流量制御システム
【課題】流体の流量を制御するために静水圧と電気浸透流を併用する流量コントローラを提供する。
【解決手段】流量が静水圧と電気浸透流の双方に依存する推進流体を、（ａ）例えばクロマトグラフのような作動可能な装置における作動流体として直接に、あるいは（ｂ）ストレージ容器６２５からの作動流体１２０３を作動可能な装置１３０１中に移送するために、あるいは（ａ）と（ｂ）の双方のために、使用することができる。推進流体１２０４は一又は複数の流体から構成できる。推進流体１２０４の一部又は全てが、静水圧によって誘導される流量を増加又は減少させるように電気浸透装置１００を流通させられる。
【解決手段】流量が静水圧と電気浸透流の双方に依存する推進流体を、（ａ）例えばクロマトグラフのような作動可能な装置における作動流体として直接に、あるいは（ｂ）ストレージ容器６２５からの作動流体１２０３を作動可能な装置１３０１中に移送するために、あるいは（ａ）と（ｂ）の双方のために、使用することができる。推進流体１２０４は一又は複数の流体から構成できる。推進流体１２０４の一部又は全てが、静水圧によって誘導される流量を増加又は減少させるように電気浸透装置１００を流通させられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は流体の流量を制御するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量の正確な制御はしばしば重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２８１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポンプとバルブと、機械的なフィードバックループを利用する既知の流量コントローラには問題がある。一つの問題は特に低流量において流量に望ましくない変動が生じることである。他の問題は異なった流量を供するには機械的な変更が必要となることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
我々は、本発明によれば、流体の流量を制御するために静水圧と電気浸透圧流の組合せを用いることによりこれらの問題を改善することができることが分かった。「静水圧」と言う用語はここでは流体を流れるようにする任意の形の圧力を意味するために使用される。適切な相対的に非導電性流路中の適切な導電性流体に適切な電位を印加することによって、流体を流れるようにする電気浸透圧力を作り出すことができる。
【０００６】
第一の側面では、この発明は、第一の点から第二の点まで作動流体を流す方法において、第一の点で作動流体に推進圧をかけることを含み、推進圧の少なくとも一部が、流量が
（ｉ）静水圧成分（すなわち、大きさが静水圧に依存する成分）と
（ｉｉ）電気浸透成分（すなわち、大きさと方向が電気浸透圧流に依存する成分）
を含む推進流体によって与えられる、方法を提供する。
「作動流体」という用語はここでは作動状態にある作動可能な装置によって使用され得る流体を意味するために使用される。そのような装置には、例えばクロマトグラフ（グラジエント液体クロマトグラフを含む）、マイクロ化学リアクター、及び分離システム（マイクロ分離システムを含む）、例えば化学的分析、遺伝子シーケンシング、及び生体物質からの蛋白発現のキャラクタライゼーションのための分離システムが含まれる。本発明の第一の側面の方法における「第二の点」は例えば作動可能な装置の入口でありうる。「第二の点」はまたここでは終点とも呼ぶ。
【０００７】
ある実施態様では、推進流体は作動流体と同じである。他の実施態様では、作動流体は（ｉ）第一の点でストレージ部材（あるいは「カートリッジ」）に保存され、（ｉｉ）推進流体によってストレージ部材から離間せしめられる保存流体を含む。装置は、全ての作動流体がカートリッジから排出されたときに新しい満杯のカートリッジがシステムに挿入され得るようにバルブ装置を具備しうる。
【０００８】
電気浸透成分の大きさ及び／又は方向は、電位及び／又は電位が印加される電気浸透圧流体を変えることによって変えることができる。これは、同じ装置を機械的な変化の必要なしに様々な状況において用いることができることを意味するので、貴重である。よって、本発明の第一の側面は、第一群の条件下で作動する装置が第一の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ、その後、第二群の条件下で作動する同じ装置が第二の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ；第一の期間中の作動流体が第二の期間中の作動流体とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置の作動条件が第二の期間中の作動可能な装置の作動条件とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置が第二の期間中の作動可能な装置とは異なる方法を含む。
【０００９】
本発明の特定の実施態様では、推進流体流は、
（Ａ）静水圧によって流体の流れを供給し、電気浸透圧流によって上記流体の流量を変化させ；あるいは
（Ｂ）静水圧によって第一流体と第二流体の混合物を、電気浸透圧流が該混合物中に生じる流路に流通させ；又は
（Ｃ）（ｉ）部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する作動流体と、
（ｉｉ）混合前に部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する第二流体とを、混合することを含み、
ここで、電気浸透圧流が生じる流路を通って流れる混合物がつくり出される、方法によってつくられる。
【００１０】
方法（Ｃ）の一例では、
（ｉ）作動流体は、
（ａ）静水圧Ｐ１の第一供給源から供給され、
（ｂ）第一流量制御部材を通過し；
（ｉｉ）第二流体は、
（ａ）静水圧Ｐ２の第二供給源から供給され、
（ｂ）第二流量制御部材を通過する。
第一流量制御部材はコンダクタンスｋ１を有し、第二流量制御部材はコンダクタンスｋ２を有し、流路はコンダクタンスｋ３を有し；１＋ｋ３／ｋ１はＰ１／Ｐ２より大きく、１＋ｋ３／ｋ２はＰ２／Ｐ１より大きい。
【００１１】
本発明のある実施態様は、
（ａ）例えば圧力トランスデューサ、流量計、温度センサ、熱流計、変位センサ、ロードセル、歪みゲージ、導電率センサ、選択性イオンセンサ、ｐＨセンサ、フロー分光光度計、及び濁度センサによって少なくとも一の変数をモニターし、
（ｂ）上記のモニターに応答して、電気浸透成分の少なくとも一部を生じる電位を変化させることを、含む。
本発明のある実施態様では、電気浸透成分における変動が静水圧成分における変動を少なくとも部分的に補償する。
【００１２】
本発明のある実施態様では、第二の点における推進流体の流量は５０マイクロリットル／分未満、又は１０マイクロリットル／分未満、又は１マイクロリットル／分未満、又は０．５マイクロリットル／分未満であり、例えば０．１マイクロリットル／分より大きく、又は０．２マイクロリットル／分より大きいものであってよい。
本発明のある実施態様では、作動流体は次の特性の少なくとも一を有している：
（ｉ）少なくとも２５ミリモル、例えば０．５ミリモルのイオン強度を有する液体を含む；
（ｉｉ）５センチポアズより大なる動粘度を有する液体を含む；
（ｉｉｉ）実質的に純粋な有機液体を含む；
（ｉｖ）２０未満の誘電率を有する液体を含む；
（ｖ）多価イオンを含む液体を含む；及び
（ｖｉ）７未満、例えば４未満のｐＨ値を有する液体を含む。
【００１３】
第二の側面では、この発明は、本発明の第一の側面の方法において使用するのに適した装置を提供し、該装置は、
（１）入口と出口を含み、圧力がかけられた流体が通過して入口から出口まで流れる流路と、
（２）流路の入口と出口の間に位置せしめられた多孔質誘電材料と、
（３）圧力がかかった動電学的流体が流路の入口と出口の間を流れるときに、流体が流れる速度を電極に接続された電位を変化させることによって変化させることができるように、位置せしめられた電極とを具備する。
これらの三部材が協働して、ここで電気浸透圧装置又は流路と呼ぶものを構成する。
【００１４】
装置は好適には次の特性の少なくとも一を有する；
（ａ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に流れる流量制御部材を具備する；
（ｂ）圧力がかけられた流体が出口を離れた後に流れる流量制御部材を具備する；
（ｃ）（ｉ）作動状態で加圧流体を用い、
（ｉｉ）（ａ）加圧流体が出口から流れ出るときに装置を通過するように出口に、あるいは（ｂ）流路に接続された第二の出口と加圧流体の供給源に接続可能な入口を有する導管の第一の出口に、接続されている作動可能な装置を具備する；
（ｄ）第一流体の第一供給源と第二流体の第二供給源とを具備し、第一供給源と第二供給源の双方が該供給源からの加圧流体が入口を通って流路中に流入可能なように入口に接続されている；
（ｅ）電極に接続された可変電源装置を具備する；
（ｆ）制御信号をモニターするための少なくとも一のセンサとセンサに作動可能に接続されたフィードバック制御機構を具備し、よって装置が電極に接続された電源装置を具備する場合、フィードバック制御機構が電源装置から供給される電位を、例えば制御信号を予め決まった範囲内に維持するように変調する；
（ｇ）（ｉ）入口に接続されている第一流路出口と（ｉｉ）一の作動可能な装置又は複数の作動可能な装置に接続可能な第二流路出口と、（ｉｉｉ）加圧流体の供給源に接続可能な流路入口を有する流路を具備し、よって加圧流体が流路に流入するとき、加圧流体の一部が流路を通って流れ、加圧流体の残りが一又は複数の装置を通って流れる；
（ｈ）二以上の上記の流路と、（ｉ）上記流路の各々の入口又は出口に接続された複数の流路入口と（ｉｉ）一又は複数の作動可能な装置に接続可能な流路出口を有する流路を具備する；
（ｉ）二以上の上記の流路を具備し、流路内の誘電材料が互いに異なっている；及び
（ｊ）ブリッジを介して流路に接続された電極を有する電源装置を具備する。
【００１５】
ここで使用される「多孔質誘電材料」という語句において、「多孔性」という用語は流体に対して透過性であるあらゆる材料を指し、「誘電」という用語はその導電性が流体よりも実質的に小さく、有限の誘電率を有するあらゆる材料を指す。多孔質誘電材料の例は、溶融石英キャピラリー、シリカ粒子、有機ポリマー、及びリソグラフパターン化、リソグラフエッチング、直接射出成形、ゾル-ゲル法、又は電鋳法によって製作された製品である。「流量制御部材」という用語はここでは圧力がかけられた流体が流通可能で、装置に流入するときの流体の圧力が装置を離れるときの流体の圧力よりも大きいような装置を指すために使用される。流量制御部材は例えば圧力を５％以下、例えば少なくとも５％、例えば少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、そして多くとも８０％、多くとも６０％、又は多くとも５０％低減させる。流量制御部材はまた「フロー部材」又は「フローレジスタ」とも称される。本発明の装置は、推進流体の少なくとも一部が通過する一又は複数の流量制御部材を具備しうる。
【００１６】
第三の側面では、この発明は加圧流体をその作動状態で用いる作動可能な装置に向けて加圧作動流体が移送される速度を変更するための電気浸透圧流の使用に関する。
第四の側面では、この発明は、
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流量制御部材と
を具備する第一流路と；
（ｂ）（ｉ）圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口と；
（ｉｉ）第二流体入口と、第一流路の第一節点とに流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流量制御部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口であって、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２で、第二流量制御部材出口の第２節点と流通可能に連通した第三流体出口；
を有する第二流路とを、
具備し、ここで、
α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流量制御部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流体制御部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置に関する。
【００１７】
この発明において使用される静水圧は如何なる方法でもつくり出すことができ、例えば一又は複数のポンプ、例えば高圧シリンジポンプ又は手動ポンプ、あるいは圧縮空気駆動システムによってつくり出すことができる。
一又は複数の流体を、電気浸透圧流路に通過させることができる。二種の流体を流路に流通させる一実施態様では、流路は、それぞれ圧力Ｐ１及びＰ２である第一流体供給源（つまり第一流体の供給源）と第二流体供給源（つまり第二流体の供給源）に流れるように連通させられた流体入口（つまり流体のための入口）を有する。流路はまた出口圧とも称される圧力Ｐ３の流体終点（つまり流体の終点）と流体入口に流れるように連通させられた流体出口（つまり流体のための出口）を有する。出口圧力はＰ１及びＰ２の双方よりも低い。電源装置が電極に適当な電位を印加したとき、流路は動電学的にアクティブである。電位は圧力推進流れの少なくとも一を変調する電気浸透圧駆動流れ成分を生じる。システム中の異なった点における圧力と流量を制限するために、流れ絞り装置を適当な位置に設けることができる。
【００１８】
場合によっては、二以上の電気浸透圧装置をシステムにおいて使用することができる。例えば、一つの装置で二流体の比を制御し、他方で流体流の全量を制御することができる（図１５ａ及び１５ｂ）。
本発明のある実施態様では、電気浸透圧流体、つまり電気浸透圧流がつくられうる（ここでは動電学的流体とも呼ばれる）流体には、一方が終点に至り、他方が電気浸透圧装置に至る二つの流路が設けられている。電気浸透装置の電極の電位を替えることによって、様々な量の電気浸透流が終点まで流れる。
本発明のある実施態様では、電気浸透圧流体を貯留する流体ストレージ部材は電気浸透圧装置の直前に配され、電気浸透圧流体は圧力がかけられた流体によって装置中に強制的に流入させられる。
【００１９】
本発明は流体制御に電気浸透圧流の原理を利用する。動電学的流れとしても知られている電気浸透圧流は流路への圧力差の適用によって別につくり出されるであろう流れと競合し又はその流れを支配さえすることができる。本発明における電気浸透圧流は電極を使用して電場の印加で誘電材料と適切な流体を使用して発生される。流体は多孔質誘電材料に対して高いゼータ電位をもたらす。
このゼータ電位の大きさは約１から１５０ｍＶ又はそれ以上の範囲であることが望ましい。ゼータ電位は符号は正でも負でもよい。ゼータ電位のサインと大きさは流体の誘電定数、流体のｐＨ、流体のイオン強度及び流体中のイオンのタイプに依存する。
流体は、ある低濃度の様々なイオンのような導電種をまた有しうる純粋な流体又は純粋な流体の混合物でありうる。好ましくは、純粋な流体は高誘電定数（約５から１００相対単位）、低動粘度（約０．１から２センチポアズ）及び低伝導度（約１０−４から１０−１４ｍｈｏ／ｍ）を有しているべきである。好ましくは流体のｐＨ及びイオン強度を定め又は制御するために添加剤が投入される。添加剤は流体に完全に溶解する種類と濃度のものでなければならない。これらの添加剤の種類と濃度は、好ましくは、多孔質誘電媒体中の孔径によって課される条件下でゼータ電位を増大又は最適化するように選択される。
【００２０】
適切な純粋な流体には、例を挙げると、限定されるものではないが、蒸留及び／又は脱イオン化水、環状カーボネート、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、１−ペンタノール、１−ヘキサノール、１−ヘプタノール、ベンジルアルコール、ニトロメタン、ニトロベンゼン、ブタノン、ジメトキシメタン、ジメチルアセトアミド、ジオキサン、ｐ−ジオキサン、アセトニトリル、ホルムアミド、メチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸、トリエチルアミン、ジクロロメタン、エチレングリコール、及びジメチルスルホキシドが含まれる。
ゼータ電位を生じるには、一般に、誘電材料の表面は流体の存在下でイオン化される酸性又は塩基性部位を示す。これらのイオン性表面部位は材料に本来的にあるものでもよいし又は表面材料にある種を吸着又はグラフトさせることにより得られるものでありうる。
【００２１】
本来的にイオン性の材料には、例を挙げると、限定されるものではないが、シリカ（酸性）、アルミナ（両性）、及びナイロン（双性イオン性、カルボキシル及びアミン）が含まれる。ゼータ電位の符号は真の表面電荷の符号と同じである。
表面電荷を生じる吸着の例としては、イオン性界面活性剤とのポリエチレン又はポリプロピレンの混合物を用いることができる。ポリエチレン及びポリプロピレンは本来的なイオン性部位を持たない非極性ポリマーである。ある種のイオン性界面活性剤（例えばドデシル硫酸ナトリウム）を含む水溶液では、界面活性剤の疎水性末端がポリマーに吸着する。そして界面活性剤の荷電末端は表面に電荷部位としてあらわれる。
【００２２】
表面部位のイオン化度は流体のｐＨに依存する。大抵の場合、表面が真の中性であるｐＨがあり、よってゼータ電位はゼロである。ゼータ電位は、表面が真の中性であるｐＨ値より充分に高いｐＨ値（酸性表面部位に対して）又は充分に低いｐＨ値（塩基性表面部位に対して）で最大値に達する。イオン性表面部位は化学反応又はグラフト化によって材料に付加することができるか、又はプラズマ又は放射線処理を介して反応性表面化学物質の創造又は欠陥の創造によって誘導することができる。
誘電材料は、高ゼータ電位、ゼータ電位の符号、添加剤での流体中での不溶性及び安定性、低電気伝導率、及び充分な機械的強度の性質について選択される。
【００２３】
好適な酸化物材料の例には、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、及び酸化タンタルが含まれる。これらの酸化物はアモルファスでも又はガラス状でも又は結晶性でもよく、また他の微小な酸化物成分を有する混合物として組み合わされていてもよい。
好適なガラス材料の例には、クラウン又はフロート又はホウケイ酸ガラス、ランタン又はフリント又は重フリントガラス、PyrexTMが含まれる。好適な窒化物材料の例には、窒化ケイ素、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムが含まれる。
好適なポリマーの例には、NafionTM（デュポンの商品名、スルホン化ＰＴＦＥ）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、混合セルロースエステル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド（ナイロン）、シリコーンエラストマー、ポリメタクリレート、及びニトロセルロースが含まれる。
他のクラスの好適な材料には、ある種の半導体、炭化物（例えば、炭化チタン）及びケイ素化合物（例えば、ゲルマニウムケイ素化合物）が含まれる。
【００２４】
