特許 6166268 電気浸透流ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6166268

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】電気浸透流ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 33/00 20060101AFI20170710BHJP

【ＦＩ】

   F04D33/00

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-536812(P2014-536812)

(86)(22)【出願日】2013年10月22日

(86)【国際出願番号】JP2013078574

(87)【国際公開番号】WO2015059766

(87)【国際公開日】20150430

【審査請求日】2016年3月4日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２５年４月２３日、北海道大学、学術交流会館において開催された、「ナノマクロ物質・デバイス・システム創製アライアンス 平成２４年度 成果報告会」で発表

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 高分子学会予稿集６２巻１号［２０１３］（平成２５年５月１４日）公益社団法人高分子学会発行に発表

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２５年５月２９日、国立京都国際会館において開催された「第６２回高分子学会年次大会」で発表

(73)【特許権者】

【識別番号】000002174

【氏名又は名称】積水化学工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100156845

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 威一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100179213

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 未知子

(74)【代理人】

【識別番号】100170542

【弁理士】

【氏名又は名称】桝田 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100195305

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 恵

(72)【発明者】

【氏名】奥村 泰志

(72)【発明者】

【氏名】菊池 裕嗣

(72)【発明者】

【氏名】樋口 博紀

(72)【発明者】

【氏名】谷口 学

(72)【発明者】

【氏名】山本 一喜

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２２１９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８９４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４５５５５９７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体多孔質膜と、
前記誘電体多孔質膜の一方側に配された第１の透水性電極と、
前記誘電体多孔質膜の他方側に配された第２の透水性電極と、
を備え、
前記誘電体多孔質膜の前記第１の透水性電極側の主面の親水性と、前記第２の透水性電極側の主面の親水性とが相互に異なる、電気浸透流ポンプ。

【請求項2】

前記誘電体多孔質膜は、一主面に親水層を有する、請求項１に記載の電気浸透流ポンプ。

【請求項3】

誘電体多孔質膜と、
前記誘電体多孔質膜の一方側に配された第１の透水性電極と、
前記誘電体多孔質膜の他方側に配された第２の透水性電極と、
を備え、
前記誘電体多孔質膜の一方面のゼータ電位と、他方面のゼータ電位とが相互に異なるか、または前記誘電体多孔質膜の一方面の流動電位と、他方面の流動電位とが相互に異なる、電気浸透流ポンプ。

【請求項4】

前記誘電体多孔質膜は、積層された第１の誘電体多孔質膜及び第２の誘電体多孔質膜を含み、
前記一主面が前記第１の誘電体多孔質膜により構成されており、
前記他主面が前記第２の誘電体多孔質膜により構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気浸透流ポンプ。

【請求項5】

前記誘電体多孔質膜の前記第１の透水性電極側の主面の親水性が、前記第２の透水性電極側の主面の親水性よりも高く、前記第１の透水性電極は、前記誘電体多孔質膜とは反対側の表層に親水層を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気浸透流ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気浸透流ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、マイクロ流体デバイスの１種であるマイクロポンプの需要が高まってきている。マイクロポンプの用途はマイクロリアクター、携帯型医療機器、燃料電池の燃料送液など様々である。従来、マイクロポンプとしては、機械式マイクロポンプが知られている。しかしながら、機械式マイクロポンプは、精密部品で構成されている。このため、機械式マイクロポンプでは、低コスト化と小型化に限界がある。こうした背景から、機械式ポンプに代わるマイクロポンプとして電気浸透流ポンプが注目を集めている（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

電気浸透流とは、液体と固体が接している電気二重層に電圧が印加されたときに生じる液体の流れである。電気浸透流は、１９世紀初めの物理学者ロイスにより電気泳動と共に発見された。液体の中にある溶質や荷電粒子が動く電気泳動と対照的に、電気浸透流では固体が固定されている。このため、電気浸透流が生じるとバルクの液体が動く。電気浸透流は、水やアルコールのようなプロトン性溶媒を始めとする分極性の分子からなる液体またはイオン液体等で観測される。この電気浸透流を用いて送液するポンプが電気浸透流ポンプである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２１６９０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、電気浸透流ポンプの一例が記載されている。特許文献１に記載の電気浸透流ポンプのように、従来の電気浸透流ポンプを駆動させるためには、直流電圧を印加する必要がある。

