(57)【要約】  マイクロシステム電源１は、コンパートメント７、イオン前分離手段６１，６２によってコンパートメント７から分離される少なくとも１つのイオンシンクボイド５１，５２、イオンシンクボイド内に配置される第一電極４１、及び第二電極４２を有する。こうしたマイクロシステム電源１は、例えば埋め込み型マイクロデバイス、ＭＥＭＳ、バイオＭＥＭＳなどといったマイクロシステムに電力を供給することを可能にし、マイクロシステム電源１は比較的環境に配慮して廃棄可能になるような方法で比較的効率的に製造されることができる。
2011523763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロシステム電源であって、
コンパートメントと、
イオン前分離手段によって前記コンパートメントから分離される少なくとも１つのイオンシンクボイドと、
前記少なくとも１つのイオンシンクボイド内に配置される第一電極と、
第二電極とを有する、マイクロシステム電源。
【請求項２】
前記イオン前分離手段が陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を有し、
前記少なくとも１つのイオンシンクボイドが第一イオンシンクボイドと第二イオンシンクボイドを有し、
前記第一イオンシンクボイドが前記陰イオン交換膜によって前記コンパートメントから分離され、
前記第二イオンシンクボイドが前記陽イオン交換膜によって前記コンパートメントから分離される、請求項１に記載のマイクロシステム電源。
【請求項３】
前記第一電極が前記第一イオンシンクボイド内に配置され、前記第二電極が前記第二イオンシンクボイド内に配置される、請求項２に記載のマイクロシステム電源。
【請求項４】
前記陰イオン交換膜と前記陽イオン交換膜が前記コンパートメントの両側に配置される、請求項２又は３に記載のマイクロシステム電源。
【請求項５】
イオンシンク媒体が前記少なくとも１つのイオンシンクボイド内に配置される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項６】
前記少なくとも１つのイオンシンクボイドがイオンシンク媒体を受け取るための入口を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項７】
前記イオンシンク媒体が低イオン化性液体である、請求項５又は６に記載のマイクロシステム電源。
【請求項８】
前記第一電極と前記第二電極に接続される電気回路を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項９】
第一プレート、第二プレート、及び前記第一プレートと前記第二プレートの間に配置されるスペースホルダを有し、前記コンパートメント、前記少なくとも１つのイオンシンクボイド、前記イオン前分離手段、前記第一電極、及び前記第二電極が、前記第一プレート、前記第二プレート、及び前記スペースホルダによって形成される内部の中に配置される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのイオンシンクボイドが前記イオン前分離手段によって封入され、前記コンパートメントが前記少なくとも１つのイオンシンクボイドを囲んでいる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項１１】
前記イオン前分離手段が、前記コンパートメントに面した不均一な構造の表面を持つ、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項１２】
複数のコンパートメントと、複数の少なくとも１つのイオンシンクボイドと、複数のイオン前分離手段と、複数の第一電極と、複数の第二電極とを有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項１３】
前記コンパートメント内に配置される塩を有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のマイクロシステム電源。
【請求項１４】
マイクロシステムに電力を供給する方法であって、
（ｉ）イオン前分離手段によって少なくとも１つのイオンシンクボイドから分離されるコンパートメントを設けるステップと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つのイオンシンクボイド内の第一電極と、基準に接する第二電極とを設けるステップと、
（ｉｉｉ）前記第一電極と前記第二電極に接続する電気回路を設けるステップと、
（ｉｖ）前記少なくとも１つのイオンシンクボイドにイオンシンク媒体を供給するステップと、
（ｖ）前記電気回路を前記マイクロシステムに接続するステップと、
