(57)【要約】【課題】  流路内への電圧印加用電極およびこれに付随する電極配線等が不要で、小型で単純な構造を備えた液体搬送用の装置を提供すること。【解決手段】  イオンを含有する液体を搬送する流路と、前記液体に接する位置に配された基板と、前記基板に光を照射する光照射ユニットと、を備え、前記光照射ユニットより照射される光により、前記基板表面に前記液体を搬送する方向に沿って非対称な温度分布を生じさせる液体搬送装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを含有する液体を搬送する流路と、前記液体に接する位置に配された基板と、前記基板に光を照射する光照射ユニットと、を備え、前記光照射ユニットより照射される光により、前記基板表面に前記液体を搬送する方向に沿って非対称な温度分布を生じさせることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項２】
前記基板の表面は、前記液体を搬送する方向に沿って、非対称な光吸収率の分布を有することを特徴とする請求項１に記載の液体搬送装置。
【請求項３】
前記基板の表面は、前記基板とは相異する材料の層を選択的に配置してなることを特徴とする請求項２に記載の液体搬送装置。
【請求項４】
前記基板とは相異する材料の層は、色材を含む層であることを特徴とする請求項３に記載の液体搬送装置。
【請求項５】
前記色材を含む層は、該色材を構成する色成分の量を変化させて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液体搬送装置。
【請求項６】
前記流路内の前記液体中に前記基板表面の温度分布により温度勾配を生ずることを特徴とする請求項１に記載の液体搬送装置。
【請求項７】
前記温度勾配に基づくゼーベック効果により電界を生ずることを特徴とする請求項６に記載の液体搬送装置。
【請求項８】
前記電界に基づく前記イオンの移動により生ずる電気二重層により前記液体の駆動力を生ずることを特徴とする請求項７に記載の液体搬送装置。
【請求項９】
前記基板には、前記非対称な光吸収率の分布を有する表面が複数個所に設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の液体搬送装置。
【請求項１０】
前記非対称な光吸収率の分布を有する表面が周期的に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の液体搬送装置。
【請求項１１】
前記非対称な光吸収率の分布を有する表面は、凹凸構造を備えていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の液体搬送装置。
【請求項１２】
前記基板は、熱保持手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の液体搬送装置。
【請求項１３】
前記基板は、冷却手段を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の液体搬送装置。
【請求項１４】
前記光照射ユニットは、前記液体を搬送する方向に沿って、前記基板表面に非対称な強度分布の光を射出するものであることを特徴とする請求項１に記載の液体搬送装置。
【請求項１５】
前記光照射ユニットは、点光源を２次元的に配置したものであることを特徴とする請求項１４に記載の液体搬送装置。
【請求項１６】
前記光照射ユニットは、レーザー光をスキャン走査するものであることを特徴とする請求項１４に記載の液体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体搬送装置に関し、より具体的には、流体ゼーベック効果に起因する熱浸透現象を用いた液体搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気浸透を用いるマイクロポンプは、構造が比較的簡単である、微小流路（マイクロ流路）内への実装が容易、等の理由でμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、流体集積回路（流体ＩＣ）等の分野で使用されている。
【０００３】
こうした中、近年、誘起電荷電気浸透（ＩＣＥＯ：Ｉｎｄｕｃｅｄ‐Ｃｈａｒｇｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）を用いたマイクロポンプが、液体の流速を大きくできる、電極と液体の間に生ずる化学反応をＡＣ駆動が可能なことにより抑制できる等の理由から着目されている。
【０００４】
特許文献１は、誘起電荷電気浸透を用いたポンプ（送液装置）であって、ＩＣＥＯ流れを利用したマイクロポンプを開示する。