【0006】

電気浸透流ポンプを作動させるために直流電圧を印加すると、並行的に液体の電気分解反応が起きる。液体の電気分解反応が進行すると、液体のｐＨが変化したり、液体中に気泡が発生するという問題が生じる。特に液体として水を用いると水素や酸素が発生して危険である。従って、これらの問題が発生しない新たな電気浸透流ポンプが強く求められている。

【0007】

本発明の主な目的は、新規な交流駆動可能な電気浸透流ポンプを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る第１の電気浸透流ポンプは、誘電体多孔質膜と、第１の透水性透水性電極と、第２の透水性電極とを備える。第１の透水性電極は、誘電体多孔質膜の一方側に配されている。第２の透水性電極は、誘電体多孔質膜の他方側に配されている。誘電体多孔質膜の第１の透水性電極側の主面の親水性と、第２の透水性電極側の主面の親水性とが相互に異なる。

【0009】

本発明に係る電気浸透流ポンプでは、第１の透水性電極及び第２の透水性電極は、それぞれ、誘電体多孔質膜表面に成膜された導電多孔膜、導電メッシュ、導電微粒子焼結膜、又は多孔質絶縁フイルムに印刷されたパターン電極であることが好ましい。

【0010】

本発明に係る第１の電気浸透流ポンプは、誘電体多孔質膜は、一主面に親水層を有していてもよい。

【0011】

本発明に係る第２の電気浸透流ポンプは、誘電体多孔質膜と、第１の透水性電極と、第２の透水性電極とを備える。第１の透水性電極は、誘電体多孔質膜の一方側に配されている。第２の透水性電極は、誘電体多孔質膜の他方側に配されている。誘電体多孔質膜の一方面のゼータ電位と、他方面のゼータ電位とが相互に異なるか、または誘電体多孔質膜の一方面の流動電位と、他方面の流動電位とが相互に異なる。

【0012】

本発明に係る第３の電気浸透流ポンプは、誘電体多孔質膜と、第１の透水性電極と、第２の透水性電極とを備える。第１の透水性電極は、誘電体多孔質膜の一方側に配されている。第２の透水性電極は、誘電体多孔質膜の他方側に配されている。誘電体多孔質膜は、第１の透水性電極と第２の透水性電極との間に交流電圧が印加されたときに誘電体多孔質膜内の液体に、第１の透水性電極側と第２の透水性電極側の一方から他方へ選択的に移動させる力を付与するように構成されている。

【0013】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、誘電体多孔質膜は、積層された第１の誘電体多孔質膜及び第２の誘電体多孔質膜を含み、一主面が第１の誘電体多孔質膜により構成されており、他主面が第２の誘電体多孔質膜により構成されていてもよい。

【0014】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプは、第１の透水性電極と第２の透水性電極との間に交流電圧を印加する電源をさらに備えていてもよい。その場合は、電源は、１ＭＨｚ以下の周波数の交流電圧を印加するものであることが好ましい。

【0015】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、誘電体多孔質膜の厚みが５μｍ〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。

【0016】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、誘電体多孔質膜の厚さの自乗に対する、第１及び第２の透水性電極の面積の比（（第１及び第２の透水性電極の面積）／（誘電体多孔質膜の厚さ）^２）が１００より大きいことが好ましい。

【0017】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、誘電体多孔質膜における平均孔径が１０ｎｍ〜５０μｍの範囲内にあることが好ましい。

【0018】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、第１及び第２の透水性電極は、それぞれ、厚み方向に貫通する貫通孔を有することが好ましい。

【0019】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、誘電体多孔質膜は、厚み方向に貫通する貫通孔を有することが好ましい。

【0020】

本発明に係る第１〜第３の電気浸透流ポンプでは、誘電体多孔質膜の第１の透水性電極側の主面の親水性が、第２の透水性電極側の主面の親水性よりも高い場合に、第１の透水性電極が、誘電体多孔質膜とは反対側の表層に親水層を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、新規な交流駆動可能な電気浸透流ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る電気浸透流ポンプを備える送液モジュールの模式的断面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態における送液膜の一部分の模式的断面図である。

