(57)【要約】【課題】ポンプユニット及びこれを具備した遠心式の微細流動システムを提供する。【解決手段】静止した流体Ｆの上流側に配置されたチャンバと、チャンバに収容され、複数の微細発熱粒子を含むガス発生剤３２と、を具備し、ガス発生剤３２にエネルギーが供給されれば、ガス発生剤３２が気圧を上昇させ、流体Ｆを下流側に移動させることを特徴とするポンプユニット３０及びポンプユニット３０を具備した遠心式の微細流動システムとである。【選択図】図２
2008224662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止した流体の上流側に配置されたチャンバと、前記チャンバに収容され、複数の微細発熱粒子を含むガス発生剤と、を具備し、
前記ガス発生剤にエネルギーが供給されれば、前記ガス発生剤が気圧を上昇させ、前記流体を下流側に移動させることを特徴とするポンプユニット。
【請求項２】
前記ガス発生剤は、昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物からなる群から選択された少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
【請求項３】
前記昇華性物質は、ナフタレン、ドライアイス、ヨード、ショウノウ、及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
【請求項４】
前記アジドは、無機アジド、アルキルアジド、及びアリールアジドからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
【請求項５】
前記アゾ化合物は、アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス−（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）、１，１’−アゾビス−（４−シクロヘキサンカルボニトリル）、１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）、及び１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）からなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
【請求項６】
前記流体が前記ガス発生剤側に移動することを抑制するように、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路を閉鎖し、前記ガス発生剤にエネルギーが供給されるとき、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路を開放する弁をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
【請求項７】
前記弁は、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路に充填され、常温で固相である相転移物質を含む弁充填物を具備し、前記弁充填物にエネルギーが供給されれば、前記弁充填物が溶融され、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路が開放されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のポンプユニット。
【請求項８】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載のポンプユニット。
【請求項９】
前記弁充填物は、前記相転移物質に分散され、エネルギーを吸収して発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のポンプユニット。
【請求項１０】
前記微細発熱粒子は、強磁性物質であることを特徴とする請求項１または請求項９に記載のポンプユニット。
【請求項１１】
前記微細発熱粒子は、金属酸化物粒子であることを特徴とする請求項１または請求項９に記載のポンプユニット。
【請求項１２】
前記昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物は、粉末状であることを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
【請求項１３】
流体の流路を形成するチャンネルが形成された基板と、静止した流体を前記チャンネルに沿って移動させるためのポンプユニットと、を具備した遠心式の微細流動システムであって、
前記ポンプユニットは、
静止した流体の上流側に配置されたチャンバと、前記チャンバに収容され、複数の微細発熱粒子を含むガス発生剤と、を具備し、
前記ガス発生剤にエネルギーが供給されれば、前記ガス発生剤が気圧を上昇させ、前記流体を下流側に移動させることを特徴とする遠心式の微細流動システム。
【請求項１４】
前記基板を回転させる駆動手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１３に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項１５】