対イオンは、ゼータ電位の符号と反対の電荷符号を有する流体中のイオンである。バルク流体中の対イオンの濃度を増加させると、表面電荷を遮断する傾向があり、よってゼータ電位の大きさを低減させる。例として、シリカが純水としてのｐＨ７の水に暴露された誘電材料でありＫＣｌが添加剤として使用される場合、この系に対するゼータ電位は負であり、それぞれ０．１、１、１０及び１００ミリモルのＫＣｌ濃度に対して約１２０ｍＶ、１００ｍＶ、７０ｍＶ及び３０ｍＶの大きさを持つ。対イオンのイオン価はまたゼータ電位の性質に対して顕著な効果を有しうる。多価（つまり多数荷電）対イオンは表面部位に結合して、ゼロの真の電荷のｐＨを変えうる（つまり、「等電点」）。例えば、一価の対イオン（例えばＮａ＋）の存在下でシリカは約２．８の等電点を示す一方、二価の対イオン（例えばＣａ２＋又はＢａ２＋）の存在下でシリカは６から７の範囲の等電点を示す。この点において、輸送流体は好ましくは多価対イオンが実質的に含まれないように選択又は精製される。
【００２５】
流体に添加することができるイオン性添加物は二つの一般的クラスに分けることができる：完全にイオン化するもの（例えば塩、強酸及び強塩基）と部分的にイオン化するものである。前者のクラスは主に流体のイオン強度を達成するために使用することができる。後者のクラスは主に流体を緩衝させ、よって流体のｐＨを達成し維持するために使用することができる。二つのクラスは組み合わせて使用されることも多い。緩衝種は多価状態で存在し得る（例えば蟻酸塩は中性又は一価の荷電状態で存在する一方、リン酸塩は中性、一価、二価及び三価の荷電状態で存在する）。よって、緩衝化合物の選択は上で検討した多価対イオンの問題を考慮してなされる。
イオン性及び緩衝添加剤の例には、限定されるものではないが、アルカリハライド塩、無機酸及び塩基、有機酸及び塩基、リン酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、リンゴ酸塩、蟻酸塩、炭酸塩、塩素酸塩、硝酸塩、硫酸塩及び亜硫酸塩、硝酸塩及び亜硝酸塩、アンモニウム-、メチルアンモニウム-、エチルアンモニウム-、プロピルアンモニウム-塩、ＢＩＳ、ＭＥＳ、ＴＲＩＳ、ＴＥＳ、ＨＥＰＥＳ、ＴＥＡが含まれる。
【００２６】
しばしば帯電防止剤とも呼ばれるある種の化合物はゼータ電位を変更又は除去することが知られている。例えば、特別な薬剤を炭化水素燃料に添加してゼータ電位を除去し、よってポンピングと輸送中の帯電を防止する。更なる例として、特別な薬剤をまたシャンプー及びコンディショナーに添加してゼータ電位を除去し帯電を防止する。ある種の界面活性剤はこれらの薬剤の一クラスを表す。この点において、流体はゼータ電位を低下させ又は除去する薬剤が実質的に含まれないように選択又は精製される。例として、少量の界面活性剤ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）の添加は水溶液中のシリカのゼータ電位を増大させることが知られている。水中のシリカに対する界面活性剤ＣＴＡＢ（臭化セチルトリメチルアンモニウム）の効果は、低濃度での添加の際に、濃度が増加するにつれてゼロに近い値までゼータ電位を低減することであり、更に高い濃度においてゼータ電位の符号を逆転させることである。ポリアミンの添加はまたシリカのゼータ電位を低減させ又は逆転させることが知られている。界面活性剤の表面改変性については、M.J.Rosen, 'Adsorption of surface-active agents at interfaces: the electrical double layer,' Chapter II, Surfactants and Interaction Phenomena (Wiley, NY, 1986), pp.33-107の概説がある。
【００２７】
流体中及び誘電表面に隣接する真の電荷の領域は、ある程度の距離だけ流体中に延びる。この層のｅ分の１（１／ｅ）厚はバルク流体中のおよそデバイ長である。２０℃の温度でのデバイ長は流体イオン強度に対する流体誘電率（後でモル／リットルの単位を取る）の比の平方根の約０．０３４ｎｍ倍の値を有している。水中１ミリモルのＫＣｌに対してデバイ長は約９．６ｎｍである。
多孔質誘電材料中の孔部は長さ方向に沿ってサイズが変化し、様々な孔径が存在しうる。よって、ある与えられたイオン強度の流体で飽和した誘電材料は真の電荷の実質的にオーバーラップした領域を含む孔部のあるサブセットを有し（ここでは「ナノポア」と言う）、電荷層のオーバーラップのないある量のコア流体を含む孔（ここでは「標準」ポアと言う）とバランスする。孔部の全てが電流、よってイオン種を輸送するが、ナノポアは標準ポアに比較して大きく減少した速度で流れを輸送する。電流を印加して流体イオン組成の変更が最少である流れをつくり出すことが望ましい。ナノポアの存在はこのプロセスの効率を低減させ、また実質的で性能を低下させるイオン強度、組成及び多孔性部材のｐＨ勾配を生じうる。
【００２８】
多孔質誘電材料は非常に様々な方法によって製造することができ、その例には、限定されるものではないが次のものが含まれる：
（ａ）粒子がガラス又はセラミック又はポリマーでもよい充填粒子。その粒子は、限定するものではないがエンド−フリット又は他の機械的拘束を含む従来から知られている任意の方法、あるいは圧力下での低温溶着又は化学的接合によって所定位置に配することができる（つまり流路に収容される）。
（ｂ）例えばA.P. Philipse, 'Solid opaline packings of colloidal silica spheres,' J. Mat. Sci. Lett. 8pp. 1371-1373 (1989)に記載されているような、合成多孔性乳白ガラス材料、及び例えばJ.E.G.J.Wijnhoven及びW.L.Vos, 'Preparation of photonic crystals made of air spheres in titania,' Science 281pp.802-804 (1998)に記載されているようなテンプレートとして乳白ガラスを使用してつくり出された多孔性材料。
（ｃ）ガラスの相分離及び化学浸出、例えばT. Yazawa, 'Present status and future potential of preparation of porous glass and its application,' Key Engineering Materials,' 115pp.125-146 (1996)に記載されているような、ホウケイ酸塩又は他の複合ガラスに応用されるようなバイコール法。
（ｄ）シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア及び他の無機酸化物又はその混合物におけるゾルゲル又はエーロゲル法。
（ｅ）例えばY.Ma等, 'A review of zeolite-like porous materials,' Microporous and Mesoporous Materials, 243-252 (2000)に記載されているようなゼオライト及びゼオライト様多孔質媒体。
（ｆ）ポリマーの相分離−例えばK. Nakanishi及びN. Soga, 'Phase separation in silica sol-gel system containing polyacrylic acid I. Gel Formation behavior and effect of solvent composition,'J. Non-crystalline Solids 139 pp.1-13 (1992)に記載されているようなシリカロッド(SilicaRod)法を例えば用いて実施される無機酸化物溶液。
【００２９】
（ｇ）リソグラフ及びエッチング、モールディング、キャスティング、レーザーアブレーション及び従来から知られている他の方法による直接の機械加工。直接の機械加工は、所望の輸送液体のポンピングと組み合わせて、例えばゼータ電位を生じる材料から製造されたマイクロチャンネル又はピラーの規則的又は不規則的なアレイをつくるために使用できる。そのようなマイクロチャンネル又はピラーは本発明の実施態様の多孔質誘電材料として使用することができる。
（ｈ）フィルムストレッチング、焼結、トラックエッチング、キャスティングの後に浸出又は蒸発、スリップキャスティング、転相、熱転相を行うことによって調製される多孔質ポリマー。同様な方法がポリマー濾過膜の製造にしばしば使用される。例えばE.C. Peters等, 'Molded rigid polymer monoliths as separation media for capillary electrochromatography,' Anal. Chem. 69 pp.3646-3649 (1997)。
（ｉ）例えばJ.Drott, K. Lindstrom, L. Rosengren及びT. Laurell, 'Porous silicon as the carrier matrix in micro structured enzyme reactors yielding high enzyme activities,' J. Micromech. Microeng. 7pp 14-23(1997)に記載されているようなシリコンに応用される、あるいは例えばO. Jessensky, F.Muller及びU.Gosele, 'Self-organized formation of hexagonal pore structure in anodic alumina,' J. Electrochem. Soc. 145 pp.3735-3740(1998)に記載されているようにアルミニウムに応用される陽極腐蝕法。
多孔質材料は流路内で（インチャンネルで）製造されてもよいし、又はおそらくは機械加工され又は切断された後に流路内に挿入又は密封されてもよい。表面の性質は流路内に配設する前又は後に改変することができる。
【００３０】
ゼータ電位の符号と大きさは上述したような多孔質材料の表面又はバルクの化学的性質の改変によって変更し又は増強することができる。表面の化学的性質の改変は一般に本来的に材料上に存在している部位（例えばシラノール、ヒドロキシル、アミン）との反応によって一般的になされる。バルクの化学的性質の改変はイオン性部位を直接導入する材料の合成によって一般になされる。例には限定されるものではないが、次のものが含まれる：
（ａ）Ｓ=Ｏ基のある部分をスルホン酸に転換するためのポリスルホン又はポリエーテルスルホンのバルクの化学的性質の改変。
（ｂ）スルホン酸基で終わる側鎖を結合させるためのＰＴＦＥのバルクの化学的性質の改変。
（ｃ）第４級アミンを導入するためのポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルスルホンのバルクの化学的性質の改変。
（ｄ）カルボキシ（酸性）又はアミン（塩基性）表面部位を持つ材料を提供するためのポリアミド（ナイロン）のバルク又は表面の化学的性質の改変。
（ｅ）既存のイオン性部位の１つを非イオン性末端基で終端させるための双性イオン性材料（例えばナイロン）の改変。
（ｆ）プラズマ、紫外線又は電離放射線への暴露を介する架橋の生成又は欠陥の導入によるポリマー材料の活性化。
（ｇ）アミノ基又はスルホン酸基をつくり出すためのメトキシ-又はクロロ-シランでの表面シラノール基の改変。
【００３１】
本発明の更なる特徴は次の説明と添付図面の議論に開示される。これらの図面は例示的な実施態様であり本発明の範囲を限定しないことが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施態様を示すものである。なお、符号（ａ）により示される図は、１Ａ線に沿った断面を示し、多孔質誘電材料が満たされた流路を示している。
【図２】本発明の実施態様に係る電圧制御フロースプリッタを示す。
【図３】フィードバック信号を発生させ電源装置を調節するためのサーボループコントローラとセンサを具備する本発明の実施態様を示す。
【図４】フィードバック信号を発生させ電源装置を調節するためのサーボループコントローラと２つのセンサを具備する本発明の実施態様を示す。
【図５】位置又は変位センサを有する本発明の実施態様を示す。
【図６】二種の流体の流れを制御するために使用される本発明の実施態様を示す。この実施態様は分離技術に使用される流体混合物及び流体混合物のグラジエントを生成するために使用することができる。
【図７】推進圧が変化するにもかかわらず、本発明のフローコントローラによって生じる制御圧力を示す。
【図８】推進圧の減少にもかかわらず、本発明のフローコントローラによって生じる制御圧力を示す。
【図９】推進圧とカラム圧を時間の関数として示すグラフである。
【図１０】水：アセトニトリルの勾配の再現性を示すグラフである。
【図１１】増大した範囲の作動条件と流路から電極を除去する方法を提供する本発明の実施態様を示す。
【図１２】電気浸透圧駆動流量制御部材の性能と作動範囲を改善するために第二流体が作動流体と混合される本発明の直列モードの実施態様を示す。
【図１３】電気浸透圧駆動流量制御部材の性能と作動範囲を改善するために第二流体が作動流体と混合される本発明の分岐モードの実施態様を示す。
【図１４】電気浸透圧駆動流量制御部材に入る前に二種の流体の混合を促進する本発明の実施態様を示す。
【図１５】符号（ａ）により示される図は、別個に電源供給される二つの電気浸透圧駆動流量制御部材を有する本発明の実施態様を示す。また、符号（ｂ）により示される図は、電源装置を共有する二つの電気浸透圧駆動流量制御部材を有する本発明の実施態様を示す。
【図１６】６番及び７番の流れ部材が第二流体供給源とドレインの間に直列に接続されている本発明の実施態様を示す。
【図１７】流れ部材の一つに保存された作動流体の投入を含む本発明の実施態様を示す。
【図１８】フローコントローラの流れ部材を切り替えるために使用できる弁構造を示す。
【図１９】流れ部材の一つに貯留された流体の投入を含む本発明の実施態様を示し、ここで流体は電気浸透的にアクティブな部材の電気浸透圧機能を支援するように選択される。
【図２０】流れ部材の一つに貯留された流体の投入を含む本発明の直列モードの実施態様を示し、ここで流体は電気浸透的にアクティブな部材の電気浸透圧機能を支援するように選択される。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は本発明の「インライン」又は「直列型」流量制御器の実施態様を示す。図１において、全断面積Ａ及び全長Ｌの流路（導管）１００に多孔質誘電媒体１０４が充填されている。流路１００は圧力Ｐ１の流体供給源１０２及び圧力Ｐ２の出口１０３に流通可能に連通している入口１０１を有している（ここでＰ２＜Ｐ１）。この説明を通して、我々は流体供給源１０２と入口１０１の間、また流体出口１０３と流体収集リザーバ１０９の間の流体の流れに対する抵抗は無視できる（また圧力損失も無視できる）と仮定した。このような場合では、流路１００における圧力損失ΔＰはＰ２−Ｐ１に等しい。流路１００における圧力損失を正確に反映させるように条件ΔＰを調節することによって流体供給源１０２と入口１０１の間、また流体出口１０３と流体収集リザーバ１０９の間の圧力損失を考慮に入れるために以下の式を変更することは、自身の知識とこの明細書に含まれる情報に基づけば当業者には困難はないであろう。流量Ｑは、電源１０７によって発生させられ、離間電極１０５、１０６を通して流路内の流体に印加される電位差ΔＶと、流路入口１０１と流路出口１０３の間の圧力差ΔＰの組み合わさった作用によってつくり出される。
【００３４】
図１において、多孔質誘電媒体１０４は流体不浸透性「流路（導管）」１００に含まれる。流路材料は機械的強度、絶縁破壊の強さ、輸送流体及び流体加算適合性、及び多孔質誘電媒体１０４を保持する能力に対する要件を満たすように選択される。流路１００の幾何構造は長さが長く断面が小さいものから長さが短く断面が大きいものまでの全範囲を網羅する。前者の幾何構造の例は、円形から矩形から傾斜又は湾曲側面を持つ矩形まで含む断面形状を有する基体に形成されたキャピラリー又は被覆マイクロチャンネルであってもよい流路１００である。この流路１００は従来から知られている任意の手段によって形成することができる。後者の幾何構造の例は大径で薄い多孔性メンブランである。
【００３５】
孔径の選択、トポロジー数及び物理的幾何構造（例えば多孔質部材の厚み及び断面積）は与えられる用途に特定のものである。そして、これがイオン強度と緩衝能の必要性を生じる。一般に、本発明の好適な実施態様を実施するには次の事項が考慮されうる。
（ａ）よく定まった、よって良好に作用するゼータ電位のための一価対イオンの使用。
（ｂ）ゼータ電位を低下させ又は除去する化合物が流体中にないこと。
（ｃ）「最少の」二重層オーバーラップと適合性があるイオン種の最も低い濃度（つまり特徴的な孔径の約５分の１未満の流体デバイ長を生じる濃度）の使用。
（ｄ）流体のｐＨを達成し維持するのに矛盾しない緩衝イオン種の最も低い濃度の使用。
（ｅ）流体と適合性があり、よく溶解し、良好に解離するイオン種の使用。
（ｆ）好ましくは単分散性であり、多分散ならば時折の孔又は欠陥（例えばひび割れ又は空隙）を含まず、「ナノポア」が含まれないか最小数である孔径分布。
（ｇ）添加剤を伴う流体よりも伝導性が低い多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｈ）絶縁破壊なしに印加される電位に耐えるのに十分な誘電耐力を持つ多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｉ）圧縮と崩壊に耐える能力と境界形成流路の材料に付着したままになる能力の双方についてかかる圧力に耐えるのに十分に機械的に強い多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｊ）添加剤を伴う輸送流体に耐性があり不溶性である多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｋ）絶縁体である流路材料の使用、特に流路材料は添加剤を伴う流路よりも伝導性が低くなければならない。
（ｌ）絶縁破壊なしに印加される電位に耐えるのに十分な誘電耐力を持つ流路材料の使用。
（ｍ）かかる圧力に十分に耐えるほど機械的に強く厚い流路材料の使用。
（ｎ）添加剤を伴う輸送流体に耐性があり不溶性である流路材料の使用。
（ｏ）誘電率が高い値を持ち、動粘度が低い値を持つ流体の使用。
（ｐ）ゼータ電位の高い値をもたらす流体、表面の化学的性質及び添加イオン種の化学的性質の組合せの使用。
（ｑ）純粋な流体又は純粋な流体の高度に混和性の混合物である流体の使用。
【００３６】
流体中の電極１０５、１０６を介しての流体への電位の印加により、流体中に電流を発生させることができ、流体の電気分解を介して電極１０５、１０６に気体が発生することは当業者にはよく知られている。閉じた流体流路内での気体の発生は望ましくないことが更に理解される。よって、図１に示されるように、ブリッジ１０８が流体で満たされたリザーバ１０２、１０９中の電極１０５、１０６を流路１００中の流体に接続するために使用されうる。このようなブリッジは例えばC. Desiderio, S. Fanali及びP. Bocek, 'A new electrode chamber for stable performance in capillary electrophoresis,' Electrophoresis 20, 525-528 (1999)に記載されており、一般にブリッジを通過する流体の流れを最少にし、同時にイオンの輸送をもたらすように（つまり電流の流れを可能にするように）十分に小さな孔を有するように選択された多孔質メンブラン又は多孔質固体を含む。典型的なブリッジ材料にはナフィオン(NafionTM)（イオン選択性ポリマーメンブラン）又は多孔性バイコール（VycorTM）（５ｎｍのオーダーの孔径を有する相分離されエッチングされた多孔質ガラス）が含まれる。