（ｖｉ）前記コンパートメントに生体液体を供給するステップとを有する方法。
【請求項１５】
前記コンパートメントに前記生体液体が供給される前に塩が前記コンパートメント内に配置される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロシステムに電力を供給するのに適した、特にマイクロ流体システム、マイクロエレクトロメカニカルシステム、医療及び健康関連用途用のマイクロエレクトロメカニカルシステム、又は埋め込み型マイクロデバイスに電力を供給するのに適した、電源の分野に関する。より具体的には、本発明はマイクロシステム電源及びマイクロシステムに電力を供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑で、自律的で、低コストの分析システムを作る能力を持つ技術として、マイクロシステム、及び特にマイクロ流体システムの重要性が増している。しばしば、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）、並びに医療及び健康関連用途用のＭＥＭＳ（バイオＭＥＭＳ）は、ポンプ、混合、又は、マイクロチャネル若しくは容器の開閉などの所定動作を実行するために組み込まれる。それによって、例えば小さな半導体発光ダイオード及び光センサなど、被分析物の有無についてのデジタル情報を提供するセンサがしばしば組み込まれる。
【０００３】
取り組むべき重要な問題の１つは、こうしたマイクロシステムを動かすための電力の供給である。特に、標準電源から離れた領域で使用するための、携帯手動操作機器として、又は埋め込み型装置として作られるときは、局所電源が必要である。この要求は、現在通常はリチウム電池などの旧知の電池システムによって解決されている。こうした電池システムの問題の１つは、マイクロシステムがしばしば使い捨て機器であり、内蔵標準電池が環境に負荷を与え得るため、環境問題に関連する。これを避けるために、取り外し可能で、再利用又は適切な廃棄が可能な外部電池も適用されることができる。しかしながら、電池のサイズ及びその接点のサイズは、マイクロシステムのサイズに一致しないことが多い。また、こうした電池が供給する電力は、通常はマイクロシステムに必要な電力に対して超過する。さらに、こうした電池は通常、長期間にわたって安定に保存することができず、これは散発的にしか使用されない装置にとって特に重要となり得る。
【０００４】
上述の電池システムの欠点の少なくともいくつかを克服するために、使い捨てで、キャビティ内での化学反応を用いる酸及び／又は水で活性化される電池システムが開発されている。しかしながら、これらのさらなる電池システムは、通常、製造が比較的複雑で、通常はバイオＭＥＭＳと適合しない。例えばＷＯ  ２００６／０２８３４７  Ａ１では、使い捨てＤＮＡチップ、ｌａｂ‐ｏｎ‐ａ‐ｃｈｉｐ、及びマイクロ流体工学での用途用の、液体で活性化されることができる電池が記載されている。この電池は、塩化物陽極材料を含む紙、陰極、電流収集用の銅層、及び、陰極、紙、銅層の間の所定間隔を保つ下部及び上部プラスチックフィルムに基づく。電池はさらに液体用の導入穴と放出穴を持つ。尿又は他の（生体）液体が電池を活性化させるために使用される。電池が液体によって活性化された後に電流を駆動するために電池によって行われる化学反応全体は、Ｍｇ＋２ＣｕＣｌ→ＭｇＣｌ２＋２Ｃｕとあらわされる。それによって、乾燥したシステムと液体の間に接触がもたらされるとすぐに、電池は動き始める。しかしながら、人工的金属イオン又は人工的塩が電池内で使用されており、これは電池が廃棄されるときに環境に悪影響を及ぼす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＥＭＳ、埋め込み型マイクロデバイス、又はバイオＭＥＭＳ又は同様のシステムとともに一体化されるのに適した、自律的に動作する代替的なマイクロ電源システムを実現することが有利となり得る。代替的なマイクロシステム電源を比較的容易に製造することを可能にすることもまた望ましい。これらの問題の１つ以上によりよく対処するために、本発明の第一の態様においては、コンパートメント、イオン前分離手段によってコンパートメントから分離される少なくとも１つのイオンシンクボイド、少なくとも１つのイオンシンクボイド内に配置される第一電極、及び第二電極を有するマイクロシステム電源が提示される。本明細書で使用される"マイクロシステム"という語及びその派生語は、マイクロメートル又はマイクロリットル寸法装置に関し、低センチメートル又は低センチリットル装置も含む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