【０００５】
一方、非特許文献１では、金属面と絶縁面を有する二面粒子にレーザーを照射することにより、二つの面の間に温度差を発生させ、温度差に由来する熱浸透現象により、粒子を推進させる自己推進型熱泳動素子の技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７０８１１８９号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒ  １０５，  ２６８３０２（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のＩＣＥＯを利用した電気浸透ポンプは、機械的可動部が不要で低電圧で大きな流れが発生できることから今後の利用が期待されるものである。
【０００９】
しかし、電気浸透現象を利用しているため、流路内に電極を形成して電圧を印加する必要があり、複数流路など複雑な流路を形成する場合には複雑な電極配線が必要になる。更に、駆動電圧源を外部に置く場合には、外部駆動電源と内部電極を接続するために多数の結線と接続部が必要となる。
【００１０】
よって、μＴＡＳ等の流体集積回路の単純化及び小型化のためには、改善すべき点を有している。
【００１１】
液体に搬送用の駆動力を与えるポンプとしては、現在、一般的には、大型の外部圧力発生源が必要なポンプが用いられていることが多い。
【００１２】
もし、これに代わる外部圧力源等が不要な小型で単純な構造のポンプが実現できれば、システム全体のサイズやコストを下げることができ、流体集積回路の活用範囲を大きく広げられる可能性がある。
【００１３】
一方、非特許文献１では、レーザー照射により粒子内に温度差を発生させ、これに基づく熱浸透現象により粒子を推進させる自己推進型熱泳動素子についての記載されているものの、これはブラウン運動に起因した複雑な運動を伴うものである。そして、流路内に所望の方向に流れを形成し液体搬送の駆動力を与えるポンプ作用を発現するという観点での開示はなされていない。
【００１４】
本発明は、流路内への電圧印加用電極およびこれに付随する電極配線等が不要で、小型で単純な構造を備えた液体搬送用の装置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】
【００１５】
本発明により提供される液体搬送装置は、イオンを含有する液体を搬送する流路と、前記液体に接する位置に配された基板と、前記基板に光を照射する光照射ユニットと、を備え、前記光照射ユニットより照射される光により、前記基板表面に前記液体を搬送する方向に沿って非対称な温度分布を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液体搬送装置では、イオンを含有する液体に接する位置に配された基板の表面に光照射ユニットからの光照射により液体を搬送する方向に沿って非対称な温度分布を生ずる。非対称な温度分布により、液体内に温度分布が生じ、温度分布に起因してゼーベック効果により電界が発生し、電界に基づくイオンの移動により電気二重層が形成されることで液体の駆動力が生ずる。
【００１７】
本発明によると流路内への電圧印加用電極およびこれに付随する電極配線等が不要で、小型で単純な構造を備えた液体搬送用の装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の液体搬送装置を説明する模式図
【図２】図１の装置をより詳しく説明する模式図
【図３】図２の装置を更に詳しく説明する模式図
【図４】本発明の液体搬送装置における駆動力発生を説明する模式図
【図５】本発明の液体搬送装置の一例を説明する模式図
【図６】本発明の液体搬送装置の別の一例を説明する模式図
【図７】本発明の液体搬送装置の別の一例を説明する模式図
【図８】本発明の液体搬送装置の別の一例を説明する模式図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の液体搬送装置について、図を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の液体搬送装置の一例を示す模式図である。
図１に示す液体搬送装置は、陽イオン２１、陰イオン２２で示されるイオンを含有する液体２３を搬送する流路２０と、この液体に接する位置に配された基板４０と、この基板に光を照射する光照射ユニット１０と、を備えている。
【００２１】
４５は、透明基板であり、透明基板４５及び光照射ユニット１０が、基板４０と対向して配置してあり、光照射ユニット１０から射出された光１３は、基板４０の表面４１を照射する。
【００２２】