前記ガス発生剤に電磁波を照射する外部エネルギー源をさらに具備したことを特徴とする請求項１３に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項１６】
前記ガス発生剤は、昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物からなる群から選択された少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項１７】
前記昇華性物質は、ナフタレン、ドライアイス、ヨード、ショウノウ、及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項１８】
前記アジドは、無機アジド、アルキルアジド、及びアリールアジドからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項１９】
前記アゾ化合物は、アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス−（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）、１，１’−アゾビス−（４−シクロヘキサンカルボニトリル）、１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）、及び１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）からなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２０】
前記外部エネルギー源は、前記ガス発生剤の一端から他端に電磁波を走査できるように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２１】
前記ポンプユニットは、前記流体が前記ガス発生剤側に移動することを防止するように、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路を閉鎖し、前記ガス発生剤にエネルギーが供給されるとき、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路を開放する弁をさらに具備したことを特徴とする請求項１３に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２２】
前記弁は、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路に充填され、常温で固相である相転移物質を含む弁充填物を具備し、前記弁充填物にエネルギーが供給されれば、前記弁充填物が溶融され、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路が開放されるように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２３】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２４】
前記弁充填物は、前記相転移物質に分散され、エネルギーを吸収して発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２５】
前記微細発熱粒子は、強磁性物質であることを特徴とする請求項１３または請求項２４に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２６】
前記微細発熱粒子は、金属酸化物粒子であることを特徴とする請求項１３または請求項２４に記載の遠心式の微細流動システム。
【請求項２７】
前記昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物は、粉末状であることを特徴とする請求項１６に記載の遠心式の微細流動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流体工学（ｍｉｃｒｏｆｌｕｄｉｃｓ）に係り、さらに詳細には、流体が微細チャンネルに沿って流動するように、流体をポンピングするポンプユニット及びこれを具備した遠心式の微細流動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細流体工学分野において、流体を分離または混合したり、流体を利用して生化学反応を行ったり、生化学反応結果を検出したりするなど、流体を利用した多様な機能を行える微細流動システムが利用されている。前記微細流動システムは、例えば、ラボ・オン・チップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）のような基板形態の素子を含むことができる。このような微細流体処理のための素子には、流体の流路を形成する微細チャンネルと、流体を収容するためのチャンバとが備わり、前記微細流動システムは、前記微細チャンネルに沿って流体が流動するように、流体をポンピングする手段を具備する。
【０００３】
