特許 6166269 電気浸透流ポンプ、その製造方法及びマイクロ流体デバイス

(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】6166269

(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、その製造方法及びマイクロ流体デバイス

(51)【国際特許分類】

   F04D 33/00 20060101AFI20170710BHJP

   B81B 1/00 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   F04D33/00

   B81B1/00

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-536813(P2014-536813)

(86)(22)【出願日】2013年10月22日

(86)【国際出願番号】JP2013078575

(87)【国際公開番号】WO2015059767

(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２０１４−１６５１０９（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、
前記誘電体多孔質膜の厚み方向における中心よりも一方側に配された親水層と、
を備え、
前記親水層が、前記第１の透水性電極の表面が化学的または物理的に親水処理されることにより、前記第１の透水性電極の表面に形成されている、電気浸透流ポンプ。

【請求項2】

前記親水層が、前記誘電体多孔質膜と前記第１の透水性電極との間に配されている、請求項１に記載の電気浸透流ポンプ。

【請求項3】

前記第１の透水性電極と前記第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、
前記電源は、１ＭＨｚ以下の周波数の交流電圧を印加する、請求項１に記載の電気浸透流ポンプ。

【請求項4】

前記誘電体多孔質膜の厚みが５μｍ〜１００μｍの範囲内にある、請求項１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における平均孔径が１０ｎｍ〜５０μｍの範囲内にある、請求項１に記載の電気浸透流ポンプ。

【請求項6】

前記第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、請求項１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、その製造方法及びマイクロ流体デバイスに関する。

【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、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。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、親水層とを備える。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。親水層は、誘電体多孔質膜の厚み方向における中心よりも一方側に配されている。

【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】

本発明に係る電気浸透流ポンプでは、親水層が第１の透水性電極の表面に形成されていてもよい。

【0011】

本発明に係る電気浸透流ポンプでは、第１の透水性電極の表面が化学的または物理的に親水処理されていてもよい。

【0012】

本発明に係る電気浸透流ポンプでは、親水層が、第１の透水性電極に積層されていてもよい。

【0013】

本発明に係る電気浸透流ポンプでは、親水層が、誘電体多孔質膜と第１の透水性電極との間に配されていてもよい。

【0014】

本発明に係る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、電源は、１ＭＨｚ以下の周波数の交流電圧を印加するものであってもよい。

【0015】

本発明に係る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、透水性電極の面積の比（（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。

【0019】

本発明に係る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。

【0020】

本発明に係る第１の電気浸透流ポンプの製造方法は、上記電気浸透流ポンプを製造する方法に関する。誘電体からなる多孔質のマザー膜の一主面上に第１の透水性電極を複数相互に間隔をおいて形成すると共に、マザー膜の一主面の第１の透水性電極が形成されない部分に液体を透過させない第１のマスクを形成する。マザー膜の他主面上に第１の透水性電極と対向するように第２の透水性電極を複数形成すると共に、マザー膜の他主面の第２の透水性電極が形成されない部分に液体を透過させない第２のマスクを形成する。これらにより、マザー積層体を作製する。マザー積層体を、第１及び第２のマスクが形成された部分で切断することにより複数に分断し、複数の電気浸透流ポンプを得る。

【0021】

本発明に係る第２の電気浸透流ポンプの製造方法は、上記電気浸透流ポンプを製造する方法に関する。誘電体からなる多孔質のマザー膜の一主面上に第１の透水性電極を複数相互に間隔をおいて形成すると共に、マザー膜の一主面の第１の透水性電極が形成されない部分に液体を透過させない第１のマスクを形成する。マザー膜の他主面上に第１の透水性電極と対向するように第２の透水性電極を複数形成すると共に、マザー膜の他主面の第２の透水性電極が形成されない部分に液体を透過させない第２のマスクを形成する。これらにより、誘電体多孔質膜の一部分と一対の第１及び第２の透水性電極により構成された複数のポンプ部を有する電気浸透流ポンプを得る。

【0022】

本発明に係るマイクロ流体デバイスは、上記電気浸透流ポンプと、誘電体多孔質膜の一方側に配された第１の貯留部と、誘電体多孔質膜の他方側に配された第２の貯留部とを備える。

【発明の効果】

【0023】

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】

【0024】

【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交流駆動電気浸透流ポンプの親水層の模式図である。

【図3】図３は、第２の実施形態における電気浸透流ポンプの一部分の模式的断面図である。

【図4】図４は、第３の実施形態における交流駆動電気浸透流ポンプの一部分の模式的断面図である。

【図5】図５は、第４の実施形態におけるマザー積層体の模式的断面図である。

【図6】図６は、第５の実施形態におけるマザー積層体の模式的断面図である。

【図7】図７は、第６の実施形態におけるマイクロ流体デバイスの模式的断面図である。

【図8】図８は、実施例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9】図９は、実施例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】

