(57)【要約】【課題】小型軽量で、エネルギー損失による発熱や流路閉塞のおそれのない、生体内等への適用に適したポンプ装置を提供する。【解決手段】ケーシング１０内に可動床２０と、この可動床２０を上下に連続的に往復駆動させる駆動部３０１を備え、可動床２０の往復駆動により被搬送流体を吸入し吐出するポンプ装置において、駆動部３０１は、微小管３１とキネシン３２、微小管３１とダイニン、あるいはＩＩ型ミオシンとアクチンの化学作用により発生する動力により可動床２０が往復駆動するように構成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に可動床と、この可動床を上下に連続的に往復駆動させる駆動部を備え、前記駆動部による前記可動床の往復駆動により被搬送流体を吸入し吐出するポンプ装置において、
前記駆動部は、微小管および微小管依存性モータタンパクを含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記可動床が往復駆動するように構成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
微小管依存性モータタンパクが、キネシンまたはダイニンであることを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記駆動部は、ＩＩ型ミオシンおよびアクチンを含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記可動床が往復駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
【請求項４】
配管内をアデノシン三リン酸を含む流体を搬送するポンプ装置であって、
前記配管内に対向配置された一対の可動壁と、前記一対の可動壁を配管内壁に該内壁とのクリアランスが配管の上流側が下流側より大きくなるように支持しつつ配管の径方向に連続的に往復駆動させる駆動部を有するポンプ装置において、前記駆動部は、微小管および微小管依存性モータタンパクを含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記可動壁が往復駆動するように構成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
微小管依存性モータタンパクが、キネシンまたはダイニンであることを特徴とする請求項４記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記駆動部は、ＩＩ型ミオシンおよびアクチンを含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記可動床が往復駆動するように構成されていることを特徴とする請求項４記載のポンプ装置。
【請求項７】
軟質弾性材料からなる配管の外周または内周に配設され前記配管に断続的な押圧力を加える駆動部を備え、前記駆動部による断続的な押圧力によって前記配管内部の液体を搬送するポンプ装置において、
前記駆動部は、微小管および微小管依存性モータタンパクを含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記配管に断続的な押圧力を加えるように構成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項８】
微小管依存性モータタンパクが、キネシンまたはダイニンであることを特徴とする請求項７記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記駆動部は、ＩＩ型ミオシンおよびアクチンを含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記配管に捩じり力が加えられるように構成されていることを特徴とする請求項７記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な管内の液体の搬送に有用なポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポンプ装置は、各種生産設備や機械機器の動力として幅広く利用されてきたが、最近では材料や加工技術等の周辺技術の向上に伴い、小型化・高精密化が図られ、人工心肺等の人工臓器をはじめ、その用途はさらに多方面へと広がりつつある。そして、このような用途の拡大とともに、小型化・高精密化に対する要求もさらに一段と高まってきている。
【０００３】
