(57)【要約】  複数の電極により電場を発生させて固形物体を運動させるにあたり、固形物体の運動モードを多様にする。本発明は、複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、複数の電極によって固形物体を含む絶縁性流体中に電場を発生させて該固形物体を運動させる方法である。本発明に係る方法は、電場により発生する固形物体の運動モードを、少なくとも固形物体の形状によって制御する工程を含む。
2015163283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、
前記複数の電極によって固形物体を含む絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を運動させる方法であって、
前記電場により発生する前記固形物体の運動モードを、少なくとも前記固形物体の形状によって制御する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電場により発生する前記固形物体の運動モードを、前記固形物体の形状及び前記複数の電極への印加電圧によって制御することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電場により前記固形物体を自転運動させるにあたり、
自転運動の回転方向を、前記固形物体の形状によって決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記絶縁性流体に界面活性剤を加える工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記絶縁性流体はオイルであり、
前記絶縁性流体に水をさらに加えて、前記絶縁性流体中にＷ／Ｏエマルションを形成する工程を含み、
前記電場の発生時に前記絶縁性流体中に対流が生じるようにすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
電場を発生させて絶縁性流体中で固形物体を運動させる方法であって、
前記固形物体の形状を予め選定しておき、複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、前記複数の電極によって前記固形物体を含む前記絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を自転運動させることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記固形物体の自転運動の自転速度を前記複数の電極への印加電圧に基づいて制御することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記固形物体の自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記固形物体は、複数の固形物体が凝集したものからなることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記固形物体は、３つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定され、かつ対称性を有する形状であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも１つの羽根部とを有することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
絶縁性流体中で回転運動する固形物体を有する装置であって、
互いの軸が同一直線上にならないように配置された複数の棒状の電極と、
前記複数の電極に電圧を印加する電源と、
前記複数の電極への印加電圧を制御して、前記絶縁性流体中での前記固形物体の運動を、運動停止または公転運動の少なくともいずれか一方と、自転運動との間で切り替える運動制御ユニットと、を備えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記運動制御ユニットは、第１電圧より低い電圧を印加するまたは電圧を印加しないことにより前記固形物体を運動停止させ、前記第１電圧以上で第２電圧以下の電圧を印加することで前記固形物体を自転運動させ、前記第２電圧より高い電圧を印加することにより前記固形物体を公転運動させることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記運動制御ユニットは、前記印加電圧を前記第１電圧から前記第２電圧の範囲内で制御して自転運動の運動速度を制御することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記固形物体は、複数の固形物体が凝集したものからなることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記固形物体は、３つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定され、かつ対称性を有する形状であることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも１つの羽根部とを有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載の装置を備え、液体を輸送する送液ポンプであって、
液体からなる前記絶縁性流体が流れるための流体流路をさらに備え、
前記各電極の少なくとも先端は前記流体流路内に配置され、
前記固形物体は、前記流体流路内に配置され、前記電源及び前記複数の電極により発生する電場によって自転運動し、該自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせて前記絶縁性流体を所定の方向へ輸送する、
ことを特徴とする送液ポンプ。
【請求項２１】
前記運動制御ユニットは、前記印加電圧に基づいて自転速度を制御することで前記流体の輸送量を制御することを特徴とする請求項２０に記載の送液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場によってマイクロサイズの固形物体を運動させるにあたり、少なくとも固形物体の形状よって運動モードを制御する方法及び装置に関する。また、本発明は、マイクロサイズの固形物体を自転運動させる方法及び装置に関する。また、本発明は、電場によるマイクロサイズの固形物体の自転運動を利用して液体を輸送する送液ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロサイズの機械やロボットを開発するにあたり、その動力源となるモーターの小型化が要求されている。ミクロな環境は、慣性力と粘性力との比で定義されるレイノルズ数が低く、低レイノルズ数領域と呼ばれており、物体の運動は慣性でなく粘性に支配される。そのため、従来のモーターをそのままスケールダウンしただけでは、パーツ間の粘性摩擦によってエネルギーが散逸してしまい、力学的仕事を効率的に取り出すことができない。【０００３】