【００３７】
流路１００における流量は、Ｑ＝(νΔＶ−κΔＰ)Ａ／ＬＦで表される。この関係式は圧力推進流に対するダーシーの法則と多孔質媒体中の電気浸透流に対して適合化されたヘルムホルツ−スモルコフスキー関係式のよく知られた組合せである。ここで、νは有効電気浸透移動度であり、κはＦが乗ぜられ液体の動粘度で割られた多孔質媒体のダーシー浸透率であり、Ｆは多孔質媒体の形成係数であり、簡単には連結多孔度の逆数以上である。Ｆは、多孔質媒体を含まない流路で１と定義され、多孔質媒体を含む流路では１より大きい値をとる。形成係数はＦ＝τ２／φによって多孔質媒体のより多くの記述子に関係しており、ここでτはねじれと称され、φは固体の連結多孔度である。連結多孔度は貫通した連結孔を示し端部が詰まった孔を除外する湿潤体積分率である。これらの記述子の各々は従来からよく知られた方法の何れかを用いて決定することができる。
【００３８】
デバイ長のスケールは流体のイオン強度を変化させることによって変更することができ、好ましくは多孔質誘電媒体１０４の固有孔径の約５分の１より少ない。固有孔径の約５分の１より大きいデバイ長に対して、孔の対向する壁部の荷電層は実質的に合同し始め、見かけのゼータ電位を低減させる効果を有する。二重層オーバーラップの度合いの定量的決定のためには、固有孔径Ｄporeは、好ましくは、D.L. Johnson及びP.N. Sen, Phys. Rev. B37, 3502-3510(1988); D.L. Johnson, J. Koplick及びJ.M. Schwartz, Phys. Rev. Lett. 57, 2564-2567 (1986);及びD.L. Johnson, J. Koplick及びR. Dashen, J. Fluid Mech. 170, 379-392 (1987)によって定義されているようにして取られる。Ｄporeの定義は多孔質媒体中のより大なる貫通孔に有利に強い重みをつくり出す。
上で与えられたＤporeの定義を用いて、ダーシーの透過率は次の式によって与えられる：
ｋＤ＝Ｄ２poreＭ／Ｆ
ここで、Ｍは「孔幾何数」と称され、円筒管に対して１／３２に等しく、多の断面形状の管路と多くの多孔質媒体に対してはおよそ１／３２に等しい。
【００３９】
単純な幾何（例えば溝又は円形の孔）における荷電層オーバーラップの効果は理論的に研究されている。例えば、C. L. Rice及びR. Whitehead, 'Electrokinetic flow in a narrow cylindrical pore,' J. Phys. Chem. 69 pp.4017-4024 (1965);及びD. Burgreen及びF.R. Nakache 'Electrokinetic flow in ultrafine capillary slit,' J. Phys. Chem. 68 pp. 1084-1091 (1964)を参照のこと。これらの研究の結論は上で定義されたＤpore の使用を通して一般的な多孔質媒体に同じように適用できる。
有効電気浸透移動度は次のように記載することができる：
ν＝εζ(１−ξ)／μ
ここで、ε及びμはそれぞれ流体の誘電透過率及び動粘度であり、ζはゼータ電位であり、ξは真の電荷層をオーバーラップさせる効果（つまり、電荷層の厚みが媒体中の孔径の順になる条件下での見かけのゼータ電位の減少）をもたらす係数である。ゼータ電位、よって電気浸透移動度は流体及び誘電材料の性質に依存して正又は負の符号となりうる（例えば、水溶液で飽和したＴｉＯ２からなる多孔質誘電材料１０４に対しては、ゼータ電位は低ｐＨで正の符号を持ち、高ｐＨで負の符号を持ち、ＴｉＯ２では約ｐＨ６．２である材料等電点では無視できるほどに小さい）。
【００４０】
動電学的なアクティブな部材の動電学的性質は、
ａ＝νΔＶ／κＰ１
によって特徴付けられ、ここでΔＶは部材に対して印加される電圧である。量ａは無次元で、Ｐ１に等しい圧力差によってつくり出される圧力推進流量によって割られた電位ΔＶによってつくり出される電気浸透流量と考えられる。動電学的にアクティブな材料の性能に対する有用な測定基準は量ν／κであり、これはｐｓｉ／ボルトの単位を持つ。これらの定義を用いて、部材を通しての流量はおよそ接合部で合計された後、接合部の圧力に対して解かれる。
【００４１】
本発明は多孔質誘電材料１０４で満たされた流路１００において圧力推進流及び電気浸透推進流の組合せを用いる。印加電位は好ましくは圧力推進流と同じ方向の電気浸透流を生じるように選択される（例えば、高ｐＨ、よって負のゼータ電位、よって負の電気浸透移動度でのＴｉＯ２に対して、電位は圧力推進流の方向に対して下流の負の端子によって印加される）。この構造において、流路１００を通る最大流量は上の流量の式によって与えられ、印加される電位の大きさによってのみ制限される一方、最小流量はΔＶ＝０であるときの純粋に圧力推進流に対するものであり、よってＱ＝−κΔＰＡ／ＬＦである。よって、多孔質誘電材料１０４で満たされた流路１００において圧力推進流及び電気浸透推進流を組合せることによってその流路を通過する流量を変化させる電圧制御手段が提供される。要するに、流量制御は流路を通る圧力推進流に対する電気浸透「補助」の度合いを変えることによってもたらされる。以下に記載する他の好適な実施態様に関して更に詳細に説明するように、センサを用いて流量制御システム中の一又は複数の点における圧力、流量等々のパラメータをモニターすることができる。これらのセンサから生じる信号をサーボループで用いて、信号と予め決められた設定点の間の偏差に応答して電源から出力される電圧を調節することによって、信号を予め決められた範囲内に維持することができる。
【００４２】
図２のシステムは電圧制御フロースプリッタとして作用する装置となる本発明の他の好適な実施態様を示す。流体はゲージ圧Ｐ１の供給源１０２から供給され、続いて節点２０２で分岐されて、それぞれゲージ圧Ｐ２及びＰ３の一対の流体出口１０３、２０４まで装置を通過して流れる。Ｐ２及びＰ３は共にＰ１よりも低い。図２のシステムは圧力Ｐ１の流体供給源１０２に流通可能に連通している入口２０６と圧力Ｐnodeの節点２０２に流通可能に連通している入口２０７を有する流れ部材２０５とも呼ばれる第一流れ抵抗を含みうる。圧力Ｐ１の流体供給源１０２と節点２０２の間に圧力推進流れ抵抗、つまりダーシー流れ抵抗をもたらし、節点２０２で達成された最大の利用可能な流量と最大の利用可能な圧力が流路１００の電気浸透流量と適合性があるようにＰnodeの利用可能な圧力と流量を低減するために、第一流れ部材２０５を含めることができる。これは、第一流れ部材２０５の抵抗を流路１００及び入口２０３と出口２０４を有する第三流れ部材２０１の流れ抵抗のある分数又は倍数にすることによって達成される。
【００４３】
ゲージ圧Ｐ２はゼロ、つまり雰囲気圧でありうる。しかし、この実施態様はこの条件に限定されるものではなく、この条件はこの適用例を純粋に例証するためのものにすぎない。第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３は、Ｐ２＝０の場合、
Ｑ３＝ｋ３(ｋ１Ｐ１(１−ｙ)−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)
但し、ｋ≡κＡ／ＬＦ及びｙ≡(ν２／κ２)ｋ２ΔＶ／ｋ１Ｐ１である。
変数ｋは、Ａが有効断面積、Ｌが部材又は流路の長さである各流れ部材又は流路に対する上述の圧力推進流れ抵抗パラメータ又はコンダクタンスとして事実上考えることができる。よって、ΔＶ＝０、よってｙ＝０の場合、第三流れ部材２０１を通る流量は、
Ｑ３＝ｋ３ (ｋ１Ｐ１−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)
の値を持つ一方、この流量Ｑ３（つまり第三流れ部材２０１を通る流量）は、
ｙ＝１−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３／ｋ１Ｐ１
のときにゼロであり、よってこの流量は、電位が
ΔＶ＝(ｋ１Ｐ１−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３)／(κ２／ν２)
の値に設定されるときにゼロである。
【００４４】
第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３は更に高い値の電位を印加することによって負とされうる（つまり、第三流れ部材を通る流れの方向が逆になる）。
第一流れ部材２０５のダーシー流れ抵抗は第三流れ部材２０１を通る流量の所望の範囲と電源１０７によって流路１００に対して最大の電圧が供給されるときに達成される電気浸透流量に基づいて選択される。例えば、第三流れ部材２０１を通る流れを中断する能力が望まれるならば、ＰnodeがＰ３に等しくなければならない。節点２０２の圧力は、Ｐnode＝(ｋ１Ｐ１(１−ｙ)＋ｋ３Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)によって与えられる。よって、第一流れ部材２０５と流路１００の相対抵抗は、流路１００を通る電気浸透流を、第一流れ部材２０５を通る圧力推進流れに等しくなるように設計されなければならない。特定の適用例での流路１００、第一流れ部材２０５及び第三流れ部材２０１に対する相対流れ抵抗の適切な選択は当業者により上に与えた式を用いて即座に決定される。
【００４５】
図３は、図２に示す流れ部材の共通の節点２０２における圧力をモニターするために第一センサ３０１を付加していることを除いて、図２に示したものと同様の実施態様を示す。第一センサ３０１は、共通の節点２０２の圧力、よって流れ部材２０１を通る流量Ｑ３を調節するための検出制御ループの一部としてサーボループコントローラ３０２と共に用いることができる。第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３はまた以下に詳細に記載するように第二センサ３１１を通して直接的又は間接的にモニターしてもよい。このような調節は供給源圧力Ｐ１の変動（例えば圧力Ｐ１を与えるポンプ出力の変動から生じる）を補償するために望ましいであろう。再びゲージ圧Ｐ２がゼロである例を参照すると（繰り返すがこの特定の条件に発明は限定されない）、第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３はＱ３＝ｋ３(Ｐnode−Ｐ３)によって与えられ、ここで節点２０２の圧力は、Ｐnode＝(ｋ１Ｐ１(１−ｙ)＋ｋ３Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)によって与えられる。よって、Ｐ１の変動は、節点２０２で一定圧力、よって第三流れ部材２０１を通る特定の流量Ｑ３を維持するように、ΔＶ、よってｙを調節することによって補償することができる。
【００４６】
このようにして達成できる制御は、Ｐ１の圧力が要求された流量を供給するのに充分に高いままであるという条件によって制限される。このタイプのフィードバック制御は当該分野においてよく知られている任意の手段、例えば第一センサ３０１を使用して節点２０２の圧力又は流量の読み取りを行い、電源１０７によって印加される電位を手動で調節する方法；第一センサ３０１で節点２０２の圧力又は流量を測定し、電子的に（又は機械的に）調節可能な電源装置１０７を駆動するアナログ電子（又は機械的）サーボループコントローラ３０２にこの測定値を供給する方法；コンピュータに接続された第一センサ３０１で節点２０２の圧力又は流量を測定し、場合によってはコンピュータに供給される他のデータを考慮する高次補正（例えば流体又はセンサの温度変動の補正）を行いながら、コンピュータを用いて電源装置１０７を調節する方法によって、達成することができる。
【００４７】
サーボループ制御を具備するか具備しない図２及び３に示されたもののような複数の装置を同時に操作して、一つの共通の流体供給源１０２から可変流量の複数の並列供給源を運転してもよい。これらの並列実施装置の出口は必要ではないが同じ圧力の負荷で終了してもよい。同様に、これらの並列装置の流れ抵抗及び移動度係数は必要ではないが同じでもよい。
上述のサーボループは様々な制御入力及び作用出力を用いることができる。例を挙げると、限定するものではないが、第三流れ部材２０１を通る一定流量Ｑ３を提供する目的で、サーボループへの入力を、例えば第三流れ部材２０１を通る差圧（第一センサ３０１及び第二センサ３１１を圧力の測定に使用することができる図４を参照）として、又は第三流れ部材２０１と直列に配設されたある他の受動的圧力損失の差圧として取る。ついでこの差圧からダーシーの法則によって流量測定値が得られる。別法として、流量は、従来から知られている他の手段、例えば限定するものではないが、第三流れ部材２０１の流体出口２０４において又はそれを越えた位置で測定されるタービン流量計、熱対流流量計、ドップラー流量計によって検出することができる。
【００４８】
熱伝達に使用される液体の流量を供給し、これにより、第三流れ部材２０１を通る液体流の結果として温度又は熱流束を制御する目的で、（図４に示されるような）第一センサ３０１及び第二センサ３１１を用いて温度を測定することができ、第三流れ部材２０１を液体熱交換器又はある種の更なる下流の部材の一側に持って行く。温度制御では、サーボループへの入力は熱電対又はサーミスタ又はＲＴＤ又は従来から知られている他の装置でありうる。熱流束の制御では、サーボループへの入力は熱流束センサ又は流体の温度変化又は従来から知られている他の手段からのものでありうる。
【００４９】
ベローズ５０１（図５参照）又はピストン又はダイアフラム又は従来から知られている他の手段へ流体圧を加えることによって機械的力又は変位を加える目的で、第一センサ３０１を用いて、当該分野で知られているようにロードセル（力に対して）又は変位センサからサーボループへの入力信号を発生させることができる。当業者であれば、油圧機械システムが好ましくは圧縮負荷条件下で利用されることが分かるであろう。負荷が自然に圧縮性（例えば重力又はバネ復帰負荷）である場合、単一の流量制御装置を用いて、負荷に対して作用する油圧力を印加し制御することができる。この場合、流路１００に対して電源装置１０７によって印加される電位を減少させ、負荷に対して流量を増加させて負荷に対処する一方、流路１００に対する電位を増加させて、負荷が復帰されるときに油圧アクチュエータからの流体の流量を増大させる。負荷が中立である場合又はアクティブな復元力が必要とされる場合には、二つのそのような流量制御／サーボ装置をプッシュプル構成で使用することができる。
【００５０】
図１から５に示された設計は本発明の幾つかの実施態様を示す。これらの実施態様を当面の問題又は適用態様によって影響される様々な直列及び並列配置で組み合わせることができることは当業者であれば分かるであろう。この点について、図１に示された実施態様はインライン又は直列流量コントローラの形態として考えられ、図２から５に示された実施態様はシャント又はブリード流量コントローラの形態であると考えられる。
【００５１】
図６に示したシステムは二つの流体を共通の流れに合流させるのに有用な本発明の更なる実施態様を示す。一つの可能な応用例として、この実施態様を例証すると、このようなシステムを用いて、グラジエントタイプの高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に使用される二つの試薬又はバッファーの制御した混合を実施できる。上述したように、圧力検出及びサーボ−フィードバック制御の使用を、混合物と出力流量の双方をモニターし、及び／又は制御し、及び／又は調節するために（図６に示されるように）利用することができる。繰り返すが、このシステムと本発明はこの特定の実施例に限定されない。
【００５２】
図６の実施例では、圧力ＰＡ及びＰＢの二つの流体Ａ及びＢの供給源１０２及び６０２が、流体が混合される共通の接合部６１２（センサ６１３によってモニターされるゲージ圧Ｐ３）に流体を供給する二つのシャントタイプコントローラー（入口１０１、２０６、２０３、６０１、６２６及び６０９と出口１０３、２０７、２０４、６０３、６２７及び６１１をそれぞれ有する流れ部材１００、２０５、２０１、６００、６０８及び６２５と、ブリッジ１０８及び６２８、節点２０２、６１０、及び６１２及び節点圧Ｐ２Ａ及びＰ２Ｂをそれぞれモニターする二つのセンサ３０１、６１４を具備）に供給される。この混合物は更にサンプルインジェクタ６１６に、ついで圧力駆動クロマトグラフィーカラム６１７に供給される。これを例証するために、第二及び第四部材１００及び６００のためのクロマトグラフィーカラム６１７と収液リザーバ１０９、６２９の出力圧を周囲圧とする（しかし本発明はこれらの出力圧に限定されないし、これらの出力圧が同じである必要もない）。
【００５３】
本発明のこの態様の目的は流体の組成にプログラムされた変動を与えながらカラム６１７に一定流量を与えることにある。その各供給源１０２及び６０２からの流体Ａ及びＢの流量は、第一、第二及び第三センサ３０１、６１３及び６１４、第一及び第二サーボループコントローラ３０２及び６１５、第一及び第二電源１０７及び６０７、及び定値入力６１８、６１９を含む二つの検出制御ループによって独立に測定されサーボ制御される。流体組成中のプログラムされた変動は一連のステップ変化の形態でもよいし、又は連続ランプの形態（つまり勾配）又は分離技術において知られている他の形態の任意のものでありうる。二以上の流体供給源を必要とする適用例では、アテンダント流量コントローラとサーボループを組み合わせて、更に複雑な又は広範囲の流体組成変動のためにあてがうことができる。このような構成装置を流体の共通の供給源から同時に運転して複数の分離を並行して実施することができる。
【００５４】
これを例証する目的で、分離カラム６１７のヘッドのサンプルインジェクタ弁６１６に接続されたサンプルループ６２１を通してのサンプルの注入を、ＨＰＬＣ技術において知られている手段の任意のものによって（例えば特殊なサンプル注入弁、例えば６１６によって、あるいは多孔質媒体を通しての電気浸透／電気泳動注入によって）実施する。これを例証する目的で、分離の最終用途をＨＰＬＣ技術において知られている最終用途（例としては、例えばレーザ誘導蛍光、光吸収、屈折率又は電気化学ポテンシャルを測定する検出器６２０による検体検出；分離成分の収集；質量分析計又はＩＣＰ又はＮＭＲスペクトロメータへの入力；ＨＰＬＣ又はＬＣ又は電気クロマトグラフィーによる次の段階の分離への入力；又は分取ＨＰＬＣ）の任意のものとできる。
【００５５】
図７及び８は図３に示されるシャントタイプの流量コントローラ構成装置を用いた流量制御の例を示す。流れ部材は０．６ｍｍの直径の非多孔質シリカビーズを充填した１５０ミクロンの内径のシリカキャピラリーセグメントから製作した。流れ部材、圧力トランスデューサ及び圧力供給源を一般的な小型ＨＰＬＣ継手を用いて接続した。
図７−１０は横軸に時間（分）を、縦軸に圧力（ｐｓｉ）をプロットしたものである。