こうしたマイクロシステム電源は、逆電気透析によって生成される電力を供給することができる。従って、特に生体液体などの適切な液体、例えば血液又は尿がコンパートメントに供給されることができる。一例として、尿は通常は塩を含み、ここではＮａ＋，Ｋ＋，Ｍｇ２+，Ｃａ２＋，及びＮＨ４＋が陽イオンとしてよく発生し、Ｃｌ−，ＳＯ４２−，Ｈ２ＰＯ４−，ＨＰＯ４２−，及びＰＯ４３−が陰イオンとしてよく発生する。コンパートメント内、及び少なくとも１つのイオンシンクボイド内の塩濃度の差を減らす傾向によって駆動され、イオンはイオン前分離手段を通過し、イオン前分離手段は陽イオン又は陰イオンのいずれかに対して透過性である。このようにして、イオンシンクボイドと基準、例えばコンパートメント自体におけるイオン濃度の化学ポテンシャルの差がもたらされる。第一電極と第二電極の間の電圧によって電力が供給されることができるように、第一電極は少なくとも１つのイオンシンクボイド内に配置され、第二電極は基準内に配置される。従って、こうしたマイクロシステム電源は、例えば埋め込み型マイクロデバイス、ＭＥＭＳ、バイオＭＥＭＳなどといったマイクロシステムに電力を供給することを可能にし、マイクロシステム電源は比較的環境に配慮して廃棄可能になるような方法で比較的効率的に製造されることができる。さらに、マイクロシステム電源を用いて、特に身体自体の液体、例えば血液又は尿などの生体液体が、マイクロシステム電源を動かすためのエネルギー源として使用されることができる。従って、マイクロシステム電源は自立可能であることができ、特にバイオセンシングマイクロ流体デバイスへの、又は例えば埋め込み型薬物送達マイクロデバイスへの組み込みに適することができる。
【０００７】
好適には、イオン前分離手段は陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を有し、並びに少なくとも１つのイオンシンクボイドは第一イオンシンクボイドと第二イオンシンクボイドを有する。それによって、第一イオンシンクボイドは陰イオン交換膜によってコンパートメントから分離され、第二イオンシンクボイドは陽イオン交換膜によってコンパートメントから分離される。さらに、第一電極は好適には第一イオンシンクボイド内に配置され、第二電極は好適には第二イオンシンクボイド内に配置される。こうしたイオンシンクボイドと交換膜の配置により、コンパートメントとイオンシンクボイドに供給される適切な液体のイオン濃度の差を減らす傾向が、陰イオンを第一イオンシンクボイド内に蓄積するようにし、陽イオンを第二イオンシンクボイド内に蓄積するようにする。このようにして、第一イオンシンクボイド内に配置される第一電極と第二イオンシンクボイド内に配置される第二電極の間の電圧によって電力が供給されることができるように、第二イオンシンクボイドは第二電極とともに基準となることができる。
【０００８】
適切な陰イオン交換膜と陽イオン交換膜は高分子膜として提供されることができる。こうした高分子の陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を持つマイクロシステム電源を製造するために、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜はイオン光重合性単量体を用いてフォトリソグラフィ処理されることができる。より詳細には、マイクロシステム電源を製造するための方法は次のステップを有することができる。
（ｉ）第一のガラス板上の少なくとも１つの高分子膜形成領域をマスクするステップ、
（ｉｉ）第一のガラス板がマスクされていない疎水性領域を形成するために第一のガラス板に紫外線とオゾンを供給するステップ、
（ｉｉｉ）第一のガラス板からマスクを除去するステップ、
（ｉｖ）第一のガラス板に隣接して第二のガラス板を配置し、第一のガラス板と第二のガラス板がスペーサによって距離を置かれるステップ、
（ｖ）少なくとも１つの高分子膜形成領域に隣接して、第一のガラス板と第二のガラス板の間にイオン光重合性単量体を配置するステップ、及び、
（ｖｉ）イオン光重合性単量体を重合させるステップ。
【０００９】
このように、マイクロシステム電源は比較的効率的に製造されることができる。
【００１０】
また、少なくとも１つの高分子膜形成領域は、イオン光重合性単量体が第一のガラス板と第二のガラス板の間に配置される前に接着剤層でコーティングされることができ、これは安定性を強化することができる。さらに、ステップ（ｉ）乃至（ｉｉｉ）はまた、第一のガラス板に隣接して第二のガラス板を配置する前に第二のガラス板に適用されることもできる。なおさらに、得られる高分子膜を通るイオンの拡散速度を増すために、可塑剤又はポロゲンがイオン光重合性単量体に加えられることができる。
【００１１】