図１は、微細チャンネル上の流体をポンピングするための従来のポンプユニットの一例であり、特許文献１に開示されたマイクロポンプを示す平面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、従来のポンプユニット１０は、基板１に形成されたメインチャンネル１１と、メインチャンネル１１の一端１１ａに形成された推進剤チャンバ１３と、推進剤チャンバ１３と隣接し、メインチャンネル１１と連結された流体注入チャンネル１４とを具備する。推進剤チャンバ１３には、推進剤１５が充填される。推進剤１５は、アゾビス−イソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）と、テフロン（登録商標）という商品名で周知のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）との混合物であり、前記ＡＩＢＮは、およそ７０℃以上に加熱されれば、窒素ガス（Ｎ２）を生成する。
【０００５】
ポンプユニット１０は、推進剤１５を加熱するためのヒータ２０をさらに具備する。ヒータ２０は、電気エネルギーにより発熱し、基板１に形成されるか、または基板１の外部に形成されて基板１と接触されるように位置する。流体注入チャンネル１４を介してメインチャンネル１１に流体Ｆを注入させ、ヒータ２０に電気エネルギーを供給すれば、推進剤１５が加熱されて窒素ガス（Ｎ２）が生成される。このように生成された窒素ガスの圧力により、流体Ｆは、メインチャンネル１１の一端１１ａから他端１１ｂに向けて流動し、仮想線で図示された位置から実線で図示された位置に移動する。ところで、ポンプユニット１０は、基板１に形成されたり、基板１と接触されるように位置されたりするヒータ２０を具備するので、基板１を小型化、集積化し難いという問題点がある。
【０００６】
一方、円盤状（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ形状）の基板を具備し、前記円盤状の基板を回転させることにより、遠心力を利用して流体を前記円盤状の基板の中心部から外周部に向かってポンピングできる遠心式の微細流動システムが、微細流体工学分野で知られている。このような微細流動システムは、円盤状の基板の集積化が容易であるという長所があるが、流体を基板の回転中心から外周部に向かった方向にしかポンピングできないという短所がある。図１に示されたポンプユニット１０は、電気エネルギーの供給により発熱するヒータ２０を具備しなければならないので、ポンプユニット１０を前記遠心式の微細流動システムに適用し難い。従って、流体を前記円盤状の基板の外周部から回転中心に向かった方向にポンピングできなかった。このため、比較的複雑な生化学反応とその結果の検出とを含む微細流体処理プロセスを１枚の円盤状の基板で行える遠心式の微細流動システムを設計することが容易ではないという問題点もある。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０２３２８１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであり、非接触方式で、ガス発生剤にエネルギーを供給して流体をポンピングする加圧力を形成するポンプ及びこれを具備した遠心式の微細流動システムを提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の技術的課題を達成するために本発明は、静止した流体の上流側に配置されたチャンバと、前記チャンバに収容され、複数の微細発熱粒子を含むガス発生剤と、を具備し、前記ガス発生剤にエネルギーが供給されれば、前記ガス発生剤が気圧を上昇させ、前記流体を下流側に移動させることを特徴とするポンプユニットを提供する。
【０００９】
また、本発明は、流体の流路を形成するチャンネルが形成された基板と、静止した流体を前記チャンネルに沿って移動させるためのポンプユニットと、を具備し、前記ポンプユニットは、静止した流体の上流側に配置されたチャンバと、前記チャンバに収容され、複数の微細発熱粒子を含むガス発生剤と、を具備し、前記ガス発生剤にエネルギーが供給されれば、前記ガス発生剤が気圧を上昇させ、前記流体を下流側に移動させることを特徴とする遠心式の微細流動システムを提供する。
【００１０】
望ましくは、前記遠心式の微細流動システムは、前記基板を回転させる駆動手段をさらに具備できる。
【００１１】
望ましくは、前記遠心式の微細流動システムは、前記ガス発生剤に電磁波を照射する外部エネルギー源をさらに具備できる。
【００１２】
望ましくは、前記ガス発生剤は、昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物からなる群から選択された少なくとも一つをさらに含むことができる。
【００１３】
望ましくは、前記昇華性物質は、ナフタレン、ドライアイス、ヨード、ショウノウ、及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択された少なくとも一つでありうる。
【００１４】
望ましくは、前記アジドは、無機アジド、アルキルアジド、及びアリールアジドからなる群から選択された少なくとも一つでありうる。
【００１５】