図７に示されたデータは圧力供給源として市販の「ネジ調整」型シリンジポンプを用いて生成した（推進圧曲線（ライン７００）のリップルがシリンジポンプによってつくり出されるよく知られた圧力変動に対応する）。時間ｔ＝０でコントローラを、約２２５ｐｓｉの設定値でスイッチを入れて作動させた。制御された圧力のトレース７０１によって示されているように、ｔ＞２．５分までに設定値が達成された。残りの試験では、シリンジポンプの供給量を数回変化させ、推進圧７００に変化を生じさせたが、つくり出された推進圧７００の変化は制御された圧力７０１の２％未満の変動であった。トレース７００中の明らかな推進圧の変動を流量コントローラによって効率的に除去したので、制御された圧力トレース７０１には存在しない。
【００５６】
図８に示されるデータはまた市販の「ネジ調整」型シリンジポンプを用いて生成した。再び、ｔ＝０でコントローラを作動させ、約２２５ｐｓｉの設定値の制御された圧力８０１を速やかに達成した。この例では、推進圧８００が増加させられた後、シリンジポンプの作動が停止され、所定の時間にわたって推進圧８００が減少した。約１９０分までに推進圧８００は約２４０ｐｓｉまで低下する一方、コントローラは約２２５ｐｓｉの設定値の制御された圧力を維持した。このようにして、設定値圧より僅かだけ大きい推進圧で制御が達成された。図８に示す上側のトレース８０２は流量制御部材を通る電流を示している。
【００５７】
図９は伝統的なＨＰＬＣポンプによって駆動されるナノボアキャピラリーシステムからの圧力データを示している。ＨＰＬＣポンプの流量はトレース９００によってモニターされ、ポンプの出力圧が１５０ｐｓｉの瞬時過渡現象を生じるマイクロシステムでは不安定であることを示している。カラムヘッドにおける圧力トランスデューサの出力はトレース９０１によって示されている。流量コントローラを作動（およそ６０分から１２０分）させることによって、カラムへの圧力と流量を正確に制御することが可能になる。流量コントローラが作動する範囲にわたって、６５０ｐｓｉの設定値についての２乗平均平方根（「ＲＭＳ」）圧力変動は１．７ｐｓｉである。８．５ｎＬ／秒のカラム流量では、これは０．０２ｎＬ／秒の流量ＲＭＳ変動に相関する。
流量コントローラの設定値は推進圧より少ないほぼ任意の値に変化させることができるので、二又はそれ以上の流量コントローラを組み合わせて、マイクロスケールの分離に使用できる速く正確で再現性のある勾配を達成しうる。単一の圧力供給源を用いて勾配に使用される異なった流体の全てを推進することができる。流量コントローラがマイクロスケールの装置であるので、複数の並列配置で操作するのに適合している。
【００５８】
図１０は、トレース１０００（水）及び１００１（アセトニトリル）に示されている水／アセトニトリル勾配を生じるようにプログラムされた、図６に示されたシステムのようなデュアル流量コントローラシステムの性能を示している。トレース１０００及び１００１は図６に示された節点２０２及び６１０で測定された圧力に対応する。６の勾配が図において繰り返され、およそ３、１２、２１、３０及び３９分に始まる。水とアセトニトリルは共に３分の勾配にわたってその最初から終わりまでの圧力まで数百ｐｓｉ傾斜し、ナノボア分離カラムのヘッドのミキシングティーまで送られる。勾配は、流体がナノボア分離カラムに送られる速度を制御しながら混合された流体の組成を変化させる。勾配の出発条件は１分未満で再樹立できる。このシステムでは、単一の手動操作ポンプが推進圧をもたらす。流れの大部分がＨＰＬＣ中に直接入る；廃液は非常に少ししか生じない。分離カラムの流量は質量分析計への直接の供給に適合している。これはナノボアＨＰＬＣシステムに速い勾配を迅速かつ再生可能に生成するデュアルフローコントローラシステムの能力を立証している。
【００５９】
上で述べたように、閉流路中に通電電極が存在すると望ましくない悪影響が生じうる。ブリッジは電流をなお提供しながら流路から電極を取り除く一方法を提供する。また上で述べたように、ゼータ電位は流体組成とｐＨの関数である。このように、任意の与えられた流量制御多孔質部材が、ある限られた範囲の流体条件下で操作されうる。図１１は閉流路から電極を除去し、操作条件の範囲を増大する方法を共に提供する本発明の実施態様を示す。
図１１では、第二流量制御部材流路１００は並列な二つのそのような流路１００及び１１００に置き換えられている。二つの流路１００、１１００の流体出口１０３、１１０３は、共に供給源１０２の圧力Ｐ１より低い終圧Ｐ２の別個の流体リザーバ１０９、１１０９に導かれる。電源装置１０７からの電力がリザーバ中に電極１０５、１０６を通って供給される。ついで、電流は電源装置１０７から一方の流路（例えば１００）を通って、また他方の流路（例えば１１００）を逆に通って電源装置１０７まで運ばれる。流路の共通の流体接続点である節点２０２がついで任意の電圧（必ずではないが好ましくはシステムアース）に維持されうる。流路１００及び１１００は電気浸透流を支援するのに充分に大きな孔径を有する異なったゼータ電位多孔質誘電材料１０４、１１０４を具備する。この構造は流路の一方が電気浸透流を支援するには小さ過ぎるが電流を運ぶにはなお充分に大きい孔径を有する材料を含むという制限のブリッジの場合に帰着することに留意のこと。
【００６０】
例えば、流路１００内の材料１０４はｐＨ３の名目等電点を持つシリカであってよく、流路１１００内の材料１１０４はｐＨ９．２の等電点を持つアルミナであってよい。更なる例として、材料１０４はスルホン酸基（ｐＨ１．５の名目等電点）を示すように改変され得、媒体１１０４は第４級アミン（ｐＨ１４より高い名目等電点）を支持するように改変されうる。二つの材料の等電点の間のｐＨを持つ流体の場合は、一方の流路を通る電気浸透流は供給陽極に向かい、他方の流路を通る電気浸透流は供給陰極に向かう。ついでこれは単一の流路を使用して支援されるよりもより広い範囲のｐＨ条件にわたって流れ、よって流量制御をもたらし、同時に、閉流路１００、１１００から通電電極１０５、１０６を除去する。
【００６１】
特定の例として、流路１００及び１１００中の材料１０４、１１０４がそれぞれシリカ及びアルミナであると考える。ｐＨ３を持つ流体では、シリカが満たされた流路１００は無視できるゼータ電位を持ち、よって電気浸透流を提供しないが、それでもなお電流を運ぶ。アルミナが満たされた流路１１００はｐＨ３の流体では高い正のゼータ電位を持ち、よって（供給陽極に向かう流路の共通の接続点２０２から）流量制御に必要とされる電気浸透流をもたらす。ｐＨ９を持つ流体では、役割が逆転し、シリカが高い負のゼータ電位を示す一方、アルミナが無視できるゼータ電位を持ち、よって電気浸透流が、供給陰極に向けての流路の共通の接続点２０２から、シリカが満たされた流路１００を通過する。ｐＨが３から９の流体では、流路１００及び１１００は共にある程度の電気浸透流を供給し、よって流量制御を達成する能力に寄与する。
【００６２】
これまでに記載された本発明の実施態様におけるアクティブな部材としての任意の与えられた材料の使用は、使用されうる液体の範囲を制限する物ではないことは明らかである。例えば、多くのタンパク質及び小分子のクロマトグラフィーは酸性流体条件下で実施される。しかしながら、シリカは酸性条件下では実施できない。よって、これまでに記載した本発明の実施態様は異なったｐＨ範囲で作動する動電学的にアクティブな材料を変えることを必要としうる。
とにかく、流量コントローラのダイナミックレンジはアクティブな部材の有効孔径の二乗を減少させ、ゼータ電位を増加させることによって増大させられる。これまでに記載された実施態様のダイナミックレンジは、特定の流体と適合性がある材料を使用することが必要であるので、望まれるほど大きくはないであろう。
【００６３】
次の実施態様は更に多くの範囲の液体と関連して使用されうる。次の実施態様の主たる適用例はよって作動流体が分離のタイプに影響を受けるクロマトグラフィーに対するものである。
図１２に示された実施態様は、それ自体では動電学的なアクティビティを支援しない作動流体と関連して使用することができる。圧力Ｐ１の供給源１０２からの作動流体１２０３は第三流れ部材２０１を通過して、それぞれ第一及び第二流れ部材２０５及び１００との接続点２０２まで流れる。圧力Ｐ１Ａの第二圧力供給源１２０１からの第二流体１２０４は第一流れ部材２０５を通過してまた接続点２０２まで流れる。第二流れ部材１００は動電学的にアクティブであり（つまり、部材がゼータ電位を示し、外部電位が部材に印加される）、Ｐ１及びＰ１Ａより低い圧力Ｐ２の終端１２０５までそれぞれ二つの流体１２０３及び１２０４の混合物を運ぶ。図１２に示される構造は直列モード配置と称することができる。
【００６４】
圧力Ｐ１Ａで供給される第二流体１２０４は作動流体１２０３とは必ずしも同じではない。むしろ第二流体１２０４は作動流体１２０３と混合されてｐＨ又はイオン強度又は流体組成を変更するものであり、よって動電学的にアクティブな第二流れ部材１００の適切な操作を提供する。
Ｐ２ゲージに対する圧力を再び測定する場合、第二部材１００を通る流量はＱ２＝ａｋ２Ｐ１＋ｋ２Ｐ'であり、ここでＰ'は接合部２０２の圧力であり、ａの符号は、電気浸透流が第二部材を通る圧力推進流と同じ方向になるように構成される。ａの符号は、印加される電位の符号とゼータ電位の符号を、積が正になるように選択することによって正にされる。
【００６５】
第三部材を通過する流量は、
【数１】
によって与えられ、ここでｘ＝Ｐ１Ａ／Ｐ１である。
一群の条件が部材のコンダクタンスの選択を導くために課せられうる。課せられうる二つの条件はａの全ての正値に対してＱ１及びＱ２の両方を正に維持するように１＋ｋ２／ｋ１＞ｘ及び１＋ｋ２／ｋ３＞１／ｘと設定することである。更なる条件は、あるとすれば、第三部材を通る流量の範囲に対する要求によって導き出され得；最小は印加電位ゼロで、よってａ＝０であり、最大はゼロの接合部圧で、よってＱ3max＝ｋ３Ｐ１である。接合部圧力がゼロである場合、ａ＝(ｋ３＋ｘｋ２)／ｋ１である。
【００６６】
更なる条件は、第二部材に高性能動電学に適した性質を有する混合物を生じる第一及び第三部材を通る流量を必要とすることによって誘導されうる。二つの流体の混合は第一及び第三部材を通る流量の比によって特徴付けることができ、Ｑ１３＝Ｑ１／Ｑ３であり、
【数２】
によって与えられる。
当業者であれば、他の設計条件が与えられた場合、自分自身の知識とこの明細書の開示を考慮して、流れ部材パラメータの他の群を選択し最適化することに困難はない。
【００６７】
次の例は例証目的のみのものであり、発明を限定するものとみなしてはならない。作動流体は約２．５のｐＨを生じる１０ｍＭの水性トルフルオロ酢酸「ＴＦＡ」でありうる。この例では、第二部材はアクティブな材料としてシリカ、特に中性から塩基性条件下でボルト当たり５ｐｓｉを越える性能を生じる名目０．６ミクロンの非多孔質シリカビーズの充填を利用する。シリカは約２．５のｐＨにおいてゼータ電位を示さないか少ししか示さない。第二流体は１００ｍＭの水性イミダゾールと、ｐＨが約７．１５の弱塩基及び１ｍＭのＨＣｌの混合物である。ＨＣｌは必須ではないが、純粋な第二流体さえ運転させる第二部材の操作を保証するために添加される。
【００６８】
第二流体に入る流体のｐＨは、Ｈイオン濃度、つまりＣＨについて、
【数３】
を解くことによって、よく確立された関係式を使用して推定することができる。ここで、ＣＴＦＡ、ＣＩＭＤ及びＣＨＣｌは第一及び第二流体中のＴＦＡ、イミダゾール及びＨＣｌの濃度であり、ＫＷ及びＫＩＭＤは水及びイミダゾールのそれぞれに対する平衡定数である。
例証のためで、本発明の作用範囲を限定するものではないが、Ｐ１＝Ｐ１Ａの場合、よってｘ＝１の場合、流量比はａの全ての値に対して、Ｑ１３＝ｋ１／ｋ３である。ｋ３の２５％であるｋ１の値を用いる設計により、シリカから高性能の動電学性を生じる条件である第二部材１００の入口１０１の約ｐＨ７．２に作動流体を緩衝する混合物が得られる。更なる利点は、酸性液体中の高移動度Ｈイオンが第二部材１００を流れる液体中の有意に低い移動度のイミダゾールイオンによって置き換えられているので、液体混合物の伝導度が大幅に低減される点にある。
【００６９】
ｐＨの関係を調べることにより、約７より大きいｐＨ値を得るには積ＣＩＭＤＱ１３の値はＣＴＦＡより約２倍大きくなければならないことが理解される。よって、Ｑ１３の小さい値を使用することを可能にするために第二流体において濃縮弱塩基（作動液体の酸濃度よりも実質的に高い濃度）を用いることが好ましい。明らかに、非常に低い平衡定数の強塩基又は弱塩基を用いることができるであろう。しかし、濃縮形のこれらは材料を損傷するかもしれない高ｐＨの第二液体を生じる。例えば、１ｍＭのＨＣｌ及び１００ｍＭの水性トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン「ＴＲＩＳ」又はイミダゾールでは、ｐＨ値はそれぞれ約１０．４又は９．１５である。濃縮ＴＲＩＳのｐＨはシリカの解離を促進させるのに充分に高い。一方、シリカは約９．５未満のｐＨ値ではかなり安定しており、イミダゾールを実施可能な候補にする。他の弱塩基を等しく用いることもできる。
【００７０】
複数の流体が使用される本発明の先の実施態様のような流量コントローラシステムは次の利点の一又は複数を有しうる：
（ａ）単一の電気浸透的にアクティブな部材を使用して広範囲の流体組成及び流体条件で運転する能力。第二流体の組成は異なった作動流体に対処しうるが物理的装置／システムへの変化は必要とはされない。
（ｂ）電気浸透流に適していない作動流体を用いる能力。作動流体と第二流体の混合物は電気浸透流を支援する。よって、潜在的な「作動」液体の数は既に検討したものを含むが、また有意に増加される。作動液体は好ましくは第二液体に混和性でありそれに反応性ではない。例えば、ベンゼン、置換ベンゼン、長鎖脂肪族化合物ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、及び四塩化炭素は相対的に低い誘電率及び／又は双極子モーメントを有し、よって動電学的流れを支援しない。しかし、これらは例えばイソプロピルアルコールに混和性であり、混合物は動電学的流れを支援することができる。
【００７１】
（ｃ）更に多くの数の作動流体に対して動電学的にアクティブな部材としてシリカを用い、よって高動電学的性能を有する良好に特徴付けされ広く利用され容易に形成される材料を利用する能力。
（ｄ）材料の化学的安定性及び高性能をもたらす液体条件下で他の高性能のアクティブな材料（例えばある種のポリマー又は他の金属酸化物）を使用する能力。
（ｅ）タンパク質及び小分子のＨＰＬＣにおいて緩衝液を流すのにしばしば使用される、低い作動流体ｐＨ値で負のゼータ電位材料としてシリカを用いる能力。
（ｆ）よく定まった範囲のｐＨにわたる動電学的操作で、多価イオンを有する液体での予想可能な操作とそれに対する許容性を付与するもの。
【００７２】
（ｇ）高イオン強度、よって高電気伝導度の作動流体を使用する能力。ゼータ電位、よって性能は、作動流体のイオン強度の増加と共に減少し、電力損失、よってジュール加熱が増加する。そのような場合、第二流体は好ましくは低イオン強度（名目的に０．１から１ミリモル）であり、好ましくは比較的低い比導電率の塩又はバッファーを含むものが選択される。二流体の混合によりアクティブな部材中の流体の伝導率が低減され、ゼータ電位が増加し、ジュール加熱が減少する。使用することができるイオン性流体の強度には絶対的な制限はない。任意のイオン強度の流体を、動電学的流れを支援するのに充分に希釈することができるようにシステムを設計することができる。しかしながら、作動流体のための最大流量は割合がそのイオン強度まで減少する。
【００７３】
（ｈ）純粋な溶媒作動流体を使用する能力。ある程度のイオン含量が合理的な電気浸透性能を達成するために必要となる。純粋な溶媒はよって、特に電荷層がオーバーラップする問題のために小孔径の媒体においては劣った電気浸透流体である。そのような場合、第二流体は好ましくは中程度のイオン強度（例えば１０から１００ｍＭ）となるように選択される。二流体の混合により高性能の動電学性のために必要なイオン含量が得られる。
（ｉ）純粋な有機作動流体を使用する能力。多くの場合、適切なイオン含量を持つものでさえ、純粋な有機溶媒は、更に少ないパーセントの水を含む同じ溶媒よりも顕著に低い動電学的性能をもたらす。そのような場合、第二流体は好ましくは水性であり、中程度のイオン強度を有する。二流体の混合により、高性能の動電学性のために必要な水含有量が得られる。
【００７４】
シャントモードの構成の他の別の実施態様が図１３に示される。図１３の第一、第二及び第三部材２０５、１００、及び２０１は、それぞれ、図１２の第一、第二及び第三部材２０５、１００、及び２０１と同じ役割を果たす。作動流体１２０３は圧力Ｐ１で第四流れ部材６０８の入口６０９に供給される。第四流れ部材６０８の出口６１１は第二接続点６１０で第三流れ部材２０１の入口２０３と第五流れ部材６２５の入口６２６に接続される。第二流体１２０４は圧力Ｐ１Ａで第一流れ部材２０５の入口２０６に供給される。第一流れ部材２０５の出口２０７は第一接続点２０２で第二及び第三流れ部材１００及び２０１にそれぞれ接続される。第二流れ部材１００は動電学的にアクティブであり、Ｐ１Ａ及びＰ１より低い圧力Ｐ２のリザーバ１２０５で終わる。第二流体１２０４は接続点２０２で作動流体１２０３と混合され、コントローラの許容可能な電気浸透性能を提供する混合物を生じる。第五流れ部材６２５は、Ｐ１Ａ及びＰ１より低い圧力Ｐ３の例えばクロマトグラフである終点１３０１で終わる。目的は第五部材６２５を通る作動流体１２０３の流量を制御することである。
【００７５】
それぞれ第一及び第二接続点２０２及び６１０の圧力であるＰ'及びＰ”は、
【数４】
の解によって決定され、ここで、これらの関係は一般性を失わないでＰ２ゲージ圧に対して表される。幾つかの条件が流れ部材の様々なコンダクタンス間の関係を支配又は示唆する。
多くの適用例に対して、特に化学分析において、目標は第五部材６２５を通って流れる流体の汚染を避けることである。そのような場合、好適な設計では、流れコンダクタンスは流れを第三部材２０１を通って第二接続点６１０から第一接続点２０２まで向けるように選択される。これには、ａの全ての正の値に対して、
【数５】
となることが必要である。この不等式が少なくとも１．２倍、より好ましくは２から３倍大きくなることが好ましい。より高い値は、成分部材の部分対部分の変動によるシステム対システムの性能変動を最小にする傾向がある。
【００７６】
加えて、第三部材２０１は、第二流体１２０４が第五部材６２５を通って流れる流体を汚染するのを防止するために使用できる。これはできるだけ少ないヘッドロスの場合に好ましくなされる。よって、第三部材２０１のコンダクタンスは好ましくは他の部材のそれよりは更に大きい。好ましくはｋ３は他の部材のコンダクタンスの少なくとも１００倍、より好ましくは約１０００から５０００倍大きい。
【００７７】
好ましくは、それぞれ第一及び第三部材２０５及び２０１を通る流量の比が設定され、それによって第二部材１００に到達する混合物中の二流体の比が設定される。ついでこの比から、ｐＨや希釈量のような、動電学的性能に影響を及ぼす流体の性質を計算することが可能になる。Ｐ１Ａ＝Ｐ１（この等式はここでは例示のために課せられるもので本発明の一般的な作用又は利用性を制限するものではない）の場合、
【数６】
【００７８】
場合によっては、例えば流量コントローラは、第五部材６２５に対する入口６２６に利用できる最大圧が、第五部材を通して最大又は最小の流量が、及び／又は第五部材の最大のコンダクタンスが得られるように設計されうる。上述のようにして決定されたコンダクタンスが与えられると、第五部材を通る最小流量を設定することによりａの最大値が得られる。