本発明にかかるマイクロシステム電源の好適な実施形態において、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜はコンパートメントの両側に配置される。このように、第一イオンシンクボイドと第二イオンシンクボイドの物理的分離が容易に実現されることができ、マイクロシステム電源は比較的効率的に製造されることができる。
【００１２】
好適には、イオンシンク媒体は少なくとも１つのイオンシンクボイド内に配置されることができる。特に、適切なイオンシンク媒体は液体であることができる。本明細書で使用される"イオンシンク媒体"という語は、コンパートメント内に配置される媒体に対してイオンを蓄積させることができる任意の媒体に関する。好適な実施形態において、イオンシンク媒体は低イオン化性（ｉｏｎｏｇｅｎｉｃ）液体である。こうした低イオン化性液体、例えば水、脱イオン水、又は蒸留水などを格納するイオンシンクボイドは、マイクロシステム電源を動かすことができるイオンシンクの容易な実現となり得る。
【００１３】
好適には、少なくとも１つのイオンシンクボイドはイオンシンク媒体を受け取るための入口をさらに有する。このように、マイクロシステム電源の動作位置において、イオンシンク媒体が少なくとも１つのイオンシンクボイドに充填されることができるような、マイクロシステム電源が提供されることができる。イオン前分離手段はコンパートメントへの水の移動に対していくらか敏感であり得るため、マイクロシステム電源の保存中（使用前）のコンパートメントの不要な充填は防止されることができる。
【００１４】
好適な実施形態において、マイクロシステム電源は第一電極と第二電極に接続される電気回路を有する。こうした電気回路は、第一電極と第二電極の間に電圧を効率的に供給するため、及び、マイクロシステム電源をマイクロシステムに接続するために使用されることができる。第一電極と第二電極は好適には白金で作られることができる。加えて、電気回路も白金で作られることができる。
【００１５】
好適には、マイクロシステム電源は、第一プレート、第二プレート、及び第一プレートと第二プレートの間に配置されるスペースホルダを有する。そこで、コンパートメント、少なくとも１つのイオンシンクボイド、イオン前分離手段、第一電極、及び第二電極は、第一プレート、第二プレート、及びスペースホルダによって形成される内部の中に配置される。このように、比較的取り扱いに便利な、マイクロシステム電源のコンパクトな実現が可能である。特に、こうしたマイクロシステム電源はマイクロ流体チップへの組み込み用に設計されることができる。
【００１６】
好適な実施形態において、少なくとも１つのイオンシンクボイドはイオン前分離手段によって封入され、コンパートメントは少なくとも１つのイオンシンクボイドを囲んでいる。このようにして、コンパートメントと少なくとも１つのイオンシンクボイドの間の接触域が比較的大きくなることができ、マイクロシステム電源によって生成可能な電力を増加させることができる。
【００１７】
さらに好適な実施形態において、イオン前分離手段はコンパートメントに面した不均一な構造の表面を持つ。このように、コンパートメントと少なくとも１つのイオンシンクボイドの間の接触域は比較的大きくなることができ、マイクロシステム電源によって生成可能な電力を増加させることができる。不均一な構造の表面は、蛇行形状を持つことができ、又はくし型（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）であることができ、あるいは膜が蛇行形状のメインマイクロチャネルを持つことができる。
【００１８】
好適には、マイクロシステム電源は、複数のコンパートメント、複数の少なくとも１つのイオンシンクボイド、複数のイオン前分離手段、複数の第一電極、及び複数の第二電極を有する。このように、マイクロシステム電源によって生成可能な全最大電力が増加されることができる。
【００１９】
好適な一実施形態において、イオン前分離手段はイオン性ゲルで作られる。こうしたイオン性ゲルは比較的容易に適用されることができ、マイクロシステム電源の比較的効率的な製造を可能にする。
【００２０】
別の好適な実施形態において、イオン前分離手段は連続導管を持つ高分子マトリクスを持つ相分離器で作られる。導管はイオン交換基によって覆われることができる。こうしたイオン前分離手段は効果的かつ効率的なイオンの分離を可能にする。
【００２１】
好適には、マイクロシステム電源はコンパートメント内に配置される塩を有する。こうした塩はマイクロシステム電源の容量を増加させることができる。
【００２２】
本発明のさらなる態様は、上記の複数のマイクロシステム電源を有するマイクロシステム電源ラックに関する。こうしたマイクロシステム電源ラックは、比較的強い電力がこうしたマイクロシステム電源ラックによって供給されることができるように、比較的高電圧を供給することができる。
【００２３】