ところで、従来のポンプ装置は、その多くが電気エネルギーや熱エネルギーを利用するものであるが、例えば、人工心臓や心臓補助装置に用いられる血液ポンプには、遠心力や磁気エネルギーを利用するものが使用されており（例えば、特許文献１、２等参照）、そのエネルギー源は多岐にわたっている。
【０００４】
しかしながら、いずれのエネルギー源も、それを供給するための供給路の設置が不可欠であり、このため、従来のポンプ装置ではその小型化に限度があった。
そのうえ、ポンプ装置の接続先が負荷変動が予測される構成である場合、その変動に対応するため、エネルギー供給量を調整する制御機構あるいは制御装置が必要となり、小型化への障壁がさらに高くなる。
【０００５】
また、電気エネルギーをはじめ従来のエネルギー源の多くは、エネルギー変換効率が１００％を大きく下回るため、エネルギー損失が発生し、発熱を伴うことがあり、人工臓器等の生体へ供する装置に利用した場合、蛋白質の熱変性を惹き起こすおそれがあった。
【０００６】
さらに、ポンプ装置には、被搬送流体を吸入、吐出するための流路が設けられるが、血液等の粘性の高い流体を搬送する場合、長期使用において流路中に閉塞部が発生するおそれがあった。
【０００７】
なお、これらのエネルギー損失に伴う発熱や流路の閉塞の問題を回避する方法も提案されているが、構成が複雑となる難点がある（例えば、特許文献３、４参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−７６３９３号公報（第２−３頁）
【特許文献２】
特開平１１−２４１６９５号公報（第２−１４頁）
【特許文献３】
特開２００１−３２７５９５（第４−６頁）
【特許文献４】
特開２００１−２５２３５１（第３−４頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の事情に対処してなされたもので、従来のエネルギー源に因らない新しいエネルギー源を利用したポンプ装置であって、従来に比べより小型化、軽量化を図ることができるとともに、従来のようなエネルギー損失による発熱や流路閉塞のおそれもない、生体内等への適用に適したポンプ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のポンプ装置は、ケーシング内に可動床と、この可動床を上下に連続的に往復駆動させる駆動部を備え、前記駆動部による前記可動床の往復駆動により被搬送流体を吸入し吐出するポンプ装置において、前記駆動部は、微小管およびキネシン、ダイニン等の微小管依存性モータタンパク、あるいはＩＩ型ミオシンおよびアクチン、を含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記可動床が往復駆動するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成のポンプ装置においては、微小管と微小管依存性モータタンパク、あるいはＩＩ型ミオシンとアクチン、という極めて微小な要素によって発生する動力を利用するものであるため、従来のポンプ装置よりはるかに小型化および軽量化を図ることができる。また、その動力源はアデノシン三リン酸（以下、ＡＴＰと記す。）の加水分解による化学エネルギーであり、１００％に近いエネルギー変換効率が得られるため、エネルギー損失による発熱のおそれもない。
【００１２】
また、本発明のポンプ装置は、配管内をアデノシン三リン酸を含む流体を搬送するポンプ装置であって、前記配管内に対向配置された一対の可動壁と、前記一対の可動壁を配管内壁に該内壁とのクリアランスが配管の上流側が下流側より大きくなるように支持しつつ配管の径方向に連続的に往復駆動させる駆動部を有するポンプ装置において、前記駆動部は、微小管およびキネシン、ダイニン等の微小管依存性モータタンパク、あるいはＩＩ型ミオシンおよびアクチン、を含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記可動壁が往復駆動するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成のポンプ装置は、アデノシン三リン酸を含む流体の搬送に有用であり、前述した効果に加え、配管内に配設することができるため、ポンプ装置を設置するためのスペースを不要とすることができるとともに、粘性の高い流体の搬送に伴う閉塞部の発生も抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明のポンプ装置は、軟質弾性材料からなる配管の外周または内周に配設され前記配管に断続的な押圧力を加える駆動部を備え、前記駆動部による断続的な押圧力によって前記配管内部の液体を搬送するポンプ装置において、前記駆動部は、微小管およびキネシン、ダイニン等の微小管依存性モータタンパク、あるいはＩＩ型ミオシンおよびアクチン、を含むとともに、これらの化学作用により発生する動力により前記配管に断続的な押圧力を加えるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成のポンプ装置は、軟質弾性材料からなる配管内の流体の搬送に有用であり、可動床や可動壁のような部材を必要としないため、装置構造がより簡素化されるとともに、設置に要するスペースも不要もしくは減らすことができる。また、粘性の高い流体による閉塞のおそれも低減することができる。