この問題に対して、本発明の共同発明者の吉川研一らは、低レイノルズ数領域において、マイクロサイズの誘電体を電場によって運動させることで力学的仕事を取り出すという新規な方法を発明している（特許文献１）。当該方法は、具体的には、一対の電極を該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、水滴（誘電体）を油（絶縁性流体）中に浮遊させるとともに一対の電極間に配置し、そして、一対の電極によって電場を発生させることで実施される。それによって、水滴が油中で２次元の周期的な運動をし、当該運動から力学的仕事が取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０９５７２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水滴は油中では球形状に維持されてしまうので、それ以外の形状を選択する余地がなかった。そのため、水滴の運動モードは電場のみに依存して決定し、公転型の周期運動だけしかなかった。【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、固形物体の形状及び電場の制御によって多様な運動モードを実現することを課題とする。また、本発明は、固形物体を自転運動させることを課題とする。また、本発明は、固形物体の自転運動によって液体を輸送する送液ポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは検討を進めた結果、運動させる対象として、形状を制御可能な固形物体を用い、固形物体の形状を全体として非球形状にしても、周期的な運動が発生することを見出た。発明者らは、固形物体の形状によって発生する運動モードが変化することを見出した。発明者らは、固形物体の形状を予め選定しておくことで、従来実現できなかった、モーターやポンプへの応用に適した自転運動が発生することを見出し、しかもその自転運動によって液体を輸送できることを見出した。【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る方法は、（１）複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、前記複数の電極により固形物体を含む絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を運動させる方法であって、
前記電場により発生する前記固形物体の運動モードを、少なくとも前記固形物体の形状によって制御する工程を含むことを特徴とする。【０００９】
上記（１）の方法において、（２）前記電場により発生する前記固形物体の運動モードを、前記固形物体の形状及び前記複数の電極への印加電圧によって制御する。
上記（１）の方法において、（３）前記電場により前記固形物体を自転運動させるにあたり、自転運動の回転方向を、前記固形物体の形状によって決定する。
上記（１）の方法において、（４）前記絶縁性流体に界面活性剤を加える工程を含む。
上記（４）の方法において、（５）前記絶縁性流体はオイルであり、前記絶縁性流体に水をさらに加えて、前記絶縁性流体中にＷ／Ｏエマルションを形成する工程を含み、前記電場の発生時に前記絶縁性流体中に対流が生じるようにする。【００１０】
さらに、本発明に係る方法は、（６）電場を発生させて絶縁性流体中で固形物体を運動させる方法であって、
前記固形物体の形状を予め選定しておき、複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、前記複数の電極により前記固形物体を含む前記絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を自転運動させることを特徴とする。【００１１】
上記（６）の方法において、（７）前記固形物体の自転運動の自転速度を前記複数の電極への印加電圧に基づいて制御する。
上記（６）の方法において、（８）前記固形物体の自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせる。【００１２】
上記（６）から（８）のいずれかの方法において、（９）前記固形物体は、複数の固形物体が凝集したものからなる。
上記（９）の方法において、（１０）前記固形物体は、３つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状である。
上記（６）から（８）のいずれかの方法において、（１１）前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定され、かつ対称性を有する形状である。
上記（６）から（８）のいずれかの方法において、（１２）前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも１つの羽根部を有する。【００１３】
さらに、本発明に係る装置は、（１３）絶縁性流体中で回転運動する固形物体を有する装置であって、
互いの軸が同一直線上にならないように配置された複数の棒状の電極と、
前記複数の電極に電圧を印加する電源と、
前記複数の電極への印加電圧を制御して、前記絶縁性流体中での前記固形物体の運動を、運動停止または公転運動の少なくともいずれか一方と、自転運動との間で切り替える運動制御ユニットと、を備えることを特徴とする。【００１４】
上記（１３）の装置において、（１４）前記運動制御ユニットは、第１電圧より低い電圧を印加するまたは電圧を印加しないことにより前記固形物体を運動停止させ、前記第１電圧以上で第２電圧以下の電圧を印加することで前記固形物体を自転運動させ、前記第２電圧より高い電圧を印加することにより前記固形物体を公転運動させる。
上記（１４）の装置において、（１５）前記運動制御ユニットは、前記印加電圧を前記第１電圧から前記第２電圧の範囲内で制御して自転運動の運動速度を制御する。【００１５】
上記（１３）から（１５）のいずれかの装置において、（１６）前記固形物体は、複数の固形物体が凝集したものからなる。
上記（１６）の装置において、（１７）前記固形物体は、３つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状である。
上記（１３）から（１５）のいずれかの装置において、（１８）前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定され、かつ対称性を有する形状である。
上記（１３）から（１５）のいずれかの装置において、（１９）前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも１つの羽根部を有する。【００１６】
さらに、本発明に係る送液ポンプは、（２０）上記（１３）から（１９）のいずれか１項に記載の装置を備え、液体を輸送する送液ポンプであって、
液体からなる前記絶縁性流体が流れるための流体流路をさらに備え、
前記各電極の少なくとも先端は前記流体流路内に配置され、
前記固形物体は、前記流体流路内に配置され、前記電源及び前記複数の電極により発生する電場によって自転運動し、該自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせて前記絶縁性流体を所定の方向へ輸送することを特徴とする。【００１７】