【図3】図３は、第２の実施形態における送液膜の一部分の模式的断面図である。

【図4】図４は、第２の実施形態における送液膜の親水層の模式図である。

【図5】図５は、第３の実施形態における送液膜の一部分の模式的断面図である。

【図6】図６は、実施例１において使用したトラックエッチド膜の破壊断面写真である。

【図7】図７は、実施例１における印加電圧と流量との関係を表すグラフである。

【図8】図８は、実施例１〜３における印加電圧と流量との関係を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

【0024】

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

【0025】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電気浸透流ポンプの模式的断面図である。図２は、本実施形態における送液膜の一部分の模式的断面図である。

【0026】

図１に示される送液モジュール１は、固定治具１０，１１と、固定治具１０，１１に取り付けられた電気浸透流ポンプ２とを備えている。電気浸透流ポンプ２は、第１の透水性電極と第２の透水性電極に挟まれた送液膜２０を含む。電気浸透流ポンプ２には、交流電力が供給される。送液膜２０は第１の貯留部１２と、第２の貯留部１３とを区画している。第２の貯留部１３には、液体貯留槽３０が接続されている。この液体貯留槽３０から液体が第１の貯留部１２に供給される。第１の貯留部１２に供給された液体は、送液膜２０によって第２の貯留部１３に送液され、第２の貯留部１３に設けられた排出口１４から排出される。

【0027】

なお、第１の貯留部１２と、第２の貯留部１３とは、電気浸透流ポンプ２の一面と他面に液体を導くためのものであり、液体が輸送される経路となるものであればよい。第１及び第２の貯留部１２，１３には、特定の体積は必ずしも必要ない。第１の貯留部１２と、第２の貯留部１３とは、マイクロ流体デバイスの任意のチャネル流路の一部であってもよい。また、第１の貯留部１２と、第２の貯留部１３とは、それぞれ、透水性の多孔体やゲルで満たされていてもよい。

【0028】

送液膜２０は、平板状であってもよいし、たわんだ構造、複数の凹凸を有する構造、折り畳まれた構造を有していてもよい。その場合、送液膜２０の平面視における面積に対する、表面の実面積の比（（送液膜２０の表面の実面積）／（送液膜２０の平面視における面積））を大きくすることができる。従って、電気浸透流ポンプ２の送液能力を向上することができる。

【0029】

送液膜２０は、誘電体多孔質膜２１を有する。誘電体多孔質膜２１は、適宜の誘電体により構成されている。誘電体多孔質膜２１は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）等からなるポリマー膜や、セラミックス、シリコン、ガラス、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等からなる無機膜により構成されていてもよい。また、誘電体多孔質膜２１は、例えば、モノリシック多孔体であってもよい。

【0030】

誘電体多孔質膜２１は、トラックエッチド膜であることが好ましい。ここで、トラックエッチド膜とは、トラックエッチングされた膜を意味する。トラックエッチングとは、膜に強力な重イオンを照射することにより直線トラックを形成するケミカルエッチングのことである。

【0031】

なお、誘電体多孔質膜２１がポリマー膜や無機膜である場合は、レーザー光の照射により細孔を形成することができる。

【0032】

誘電体多孔質膜２１は、連続気泡を有する膜であることが好ましく、厚み方向に貫通する貫通孔を複数有する膜であることが好ましい。通常、トラックエッチド膜は、厚み方向に貫通する貫通孔を多数有している。

【0033】

誘電体多孔質膜２１の厚みは、特に限定されないが、５μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましく、１０μｍ〜６０μｍであることがより好ましい。誘電体多孔質膜２１の厚みをこのような厚みとすることにより、誘電体多孔質膜２１の厚みと、形成される電気二重層の厚みとを拮抗させることができる。従って、電気浸透流ポンプ２の作動が好適になる。

【0034】

誘電体多孔質膜２１における平均孔径は、１０ｎｍ〜５０μｍであることが好ましく、２０ｎｍ〜１０μｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜２μｍであることがさらに好ましい。誘電体多孔質膜２１における平均孔径が小さすぎると、流動抵抗が大きく送液量が小さくなる場合がある。誘電体多孔質膜２１における平均孔径が大きすぎると、送液の水圧が低下し、電気浸透流のエネルギー効率が悪くなる場合がある。