望ましくは、前記アゾ化合物は、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、２，２’−アゾビス−（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＡＤＶＮ）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）（ＡＭＢＮ）、１，１’−アゾビス−（４−シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＣＨＮ）、１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＣＣＮ）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）（ＡＢＡＨ）、及び１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＣＶＡ）からなる群から選択された少なくとも一つでありうる。
【００１６】
望ましくは、前記外部エネルギー源は、前記ガス発生剤の一端から他端に電磁波を走査できるように構成されうる。
【００１７】
望ましくは、前記ポンプユニットは、前記流体が前記ガス発生剤側に移動することを防止するように、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路を閉鎖し、前記ガス発生剤にエネルギーが供給されるとき、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路を開放する弁をさらに具備できる。
【００１８】
望ましくは、前記弁は、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路に充填され、常温で固相である相転移物質を含む弁充填物を具備し、前記弁充填物にエネルギーが供給されれば、前記弁充填物が溶融され、前記ガス発生剤と前記流体との間の流路が開放されるように構成されうる。
【００１９】
望ましくは、前記相転移物質は、ワックス、ゲル、及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも一つでありうる。
【００２０】
望ましくは、前記弁充填物は、前記相転移物質に分散され、エネルギーを吸収して発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含むことができる。
【００２１】
望ましくは、前記微細発熱粒子は、強磁性物質でありうる。
【００２２】
望ましくは、前記微細発熱粒子は、金属酸化物粒子でありうる。
【００２３】
望ましくは、前記昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物は、粉末状でありうる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のポンプユニットは、ヒータを具備しないので、微細流体工学用の流体処理素子を小型化、集積化しやすい。また、円盤状の基板を具備した遠心式の微細流動システムにも容易に適用可能である。
【００２５】
上記ポンプユニットを具備した遠心式の微細流動システムは、円盤状の基板の外周部から回転中心に向かった方向に流体をポンピングでき、比較的複雑な生化学反応とその結果の検出とを含む微細流体処理プロセスを１枚の円盤状の基板で行える遠心式の微細流動システムを容易に設計できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態によるポンプユニット及びこれを具備した遠心式の微細流動システムについて詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本発明のポンプユニットを説明するための図である。
【００２８】
図２を参照すれば、本発明のポンプユニット３０は、静止している流体Ｆに隣接した一端に備えられたガス発生剤３２と、外部からガス発生剤３２にエネルギーを供給する外部エネルギー源３５とを具備する。ガス発生剤３２と流体Ｆは、ラボ・オン・チップのような流体処理用基板４０の内部に設けられうる。外部エネルギー源３５は、基板４０及びガス発生剤３２に接触していない非接触方式で、ガス発生剤３２にエネルギーを供給する。外部エネルギー源３５は、ガス発生剤３２に電磁波を照射し、エネルギーを供給するものでありうる。具体的に、外部エネルギー源３５は、レーザビームＬを照射する、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）のようなレーザ光源を含むことができる。外部エネルギー源３５から照射されたレーザビームＬがガス発生剤３２に入射されるとき、エネルギー損失が最小化されるように、基板４０は透明である。
【００２９】
ガス発生剤３２は、エネルギーを吸収して発熱する多数の微細発熱粒子と昇華性物質パウダーとの混合物でありうる。昇華性物質は、大気圧条件で温度が上昇するにつれて、液相を経ずに固相から直ちにガス相に相変化する物質を指す。具体的に、前記昇華性物質は、ナフタレン、ドライアイス、ヨード、ショウノウ、及びパラジクロロベンゼンからなる群から選択された一つでありうる。
【００３０】