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

（第１の実施形態）
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。

【0028】

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、送液膜２０を含む。電気浸透流ポンプ２には、交流電源が供給される。固定治具１０，１１は、それぞれ第１の貯留部１２と第２の貯留部１３を備えている。電気浸透流ポンプ２の送液膜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１５が接続されている。この液体貯留槽１５から液体が第２の貯留部１３に供給される。第２の貯留部１３に供給された液体は、電気浸透流ポンプ２によって第１の貯留部１２に送液され、第１の貯留部１２に設けられた排出口１４から排出される。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

誘電体多孔質膜２１の細孔密度は、４Ｅ２／ｃｍ²〜５Ｅ１３／ｃｍ²であることが好ましく、３Ｅ４／ｃｍ²〜７.５Ｅ１０／ｃｍ²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。

【0038】

誘電体多孔質膜２１の第１の貯留部１２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２の貯留部１３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に接触していることが望ましい。しかしながら、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との間に局所的な僅かな隙間が存在していてもよい。

【0039】

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。

【0040】

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、導電メッシュ、導電微粒子焼結膜、多孔質絶縁フイルムに印刷されたパターン電極、の何れかにより構成されていてもよい。パターン電極としては、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。

【0041】

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。

【0042】

電気浸透流ポンプ２は、交流電源４０に接続される。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。電気浸透流ポンプ２と交流電源４０の接続において、導電性ラバー等の高弾性導電体が介在してもよい。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。

【0043】

図２に示されるように、電気浸透流ポンプ２では、第１の透水性電極２２の表面に、親水層２２ａが形成されている。具体的に、本実施形態では、第１の透水性電極２２の表面が親水処理されることにより、親水層２２ａが形成されている。親水層２２ａは、親水化された多孔質薄膜を第１の透水性電極２２の表面に積層されていてもよいが、第１の透水性電極２２の表面を親水性官能基をもつ分子で化学修飾または物理修飾することにより形成されていてもよい。

【0044】

第１の透水性電極２２の表面を親水性官能基をもつ分子で化学修飾する具体的方法としては、第１の透水性電極２２が金を含む場合には、第１の透水性電極２２の表面が、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されることにより、親水層２２ａが形成される。

【0045】

この場合、好ましく用いられる自己組織化試薬としては、チオール官能基端末と、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が選ばれる。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。

【0046】

図２には、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が模式的に示されている。

【0047】

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。

【0048】

第１の透水性電極２２の表面を親水性官能基をもつ分子で化学修飾する具体的方法の別の例としては、親水官能基を含むポリマーで被覆する方法がある。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、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等も用いることができる。第１の透水性電極２２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。

【0049】

以上のように、本実施形態では、誘電体多孔質膜２１の厚み方向における中心よりも第１の透水性電極２２側に親水層２２ａが配されている。親水層２２ａの表面近傍では、透水性電極２３の表面近傍と比べて液体中のカウンターイオンの数が異なっている。このため、交流電圧が印加された際に、第２の貯留部１３から第１の貯留部１２に向けての液体の移動量が、第２の貯留部１３から第１の貯留部１２に向けての液体の移動量と異なって非対称になる。従って、電気浸透流ポンプ２に交流電圧を印加すると、一方の貯留部から他方の貯留部へと液体が送液される。これにより、電気浸透流ポンプ２が作動する。すなわち、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、液体が並行的な電気分解反応によりｐＨ変化を起こしたり、気泡が発生したりすることがない。

【0050】

電気浸透流ポンプ２の送液能力をより高くする観点からは、親水層２２ａは、第１の透水性電極２２の誘電体多孔質膜２１とは反対側の表面に形成されていることが好ましい。

【0051】

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。この比が小さすぎると、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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態における電気浸透流ポンプの一部分の模式的断面図である。

【0055】

図３に示されるように、第２の実施形態では、第１の透水性電極２２の上に配された、親水性材料からなる膜により親水層２２ａが構成されている。このような場合であっても、第１の実施形態の電気浸透流ポンプ２と同様に、交流駆動が可能である。

【0056】

なお、親水層２２ａが第１の透水性電極２２と接触している必要は必ずしもない。５０μｍ以下程度であれば、親水層２２ａは、第１の透水性電極２２から離間して設けられていてもよい。すなわち、親水層２２ａは、第１の透水性電極２２の上方に設けられていてもよい。

【0057】

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態における電気浸透流ポンプの一部分の模式的断面図である。