マイクロシステム電源ラックの好適な一実施形態において、マイクロシステム電源は並んで配置される。これはマイクロシステム電源ラックの比較的平坦でコンパクトな配置を可能にし、これは例えば特定用途において好まれ得る。
【００２４】
マイクロシステム電源ラックの別の好適な実施形態において、マイクロシステム電源は重ねて配置される。それによって、スペーサ材料、例えば脱イオン水で充填された紙のような多孔質膜が、イオンシンクを形成することができる。セルはイオン選択膜を持つ２つの基板を用いて形成されることができ、中に液体が充填されることができるコンパートメントとして空洞を残す。このように、マイクロシステム電源ラックのコンパクトで効率的な配置が可能である。
【００２５】
また、マイクロシステム電源ラックの２つの上述の実施形態は、その用途に応じてマイクロシステム電源ラックの特に有利な配置をもたらすために組み合わされることができる。
【００２６】
本発明のさらなる別の態様はマイクロシステムに電力を供給する方法に関し、該方法は次のステップを有する。
（ｉ）イオン前分離手段によって少なくとも１つのイオンシンクボイドから分離されるコンパートメントを設けるステップ、
（ｉｉ）少なくとも１つのイオンシンクボイド内の第一電極と、基準に接する第二電極とを設けるステップ、
（ｉｉｉ）第一電極と第二電極に接続する電気回路を設けるステップ、
（ｉｖ）少なくとも１つのイオンシンクボイドにイオンシンク媒体を供給するステップ、
（ｖ）電気回路をマイクロシステムに接続するステップ、
（ｖｉ）コンパートメントに生体液体を供給するステップ。
【００２７】
こうした方法は、上記の通り逆電気透析によって生成される電力を供給することができ、例えば埋め込み型マイクロデバイス、ＭＥＭＳ、バイオＭＥＭＳなどといったマイクロシステムに電力を供給することを可能にする。好適には、生体液体がコンパートメントに供給される前に塩がコンパートメント内に配置される。こうした塩は該方法の容量を増加させることができる。
【００２８】
本発明のなおも別のさらなる態様においては、マイクロシステム電源自体がバイオセンサとして使用されることができる、すなわち、体液中に存在する、単一又は複数の特定の塩又はイオンの濃度を定量化するために使用されることができる。
【００２９】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００３０】
本発明にかかるマイクロシステム電源、及び本発明にかかるマイクロシステムに電力を供給する方法は、実施形態例によって、及び添付の図面を参照して、以下により詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかるマイクロシステム電源の第一の実施形態の概略断面図を示す。
【図２】本発明にかかるマイクロシステム電源の第二の実施形態の概略断面図を示す。
【図３】図２のマイクロシステム電源の線Ａ‐Ａに沿った概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の説明において、特定の用語は便宜上の理由で使用され、限定として解釈されてはならない。"右"、"左"、"上部"、"下部"という語は図中の方向を指す。専門用語は、明確に言及された用語、及びその派生語と、同様の意味を持つ用語を有する。
【００３３】
図１は、コンパートメント７、第一イオンシンクボイド５１、及び第二イオンシンクボイド５２を持つマイクロシステム電源１の第一の実施形態の概略断面図を示す。第一イオンシンクボイド５１と第二イオンシンクボイド５２は、陰イオン交換膜６１と陽イオン交換膜６２を有するイオン前分離手段によって、コンパートメント７から分離される。より詳細には、第一イオンシンクボイド５１は陰イオン交換膜６１によってコンパートメント７から分離され、第二イオンシンクボイド５２は陽イオン交換膜６２によってコンパートメント７から分離される。
【００３４】
マイクロシステム電源１は、上部第一プレート２１、下部第二プレート２２、及びスペースホルダを持つ筐体をさらに有し、スペースホルダから左側部分３１と右側部分３２が図１に見えている。第一イオンシンクボイド５１は、上部プレート２１、下部プレート２２、陰イオン交換膜６１、及びスペースホルダの左側部分３１によって区切られる。上部プレート２１及び下部プレート２２は、例えばガラスで作られることができる。第二イオンシンクボイド５２は、上部プレート２１、下部プレート２２、陽イオン交換膜６２、及びスペースホルダの右側部分３２によって区切られる。第一イオンシンクボイド５１の内部、及び第二イオンシンクボイド５２の内部には、イオンシンク媒体が配置され、例えば、低イオン水又は脱イオン水又は蒸留水などの低イオン化性液体が配置される。特定用途においては水道水又は雨水もまた適し得る。
【００３５】
