された、項目１５に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目１８）
前記スペーシングカバー、弾性膜およびカートリッジが、ねじにより一緒に固定された、項目１６に記載の蠕動ポンプ。
（項目１９）
前記スペーシングカバー、弾性膜およびカートリッジが、ねじにより一緒に固定された、項目１７に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２０）
第３の力エフェクタが、前記第２の力エフェクタを参照し、かつ、該第２の力エフェクタと相互作用する前記カートリッジ内に設置される、項目１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２１）
前記第１の力エフェクタまたは前記第２の力エフェクタのいずれかが強磁性であり、かつ、他方は、強磁性であるか、常磁性であるか、または、強磁性体により磁力を生じ得る任意の型の磁性物質である、項目１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２２）
前記第２の力エフェクタまたは前記第３の力エフェクタのいずれかが強磁性であり、かつ、他方は、強磁性であるか、常磁性であるか、または、強磁性体により磁力を生じ得る任意の型の磁性物質である、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２３）
前記第１の力エフェクタおよび前記第２の力エフェクタの両方が電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用する、項目１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２４）
前記第２の力エフェクタおよび前記第３の力エフェクタの両方が、電荷を帯び、従って、静電気力により相互作用する、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２５）
前記第３の力エフェクタが、一端が前記カートリッジに固定された板ばねであり、他端は、前記第２の力エフェクタと接触により相互作用する、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２６）
前記第１の力エフェクタの作業表面が、波形の外周を有し、ここで、該第１の力エフェクタが、前記第２の力エフェクタと相互作用する、項目１４または１５に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２７）
前記第１の力エフェクタに従って、第３の力エフェクタが、前記第２の力エフェクタを有する前記カートリッジ内に設置され、該第３の力エフェクタは、該第１の力エフェクタと接触により機械的に相互作用するために、いくつかの出っ張ったパーツを有する、項目２６に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２８）
前記第３の力エフェクタが、出っ張ったパーツを有する板ばねである、項目２７に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目２９）
前記第１の力エフェクタが、前記モーターの回転子に対して、フランジにより非対称に取り付けられている扇形の永久磁石であり、かつ、前記カートリッジ内の全てのチャンバが、該第１の力エフェクタの円形軌道に沿って構成されている、項目１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３０）
前記第１の力エフェクタが、前記モーターの回転子に対してフランジにより非対称に取り付けられている扇形の永久磁石であり、かつ、前記カートリッジ内の全てのチャンバが、該第１の力エフェクタの円形軌道に沿って構成されている、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３１）
前記第１の力エフェクタが、リニアモーターに固定されており、かつ、前記カートリッジ内の全てのチャンバが、該第１の力エフェクタの線形軌道に沿って構成されている、項目１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３２）
前記第１の力エフェクタが、リニアモーターに固定されており、かつ、前記カートリッジ内の全てのチャンバが、該第１の力エフェクタの直線軌道に沿って構成されている、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３３）