前記微細発熱粒子は、数十〜数百ｎｍの粒径を有する。前記微細発熱粒子は、例えば、レーザビーム照射のような方法でエネルギーが供給されれば、そのエネルギーにより温度が急激に上昇して発熱する性質を有する。前記微細発熱粒子は、強磁性の微細な金属酸化物粒子でありうる。具体的に、前記金属酸化物には、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、またはＨｆＯ２が含まれうる。
【００３１】
前記昇華性物質は、温度が高いほど蒸気圧が高まる性質を有する。外部エネルギー源３５によりガス発生剤３２にレーザビームＬが照射されれば、ガス発生剤３２に含まれた微細発熱粒子がレーザビームＬのエネルギーを吸収して急激に発熱し、この発熱によって昇華性物質が気化されつつ、ガス発生剤３２と、仮想線で図示された静止した流体Ｆとの間の気圧が上昇する。この上昇された気圧により加圧され、流体Ｆは実線で図示されたように、ガス発生剤３２から遠ざかる方向に流動する。少なくとも、１０ｍＷの出力を有する連続波動レーザビームＬであれば、ガス発生剤３２を発熱させることができ、１．５Ｗ〜２．０Ｗほどの出力を有する連続波動レーザビームＬであれば、速い流体ポンピングを期待することができる。
【００３２】
ポンプユニット３０のガス発生剤は、多数の微細発熱粒子と、アジドまたはアゾ化合物パウダーとの混合物でもありうる。アジドまたはアゾ化合物は、加熱されれば分解され、窒素（Ｎ２）ガスが発生する。外部エネルギー源３５によりガス発生剤にレーザビームＬが照射されれば、ガス発生剤に含まれた微細発熱粒子がレーザビームＬのエネルギーを吸収して急激に発熱し、この発熱によってアジドまたはアゾ化合物が加熱されて窒素（Ｎ２）ガスが発生し、ガス発生剤と、仮想線で図示された静止した流体Ｆとの間の気圧が上昇する。この上昇された気圧により加圧され、流体Ｆは、実線で図示されたように、ガス発生剤から遠ざかる方向に流動する。
【００３３】
前記アジドは、無機アジド、アルキルアジド、及びアリールアジドからなる群から選択された一つであり、無機アジドは、例えば、アジ化ナトリウム（ＮａＮ３）でありうる。また、アゾ化合物は、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、２，２’−アゾビス−（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＡＤＶＮ）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）（ＡＭＢＮ）、１，１’−アゾビス−（４−シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＣＨＮ）、１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＣＣＮ）、２，２’−アゾビス−（２−メチルブチロニトリル）（ＡＢＡＨ）、及び１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）（ＡＣＶＡ）からなる群から選択される一つでありうる。
【００３４】
一方、ポンプユニット３０は、昇華性物質、アジド、またはアゾ化合物を含まずに、微細発熱粒子のみを含んでなる発熱剤３３を含むことも可能である。発熱剤３３にレーザビームＬが照射されれば、微細発熱粒子が急激に発熱し、発熱剤３３と、仮想線で図示された静止した流体Ｆとの間の空気の温度が上昇し、これによって気圧が上昇する。この上昇された気圧により、流体Ｆは、発熱剤３３から遠ざかる方向に流動する。しかし、微細発熱粒子のみを含んでなる発熱剤３３は、ガス発生剤３２に比べ、流体Ｆをポンピングする性能は低下する。
【００３５】
図３は、本発明の望ましい実施形態によるポンプユニットを具備した遠心式の微細流動システムを示した斜視図であり、図４は、図３のIV−IVに沿った断面図である。
【００３６】
図３及び図４を参照すれば、本発明の望ましい実施形態による遠心式の微細流動システム１００は、円盤状の基板１０２と、基板１０２を回転させるためのスピンドルモータ１４５と、基板１０２に向けてレーザビームＬを照射する外部エネルギー源１４０とを具備する。基板１０２は、互いにボンディングされた上部プレート１０３と下部プレート１０４とを具備する。上部プレート１０３と下部プレート１０４とは、両面接着テープ（図示せず）によりボンディングされ、あるいは、超音波融着のような他の方法によりボンディングされる。レーザビームＬのエネルギー損失を減らすために、少なくとも上部プレート１０３は透明である。
【００３７】
基板１０２には、流体Ｆの流路を形成するメインチャンネル１０５と、メインチャンネル１０５の両端に連結された第１流体チャンバ１０７及び第２流体チャンバ１１２と、第１流体チャンバ１０７に隣接した収容チャンバ１１５と、第１流体チャンバ１０７と収容チャンバ１１５とを連結するポンプチャンネル１１７とが形成されている。流体Ｆの収容される第１流体チャンバ１０７は、第２流体チャンバ１１２に比べて相対的に基板１０２の中心、すなわち、スピンドルモータ１４５からさらに離隔されて位置する。また、基板１０２には、第１流体チャンバ１０７に流体Ｆを注入するための流体注入孔１０８と、第１流体チャンバ１０７のための通気孔（ｖｅｎｔ  ｈｏｌｅ）１０９と、第２流体チャンバ１１２のための通気孔１１３とが設けられている。
