[发明专利]电渗透泵和液体馈送装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于控制用于生物技术、分析化学之类的微流体基片中的流体运动的电渗透泵，并涉及一种其中包含有这种电渗透泵的液体馈送装置。

背景技术

电渗透泵是根据电渗透现象来使传送液体的泵，它用作例如在毛细管和微流体基片中的流体运动装置。

基于电渗透现象是出现在具有几百μm或以下的宽度、非常狭窄的流体通路内的事实，例如，可将毛细管直径设定为几百μm以下，或者将微流体基片内的流体通路的宽度设定为几十μm，并在毛细管或流体通路中设置两个电极(正、负电极)，从而将毛细管和流体通路变为泵。

图38示出一种电渗透泵200，它包括各自容纳有电解液的容器202、204，容器202、204通过充满电解液的毛细管206相互连接。当直流电源208在分别设置在容器202、204中的电极210、212间施加直流电压时，就可通过毛细管206将电解液从容器202传送至容器204。

电渗透泵200的优点在于：(1)电渗透泵200可使电解液无冲击地流动，(2)由于可简便地通过将电极210、212插入容器202、204并在其间施加直流电压来转移电解液，故电渗透泵200易于使用，以及(3)电渗透泵200没有机械运动部件且其结构简单。因此，已考虑到在仅由狭窄流体通路构成的、约几mm大小的宏观应用场合应用电渗透泵。

图39示出一种电渗透泵214，它是一种电渗透泵200(参见图38)的较小型式。电渗透泵214包括由电渗透材料(下文称为EO材料)制成的电渗透件220和电极222、224，电渗透件220设置在形成于泵罩壳216内的流体通路218中，而电极222、224则分别设置于电渗透件220的上、下游侧，并在其内沿流体通路方向具有多个细孔。电极并不限于所述的结构，也可呈导线形状。

如果将呈电渗透性的多孔材料或充满细微粒子或纤维的结构等等用作EO材料，那么就可以从μL/min到mL/min或以上的范围内的流量来传送电解液，而无需毛细管206(参见图38)和/或微流体基片内的流体通路(参见非专利文件1～3)。

至于由直流电源208所施加至电极210、212、222、224的直流电压，电渗透泵200(参见图38)需有几十千伏的直流电压，而电渗透泵214可在大约仅几伏的直流直压下就可使电解液流动。

如果可在低电压下以所要的驱动压力大流量地传送电解液的话，那么，电渗透泵就可不受制于采用小直径毛细管206和在微流体基片中的流体通路所造成的种种限制，并因此可将电渗透泵214用于更大范围的应用场合。

图40示出本发明所设想的电渗透泵230。电渗透泵230包括设置在其上部、并容纳电解液的容器232。电渗透泵230具有与微流体基片234的流体通路236相连接的下部。当在电极222、224间施加其电压范围从几伏至30伏的直流电压时，电解液就在100KPa或以上的最大压力下以约几十μL/min的最大流量从容器232提供至流体通路236。

非专利文件1：第2003/0068229号美国专利申请公报

非专利文件2：第3923426号美国专利

非专利文件3：第2004/0234478号美国专利申请公报

发明内容

由于电渗透是一种电化学现象，当直流电源208在电极222、224间施加直流电压时，在电极222、224的附近会产生气体。未溶入电解液中的任何气体呈气泡状飘浮在电解液中，这种飘浮的气泡会使流体通路236中的流动变为不稳定，从而引起电渗透泵214运作故障，并大大影响诸如发生在流体通路236下游的化学反应和化学分析之类的各种测量。

更明确地说，电渗透泵214通常是个系统，其中，同时存在有电解液中的离子电导和电极222、224处的电子电导。在电极222、224处，在其间充电转换时就会产生气体。

例如，在图39中，如果驱动液体是一种水溶液，其中电渗透件220的Zeta电位为负电位，上游电极222为正电极而下游电极224为负电极，那么，当直流电源208在电极222、224间施加直流电压时，在电极222、224附近就会引起如下的电化学反应：

2H₂O→2H₂+O₂    (1)

结果，就会在电极224(负极)处产生氢气，而在电极222(正极)处产生氧气。如果产生在电极224附近的氢气量超过了电解液的可溶度，则氢气就形成气泡，并从电渗透泵214流入系统下游。