前記第１の力エフェクタが、前記モーターの一部として組立てられている、項目１４、１５、１６、１７、１８、１９、２７または２８に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３４）
前記第１の力エフェクタが、前記モーターの一部として組立てられる、項目２６に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３５）
前記弾性膜が、接着、溶接または超音波溶接によって前記カートリッジに取り付けられている、項目１４、１５、１６、１７、１８または１９に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３６）
前記弾性膜が、ゴムまたはポリシロキサンから作製される、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３７）
前記チャンバの入口および出口が、外部チュービングを介して接続されている、項目１４、１５、１６、１７または１８に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３８）
前記チャンバの入口および出口が、前記カートリッジパーツ上に組立てられたチャネルを介して接続されている、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目３９）
前記第２の力エフェクタが、前記弾性膜の内部に組立てられている、項目１４、１５、１６、１７または１８に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目４０）
前記第２の力エフェクタが、前記弾性膜の内部に組立てられている、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目４１）
前記第２の力エフェクタが、接着、溶接または機械的手段によって前記弾性膜に取り付けられている、項目１４、１５、１６、１７または１８に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
（項目４２）
前記第２の力エフェクタが、接着、溶接または機械的手段によって前記弾性膜に取り付けられている、項目２０に記載のマイクロ蠕動ポンプ。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、復元力を提供する板ばねを備える例示的なマイクロ蠕動ポンプの断面図である。
【図２】図２は、モーターを有さない、図１に示される例示的なマイクロ蠕動ポンプの上面図である。
【図３】図３は、板ばねを備える例示的なカートリッジアセンブリの上面図である。
【図４】図４は、例示的な組立てられたカートリッジ本体の上面図である。図４−１は、図４に示される例示的な組立てられたカートリッジ本体の断面図である。図４−２は、図４−１に示される例示的な組立てられたカートリッジ本体の部分断面図である。
【図５】図５は、例示的なカートリッジの底面図である。
【図６】図６は、組立てられた流体チャネルを備える例示的なカートリッジの上面図である。
【図７Ａ】図７−１〜７−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、モーターによって回転する。
【図７Ｂ】図７−１〜７−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、モーターによって回転する。
【図７Ｃ】図７−１〜７−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、モーターによって回転する。
【図８】図８は、例示的な板ばねによる、復元力発生を例示する。
【図９】図９は、例示的なシステムアセンブリの断面図であり、このアセンブリにおいて、アクチュエータはカートリッジパーツと接触することにより機能する。
【図１０】図１０は、弾性膜により生じる力の模式図である。
【図１１】図１１は、板ばねの片持ち梁モデルを例示する。
【図１２Ａ】図１２−１〜１２−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、直線的に移動する。
【図１２Ｂ】図１２−１〜１２−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、直線的に移動する。