さらに、第一イオンシンクボイド５１の下部において、イオンシンクボイド５１内に第一電極４１が配置され、第二イオンシンクボイド５２の下部において、イオンシンクボイド５２内に第二電極４２が配置される。第一電極４１と第二電極４２は電気回路８に接続される。
【００３６】
マイクロシステム電源１は、例えば、線構造のイオン前分離手段の形成のために疎水性／親水性パターニングを用いて製造されることができる。膜領域を形成するためには、上部プレート２１と下部プレート２２のうち１つのガラス板のパターニングで十分である。まず、高分子膜、すなわち陰イオン交換膜６１と陽イオン交換膜６２が形成される領域において、ガラス板がマスクされる。標準リソグラフィ、又は粘着テープによる単純被覆もまた、この目的のために使用されることができる。そして、疎水性領域を形成するために１Ｈ，１Ｈ‐２Ｈ，２Ｈ‐ペルフルオロデシルトリクロロシラン（'リペルシラン'）が蒸着される前に、ＵＶ‐オゾン処理が適用される。マスキング材料の除去後、パターン化されたガラス板を、第二のプレート、すなわち上部プレート２１又は下部プレート２２のいずれかの上に置くことによってセルが形成される。スペースホルダは基板同士を離し、例えば約５０マイクロメートルの厚さを持つ粘着テープ、又はリソグラフィスペーサがスペースホルダとして使用されることができる。その後、親水性領域が陽イオン性及び陰イオン性単量体混合物で充填され、そしてこれらは重合化する。これは、陰イオン交換膜６１と陽イオン交換膜６２が形成されるように、それぞれ陰イオン性及び陽イオン性の側基を含む高分子網目の形成をもたらす。
【００３７】
この原理は、例えば高分子膜を形成するためにアクリルアミド単量体を用いて実施されることができる。陽イオン交換膜６２はアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液から作られることができ、陰イオン交換膜６１はアクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド塩溶液から作られることができる（約１０乃至約５０、又はある場合には約１００ｗｔ％単量体にまで至る）。高分子網目を形成するために、単量体はビスアクリルアミド（約１：１０乃至約１：１００の範囲）で架橋されることができる。単量体混合物中の比較的大量の水の存在（最大で９０％までが可能）は、開いた高分子網目をもたらすことができ、これは網目を通るイオンの拡散を促進する。溶液を光重合可能にするために光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９，２ｗｔ％）が加えられることができるが、熱開始もまた使用されることができる。
【００３８】
さらに、装置の安定性を強化するために、膜領域は高分子膜をガラス板に（化学）結合させるために接着剤層でコーティングされることができる。そこへ、上記の親水性／疎水性パターニングステップが行われる前に、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（'バインドシラン'）が上部プレート２１と下部プレート２２の両方の上に蒸着される。ガラスと膜材料の間に共有結合を形成するために、メタクリル酸塩官能基が使用されることができる。
【００３９】
陰イオン交換膜６１及び陽イオン交換膜６２は、コンパートメント７への水の移動に対していくらか敏感であるため、上記のような疎水性面の使用は、マイクロシステム電源１の保存中（使用前）のコンパートメント７の不要な充填を防ぐために役立つことができる。
【００４０】
以下の、実行され測定された実施例は、上記のマイクロシステム電源１の製造の可能な実現をより詳細に示す。
【実施例１】
【００４１】
（ｉ）Ｍｅｒｃｋ社の洗浄剤Ｅｘｔｒａｎ（登録商標）０２でガラス板を洗浄し、すすぎ、乾かす。
（ｉｉ）およそ５０ｘ２ｍｍ２の２つの膜領域を持つ上部ガラス板を粘着テープ（スコッチテープ（登録商標））でマスクする。膜領域間の距離は約４ｍｍ（コンパートメント領域はおよそ５０ｘ４ｍｍ２）。
（ｉｉｉ）ＵＶ‐オゾンＵＶＰ‐１００を１０分間与える。
（ｉｖ）１Ｈ，１Ｈ‐２Ｈ，２Ｈ‐ペルフルオロデシルトリクロロシラン（ＡＢＣＲ）をデシケーター（１ｍＢａｒ）の中に１時間置く。
（ｖ）スコッチテープ（登録商標）を除去する。
（ｖｉ）下部ガラス板上に５０マイクロメートルのスペーサ（スコッチテープ（登録商標））を貼り付け、上部ガラス板を上に置く。
（ｖｉｉ）膜領域の充填。
（ｖｉｉｉ）水、２５ｗｔ％アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸ナトリウム、ビスアクリルアミド（単量体／架橋剤比５０：１）、２ｗｔ％光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９から陽イオン交換膜が作られる。