特定の実施例では、Ｐ１Ａ＝Ｐ１で、作動流体１２０３は１０ｍＭの水性ＴＦＡであり、第二流体１２０４は５００ｍＭの水性イミダゾール及び３ｍＭのＴＦＡであり、第二部材１００であるアクティブな部材には名目上０．６ミクロンの非多孔質シリカ粒子が充填されている。第三部材２０１を通る正の流れに対しては、ｋ２ｋ４＞ｋ１ｋ５である。式を調べると、最も酸性のｐＨを生じる条件である混合物に加えられる第二流体１２０４の最も低い割合が、第一接続点２０２にゼロのゲージ圧を生じる印加電圧を第二部材１００に生じさせることが明らかになる。この限界において、流量の比は次の通りである：
【数７】
【００７９】
Ｐ３＝０のこの実施例での設計選択は、それぞれｋ１からｋ４に対して約０．１９、０．１４、３０００及び２．７の、ｋ５の値に対するコンダクタンス値を示唆する。全集合は第五部材６２５を通過する流量の要求に合致するようにスケール変更できる。これらの値で、第三部材２０１を通過する正の流れに対する条件は十分に満たされる。それぞれ第一及び第三部材２０５及び２０１を通過する流量の比は操作範囲全体にわたって約７．２より大きい第二部材１００の入口１０１にｐＨ値を生じるのに充分であり、よってシリカでの高性能な動電学性を提供する。この値群はまた第五部材６２５の入口６２６に作動流体供給源圧力の約７０％の最大値を提供する。
図１３に示された実施態様では、第二流体１２０４と作動流体１２０３を第一接続点２０２で組み合わされ、第二部材１００内に直接流れる。これは二流体１２０３及び１２０４のかなり完全な混合を確実にするのに充分な滞留時間をもたらさないかもしれない。ある量の混合が、より高い電気浸透性能を得るためには好ましい。
【００８０】
図１４に示された実施態様では、第二流体１２０４と作動流体１２０３が第三接続点１４０１で組み合わされる。ついで組み合わされた流体は、入口１４０５と出口１４０７を持つ第六部材１４０３を通って、第二部材１００の入口１０１まで流れる。第六部材１４０３における組み合わされた流体の有限の滞留時間は二流体１２０３及び１２０４の混合を促進する。
流れは「クリーピング」又は「ストークス」限界にある。このように、二流体の側方混合は拡散による。よって、第六部材１４０３の長さは好ましくはＱ６／２πＤより、実質的に大きい、より好ましくは少なくとも１０倍、最も好ましくは１００倍から５００倍である。第六部材１４０３が円形断面形状ではない場合には、「直径」には好ましくは非円形形状の外径が取られる。
【００８１】
この混合を促進させるために別法を用いることができる。例えば、撹拌を増大させるのに役立つ構造、例えば当該分野でよく知られているパッシブ又はアクティブミキサー１４０９を第六部材１４０３内に含めることができる。
一対の圧力センサ３０１及び３１１が第五部材６２５を通る流量を決定するために配設される。ついで、これらの信号はアクティブな部材に対する電位をアクティブに調節することにより流量を制御するためのサーボ・ループの一部として用いることができる。
多くの事象が明らかな圧縮性（圧力変化に対する部分的体積変化）をシステム中に導入し得、よって流量と流れの方向に影響を及ぼす。そのような事象は電気浸透システムに限られるものではなく、限定されるものではないが、気体の泡の存在；流体の等温圧縮；及びセンサダイアフラムの撓みが含まれる。
【００８２】
システムの最初の加圧のときに生じるかもしれないような、大幅な圧力変化の間、明らかな圧縮性の存在、例えば第五部材６２５の入口に直接接続されたセンサが図１３に示された実施態様の第三部材２０１を通過する流れの方向を一時的に変えうる。そのような一時的な流れの逆転は第二流体１２０４で第二接続点６１０を一時的に汚染しうる。
最初の加圧時に、第二流体１２０４は第一部材２０５を通って流れた後、いくらかが第三部材２０１を流れて接続点６１０の圧縮性容積を満たしうる。これらの流れは、センサ容積が加圧されるまで続き、その後、第三部材２０１を流れる全体の流れは第二接続点６１０から第一接続点２０２まで向けられる（正の流れ）。
ｋ３が他の流れ部材のコンダクタンスよりも実質的に大であるように選択される場合、起動の過渡期において第三部材２０１が正しい流れ方向になるようにするには、α３／ｋ１は好ましくはα２／ｋ４より大きく、より好ましくはα２／ｋ４より少なくとも２倍大きく、最も好ましくはα２／ｋ４より５から１０倍大きい。ここで、α＝θｖであり、ｖは接続点プラス任意の付随容積又はセンサの内部容積、θは容積内の見かけの圧縮率の合計、α２及びα３は第二及び第三接続点に付随するα値である。α／ｋの比は時間の次元を持っており、電子回路におけるＲＣ時定数と同じように時間応答性を反映することが理解される。
【００８３】
より速やかなシステムの時間応答を得るためにシステム全体にわたってα値を最小にすることが一般には好ましい。よって、α３を大きくすることによって上記の条件を満たすことは好ましくなく、むしろ、ｋ４＞ｋ１を選択することと組み合わせてα２を小さくすることが好ましく、後者は第三及び第六部材２０１及び１４０３をそれぞれ通る正の定常状態流に対する要件と完全に一致している。
加圧過渡状態において第三及び第六部材２０１及び１４０３をぞれぞれ通る正の流れを確保する別の方法には、限定されるものではないが、次のものが含まれる：
（ａ）システムの加圧中に、圧力Ｐ１Ａより前に圧力Ｐ１を開始し、システムの減圧中に、圧力Ｐ１を除く前に圧力Ｐ１Ａを除く；
（ｂ）Ｐ１とＰ１Ａが同じ圧力供給源から誘導される場合、第一部材の加圧を遅らせるアキュムレータとして作用する圧縮性容積が、２０６の入口において第一部材２０５に加えられうる；
（ｃ）第一アキュムレータ１４１１として作用する圧力トランスデューサを用いて、第二接続点に、第二アキュムレータ１４１３として作用する圧縮性容積を導入し、第三接続点で適切なα値を提供する；
（ｄ）第二接続点の圧力トランスデューサを用いて、第二から第三接続点まで流れを向ける逆止弁を導入する。
【００８４】
正の流れを確保するこれらの方法は電気浸透システム並びに電気浸透活性を持たないシステムに使用されうる。
これまでに示された装置は単一の活性部材１００を用い、活性部材に達する混合物中の流体比を受動的に制御するためにコンダクタンスの賢明な選択に依存する。他の成分コンダクタンスと推進圧のアクティブな制御は自由度を付加し設計の拘束条件を緩くすることができる。図１５はシャントモードの流量コントローラの一部として直列の二つの動電学的にアクティブな部材を示している。
【００８５】
混合を伴うシャントモードコントローラに対して、式を調べると、比Ｑ１／Ｑ３の最も低い値は第一接続点２０２の圧力が最も低い値のときに生じることが明らかになる。図１３に示されているもののような混合システムに含まれた図１５のシャントモードのコントローラを考える。本発明を限定するものではなく、例証のためであるが、第一接続点２０２における最も低い操作圧をゼロとし、圧力Ｐ３をゼロとし、Ｐ１ＡをＰ１に等しくする。ｋ３が他のｋ値よりも大幅に大きい限界において、流量比はそのときＱ１／Ｑ３＝(１＋ａ１ｍａｘ)ｋ１／ｋ４であり、ここでａ１ｍａｘは第一接続点２０２においてゼロ圧に達するのに必要な電圧での第一部材２０５に対するａ１値である。第三部材２０１を通る正の流れに対する条件（この例で考えられた場合に対する）はｋ２ｋ４＞ｋ１ｋ５であり、一般にダイナミックレンジを考慮するとｋ５より少ないかおよそｋ５に等しいｋ２値を生じる傾向がある。よって、流量の有限比をもたらす必要性は、この例では、ｋ１／ｋ４の有限値を必要とする一方、第三部材２０１を通る正の流れに対する条件はこの例ではｋ１／ｋ４の値を減じることを必要とする。ａ１ｍａｘの有限の正値を用いて流量比を増強することができ、よってｋ１とｋ４の相対値についてこれらの反対の条件を満たすことが可能になる。ａ１の値がａ２の値より少なく、好ましくは５から１０倍少ないことが好ましく、さもないと第一部材２０５を通る電気浸透流が第二部材１００を通るものに打ち克ち、システムは第五部材６２５を通る流量を制御することができない。
【００８６】
図１５（ａ）において、二つのアクティブな部材１００及び２０５はそれぞれ、直列に電気的に接続されている別個の電源装置１０７及び１５０１を有している。従って、各電気浸透的流量は独立に制御される。この制御は場合によっては供給電流を測定して又は様々なセンサ入力を使用して増強される様々なアルゴリズムを用いることができる。
図１５（ｂ）では、単一の電源が、共通の電流が、直列に電気的に接続される二つの活性部材１００及び２０５をそれぞれ通して運ばれるように用いられる。この構成では、ａｋＰ１＝ｓＩであり、ここでｓ＝ｖ／σであり、σは存在する任意の多孔質媒体によって変更される流体の電気伝導度であり、Ｉは電流である。共通の電流では、ｋ１ａ１／ｋ２ａ２＝ｓ１／ｓ２である。ａ２より小さいａ１とするための要件は第二部材１００のものについて適切なゼータ電位を生じるような材料を第一部材２０５に選択することによって満たすことができる。
【００８７】
複数のアクティブな部材を有する流量コントローラは明らかにされた流体混合構造の観点から記載した。しかし、そのようなアクティブな制御スキームはまた単一の流体を持つ流量コントローラシステムの実施態様及び複数の流体供給源を持つ他のフローコントローラシステム実施態様において増加した操作範囲に適用可能であり、それを提供可能である。
図１６は、第六及び第七流れ部材１６０２及び１６０７がそれぞれ、圧力Ｐ１及びＰ１Ａよりも低い圧力Ｐ２Ａの排液管路１６０１及び圧力Ｐ１Ａで供給された第二流体１２０４の供給源１２０１の間に直列に接続されている受動的な設計を示す。第一部材２０５の入口２０６は第六及び第七部材１６０２及び１６０７それぞれの共通の接続点１６１０に接続されている。この組合せにより、第一部材２０５の入口２０６の圧力を抵抗分圧器を使用する場合に非常に類似した形で第二流体供給源圧力から減じることが可能になる。この構成は、異なった圧力を持つ二つのシステムを駆動するために単一の圧力供給源を使用することが望まれる場合に有用である。
【００８８】
あるいは、第六部材１６０２は動電学的にアクティブでありうる。この構成により、第六部材１６０２に印加される電位を変化させることによって接続点１６１０の圧力が変調される。この実施態様の二つのアクティブな部材は好ましくは各電気浸透的流量を独立に制御することを可能にする別個の電源装置を有している。この実施態様は場合によっては供給電流を測定し又は様々なセンサ入力を使用することにより様々なアルゴリズムを使用することができる。
これまでに記載された複数の流体と関連して使用される流量コントローラの実施態様では、作動流体は動電学的活性を支持する第二流体と混合される。しばしば、作動流体は他の流体とは混合しないことが望ましい。
図１７に示された実施例は、これがその場合に使用できる。ある分量の作動流体１２０３がしばしば流体ストレージ部材又はカートリッジとも称される第五部材６２５の容積内に保存される。作動流体１２０３は、第三部材２０１を通して供給される第二液体１２０４と第五流体６２５内の作動流体１２０３を置き換えることにより、第四部材６０８を通過した後、終点１３０１まで供給される。作動流体１２０３の流量はよって第三部材２０１を通して第二液体１２０４の流量を制御することによって制御される。
【００８９】
第一、第二及び第三部材２０５、１００及び２０１はそれぞれシャントモードの電気浸透流量コントローラを構成する。この第二液体１２０４は作動流体１２０３と必ずしも同じではなく、第二部材１００におけるゼータ電位の生成を支持するように選択される。この構成では、作動液体は第二液体と混和性である必要はないので、潜在的な作動液体の数は劇的に増加する。混合物も動電学的流れを支持する必要はないものではない。しかしながら、好ましくは、作動液体は第二液体と反応性ではない。
作動流体には、限定されるものではないが、既に列挙された作動流体の全て、油、油圧流体、気体、スラリー（つまり、粒子状物質を含む液体）、エマルジョン、冷媒、ＣＦＣ、超臨界液体又はそれらの混合物が含まれる。
【００９０】
図１７のシステムは第五部材６２５内に保存された作動流体１２０３の量によって制限される操作時間(time-of-operation)を有する。この操作時間は第五部材６２５内での二流体１２０３及び１２０４の混合によって減少させることができる。このためには、第五部材６２５における流れが層流であり第五部材６２５の幾何構造が部材長さ、つまり微小穴管路の長さよりも大幅に小さい油圧径に対して選択されることが好ましい。ハイドロリック径が、一流体から他の流体への拡散係数の２倍によって割られた平均流速とハイドロリック径の積にほぼ等しい、０．５から２０のオーダーの小さい値のペクレ数を生じるように選択されることが更に好ましい。液体ストレージ容積としての微細穴管路の使用と液体を分配する手段としての流れ内に挿入されたそのような管路の使用はよく知られており、液体クロマトグラフィー技術において広く使用されている。例えばA. Weston及びP.R. Brown, HPLC and CE: Principles and Practice, Academic Press, San Diego, CA, 1997, pp.83-84を参照のこと。このタイプの流れと幾何構造において混合の程度を評価し混合を制御する詳細は機械工学技術においてよく知られている。例えば、V. Ananthakrishnan, W.N. Gill及びA.J. Barduhn, 'Laminar Dispersion in Capillaries, Part 1. Mathematical Analysis,' AIChE J. Vol.11 pp.1063-1072 (1965). G.I. Taylor,'Dispersion of a solute flowing through a tube,' Proc. Roy. Soc. (London) Vol. 219A, pp.186-203 (1953). R.Aris, 'On the dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube,' Proc.Roy.Soc. (London) Vol.235A, pp.67-77 (1956). P.C. Chatwin及びP.J. Sullivan 'The effect of aspect ratio on the longitudinal diffusivity in rectangual channels,' J. Fluid Mech. Vol. 120, pp.347-358 (1982). M.R. Doshi, P.M. Daiya及びW.N. Gill,'Three dimensional laminar dispersion in open and closed rectangular ducts,' Chem. Eng. Sci. Vol 33, pp.795-804 (1978)を参照のこと。
【００９１】
図１７の第五部材６２５は、第五部材のフラッシングと作動流体１２０３の補充を可能にするように流れ回路の内外へ第五部材を切り替える手段として何れかの端部に弁装置を備えていてもよい。図１８は弁１８０１構造を示す。弁１８０１はロータリバルブ又は独立した弁の集合又は従来から知られている任意の他の構成でありうる。弁１８０１は一又は二又はそれ以上のストレージ容積を含み得、一を越える流量コントローラに類似の作用を提供するように連動されていてもよい。
図１８に示された実施態様では、二の作動流体ストレージ容積６２５及び１６０２は弁１８０１と操作を関連させている。これらの二つの部材６２５及び１６０２は同一である必要も同じ内部容積を持つ必要もない。これらの二つの部材６２５及び１６０２における作動流体１２０３は同じである必要はない。
【００９２】
第三部材２０１を通る流れは第五部材６２５を通り、ついで第四部材６０８を通るように方向を決められる。第六部材１６０２は作動流体１２０３の排液路１８０４と供給源１８０３の間に接続されていることが示されている。この構成では、第五流体６２５からの作動流体１２０３は第四部材６０８の入口６０９に供給される一方、第六部材１６０２は洗い流され、新しい作動流体１２０３が満たされる。ある選択された時間に弁１８０１が作動され、図１８の装置では反時計回りに１／８回転されて、それぞれ第五及び第六部材６２５及び１６０２の役割を切り替える。ある選択された後の時間にプロセスを逆にして進める。これにより、弁作動時の僅かな中断を伴って、作動流体１２０３の連続の移送又は作動流体の切替が可能になる。
【００９３】
貯留された液体の容積と流量が操作の最大時間を決定する一方、容積のサイズと接続された部材のコンダクタンスが装置の応答時間を決定する。よって、ストレージ容積のサイズを最小にすることが望ましく、新しく満たされたストレージ容積の切替え手段を提供する。
例えば、化学合成のための作動流体の移送に使用される図１８に示されたようなロータリーバルブが装備された、図１７に示されたシステムでは、作動流体は、少量の有機酸、例えば蟻酸、又は酢酸を場合によっては含むアセトニトリルでありうる。ゼロから２５ｐｓｉを越える周囲圧の範囲の負荷圧における１００から５００ｎＬ／分の範囲の作動流体の制御流量が例えば望ましい。第二液体１２０９は１０ミリモルの水性ＴＲＩＳ及び約５ミリモルの酢酸であり得る。供給源圧力Ｐ１は約５００及び６００ｐｓｉの間でありうる。第二部材１００は、名目上０．７ミクロンの直径の非多孔質シリカビーズが充填された３ｃｍ長、１５０ミクロン内径「ＩＤ」のキャピラリーでありうる。第一、第三及び第四部材２０５、２０１及び６０８はそれぞれ簡単なキャピラリーでありうる。第五部材６２５及び使用されるならば第六部材１６０２は、０．０３インチのＩＤの長さのチュービングでありうる。第四部材６０８に対する圧力差を、流量をモニターするために使用できる。
【００９４】
約１．８及び５ｎｌ／分・ｐｓｉ、よって約６．２及び５．７ｃｍの１０ミクロンＩＤキャピラリーの長さの第一及び第四部材２０５及び６０８に対するコンダクタンスを使用する設計は、約０．９５及び２．５ｋＶの範囲の第二部材１００に印加される電位を使用して所望の範囲の移送圧及び流量をもたらす。第三部材２０１は、単にそれぞれ第一、第二及び第四部材２０５、１００、及び６０８より実質的に大きいコンダクタンスを有するキャピラリー又は管の長さでありうる。第三部材２０１は幾つかの役割を提供し得る：第一接続点２０２と弁１８０１の間の管継手；ブリッジ接続１０８と弁１８０１の間の電気的隔離を提供し；弁１８０１の切替え又は始動の間に生じるかもしれない第一接続点２０２中への作動流体１２０３の混合又は逆拡散を最小にする。第五部材６２５の長さは約１１０ｃｍであるように選択でき、それによってこの実施例において最大の移送流量で約１６時間の中断しない実行時間を提供する。この実施例に対する時定数は約１５秒である。この設計では、それぞれ第三及び第四部材２０１及び６０８の役割は逆転されうる。
【００９５】
別の実施態様では、ストレージ部材はアクティブな流量コントローラ部材の前に配することができる。そのような構造は図１９に示されている。作動流体１２０３は圧力Ｐ１で供給され、第一及び第四部材２０５及び６０８をそれぞれ通過する。流体ストレージ部材６２５は電気浸透的にアクティブな第二部材１００の前に配され、第二部材の電気浸透機能を支持するように設計された第二流体１２０４で満たされている。装置を作動させると、作動流体１２０３が第五部材６２５に保存された第二流体１２０４を移動させる。この実施態様は既に検討した実施態様と同じ時間応答及び操作時間の制約を受ける。それはまた切替可能な弁と複数のストレージ部材と共に使用できる。この実施態様の一つの利点は、第二流体１２０４が作動流体１２０３の移送システムには決して存在せず、よって出力流体を汚染し得ないことである。代わりに、偶発的な汚染の可能性は第二部材１００に移り、その方がある適用例では許容しうる。