【図１２Ｃ】図１２−１〜１２−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、直線的に移動する。
【図１２Ｄ】図１２−１〜１２−１０は、例示的な作動サイクルの各期を模式的に図示する断面図および上面図であり、これらにおいて、第１の力エフェクタは、直線的に移動する。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（発明を実施するための様式）
例示的なマイクロ蠕動ポンプは、２つの別個のパーツ：カートリッジ（またはチップ）およびアクチュエータを備える。これらは、物理的な接触を伴ってか、または伴わずに、連携し得る。
【００４０】
カートリッジは、各々がバルブシートを有する３つのバルブ形状のチャンバ、第２の力エフェクタが第１の力エフェクタと相互作用するように取り付けられたバルブ膜を備える。チャンバは、弾性膜およびカートリッジの構造により囲まれており、ここで、一対の入口／出口ポートが組立てられている。チャンバの全てのポートは、タンデムに接続されており、そして、左の２つは、システム全体の入口ポートおよび出口ポートとして機能する。板ばねは、各チャンバ用のカートリッジ上に取り付けられ得、バルブシート上にバルブ膜を押す変形力を生じる。スペーシングカバーがまた、全ての膜の統一されたストロークを保証するために必要であり得る。アクチュエータパーツは、モーターおよび扇形の作動パーツを備え、これらは、モーターの回転子上のフランジによって機械的に連結している。扇形の作動パーツは、扇形の永久磁石であり得、弾性膜に取り付けられた別の磁石と相互作用し得る。この場合、扇形の永久磁石は、第１の力エフェクタであり、膜上の磁石は、第２の力エフェクタであり、その一方、板ばねは第３の力エフェクタである。
【００４１】
流体移動は、上記扇形の永久磁石が、上記チャンバへの物理的接触は必要ではないが、上記チャンバの近位にある場合、弾性膜が、バルブシートから引き出されるか、または、バルブシート上に押し付けられることによって、本発明において現実化される。他方で、弾性膜は、板ばねの変形力によってバルブシート上にしっかりと押し付けられる。弾性膜の垂直方向の置き換えは、スペーシングカバーにより規定される。３つのチャンバが、意図的なパターンでカートリッジ内に組立てられるので、回転する扇形の永久磁石は、全てのチャンバを覆い、従って、蠕動時系列において、全てのチャンバに、交互の開閉状態をもたらす。従って、流体は、蠕動様式で、１つのチャンバから別のチャンバへと輸送される。流速および流れ方向は、扇形磁石の回転速度および方向を制御することによって、簡単に変更され得る。
【００４２】
例示的なポンプの代表的な構造は、図１〜５に示すように、カートリッジパーツおよび作動パーツを備える。作動パーツは、デバイス本体に固定されており、モーター２３、フランジ１２および扇形の永久磁石１から構成される。フランジ１２は、ねじ２２によってモーター２３の回転子上に取り付けられ得る。扇形磁石１は、フランジ１２によって、接着もしくは溶接により、モーター２３の回転子に取り付けられ、従って、それと共に回転し得る。
【００４３】
カートリッジ内の主要構成要素は、カートリッジ本体４、弾性膜３、カートリッジ４内の各チャンバに取り付けられた膜３、スペーシングカバー２を備え、そして、また、この要素が、事前締め力（ｐｒｅ−ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）および復元力を生じるように設計される場合、各チャンバにつき、ねじ６および１１、ならびに、板ばね５を備え得る（図１〜３を参照のこと）。カートリッジは、金属製、ガラス製またはプラスチック製であり得る。図４、４−１および４−２は、バルブシート１８、入口／出口ポート９、１０、および空洞を備えるチャンバのカートリッジ構造を示す。チャンバを閉じるために、弾性膜３が、接着、溶接または超音波溶接によってカートリッジ４に取り付けられる。一片の磁石７が、バルブ膜３の外側に取り付けられ得る。磁石７は、常磁性または強磁性のいずれかであり得る。後者の場合、その上側の磁極は、扇形磁石１の底部と同じであるべきでない。磁石７は、膜３に接着され得るか、または、組立てによって一体にされ得る。少し前に述べたように、板ばね５が各チャンバ膜に適用されて、事前締め力および復元力を生じ得る。板ばね５は、金属製であっても、プラスチック製であっても、または、任意の型の適切な可撓性物質製であってもよい。板ばね５の２つの端の一方は、ねじ６もしくは任意の他の手段によってカートリッジ本体４またはスペーシングカバー２に固定される。板ばね５のもう一方の端は、接着、溶接または機械的手段などによって磁石７の上側に取り付けられる。このときに、チャンバ膜３、膜磁石７および板ばね５が、カートリッジ上でタンデムに設置される。