基板４０の表面４１には、光照射ユニットからの光照射により液体２３を搬送しようとする方向２４に沿って、非対称な温度分布が生ずる。
【００２３】
非対称な温度分布を生じさせる一形態としては、基板４０自体が非対称な温度分布を生ずる表面部分３１を有していることである。この表面部分３１は、非対称な光吸収率の分布特性を持たせること等で実現できる。図１では、表面部分３１は、複数個所に設けられている。
【００２４】
図１においてＷ１は、均一（対称）な光吸収特性を有する領域であり、Ｗ２が非対称な光吸収特性を有する領域である。
【００２５】
光照射ユニットからの光照射により液体２３を搬送しようとする方向２４に沿って、基板４０の表面４１に非対称な温度分布が生じさせる他の形態としては、光照射ユニット１０自体が非対称な強度分布の光を射出する形態がある。
【００２６】
以下の説明では、基板４０自体が非対称な温度分布を生ずる表面部分３１を有している形態を中心に説明するが、本願発明は、上記の２つの形態を包含する。
【００２７】
図２（ａ）は、図１の装置をより詳しく説明する模式図であり、図２（ｂ）は、光照射１３を受けた基板４０の表面４１における温度分布を示す模式図である。
【００２８】
図２（ｂ）では、表面部分３１に対応して非対称な温度分布３５を示している。
【００２９】
図２（ａ）においては、光照射１３により生ずる温度分布とゼーベック効果により電気二重層１５（基板表面の電荷が反対符号のイオンを引き寄せる）が形成されている。１６ａ及び１６ｂは、電気二重層の発生と共に生ずる接線方向の電界である。
【００３０】
１９は、基板表面の温度分布に付随して発生する初期段階での温度勾配ベクトルを示しており、２４は、液体を搬送しようとする方向を示している。即ち、流路内の液体中に温度勾配が生じている。
【００３１】
図３（ａ）は、図１及び図２（ａ）をより詳しく説明する模式図であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）と同様に基板４０の表面４１における温度分布を示している。
【００３２】
図３（ａ）において、２７は光照射により流路内に生ずる液体の正味流れの方向であり、２８及び２９は、それぞれ光照射により生ずる順方向、逆方向のすべり速度（Ｖｓ）を示している。
【００３３】
図１乃至図３に示した液体搬送装置においては、基板４０の表面４１の位置Ｘにおいて、光強度がＩ（ｘ）＝ｇ１（ｘ）Ｉ０［Ｗ／ｍ２］の光１３を照射すると、表面４１の光吸収率ｇ２（ｘ）に応じて、Ｑ（ｘ）＝ｇ１（ｘ）ｇ２（ｘ）Ｉ０［Ｗ／ｍ２］なる表面発熱が生じる。
【００３４】
これにより系の熱伝導方程式より、液体２３を搬送しようとする方向２４に沿って非対称な表面温度分布ｆ（ｘ）＝ｆ（Ｑ（ｘ））が生じる。
【００３５】
この結果、基板４０の表面４１の上方には低温表面部位から高温表面部位に向かう温度勾配ベクトル１９が発生し、流体ゼーベック効果によって、温度勾配ベクトルに平行な電界Ｅ＝Ｓ  ｇｒａｄ  Ｔが発生する。
【００３６】
流路２０は、含イオン性の液体２３で満たされているため、含有イオンは該電界Ｅ＝Ｓ  ｇｒａｄ  Ｔに沿って移動し、相対的に高温側の表面にはプラスイオンが、低温側の表面にはマイナスイオンが、それぞれ集まる。そして、基板の表面４１近傍に所謂電気二重層１５が形成される。
【００３７】
電気二重層が形成され始まるとイオンの遮蔽効果に基板表面に垂直な電界成分は弱められ、基板表面に平行な接線電界Ｅｔ（１６ａ、１６ｂ）が顕著となる。
【００３８】
電気二重層を形成するイオンは、接線電界Ｅｔに対応して電極表面に沿ってすべるように移動し、電気二重層の外側ですべり速度Ｖｓを発生させる。
【００３９】
このすべり速度Ｖｓは高温側表面及び低温側表面で発生し、それぞれ順方向すべり速度２８及び逆方向すべり速度２９となる。
【００４０】
ここで、基板表面の非対称な熱吸収分布あるいは光源の非対称な光強度分布に由来して形成される表面温度分布３５の、液体を搬送しようとする方向２４に対する非対称性によって、順方向流れ２８と逆方向流れ２９の対称性が破れ、正味の流れ２７が生起される。
【００４１】
即ち、本発明の液体搬送装置では、光照射により基板表面に液体の搬送方向に沿って、非対称な温度分布を形成することで、温度勾配に起因して表面に接する含イオン性液体内にゼーベック電界を誘起させる。そして、これに起因して形成される電気二重層と接線電界との相互作用により、正味の流れが発生できる。即ち、駆動力を生ずる。
【００４２】
本発明によると流路内への電圧印加用電極およびこれに付随する電極配線等が不要で、小型で単純な構造を備えた液体搬送用の装置を提供できる。
【００４３】