【００１６】
なお、特に、上記各ポンプ装置において、微小管とダイニンを駆動部における動力発生の単位要素とした場合には、ダイニンがＡＴＰの濃度により微小管上を移動する最大速度が変化するため、駆動部内のＡＴＰの濃度を変化させることにより、容易に可動床の速度を変化させ、搬送量を可変とすることができる。
【００１７】
また、上記各ポンプ装置において、ＩＩ型ミオシンとアクチンを駆動部における動力発生の単位要素とした場合には、ＩＩ型ミオシンがアクチン上を移動する速度が、キネシンやダイニンが微小管上を移動する速度に比べ非常に大きいため、搬送量の大きいポンプ装置を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明のポンプ装置の第１の実施形態を示す斜視図、図２はその断面構造を概略的に示す図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００２０】
本実施形態のポンプ装置１０１は、図示を省略したが、ＡＴＰを含有しほぼ生理的イオン強度に保たれた水溶液を満たした容器あるいは同様の条件の水溶液を含む生体内に配置されて使用されるものであり、図１乃至図３に示すように、円筒状のケーシング１０と、このケーシング１０内に上下動自在に内挿された可動床２０と、この可動床２０を上下に連続的に往復駆動させる駆動部３０１を備えている。ケーシング１０の上部には被搬送流体の吸入口１１および吐出口１２が開口しており、それぞれ被搬送流体が流れる配管４０ａ、４０ｂに液密に接続されている。
【００２１】
駆動部３０１は、可動床２０の下面に固定された複数対のチューブリンからなる微小管３１と、可動床２０の下面に対向するケーシング１０の内面に、対をなす微小管３１に対応して固定された複数のキネシン３２により構成されており、対をなす微小管３１ａ、３１ｂは、図４に拡大して示すように、互いに極性を反転させて可動床２０に固定され、他方、キネシン３２は、Ｎ末端側の頭部がそれぞれ対応する微小管３１ａ、３１ｂに接するように固定されている。また、駆動部３０１を囲むケーシング１０の壁には、外部のＡＴＰを含有しほぼ生理的イオン強度に保たれた水溶液が自在に出入りできるような孔（図示なし）が設けられている。
【００２２】
ここで駆動部３０１を構成するキネシンおよび微小管について説明する。
【００２３】
キネシンは、ダイニンとともに、ＡＴＰに依存して微小管上をマイナス端からプラス端へ、あるいはプラス端からマイナス端へと一方向に移動するモータタンパクであり、ヒト由来のキネシン（ヒトキネシン）をはじめ複数種の存在が確認されている。本発明においては、いかなる種類のキネシンを使用してもよいが、本ポンプ装置１０１を人体内に適用する場合には、図５に模式的に示すような２本の重鎖Ｈと複数の軽鎖（図示なし）からなるヒトキネシンの使用が好ましい。
また、キネシンは、単量体でも重合体でもよい。重合体は、キネシン単量体を複数個、Ｎ末端の方向を揃えて糸状に会合させることにより形成することができる。図６は、重合過程にあるヒトキネシン（ａ）と、重合後のヒトキネシン重合体（ｂ）を模式的に示したもので、ｈはキネシンの頭部を示し、ｔはその尾部を示している。
【００２４】
また、微小管は、図７に示すように、αとβの２種類のチューブリンサブユニットＳ１、Ｓ２のダイマー（チューブリン）をらせん状に重合して形成された円筒状の構造体である。
【００２５】
キネシン３２のケーシング１０への固定は、図８に示すように、キネシン３２のＣ末端側にビオチンＰ１を結合させ、同様にビオチンＰ１を結合したケーシング１０とアビジンＰ２を介して結合させる方法が用いられている。一方、微小管３１も、キネシン３２の場合と同様、微小管３１の端末と可動床２０にそれぞれビオチンＰ１を付加し、これらをアビジンＰ２を介して結合することにより、可動床２０に固定されている。なお、このため、ケーシング１０および可動床２０の少なくとも微小管３１あるいはキネシン３２が結合される部分は、ビオチンＰ１を結合可能な材料、例えばタンパクにより形成されている。微小管３１あるいはキネシン３２が結合される部分以外は、特にその材料が限定されるものではないが、生体に埋め込んで使用する人工臓器等の用途に使用する場合には、生体適応性を有するものを使用することが望ましい。