【００３８】
収容チャンバ１１５には、ガス発生剤１２０または発熱剤１２１が充填される。図２を参照して説明したように、ガス発生剤１２０は、微細発熱粒子と昇華性物質パウダーとを含むものであるか、微細発熱粒子と、アジドまたはアゾ化合物とを含む混合物でありうる。また、発熱剤１２１は、昇華性物質、アジド、及びアゾ化合物を含まずに、微細発熱粒子のみを含むものである。基板１０２には、収容チャンバ１１５にガス発生剤１２０または発熱剤１２１を注入するための注入孔１１６が設けられている。
【００３９】
微細流動システム１００は、収容チャンバ１１５と第１流体チャンバ１０７との間のポンプチャンネル１１７を介して、第１流体チャンバ１０７に収容された流体Ｆがガス発生剤１２０または発熱剤１２１側に流動しないように、ポンプチャンネル１１７を閉鎖する弁１２５をさらに具備する。弁１２５は、ポンプチャンネル１１７に充填される弁充填物１３０を含む。弁充填物１３０は、相転移物質と、相転移物質に分散され、外部から供給されるエネルギーを吸収して発熱する多数の微細発熱粒子とを含む。
【００４０】
相転移物質は、ワックス、ゲル、または熱可塑性樹脂でありうる。ワックスとしては、例えば、パラフィンワックスが採用され、ゲルとしては、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、またはポリビニルアミドなどが採用され、熱可塑性樹脂としては、例えば、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、パーフルオロオキシ（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが採用されうる。
【００４１】
前記微細発熱粒子は、ガス発生剤１２０に含まれる微細発熱粒子と同種のものであり、重複された説明は省略する。ただし、弁充填物１３０を製造するのに使われる微細発熱粒子は、疎水性キャリアオイルに分散されていることが可能である。微細発熱粒子が分散された疎水性キャリアオイルと、溶融された相転移物質とを混合して弁充填物１３０を製造することができる。
【００４２】
下部プレート１０４には、溶融された弁充填物１３０を収容することができるドレイン１２８が形成され、上部プレート１０３には、溶融された弁充填物１３０をポンプチャンネル１１７上に注入できるように弁充填物注入孔１２６が形成されている。注入孔１２６は、ドレイン１２８と重ならないように位置する。注入孔１２６を介してポンプチャンネル１１７に、溶融された状態の弁充填物１３０を注入すれば、一部は、ポンプチャンネル１１７に沿ってドレイン１２８に流れ込んで収容され、一部は、注入孔１２６とドレイン１２８との間のポンプチャンネル１１７上に残る。このようにポンプチャンネル１１７上に残った弁充填物１３０は、常温で凝固されてポンプチャンネル１１７を閉鎖する。注入孔１２６に弁充填物１３０を注入した後には、テープ１３２などで注入孔１２６を閉鎖し、通気を遮断する。
【００４３】
円盤状の基板１０２をスピンドルモータ１４５に装着し、スピンドルモータ１４５を駆動して基板１０２を高速回転させれば、基板１０２内部に注入された流体は、遠心力により基板１０２の回転中心から外周部に向かってポンピングされる。従って、メインチャンネル１０５上に流体が存在すれば、その流体は、基板１０２の外周部に向かって流動する。
【００４４】
一方、基板１０２が回転しない状態で、第１流体チャンバ１０７と収容チャンバ１１５とに、流体Ｆとガス発生剤１２０または発熱剤１２１とをそれぞれ注入し、流体注入孔１０８、通気孔１０９、及び注入孔１１６をテープ（図示せず）などで閉鎖した後、外部エネルギー源１４０を利用して、ガス発生剤１２０または発熱剤１２１と、ポンプチャンネル１１７上の弁充填物１３０とにレーザビームＬを照射すれば、ポンプチャンネル１１７上の弁充填物１３０が溶融されてドレイン１２８に流れ込み、ポンプチャンネル１１７が開放され、ガス発生剤１２０または発熱剤１２１に含まれた微細発熱粒子が急激に発熱してポンプチャンネル１１７の気圧が上昇する。第１流体チャンバ１０７に静止している流体Ｆは、このように上昇された気圧により、ガス発生剤１２０または発熱剤１２１から遠ざかる方向に加圧され、メインチャンネル１０５に沿って基板１０２の回転中心に向かって流動する。
【００４５】
本発明者は、ガス発生剤１２０を具備したポンプユニットと、発熱剤１２１を具備したポンプユニットとの流体ポンピング性能を比較するための試験を行った。その結果を撮影した写真が図５Ａ〜図５Ｃに示されている。各試験で、外部エネルギー源１４０は、ガス発生剤１２０または発熱剤１２１、及び弁充填物１３０に、１．５Ｗ出力の連続波動レーザビームＬを１５秒間照射した。
【００４６】
図５Ａは、微細発熱流体の一種である酸化鉄パウダーと、昇華性物質の一種であるナフタレンパウダーとの混合物からなるガス発生剤Ｐ１を適用した場合であり、第１流体チャンバ１０７に収容されていた流体Ｆがメインチャンネル１０５に沿ってポンピングされ、ほぼ第２流体チャンバ１１２に至っていることを示している。この結果により、微細発熱流体と昇華性物質とからなるガス発生剤Ｐ１は、すぐれた流体ポンピング性能を有しているということを確認することができる。