本発明において、光照射ユニットは、レーザー光源、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源、蛍光灯光源、ハロゲンランプ等を用いて構成することができる。
【００４４】
また、これらの光源を用いて、２次元的パターン化された光源、異なる波長特性を有する光源、ＲＧＢ光フィルターを備えたディスプレイ光源を採用することもできる。
【００４５】
特に、ディスプレイのように２次元的または１次元的な光出力を、液体を搬送する方向に沿って非対称性なパターンで発生させれば、含イオン性流体を挟み持つ２次元流路内に所望のパターン化された流れを発生できる。
【００４６】
更に、光出力形態に着目すると、連続光源、パルス出力光源、断続的な出力光源等、各種の形態を採用することができる。
【００４７】
また、波長の変化するレーザーを用いると、基板表面の異なる吸収層に熱を発生させ、異なる方向の流れを作ることもできる。
【００４８】
また、レーザー照射を断続的に行えば、照射周波数によって、加熱と放熱の関係を調整できるので、熱サイクル的に好ましいシステムを構成できる。
【００４９】
この時、流体ゼーベック効果により電気二重層を形成するためには、１００ＫＨｚ以下の駆動周波数を用いることが望ましい。
【００５０】
本発明において、基板４０を構成する材料としては、ガラスの他、Ｓｉ等の半導体、金属、紙、樹脂等を挙げることができる。
【００５１】
基板の液体と接する表面には、光吸収を効果的に行うために光吸収層を有することが好ましい。
【００５２】
光吸収層は、基板４０とは相異する材料の層を選択的に基板表面に配置することや、異種の複数の材料を配置すること等で形成することが可能である。
【００５３】
この場合、光吸収率の分布が生ずるように材料層の厚みを変化させること等が好適である。
【００５４】
光吸収層の一例として、顔料などの色材を混ぜた樹脂層を挙げることができる。具体的には、色材を構成する色成分の量や成分自体を変化させる等して光吸収率の分布を形成することができる。
【００５５】
また、金属（例えば、金、白金）の他、炭素や炭素系の材料等を用いて、基板の表面に非対称な光吸収率分布を有する層を形成することも有用である。
【００５６】
また、これらの表面層は薄い保護層を持たせることができる。例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属に絶縁被膜等を設けても構わない。
【００５７】
また、流路内の液体と接する位置に設けられる基板の非対称な温度分布を生ずる表面の数は、効率的に流れを発生させるために、複数とすることも可能であり、流路の幅や、搬送する液体の粘性等を考慮して選択することができる。
【００５８】
また、非対称な温度分布を生ずる表面は、流れを強めるという観点から周期的に配置することが好ましい。
【００５９】
光照射により非対称な温度分布を生ずる表面の形状は、液体の流れを形成する方向に非対称性を持たせることが、逆方向流れを流体力学的に抑制する観点から有用である。
【００６０】
直角三角形断面を有する構造物を周期的に配置した表面やＬ字型に構成した立体的な構造物を周期的に配置した表面構造等は、正味流れを強める上で効果的である。
【００６１】
また、透明基板の表面（第１の面）に吸収層を配置した基板では、光を基板の裏面（第１の面と反対側の面）から照射することもできる。また、この場合には、流路内の光照射ユニットが設けられた側の基板と、これと対向する側の基板の両方に非対称な温度分布を生ずる表明を形成することもできる。
【００６２】
また、非対称な温度分布を生ずる表面は、光吸収率の分布と同義であるが、吸収よりも反射の観点からすると光反射率の分布を有する表面と捉えることができる。この観点に立つと、基板表面４１の表面粗さを選択的に変化させる手法や、金属膜を選択的に配置する手法や、金属膜表面の粗さを制御する手法等を採用できる。
【００６３】
また、熱伝導率が低い蓄熱層と熱伝導率が高い熱浴部を有する基板を用いると、光照射時には熱を効果的に保持し、光照射オフ時に速やかに放熱することができるので、光応答性を高める効果がある。
【００６４】
本発明において、液体を搬送する流路は、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の分野で一般的に使用される材料で構成することができる。
【００６５】
具体的には、搬送する液体に対して安定な材料で構成でき、そのような材料としては、ＳｉＯ２やＳｉ等の無機材料の他、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ系樹脂などの高分子樹脂等が挙げられる。
【００６６】
本発明においては、流路を構成する材料の表面に光照射により液体を搬送する方向に沿って非対称な温度分布を生ずる表面を形成したものをも包含する。