【００２６】
このように構成されるポンプ装置１０１を、その少なくとも駆動部３０１部分が、ＡＴＰを含有しほぼ生理的イオン強度に保たれた水溶液内に位置するように置くと、キネシン３２がＡＴＰの加水分解によるエネルギーを受けて、これと接する微小管３１ａ、３１ｂの一方の微小管３１ａ上をマイナス端側からプラス端側へ移動し、プラス端側に達したところで、他方の微小管３１ｂ上をマイナス端側からプラス端側へ移動することを繰り返し、これに伴い、微小管３１ａ、３１ｂを固定した可動床２０も、上昇および下降を繰り返す。キネシン３２が微小管３１上を移動する際、図１０に示すように、微小管３１はキネシン３２の周囲を回転するため、可動床２０は僅かに振動しながら上昇し下降する。可動床２０が僅かに振動しながら上昇するとき、ケーシング１０内の被搬送流体は正圧を受け下流側へと押し出され、続いて、可動床２０が下降するとケーシング１０内の被搬送流体は負圧を受け、上流側より被搬送流体がケーシング１０内に吸入され、これが繰り返され、被搬送流体は、図２の矢印で示すように、上流側から下流側へと搬送される。
【００２７】
このように本実施形態においては、微小管やキネシンという極めて微小な構成要素により発生する動力を利用するものであるため、従来に比べ大幅な小型化、軽量化を図ることができるとともに、その動力源はＡＴＰの加水分解による化学エネルギーであるため、１００％に近いエネルギー変換効率が得られ、エネルギー損失による発熱のおそれもない。
【００２８】
なお、本発明においては、キネシン３２あるいはキネシン重合体を可動床２０に固定し、微小管３１をケーシング１０に固定するようにしてもよい。
【００２９】
また、キネシン３２あるいはキネシン重合体に代えて、ダイニンを用いてもよい。ダイニンは、微小管上をプラス端側からマイナス端側へ移動するという違いはあるものの、キネシン３２あるいはキネシン重合体の場合と同様のポンプ駆動力を得ることができる。そのうえ、ダイニンと微小管との反応は、ミカエリス・メンラン型反応に反し、ＡＴＰの濃度により微小管上を移動する最大速度が変化する性質を有するため、駆動部３０１内のＡＴＰの濃度を変化させることにより、容易に可動床の速度を変化させ、被搬送流体の搬送量を可変とすることができる。
【００３０】
さらに、本発明においては、微小管３１およびキネシン３２に代えて、筋肉の収縮単位を構成するＩＩ型ミオシンとアクチンで駆動部３０１を構成するようにしてもよい。
【００３１】
図１１は、その一例を示したものであって、図２に示すポンプ装置において、駆動部３０１を、各一端を可動床２０とこれに対向するケーシング１０の内面に固定した複数のＦ−アクチンフィラメント３３と、ＩＩ型ミオシンからなりその頭部がＦ−アクチンフィラメント３３に接するように配置された複数のミオシンフィラメント３４により構成したものである。図１２に、Ｆ−アクチンフィラメント３３の構造を模式的に示す。図１２において、３３ａはＧ−アクチンである。
また、図１３は、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。さらに、図１４は、Ｆ−アクチンフィラメント３３の可動床２０およびケーシング１０への固定方法を説明する図で、キネシン３２等の場合と同様、アクチンフィラメント３３の末端にビオチンＰ１を結合させる一方、可動床２０およびケーシング１０にもそれぞれビオチンＰ１を結合させ、これらをアビジンＰ２を介して結合させることによって固定されている。
【００３２】
このように構成されるポンプ装置においても、図２に示すキネシン３２と微小管３１からなる駆動部３０１を備えたポンプ装置と同様、ミオシンフィラメント３４がＡＴＰの加水分解によるエネルギーを受けて、これと接するＦ−アクチンフィラメント３３上を移動することによって、可動床２０が上昇および下降を繰り返す結果、被搬送流体は、矢印に示すように、上流側から下流側へと搬送される。ＩＩ型ミオシンがＦ−アクチンフィラメント３３上を移動する１ステップ当たりの距離は、キネシンあるいはダイニンが微小管上を移動する距離の約１２倍と大きく、しかも、単位時間当たりのステップ数も多いため、キネシンあるいはダイニンと微小管を駆動部３０１の構成要素としたポンプ装置に比べ、高速かつ大容量の搬送が可能である。
【００３３】
