空気圧駆動バルブを用いたぺリスタポンプ

出典: finemems

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目次

項目の説明 【必須】

ポンプは、空気圧駆動バルブが3つ並んだ構造をしている(図1)。図中、水色3つの長方形がポンプに相当する。茶色の長方形が、溶液のマイクロ流路である。基本構造は、空気圧駆動バルブであるため、このポンプの作製方法は一体型多層マイクロ流路の製作方法 を参照されたい。

蠕動型ポンプの原理を用いて、このポンプを動作させる。どのように蠕動運動を行うか説明する。ここでバルブ開いた状態を1、閉じた状態を0と定義し、そして3つのバルブの状態を1と0の並びで表す。このときバルブを101,100,110,010,011,001と動作を繰り返すことで、溶液を一方向に搬送する。この動作は蠕動運動の原理を用いているため、ペリスタ(Peristaltic)ポンプと名付けられている。

このペリスタポンプは、ナノリットルの生体物質を含む溶液を容易に搬送することができ、さらに長寿命である。このポンプを以下の条件で動作させた。

(1)1つのバルブのサイズ: 100 μm x 100 μm x 10μm

(2)制御層と流路の層間の膜厚:30 μm

(3)駆動時の加圧圧力: 50 kPa


駆動周波数を変化させたときの流量のグラフを図2に示す。75Hzまでは、線形に流量が増加していき、75Hzで最大流量2.35 nl/sを記録した。バルブの動作速度は75Hzを超えると追従性が悪くなるため、75 Hz以上では、周波数を速くしても、流量は上がらない。200 Hzまでは、ほとんど流量は一定である。200~300 Hzにかけては、ゆるやかに減少していく。バルブは十分長持ちし、ゴムの膜が壊れる様子は一度も壊れる様子が見られなかった。400万回駆動した後も、破れや欠陥は観察されなかった。

構造

特性・性能・評価

文献情報,参考文献

M. A. Unger, H. P. Chou, T. Thorsen, A. Scherer, and S. R. Quake, "Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography," Science, vol. 288, pp. 113-6, 2000.

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