(57)【要約】【課題】環流液や薬液などの液体をほぼ一定の流量で吐出可能で、比較的容易に製造することができ、小型化が可能な送液装置および送液システムを提供する。【解決手段】吐出液２６を収納し、吐出液２６を吐出するための吐出口２４ａを有する吐出チャンバ２４と、電解液２７および／または電解質のゲル３２を収納する電解チャンバ２５とを有している。隔膜１２が、非伸縮性のパリレン（Parylene）製の膜から成り、吐出チャンバ２４と電解チャンバ２５とを分離するよう、吐出チャンバ２４と電解チャンバ２５との境界に設けられている。隔膜１２は、吐出チャンバ２４に向かって突出可能にコルゲート状に形成されている。電気分解手段１３が、電解液２７および／または電解質のゲル３２を電気分解可能に、電解チャンバ２５の内部に配置された電極２８を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出液を収納し、前記吐出液を吐出するための吐出口を有する吐出チャンバと、
電解液および／または電解質のゲルを収納する電解チャンバと、
非伸縮性の素材から成り、前記吐出チャンバと前記電解チャンバとを分離するよう、前記吐出チャンバと前記電解チャンバとの境界に設けられ、前記吐出チャンバに向かって突出可能にコルゲート状に形成された隔膜と、
前記電解液および／または前記電解質のゲルを電気分解可能に、前記電解チャンバの内部に配置された電極を有する電気分解手段とを、
有することを特徴とする送液装置。
【請求項２】
前記隔膜はパリレン（Parylene）製の膜から成ることを特徴とする請求項１記載の送液装置。
【請求項３】
前記電解チャンバを前記隔膜側の空間と他の空間とに分けるよう、前記電解チャンバの内部に設けられた隔壁板を有し、
前記電極は前記他の空間に配置され、
前記隔壁板は、前記隔膜側の空間と前記他の空間とを通気可能に設けられた通気孔を有し、
前記電解チャンバは、少なくとも前記他の空間の内部に前記電解質のゲルが収納されていることを、
特徴とする請求項１または２記載の送液装置。
【請求項４】
前記電解チャンバの内部を複数の空間に分けるよう、前記電解チャンバの内部に設けられた１または複数の隔壁板を有し、
前記電極は前記隔壁板の片面または両面に設けられ、
前記隔壁板は、自らが隔てた両側の空間を通気可能に設けられた通気孔を有していることを、
特徴とする請求項１または２記載の送液装置。
【請求項５】
前記電解質のゲルは粒状ゲルから成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の送液装置。
【請求項６】
前記電極は櫛歯型電極から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送液装置。
【請求項７】
外形が円柱状のケーシングを有し、
前記隔膜は、同心円の波型形状を有する円形の膜から成り、前記ケーシングの内部をそれぞれ前記吐出チャンバおよび前記電解チャンバの２つの空間に分離するよう、前記ケーシングの端面に対して平行に設けられていることを
特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の送液装置。
【請求項８】
複数の請求項１乃至７のいずれか１項に記載の送液装置と、
各送液装置を直列に連結するよう、隣り合う送液装置のうち一方の送液装置の吐出口と他方の送液装置の吐出チャンバとを連通して設けられた１または複数の連結管とを、
有することを特徴とする送液システム。
【請求項９】
複数の請求項１乃至７のいずれか１項に記載の送液装置と、
各送液装置の吐出口に接続され、各送液装置の吐出口から吐出する吐出液を１つの流れに収束させて吐出するよう設けられた合流吐出管とを、
有することを特徴とする送液システム。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の送液装置と、
内部に吐出液を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記送液装置の吐出チャンバと前記貯蔵タンクとを連通するよう設けられた供給管と、
前記貯蔵タンクから前記吐出チャンバに向かって前記吐出液が流れるよう、前記供給管に設けられた第１逆流防止弁と、
前記吐出液を前記吐出チャンバから外部に吐出するよう、前記吐出チャンバと前記吐出口との間に設けられた第２逆流防止弁とを、
有することを特徴とする送液システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送液装置および送液システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生物学的分野または医学的分野では、体内の生体成分を回収するために環流液を体内に流したり、薬液を体内に注入したりするための送液装置が開発されている。このような送液装置として、例えば、電解水や電解質ゲルを電気分解して気体を発生させ、その気体により柔軟性のある膜をダイヤフラム状に膨張させることにより、膜の反対側のチャンバに収納された環流液や薬液などを吐出するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、膨張させる膜として、非伸縮性のパリレンから成るベローズ型の膜を使用したものもある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４８９０６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Po-Ying Li, et al. "A Parylene Bellows Electrochemical Actuator", Journal of Microelectrochemical System, 2010, Vol. 19, No.1 p.215-228