【００４４】
図１および２に示されるように、磁力は、扇形磁石１が膜磁石７を超えて回転するときに、扇形磁石１および膜磁石７によって生じる。磁力が、板ばね５から膜３へ課される復元力よりも十分大きい場合、膜３に沿う膜磁石７は、バルブシートからスペーシングカバー２へと引っ張り出される。こうして、チャンバが開き、流体通路がここに接続される。扇形磁石１が遠くに離れると磁力が消失し；次いで、膜３および膜磁石７が、板ばね５からの圧力によって、その正常な状態にバルブシートを押し戻す。これが、カートリッジ内の全てのチャンバについての作動スタイルである。
【００４５】
カートリッジ内の全てのバルブ構造の入口ポートおよび出口ポートは、タンデムに接続され、通路のごく最初の部分および最後の部分を除く、流体の流通ルートを可能にする。図４および５に図示されるように、外側のチューブは、ポート１０、１１とポート１２、１３とを連絡するために使用され得る。従って、ポート９および１４は、全システムのための入口ポートおよび出口ポートとして機能する。この流体経路連絡はまた、カートリッジ（例えば、図６の１６および１７）内に組立てられたチャネルによって実現され得る。
【００４６】
以下の言及は、磁石１の全回転サイクルにおいて、逐一述べられる：
（ａ）図７−１および７−２に示される最初の状態。扇形磁石１によって覆われている膜磁石はない。従って、全てのバルブ構造のチャンバが閉じている。
（ｂ）図７−３および７−４を参照のこと。バルブＶ１は、扇形磁石１によって覆われており、従って、開いており、一方で、バルブＶ２およびＶ３はなお閉じている。従って、流体は、Ｖ１のチャンバ内に吸引される。
（ｃ）図７−５および７−６を参照のこと。バルブＶ１およびＶ２が、共に、回転する扇形磁石１によって覆われており、従って、共に開いている。こうして、前の段階でチャンバＶ１内に吸引された流体が、Ｖ２のチャンバに移動される。そして、別の体積の流体が、入口ポート９からＶ１のチャンバを充填するように吸引される。
（ｄ）図７−７および７−８を参照のこと。扇形磁石１が、バルブＶ１上の膜磁石から遠ざかって移動し、Ｖ１のチャンバ内の流体が、扇形磁石１がバルブＶ３に到達する前に、入口ポートを通って外に出される。そして、次いで、Ｖ３が扇形磁石１によって覆われる場合、Ｖ３が開き、一方で、状態の遷移の間に、チャンバＶ２は開いたままであり、そのチャンバ内に流体を保持する。次いで、Ｖ３のチャンバは、出口ポート１４から吸引された流体で充填される。言い換えると、Ｖ２およびＶ３のチャンバは、共に、この時点で流体で満たされている。
（ｅ）図７−９および７−１０を参照のこと。バルブＶ２は、扇形磁石１がバルブ２から遠ざかって移動する場合に閉じている。従って、Ｖ２中の流体がＶ３に移され、出口ポート１４を通してＶ３中の流体を外に出す。
（ａ）扇形磁石が回転し続ける場合、このシステムは、初期状態に戻る。
【００４７】
上記の手順に従って、流体は、入口ポート９から出口ポート１４へと移動され得る。流速は、扇形磁石１の回転のスピードアップによって加速され得、ポンピング方向は、磁石が可逆的に回転する場合、変更され得る。
【００４８】
図１において、２２はねじであり、このねじによって、フランジ１２が、モーター２３上の回転子に固定される。図２において、１５は、スペーシングカバー２のカートリッジ本体４への組立てのための取付け穴である。図３において、１９および２０は、別の２つの膜磁石であり、これらは、必須ではないが、磁石７と同じ材料、形状および組立てであり得る。図４は、代表的なバルブシート構造１８を示す。図４−１および４−２は、詳細な図面である。１つの実施形態として、膜３は、図８に示される、接着剤２１によってカートリッジ基部４に接着され得る。
【００４９】
全てのバルブチャンバが、上記と同じ様式で作動するだけでなく、これらはまた、多様に作動され得る。以前に言及した方法において、磁力の代わりとして、バルブを開けるために、静電気力が使用され得る。膜自体からの弾性力は、バルブを復元するために使用され得る。また、板ばねからの変形力は、バルブを開くように機能し、このバルブは、その最初の形状に完全に依存する。
【００５０】