【００４７】
図５Ｂは、酸化鉄パウダーのみからなる発熱剤Ｐ２を適用した場合であり、第１流体チャンバ１０７に収容されていた流体Ｆがメインチャンネル１０５の中間部ほどまで至っているということを示している。この結果により、発熱剤Ｐ２は、ガス発生剤Ｐ１（図５Ａ）よりは劣るものの、相当な流体ポンピング性能を有しているということを確認することができる。
【００４８】
図５Ｃは、ナフタレンパウダーのみからなるガス発生剤Ｐ３を適用した場合であり、第１流体チャンバ１０７に収容されていた流体Ｆの移動程度が大きくないということを示している。これは、レーザビームＬのように非接触方式で供給されたエネルギーによっては、ナフタレンのような昇華性物質の温度を気化が活発になるほどに十分に上昇させ難いということを示している。従って、微細発熱粒子なしに昇華性物質のみからなるガス発生剤Ｐ３は、本発明のポンプユニット３０（図２）や微細流動システム１００（図３）に適用されえない。
【００４９】
図６及び図７は、本発明の望ましい他の実施形態によるポンプユニットを図示した平面図である。
【００５０】
図６を参照すれば、本発明の望ましい他の実施形態によるポンプユニット１５０は、流体の流路を形成するメインチャンネル１５２と、メインチャンネル１５２の一端に連結される流体流入チャンネル１５３と、ポンプチャンネル１６３によりメインチャンネル１５２の一端に連結されるガス発生剤１６０と、メインチャンネル１５２の他端に連結される流体チャンバ１５５とを具備する。また、ポンプユニット１５０は、ガス発生剤１６０にレーザビームＬ２を照射するための外部エネルギー源３５（図２）と、ポンプチャンネル１６３を閉鎖して適時に開放するための弁とを具備する。
【００５１】
ガス発生剤１６０は、微細発熱粒子、昇華性物質、アジド、またはアゾ化合物パウダーの混合物であり、図２を参照して説明したポンプユニット３０のガス発生剤３２と同一であるので、重複される説明は省略する。一方、ガス発生剤１６０の代わりとして、微細発熱粒子のみからなる発熱剤１６１が備えられることもある。発熱剤１６１は、図２を参照して説明したポンプユニット３０の発熱剤３３と同一であるので、重複される説明は省略する。
【００５２】
弁は、ポンプチャンネル１６３に充填される弁充填物１６６を含む。弁充填物１６６及びこれを含む弁は、図３及び図４を参照して説明した微細流動システム１００の弁充填物１３０及び弁１２５と同一であるので、重複される説明は省略する。弁充填物１６６に照射されるレーザビームＬ１は、ガス発生剤１６０にレーザビームＬ２を照射するための外部エネルギー源３５（図２）により照射され、あるいは、これと別個の外部エネルギー源により照射されることもある。
【００５３】
流体流入チャンネル１５３を介してメインチャンネル１５２に流体Ｆを注入し、弁充填物１６６にレーザビームＬ１を照射してポンプチャンネル１６３を開放した後、ガス発生剤１６０にレーザビームＬ２を照射すれば、ガス発生剤１６０に含まれた微細発熱粒子が急激に発熱して昇華性物質が活発に気化し、これによってポンプチャンネル１６３の気圧が上昇する。メインチャンネル１５２の一端に静止した流体Ｆは、このように上昇された気圧により、ガス発生剤１６０から遠ざかる方向に加圧され、メインチャンネル１５２に沿って流体チャンバ１５５側に流動する。
【００５４】
一方、ガス発生剤１６０の量が多いほどポンプユニット１５０の流体ポンピング性能は、さらに向上する。しかし、広範囲にわたって分布されたガス発生剤１６０に、レーザビームを同時に照射するためには、複数個のレーザダイオード（ＬＤ）を具備した外部エネルギー源が必要であり、消耗される電力量も大きくなってコストの上昇を引き起こしてしまう。従って、小さな範囲にレーザビームＬ２を照射することができる外部エネルギー源３５（図２）を利用して、外部エネルギー源３５を水平移動させて広範囲に分布されたガス発生剤１６０の一端側から他端に、矢印に沿ってレーザビームＬ２を走査すれば、コスト上昇を抑制しつつも、流体ポンピング性能を向上させることができる。
【００５５】
図７を参照すれば、本発明のさらに他の望ましい実施形態によるポンプユニット１７０は、流体の流路を形成するメインチャンネル１７２と、メインチャンネル１７２の一端に連結された第１流体チャンバ１７３と、メインチャンネル１７２の他端に連結される第２流体チャンバ１７５とを具備する。また、ポンプチャンネル１８２，１８３，１８４によって第１流体チャンバ１７３の一端に連結されるガス発生剤１８０と、ガス発生剤１８０にレーザビームＬ２を照射するための外部エネルギー源３５（図２）と、ポンプチャンネル１８２，１８３，１８４を閉鎖して適時に開放するための弁とを具備する。
【００５６】
第１流体チャンバ１７３は、第１流体チャンバ１７３に収容された流体Ｆが収束してメインチャンネル１７２に投入されるように三角形形態を有しており、ポンプチャンネル１８２，１８３，１８４に連結される第１流体チャンバ１７３の端部がメインチャンネル１７２に連結される第１流体チャンバ１７３の端部よりも拡張されている。このように拡張された端部の一部分に流体Ｆをポンピングする力が偏重しないように、ポンプチャンネル１８２，１８３，１８４が３つ備わり、これに対応して弁も３つ備わる。３個の弁は、３個のポンプチャンネル１８２，１８３，１８４にそれぞれ充填される弁充填物１８７，１８８，１８９を具備する。弁充填物１８７，１８８，１８９及びこれを含む弁は、図３を参照して説明した微細流動システム１００の弁充填物１３０及び弁１２５と同一であるので、重複される説明は省略する。