【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、特許文献１に記載の送液装置では、膜自体が伸びて膨張するため、電気分解による気体の発生量に対して、膜の反対側のチャンバの体積が非線形に変化してしまう。このため、環流液や薬液などの液体をほぼ一定の流量で吐出させるのが非常に難しいという課題があった。また、非特許文献１に記載の送液装置では、非伸縮性の膜がベローズ型であるため、膜の反対側のチャンバ内部に、膜が膨張する方向に広いスペースが必要となり、そのチャンバを含む送液部分が大きくなってしまうという課題があった。また、ベローズ型の膜の襞を形成するために、パリレンを成膜するための型を層状に多数段重ねる必要があり、製造工程が複雑で難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、環流液や薬液などの液体をほぼ一定の流量で吐出可能で、比較的容易に製造することができ、小型化が可能な送液装置および送液システム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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る送液装置は、吐出液を収納し、前記吐出液を吐出するための吐出口を有する吐出チャンバと、電解液および／または電解質のゲルを収納する電解チャンバと、非伸縮性の素材から成り、前記吐出チャンバと前記電解チャンバとを分離するよう、前記吐出チャンバと前記電解チャンバとの境界に設けられ、前記吐出チャンバに向かって突出可能にコルゲート状に形成された隔膜と、前記電解液および／または前記電解質のゲルを電気分解可能に、前記電解チャンバの内部に配置された電極を有する電気分解手段とを、有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る送液装置は、吐出口から吐出液を吐出するために、以下のようにして使用される。まず、吐出液を吐出チャンバに収納し、電解液および／または電解質のゲルを電解チャンバに収納する。次に、電気分解手段により、電解チャンバの内部で電気分解を行って気体を発生させる。これにより、電解チャンバの内部の体積が増えるため、コルゲート状の隔膜が吐出チャンバに向かって押されて突出する。気体の発生量が増えるに従って隔膜の突出量が徐々に大きくなるため、吐出チャンバの内部の吐出液を吐出口から徐々に押し出すことができる。こうして、本発明に係る送液装置は、吐出液を吐出することができる。
【０００９】
本発明に係る送液装置は、隔膜が非伸縮性の素材から成り、コルゲート状に形成されているため、電気分解による気体の発生量に対して、電解チャンバや吐出チャンバの体積が線形に変化するよう構成することができる。これにより、吐出液を、ほぼ一定の流量で容易に吐出することができる。また、隔膜がベローズ型のものと比べて、電気分解による気体発生時に、突出方向への隔膜の突出量を小さくすることができる。これにより、吐出チャンバを小さく形成することができ、小型化が可能である。隔膜が単純な形状である波型のコルゲート状であるため、ベローズ型のものよりも比較的容易に製造することができる。
【００１０】
本発明に係る送液装置は、低電力でも大きな体積変化が得られる電気分解を利用するため、低電力で効率良く吐出液を吐出することができる。また、電気分解を利用することにより、ダイアフラムポンプのような流速の周期的な変化が発生しないため、ほぼ一定流量で吐出することができる。電気分解手段が機械的な駆動部を有していないため、比較的単純な構造で容易に製造することができる。
【００１１】
本発明に係る送液装置で、吐出液は、例えば環流液や薬液、生理食塩水など、ほぼ一定流量で吐出させたい液体であれば、いかなるものであってもよい。電解液や電解質のゲルは、例えば純水やハイドロゲルなど、電気分解して気体を発生可能なものであれば、いかなるものであってもよい。隔膜は、非伸縮性のものであればいかなるものから成っていてもよく、例えばパリレン（Parylene）製の膜から成っていてもよい。
【００１２】