（ｉｘ）水、２５ｗｔ％アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ビスアクリルアミド（単量体／架橋剤比５０：１）、２ｗｔ％光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９から陰イオン交換膜が作られる。
（ｘ）Ｎ２チャンバ内で１５分間のＵＶ照射（Ｐｈｉｌｉｐｓ  ＰＬ‐１０，３ｍＷｃｍ−２）。
【００４２】
その結果、膜の間の毛細管は１０μｌの１Ｍ  ＮａＣｌで充填され、膜の外側には脱イオン水の水滴が散布される。Ｃｕ電極は脱イオン水溶液と接触させられ、電極にかかる電圧が測定される。装置はおよそ３００ｍＶの電位差を生じ、これはゆっくりと減少する。１時間後これはまだ１００ｍＶである。
【実施例２】
【００４３】
第二の実施例においてマイクロシステム電源は尿を装填される。マイクロシステム電源はおよそ８０ｍＶの電位差を生じる。
【実施例３】
【００４４】
第三のマイクロシステム電源は、次の点を除いて実施例１に記載のマイクロシステム電源と同様である。
（ｖｉｉｉ）水、５０ｗｔ％アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸ナトリウム、ビスアクリルアミド（単量体／架橋剤比５０：１）、２ｗｔ％光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９から陽イオン交換膜が作られる。
（ｉｘ）水、５０ｗｔ％アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ビスアクリルアミド（単量体／架橋剤比５０：１）、2ｗｔ％光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９から作られる陰イオン交換膜に１Ｍ  ＮａＣｌ溶液を装填する。膜の外側には水道水の水滴が散布される。マイクロシステム電源はおよそ３００ｍＶの電位差を生じる。
【実施例４】
【００４５】
実施例３に記載の装置と同様のマイクロシステム電源に１Ｍ  ＮａＣｌ溶液を装填する。膜の外側には水道水の水滴が散布される。該装置はおよそ２５０ｍＶの電位差を生じる。
【実施例５】
【００４６】
以下の５層マイクロシステム電源ラックが形成される：
（ｉ）紙シートが脱イオン水で充填される。
（ｉｉ）陽イオン交換膜は、水、２５ｗｔ％アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸ナトリウム、ビスアクリルアミド（単量体／架橋剤比１００：１）、２ｗｔ％光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９から作られ、Ｎ２チャンバ内でＰｈｉｌｉｐｓ  ＰＬ‐１０，（３ｍＷｃｍ−２）ＵＶ源で３０分間ＵＶ硬化され、およそ０．５ｍｍの厚さを持つ。
（ｉｉｉ）紙シートが１Ｍ  ＮａＣｌ溶液で充填される。
（ｉｖ）陰イオン交換膜は、２５ｗｔ％アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ビスアクリルアミド（単量体／架橋剤比１００：１）、２ｗｔ％光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９から作られ、Ｎ２チャンバ内でＰｈｉｌｉｐｓ  ＰＬ‐１０，（３ｍＷｃｍ−２）ＵＶ源で３０分間ＵＶ硬化され、およそ０．５ｍｍの厚さを持つ。
（ｖ）紙シートが脱イオン水で充填される。
【００４７】
有効膜表面積、すなわち隣接する液体含有層と接する膜の片側の面積は、およそ３ｘ３ｃｍ２である。Ｃｕ電極は外側の紙シート両方に接触させられ、電圧及び発生電流が測定される。このスタックは最大０．５Ｖ及び最大２０μＡの電位差を生じる。
【００４８】
動作中、マイクロシステム電源１は、例えばマイクロ流体システム、ＭＥＭＳ、バイオＭＥＭＳ、又は埋め込み型マイクロデバイスなどのマイクロシステムに、電気回路８を介して接続される。マイクロシステムに電力を供給するために、適切な液体、例えば尿又は血液などの生体液体、又は別のイオン豊富な液体がコンパートメント７に供給される。液体はコンパートメント７の内部に配置されることができ、又はコンパートメント７が液体で洗い流されることができる。液体がコンパートメント７の中に入るとすぐに、逆電気透析プロセスによって生成される電力が、第一電極４１、第二電極４２、及び電気回路８を介してマイクロシステムに供給される。逆電気透析プロセスは、コンパートメント７の中と、第一イオンシンクボイド５１及び第二イオンシンクボイド５２それぞれの中との塩濃度の差を減らす傾向によって駆動される。その結果、陰イオンが陰イオン交換膜６１を通過して第一イオンシンクボイド５１へ入り、陽イオンが陽イオン交換膜６２を通過して第二イオンシンクボイド５２へ入る。このようにして、第一イオンシンクボイド５１内のイオンシンク媒体のイオン濃度と、第二イオンシンクボイド５２内のイオンシンク媒体のイオン濃度の化学電位の差が与えられる。