ストレージ部材の電気浸透的にアクティブな部材の前への配置は、また図２０に示されているように、直列モードのコントローラ形式で容易に実現される。第五部材６２５は電気浸透的にアクティブな第二部材１００を支持する流体１２０４のストレージ部材となる。
【００９６】
本発明の上記の開示において、添付図面における本発明の開示において、及び特許請求の範囲と上記の発明の開示において、本発明の特定の特徴が参照される。この明細書における本発明の開示はそのような特定の特徴のあらゆる可能な組合せを含むことが理解される。例えば、特定の特徴が本発明の特定の側面又は実施態様、又は特定の図面又は特定の請求項の内容に開示されている場合、その特徴は他の特定の側面、実施態様、図面又は請求項の内容に、及び本発明一般に使用することがまたできる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は流体の流量を制御するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量の正確な制御はしばしば重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２８１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポンプとバルブと、機械的なフィードバックループを利用する既知の流量コントローラには問題がある。一つの問題は特に低流量において流量に望ましくない変動が生じることである。他の問題は異なった流量を供するには機械的な変更が必要となることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
我々は、本発明によれば、流体の流量を制御するために静水圧と電気浸透圧流の組合せを用いることによりこれらの問題を改善することができることが分かった。「静水圧」と言う用語はここでは流体を流れるようにする任意の形の圧力を意味するために使用される。適切な相対的に非導電性流路中の適切な導電性流体に適切な電位を印加することによって、流体を流れるようにする電気浸透圧力を作り出すことができる。
【０００６】
第一の側面では、この発明は、第一の点から第二の点まで作動流体を流す方法において、第一の点で作動流体に推進圧をかけることを含み、推進圧の少なくとも一部が、流量が
（ｉ）静水圧成分（すなわち、大きさが静水圧に依存する成分）と
（ｉｉ）電気浸透成分（すなわち、大きさと方向が電気浸透圧流に依存する成分）
を含む推進流体によって与えられる、方法を提供する。
「作動流体」という用語はここでは作動状態にある作動可能な装置によって使用され得る流体を意味するために使用される。そのような装置には、例えばクロマトグラフ（グラジエント液体クロマトグラフを含む）、マイクロ化学リアクター、及び分離システム（マイクロ分離システムを含む）、例えば化学的分析、遺伝子シーケンシング、及び生体物質からの蛋白発現のキャラクタライゼーションのための分離システムが含まれる。本発明の第一の側面の方法における「第二の点」は例えば作動可能な装置の入口でありうる。「第二の点」はまたここでは終点とも呼ぶ。
【０００７】
ある実施態様では、推進流体は作動流体と同じである。他の実施態様では、作動流体は（ｉ）第一の点でストレージ部材（あるいは「カートリッジ」）に保存され、（ｉｉ）推進流体によってストレージ部材から離間せしめられる保存流体を含む。装置は、全ての作動流体がカートリッジから排出されたときに新しい満杯のカートリッジがシステムに挿入され得るようにバルブ装置を具備しうる。
【０００８】
電気浸透成分の大きさ及び／又は方向は、電位及び／又は電位が印加される電気浸透圧流体を変えることによって変えることができる。これは、同じ装置を機械的な変化の必要なしに様々な状況において用いることができることを意味するので、貴重である。よって、本発明の第一の側面は、第一群の条件下で作動する装置が第一の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ、その後、第二群の条件下で作動する同じ装置が第二の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ；第一の期間中の作動流体が第二の期間中の作動流体とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置の作動条件が第二の期間中の作動可能な装置の作動条件とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置が第二の期間中の作動可能な装置とは異なる方法を含む。
【０００９】
本発明の特定の実施態様では、推進流体流は、
（Ａ）静水圧によって流体の流れを供給し、電気浸透圧流によって上記流体の流量を変化させ；あるいは
（Ｂ）静水圧によって第一流体と第二流体の混合物を、電気浸透圧流が該混合物中に生じる流路に流通させ；又は
（Ｃ）（ｉ）部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する作動流体と、
（ｉｉ）混合前に部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する第二流体とを、混合することを含み、
ここで、電気浸透圧流が生じる流路を通って流れる混合物がつくり出される、方法によってつくられる。
【００１０】
方法（Ｃ）の一例では、
（ｉ）作動流体は、
（ａ）静水圧Ｐ１の第一供給源から供給され、
（ｂ）第一流量制御部材を通過し；
（ｉｉ）第二流体は、
（ａ）静水圧Ｐ２の第二供給源から供給され、
（ｂ）第二流量制御部材を通過する。
第一流量制御部材はコンダクタンスｋ１を有し、第二流量制御部材はコンダクタンスｋ２を有し、流路はコンダクタンスｋ３を有し；１＋ｋ３／ｋ１はＰ１／Ｐ２より大きく、１＋ｋ３／ｋ２はＰ２／Ｐ１より大きい。
【００１１】
本発明のある実施態様は、
（ａ）例えば圧力トランスデューサ、流量計、温度センサ、熱流計、変位センサ、ロードセル、歪みゲージ、導電率センサ、選択性イオンセンサ、ｐＨセンサ、フロー分光光度計、及び濁度センサによって少なくとも一の変数をモニターし、
（ｂ）上記のモニターに応答して、電気浸透成分の少なくとも一部を生じる電位を変化させることを、含む。
本発明のある実施態様では、電気浸透成分における変動が静水圧成分における変動を少なくとも部分的に補償する。
【００１２】
本発明のある実施態様では、第二の点における推進流体の流量は５０マイクロリットル／分未満、又は１０マイクロリットル／分未満、又は１マイクロリットル／分未満、又は０．５マイクロリットル／分未満であり、例えば０．１マイクロリットル／分より大きく、又は０．２マイクロリットル／分より大きいものであってよい。
本発明のある実施態様では、作動流体は次の特性の少なくとも一を有している：
（ｉ）少なくとも２５ミリモル、例えば０．５ミリモルのイオン強度を有する液体を含む；
（ｉｉ）５センチポアズより大なる動粘度を有する液体を含む；
（ｉｉｉ）実質的に純粋な有機液体を含む；
（ｉｖ）２０未満の誘電率を有する液体を含む；
（ｖ）多価イオンを含む液体を含む；及び
（ｖｉ）７未満、例えば４未満のｐＨ値を有する液体を含む。
【００１３】
第二の側面では、この発明は、本発明の第一の側面の方法において使用するのに適した装置を提供し、該装置は、
（１）入口と出口を含み、圧力がかけられた流体が通過して入口から出口まで流れる流路と、
（２）流路の入口と出口の間に位置せしめられた多孔質誘電材料と、
（３）圧力がかかった動電学的流体が流路の入口と出口の間を流れるときに、流体が流れる速度を電極に接続された電位を変化させることによって変化させることができるように、位置せしめられた電極とを具備する。
これらの三部材が協働して、ここで電気浸透圧装置又は流路と呼ぶものを構成する。
【００１４】
装置は好適には次の特性の少なくとも一を有する；
（ａ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に流れる流量制御部材を具備する；
（ｂ）圧力がかけられた流体が出口を離れた後に流れる流量制御部材を具備する；
（ｃ）（ｉ）作動状態で加圧流体を用い、
（ｉｉ）（ａ）加圧流体が出口から流れ出るときに装置を通過するように出口に、あるいは（ｂ）流路に接続された第二の出口と加圧流体の供給源に接続可能な入口を有する導管の第一の出口に、接続されている作動可能な装置を具備する；
（ｄ）第一流体の第一供給源と第二流体の第二供給源とを具備し、第一供給源と第二供給源の双方が該供給源からの加圧流体が入口を通って流路中に流入可能なように入口に接続されている；
（ｅ）電極に接続された可変電源装置を具備する；
（ｆ）制御信号をモニターするための少なくとも一のセンサとセンサに作動可能に接続されたフィードバック制御機構を具備し、よって装置が電極に接続された電源装置を具備する場合、フィードバック制御機構が電源装置から供給される電位を、例えば制御信号を予め決まった範囲内に維持するように変調する；
（ｇ）（ｉ）入口に接続されている第一流路出口と（ｉｉ）一の作動可能な装置又は複数の作動可能な装置に接続可能な第二流路出口と、（ｉｉｉ）加圧流体の供給源に接続可能な流路入口を有する流路を具備し、よって加圧流体が流路に流入するとき、加圧流体の一部が流路を通って流れ、加圧流体の残りが一又は複数の装置を通って流れる；
（ｈ）二以上の上記の流路と、（ｉ）上記流路の各々の入口又は出口に接続された複数の流路入口と（ｉｉ）一又は複数の作動可能な装置に接続可能な流路出口を有する流路を具備する；
（ｉ）二以上の上記の流路を具備し、流路内の誘電材料が互いに異なっている；及び
（ｊ）ブリッジを介して流路に接続された電極を有する電源装置を具備する。
【００１５】
ここで使用される「多孔質誘電材料」という語句において、「多孔性」という用語は流体に対して透過性であるあらゆる材料を指し、「誘電」という用語はその導電性が流体よりも実質的に小さく、有限の誘電率を有するあらゆる材料を指す。多孔質誘電材料の例は、溶融石英キャピラリー、シリカ粒子、有機ポリマー、及びリソグラフパターン化、リソグラフエッチング、直接射出成形、ゾル-ゲル法、又は電鋳法によって製作された製品である。「流量制御部材」という用語はここでは圧力がかけられた流体が流通可能で、装置に流入するときの流体の圧力が装置を離れるときの流体の圧力よりも大きいような装置を指すために使用される。流量制御部材は例えば圧力を５％以下、例えば少なくとも５％、例えば少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、そして多くとも８０％、多くとも６０％、又は多くとも５０％低減させる。流量制御部材はまた「フロー部材」又は「フローレジスタ」とも称される。本発明の装置は、推進流体の少なくとも一部が通過する一又は複数の流量制御部材を具備しうる。
【００１６】
第三の側面では、この発明は加圧流体をその作動状態で用いる作動可能な装置に向けて加圧作動流体が移送される速度を変更するための電気浸透圧流の使用に関する。
第四の側面では、この発明は、
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流量制御部材と
を具備する第一流路と；
（ｂ）（ｉ）圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口と；
（ｉｉ）第二流体入口と、第一流路の第一節点とに流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流量制御部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口であって、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２で、第二流量制御部材出口の第２節点と流通可能に連通した第三流体出口；
を有する第二流路とを、
具備し、ここで、
α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流量制御部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流体制御部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置に関する。
【００１７】
この発明において使用される静水圧は如何なる方法でもつくり出すことができ、例えば一又は複数のポンプ、例えば高圧シリンジポンプ又は手動ポンプ、あるいは圧縮空気駆動システムによってつくり出すことができる。
一又は複数の流体を、電気浸透圧流路に通過させることができる。二種の流体を流路に流通させる一実施態様では、流路は、それぞれ圧力Ｐ１及びＰ２である第一流体供給源（つまり第一流体の供給源）と第二流体供給源（つまり第二流体の供給源）に流れるように連通させられた流体入口（つまり流体のための入口）を有する。流路はまた出口圧とも称される圧力Ｐ３の流体終点（つまり流体の終点）と流体入口に流れるように連通させられた流体出口（つまり流体のための出口）を有する。出口圧力はＰ１及びＰ２の双方よりも低い。電源装置が電極に適当な電位を印加したとき、流路は動電学的にアクティブである。電位は圧力推進流れの少なくとも一を変調する電気浸透圧駆動流れ成分を生じる。システム中の異なった点における圧力と流量を制限するために、流れ絞り装置を適当な位置に設けることができる。
【００１８】
場合によっては、二以上の電気浸透圧装置をシステムにおいて使用することができる。例えば、一つの装置で二流体の比を制御し、他方で流体流の全量を制御することができる（図１５ａ及び１５ｂ）。
本発明のある実施態様では、電気浸透圧流体、つまり電気浸透圧流がつくられうる（ここでは動電学的流体とも呼ばれる）流体には、一方が終点に至り、他方が電気浸透圧装置に至る二つの流路が設けられている。電気浸透装置の電極の電位を替えることによって、様々な量の電気浸透流が終点まで流れる。
本発明のある実施態様では、電気浸透圧流体を貯留する流体ストレージ部材は電気浸透圧装置の直前に配され、電気浸透圧流体は圧力がかけられた流体によって装置中に強制的に流入させられる。
【００１９】
本発明は流体制御に電気浸透圧流の原理を利用する。動電学的流れとしても知られている電気浸透圧流は流路への圧力差の適用によって別につくり出されるであろう流れと競合し又はその流れを支配さえすることができる。本発明における電気浸透圧流は電極を使用して電場の印加で誘電材料と適切な流体を使用して発生される。流体は多孔質誘電材料に対して高いゼータ電位をもたらす。
このゼータ電位の大きさは約１から１５０ｍＶ又はそれ以上の範囲であることが望ましい。ゼータ電位は符号は正でも負でもよい。ゼータ電位のサインと大きさは流体の誘電定数、流体のｐＨ、流体のイオン強度及び流体中のイオンのタイプに依存する。
流体は、ある低濃度の様々なイオンのような導電種をまた有しうる純粋な流体又は純粋な流体の混合物でありうる。好ましくは、純粋な流体は高誘電定数（約５から１００相対単位）、低動粘度（約０．１から２センチポアズ）及び低伝導度（約１０−４から１０−１４ｍｈｏ／ｍ）を有しているべきである。好ましくは流体のｐＨ及びイオン強度を定め又は制御するために添加剤が投入される。添加剤は流体に完全に溶解する種類と濃度のものでなければならない。これらの添加剤の種類と濃度は、好ましくは、多孔質誘電媒体中の孔径によって課される条件下でゼータ電位を増大又は最適化するように選択される。
【００２０】
適切な純粋な流体には、例を挙げると、限定されるものではないが、蒸留及び／又は脱イオン化水、環状カーボネート、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、１−ペンタノール、１−ヘキサノール、１−ヘプタノール、ベンジルアルコール、ニトロメタン、ニトロベンゼン、ブタノン、ジメトキシメタン、ジメチルアセトアミド、ジオキサン、ｐ−ジオキサン、アセトニトリル、ホルムアミド、メチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸、トリエチルアミン、ジクロロメタン、エチレングリコール、及びジメチルスルホキシドが含まれる。
ゼータ電位を生じるには、一般に、誘電材料の表面は流体の存在下でイオン化される酸性又は塩基性部位を示す。これらのイオン性表面部位は材料に本来的にあるものでもよいし又は表面材料にある種を吸着又はグラフトさせることにより得られるものでありうる。
【００２１】
本来的にイオン性の材料には、例を挙げると、限定されるものではないが、シリカ（酸性）、アルミナ（両性）、及びナイロン（双性イオン性、カルボキシル及びアミン）が含まれる。ゼータ電位の符号は真の表面電荷の符号と同じである。
表面電荷を生じる吸着の例としては、イオン性界面活性剤とのポリエチレン又はポリプロピレンの混合物を用いることができる。ポリエチレン及びポリプロピレンは本来的なイオン性部位を持たない非極性ポリマーである。ある種のイオン性界面活性剤（例えばドデシル硫酸ナトリウム）を含む水溶液では、界面活性剤の疎水性末端がポリマーに吸着する。そして界面活性剤の荷電末端は表面に電荷部位としてあらわれる。
【００２２】
表面部位のイオン化度は流体のｐＨに依存する。大抵の場合、表面が真の中性であるｐＨがあり、よってゼータ電位はゼロである。ゼータ電位は、表面が真の中性であるｐＨ値より充分に高いｐＨ値（酸性表面部位に対して）又は充分に低いｐＨ値（塩基性表面部位に対して）で最大値に達する。イオン性表面部位は化学反応又はグラフト化によって材料に付加することができるか、又はプラズマ又は放射線処理を介して反応性表面化学物質の創造又は欠陥の創造によって誘導することができる。
誘電材料は、高ゼータ電位、ゼータ電位の符号、添加剤での流体中での不溶性及び安定性、低電気伝導率、及び充分な機械的強度の性質について選択される。
【００２３】
好適な酸化物材料の例には、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、及び酸化タンタルが含まれる。これらの酸化物はアモルファスでも又はガラス状でも又は結晶性でもよく、また他の微小な酸化物成分を有する混合物として組み合わされていてもよい。
好適なガラス材料の例には、クラウン又はフロート又はホウケイ酸ガラス、ランタン又はフリント又は重フリントガラス、PyrexTMが含まれる。好適な窒化物材料の例には、窒化ケイ素、窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムが含まれる。
好適なポリマーの例には、NafionTM（デュポンの商品名、スルホン化ＰＴＦＥ）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、混合セルロースエステル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド（ナイロン）、シリコーンエラストマー、ポリメタクリレート、及びニトロセルロースが含まれる。
他のクラスの好適な材料には、ある種の半導体、炭化物（例えば、炭化チタン）及びケイ素化合物（例えば、ゲルマニウムケイ素化合物）が含まれる。
【００２４】