【0035】

誘電体多孔質膜２１の開口率は、１％〜５０％であることが好ましく、３％〜３０％であることがより好ましい。誘電体多孔質膜２１の開口率が高すぎると、隣り合う孔が融合しやすく膜としての自立性に問題がでる場合がある。誘電体多孔質膜２１の開口率が低すぎると、送液量が小さくなる場合がある。

【0036】

誘電体多孔質膜２１の細孔密度は、４ Ｅ２ ／ｃ ｍ ²〜 ５Ｅ １３ ／ｃ ｍ ²であることが好ましく、３Ｅ ４／ ｃｍ ²〜 ７.５ Ｅ１ ０／ ｃｍ ²であることがさらに好ましい。誘電体多孔質膜２１の細孔密度が高すぎると、開口率が高くなりすぎるか平均孔径が小さくなりすぎる場合がある。誘電体多孔質膜２１の細孔密度が低すぎると、電気浸透流のエネルギー効率が悪くなる場合がある。

【0037】

誘電体多孔質膜２１の第２の貯留部１３側には、第１の透水性電極２２が設けられている。誘電体多孔質膜２１の第１の貯留部１２側には、第２の透水性電極２３が設けられている。第１及び第２の透水性電極２２，２３は、液体が供給された際に、誘電体多孔質膜２１の表面上に電気二重層が形成されるように設けられていればよい。第１及び第２の透水性電極２２，２３のそれぞれが誘電体多孔質膜２１に接触している必要は必ずしもない。例えば、第１及び第２の透水性電極２２，２３のそれぞれと誘電体多孔質膜２１との間に、高い弾性率を有する導電性ラバーを介在させてもよい。

【0038】

第１及び第２の透水性電極２２，２３は、液体が厚み方向に通過可能に設けられている。第１及び第２の透水性電極２２，２３は、それぞれ、厚み方向に貫通する貫通孔を有することが好ましい。この第１及び第２の透水性電極２２，２３の貫通孔と誘電体多孔質膜２１の貫通孔とが接続されていることが好ましい。

【0039】

第１及び第２の透水性電極２２，２３は、それぞれ、例えば、誘電体多孔質膜２１の上に金属などの導電物質を、誘電体多孔質膜２１の細孔が完全に閉鎖されないように成膜させることにより形成することができる。また、第１及び第２の透水性電極２２，２３は、それぞれ、例えば、網状電極、くし型電極、千鳥状電極、フラクタル状パターン電極などのパターニングされた電極により構成されていてもよい。

【0040】

第１及び第２の透水性電極２２，２３の材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されないが、第１及び第２の透水性電極２２，２３は、良導電材料により構成されていることが好ましい。具体的には、第１及び第２の透水性電極２２，２３は、それぞれ、金、銀及び銅の少なくとも一種の金属、カーボンナノチューブ等のカーボンを主体とする複合材、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）等により構成されていてもよい。

【0041】

電気浸透流ポンプ２は、交流電源４０を備えている。この交流電源４０により第１及び第２の透水性電極２２，２３の間に交流電圧が印加される。交流電源４０は、第１及び第２の透水性電極２２，２３の間に１ＭＨｚ以下の周波数の交流電圧を印加することが好ましく、０．５Ｈｚ〜２０ｋＨｚの交流電圧を印加することがより好ましく、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの交流電圧を印加することがさらに好ましい。第１及び第２の透水性電極２２，２３の間に印加される交流電圧の周波数が高すぎると、電気浸透流ポンプ２が好適に作動しなくなる場合がある。

【0042】

図２に示されるように、電気浸透流ポンプ２では、誘電体多孔質膜２１は、第１の透水性電極２２側の主面に親水層２１ａを有する。例えば、誘電体多孔質膜２１がトラックエッチド膜である場合は、誘電体多孔質膜２１の一方の表層が親水層２１ａとなっている。誘電体多孔質膜２１がトラックエッチド膜ではない場合は、誘電体多孔質膜２１の一方の表面に、常圧プラズマ化学処理等のプラズマ処理に代表される親水処理や親水性官能基をもつ分子で化学修飾を施すことにより親水層２１ａを形成することができる。親水性官能基を含むポリマーとしては、ホスホリルコリン基を含有するポリウレタンウレアが好適に用いられる。また、親水性官能基を含むポリマーとして、アミノ基を分子鎖中に多数有するポリリシンやポリアリルアミン等も用いることができる。誘電体多孔質膜２１の表面を親水性官能基をもつ分子で化学修飾する方法はこれらに限られるわけではなく、当業者の知りうる化学修飾親水化技術を適用しうる。