本発明に係る送液装置で、電解チャンバの向きが変わる可能性がある場合には、電極の周囲に電解質のゲルを配置していることが好ましい。この場合、電解チャンバの向きが変わっても、電解質のゲルと電極との接触を維持することができ、電解質のゲルと電極とが乖離するのを防ぐことができる。また、最大限気体を発生させたときに電解チャンバの向きが変わっても、電解液および／または電解質のゲルと電極とが常に接触状態を維持するよう、電極が配置されていてもよい。隔膜は、吐出チャンバに突出する範囲内で、気体の発生量に対して、吐出チャンバの体積が線形に変化するよう、その厚みやコルゲートの波の振幅や波長などが設定されていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る送液装置は、前記電解チャンバを前記隔膜側の空間と他の空間とに分けるよう、前記電解チャンバの内部に設けられた隔壁板を有し、前記電極は前記他の空間に配置され、前記隔壁板は、前記隔膜側の空間と前記他の空間とを通気可能に設けられた通気孔を有し、前記電解チャンバは、少なくとも前記他の空間の内部に前記電解質のゲルが収納されていてもよい。この場合、隔壁板で分けられた電解チャンバの他の空間が、隔膜側の空間よりも上になったときでも、隔壁板により、他の空間の内部に電解質のゲルが留まるため、電解質のゲルと電極との接触を維持することができる。通気孔により、電気分解で発生した気体を、他の空間から隔膜側の空間に供給することができる。これらにより、本発明に係る送液装置は、電解チャンバの向きによらず電気分解を継続して吐出液を吐出することができる。
【００１４】
また、本発明に係る送液装置は、前記電解チャンバの内部を複数の空間に分けるよう、前記電解チャンバの内部に設けられた１または複数の隔壁板を有し、前記電極は前記隔壁板の片面または両面に設けられ、前記隔壁板は、自らが隔てた両側の空間を通気可能に設けられた通気孔を有していてもよい。この場合、電極の数を増やすことができ、電気分解の効率を高めることができる。複数の電極を適切に配置することにより、電解チャンバの向きが変わっても、常にいずれかの電極が電解液および／または電解質のゲルと接触しているようにすることができる。また、複数の電極を適切に配置することにより、たとえ電解質のゲルを用いなくとも、常にいずれかの電極が電解液と接触しているようにすることができる。通気孔により、電気分解で発生した気体を、隔膜に接する空間に供給することができる。これらにより、本発明に係る送液装置は、電解チャンバの向きによらず電気分解を継続して吐出液を吐出することができる。なお、電解チャンバの所定の空間または全ての空間に、電解質のゲルが収納されていてもよい。
【００１５】
本発明に係る送液装置で、前記電解質のゲルは、粒状であっても板状であってもよいが、特に粒状ゲルから成ることが好ましい。この場合、電気分解で発生した気体を、粒と粒との隙間を通して移動させることができる。このため、電極の周囲に電解質のゲルを配置したときでも、電気分解で発生した気体を電極の表面から移動させることができ、電解質のゲルと電極とが乖離するのを防ぐことができる。
【００１６】
本発明に係る送液装置で、前記電極は櫛歯型電極から成ることが好ましい。この場合、電気分解手段で電圧をかける電極の作用極と対極とを近づけることができ、効率良く電気分解を行うことができる。また、電極の設置面積を小さくすることができるため、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
本発明に係る送液装置は、外形が円柱状のケーシングを有し、前記隔膜は、同心円の波型形状を有する円形の膜から成り、前記ケーシングの内部をそれぞれ前記吐出チャンバおよび前記電解チャンバの２つの空間に分離するよう、前記ケーシングの端面に対して平行に設けられていてもよい。この場合、外形をほぼ円柱状に構成することができる。
【００１８】
第１の本発明に係る送液システムは、複数の本発明に係る送液装置と、各送液装置を直列に連結するよう、隣り合う送液装置のうち一方の送液装置の吐出口と他方の送液装置の吐出チャンバとを連通して設けられた１または複数の連結管とを、有することを特徴とする。
【００１９】
第１の本発明に係る送液システムは、連結管により複数の送液装置を直列に連結しているため、吐出液の吐出量を増やすことができる。また、吐出液の吐出時間を延ばすこともできる。各連結管は、可撓性を有していることが好ましい。
【００２０】
第２の本発明に係る送液システムは、複数の本発明に係る送液装置と、各送液装置の吐出口に接続され、各送液装置の吐出口から吐出する吐出液を１つの流れに収束させて吐出するよう設けられた合流吐出管とを、有することを特徴とする。
【００２１】
第２の本発明に係る送液システムは、合流吐出管により複数の送液装置を並列に連結しているため、吐出液の吐出量を増やすことができる。また、吐出液の吐出時間を延ばすこともできる。合流吐出管は、可撓性を有していることが好ましい。また、合流吐出管は、例えば、各送液装置の吐出口に接続された複数の分岐管と、各分岐管が１本に収束した収束管とから成っていてもよく、側面に所定の間隔で各送液装置の吐出口が接続された１本の管から成っていてもよい。
【００２２】
第３の本発明に係る送液システムは、本発明に係る送液装置と、内部に吐出液を貯蔵する貯蔵タンクと、前記送液装置の吐出チャンバと前記貯蔵タンクとを連通するよう設けられた供給管と、前記貯蔵タンクから前記吐出チャンバに向かって前記吐出液が流れるよう、前記供給管に設けられた第１逆流防止弁と、前記吐出液を前記吐出チャンバから外部に吐出するよう、前記吐出チャンバと前記吐出口との間に設けられた第２逆流防止弁とを、有することを特徴とする。
【００２３】