なお、図１１に示すポンプ装置において、駆動部３０１を、Ｆ−アクチンフィラメント３３とミオシンフィラメント３４からなる動力発生単位をその長さ方向に複数結合させることによって、筋原繊維のような多段構成としてもよい。このように駆動部３０１を多段構成とすることによって、搬送速度、搬送流量をさらに増大させることが可能となる。
【００３４】
以上説明した実施の形態において、被搬送流体の吸入口１１および吐出口１２の数やその配設位置は特に限定されるものではなく、図１５に示すように、吸入口１１と吐出口１２が同一側に開口していてもよく、また、図１６に示すように、被搬送流体が２つの吸入口１１から吸入され、１つの吐出口１２から吐出されるように構成されていてもよい。さらに、図１７に示すように、吸入口１１や吐出口１２に被搬送流体の逆流を防止するための逆支弁１５を設けてもよい。
【００３５】
次に、本発明のポンプ装置の他の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３６】
図１８は、本発明のポンプ装置の第２の実施形態を概略的に示す断面図、図１９は、その要部を拡大して示す図である。
【００３７】
本実施形態のポンプ装置１０２は、ＡＴＰを含む流体を搬送するために使用されるものであり、図１８、１９に示すように、ＡＴＰを含む流体を搬送するための配管４０内に、一対の断面が半円状の可動壁５１、５２を対向配置させるとともに、これらの可動壁５１、５２と配管４０との間に微小管３１とキネシン３２からなる駆動部３０２を形成することによって、一対の可動壁５１、５２が配管４０内面に該内面とのクリアランスが配管４０の上流側が下流側より小さくなるように支持されつつ配管４０の径方向に往復駆動するように構成されている。
【００３８】
すなわち、各可動壁５１、５２の外側面に複数のキネシン３２が固定され、また、これらに対向する配管４０の内面には、キネシン３２に対応して複数対のチューブリンからなる微小管３１が固定されている。キネシン３２および微小管３１は、下流側から上流側に向けてその長さが徐々に短くなっており（対をなす微小管３１ａ、３１ｂ同士はほぼ同じ長さとされている）、対をなす微小管３１ａ、３１ｂは、図２０に拡大して示すように、互いに極性を反転させて配管４０内面に固定され、他方、キネシン３２は、Ｎ末端側の頭部が微小管３１ａ、３１ｂに接するように各可動壁５１、５２に固定されている。さらに、図示を省略したが、キネシン３２の可動壁５１、５２への固定、並びに微小管３１の配管４０内面への固定は、前述した第１の実施の形態の場合と同様、キネシン３２のＣ末端と可動壁５１、５２、微小管３１の末端と配管４０内面に、それぞれビオチンＰ１を結合させ、これらのビオチンＰ１間をアビジンＰ２を介して結合させることにより固定されている。
【００３９】
なお、図２１は、配管４０内の可動壁５１、５２を概略的に示す斜視図である。
【００４０】
このように構成されるポンプ装置１０２においては、キネシン３２が被搬送流体に含まれるＡＴＰに依存して、これと接する微小管３１ａ、３１ｂの一方の微小管３１ａ上をマイナス端側からプラス端側へ移動し、プラス端側に達したところで、他方の微小管３１ｂ上をマイナス端側からプラス端側へ移動することを繰り返し、これに伴い、可動壁５１、５２はそれぞれ配管４０内面に対し接近および離間を繰り返す。キネシン３２が微小管３１上を移動する際、微小管３１はキネシン３２の周囲を回転するため、可動壁５１、５２は僅かに振動しながら接近し離間する。各可動壁５１、５２が僅かに振動しながら配管４０内面から離間するとき、配管４０内の被搬送流体は正圧を受け下流側へと押し出される。このような動作が繰り返される結果、被搬送流体は配管４０内を上流側から下流側へと搬送される。
【００４１】
このように本実施形態においても、微小管やキネシンという極めて微小な構成要素により発生する動力を利用するものであるため、従来に比べ大幅な小型化、軽量化を図ることができるとともに、その動力源はＡＴＰの加水分解による化学エネルギーであるため、１００％に近いエネルギー変換効率が得られ、エネルギー損失による発熱のおそれもない。また、配管内に配設することができるため、ポンプ装置を設置するためのスペースを不要とすることができるとともに、粘性の高い流体の搬送に伴う閉塞部の発生も抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態において、キネシン３２あるいはキネシン重合体を配管４０の内面に固定し、微小管３１を可動壁５１、５２に固定するようにしてもよい。
【００４３】
また、断面が半円状の可動壁５１、５２に代えて、図２２に示すような、平板状の可動壁５３、５４を用いるようにしてもよい。
【００４４】