【0043】

親水層２１ａの表面の親水性は、誘電体多孔質膜２１の第２の透水性電極２３側の主面の親水性よりも高い。このため、誘電体多孔質膜２１の第１の透水性電極２２側の主面のゼータ電位と、第２の透水性電極２３側の主面のゼータ電位とが相互に異なるか、または、誘電体多孔質膜２１の第１の透水性電極２２側の主面の流動電位と、第２の透水性電極２３側の主面の流動電位とが相互に異なる。具体的には、誘電体多孔質膜２１の第１の透水性電極２２側の主面のゼータ電位の大きさが、第２の透水性電極２３側の主面のゼータ電位の大きさよりも大きいか、または、誘電体多孔質膜２１の第１の透水性電極２２側の主面の流動電位の大きさが、第２の透水性電極２３側の主面の流動電位の大きさよりも大きい。よって、第１の透水性電極２２と第２の透水性電極２３との間に交流電圧を印加すると、液体が第１の貯留部１２から第２の貯留部１３に移送される。これにより、電気浸透流ポンプ２が作動する。

【0044】

このように、本実施形態では、誘電体多孔質膜２１が、第１の透水性電極２２と第２の透水性電極２３との間に交流電圧が印加されたときに誘電体多孔質膜２１内の液体に、第１の透水性電極２２側から第２の透水性電極２３側に移動させる力が付与されるように構成されている。このため、電気浸透流ポンプ２は、交流電圧により駆動可能である。従って、電気浸透流ポンプに直流電圧を印加する場合とは異なり、電気浸透流ポンプ２の駆動時に、液体が電気分解され、液体のｐＨが変化したり、気泡が変化したりしにくい。

【0045】

誘電体多孔質膜２１の厚さの自乗に対する、第１及び第２の透水性電極２２，２３の面積の比（（第１及び第２の透水性電極２２，２３の面積）／（誘電体多孔質膜２１の厚さ）^２）が１００より大きいことが好ましい。比（（第１及び第２の透水性電極２２，２３の面積）／（誘電体多孔質膜２１の厚さ）^２）が小さすぎると、送液の効率が悪くなる。この比が大きい分には制約はない。

【0046】

なお、親水性は、自動接触角計（協和界面科学社、ＤＭ−３００）により測定することができる。

【0047】

ゼータ電位：水溶液に代表されるプロトン性溶媒と接する固体または液体の界面は、特別の場合を除き電荷を帯びている。この電荷による電場は，溶液側から反対符号のイオン（対イオン）を引き寄せ，表面近傍にイオン雰囲気（電気二重層）を形成する。固体表面には特に強く吸着したイオンであるカウンターイオンがあり、カウンターイオンが殆ど動かないシュテルン層（Ｓｔｅｒｎ ｌａｙｅｒ）と固体表面から離れるほどに薄くなってカウンターイオンが移動可能な状態で拡散した構造になっている拡散電気二重層とが存在する。ゼータ電位は、シュテルン層と拡散電気二重層との境界の“滑り面”（ずり面とも言う）での電位である。膜の表面におけるゼータ電位は、例えば、膜ゼータ電位測定装置（大塚電子株式会社ＥＬＳＺ−１）により測定することができる。細孔内におけるゼータ電位は、例えば、固体ゼータ電位測定装置（アントンパール・ジャパン、ＳｕｒＰＡＳＳ）により測定することができる。

【0048】

流動電位は、固体ゼータ電位測定装置（アントンパール・ジャパン、ＳｕｒＰＡＳＳ）により測定することができる。

【0049】

なお、本発明の電気浸透流ポンプは、交流電圧を印加することに作動するものであるが、直流電圧を印加した際に作動しないものである必要は必ずしもない。通常、本発明の電気浸透流ポンプは、交流電圧印加時に加え、直流電圧印加時にも作動するものである。