上記（２０）の送液ポンプにおいて、（２１）前記運動制御ユニットは、前記印加電圧に基づいて自転速度を制御することで前記流体の輸送量を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、運動対象が固形物体であり、油中水滴とは違い幾何学的形状を予め選定することができるので、従来よりも多様な運動モードを実現可能である。また、本発明によれば、従来実現できなかった自転運動が可能である。さらに、本発明によれば、その自転運動を利用して液体を輸送する送液ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】マイクロサイズの固形物体を運動させる装置の概念図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、運動モードの印加電圧依存性を説明するための図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、運動モードの形状依存性を説明するための図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｅは、固形物体の自転運動を説明するための図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、固形物体の自転運動を説明するための図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｂは、固形物体の自転運動を説明するための図である。
【図７】図７Ａは、実験装置の側面図、図７Ｂは、該実験装置の平面図である。
【図８】図８Ａは、ＰＳ凝集体（ＰＳＢ２個）が公転運動している様子を示す画像であり、図８Ｂは、ＰＳ凝集体（ＰＳＢ３個）が自転運動している様子を示す画像であり、図８Ｃは、ＰＳ凝集体（ＰＳＢ３個）がバウンド運動している様子を示す画像である。
【図９】図９Ａは、ＰＳ凝集体（ＰＳＢ７個）が自転運動している様子を示す画像であり、図９Ｂは、棒形状のＰＳＢが公転運動している様子を示す画像である。
【図１０】固形物体の自転運動によってシリコンオイルの流動が生じている様子を示す画像である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂは、運動モードの電圧依存性を示す画像である。
【図１２】ＰＳ凝集体（ＰＳＢ２個）における印加電圧と運動モードとの相関図である。
【図１３】図１３Ａは、ＰＳ凝集体（ＰＳＢ２個）における自転速度の印加電圧依存性を示す。図１３Ｂは、自転速度の算出方法を説明する図である。
【図１４】図１４Ａ、図１４Ｂは、運動モードの形状依存性を示す画像である。
【図１５】微分干渉ユニットで観察した絶縁性流体中の対流の様子を示す図である。
【図１６】Ｗ／Ｏマイクロエマルションを含むシリコンオイル中でＰＳ凝集体（ＰＳＢ２個）が公転運動している様子を説明するための図である。
【図１７】図１７Ａは、凝集体（粒子２個）の電荷のスイッチングを示し、図１７Ｂは、凝集体（粒子２個）の周期運動のシミュレーション結果を示す。
【図１８】送液ポンプの構成を概略的に示す図である。
【図１９】マイクロサイズの固形物体を運動させる構成の他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[固形物体を運動させる構成について]
まず、図１を参照して、マイクロサイズの固形物体を運動させる装置及び方法の一実施形態について説明する。
以下のようにして、固形物体を運動させる装置を準備する。
図１の通り、電場を発生させるために一対の電極１０、１１が準備される。各電極１０、１１は、棒状に形成されている。さらに、各電極１０、１１の先端は、円錐形、角錐形など鋭利な形状を有する。一対の棒状の電極１０、１１は、それらの先端が空間をあけて対向するように、かつそれらの軸（即ち電極１０、１１の基端と先端とを結ぶ軸）が互いに同一直線上に位置しないように配置される。なお、２つの電極１０、１１の軸は互いに平行になっているが、非平行でもよい。電極１０、１１に電圧を印加する直流の電源１２が設けられ電極１０、１１に接続されている。なお、直流の電源１２に代えて、交流の電源及び交流電流を直流電流に変換する電流変換ユニットが設けられてもよい。さらに、電極１０、１１への印加電圧を制御する運動制御ユニット（不図示）が設けられている。
【００２１】
絶縁性流体１３が、保持部材（不図示）に保持されて、電極１０、１１間の空間及び電極１０、１１の先端を少なくとも満たす。マイクロサイズの固形物体１４が、電極１０、１１間に配置されて絶縁性流体１３中に浮遊している。なお、絶縁性流体１３には界面活性剤が加えられている。一対の電極１０、１１に電圧を印加すると絶縁性流体１３中に電場を発生させることができる。そして、運動制御ユニットによって印加電圧を制御することで、絶縁性流体１３中に発生する電場を可変とすることができる。従って、絶縁性流体１３中に発生する電場を、定電場や、経時的に変化する電場とすることができる。
【００２２】
上記装置において、一対の電極１０、１１及び電源１２によって一定以上の大きさの電場を発生させると、固形物体１４は絶縁性流体１３中で周期運動する。また、運動制御ユニットによって印加電圧を変化させると、固形物体の周期運動は切り替わる、または固形物体１４の運動速度は変化する。
この周期運動の駆動力は、固形物体１４が誘電体である場合には、静電力と電場の非一様性から生じる誘電泳動力との組合せであると考えられている（特許文献１参照）。
【００２３】
そして、固形物体１４の運動によって、該固形物体１４を輸送する、又は力学的仕事を取り出すことができる。固形物体１４の輸送の応用例として、例えば、ＤＮＡなどのポリマーの両端に固形物体１４を結合させ、ポリマーと固形物体１４を一体的に輸送したり、又はポリマーの運動を制御したりすることなどが挙げられる。力学的仕事を取り出す方法として、例えば、回転軸及び該回転軸周りに回転可能な羽根部を有する１μｍ〜数１００μｍの大きさのマイクロタービンを固形物体１４が運動しうる空間に配置し、上記固形物体１４の運動によってマイクロタービンを動かし、マイクロタービンから仕事を取り出す方法などが挙げられる。なお、これらは、特許文献１の記載と同様であるためその詳細な説明は省略している。
【００２４】
[固形物体の運動モードの制御について]
本発明の特徴の一つは、運動対象として、全体形状を球形状だけでなく非球形状になるよう予め選定可能な固形物体１４を用い、少なくとも固形物体１４の形状によって運動モードを制御することにある。
【００２５】
なお、発生する固形物体１４の運動モードは、公転運動及び自転運動といった回転運動、バウンド運動、さらに、公転運動、自転運動、及びバウンド運動のうち２つを組み合わせた運動などの周期的な運動である。バウンド運動とは、固形物体１４が電極１０、１１への衝突及び反発を繰り返す運動である。バウンド運動は、固形物体１４が２つの電極１０、１１のいずれか一方だけに衝突及び反発を繰り返す運動、及び、固形物体１４が電極１０、１１間を往復して２つの電極１０、１１に交互に衝突する運動を含む。
【００２６】