【0058】

図４に示されるように、第３の実施形態では、親水層２２ａに加え、第１の透水性電極２２と誘電体多孔質膜２１との間にさらなる親水層２４が設けられている。親水層２２ａに加えて親水層２４を設けることにより、送液機能をさらに向上することができる。

【0059】

親水層２４は、例えば、粉末ポリエチレン焼結体を化学的に親水化した膜等を挿入することにより形成することができる。

【0060】

なお、本実施形態では、親水層２２ａに加えて親水層２４を設ける例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、第１の透水性電極の誘電体多孔質膜とは反対側には親水層を設けず、第１の透水性電極と誘電体多孔質膜との間に親水層を設けてもよい。その場合であっても、電気浸透流ポンプは交流駆動可能である。

【0061】

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態におけるマザー積層体の模式的断面図である。

【0062】

本実施形態では、電気浸透流ポンプの製造に際し、まず、誘電体からなる多孔質のマザー膜３１を用いする。このマザー膜３１は、複数の誘電体多孔質膜２１を構成するためのものである。次に、このマザー膜３１の一主面の上に、第１の透水性電極２２を複数相互に間隔をおいて形成すると共に、マザー膜３１の一主面の第１の透水性電極２２が形成されない部分に液体を実質的に透過させない第１のマスク３２を形成する。マザー膜３１の他主面の上に、第１の透水性電極２２と対向するように第２の透水性電極２３を複数形成すると共に、マザー膜３１の他主面の第２の透水性電極２３が形成されない部分に液体を実質的に透過させない第２のマスク３３を形成する。これにより、マザー積層体３０を作製する。次に、マザー積層体３０を、第１及び第２のマスク３２，３３が形成された部分で切断することによりマザー積層体３０を複数の電気浸透流ポンプに分断する。

【0063】

以上の要領で電気浸透流ポンプを作製することにより、複数の電気浸透流ポンプを高い製造効率で製造することができる。

【0064】

なお、第１及び第２のマスク３２，３３は、それぞれ、例えば、粘着フイルム、ホットメルト樹脂、熱硬化性樹脂、打抜きラバー膜等により形成することができる。第１及び第２のマスク３２，３３を同時に形成してもよい。また、第１及び第２のマスク３２，３３が誘電体多孔質膜２１に浸透し融着しても構わない。

【0065】

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態におけるマザー積層体の模式的断面図である。

【0066】

本実施形態では、第４の実施形態と実質的に同様にして作製したマザー積層体３０を、そのまま電気浸透流ポンプとする。そうすることにより、マザー膜３１の一部分により構成された誘電体多孔質膜２１と、一対の透水性電極２２，２３とを有するポンプ部３５を複数有する電気浸透流ポンプを製造することができる。

【0067】

（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態におけるマイクロ流体デバイスの模式的断面図である。

【0068】

本発明に係る電気浸透流ポンプは、例えば、マイクロ流体デバイスに適用可能である。

【0069】

図７に示されるマイクロ流体デバイス３は、電気浸透流ポンプ２と、第１の貯留部１２と第２の貯留部１３とを有する。第１の実施形態と同様に、第１の貯留部１２は、電気浸透流ポンプ２の送液膜２０の誘電体多孔質膜２１の一方側に配されており、第２の貯留部１３は、誘電体多孔質膜２１の他方側に配されている。第１の貯留部１２と第２の貯留部１３とは、送液膜２０により区画されている。電気浸透流ポンプ２には、交流電源が供給される。液体貯留槽１５から液体が第２の貯留部１３に供給される。第２の貯留部１３に供給された液体は、電気浸透流ポンプ２によって第１の貯留部１２に送液され、第１の貯留部１２に設けられた排出口１４から排出される。

【0070】

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。

【0071】

（実施例）
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の金を成膜さることにより、第１及び第２の透水性電極を形成した。このとき、膜の表裏は電気的に絶縁していることを確認した。次に、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。以上の工程により実施例に係る電気浸透流ポンプを作製した。

【0072】

なお、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８に、実施例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。

【0073】

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９に示す。

【0074】

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。

【0075】

図９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。

【0076】

また、本実施例で作製した装置に、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０．９ｗｔ％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。

【0077】

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の貯留部の色調が弱酸性色に変化し、第２の貯留部が弱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０．９ｗｔ％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】

【0078】

１：送液モジュール
２：電気浸透流ポンプ
３：マイクロ流体デバイス
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
１５：液体貯留槽
２０：送液膜
２１：誘電体多孔質膜
２２：第１の透水性電極
２２ａ：親水層
２３：第２の透水性電極
２４：親水層
３０：マザー積層体
３１：マザー膜
３２：第１のマスク
３３：第２のマスク
３５：複数のポンプ部を有する電気浸透流ポンプ
４０：交流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】