さらに、第１の実施の形態の場合と同様、キネシン３２あるいはキネシン重合体に代えて、ダイニンを用いてもよく、キネシン３２あるいはキネシン重合体の場合と同様のポンプ駆動力を得ることができるうえ、ダイニンと微小管との反応がミカエリス・メンラン型反応に反し、ＡＴＰの濃度により微小管上を移動する最大速度が変化する性質を有するため、配管４０内のＡＴＰの濃度を変化させることにより、容易に可動壁５１、５２の駆動速度を変化させ、被搬送流体の搬送量を可変とすることができる。
【００４５】
また、微小管３１およびキネシン３２に代えて、筋肉の収縮単位を構成するＩＩ型ミオシンとアクチンで駆動部３０２を構成するようにしてもよい。
【００４６】
すなわち、例えば図２３に示すように、駆動部３０２を、可動壁５１、５２とこれに対向する配管４０の内面に固定された複数のＦ−アクチンフィラメント３３と、ＩＩ型ミオシンからなりその頭部をＦ−アクチンフィラメント３３に接するように配置された複数のミオシンフィラメント３４により構成してもよい。Ｆ−アクチンフィラメント３３の可動壁５１、５２および配管４０内面への固定方法は、前述した第１の実施の形態の場合と同様である。
【００４７】
このように構成されるポンプ装置においても、図１８に示すようなキネシン３２と微小管３１からなる駆動部３０２を備えたポンプ装置１０２と同様、ミオシンフィラメント３３が被搬送流体中に含まれるＡＴＰの加水分解によるエネルギーを受けて、これと接するＦ−アクチンフィラメント３４上を移動することによって、可動壁５１、５２が配管４０に対し接近および離間を繰り返す結果、被搬送流体は上流側から下流側へと搬送される。ＩＩ型ミオシンがＦ−アクチンフィラメント３３上を移動する１ステップ当たりの距離は、キネシンあるいはダイニンが微小管上を移動する距離に比べはるかに大きく、しかも、単位時間当たりのステップ数も多いため、高速かつ大容量の搬送が可能である。
【００４８】
図２４は、本発明のポンプ装置の第３の実施形態を概略的に示す斜視図、図２５は、その側面図である。
【００４９】
本実施形態のポンプ装置１０３は、被搬送流体を搬送するための配管４０が、弾性を有する軟質材料からなる場合であって、かつ、第１の実施形態と同様、ＡＴＰを含有しほぼ生理的イオン強度に保たれた水溶液を満たした容器あるいは同様の条件の水溶液を含む生体内に配置されて使用されるものであり、図２４、２５に示すように、被搬送流体を搬送するための配管４０の外周に長さ方向に間隔をおいて設けられた複数の環状駆動ユニット６０により構成されている。
【００５０】
各環状駆動ユニット６０は、図２６に拡大して示すように、複数のチューブリンからなる微小管３１を極性方向を一致させて環状に連結するとともに、これらに沿って複数のキネシン３２をそれぞれのＮ末端側の頭部が各微小管３１に接するように配置した構造を有し、隣接する環状駆動ユニット６０同士は極性方向が反転するように配管４０の外周面に固定されている。微小管３１同士の結合は、図２６に示すように、対向する微小管３１の末端にビオチンＰ１を結合し、これらをアビジンＰ２を介して結合することにより行われており、また、微小管３１の配管４０への固定も、図２７に示すように、同様に、アビジンＰ２を介したビオチンＰ１同士の結合により行われている。さらに、各キネシン３２のＣ末端側も、図２８に示すように、アビジンＰ２を介したビオチンＰ１同士の結合により配管４０の外周面に固定されている。
【００５１】
このように構成されるポンプ装置１０３においては、各環状駆動ユニット６０において、各キネシン３２がＡＴＰの加水分解によるエネルギーを受けて、これと接する微小管３１上をマイナス端側からプラス端側へ移動する。隣り合う環状駆動ユニット６０は、微小管３１の極性が逆方向を向いているため、配管４０を径方向に押圧する力が生ずる。一方、配管４０は弾性を有するため、キネシン３２の移動ステップにおいて移動力が作用しないときには、その弾性力によって配管４０は元の形状に戻る。このような動作が連続的に繰り返されることによって、被搬送流体は上流側から下流側へと搬送される。
【００５２】
このように本実施形態においても、微小管やキネシンという極めて微小な構成要素により発生する動力を利用するものであるため、従来に比べ大幅な小型化、軽量化を図ることができるとともに、その動力源はＡＴＰの加水分解による化学エネルギーであるため、１００％に近いエネルギー変換効率が得られ、エネルギー損失による発熱のおそれもない。また、可動床や可動壁のような部材を必要としないため、装置構造がより簡素化されるとともに、設置に要するスペースを減らすことができる。また、粘性の高い流体による閉塞のおそれも低減することができる。