電場の状態（即ち、電極間距離及び印加電圧）は、固形物体１４の運動を決定するパラメータである。これに関しては特許文献１と同様である。特許文献１では、印加電圧を変えることによって、液滴の運動モードが、公転運動とバウンド運動とに切り替わることが見出されている。本発明のように固形物体１４を用いた場合も同様であり、印加電圧を変えることで運動モードは変化する。但し、本発明によれば、特許文献１では実現できなかった自転運動が発生することが見出されており、印加電圧を制御して、自転運動と、他の運動モードまたは運動停止との切替えが可能な点で特許文献１と異なる。この印加電圧に基づく運動モードの切替えは、例えば運動制御ユニットによって行うことができる。
例えば、図２に示す通り、固形物体１４が同一形状でも、電圧Ｖ１を印加すると自転運動し（図２Ａ）、電圧Ｖ１と異なる電圧Ｖ２を印加すると公転運動し（図２Ｂ）、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２と異なる電圧Ｖ３を印加するとバウンド運動する（図２Ｃ）といったことが可能である。
【００２７】
特許文献１では、印加電圧の増加に伴い、液滴の運動速度が増加することが見出されている。本発明のように固形物体１４を用いた場合も同様である。運動モードが切り替わらない範囲で印加電圧を増加させると、固形物体１４の運動速度（公転速度、自転速度（角速度）、バウンド速度など）は増加する。但し、本発明によれば、自転速度の印加電圧依存性が見出されており、印加電圧を制御して自転速度を制御することができる。この印加電圧に基づく自転速度の制御は、例えば運動制御ユニットによって行うことができる。
【００２８】
運動対象に固形物体１４を用いた場合、その形状を、運動モードを決定するパラメータとすることができる。即ち、固形物体１４の形状によって、発生可能な運動モードを決定でき、同じ電場の状態でも運動モードを変化させることができる。
例えば、図３の通り、電極間距離が同じであり、かつ印加電圧（Ｖ４）が同じであっても、ある形状の固形物体１４には公転運動をさせ（図３Ａ）、別の形状の固形物体１４には自転運動をさせ（図３Ｂ）、さらに別の形状の固形物体１４にはバウンド運動をさせる（図３Ｃ）といったことが可能である。
【００２９】
絶縁性流体１３に加える界面活性剤は、固形物体１４の運動に影響を与える。界面活性剤は、絶縁性流体１３中での固形物体１４の浮遊を補助して、固形物体１４の周期運動を発生しやすくする。界面活性剤の濃度を高くすると、固形物体１４の周期運動がより発生しやすく、さらに周期運動の持続性も向上する。界面活性剤の濃度が低すぎると、固形物体１４の周期運動が発生しにくい。従って、界面活性剤を絶縁性流体１３に加える工程を含むことが好ましい。さらに、固形物体１４や絶縁性流体１３の物性に応じて、界面活性剤の種類や濃度を選択することが好ましい。
【００３０】
絶縁性流体１３にシリコンオイル等のオイルを用い、絶縁性流体１３に界面活性剤及び水を加えて、絶縁性流体１３中に大量のＷ／Ｏエマルションを形成してもよい。Ｗ／Ｏエマルションの半径は、例えば１ｎｍ〜１００ｎｍである。そして、一対の電極１０、１１及び電源１２によって絶縁性流体１３中に電場を発生させると、絶縁性流体１３中に対流が生じる。この対流によって固形物体１４を周期的に運動させることができる。即ち、対流を固形物体１４の周期運動の駆動力とすることができる。
【００３１】
このように、運動対象を固形物体１４にすれば、その運動モードは電場の状態だけでなく固形物体１４の形状にも依存するので、電極間距離、印加電圧、及び、固形物体１４の形状の組み合せによって、運動モードを制御することが可能である。さらに、分散媒（即ち、絶縁性流体１３、界面活性剤、水）の調整をさらに組み合わせて、運動モードを制御することも可能である。
【００３２】
さらに、本発明の特徴の一つは、上記のように固形物体１４を運動させるにあたり従来実現できなかった自転運動を可能にし、その自転運動から力学的仕事を取り出せることにある。固形物体１４の形状を、図４〜図６に例示されるように形成すれば、自転運動を発生させやすく、かつ固形物体１４が絶縁性流体中でその場に留まった状態で自転運動し、結果的にその自転運動から効率的に力学的仕事を取り出せることが分かっている。なお、図４〜図６は例示であって、自転運動を発生させるための固形物体１４の形状は例示のものに限定されない。
【００３３】
固形物体１４は、例えば図４に示されるように、球形状の複数のビーズ（固形物体）が凝集した凝集体からなる。
図４Ａの固形物体１４は、同じ大きさの２個のビーズが凝集したものである。図４Ｂの固形物体１４は、同じ大きさの３個のビーズが一直線上に凝集したものである。図４Ｃの固形物体１４は、大きな１個のビーズの両側に小さな２個のビーズが位置するように凝集したものである。図４Ｄの固形物体１４は、同じ大きさの３個のビーズが互いに接触するように凝集した平面視で略三角形状であって、各ビーズが羽根部を構成する略プロペラ形状である。図４Ｅの固形物体１４は、１個のビーズの周囲に同じ大きさの複数のビーズが凝集して、周囲のビーズが羽根部を構成する略プロペラ形状である。
図４Ａ〜図４Ｅの固形物体１４は、一対の電極１０、１１により発生する電場によって、絶縁性流体１３中で、その中心を通りかつ電極１０、１１が配置された平面に対して垂直にのびる軸線周りに自転運動する。
【００３４】
固形物体１４は、例えば図５に示されるように、長軸及短軸を規定できかつ対称性のある形状を有する。
図５Ａの固形物体１４は棒形状であり、図５Ｂの固形物体１４は平面視で略楕円形状であり、図５Ｃの固形物体１４は平面視で略菱形形状である。図５Ａ〜図５Ｃの固形物体１４は、一対の電極１０、１１により発生する電場によって、絶縁性流体１３中で、その対称中心を通りかつ電極１０、１１が配置された平面に対して垂直にのびる軸線周りに自転運動する。
【００３５】
固形物体１４は、例えば図６に示されるように、中心部と、中心部の周囲から突出する少なくとも一つの羽根部とを有する形状である。
図６Ａの固形物体１４は、中心部と、該中心部の周囲から突出し等角度間隔に形成された複数の羽根部とを有しており、図６Ｂの固形物体１４は、図６Ａの固形物体１４と鏡面対称の形状を有する。図６Ａ、図６Ｂの固形物体１４は、一対の電極１０、１１により発生する電場によって、絶縁性流体１３中で、その中心を通りかつ電極１０、１１が配置された平面に対し垂直にのびる軸線周りに自転運動する。
なお、図４のようなマイクロサイズのビーズの凝集体は、例えばビーズが分散している懸濁液中から得ることができる。図５、図６のようなマイクロサイズの固形物体１４は、光造形法による加工などを初めとする周知の加工技術によって形成可能である。
【００３６】
図４、図５の固形物体１４では、自転運動の回転方向がどちらであっても、即ち時計回りか反時計回りのどちらの方向に自転しても、受ける抵抗が同じである。このような、固形物体１４の自転方向は、最初に固形物体１４を一対の電極１０、１１に対してどの位置に配置するか等の初期条件によって決まる。一方、図６Ａのような形状では、自転運動の回転方向によって受ける抵抗が異なる。このような固形物体１４は、初期条件に関わらず受ける抵抗が小さい回転方向に自転する傾向がある。従って、図６Ｂのように図６Ａの固形物体１４と鏡面対称の形状を選択すれば、固形物体１４は図６Ａの回転方向と反対方向に自転する。即ち、固形物体１４の形状によって自転運動の回転方向を決定することができる。