【００６７】
流路の断面幅や深さは、バイオ関連の粒子を含む流体を流すという観点からすれば、１０μｍから１ｍｍ程度が好ましいが、これは必然的なものではなく、１μｍ〜２０００μｍの範囲とすることも可能である。
【００６８】
本発明において、流路内を搬送可能な流体は、イオンを含有する液体であり、基本的には、帯電成分を含有する極性分子を含むものであり、水や、各種電解質を含む溶液等が挙げられる。
【００６９】
特に、含イオン性液体は、水や電解液及びイオンを含む油性液体等を用いることができる。
【００７０】
たとえば、ＮａＣｌ水溶液（Ｓ＝０．０５  ｍＶ／Ｋ）、ＮａＯＨ水溶液（Ｓ＝−０．２２  ｍＶ／Ｋ）、ＨＣｌ水溶液（Ｓ＝０．２１  ｍＶ／Ｋ）、ＴＢＡＮ（ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌ−ａｍｍｏｎｉｕｍ）  水溶液（Ｓ＝１．０  ｍＶ／Ｋ）、ＴＢＡＮドデカノール溶液（Ｓ＝７．２  ｍＶ／Ｋ）を用いることができる。ただし、Ｓはゼーベック係数で単位温度差あたり誘起される電圧を示す。
【００７１】
ゼーベック係数Ｓが大きな液体を用いることが望ましいが、用途に応じて選択することができる。
【００７２】
尚、水等の電解質液に含まれる微細な気泡や油脂材料等を含む液体や、無機及び有機の微粒子やコロイド粒子を含む液体であってもかまわない。
【００７３】
また、本発明の液体搬送装置を作成するには、流路は、所謂、マイクロＴＡＳ等に用いられる微小流路と同様に、ＭＥＭＳ技術、リソグラフィー技術等を用いることができる。また、機械加工を含む、張り合わせ技術、プレス加工等を用いることも可能である。
【００７４】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。尚、図面を参照した以降の説明では、図面中の同一の部材には原則、同一の番号を付して重複した説明はなるべく省略することとする。
【実施例１】
【００７５】
図１乃至図３は、本例の液体輸送装置を示す模式図である。
【００７６】
図１においては、基板４０と、この基板に光を照射する光照射ユニット１０と、を対向して配置し、これらの間に陽イオン２１、陰イオン２２で示されるイオンを含有する液体２３を搬送する流路２０を構成している。
【００７７】
４５は、透明基板であり、透明基板４５及び光照射ユニット１０が、基板４０と対向して配置してあり、光照射ユニット１０から射出された光１３は、基板４５の表面４１を照射する。
【００７８】
基板４０の表面４１には、光照射ユニットからの光照射により液体２３を搬送しようとする方向２４に沿って、非対称な温度分布を生ずる表面部分３１を有している。即ち、非対称な光吸収率分布を有する表面部分３１である。
【００７９】
図２（ａ）は、図１の装置をより詳しく説明する模式図であり、図２（ｂ）は、光照射１３を受けた基板４０の表面４１における温度分布を示す模式図である。
【００８０】
図２（ｂ）では、表面部分３１に対応して非対称な温度分布３５を示している。
【００８１】
図２（ａ）においては、光照射１３により生ずる温度分布とゼーベック効果により電気二重層１５（基板表面の電荷が反対符号のイオンを引き寄せる）が形成されている。１６ａ及び１６ｂは、電気二重層の発生と共に生ずる接線方向の電界である。
【００８２】
１９は、基板表面の温度分布に付随して発生する初期段階での温度勾配ベクトルを示しており、２４は、液体を搬送しようとする方向を示している。
【００８３】
図３（ａ）は、図１及び図２（ａ）をより詳しく説明する模式図であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）と同様に基板４０の表面４１における温度分布を示している。
【００８４】
図３（ａ）において、２７は光照射により流路内に生ずる液体の正味流れの方向であり、２８及び２９は、それぞれ光照射により生ずる順方向、逆方向のすべり速度（Ｖｓ）を示している。
【００８５】
本例の装置では、特に、液体を搬送しようとする方向２４に対して光吸収率分布が連続的に変化する表面部分３１を有しており、この表面部分は、基板４０の表面に周期的に配されている。
【００８６】
本例の装置では、光照射ユニット１０による光照射１３により液体２３内に流体ゼーベック効果による電界を誘起し、含有イオンが電界に沿って移動することで電気二重層が形成される。
【００８７】
同時に表面付近の接線電界と電気二重層の相互作用により流れを発生させものであり、温度分布の非対称性から正味の流れを発生できる流体輸送装置である。
【００８８】
本例では、特に、表面の非対称光吸収分布を利用しているので、光源に単純な構造で低いコストの光源を利用できる。