対イオンは、ゼータ電位の符号と反対の電荷符号を有する流体中のイオンである。バルク流体中の対イオンの濃度を増加させると、表面電荷を遮断する傾向があり、よってゼータ電位の大きさを低減させる。例として、シリカが純水としてのｐＨ７の水に暴露された誘電材料でありＫＣｌが添加剤として使用される場合、この系に対するゼータ電位は負であり、それぞれ０．１、１、１０及び１００ミリモルのＫＣｌ濃度に対して約１２０ｍＶ、１００ｍＶ、７０ｍＶ及び３０ｍＶの大きさを持つ。対イオンのイオン価はまたゼータ電位の性質に対して顕著な効果を有しうる。多価（つまり多数荷電）対イオンは表面部位に結合して、ゼロの真の電荷のｐＨを変えうる（つまり、「等電点」）。例えば、一価の対イオン（例えばＮａ＋）の存在下でシリカは約２．８の等電点を示す一方、二価の対イオン（例えばＣａ２＋又はＢａ２＋）の存在下でシリカは６から７の範囲の等電点を示す。この点において、輸送流体は好ましくは多価対イオンが実質的に含まれないように選択又は精製される。
【００２５】
流体に添加することができるイオン性添加物は二つの一般的クラスに分けることができる：完全にイオン化するもの（例えば塩、強酸及び強塩基）と部分的にイオン化するものである。前者のクラスは主に流体のイオン強度を達成するために使用することができる。後者のクラスは主に流体を緩衝させ、よって流体のｐＨを達成し維持するために使用することができる。二つのクラスは組み合わせて使用されることも多い。緩衝種は多価状態で存在し得る（例えば蟻酸塩は中性又は一価の荷電状態で存在する一方、リン酸塩は中性、一価、二価及び三価の荷電状態で存在する）。よって、緩衝化合物の選択は上で検討した多価対イオンの問題を考慮してなされる。
イオン性及び緩衝添加剤の例には、限定されるものではないが、アルカリハライド塩、無機酸及び塩基、有機酸及び塩基、リン酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、リンゴ酸塩、蟻酸塩、炭酸塩、塩素酸塩、硝酸塩、硫酸塩及び亜硫酸塩、硝酸塩及び亜硝酸塩、アンモニウム-、メチルアンモニウム-、エチルアンモニウム-、プロピルアンモニウム-塩、ＢＩＳ、ＭＥＳ、ＴＲＩＳ、ＴＥＳ、ＨＥＰＥＳ、ＴＥＡが含まれる。
【００２６】
しばしば帯電防止剤とも呼ばれるある種の化合物はゼータ電位を変更又は除去することが知られている。例えば、特別な薬剤を炭化水素燃料に添加してゼータ電位を除去し、よってポンピングと輸送中の帯電を防止する。更なる例として、特別な薬剤をまたシャンプー及びコンディショナーに添加してゼータ電位を除去し帯電を防止する。ある種の界面活性剤はこれらの薬剤の一クラスを表す。この点において、流体はゼータ電位を低下させ又は除去する薬剤が実質的に含まれないように選択又は精製される。例として、少量の界面活性剤ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）の添加は水溶液中のシリカのゼータ電位を増大させることが知られている。水中のシリカに対する界面活性剤ＣＴＡＢ（臭化セチルトリメチルアンモニウム）の効果は、低濃度での添加の際に、濃度が増加するにつれてゼロに近い値までゼータ電位を低減することであり、更に高い濃度においてゼータ電位の符号を逆転させることである。ポリアミンの添加はまたシリカのゼータ電位を低減させ又は逆転させることが知られている。界面活性剤の表面改変性については、M.J.Rosen, 'Adsorption of surface-active agents at interfaces: the electrical double layer,' Chapter II, Surfactants and Interaction Phenomena (Wiley, NY, 1986), pp.33-107の概説がある。
【００２７】
流体中及び誘電表面に隣接する真の電荷の領域は、ある程度の距離だけ流体中に延びる。この層のｅ分の１（１／ｅ）厚はバルク流体中のおよそデバイ長である。２０℃の温度でのデバイ長は流体イオン強度に対する流体誘電率（後でモル／リットルの単位を取る）の比の平方根の約０．０３４ｎｍ倍の値を有している。水中１ミリモルのＫＣｌに対してデバイ長は約９．６ｎｍである。
多孔質誘電材料中の孔部は長さ方向に沿ってサイズが変化し、様々な孔径が存在しうる。よって、ある与えられたイオン強度の流体で飽和した誘電材料は真の電荷の実質的にオーバーラップした領域を含む孔部のあるサブセットを有し（ここでは「ナノポア」と言う）、電荷層のオーバーラップのないある量のコア流体を含む孔（ここでは「標準」ポアと言う）とバランスする。孔部の全てが電流、よってイオン種を輸送するが、ナノポアは標準ポアに比較して大きく減少した速度で流れを輸送する。電流を印加して流体イオン組成の変更が最少である流れをつくり出すことが望ましい。ナノポアの存在はこのプロセスの効率を低減させ、また実質的で性能を低下させるイオン強度、組成及び多孔性部材のｐＨ勾配を生じうる。
【００２８】
多孔質誘電材料は非常に様々な方法によって製造することができ、その例には、限定されるものではないが次のものが含まれる：
（ａ）粒子がガラス又はセラミック又はポリマーでもよい充填粒子。その粒子は、限定するものではないがエンド−フリット又は他の機械的拘束を含む従来から知られている任意の方法、あるいは圧力下での低温溶着又は化学的接合によって所定位置に配することができる（つまり流路に収容される）。
（ｂ）例えばA.P. Philipse, 'Solid opaline packings of colloidal silica spheres,' J. Mat. Sci. Lett. 8pp. 1371-1373 (1989)に記載されているような、合成多孔性乳白ガラス材料、及び例えばJ.E.G.J.Wijnhoven及びW.L.Vos, 'Preparation of photonic crystals made of air spheres in titania,' Science 281pp.802-804 (1998)に記載されているようなテンプレートとして乳白ガラスを使用してつくり出された多孔性材料。
（ｃ）ガラスの相分離及び化学浸出、例えばT. Yazawa, 'Present status and future potential of preparation of porous glass and its application,' Key Engineering Materials,' 115pp.125-146 (1996)に記載されているような、ホウケイ酸塩又は他の複合ガラスに応用されるようなバイコール法。
（ｄ）シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア及び他の無機酸化物又はその混合物におけるゾルゲル又はエーロゲル法。
（ｅ）例えばY.Ma等, 'A review of zeolite-like porous materials,' Microporous and Mesoporous Materials, 243-252 (2000)に記載されているようなゼオライト及びゼオライト様多孔質媒体。
（ｆ）ポリマーの相分離−例えばK. Nakanishi及びN. Soga, 'Phase separation in silica sol-gel system containing polyacrylic acid I. Gel Formation behavior and effect of solvent composition,'J. Non-crystalline Solids 139 pp.1-13 (1992)に記載されているようなシリカロッド(SilicaRod)法を例えば用いて実施される無機酸化物溶液。
【００２９】
（ｇ）リソグラフ及びエッチング、モールディング、キャスティング、レーザーアブレーション及び従来から知られている他の方法による直接の機械加工。直接の機械加工は、所望の輸送液体のポンピングと組み合わせて、例えばゼータ電位を生じる材料から製造されたマイクロチャンネル又はピラーの規則的又は不規則的なアレイをつくるために使用できる。そのようなマイクロチャンネル又はピラーは本発明の実施態様の多孔質誘電材料として使用することができる。
（ｈ）フィルムストレッチング、焼結、トラックエッチング、キャスティングの後に浸出又は蒸発、スリップキャスティング、転相、熱転相を行うことによって調製される多孔質ポリマー。同様な方法がポリマー濾過膜の製造にしばしば使用される。例えばE.C. Peters等, 'Molded rigid polymer monoliths as separation media for capillary electrochromatography,' Anal. Chem. 69 pp.3646-3649 (1997)。
（ｉ）例えばJ.Drott, K. Lindstrom, L. Rosengren及びT. Laurell, 'Porous silicon as the carrier matrix in micro structured enzyme reactors yielding high enzyme activities,' J. Micromech. Microeng. 7pp 14-23(1997)に記載されているようなシリコンに応用される、あるいは例えばO. Jessensky, F.Muller及びU.Gosele, 'Self-organized formation of hexagonal pore structure in anodic alumina,' J. Electrochem. Soc. 145 pp.3735-3740(1998)に記載されているようにアルミニウムに応用される陽極腐蝕法。
多孔質材料は流路内で（インチャンネルで）製造されてもよいし、又はおそらくは機械加工され又は切断された後に流路内に挿入又は密封されてもよい。表面の性質は流路内に配設する前又は後に改変することができる。
【００３０】
ゼータ電位の符号と大きさは上述したような多孔質材料の表面又はバルクの化学的性質の改変によって変更し又は増強することができる。表面の化学的性質の改変は一般に本来的に材料上に存在している部位（例えばシラノール、ヒドロキシル、アミン）との反応によって一般的になされる。バルクの化学的性質の改変はイオン性部位を直接導入する材料の合成によって一般になされる。例には限定されるものではないが、次のものが含まれる：
（ａ）Ｓ=Ｏ基のある部分をスルホン酸に転換するためのポリスルホン又はポリエーテルスルホンのバルクの化学的性質の改変。
（ｂ）スルホン酸基で終わる側鎖を結合させるためのＰＴＦＥのバルクの化学的性質の改変。
（ｃ）第４級アミンを導入するためのポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルスルホンのバルクの化学的性質の改変。
（ｄ）カルボキシ（酸性）又はアミン（塩基性）表面部位を持つ材料を提供するためのポリアミド（ナイロン）のバルク又は表面の化学的性質の改変。
（ｅ）既存のイオン性部位の１つを非イオン性末端基で終端させるための双性イオン性材料（例えばナイロン）の改変。
（ｆ）プラズマ、紫外線又は電離放射線への暴露を介する架橋の生成又は欠陥の導入によるポリマー材料の活性化。
（ｇ）アミノ基又はスルホン酸基をつくり出すためのメトキシ-又はクロロ-シランでの表面シラノール基の改変。
【００３１】
本発明の更なる特徴は次の説明と添付図面の議論に開示される。これらの図面は例示的な実施態様であり本発明の範囲を限定しないことが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施態様を示すものである。なお、符号（ａ）により示される図は、１Ａ線に沿った断面を示し、多孔質誘電材料が満たされた流路を示している。
【図２】本発明の実施態様に係る電圧制御フロースプリッタを示す。
【図３】フィードバック信号を発生させ電源装置を調節するためのサーボループコントローラとセンサを具備する本発明の実施態様を示す。
【図４】フィードバック信号を発生させ電源装置を調節するためのサーボループコントローラと２つのセンサを具備する本発明の実施態様を示す。
【図５】位置又は変位センサを有する本発明の実施態様を示す。
【図６】二種の流体の流れを制御するために使用される本発明の実施態様を示す。この実施態様は分離技術に使用される流体混合物及び流体混合物のグラジエントを生成するために使用することができる。
【図７】推進圧が変化するにもかかわらず、本発明のフローコントローラによって生じる制御圧力を示す。
【図８】推進圧の減少にもかかわらず、本発明のフローコントローラによって生じる制御圧力を示す。
【図９】推進圧とカラム圧を時間の関数として示すグラフである。
【図１０】水：アセトニトリルの勾配の再現性を示すグラフである。
【図１１】増大した範囲の作動条件と流路から電極を除去する方法を提供する本発明の実施態様を示す。
【図１２】電気浸透圧駆動流量制御部材の性能と作動範囲を改善するために第二流体が作動流体と混合される本発明の直列モードの実施態様を示す。
【図１３】電気浸透圧駆動流量制御部材の性能と作動範囲を改善するために第二流体が作動流体と混合される本発明の分岐モードの実施態様を示す。
【図１４】電気浸透圧駆動流量制御部材に入る前に二種の流体の混合を促進する本発明の実施態様を示す。
【図１５】符号（ａ）により示される図は、別個に電源供給される二つの電気浸透圧駆動流量制御部材を有する本発明の実施態様を示す。また、符号（ｂ）により示される図は、電源装置を共有する二つの電気浸透圧駆動流量制御部材を有する本発明の実施態様を示す。
【図１６】６番及び７番の流れ部材が第二流体供給源とドレインの間に直列に接続されている本発明の実施態様を示す。
【図１７】流れ部材の一つに保存された作動流体の投入を含む本発明の実施態様を示す。
【図１８】フローコントローラの流れ部材を切り替えるために使用できる弁構造を示す。
【図１９】流れ部材の一つに貯留された流体の投入を含む本発明の実施態様を示し、ここで流体は電気浸透的にアクティブな部材の電気浸透圧機能を支援するように選択される。
【図２０】流れ部材の一つに貯留された流体の投入を含む本発明の直列モードの実施態様を示し、ここで流体は電気浸透的にアクティブな部材の電気浸透圧機能を支援するように選択される。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は本発明の「インライン」又は「直列型」流量制御器の実施態様を示す。図１において、全断面積Ａ及び全長Ｌの流路（導管）１００に多孔質誘電媒体１０４が充填されている。流路１００は圧力Ｐ１の流体供給源１０２及び圧力Ｐ２の出口１０３に流通可能に連通している入口１０１を有している（ここでＰ２＜Ｐ１）。この説明を通して、我々は流体供給源１０２と入口１０１の間、また流体出口１０３と流体収集リザーバ１０９の間の流体の流れに対する抵抗は無視できる（また圧力損失も無視できる）と仮定した。このような場合では、流路１００における圧力損失ΔＰはＰ２−Ｐ１に等しい。流路１００における圧力損失を正確に反映させるように条件ΔＰを調節することによって流体供給源１０２と入口１０１の間、また流体出口１０３と流体収集リザーバ１０９の間の圧力損失を考慮に入れるために以下の式を変更することは、自身の知識とこの明細書に含まれる情報に基づけば当業者には困難はないであろう。流量Ｑは、電源１０７によって発生させられ、離間電極１０５、１０６を通して流路内の流体に印加される電位差ΔＶと、流路入口１０１と流路出口１０３の間の圧力差ΔＰの組み合わさった作用によってつくり出される。
【００３４】
図１において、多孔質誘電媒体１０４は流体不浸透性「流路（導管）」１００に含まれる。流路材料は機械的強度、絶縁破壊の強さ、輸送流体及び流体加算適合性、及び多孔質誘電媒体１０４を保持する能力に対する要件を満たすように選択される。流路１００の幾何構造は長さが長く断面が小さいものから長さが短く断面が大きいものまでの全範囲を網羅する。前者の幾何構造の例は、円形から矩形から傾斜又は湾曲側面を持つ矩形まで含む断面形状を有する基体に形成されたキャピラリー又は被覆マイクロチャンネルであってもよい流路１００である。この流路１００は従来から知られている任意の手段によって形成することができる。後者の幾何構造の例は大径で薄い多孔性メンブランである。
【００３５】
孔径の選択、トポロジー数及び物理的幾何構造（例えば多孔質部材の厚み及び断面積）は与えられる用途に特定のものである。そして、これがイオン強度と緩衝能の必要性を生じる。一般に、本発明の好適な実施態様を実施するには次の事項が考慮されうる。
（ａ）よく定まった、よって良好に作用するゼータ電位のための一価対イオンの使用。
（ｂ）ゼータ電位を低下させ又は除去する化合物が流体中にないこと。
（ｃ）「最少の」二重層オーバーラップと適合性があるイオン種の最も低い濃度（つまり特徴的な孔径の約５分の１未満の流体デバイ長を生じる濃度）の使用。
（ｄ）流体のｐＨを達成し維持するのに矛盾しない緩衝イオン種の最も低い濃度の使用。
（ｅ）流体と適合性があり、よく溶解し、良好に解離するイオン種の使用。
（ｆ）好ましくは単分散性であり、多分散ならば時折の孔又は欠陥（例えばひび割れ又は空隙）を含まず、「ナノポア」が含まれないか最小数である孔径分布。
（ｇ）添加剤を伴う流体よりも伝導性が低い多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｈ）絶縁破壊なしに印加される電位に耐えるのに十分な誘電耐力を持つ多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｉ）圧縮と崩壊に耐える能力と境界形成流路の材料に付着したままになる能力の双方についてかかる圧力に耐えるのに十分に機械的に強い多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｊ）添加剤を伴う輸送流体に耐性があり不溶性である多孔質誘電材料１０４の使用。
（ｋ）絶縁体である流路材料の使用、特に流路材料は添加剤を伴う流路よりも伝導性が低くなければならない。
（ｌ）絶縁破壊なしに印加される電位に耐えるのに十分な誘電耐力を持つ流路材料の使用。
（ｍ）かかる圧力に十分に耐えるほど機械的に強く厚い流路材料の使用。
（ｎ）添加剤を伴う輸送流体に耐性があり不溶性である流路材料の使用。
（ｏ）誘電率が高い値を持ち、動粘度が低い値を持つ流体の使用。
（ｐ）ゼータ電位の高い値をもたらす流体、表面の化学的性質及び添加イオン種の化学的性質の組合せの使用。
（ｑ）純粋な流体又は純粋な流体の高度に混和性の混合物である流体の使用。
【００３６】
流体中の電極１０５、１０６を介しての流体への電位の印加により、流体中に電流を発生させることができ、流体の電気分解を介して電極１０５、１０６に気体が発生することは当業者にはよく知られている。閉じた流体流路内での気体の発生は望ましくないことが更に理解される。よって、図１に示されるように、ブリッジ１０８が流体で満たされたリザーバ１０２、１０９中の電極１０５、１０６を流路１００中の流体に接続するために使用されうる。このようなブリッジは例えばC. Desiderio, S. Fanali及びP. Bocek, 'A new electrode chamber for stable performance in capillary electrophoresis,' Electrophoresis 20, 525-528 (1999)に記載されており、一般にブリッジを通過する流体の流れを最少にし、同時にイオンの輸送をもたらすように（つまり電流の流れを可能にするように）十分に小さな孔を有するように選択された多孔質メンブラン又は多孔質固体を含む。典型的なブリッジ材料にはナフィオン(NafionTM)（イオン選択性ポリマーメンブラン）又は多孔性バイコール（VycorTM）（５ｎｍのオーダーの孔径を有する相分離されエッチングされた多孔質ガラス）が含まれる。
【００３７】