【００３７】
なお、自転運動が発生するために必要な電場の条件は固形物体１４の形状により異なるので、選定した固形物体１４の形状に応じて、印加電圧及び電極間距離を適切に調整する必要がある。
【００３８】
本発明に係る方法によれば、電場によって、しかも固形物体１４を回転軸体に接続することなく自転運動させることができる。この方法を利用すれば、粘性支配下である微小空間で効率よく動力を取り出せるマイクロデバイスを作製することができる。例えば、スイッチング素子や回転軸体がなくても直流電圧下で駆動するモーター等を作製することができる。
【００３９】
[実験例]
以下の実験装置を用いて、マイクロサイズの固形物体１４を運動させる実験を行った。
図７Ａ、図７Ｂは、固形物体１４を運動させるための実験装置を示す。Ｘ―Ｙ平面に配置されたスライドガラス１５上に、界面活性剤及び固形物体１４を含む絶縁性流体１３が滴下されて保持される。一対の棒状の電極１０、１１が、それらの軸が互いに同一直線上に位置しないように、かつ、それらの先端がＸ軸方向に距離Ｌの間隔が、Ｙ軸方向に距離Ｄの間隔をあけて対向するようにＸ−Ｙ平面に配置される。さらに、電極１０、１１の先端が絶縁性流体中１３に挿入されるように、かつ電極１０、１１間に固形物体１４が位置するように位置設定がなされる。電極１０、１１に電圧を印加する直流の電源１２が設けられ、電極１０、１１に接続されている。さらに、顕微鏡の対物レンズ１６が、絶縁性流体１３からＺ軸方向下方に間隔をあけて配置され、絶縁性流体１３中の固形物体１４の運動を下方から観測できるようにした。
【００４０】
以下の実験では、電極１０、１１に円錐形状のタングステン電極を、絶縁性流体１３にシリコンオイルを、固形物体１４に誘電体であるポリスチレンを、界面活性剤に、アニオン性界面活性剤であるビス（２-エチルヘキシル）リン酸（ＤＥＨＰＡ）を用いた。
具体的な溶液調整方法は以下の通りである。１００μＬのシリコンオイルに、２〜５μＬの市販の２．５％ポリスチレン粒子サスペンションと、水分を除去するための吸着材としてモレキュラーシーブを２〜３個を加えて、２４時間以上静置した。その溶液から、モレキュラーシーブを取り除き、ＤＥＨＰＡをシリコンオイル中の濃度が０．４〜０．５Ｍになるように加えた。ボルテックスミキサーにより１分間攪拌して、ポリスチレン粒子を分散させた。
【００４１】
・固形物体の運動の確認
図８Ａの通り、直径４５μｍの２個の球形状のポリスチレンビーズ（以下、ＰＳＢ）からなる凝集体を固形物体として用い、１００Ｖの電圧を印加すると、凝集体は、電極間で公転運動し続けることが確認された。
図８Ｂの通り、直径７５μｍの３個のＰＳＢが凝集して全体として略三角形状でありかつ略プロペラ形状である凝集体を固形物体として用い、１８０Ｖの電圧を印加すると、凝集体は、その場に留まった状態で（重心の位置がほとんどぶれずに）、Ｚ軸に平行な軸線周りに自転運動し続けることが確認された。自転速度は約１００ｒｐｍであった。
図８Ｃの通り、直径４５μｍの３個のＰＳＢが直線状に凝集した凝集体を固形物体として用い、１５０Ｖの電圧を印加すると、凝集体がプラス電極にバウンド運動し続けることが確認された。
図９Ａの通り、直径４５μｍの７個のＰＳＢが凝集した凝集体を用い、１８０Ｖの電圧を印加すると、凝集体が、その場に留まった状態で、自転運動し続けることが確認された。凝集体は、その中心に存在するＰＳＢを中心にＺ軸に平行な軸線周りに自転運動し続けた。自転速度は、約２６ｒｍｐであった。なお、図９Ａの画像では、７個目のＰＳＢは凝集体の背後に存在している。
図９Ｂの通り、球形状のＰＳＢに代えて棒形状のＰＳＢを用い、１２０Ｖの電圧を印加すると、このＰＳＢが公転運動し続けることが確認された。
このように、運動対象を固形物体とし、全体形状を非球形状とした場合でも、固形物体１４が絶縁性流体中で周期的に運動することが確認された。さらに、図８Ｂの通り、従来実現できなかった自転運動が確認された。
【００４２】
・自転運動による絶縁性流体の流動
また、図８Ｂの略三角形状で略プロペラ形状の凝集体が自転運動する際に、図１０の通りシリコンオイル中に含まれている微粒子が特定の方向に移動していることから、この自転運動によって絶縁性流体であるシリコンオイルの流動が発生することが確認された。
【００４３】
・運動モードの印加電圧依存性
電極間距離をＬ＝２００μｍ、Ｄ＝２００μｍと一定にし、２個のＰＳＢ（直径４５μｍ）からなる凝集体の運動を、一対の電極への印加電圧を１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖ、１３０Ｖ、１４０Ｖ、１６０Ｖ、１７０Ｖ、１７５Ｖ、１８０Ｖ、１８５Ｖと変化させて確認した。
凝集体は、１００Ｖ以下のとき周期運動しなかった。
凝集体は、１１０Ｖ〜１７０Ｖの範囲では、図１１Ａで示すように自転運動することが確認された。また、印加電圧が大きくなるにつれて自転速度が大きくなることが確認された。なお、図１１Ａは、印加電圧が１７０Ｖのときの自転運動を示す。
凝集体は、１７５Ｖ〜１８５Ｖの範囲では、図１１Ｂで示すような軌跡で公転運動することが確認された。また、印加電圧が大きくなるにつれて公転速度が大きくなることが確認された。なお、図１１Ｂは、印加電圧が１８０Ｖのときの公転運動を示す。
【００４４】
図１２は、凝集体（ＰＳＢ２個）の印加電圧と運動モードとの相関を示す。図１２の通り、自転運動の発生には印加電圧の閾値が１００Ｖ〜１１０Ｖの間に存在し、また自転運動の発生と公転運動の発生にも印加電圧の閾値が１７０Ｖ〜１７５Ｖの間に存在することが分かった。
これは、電極への印加電圧を制御することにより、固形物体の運動を、運動停止、自転運動及び公転運動間で自由に切り替えることができるということである。具体的には、電圧を印加しないまたは第１電圧より低い電圧を印加することで固形物体を運動停止させ、第１電圧以上で第２電圧以下の電圧を印加することで固形物体を自転運動させ、第２電圧より大きい電圧を印加することで固形物体を公転運動させることができる。
【００４５】
図１３Ａは、１１０Ｖ〜１７５Ｖの範囲での自転速度（角速度）の印加電圧依存性を示す。図１３Ｂの通り、凝集体全体の重心ベクトルをＸｃ＝（ｘｃ、ｙｃ）、及び、一方の粒子の重心ベクトルＸ１＝（ｘ１、ｙ１）を求め、これらのベクトルＸｃ、Ｘ１に基づいて方位角θを求めて、自転速度を算出した。
【００４６】
公転速度が印加電圧の増加に伴って増加することは特許文献１に記載の通りであるが、自転運動についても同様である。図１３Ａの通り、自転速度は、１１０Ｖから１７０Ｖの範囲内での印加電圧の増加に伴って増加することが確認された。これは、第１電圧から第２電圧までの範囲内で印加電圧を制御することにより、自転速度を制御できるということである。
【００４７】
このように、電極への印加電圧を変化させることにより、固形物体の運動モード及び運動速度が変化することが確認された。これは、印加電圧の制御により、固形物体の運動モード及び運動速度を制御できるということである。このような印加電圧に基づく固形物体モード及び運動速度の制御は、運動制御ユニットによって行うことができる。