【００８９】
また、非対称な温度分布を生ずる表面部分３１を周期的に配置することで、液体２３の駆動面積を増加させ、流速を高めている。
【００９０】
本例の装置では、流路２０は、基板４０と透明基板４５と厚さ１−５００μｍのスペーサー部材（非図示）とを用いて構成した。
【００９１】
透明基板４５には、厚さ１ｍｍのガラス基板を用いた。
【００９２】
また、非対称な光吸収率分布を持つ表面３１は、白と黒の顔料の混合率を変化させて樹脂系インクを約０．１−１００μｍの厚さで塗布することにより幅Ｗ１の白領域と幅Ｗ２の白から黒へ直線的に光吸収率が変化する領域を備えている。
【００９３】
また、一様な光吸収層の上に反射率が連続的に変化する層を形成して作成することや、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒなどの金属薄膜を厚み０−１μｍ程度まで連続的に変化させることも可能である。
【００９４】
ここで、不図示であるが、基板４０を構成する表面４１の内側（下層に）光照射１３によって発生する熱を保持する層（熱保持手段）と、冷却する層（冷却手段）と、を配置することも可能である。
【００９５】
この場合、光照射時に発生する熱を有効に利用できるとともに光照射オフ時に熱を速やかに逃がすことができ、光に対する応答性の向上を図ることができる。
【００９６】
ここで、熱を保持する層は、熱伝導率が低い［１０Ｗ／（ｍＫ）以下］の薄膜層［厚さ０．２μｍ以上、１００μｍ以下］であり、冷却する層は、熱伝導率が高い［１０Ｗ／（ｍＫ）以上］の厚膜層または基板［厚さ１００μｍ以上］とすることができる。
【００９７】
具体例としては、厚さ１μｍのＳｉＯ２層と厚さ０．７ｍｍのＳｉ基板が挙げられる。
【００９８】
光照射ユニット１０を構成する光源は、１ｍＷから１０Ｗ程度までのレーザー光源とした。
【００９９】
例えば、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー（１−１００ｍＷ）を焦点をぼかして１０μｍｘ１０μｍ程度の領域に照射すると、１０ＭＷ／ｍ２から１０００ＭＷ／ｍ２程度の光強度Ｉを得ることができる。
【０１００】
基板表面４１の光吸収領域３１の光吸収率ｇ２を０．１から１に調整すれば、１ＭＷ／ｍ２から１０００ＭＷ／ｍ２程度の表面発熱密度Ｑ‘を得ることができ、これを用いて、
基板表面に温度差ΔＴの非対称温度分布を形成することができる。
【０１０１】
ここで、本例の装置によって、液体の流れを発生させ得ることの理論的な説明をすると以下となる。
【０１０２】
図１に示した光照射ユニット１０より基板表面４１に光１３が照射されると、非対称な光吸収率分布を持つ表面３１に対応して、図４（ｃ）に示すように、非対称温度分布３５が生じる。
【０１０３】
図４（ｃ）では、温度の極大ピーク値Ｔ２を与える位置からｘ方向及び−ｘ方向に計測した極小温度値Ｔ１に達する距離をそれぞれ、ΔＸ１、ΔＸ２（＜ΔＸ１）としている。
【０１０４】
図４（ｃ）に示す非対称温度分布３５が生ずると、図４（ｂ）に示すように低温部から高温部に向かう温度勾配ベクトル１９（ｇｒａｄ  Ｔ）が流路内の基板表面付近に生ずる。そして、この温度勾配によりＥ＝Ｓ  ｇｒａｄ  Ｔで示される流体ゼーベック効果によって誘起される電界が発生する。
【０１０５】
その結果、プラスイオンは高温側表面に、マイナスイオンは低温側表面にそれぞれ向かい、図４（ａ）に示すように、基板表面にζ電位（ζ１及びζ２）で特徴づけられる電気２重層と接線方向の電界成分Ｅｔ（Ｅｔ１及びＥｔ２）が発生する。接線方向の電界成分は、１６ａと１６ｂとしても表記している。
【０１０６】
これによりＨｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ  の式Ｖｓ＝−εζＥｔ／ηなるすべり速度が発生する。ここで、ηは粘性（水の場合には１ｍＰａ  ｓ）であり、εは液体５の誘電率（水の場合には、真空の誘電率をε０として、ε＝８０ε０）である。
【０１０７】
ここで、もし、ピークの左右で温度分布が対称ならば、発生する接線電位Ｅｔは同一となり、ζ電位はピーク左右で大きさが同じで反対符号となるため、互いに方向が異なり大きさが等しいすべり速度が左右に発生する。そのために、正味の流れを得ることができない。
【０１０８】
これに対して、温度ピークの左右で非対称な温度分布を基板表面に発生させると、図４（ａ）に示すように左右の接線電位とζ電位及びすべり速度の対称性が破れ、正味のすべり速度と流れ２７を発生できる。２８及び２９は、それぞれ順方向、逆方向のすべり速度（Ｖｓ１、Ｖｓ２）を示している。２４は、液体を搬送しようとする方向である。
【０１０９】