第３の本発明に係る送液システムは、貯蔵タンクから吐出チャンバに吐出液を補充することにより、吐出液の吐出時間を延ばすことができる。第３の本発明に係る送液システムは、第１逆流防止弁を閉じ、第２逆流防止弁を開放した状態で電気分解を行うことにより、吐出液を吐出することができる。また、第１逆流防止弁を開放し、第２逆流防止弁を閉じた状態で、電気分解の逆反応等により吐出チャンバの内部の気体を除去することにより、貯蔵タンクから吐出液を補充することができる。貯蔵タンクの内部の吐出液がなくなったときには、第１逆流防止弁を閉じた状態で、電気分解中または使用停止中に、吐出液が貯蔵された別の貯蔵タンクに取り換えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、環流液や薬液などの液体をほぼ一定の流量で吐出可能で、比較的容易に製造することができ、小型化が可能な送液装置および送液システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の送液装置を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）使用状態の縦断面図である。
【図２】図１に示す送液装置の（ａ）上部ケーシングの斜視図、（ｂ）下部ケーシングの斜視図、（ｃ）隔膜の斜視図、（ｄ）シーリング材の斜視図である。
【図３】図１に示す送液装置の製造工程を示す縦断面図である。
【図４】図１に示す送液装置の、隔壁板を１枚有する変形例を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）隔壁板の斜視図である。
【図５】図１に示す送液装置の、複数の隔壁板を有する変形例を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）隔壁板の平面図である。
【図６】図１に示す送液装置の、圧力に対する隔膜の中心の変位の計算結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態の送液装置の、吐出流量の測定方法を示す平面図である。
【図８】図１に示す送液装置の、様々な電極サイズにおける（ａ）印加電圧と流量との関係を示すグラフ、（ｂ）印加電圧と電流値との関係を示すグラフである。
【図９】図４に示す送液装置の、電解チャンバに純水のみを収納したとき、および電解質のゲルを収納したときの、異なる姿勢での吐出流量の時間変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態の（ａ）送液装置を直列に連結した送液システム、（ｂ）送液装置を並列に接続した送液システム、（ｃ）送液装置に貯蔵タンクを接続した送液システムを示す縦断面図である。
【図１１】図１０（ａ）に示す送液システムの、送液装置の個数が１〜４個のときの（ａ）印加電圧と流量との関係を示すグラフ、（ｂ）印加電圧と電流値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図９は、本発明の実施の形態の送液装置を示している。
図１および図２に示すように、送液装置１０は、ケーシング１１と隔膜１２と電気分解手段１３とを有している。
【００２７】
ケーシング１１は、外形が円柱状を成し、内部に円筒状の空間を有している。ケーシング１１は、直径よりも高さの方が小さく、高さ方向の中央部で接続された上部ケーシング２１と下部ケーシング２２とを有している。上部ケーシング２１および下部ケーシング２２は、それぞれ円環状の下端面および上端面に、円環形状に沿って設けられた溝２１ａ，２２ａを有している。ケーシング１１は、気密性を保つために、上部ケーシング２１と下部ケーシング２２との間に挟まれるようそれぞれの溝２１ａ，２２ａに挿入された、１対のシリコーン樹脂製のリング状のシーリング材２３を有している。
【００２８】
ケーシング１１は、それぞれ上部ケーシング２１および下部ケーシング２２に、上部ケーシング２１と下部ケーシング２２とを接続したとき互いに係合可能に設けられた複数の係合凸部２１ｂおよび係合環２２ｂを有している。各係合凸部２１ｂは、上部ケーシング２１の側面の下縁から下方に伸びるよう設けられている。各係合環２２ｂは、下部ケーシング２２の側面に、対応する係合凸部２１ｂを挿入して引っ掛け可能に設けられている。下部ケーシング２２は、底部がガラス基板２２ｃから成っている。
【００２９】
隔膜１２は、非伸縮性のパリレン（Parylene）製の膜から成っている。隔膜１２は、円形を成し、同心円の波型形状を有するコルゲート状に形成されている。隔膜１２は、端部を各シーリング材２３の間に挟んで、ケーシング１１の端面に対して平行を成すよう、ケーシング１１の内部に配置されている。これにより、隔膜１２は、ケーシング１１の内部をそれぞれ、上部ケーシング２１の側の吐出チャンバ２４および下部ケーシング２２の側の電解チャンバ２５の２つの空間に分離している。また、図１（ｂ）に示すように、隔膜１２は、電解チャンバ２５の内部の体積が増えたとき、吐出チャンバ２４に向かって突出可能に取り付けられている。
【００３０】
図１に示すように、吐出チャンバ２４は、吐出液２６を収納しており、吐出液２６を吐出するための吐出口２４ａを有している。吐出口２４ａは、上部ケーシング２１の側面を貫通して設けられている。なお、吐出液２６は、例えば環流液や薬液、生理食塩水など、ほぼ一定流量で吐出させたい液体であれば、いかなるものであってもよい。
【００３１】