図９は、別の作動方法を例示する。フランジ１２は、特定の形状に製造され得、３相の蠕動時系列において、カートリッジ内のバルブ構造に接触することによって、ポンプの動きを実現する。このことは、フランジの底部表面が、波形の外周を有するように加工され得、すなわち、平坦な表面の代わりに、底部表面のある領域は、付近の他の領域よりも低い。これらのより低い領域のいずれか１つが、チャンバを通常は開いているように設計され得る板ばね５と接触する場合、膜３は、カートリッジ本体４内のバルブシート１８上に押し付けられる。より低い領域が遠く離れると、膜３は、板ばね５によって開放に戻される（ｒｅｃｅｏｖｅ）。
【００５１】
なお別の実施形態において、永久磁石が、直線的に移動して、蠕動時系列を生じ得る。当然、この場合、永久磁石は扇形ではない。永久磁石の移動の間の全ての相が、図１２−１〜１２−１０に示される。
【００５２】
詳細に提示された実施形態において、磁力および板ばね力に変えて、縦方向に作動するために使用され得るなおいくつかの他の型の力が存在する。実際、本実施形態の本質は、縦方向の作動の型にはとらわれず、扇形の作動パーツ１の一回の回転により形成される蠕動移動である。板ばね５の左端は固定され、他端は自由である。板ばねの自由端について、変位ｙは、外からかけられた力Ｐにより生じ、逆も同じである。また、復元力は、図１０に図示されるように、弾性膜３により提供され得る。Ｙｘは、弾性膜の縦方向の変位Ｙの半径方向の成分である。従って、力Ｔは、Ｙｘの縦方向の積分により生じ、そして、Ｔｙは、縦方向の成分である。
【００５３】
静電気力は、電荷を有する任意の２つの別個の対象間で生じる。電荷が共に陽または陰である場合、２つの対象は、互いに反発し合う。電荷が逆である場合、これらは、互いに引き付け合う。本発明の別の実施形態として、１および７が帯電されて、静電気力を生じる。従って、静電気力は、代表的な実施形態におけるもののように、回転する扇形の作動パーツ１によって形成される同じ時系列で縦方向に作動する。静電気的な作動には、物理的な接触は存在しないことが留意され得る。
【００５４】
任意の適切な数の本発明の蠕動ポンプにおけるチャンバは、入口および出口に封着接続され得る。例えば、本発明の蠕動ポンプのチャンバの５０％より多くが、入口および出口に封着接続され得る。好ましくは、各チャンバは、入口および出口に封着接続される。任意の適切な数の本発明の蠕動ポンプのチャンバの入口および出口は、接続され得る。例えば、少なくとも３つのチャンバの入口および出口が接続される。好ましくは、全ての入口および出口が接続される。
【００５５】
別の特定の実施形態において、第１の力エフェクタがカートリッジ内のチャンバの近位にない場合、チャンバは閉じたままであり、そして、第１の力エフェクタが、チャンバの近位に移動する場合、作動パーツとカートリッジパーツとの間の相互作用により、チャンバが開く。
【００５６】
なお別の特定の実施形態において、第１の力エフェクタが、カートリッジ内のチャンバの近位にない場合、チャンバは開いたままであり、そして、作動パーツがチャンバの近位に移動する場合、作動パーツとカートリッジパーツとの間の相互作用によりチャンバが閉じる。この状況において、引き付け合うのではなく、反発し合う磁力が使用され得る。
【００５７】
上記の例は、例示的な目的のためだけに含められ、本発明の範囲を限定することは意図されない。上記のものに対する多くのバリエーションが可能である。上記の例に対する改変およびバリエーションは当業者に明らかであるので、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ制限されることが意図される。
【００５８】
開示を明確にするために、かつ、限定する目的ではなく、本発明に関する専門用語が、以下に提供される。
１．他に規定されない限り、本明細書中で使用される全ての科学技術用語は、本発明が属する分野の当業者に通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書中で参照される全ての特許、出願、公開された出願および他の刊行物は、その全体が、参考として援用される。この節に示される定義が本明細書中に参考として援用される特許、出願、公開された出願および他の刊行物において示される定義と逆であるか、または、他に矛盾する場合、この節に示される定義が、本明細書中に参考として援用される定義よりも優先される。
２．本明細書中で使用される場合、「ａ」または「ａｎ」は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。