【００５３】
なお、被搬送流体がＡＴＰを含む場合には、上記環状駆動ユニット６０を配管４０の内周面に固定するようにしてもよい。配管４０に対し上記の場合と同様の力が断続的に作用する結果、配管４０内の被搬送流体が上流側から下流側へと搬送される。この例では、ポンプ装置を設置するためのスペースが不要となる。
【００５４】
本実施形態においても、第１および第２の実施の形態の場合と同様、キネシン３２あるいはキネシン重合体に代えて、ダイニンを用いてもよく、キネシン３２あるいはキネシン重合体の場合と同様のポンプ駆動力を得ることができるうえ、ダイニンと微小管との反応がミカエリス・メンラン型反応に反し、ＡＴＰの濃度により微小管上を移動する最大速度が変化する性質を有するため、環状駆動ユニット６０に作用するＡＴＰの濃度を変化させることにより、容易に被搬送流体の搬送量を変化させることができる。
【００５５】
また、図２９に示すように、Ｆ−アクチンフィラメント３３とＩＩ型ミオシンからなるミオシンフィラメント３４を、配管４０の外周に周方向の収縮力が生ずるように配置する構成としてもよい。
【００５６】
このように構成されるポンプ装置においても、図２４に示すポンプ装置１０３と同様、配管４０が径方向に断続的に押圧されるため、被搬送流体は上流側から下流側へと搬送される。ＩＩ型ミオシンがＦ−アクチンフィラメント３３上を移動する１ステップ当たりの距離は、キネシンあるいはダイニンが微小管上を移動する距離に比べはるかに大きく、しかも、単位時間当たりのステップ数も多いため、高速かつ大容量の搬送が可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来に比べより小型化、軽量化を図ることができるとともに、エネルギー損失による発熱も少なく、生体内等への適用に適したポンプ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポンプ装置の第１の実施形態を示す斜視図。
【図２】図１に示すポンプ装置の断面構造を概略的に示す図。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】図２の要部を拡大して示す断面図。
【図５】本発明で使用されるキネシンの一例を概略的に示す図。
【図６】（ａ）は重合過程にある図５に示すキネシンを概略的に示す図、（ｂ）はその重合後の構造を模式的に示す図。
【図７】微小管の構造を概略的に示す斜視図。
【図８】キネシンの固定方法を説明する図。
【図９】微小管の固定方法を説明する図。
【図１０】キネシンが微小管上を移動する様子を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施形態の一変形例の断面構造を概略的に示す図。
【図１２】Ｆ−アクチンフィラメントの構造を模式的に示す図。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１４】Ｆ−アクチンフィラメントの固定方法を説明する図。
【図１５】本発明の第１の実施形態の変形例を示す上面図。
【図１６】本発明の第１の実施形態の変形例を示す上面図。
【図１７】本発明の第１の実施形態の変形例の断面構造を概略的に示す図。
【図１８】本発明の第２の実施形態の断面構造を概略的に示す図。
【図１９】図１８の要部を拡大して示す断面図。
【図２０】図１８の要部をさらに拡大して示す断面図。
【図２１】本発明の第２の実施形態の配管内の可動壁を概略的に示す斜視図。
【図２２】本発明の第２の実施形態における可動壁の他の例を示す斜視図。
【図２３】本発明の第２の実施形態の変形例を示す概略断面図。
【図２４】本発明の第３の実施形態を概略的に示す斜視図。
【図２５】図２４の側面図。
【図２６】図２４の要部を拡大して示す図。
【図２７】微小管同士の結合方法および微小管の配管への固定方法を説明する図。
【図２８】キネシンの配管への固定方法を説明する図。
【図２９】本発明の第３の実施形態の変形例の要部を拡大して示す斜視図。
【符号の説明】
１０……ケーシング、１１……吸入口、１２……吐出口、２０……可動床、３１，３１ａ，３１ｂ……微小管、３２……キネシン、３３……Ｆ−アクチンフィラメント、３４……ミオシンフィラメント、４０，４０ａ，４０ｂ……配管、５１，５２，５３，５４……可動壁、６０……環状駆動ユニット、１０１，１０２，１０３……ポンプ装置、３０１，３０２……駆動部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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