電解チャンバ２５は、電解液２７を収納している。なお、電解チャンバ２５には、電解液２７に限らず、電解質のゲル、または電解液２７と電解質のゲルが収納されていてもよい。電解液２７や電解質のゲルは、例えば純水やハイドロゲルなど、電気分解して気体を発生可能なものであれば、いかなるものであってもよい。電解質のゲルは、気体を通すよう、粒状ゲルから成ることが好ましい。なお、図１に示す具体的な一例では、吐出チャンバ２４および電解チャンバ２５はそれぞれ、高さ５ｍｍ、内径１８ｍｍである。
【００３２】
電気分解手段１３は、電解チャンバ２５の内部に配置された、作用極と対極とから成る電極２８と、電極２８の作用極と対極との間に電圧をかける電源２９とを有している。電極２８は、白金（Ｐｔ）製で、作用極と対極とを交互に配置した櫛歯型電極から成っている。電極２８は、下部ケーシング２２の底面のガラス基板２２ｃの表面に取り付けられている。電気分解手段１３は、電極２８に電圧をかけることにより、電解チャンバ２５の内部の電解液２７を電気分解可能になっている。
【００３３】
送液装置１０は、例えば、以下のようにして製造される。まず、あらかじめ、３Ｄプリンタ（例えば、株式会社キーエンス製「Agilista」）を用い、アクリル系樹脂で上部ケーシング２１および、下部ケーシング２２の側面を製造しておく。このとき、吐出チャンバ２４に、吐出口２４ａとして、外径260μm、内径140μmのSUSパイプをエポキシ系接着剤にて接着する。また、シリコーンゴム製のシーリング材２３を、それぞれ上部ケーシング２１および下部ケーシング２２の溝２１ａ，２２ａにはめ込む。また、リフトオフプロセスを用いて、ガラス基板２２ｃの上にPt製の電極２８を作製した後、シリコーン系接着剤を用いて、下部ケーシング２２の底部にガラス基板２２ｃを取り付ける。
【００３４】
図３に示すように、隔膜１２を製造するために、３Ｄプリンタにより型を作製し（図３の（１）参照）、シリコーンゴムにより型取りする（図３の（２）、（３）参照）。このシリコーンゴム製の型に、40℃以上に加熱して溶解したポリエチレングリコール（PEG）（例えば、和光純薬株式会社製「ポリエチレングリコール1,000」）を流し込み（図３の（４）参照）、冷却・硬化後にシリコーンゴムを取り外す（図３の（５）参照）。この型取りしたPEGに、パリレン（例えば、第三化成株式会社製；パラキシリレン樹脂「dix C」）を10μm成膜し、隔膜１２を作製する（図３の（６）参照）。
【００３５】
パリレンを成膜したPEGを、電解液２７の純水を満たした電解チャンバ２５（下部ケーシング２２）に両面テープを用いて仮固定する（図３の（７）参照）。その後、パリレン膜の不要な部分をカットし（図３の（８）参照）、PEGを水で溶解する（図３の（９）参照）。その後、パリレン膜（隔膜１２）と上部ケーシング２１にはめ込んだシーリング材２３との間に注射針を挟んだ状態で、各係合凸部２１ｂを各係合環２２ｂに挿入して引っ掛け、下部ケーシング２２と上部ケーシング２１とを接続する（図３の（１０）参照）。挟み込んだ注射針を用いて吐出液２６を吐出チャンバ２４の内部に満たし（図３の（１１）参照）、注射針を抜く（図３の（１２）参照）。こうして、送液装置１０を製造することができる。
【００３６】
次に、作用について説明する。
送液装置１０は、吐出口２４ａから吐出液２６を吐出するために、まず、図１（ｂ）に示すように、電気分解手段１３により、電解チャンバ２５の内部で電気分解を行って気体１を発生させる。これにより、電解チャンバ２５の内部の体積が増えるため、コルゲート状の隔膜１２が吐出チャンバ２４に向かって押されて突出する。気体１の発生量が増えるに従って隔膜１２の突出量が徐々に大きくなるため、吐出チャンバ２４の内部の吐出液２６を吐出口２４ａから徐々に押し出すことができる。こうして、送液装置１０は、吐出液２６を吐出することができる。
【００３７】
送液装置１０は、隔膜１２が非伸縮性の素材から成り、コルゲート状に形成されているため、電気分解による気体１の発生量に対して、電解チャンバ２５や吐出チャンバ２４の体積が線形に変化するよう構成することができる。これにより、吐出液２６を、ほぼ一定の流量で容易に吐出することができる。体内に環流液や薬液などの液体を注入する際には、一定の流量で液体を吐出するのが好ましいため、送液装置１０は、これらの用途での使用に効果的である。また、送液装置１０は、隔膜１２がベローズ型のものと比べて、電気分解による気体１の発生時に、突出方向への隔膜１２の突出量を小さくすることができる。このため、吐出チャンバ２４を小さく形成することができ、小型化が可能である。隔膜１２が単純な形状である波型のコルゲート状であるため、パリレンを成膜するための型を層状に多数段重ねる必要があるベローズ型のものよりも、比較的容易に製造することができる。
【００３８】
送液装置１０は、低電力でも大きな体積変化が得られる電気分解を利用するため、低電力で効率良く吐出液２６を吐出することができる。また、電気分解を利用することにより、ダイアフラムポンプのような流速の周期的な変化が発生しないため、ほぼ一定流量で吐出することができる。電気分解手段１３が機械的な駆動部を有していないため、比較的単純な構造で容易に製造することができる。電極２８が櫛歯型電極から成るため、電気分解手段１３で電圧をかける電極２８の作用極と対極とを近づけることができ、効率良く電気分解を行うことができる。また、電極２８の設置面積を小さくすることができるため、装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