【0050】

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

【0051】

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態における送液膜の一部分の模式的断面図である。

【0052】

本実施形態に係る電気浸透流ポンプは、第１の透水性電極２２が誘電体多孔質膜２１とは反対側の表層に親水層２２ａを有する点で、第１の実施形態に係る電気浸透流ポンプ２と異なる。

【0053】

本実施形態のように、親水層２２ａを設けることにより、送液性能を向上することができる。

【0054】

なお、親水層２２ａは、例えば第１の透水性電極２２が金を含む場合は、金−チオール結合しうる自己組織化試薬等により表面処理を行うことにより形成することができる。好ましく用いられる自己組織化試薬としては、硫黄原子により構成された一端末と、親水基により構成された他端末とを含む主鎖を有する分子である。このような自己組織化試薬の具体例としては、例えば、
ＨＳ−（ＣＨ_２）_ｎ−ＣＯＯＨ ……… （１）
ＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ_２）ｎ−ＣＯＯＨ ……… （２）
ＨＳ−（ＣＨ_２）_ｎ−ＯＨ ……… （３）
ＨＳ−（ＣＨ_２）_ｎ−（ＯＣＨ_２−ＣＨ_２）_６−（ＣＨ_２）_ｎ−ＯＣＨ_２−ＣＯＯＨ ……… （４）
ＨＳ−（ＣＨ_２）_ｎ−ＮＨ_３Ｃｌ ……… （５）
ＨＳ−（ＣＨ_２）_ｎ−（ＯＣＨ_２−ＣＨ_２）_６−ＮＨ_３Ｃｌ ……… （６）
などが挙げられる。

【0055】

図４に、上述のような自己組織化試薬（具体的には、１，１−メルカプトウデカン酸）を用いて形成した親水層２２ａの模式図を示す。

【0056】

なお、自己組織化試薬による親水化処理を行う前に、脱脂処理、超臨界ＣＯ_２洗浄、プラズマ処理やコロナ放電処理などを追加的に行ってもよい。

【0057】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態における送液膜の一部分の模式的断面図である。図５に示されるように、本実施形態では、誘電体多孔質膜２１は、第１の誘電体多孔質膜２１Ａと、第２の誘電体多孔質膜２１Ｂとを備えている。第１の誘電体多孔質膜２１Ａと、第２の誘電体多孔質膜２１Ｂとは積層されている。第１の誘電体多孔質膜２１Ａが第１の透水性電極２２側に位置しており、第２の誘電体多孔質膜２１Ｂが第２の透水性電極２３側に位置している。第１の誘電体多孔質膜２１Ａは、第２の誘電体多孔質膜２１Ｂよりも親水性が高い材料により構成されている。このため、本実施形態においても、誘電体多孔質膜２１の第１の透水性電極２２側の表面の親水性が、第２の透水性電極２３側の表面の親水性よりも高い。従って、本実施形態の電気浸透流ポンプも、交流電圧を印加することにより作動する。

【0058】

なお、第１の誘電体多孔質膜２１Ａの膜厚と、第２の誘電体多孔質膜２１Ｂの膜厚との比（第１の誘電体多孔質膜２１Ａの膜厚：第２の誘電体多孔質膜２１Ｂとの膜厚）は、１：１００〜１００：１であることが好ましく、１：１０〜１０：１であることがより好ましい。

【0059】

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

【0060】

（実施例１）
以下の要領で、第１の実施形態に係る電気浸透流ポンプ２と実質的に同様の構成を有する電気浸透流ポンプを作製した。厚さが２０μｍであり、平均孔径が４００ｎｍであるトラックエッチド膜（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、ｉｓｏｐｏｒｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ＨＴＴＰ０４７００）の両面にマグネトロンスパッタ装置（株式会社真空デバイス、ＭＳＰ−１Ｓ）を用いて厚さ２０ｎｍの金膜を成膜させることにより、送液膜を形成した。このとき、膜の表裏は電気的に絶縁されていることを確認した。金からなる第１及び第２の透水性電極には、導電性ラバー電極を介して交流電源に接続した。第１の透水性電極と第２の透水性電極との間の距離は、トラックエッチド膜の厚みと等しく、２０μｍであった。図６に、実施例１において使用したトラックエッチド膜の破壊断面写真を示す。