図４（ｃ）において、極大ピークと極小値の温度差はΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１であるので、ピークの右側の温度勾配はおよそ−ΔＴ／ΔＸ１、ピーク左側の温度勾配は−ΔＴ／ΔＸ２となる。
【０１１０】
図４（ａ）において、ピーク右側の接線電界Ｅｔ１（１６ｂ）は−ＳΔＴ／ΔＸ１、ピーク左側の接線電界Ｅｔ２（１６ａ）は−ＳΔＴ／ΔＸ２となる。
【０１１１】
すると、ピーク右側のζ電位はζ１＝＋Ｓ（ΔＴ／ΔＸ１）ΔＸ１＝＋ＳΔＴ、ピーク左側のζ電位はζ２＝−Ｓ（ΔＴ／ΔＸ２）ΔＸ２＝−ＳΔＴで示される。
【０１１２】
そして、ピークの右側のすべり速度Ｖｓ１＝−ε（＋ＳΔＴ）  （−ＳΔＴ／ΔＸ１）＝＋ε（ＳΔＴ）２／（ΔＸ１η）、ピークの右側のすべり速度Ｖｓ２＝−ε（−ＳΔＴ）  （−ＳΔＴ／ΔＸ２）＝＋ε（ＳΔＴ）２／（ΔＸ２η）となる。
【０１１３】
ここで、ΔＸ１＜ΔＸ２であるので、右のすべり速度２８が左のすべり速度２９より大きくなり、Ｖｓ＝Ｖｓ１−Ｖｓ２＝＋ε（ＳΔＴ）２［（１／ΔＸ１η）−  （１／ΔＸ２η）］で示される正味のすべり速度２７が発生する。
【０１１４】
特に、ΔＸ１＜＜ΔＸ２の場合には、上記第２項は無視でき、Ｖｓ≒＋ε（ＳΔＴ）２（１／ΔＸ１η）となる。
【０１１５】
イオンを含有する液体２３として、ＴＢＡＮ（ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌ−ａｍｍｏｎｉｕｍ）  水溶液を用い、ΔＴ＝１Ｋ、ΔＸ＝１μｍとなるようにすると、ゼーベック係数ＳはＳ＝１．０  ｍＶ／Ｋであるので、Ｖｓ≒＋０．７μｍ／ｓとなる。
【０１１６】
また、同じ条件で、ΔＴ＝１０、４０、及び８０Ｋとすると、Ｖｓ≒＋７０、１１１２、及び  ４４８０μｍ／ｓとなる。ただし、η＝１ｍＰａ  ｓ、ε＝８０ε０とした。
【０１１７】
ここで、すべり速度Ｖｓ（液体の正味流れ２７）は、系の代表速度であり、マイクロＴＡＳなどの応用では、この値を参照値として、目的にあった設計がなされる。
【０１１８】
例えば、通常のμＴＡＳ用の流路設計においては、数ＫＶの印加を使うＤＣ電気浸透ポンプではＶｓ≒０．１ｍｍ／ｓ程度を標準的な値として設計できる。
【０１１９】
また、低電圧高流速ポンプとして期待される誘起電荷電気浸透（ＩＣＥＯ）ポンプおよびＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）ポンプではＶｓ≒１ｍｍ／ｓ程度が標準的な値として設計できる。
【０１２０】
同様に、電気２重層と表面接線電界を利用した熱浸透ポンプでも、Ｖｓ≒＋０．７、７０、１１１２、及び  ４４８０μｍ／ｓといった値を流速の代表値として、目的に応じた設計が可能である。
【０１２１】
尚、流路内の平均流速Ｕｐは、流路２０の長さＬ（図１におけるｘ方向の長さ）、幅Ｗ（図１におけるｙ方向に測った基板間距離）、高さＨ（図１における紙面に垂直な方向の流路幅）、流路形状、すべり速度を与える面の大きさや形状及び配置位置等によって変動するパラメータγ（＜１）を用いて、以下のように表わされる。
【０１２２】
即ち、Ｕｐ＝γＶｓである。
【０１２３】
これを参照して目的に応じた設計が可能となる。
【実施例２】
【０１２４】
図５を参照して、本例の液体搬送装置を説明する。
【０１２５】
本例の装置は、実施例１に示した装置と類似の構成であるが、送液しようとする方向２４に略垂直な方向に凹凸構造４５を表面に有する基板４０を用いている点と、基板４０を構成する表面の下層に光照射１３によって発生する熱を保持する層１１を設けている点が主たる相異点である。熱を保持する層１１の下層には、熱を冷却する層１２を配置している。
【０１２６】
非対称な温度分布を生ずる表面３１を凹凸構造４５の凹部とすることによって、送液しようとする方向２４と反対方向に発生するすべり速度２９（ｖｓ２）に由来する流れの抑制し、正味の流速を高める効果がある。
【０１２７】
凹凸構造４５は一方の流れを他方の流れよりも流体力学的に抑制することで正味の流れを強める構造となり得、これには、段差構造、孔構造等を採用することが可能である。
【０１２８】
図５に示した凹凸構造２０は、熱吸収率の低い矩形断面構造の段差構造を低温分布側の表面に配置したものであり、断面構造は三角形、多角形、Ｌ字型など様々な形状を用いることができる。
【０１２９】
また、熱を保持する層１１と熱を冷却する層１２を設けたことで、光照射時に発生する熱を有効に利用できるとともに光照射オフ時に熱を速やかに逃がすことができ、光に対する応答性の向上を図ることができる。
【０１３０】