【００５７】
ガス発生剤１８０は、微細発熱粒子、昇華性物質、アジド、またはアゾ化合物パウダーの混合物であり、図２を参照して説明したポンプユニット３０のガス発生剤３２と同一であるので、重複される説明は省略する。一方、ガス発生剤１８０の代わりとして、微細発熱粒子のみからなる発熱剤１８１が備わることもある。発熱剤１８１は、図２を参照して説明したポンプユニット３０の発熱剤３３と同一であるので、重複される説明は省略する。
【００５８】
弁充填物１８７，１８８，１８９に照射されるレーザビームＬ１は、ガス発生剤１８０にレーザビームＬ２を照射するための外部エネルギー源３５（図２）により照射され、あるいは、これと別個の外部エネルギー源により照射されることもある。
【００５９】
第１流体チャンバ１７３に流体Ｆを注入し、弁充填物１８７，１８８，１８９にレーザビームＬ１を照射して３個のポンプチャンネル１８２，１８３，１８４を開放した後、ガス発生剤１８０にレーザビームＬ２を照射すれば、ガス発生剤１８０に含まれた微細発熱粒子が急激に発熱して昇華性物質が活発に気化し、これによってポンプチャンネル１８２，１８３，１８４の気圧が上昇する。第１流体チャンバ１７３に収容された流体Ｆは、このように上昇された気圧によりガス発生剤１８０から遠ざかる方向に加圧され、メインチャンネル１７２に沿って第２流体チャンバ１７５に向かって流動する。図６に図示されたポンプユニット１５０と同様に、図７のポンプユニット１７０も広範囲に分布されたガス発生剤１８０の一端から他端に、矢印に沿ってレーザビームＬ２を走査できる外部エネルギー源を具備できる。
【００６０】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考に説明したが、それらは例示的なものにすぎず、当業者ならば、これらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができるであろう。よって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決まる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のポンプユニット及びこれを具備した遠心式の微細流動システムは、例えば、生化学反応関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来のポンプユニットの一例を図示した平面図である。
【図２】本発明のポンプユニットを説明するための図である。
【図３】本発明の望ましい実施形態によるポンプユニットを具備した遠心式の微細流動システムを図示した斜視図である。
【図４】図３のIV−IVに沿った断面図である。
【図５Ａ】酸化鉄パウダーとナフタレンパウダーとの混合物であるガス発生剤を具備したポンプユニットのポンピング性能試験の結果を撮影した写真である。
【図５Ｂ】酸化鉄パウダーのみからなる発熱剤を具備したポンプユニットのポンピング性能試験の結果を撮影した写真である。
【図５Ｃ】ナフタレンパウダーのみからなるガス発生剤を具備したポンプユニットのポンピング性能試験の結果を撮影した写真である。
【図６】本発明の望ましい他の実施形態によるポンプユニットを図示した平面図である。
【図７】本発明の望ましいさらに他の実施形態によるポンプユニットを図示した平面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，４０  基板、
１１，１０５，１５２，１７２  メインチャンネル、
１１ａ  メインチャンネルの一端、
１１ｂ  メインチャンネルの他端、
１３  推進剤チャンバ、
１４  流体注入チャンネル、
１５  推進剤、
２０  ヒータ、
１０，３０，１５０，１７０  ポンプユニット、
３２，１２０，１６０，１８０，Ｐ１，Ｐ３  ガス発生剤、
３３，１２１，１６１，１８１，Ｐ２  発熱剤、
３５，１４０  外部エネルギー源、
１００  微細流動システム、
１０２  基板、
１０３  上部ブレード、
１０４  下部ブレード、
１０７，１７３  第１流体チャンバ、
１０８  流体注入孔、
１１２，１７５  第２流体チャンバ、
１１３  第２流体チャンバの通気孔、
１１５  収容チャンバ、
１１６，１２６  注入孔、
１１７  ポンプチャンネル、
１２５  弁、
１２８  ドレイン、
１３０，１６６，１８７，１８８，１８９  弁充填物、
１３２  テープ、
１４５  スピンドルモータ、
１５３  流体流入チャンネル、
１５５  流体チャンバ、
１６３，１８２，１８３，１８４  ポンプチャンネル、
Ｆ  流体、
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  レーザビーム。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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