【００４８】
・運動モードの形状依存性
電極間距離をＬ＝２００μｍ、Ｄ＝２００μｍと一定にし、印加電圧を１５０Ｖと一定にして、２個のＰＳＢからなる凝集体の運動と、３個のＰＳＢからなる略プロペラ形状の凝集体の運動とを確認した。
図１４Ａの通り、ＰＳＢ２個の場合、凝集体が公転運動を繰り返すことが確認された。
図１４Ｂの通り、ＰＳＢ３個の場合、凝集体がプラス電極付近から電極間を一周した後プラス電極に衝突してプラス電極付近でゆらぐという運動を一つの周期とする（公転＋ゆらぎ）運動を、繰り返すことが確認された。
このように、同一電場において、固形物体の形状よって異なる運動モードが発生することが確認された。これは、固形物体の形状によって運動モードを制御できるということである。
【００４９】
・固形物体、絶縁性流体及び界面活性剤の関係について
上記の実験例では固形物体がＰＳであった。固形物体をＰＳＢに代えてポリエチレンビーズ（以下、ＰＥＢ）を用いても同様の実験を行った。ＰＥＢでも、ＰＳＢと同様に、公転運動、自転運動といった運動モードは発生し、印加電圧の上昇に伴う運動モードの変化、印加電圧の上昇に伴う運動速度の上昇が観察された。しかしながら、ＰＥＢを用いた場合、周期運動の発生に必要な印加電圧の閾値は６０Ｖであった。これは、ＰＳＢの周期運動の発生に必要な印加電圧の閾値１１０Ｖに比べて非常に低い。
この閾値の違いは、両ビーズの比重の違いが大きな要因になっていると考えられる。以下の表１に、シリコンオイル、ＰＥ、ＰＳの物性値を示す。
【００５０】
【表１】
2015163283.tif 000003
【００５１】
比誘電率はＰＳとＰＥともに大きな違いがないのに対して、比重は０．１以上違う。シリコンオイルの比重が０．９９５であることから、ＰＳＢはスライドガラスへ沈んでいく傾向があるのに対して、ＰＥＢはＰＳＢよりも浮遊する傾向にあるために運動しやすいと考えられる。実際、ＰＥＢはＰＳＢに比べて周期運動の再現性が高いことも確認されている。従って、固形物体と絶縁性流体と比重の関係が、より正確には、固形物体と、絶縁性流体及び界面活性剤からなる分散媒との比重の関係が、周期運動の発生の重要な要因であると考えられる。
【００５２】
界面活性剤の濃度に関して、ＤＥＨＰＡの濃度が０．４Ｍ未満のときには、固形物体の周期運動が殆ど発生しないことも確認された。また、ＤＥＨＰＡの濃度が高いと、周期運動が発生しやすく、周期運動の持続性が向上することも確認された。
【００５３】
以上から、固形物体と絶縁性流体及び界面活性剤からなる分散媒との比重の関係や、界面活性剤の濃度が、周期運動の発生の重要な要因であって、これらの適切な組み合わせにより、周期運動をより低い印加電圧で発生させることができ、また再現性よく発生させることができることがわかった。
【００５４】
・Ｗ／Ｏエマルションによる対流の発生
上記の実験例では、界面活性剤としてＤＥＨＰＡが用いられていた。これに代え、アニオン性界面活性剤であるスルホコハク酸ビス(2-エチルヘキシル)ナトリウム（ＡＯＴ）を用い、Ｗ／Ｏエマルションをシリコンオイル中に形成した。
１００μＬのシリコンオイル中に、４．５４×１０?３ｇ（１Ｍ）のＡＯＴ及び１．８４μＬ（１Ｍ）の超純水を加えることにより、シリコンオイル中に大量のＷ／Ｏエマルションを作製した。Ｗ／Ｏエマルションの半径Ｒは約２．８ｎｍである。このシリコンオイル中に固形物体を含ませずに電圧を印加して、その様子を観察した。対流をより見やすくするために、光学顕微鏡での透過光観察に加え、微分干渉ユニットを用いて観察した。
【００５５】
図１５Ａは、印加電圧１５０Ｖのときの様子を示す。図１５Ａの通り、対流が発生していることが確認された。図１５Ｂは、印加電圧を図１５Ａの１５０Ｖから−１５０Ｖにまで数秒かけて変化させたときの様子を示す。図１５Ａ及び図１５Ｂの通り、印加電圧のプラスマイナスを入れ替えても対流の向きは殆ど変化してない。ＡＯＴを用いて形成されるＷ／Ｏエマルションを含むシリコンオイル中では、対流が極性に依存しないと考えられる。さらに、印加電圧の絶対値を変化させても対流の形状は大きく変化しないが、高電圧では対流が強く、低電圧では対流が弱いことが確認された。即ち、対流の強さは印加電圧の絶対値に依存することがわかった。
【００５６】
図１６は、Ｗ／Ｏエマルションを含むシリコンオイル中でのＰＳ凝集体（ＰＳＢ２個）の動きを示す。印加電圧は１８０Ｖである。凝集体が、図１６に示される軌跡で公転運動することが確認された。前述のＤＥＨＰＡのみを含むシリコンオイル中では、凝集体はもっぱら電極先端間でだけ運動することが確認されている。これに対して、Ｗ／Ｏエマルション及びＡＯＴを含むシリコンオイル中では、凝集体が電極先端間だけでなく電極先端間外で対流が発生している場所でも運動していることが確認された。
ＡＯＴを含みＷ／Ｏエマルションを含まないシリコンオイル中では、電場を発生させても対流が確認できず、ＰＳＢはわずかに運動したものの、周期運動の発生には至らなかった。
【００５７】
以上から、Ｗ／Ｏエマルションを含む絶縁性流体中では、電場により発生する対流を固形物体の周期運動の駆動力にできることが分かった。
【００５８】
［２個の誘電体粒子からなる凝集体の周期運動のメカニズム及びモデル化］
上記の実験結果より、２個の誘電体粒子からなる凝集体の運動に着目し、運動メカニズムのシミュレーションを行った。
図１７Ａは、メカニズムの説明のための図である。２つの粒子は、誘電体であるために誘電分極が起こり、それぞれ反符号で等量の電荷を持つと考えられる。凝集体が電極に接近することで、電極に近い粒子が当該電極と同符号に、もう一方の粒子が電極と逆符号に帯電する電荷のスイッチングが起こる。電荷のスイッチングが起こると、電極との静電反発により、粒子は他方の電極へと動くこととなる。そして、他方の電極でも同様に電荷のスイッチングが生じる。この電荷のスイッチングが繰り返されることで凝集体は周期的に運動すると考えられる。
【００５９】
粒子の運動は粘性支配下にあるため、駆動力・トルクと粘性抵抗が常に釣り合うので、凝集体の駆動力は、各粒子の持つ電荷による静電力及び誘電分極による誘電泳動力であると考えられる。これらを考慮すると、以下の数１に示される凝集体の重心の運動方程式と、数２に示される凝集体の重心まわりの回転運動方程式とが成立する。数１、数２において、ｑ１、ｘ１はそれぞれ一方の粒子の電荷と位置ベクトルであり、ｑ２、ｘ２はそれぞれ他方の粒子の電荷と位置ベクトルである。Ｘは粒子凝集体の重心であり、θは凝集体の方位角である（図１３Ｂ参照）。Ｅは電場である。粒子の初期位置や粒子が持つ電荷等の初期条件を適切に設定し、実験例と相似な電極配置を設定し、ラプラス方程式を解くことによって電位分布を計算し、その電位から電場Ｅを計算した。運動する粒子がポテンシャル場に与える影響は無視している。それから、それぞれの電極付近で２粒子の電荷のスイッチングが生じる領域を設定し、粒子の位置座標の経時変化を計算した。
【００６０】
【数１】
2015163283.tif 000004
【００６１】
【数２】
2015163283.tif 000005
【００６２】
図１７Ｂは、上記に基づく凝集体のシミュレーション結果を示す。詳細について省略するが、図１７Ｂに示される通り、簡単なモデルを用いて、２個の誘電体粒子からなる凝集体の自転運動を再現することができた。