熱を保持する層１１は、熱伝導率が低い［１０Ｗ／（ｍＫ）以下］の薄膜層［厚さ０．２μｍ以上、１００μｍ以下］であり、冷却する層１２は、熱伝導率が高い［１０Ｗ／（ｍＫ）以上］の厚膜層または基板［厚さ１００μｍ以上］とすることができる。
【０１３１】
具体例としては、厚さ１μｍのＳｉＯ２層と厚さ０．７ｍｍのＳｉ基板が挙げられる。
【実施例３】
【０１３２】
図６を参照して、本例の液体搬送装置を説明する。
【０１３３】
本例の装置は、実施例１に示した装置と類似の構成であるが、送液しようとする方向２４に対して光吸収率分布が段階的に変化する表面３１ｂを周期的に設けている点と、図５で示した熱を保持する層１１等を設けている点が主たる相異点である。
【０１３４】
本例の装置では、非対称な光吸収分布が段階的に変化する表面３１ｂを採用し、非対称な温度分布３５ｂを形成しているので、光吸収層の形成を単純化できる効果がある。
【０１３５】
図６に示した装置では、白と黒と２値の光吸収率を用い、光を吸収する表面領域である黒領域の面積を変化させることにより光吸収密度の高い領域と低い領域を形成し、表面温度分布の非対称性を形成している。よって、非対称な光吸収分布を有する表面の形成が容易となっている。
【０１３６】
これとは別に、金属が短波長側で良好な光吸収体であることを利用し、光収吸層として、Ａｕ、Ｃｕ，Ｃｒ、Ｗなどの金属薄膜の面積を変えて配置することでも、非対称温度分布を有する表面を形成することができる。
【実施例４】
【０１３７】
図７を参照して、本例の液体搬送装置を説明する。
【０１３８】
本例の装置は、実施例３に示した装置と類似の構成であるが、光照射ユニット１０ｃとして、送液しようとする方向に対して非対称な光強度分布の光を射出できる光源を採用した点が主たる相異点である。
【０１３９】
本例の装置では、基板表面の光吸収層３１ｃを単純化できるとともに、２次元的光照射ユニット１０ｃを用いて光照射のパターンや非対称性の方向を変えることが可能となる。
【０１４０】
これにより、透明基板４５と基板４０に挟持された流路２０内に流体の流れを比較的自在に形成できる。
【０１４１】
ここで、非対称な光強度分布および２次元的な照射パターンを有する光照射ユニット１０ｃは、点光源を２次元的に配置したものの他、時分割駆動されたものやスキャナー等の可動式ミラーを用いてレーザー光をスキャン走査するもの等を採用できる。
【０１４２】
また、ディスプレーのように一様な光源と２次元状に配置した光シャッターを組み合わせた２次元パターン光源を用いることも可能である。
【０１４３】
また、パルス状のレーザーや高速の光シャッターを用いて、表面３１に対して断続的に光照射を行うことにより、熱を吸収させたい領域以外の温度上昇を抑制させることも可能である。
【０１４４】
光の照射時間が短ければ熱の拡散を抑えられるので、微細な領域に大きな温度差を与えることができ、大きな温度勾配を形成できて流速を大きくするのに有用である。
【実施例５】
【０１４５】
図８を参照して、本例の液体搬送装置を説明する。
【０１４６】
本例の装置は、実施例３に示した装置と類似の構成であるが、実施例３に示した装置における非対称な光吸収分布が段階的に変化する表面３１ｂに代えて、複数の互いに異なる光吸収波長を有する非対称な光吸収表面３ｄ及び３ｅと、該光吸収波長に対応する波長特性を有する複数光源１０ｄを備えていることが、主たる相異点である。
【０１４７】
この装置では、Ｘ方向を送液方向とするシアン（Ｃ）を吸収材とする表面３ｅと、−Ｘ方向を送液方向とするマゼンタ（Ｍ）を吸収材とする表面３ｄと、を交互に配置し、各表面に対応する赤色（Ｒ）及び緑色（Ｇ）の照射が可能な光源１０ｄを備えている。
【０１４８】
赤色光照射時にはシアン吸収材による非対称温度分布が形成されＸ方向の流れを発生でき、緑色光照射時にはシアン吸収材による非対称温度分布が形成され−Ｘ方向の流れを発生できる。
【０１４９】
すなわち、本例の装置では、複数の互いに異なる光吸収波長を有する非対称光吸収表面３ｄ及び３ｅと、該光吸収波長に対応する波長特性を有する複数光源１０ｄを備えることで、光源の照射波長を切り替えることにより、対応する表面部分に応じて選択的に流れを発生できる。
【符号の説明】
【０１５０】
１０  光照射ユニット
１３  照射光
２１、２２  イオン
２３  イオンを含有する液体
２０  流路
２４  液体を搬送する方法
３１  光照射により非対称な温度分布を生ずる表面
４０  基板
【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７】
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【図８】
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