【0061】

トラックエッチド膜の表面のゼータ電位を、膜ゼータ電位測定装置（大塚電子株式会社ＥＬＳＺ−１）を用い測定した。具体的には、トラックエッチド膜に並行に電場を印加して誘起される電気浸透流の速度を、ヒドロキシプロピルセルロースの修飾によって帯電していないポリスチレンラテックス（５００ｎｍ）の運動速度として観察し、その運動速度からゼータ電位を測定した。なお、液体としては、１０ｍＭのＮａＣｌ水溶液を用いた。結果を下記の表１に示す。

【表1】

【0062】

トラックエッチド膜の細孔内のゼータ電位を、固体ゼータ電位測定装置 （アントンパール・ジャパン、ＳｕｒＰＡＳＳ）を用いて流動電位法により測定した。水圧の印加により生じる流動電位からゼータ電位を算出した結果、
第１の透水性電極側から第２の透水性電極側への流動電位から計算されたゼータ電位は、−３６．０１ｍＶであり、
第２の透水性電極側から第１の透水性電極側への流動電位から計算されたゼータ電位は、−４０．１１ｍＶであった。細孔内部のゼータ電位は、膜表面のゼータ電位よりずっと低かった。

【0063】

作製した電気浸透流ポンプに、液体（脱イオン水）の背圧をゼロに保ちながら、２５Ｈｚの交流電圧を印加した。結果を図７に示す。

【0064】

なお、本実施例では、交流電圧を１０分印加し続けても気泡は実質的に発生しなかった。

【0065】

図７に示される結果から、本実施例において作製した電気浸透流ポンプは、交流電圧を印加した際に駆動することが分かる。また、印加する電圧を高めることにより、流量を増大できることが分かる。

【0066】

（実験例２）
第１の透水性電極の誘電体多孔質膜とは反対側の表面を１，１−メルカプトウデカン酸により処理し、親水層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして電気浸透流ポンプを作製した。

【0067】

（実験例３）
第１の透水性電極の誘電体多孔質膜側の表面を１，１−メルカプトウデカン酸により処理し、親水層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして電気浸透流ポンプを作製した。

【0068】

実施例２，３において作製した電気浸透流ポンプに、液体（水）の背圧をゼロに保ちながら、２５Ｈｚの交流電圧を印加した。結果を、実施例１の結果と共に、図８に示す。

【0069】

図８に示される結果から、第１の透水性電極の誘電体多孔質膜とは反対側の表面に親水層を形成することにより、送液能力を向上できることが分かる。

【0070】

（実施例４）
実施例１において作製した装置に、脱イオン水にｐＨ指示薬を溶かした液体を供給し、第１及び第２の透水性電極間に１５分間、２５Ｈｚで９．３４Ｖｒｍｓの交流電圧を印加した。その後、第１及び第２の貯留部の色調を観察したところ、第１及び第２の貯留部の色調は、電圧印加前と同様でｐＨは変化せず、電気分解によるガスは発生しなかった。また、溶媒として０．９質量％のＮａＣｌ水溶液を用いた場合も第１及び第２の貯留部はｐＨ変化を示さず、電気分解によるガスは発生しなかった。

【0071】

一方、第１及び第２の透水性電極間に９．３４Ｖの直流電圧を１５分間印加したところ、第１の貯留部の色調が酸性色に変化し、第２の貯留部がアルカリ性色に変化し、電気分解によるガスが発生した。また、溶媒として０．９質量％のＮａＣｌ水溶液を用いた場合、第１の貯留部の色調が強酸性色に変化し、第２の貯留部が強アルカリ性色に変化し、電気分解によるガスが発生した。

【符号の説明】

【0072】

１：送液モジュール
２: 電気浸透流ポンプ
１０：固定治具
１１：固定治具
１２：第１の貯留部
１３：第２の貯留部
１４：排出口
２０：送液膜
２１：誘電体多孔質膜
２１Ａ：第１の誘電体多孔質膜
２１Ｂ：第２の誘電体多孔質膜
２１ａ：親水層
２２：第１の透水性電極
２２ａ：親水層
２３：第２の透水性電極
３０：液体貯留槽
４０：交流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】