３．本明細書中で使用される場合、「上記カートリッジパーツを含む平面に対して実質的に平行な平面」とは、作動パーツがカートリッジパーツから、およびカートリッジパーツへと移動する平面と、カートリッジパーツを含む平面との間の角度が、４５°未満または１３５°より大きいことを意味する。好ましくは、作動パーツがカートリッジパーツから、およびカートリッジパーツへと移動する平面と、カートリッジパーツを含む平面との角度は、３０°未満、１５°未満、５°未満、２°未満、１°未満、または、１°未満であるか、あるいは、１５０°より大きいか、１６５°より大きいか、１７０°より大きいか、１７５°より大きいか、１７８°より大きいか、１７９°より大きいか、または１７９°より大きい。より好ましくは、作動パーツがカートリッジパーツから、およびカートリッジパーツへと移動する平面と、カートリッジパーツを含む平面との角度は、０°または１８０°であり、すなわち、２つの平面は完全に平行である。
４．本明細書中で使用される場合、「作動パーツがカートリッジパーツの近位にある」とは、作動パーツとカートリッジパーツが、チャンバの所望の開閉を達成するのに十分に近くにあることを意味する。通常、作動パーツとカートリッジパーツとの間の距離は、約数μｍ〜数ｍｍ（例えば、約１０μｍ〜約５ｍｍ）である。
５．本明細書中で使用される場合、「磁力物質」とは、磁石または磁性体に付随するか、磁石または磁性体が生成するか、磁性体によって生じるか、または、磁性体によって作動する、磁石の特性を有する任意の物質を指す。
６．本明細書中で使用される場合、「磁化物質」とは、磁場と相互作用する特性を有し、従って、磁場において自由に懸濁または配置される場合、磁化を誘導し、かつ、磁気モーメントを生じる任意の物質を指す。磁化物質の例としては、常磁性物質、強磁性物質およびフェリ磁性物質が挙げられるがこれらに限定されない。
７．本明細書中で使用される場合、「常磁性物質」とは、個々の原子、イオン、または分子が永続する磁気双極子モーメントを持つ物質を指す。外部磁場のない状態では、原子双極子は無秩序な方向を向き、結果として、全体としてどの方向においても磁化されない。この無秩序な方向性は物質内の熱振動の結果である。外部から磁場を加えると、平行状態の方が非平行位置よりもエネルギーが低い状態であるため、原子双極子は磁場に平行に向く傾向がある。これによって磁場に平行な正味の磁化が与えられ、磁化率に正に貢献する。「常磁性物質」または「常磁性体」についての詳細は様々な文献に見出され得る（例えば１９７５年の、Ｂ．Ｉ  ＢｌｅａｎｅｙおよびＢ．Ｂｌｅａｎｅｙ，Ｏｘｆｏｒｄによる「Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ」の第６章、１６９頁〜１７１頁）。
８．本明細書中で使用される場合、「強磁性物質」とは、非常に大きな値（正の）の磁化率によって区別される物質を指し、これらは加える磁場の強さに依存する。さらに、強磁性物質は、加える磁場のない状態でも磁気モーメントを持つことができ、磁場ゼロにおける磁化の保持は「残留磁気」として知られる。「強磁性物質」または「強磁性体」についての詳細は様々な文献に見出され得る（例えば１９７５年Ｂ．Ｉ  ＢｌｅａｎｅｙおよびＢ．Ｂｌｅａｎｅｙ，Ｏｘｆｏｒｄによる「Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ」の第６章、１７１頁〜１７４頁）。
９．本明細書中で使用される場合、「フェリ磁性物質」とは、自発磁化、残留磁気、および通常の強磁性物質と類似する他の性質を示すが、その自発モーメントが、物質内の（磁気）双極子が完全平行配置ある場合に期待される値とは一致しない物質を指す。「フェリ磁性物質」または「フェリ磁性体」のさらなる詳細は様々な文献で見出され得る（例えば１９７５年，Ｂ．Ｉ  ＢｌｅａｎｅｙおよびＢ．Ｂｌｅａｎｅｙ，Ｏｘｆｏｒｄによる「Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ」の第１６章、５１９頁〜５２４頁）。
【図１】
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【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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