送液装置１０は、ケーシング１１が主にアクリル製であり、シーリング材２３がシリコーン樹脂製であり、隔膜１２がパリレン製であるため、比較的安価で容易に製造することができる。また、吐出液２６が触れる部分が樹脂製で安価に製造することができるため、その部分のみ使い捨てにすることもできる。
【００４０】
なお、図４に示すように、送液装置１０は、電解チャンバ２５を上部の隔膜１２の側の空間２５ａと下部の電極２８の側の空間２５ｂとに分けるよう、電解チャンバ２５の内部にケーシング１１の端面に平行に設けられ、隔膜１２の側の空間２５ａと電極２８の側の空間２５ｂとを通気可能に設けられた通気孔３１ａを有する隔壁板３１を有し、電解チャンバ２５の電極２８の側の空間２５ａの内部に粒状の電解質のゲル３２が収納されていてもよい。
【００４１】
この場合、隔壁板３１で分けられた電解チャンバ２５の電極２８の側の空間２５ｂが、隔膜１２の側の空間２５ａよりも上になったときでも、隔壁板３１により、電極２８の側の空間２５ｂの内部に電解質のゲル３２が留まるため、電解質のゲル３２と電極２８との接触を維持することができる。また、電気分解で発生した気体を、粒状の電解質のゲル３２の粒と粒との隙間を通して電極２８の表面から移動させることができ、さらに通気孔３１ａにより、その気体を、電極２８の側の空間２５ｂから隔膜１２の側の空間２５ａに移動させることができる。これにより、送液装置１０は、電解質のゲル３２と電極２８とが乖離して電気分解が中断されるのを防ぐことができ、電解チャンバ２５の向きによらず電気分解を継続して吐出液２６を吐出することができる。このため、身体に装着して使用するなど、送液装置１０の姿勢が変化する可能性があるときでも使用することができる。なお、図４に示す具体的な一例では、電解チャンバ２５の高さ５ｍｍに対して、電極２８の側の空間２５ｂの高さが２ｍｍ、隔壁板３１の厚みが１ｍｍである。
【００４２】
また、図５に示すように、送液装置１０は、電解チャンバ２５の内部を複数の空間に分けるよう、電解チャンバ２５の内部にケーシング１１の端面に平行に複数の隔壁板３１が設けられ、電極２８が各隔壁板３１の両面にも設けられていてもよい。このとき、各隔壁板３１に設けられた電極２８に電力を供給するため、各隔壁板３１が、電極２８からの配線が取り付けられた突出部３１ｂを有し、その突出部３１ｂが下部ケーシング２２の側面を貫通して外部に突出するよう設けられている。また、電解チャンバ２５の内部には、電解液２７が収納されていても、粒状の電解質のゲル３２が収納されていてもよい。
【００４３】
この場合、電極２８の数を増やして、電気分解の効率を高めることができる。このため、投薬などの、吐出液２６の流量を大きくする必要があるときなどに好適に使用することができる。また、各隔壁板３１の両面に電極２８を配置しているため、電解チャンバ２５の向きが変わっても、常にいずれかの電極２８が電解液２７や電解質のゲル３２と接触しているようにすることができる。また、通気孔３１ａにより、電気分解で発生した気体を、隔膜１２に接する空間に供給することができる。これにより、送液装置１０は、電解チャンバ２５の向きによらず電気分解を継続して吐出液２６を吐出することができる。
【００４４】
以下に、送液装置１０のパラメータや性能について計算および実験を行った。
［隔膜１２の形状について］
コルゲート状の隔膜１２の形状について検討を行った。隔膜１２の半径ａ＝９ｍｍ、隔膜１２の厚さｈ＝１０μｍとし、コルゲートの波の高さＨと、その波長（ピッチ）Ｌとを変化させて、圧力に対する隔膜１２の中心の変位を計算した。計算は、Mario Di Giovanni:Flat and corrugated diaphragm design handbook, New York : M. Dekker (1982) に記載の式を用い、Ｈ＝０．５ｍｍ，Ｌ＝１．０ｍｍ（波の数；９、中心平坦部の半径ｂ＝０ｍｍ）、Ｈ＝０．５ｍｍ，Ｌ＝２．０ｍｍ（波の数；４、ｂ＝１．０ｍｍ）、Ｈ＝１．０ｍｍ，Ｌ＝２．０ｍｍ（波の数；４、ｂ＝１．０ｍｍ）、Ｈ＝１．０ｍｍ，Ｌ＝３．０ｍｍ（波の数；３、ｂ＝０ｍｍ）、Ｈ＝１．０ｍｍ，Ｌ＝４．０ｍｍ（波の数；２、ｂ＝１．０ｍｍ）の５通りについて行った。
【００４５】
計算結果を、図６に示す。図６中の実線は計算した中心の変位、破線はそれに接する直線を示している。図６に示すように、コルゲートの波の高さＨ＝０．５ｍｍの隔膜１２は、中心の変位が３〜４ｍｍ以上で非線形性が表れていることが確認された。また、コルゲートの波の高さＨが同じときには、コルゲートの波長Ｌが長いほうが低圧力で大きな変位が得られることが確認された。この計算結果から、送液装置１０の電解チャンバ２５での気体の発生量に対して、吐出チャンバ２４の体積を線形に変化させるには、隔膜１２の半径ａ＝９ｍｍ、隔膜１２の厚さｈ＝１０μｍのとき、コルゲートの波の高さＨ＝１．０ｍｍであることが好ましく、さらに、コルゲートの波長Ｌ＝４ｍｍがより好ましいといえる。このため、以下の実験では、ａ＝９ｍｍ、ｈ＝１０μｍ、Ｈ＝１．０ｍｍ、Ｌ＝４ｍｍの隔膜１２を用いている。
【００４６】
［印加電圧と流量との関係について］