【００４９】
図２及び図３には、コンパートメント１０７、第一イオンシンクボイド１５１、及び第二イオンシンクボイド１５２を持つマイクロシステム電源１０１の第二の実施形態の概略断面図が示される。第一イオンシンクボイド１５１と第二イオンシンクボイド１５２は、陰イオン交換膜１６１と陽イオン交換膜１６２を有するイオン前分離手段によってコンパートメント１０７から分離される。より詳細には、第一イオンシンクボイド１５１は陰イオン交換膜１６１によってコンパートメント１０７から分離され、第二イオンシンクボイド１５２は陽イオン交換膜１６２によってコンパートメント１０７から分離される。
【００５０】
マイクロシステム電源１０１は、上部第一プレート１２１、下部第二プレート１２２、及びスペースホルダを持つ筐体をさらに有し、スペースホルダから左側部分１３１と右側部分１３２が図２及び図３に見えている。第一イオンシンクボイド１５１は、陰イオン交換膜１６１によって封入され、第二イオンシンクボイド１５２は陽イオン交換膜１６２によって封入される。その結果、コンパートメント１０７は第一イオンシンクボイド１５１を包囲し、かつ第二イオンシンクボイド１５２を包囲して配置される。第一イオンシンクボイド１５１は、上部プレート１２１を通ってのびる、マイクロシステム電源１０１の外側からアクセス可能な、入口１５３を持つ。それに対応して、第二イオンシンクボイド１５２は、上部プレート１２１を通ってのびる、マイクロシステム電源１０１の外側からアクセス可能な、入口１５５を持つ。第一イオンシンクボイド１５１の入口１５３は閉じ具１５４によって密封され、第二イオンシンクボイド１５２の入口１５５は閉じ具１５６によって密封される。
【００５１】
第一イオンシンクボイド１５１の下部において、第一電極１４１が第一イオンシンクボイド１５１内に配置され、第二イオンシンクボイド１５２の下部において、第二電極１４２が第二イオンシンクボイド１５２内に配置される。第一電極１４１と第二電極１４２は電気回路１０８に接続される。コンパートメント１０７の位置において、第一電極１４１と第二電極１４２は薄い誘電体層によってコンパートメント１０７内のイオン化性液体から保護され、第一電極１４１及び第二電極１４２と、イオン化性液体の間の電気接触を防ぐ。誘電体層は真空処理された酸化シリコン層であり得る。しかしこれは光重合アクリル樹脂に基づく薄いプラスチックコーティングから作られることもできる。さらに、塩１０９がコンパートメント１０７の内部に配置される。適切な塩１０９の例は、塩化ナトリウム、フッ化カリウム、硫酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩化アンモニウムであるが、水に溶けるいかなる他の塩１０９であることもできる。
【００５２】
マイクロシステム電源１０１の動作は、基本的に上記のマイクロシステム電源１の動作に対応して実行されることができ、コンパートメント１０７へ液体を供給する前に、イオンシンク液体が第一イオンシンクボイド１５１と第二イオンシンクボイド１５２に供給される。イオンシンク媒体は、例えば水道水又は雨水などの清浄水、及び低イオン液体であることができる。液体をコンパートメント１０７に供給することによって、コンパートメント１０７内の塩濃度が増加するように、塩１０９が液体に溶解される。
【００５３】
本発明は図面と前述の説明において詳細に図示され説明されているが、こうした図示と説明は限定ではなく実例又は例示と見なされるものであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。例えば、少なくとも１つのイオンシンクボイドが、例えば脱イオン水などの低イオン液体で充填された多孔質膜として配置されることができる実施形態において、本発明を機能させることが可能である。
【００５４】
開示された実施形態への他の変更は、図面、開示、及び添付の請求項の考察から、請求された発明を実践する上で当業者によって理解され、達成されることができる。請求項において、"有する"という語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞"ａ"又は"ａｎ"は複数を除外しない。請求項に列挙された複数の項目の機能を単一のユニットが満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号はその範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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