【００６３】
[送液ポンプについて]
実験例から明らかな通り、固形物体１４に対する電極１０、１１の配置、印加電圧、固形物体の形状を適切に選択することによって、固形物体１４を所望の位置に留まらせた状態で自転運動させることが可能である。さらに、固形物体１４の自転運動によって絶縁性流体１３の流動が発生していることが確認された。図１８は、図１の装置を用いて製造される送液ポンプの概略的な構成を示す。
【００６４】
送液ポンプは、液体である絶縁性流体１３が流れるための流体流路１８が形成された流路形成部材１７を備えている。流体流路１８は、互いに平行にのびる第１流体流路１９及び第２流体流路２０とからなる。第１流体流路１９及び第２流体流路２０は、仕切り２１によって区画されている。仕切り２１は切欠かれており、第１流路流路１９及び第２流体流路２０が互いに連通する連通部２２が形成されている。
【００６５】
マイクロサイズの固形物体１４は、流体流路１８の連通部２２に配置されている。固形物体１４の形状は、前述のように自転運動が可能でありかつ該自転運動によって絶縁性流体１３の流動を生じさせることができる形状に予め選定されている。固形物体１４は、例えば図１８の通り、同じ大きさの３つの球形状のビーズが互いに接触するように凝集し全体として平面視で略三角形状であり、かつ各ビーズが羽根部を構成する略プロペラ形状である。絶縁性流体１３は界面活性剤を含んでいる。
【００６６】
円錐形状の一対の電極１０、１１が固形物体１４に対して設けられている。一対の電極１０、１１は、それらの先端が空間をあけて対向するように、かつそれぞれの軸が互いに同一直線上に位置しないように配置される。各電極１０、１１は、流路形成部材１７に差し込まれており、少なくともその先端が流体流路１８内に位置している。固形物体１４は、この電極１０、１１間に配置されている。図示されていないが、電極１０、１１へ電圧を印加する電源が設けられ、さらに、印加電圧を制御して固形物体１４の運動を制御する運動制御ユニットも設けられている。
【００６７】
電源及び一対の電極１０、１１によって電場を発生させて、固形物体１４がその場に留まった状態で自転運動すると、その自転運動によって絶縁性流体１３の流動が生じる。それによって、絶縁性流体１３は、第１流体流路１９内を第１方向に流れ、第２流体流路２０内を第１方向と反対の第２方向に流れる。送液ポンプは、このように、固形物体１４の自転運動を利用して絶縁性流体１３（液体）を輸送する。
【００６８】
固形物体１４の自転速度は、一対の電極１０、１１への印加電圧に基づいて制御できるので、液体の輸送量を制御することができる。即ち、運動制御ユニットは、一対の電極１０、１１への印加電圧に基づき固形物体１４の自転速度を制御し、それによって液体の輸送量を制御することができる。
【００６９】
上記実施形態では、固形物体１４が１つだけ設けられている。しかしながら、流体流路１８内に、流体流路１８の延設方向に適宜の間隔をあけて連通部２２を複数形成し、各連通部２２に固形物体１４を配置し、各固形物体１４に対して一対の電極１０、１１を設けてもよい。そして、各一対の電極１０、１１及び電源によって電場を発生させて、各固形物体１４を同じ方向に自転運動させ、それによって液体を輸送してもよい。
【００７０】
[その他]
上記の実施例及び実験例では、２つの電極が用いられていたが３つ以上の電極を用いてもよく、これによって、固形物体の周期運動の場所を自在に制御できる。
一例として、図１９では、一対の棒状の電極１０、１１に加えて、さらに一対の棒状の電極１０’、１１’が設けられ、それらの軸が互いに同一直線上に位置しないように配置されている。そして、固形物体１４は、電極１０、１１、１０’、１１’間に配置されている。一対の電極１０’、１１’も図示されない直流の電源に接続されている。その他の構成は、図１と同様である。この構成によれば、固形物体１４を一対の電極１０、１１だけでなく、一対の電極１０’、１１’によっても制御でき、従って、これらの制御の組合せによって固形物体１４の周期運動の場所をより正確に制御できる。
【００７１】
固形物体を運動させるために必要な印加電圧は、例えば約１〜１０００Ｖの範囲、１Ｖ〜２００Ｖの範囲、または１００Ｖ〜２００Ｖの範囲である。しかしながら、用いる固形物体、電極配置、絶縁性流体、界面活性剤によって適切な印加電圧の範囲は異なるので、この範囲に限定されるものではない。例えば、電極間距離を小さくすることにより、固形物体を運動させるために必要な印加電圧を小さくできることが分かっており、これを適用することで印加電圧が１０ｍＶ〜１０００ｍＶの範囲でも固形物体を運動させることは可能である。
【００７２】
本発明における「マイクロサイズ」とは、例えば、縦、横、高さが、例えば、数ｎｍ〜１０００μｍの範囲、１μｍ〜１００μｍの範囲、または１０μｍ〜１００μｍの範囲のサイズであるが、当然ながらこの範囲に限定されるものではない。本発明の原理が適用される限り、どのサイズであってもよい。
【００７３】
棒状の電極は、円錐形状、角錐形状の他に、例えば、円柱形状、角柱形状などでもよく、先端が鋭利に形成されてなくてもよい。電極は、タングステンの他に、タングステンカーバイド、金、白金、銀、銅、鉄、アルミニウムなどの導電性材料でもよい。
絶縁性流体は、電気抵抗値が高く、電極に定電圧を印加したときに、電流が流れない又はほとんど流れない流体をいう。絶縁性流体は、シリコンオイルの他に、例えば、ミネラルオイル、流動パラフィン、アルカンなどでもよい。絶縁性流体は、不揮発性であることが好ましい。
【００７４】
固形物体は、静電力及び誘電泳動力を周期運動の駆動力とするならば、電極によって電場を加えたときに、少なくとも一部分において電気分極が生じるよう誘電性を有していればどのようなものでもよい。例えば、固形物体が、図４のような複数の物体が凝集した凝集体や、複数の物体が結合した結合体である場合には、少なくともの一つ物体が誘電性を有していればよい。但し、固形物体は、その全体が誘電性を有する材料からなることが好ましい。固形物体の材料として、例えば、実験例で示したポリスチレン、ポリエチレンの他に、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのポリマー材料や、ガラス材料などの誘電体が挙げられる。なお、Ｗ／Ｏエマルションにより発生する対流を周期運動の駆動力とするならば固形物体の材料は任意である。
【００７５】
界面活性剤は、ＤＥＨＰＡ、ＡＯＴの他に、ジオレオイル・ホスファチジルコリン（ＤＯＰＣ）、ジオレオイル・ホスファチジルエタノールアミン（ＤＯＰＥ）、ジオレオイル・ホスファチジルセリン（ＤＯＰＳ）、ｅｇｇＰＣ、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド（ＳＴＡＣ）、ステアリルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＳＴＡＢ）、ソディウムドデシルサルフェイト（ＳＤＳ）、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ペンタエチレングリコールドデシルエーテルなどがある。しかしながら、界面活性剤は、絶縁性流体に溶解する必要があるため、用いる絶縁性流体に合わせて適切に選択される。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の範囲は当然ながら上記実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、微小空間で駆動するモーター等のマイクロアクチュエータ、微小物体を輸送するマクロキャリア、微小流路内で試薬を取り扱うマイクロ流体デバイス等のマイクロデバイスに利用可能である。