図１に示す送液装置１０を用い、電極２８に印加する電圧を変化させて、それぞれの印加電圧に対する流量の計測を行った。図７に示すように、吐出流量を以下のようにして計測した。まず、送液装置１０の吐出口２４ａに、長さ50 cmのポリエチレンチューブ（外径: 500 μm、内径: 200 μm、株式会社夏目製作所製「SP-8」）４１を取り付け、定規４２に沿わせて固定した。そのチューブの吐出口２４ａの側から少量の空気を注入し、気泡４３が50 mmの距離を進むのにかかる時間を計測し、その計測結果に基づいて流量を算出した。なお、以下の実験においても、同様にして流量の計測を行っている。
【００４７】
電極２８としては、線幅200 μm、間隔100 μmの櫛歯状で、（１）線状部の長さが１０ｍｍ、作用極と対極の対数が１７対（サイズ：１０×１０ｍｍ）、（２）線状部の長さが５ｍｍ、作用極と対極の対数が９対（サイズ：５×５ｍｍ）、（３）線状部の長さが２．５ｍｍ、作用極と対極の対数が４対（サイズ：２．５×２．５ｍｍ）の３種類のサイズのものを使用した。
【００４８】
実験では、電圧を3.5 Vから0.25 V刻みで、（１）および（２）の電極２８には6 Vまで、（３）の電極２８には8 Vまで印加した。また、流速が安定してから計測を行うよう、各電圧を印加してから１分間駆動した後に流量の計測を行った。
【００４９】
実験結果として、印加電圧に対する流量、およびその時に流れた電流値を、それぞれ図８（ａ）および（ｂ）に示す。図８（ａ）に示すように、印加電圧が増加するにつれて流量も増加していることから、印加電圧を調整することで吐出流量の調整が可能であることが確認された。また、電極２８の面積が小さくなるほど印加電圧に対する流量の傾きが小さくなり、より精密な流量の調整が可能であること、また流量の分解能は電極２８の面積で調整できることが確認された。水の電気分解は1800倍以上の体積変化が起こるため、一般には低流量での吐出が難しいが、印加電圧や電極２８の面積を小さくすることにより、例えば５μl/min以下の、低流量での吐出が可能であることが確認された。
【００５０】
［姿勢変化による長時間駆動について］
図４に示す送液装置１０を用い、電解チャンバ２５の内部に純水から成る電解水２７のみを収納した場合および、電解チャンバ２５の電極２８の側の空間２５ｂに粒状のハイドロゲルから成る電解質のゲル３２を収納し、隔膜１２の側の空間２５ａに純水から成る電解水２７を収納した場合について、一定電圧で長時間駆動したときの吐出流量の変化を測定した。また、送液装置１０を上下そのままの場合（以下「０°」という）と、上下逆さまにした場合（以下「１８０°」という）とについて、測定を行った。
【００５１】
ハイドロゲルから成る電解質のゲル３２として、純水に、6 wt%のアガロース（株式会社ニッポンジーン製「アガロースS＜錠＞」）と、6 wt%のデキストラン硫酸ナトリウム（和光純薬株式会社製「デキストラン硫酸ナトリウム500,000」）とを含むものを用いた。ハイドロゲルから成る電解質のゲル３２は、純水にアガロースを混合して加熱溶解した後、デキストラン硫酸ナトリウムを加え、攪拌機（株式会社シンキー製「自転・公転ミキサーあわとり練太郎AR-100」）を用いて40秒間攪拌することにより製造した。
【００５２】
実験では、１０×１０ｍｍサイズの電極２８を用い、一定電圧として4 Vを印加した。流量の測定は、電圧を印加してから１分後を時間０分とし、そこから5分ごとに180分間行った。
【００５３】
実験結果を、図９に示す。図９に示すように、純水のみを用いた場合、逆さまの状態（180°）では、40分後には液が吐出されなくなった。これは、電気分解が進むにつれて電極２８の表面上の水分子がなくなり、電気分解が起こらなくなったためであると考えられる。これに対し、ハイドロゲルを用いた場合、向きに関係なく180分後の測定終了まで吐出を続けていた。これは、隔壁板３１によりハイドロゲルが電極２８の表面に固定されるため、電気分解を継続することができたためであると考えられる。なお、ハイドロゲルを用いた場合、逆さまの状態（180°）では、130分後以降徐々に流量が減少している。これは、電極２８に接しているハイドロゲル内の水分子が局所的に分解され、ハイドロゲルと電極２８の表面との間に気体層ができ、電気分解が起こりづらくなったためであると考えられる。
【００５４】
また、図９に示すように、純水のみを用いた０°の状態の場合、30分から70分の間に電気分解の気体発生速度の変動によるものと考えられる電流値の変動はあるものの、180 分間での流量の変動が、ほぼ±0.5μl/min以下であり、一定流量での吐出が可能であることが確認された。また、このとき、流れた電流値は最大でも1.2 mAであり、低電力で駆動できることが確認された。これは、例えば、50 mAhのボタン電池を用いると、約40時間使用できることを示しており、バッテリーの小型化が可能であるといえる。
【００５５】
一方、ハイドロゲルを用いた０°の状態の場合も同様に、180 分間での流量の変動が、ほぼ±0.5μl/min以下であった。また、ハイドロゲルを用いた１８０°の状態の場合も、120分間での変動は、ほぼ±0.5 μl/min以下であった。このように、ハイドロゲルを用いた場合には、送液装置１０の姿勢に関係なく、120分間以上一定流量での吐出が可能であることが確認された。
【００５６】
図１０および図１１は、本発明の実施の形態の送液システムを示している。
図１０（ａ）に示すように、送液システム５０は、複数の送液装置１０を直列に連結して成っている。図１０（ａ）に示す送液システム５０は、隣り合う送液装置１０のうち一方の送液装置１０の吐出口２４ａと他方の送液装置１０の吐出チャンバ２４とを連通するよう設けられた複数の可撓性の連結管５１を有している。
【００５７】
送液システム５０は、連結管５１により複数の送液装置１０を直列に連結しているため、吐出液２６の吐出量を増やすことができる。また、吐出液２６の吐出時間を延ばすこともできる。なお、各送液装置１０の下部ケーシング２２の底部を、配線付きのフレキシブル基板に貼り付け、その配線が各送液装置１０の電極２８に電気的に接続されていてもよい。
【００５８】
また、図１０（ｂ）に示すように、送液システム６０は、複数の送液装置１０を並列に接続して成っていてもよい。図１０（ｂ）に示す送液システム５０は、各送液装置１０の吐出口２４ａに接続され、各送液装置１０の吐出口２４ａから吐出する吐出液２６を１つの流れに収束させて吐出するよう設けられた可撓性の合流吐出管６１を有している。
【００５９】
この場合、合流吐出管６１により複数の送液装置１０を並列に連結しているため、吐出液２６の吐出量を増やすことができる。また、吐出液２６の吐出時間を延ばすこともできる。なお、合流吐出管６１は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、各送液装置１０の吐出口２４ａに接続された複数の分岐管６２と、各分岐管６２が１本に収束した収束管６３とから成っていてもよく、側面に所定の間隔で各送液装置１０の吐出口２４ａが接続された１本の管から成っていてもよい。
【００６０】
また、図１０（ｃ）に示すように、送液システム７０は、送液装置１０に、内部に吐出液２６を貯蔵する貯蔵タンク７１を接続して成っていてもよい。図１０（ｃ）に示す送液システム５０は、送液装置１０の吐出チャンバ２４と貯蔵タンク７１とを連通するよう設けられた供給管７２と、貯蔵タンク７１から吐出チャンバ２４に向かって吐出液２６が流れるよう、供給管７２に設けられた第１逆流防止弁７３と、吐出液２６を吐出チャンバ２４から外部に吐出するよう、吐出チャンバ２４と吐出口２４ａとの間に設けられた第２逆流防止弁７４とを有している。
【００６１】
この場合、貯蔵タンク７１から吐出チャンバ２４に吐出液２６を補充することにより、吐出液２６の吐出時間を延ばすことができる。第１逆流防止弁７３を閉じ、第２逆流防止弁７４を開放した状態で電気分解を行うことにより、吐出液２６を吐出することができる。また、第１逆流防止弁７３を開放し、第２逆流防止弁７４を閉じた状態で、電気分解の逆反応等により吐出チャンバ２４の内部の気体を除去することにより、貯蔵タンク７１から吐出液２６を補充することができる。貯蔵タンク７１の内部の吐出液２６がなくなったときには、第１逆流防止弁７３を閉じた状態で、電気分解中または使用停止中に、吐出液２６が貯蔵された別の貯蔵タンク７１に取り換えることができる。
【００６２】
［送液装置１０の個数と流量との関係について］
図１０（ａ）に示す送液システム５０を用い、送液装置１０の数が１〜４個のそれぞれの場合について、電極２８に印加する電圧を変化させて、それぞれの印加電圧に対する流量の計測を行った。実験では、１０×１０ｍｍサイズの電極２８を用い、電圧を2.75 Vから0.25 V刻みで、4.5〜5 Vまで印加した。また、流速が安定してから計測を行うよう、各電圧を印加してから１分間駆動した後に流量の計測を行った。
【００６３】
実験結果として、印加電圧に対する流量、およびその時に流れた電流値を、それぞれ図１１（ａ）および（ｂ）に示す。図１１に示すように、送液装置１０の個数が増えると、流量および電流値も増加することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る送液装置および送液システムは、生物学的分野または医学的分野で好適に利用することができる。例えば、体内の生体成分を回収するために、一定流量で皮下に環流液を流したり、薬液を体内に一定流量で注入したりするのに利用することができる。また、動物実験の際に、薬液を動物の体内に一定流量で注入するのにも利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  送液装置
１１  ケーシング
２１  上部ケーシング
２１ａ  溝
２１ｂ  係合凸部
２２  下部ケーシング
２２ａ  溝
２２ｂ  係合環
２２ｃ  ガラス基板
２３  シーリング材
１２  隔膜
１３  電気分解手段
２４  吐出チャンバ
２４ａ  吐出口
２５  電解チャンバ
２６  吐出液
２７  電解液
２８  電極
２９  電源
３１  隔壁板
３１ａ  通気孔
３１ｂ  突出部
３２  電解質のゲル
５０，６０，７０  送液システム
５１  連結管
６１  合流吐出管
６２  分岐管
６３  収束管
７１  貯蔵タンク
７２  供給管
７３  第１逆流防止弁
７４  第２逆流防止弁
【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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