例えば、ＤＮＡチップを用いるＤＮＡ解析システムは、試薬（塩基）及び洗浄液を交互に流すためのポンプをＤＮＡチップに外付けし制御する必要がある。しかしながら、これはシステムの小型化や操作の簡素化を阻害する原因である。本発明は、このポンプを小型化した上でＤＮＡチップに一体化することに利用でき、それによって、簡素かつ迅速に解析を行うＤＮＡ解析システムを提供することが可能になる。
その他、本発明は、ＤＮＡ等のポリマーの力学的操作、薬剤の調合、薬剤の患部への直接的な輸送（ＤＤＳ）、バイオ試料の非接触輸送などに利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０、１１、１０’、１１’  電極
１２  直流の電源
１３  絶縁性流体
１４  固形物体
１５  スライドガラス
１６  顕微鏡の対物レンズ
１７  流路形成部材
１８  流体流路
１９  第１流体流路
２０  第２流体流路
２１  仕切り
２２  連通部
【図１】
2015163283.tif 000006
【図２】
2015163283.tif 000007
【図３】
2015163283.tif 000008
【図４】
2015163283.tif 000009
【図５】
2015163283.tif 000010
【図６】
2015163283.tif 000011
【図７】
2015163283.tif 000012
【図１２】
2015163283.tif 000013
【図１３】
2015163283.tif 000014
【図１５】
2015163283.tif 000015
【図１７】
2015163283.tif 000016
【図１８】
2015163283.tif 000017
【図１９】
2015163283.tif 000018
【図８】
2015163283.tif 000019
【図９】
2015163283.tif 000020
【図１０】
2015163283.tif 000021
【図１１】
2015163283.tif 000022
【図１４】
2015163283.tif 000023
【図１６】
2015163283.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月25日(2015.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
電場を発生させて絶縁性流体中で運動対象を運動させる方法であって、
前記運動対象として、全体形状が非球形状である固形物体を用い、
複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、前記複数の電極によって前記固形物体を含む前記絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を自転運動させることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記固形物体の自転運動の自転速度を前記複数の電極への印加電圧に基づいて制御することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記固形物体の自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記固形物体は、複数の球形状の固形物体が凝集したものからなることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記固形物体は、３つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定される形状またはプロペラ形状であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも１つの羽根部とを有することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
絶縁性流体中で回転運動する固形物体を有する装置であって、
前記固形物体は、全体形状が非球形状であり、
互いの軸が同一直線上にならないように配置された複数の棒状の電極と、
前記複数の電極に電圧を印加する電源と、
前記複数の電極への印加電圧を制御して、前記絶縁性流体中での前記固形物体の運動を、運動停止または公転運動の少なくともいずれか一方と、自転運動との間で切り替える運動制御ユニットと、を備えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記運動制御ユニットは、第１電圧より低い電圧を印加するまたは電圧を印加しないことにより前記固形物体を運動停止させ、前記第１電圧以上で第２電圧以下の電圧を印加することで前記固形物体を自転運動させ、前記第２電圧より高い電圧を印加することにより前記固形物体を公転運動させることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記運動制御ユニットは、前記印加電圧を前記第１電圧から前記第２電圧の範囲内で制御して自転運動の運動速度を制御することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記固形物体は、複数の球形状の固形物体が凝集したものからなることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記固形物体は、３つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定される形状またはプロペラ形状であることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも１つの羽根部とを有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載の装置を備え、液体を輸送する送液ポンプであって、
液体からなる前記絶縁性流体が流れるための流体流路をさらに備え、
前記各電極の少なくとも先端は前記流体流路内に配置され、
前記固形物体は、前記流体流路内に配置され、前記電源及び前記複数の電極により発生する電場によって自転運動し、該自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせて前記絶縁性流体を所定の方向へ輸送する、
ことを特徴とする送液ポンプ。
【請求項２１】
前記運動制御ユニットは、前記印加電圧に基づいて自転速度を制御することで前記流体の輸送量を制御することを特徴とする請求項２０に記載の送液ポンプ。
【国際調査報告】
2015163283.tif 000025
2015163283.tif 000026