流路１００における流量は、Ｑ＝(νΔＶ−κΔＰ)Ａ／ＬＦで表される。この関係式は圧力推進流に対するダーシーの法則と多孔質媒体中の電気浸透流に対して適合化されたヘルムホルツ−スモルコフスキー関係式のよく知られた組合せである。ここで、νは有効電気浸透移動度であり、κはＦが乗ぜられ液体の動粘度で割られた多孔質媒体のダーシー浸透率であり、Ｆは多孔質媒体の形成係数であり、簡単には連結多孔度の逆数以上である。Ｆは、多孔質媒体を含まない流路で１と定義され、多孔質媒体を含む流路では１より大きい値をとる。形成係数はＦ＝τ２／φによって多孔質媒体のより多くの記述子に関係しており、ここでτはねじれと称され、φは固体の連結多孔度である。連結多孔度は貫通した連結孔を示し端部が詰まった孔を除外する湿潤体積分率である。これらの記述子の各々は従来からよく知られた方法の何れかを用いて決定することができる。
【００３８】
デバイ長のスケールは流体のイオン強度を変化させることによって変更することができ、好ましくは多孔質誘電媒体１０４の固有孔径の約５分の１より少ない。固有孔径の約５分の１より大きいデバイ長に対して、孔の対向する壁部の荷電層は実質的に合同し始め、見かけのゼータ電位を低減させる効果を有する。二重層オーバーラップの度合いの定量的決定のためには、固有孔径Ｄporeは、好ましくは、D.L. Johnson及びP.N. Sen, Phys. Rev. B37, 3502-3510(1988); D.L. Johnson, J. Koplick及びJ.M. Schwartz, Phys. Rev. Lett. 57, 2564-2567 (1986);及びD.L. Johnson, J. Koplick及びR. Dashen, J. Fluid Mech. 170, 379-392 (1987)によって定義されているようにして取られる。Ｄporeの定義は多孔質媒体中のより大なる貫通孔に有利に強い重みをつくり出す。
上で与えられたＤporeの定義を用いて、ダーシーの透過率は次の式によって与えられる：
ｋＤ＝Ｄ２poreＭ／Ｆ
ここで、Ｍは「孔幾何数」と称され、円筒管に対して１／３２に等しく、多の断面形状の管路と多くの多孔質媒体に対してはおよそ１／３２に等しい。
【００３９】
単純な幾何（例えば溝又は円形の孔）における荷電層オーバーラップの効果は理論的に研究されている。例えば、C. L. Rice及びR. Whitehead, 'Electrokinetic flow in a narrow cylindrical pore,' J. Phys. Chem. 69 pp.4017-4024 (1965);及びD. Burgreen及びF.R. Nakache 'Electrokinetic flow in ultrafine capillary slit,' J. Phys. Chem. 68 pp. 1084-1091 (1964)を参照のこと。これらの研究の結論は上で定義されたＤpore の使用を通して一般的な多孔質媒体に同じように適用できる。
有効電気浸透移動度は次のように記載することができる：
ν＝εζ(１−ξ)／μ
ここで、ε及びμはそれぞれ流体の誘電透過率及び動粘度であり、ζはゼータ電位であり、ξは真の電荷層をオーバーラップさせる効果（つまり、電荷層の厚みが媒体中の孔径の順になる条件下での見かけのゼータ電位の減少）をもたらす係数である。ゼータ電位、よって電気浸透移動度は流体及び誘電材料の性質に依存して正又は負の符号となりうる（例えば、水溶液で飽和したＴｉＯ２からなる多孔質誘電材料１０４に対しては、ゼータ電位は低ｐＨで正の符号を持ち、高ｐＨで負の符号を持ち、ＴｉＯ２では約ｐＨ６．２である材料等電点では無視できるほどに小さい）。
【００４０】
動電学的なアクティブな部材の動電学的性質は、
ａ＝νΔＶ／κＰ１
によって特徴付けられ、ここでΔＶは部材に対して印加される電圧である。量ａは無次元で、Ｐ１に等しい圧力差によってつくり出される圧力推進流量によって割られた電位ΔＶによってつくり出される電気浸透流量と考えられる。動電学的にアクティブな材料の性能に対する有用な測定基準は量ν／κであり、これはｐｓｉ／ボルトの単位を持つ。これらの定義を用いて、部材を通しての流量はおよそ接合部で合計された後、接合部の圧力に対して解かれる。
【００４１】
本発明は多孔質誘電材料１０４で満たされた流路１００において圧力推進流及び電気浸透推進流の組合せを用いる。印加電位は好ましくは圧力推進流と同じ方向の電気浸透流を生じるように選択される（例えば、高ｐＨ、よって負のゼータ電位、よって負の電気浸透移動度でのＴｉＯ２に対して、電位は圧力推進流の方向に対して下流の負の端子によって印加される）。この構造において、流路１００を通る最大流量は上の流量の式によって与えられ、印加される電位の大きさによってのみ制限される一方、最小流量はΔＶ＝０であるときの純粋に圧力推進流に対するものであり、よってＱ＝−κΔＰＡ／ＬＦである。よって、多孔質誘電材料１０４で満たされた流路１００において圧力推進流及び電気浸透推進流を組合せることによってその流路を通過する流量を変化させる電圧制御手段が提供される。要するに、流量制御は流路を通る圧力推進流に対する電気浸透「補助」の度合いを変えることによってもたらされる。以下に記載する他の好適な実施態様に関して更に詳細に説明するように、センサを用いて流量制御システム中の一又は複数の点における圧力、流量等々のパラメータをモニターすることができる。これらのセンサから生じる信号をサーボループで用いて、信号と予め決められた設定点の間の偏差に応答して電源から出力される電圧を調節することによって、信号を予め決められた範囲内に維持することができる。
【００４２】
図２のシステムは電圧制御フロースプリッタとして作用する装置となる本発明の他の好適な実施態様を示す。流体はゲージ圧Ｐ１の供給源１０２から供給され、続いて節点２０２で分岐されて、それぞれゲージ圧Ｐ２及びＰ３の一対の流体出口１０３、２０４まで装置を通過して流れる。Ｐ２及びＰ３は共にＰ１よりも低い。図２のシステムは圧力Ｐ１の流体供給源１０２に流通可能に連通している入口２０６と圧力Ｐnodeの節点２０２に流通可能に連通している入口２０７を有する流れ部材２０５とも呼ばれる第一流れ抵抗を含みうる。圧力Ｐ１の流体供給源１０２と節点２０２の間に圧力推進流れ抵抗、つまりダーシー流れ抵抗をもたらし、節点２０２で達成された最大の利用可能な流量と最大の利用可能な圧力が流路１００の電気浸透流量と適合性があるようにＰnodeの利用可能な圧力と流量を低減するために、第一流れ部材２０５を含めることができる。これは、第一流れ部材２０５の抵抗を流路１００及び入口２０３と出口２０４を有する第三流れ部材２０１の流れ抵抗のある分数又は倍数にすることによって達成される。
【００４３】
ゲージ圧Ｐ２はゼロ、つまり雰囲気圧でありうる。しかし、この実施態様はこの条件に限定されるものではなく、この条件はこの適用例を純粋に例証するためのものにすぎない。第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３は、Ｐ２＝０の場合、
Ｑ３＝ｋ３(ｋ１Ｐ１(１−ｙ)−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)
但し、ｋ≡κＡ／ＬＦ及びｙ≡(ν２／κ２)ｋ２ΔＶ／ｋ１Ｐ１である。
変数ｋは、Ａが有効断面積、Ｌが部材又は流路の長さである各流れ部材又は流路に対する上述の圧力推進流れ抵抗パラメータ又はコンダクタンスとして事実上考えることができる。よって、ΔＶ＝０、よってｙ＝０の場合、第三流れ部材２０１を通る流量は、
Ｑ３＝ｋ３ (ｋ１Ｐ１−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)
の値を持つ一方、この流量Ｑ３（つまり第三流れ部材２０１を通る流量）は、
ｙ＝１−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３／ｋ１Ｐ１
のときにゼロであり、よってこの流量は、電位が
ΔＶ＝(ｋ１Ｐ１−(ｋ１＋ｋ２)Ｐ３)／(κ２／ν２)
の値に設定されるときにゼロである。
【００４４】
第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３は更に高い値の電位を印加することによって負とされうる（つまり、第三流れ部材を通る流れの方向が逆になる）。
第一流れ部材２０５のダーシー流れ抵抗は第三流れ部材２０１を通る流量の所望の範囲と電源１０７によって流路１００に対して最大の電圧が供給されるときに達成される電気浸透流量に基づいて選択される。例えば、第三流れ部材２０１を通る流れを中断する能力が望まれるならば、ＰnodeがＰ３に等しくなければならない。節点２０２の圧力は、Ｐnode＝(ｋ１Ｐ１(１−ｙ)＋ｋ３Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)によって与えられる。よって、第一流れ部材２０５と流路１００の相対抵抗は、流路１００を通る電気浸透流を、第一流れ部材２０５を通る圧力推進流れに等しくなるように設計されなければならない。特定の適用例での流路１００、第一流れ部材２０５及び第三流れ部材２０１に対する相対流れ抵抗の適切な選択は当業者により上に与えた式を用いて即座に決定される。
【００４５】
図３は、図２に示す流れ部材の共通の節点２０２における圧力をモニターするために第一センサ３０１を付加していることを除いて、図２に示したものと同様の実施態様を示す。第一センサ３０１は、共通の節点２０２の圧力、よって流れ部材２０１を通る流量Ｑ３を調節するための検出制御ループの一部としてサーボループコントローラ３０２と共に用いることができる。第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３はまた以下に詳細に記載するように第二センサ３１１を通して直接的又は間接的にモニターしてもよい。このような調節は供給源圧力Ｐ１の変動（例えば圧力Ｐ１を与えるポンプ出力の変動から生じる）を補償するために望ましいであろう。再びゲージ圧Ｐ２がゼロである例を参照すると（繰り返すがこの特定の条件に発明は限定されない）、第三流れ部材２０１を通る流量Ｑ３はＱ３＝ｋ３(Ｐnode−Ｐ３)によって与えられ、ここで節点２０２の圧力は、Ｐnode＝(ｋ１Ｐ１(１−ｙ)＋ｋ３Ｐ３)／(ｋ１＋ｋ２＋ｋ３)によって与えられる。よって、Ｐ１の変動は、節点２０２で一定圧力、よって第三流れ部材２０１を通る特定の流量Ｑ３を維持するように、ΔＶ、よってｙを調節することによって補償することができる。
【００４６】
このようにして達成できる制御は、Ｐ１の圧力が要求された流量を供給するのに充分に高いままであるという条件によって制限される。このタイプのフィードバック制御は当該分野においてよく知られている任意の手段、例えば第一センサ３０１を使用して節点２０２の圧力又は流量の読み取りを行い、電源１０７によって印加される電位を手動で調節する方法；第一センサ３０１で節点２０２の圧力又は流量を測定し、電子的に（又は機械的に）調節可能な電源装置１０７を駆動するアナログ電子（又は機械的）サーボループコントローラ３０２にこの測定値を供給する方法；コンピュータに接続された第一センサ３０１で節点２０２の圧力又は流量を測定し、場合によってはコンピュータに供給される他のデータを考慮する高次補正（例えば流体又はセンサの温度変動の補正）を行いながら、コンピュータを用いて電源装置１０７を調節する方法によって、達成することができる。
【００４７】
サーボループ制御を具備するか具備しない図２及び３に示されたもののような複数の装置を同時に操作して、一つの共通の流体供給源１０２から可変流量の複数の並列供給源を運転してもよい。これらの並列実施装置の出口は必要ではないが同じ圧力の負荷で終了してもよい。同様に、これらの並列装置の流れ抵抗及び移動度係数は必要ではないが同じでもよい。
上述のサーボループは様々な制御入力及び作用出力を用いることができる。例を挙げると、限定するものではないが、第三流れ部材２０１を通る一定流量Ｑ３を提供する目的で、サーボループへの入力を、例えば第三流れ部材２０１を通る差圧（第一センサ３０１及び第二センサ３１１を圧力の測定に使用することができる図４を参照）として、又は第三流れ部材２０１と直列に配設されたある他の受動的圧力損失の差圧として取る。ついでこの差圧からダーシーの法則によって流量測定値が得られる。別法として、流量は、従来から知られている他の手段、例えば限定するものではないが、第三流れ部材２０１の流体出口２０４において又はそれを越えた位置で測定されるタービン流量計、熱対流流量計、ドップラー流量計によって検出することができる。
【００４８】
熱伝達に使用される液体の流量を供給し、これにより、第三流れ部材２０１を通る液体流の結果として温度又は熱流束を制御する目的で、（図４に示されるような）第一センサ３０１及び第二センサ３１１を用いて温度を測定することができ、第三流れ部材２０１を液体熱交換器又はある種の更なる下流の部材の一側に持って行く。温度制御では、サーボループへの入力は熱電対又はサーミスタ又はＲＴＤ又は従来から知られている他の装置でありうる。熱流束の制御では、サーボループへの入力は熱流束センサ又は流体の温度変化又は従来から知られている他の手段からのものでありうる。
【００４９】
ベローズ５０１（図５参照）又はピストン又はダイアフラム又は従来から知られている他の手段へ流体圧を加えることによって機械的力又は変位を加える目的で、第一センサ３０１を用いて、当該分野で知られているようにロードセル（力に対して）又は変位センサからサーボループへの入力信号を発生させることができる。当業者であれば、油圧機械システムが好ましくは圧縮負荷条件下で利用されることが分かるであろう。負荷が自然に圧縮性（例えば重力又はバネ復帰負荷）である場合、単一の流量制御装置を用いて、負荷に対して作用する油圧力を印加し制御することができる。この場合、流路１００に対して電源装置１０７によって印加される電位を減少させ、負荷に対して流量を増加させて負荷に対処する一方、流路１００に対する電位を増加させて、負荷が復帰されるときに油圧アクチュエータからの流体の流量を増大させる。負荷が中立である場合又はアクティブな復元力が必要とされる場合には、二つのそのような流量制御／サーボ装置をプッシュプル構成で使用することができる。
【００５０】
図１から５に示された設計は本発明の幾つかの実施態様を示す。これらの実施態様を当面の問題又は適用態様によって影響される様々な直列及び並列配置で組み合わせることができることは当業者であれば分かるであろう。この点について、図１に示された実施態様はインライン又は直列流量コントローラの形態として考えられ、図２から５に示された実施態様はシャント又はブリード流量コントローラの形態であると考えられる。
【００５１】
図６に示したシステムは二つの流体を共通の流れに合流させるのに有用な本発明の更なる実施態様を示す。一つの可能な応用例として、この実施態様を例証すると、このようなシステムを用いて、グラジエントタイプの高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に使用される二つの試薬又はバッファーの制御した混合を実施できる。上述したように、圧力検出及びサーボ−フィードバック制御の使用を、混合物と出力流量の双方をモニターし、及び／又は制御し、及び／又は調節するために（図６に示されるように）利用することができる。繰り返すが、このシステムと本発明はこの特定の実施例に限定されない。
【００５２】
図６の実施例では、圧力ＰＡ及びＰＢの二つの流体Ａ及びＢの供給源１０２及び６０２が、流体が混合される共通の接合部６１２（センサ６１３によってモニターされるゲージ圧Ｐ３）に流体を供給する二つのシャントタイプコントローラー（入口１０１、２０６、２０３、６０１、６２６及び６０９と出口１０３、２０７、２０４、６０３、６２７及び６１１をそれぞれ有する流れ部材１００、２０５、２０１、６００、６０８及び６２５と、ブリッジ１０８及び６２８、節点２０２、６１０、及び６１２及び節点圧Ｐ２Ａ及びＰ２Ｂをそれぞれモニターする二つのセンサ３０１、６１４を具備）に供給される。この混合物は更にサンプルインジェクタ６１６に、ついで圧力駆動クロマトグラフィーカラム６１７に供給される。これを例証するために、第二及び第四部材１００及び６００のためのクロマトグラフィーカラム６１７と収液リザーバ１０９、６２９の出力圧を周囲圧とする（しかし本発明はこれらの出力圧に限定されないし、これらの出力圧が同じである必要もない）。
【００５３】
本発明のこの態様の目的は流体の組成にプログラムされた変動を与えながらカラム６１７に一定流量を与えることにある。その各供給源１０２及び６０２からの流体Ａ及びＢの流量は、第一、第二及び第三センサ３０１、６１３及び６１４、第一及び第二サーボループコントローラ３０２及び６１５、第一及び第二電源１０７及び６０７、及び定値入力６１８、６１９を含む二つの検出制御ループによって独立に測定されサーボ制御される。流体組成中のプログラムされた変動は一連のステップ変化の形態でもよいし、又は連続ランプの形態（つまり勾配）又は分離技術において知られている他の形態の任意のものでありうる。二以上の流体供給源を必要とする適用例では、アテンダント流量コントローラとサーボループを組み合わせて、更に複雑な又は広範囲の流体組成変動のためにあてがうことができる。このような構成装置を流体の共通の供給源から同時に運転して複数の分離を並行して実施することができる。
【００５４】
これを例証する目的で、分離カラム６１７のヘッドのサンプルインジェクタ弁６１６に接続されたサンプルループ６２１を通してのサンプルの注入を、ＨＰＬＣ技術において知られている手段の任意のものによって（例えば特殊なサンプル注入弁、例えば６１６によって、あるいは多孔質媒体を通しての電気浸透／電気泳動注入によって）実施する。これを例証する目的で、分離の最終用途をＨＰＬＣ技術において知られている最終用途（例としては、例えばレーザ誘導蛍光、光吸収、屈折率又は電気化学ポテンシャルを測定する検出器６２０による検体検出；分離成分の収集；質量分析計又はＩＣＰ又はＮＭＲスペクトロメータへの入力；ＨＰＬＣ又はＬＣ又は電気クロマトグラフィーによる次の段階の分離への入力；又は分取ＨＰＬＣ）の任意のものとできる。
【００５５】
図７及び８は図３に示されるシャントタイプの流量コントローラ構成装置を用いた流量制御の例を示す。流れ部材は０．６ｍｍの直径の非多孔質シリカビーズを充填した１５０ミクロンの内径のシリカキャピラリーセグメントから製作した。流れ部材、圧力トランスデューサ及び圧力供給源を一般的な小型ＨＰＬＣ継手を用いて接続した。
図７−１０は横軸に時間（分）を、縦軸に圧力（ｐｓｉ）をプロットしたものである。
図７に示されたデータは圧力供給源として市販の「ネジ調整」型シリンジポンプを用いて生成した（推進圧曲線（ライン７００）のリップルがシリンジポンプによってつくり出されるよく知られた圧力変動に対応する）。時間ｔ＝０でコントローラを、約２２５ｐｓｉの設定値でスイッチを入れて作動させた。制御された圧力のトレース７０１によって示されているように、ｔ＞２．５分までに設定値が達成された。残りの試験では、シリンジポンプの供給量を数回変化させ、推進圧７００に変化を生じさせたが、つくり出された推進圧７００の変化は制御された圧力７０１の２％未満の変動であった。トレース７００中の明らかな推進圧の変動を流量コントローラによって効率的に除去したので、制御された圧力トレース７０１には存在しない。
【００５６】
図８に示されるデータはまた市販の「ネジ調整」型シリンジポンプを用いて生成した。再び、ｔ＝０でコントローラを作動させ、約２２５ｐｓｉの設定値の制御された圧力８０１を速やかに達成した。この例では、推進圧８００が増加させられた後、シリンジポンプの作動が停止され、所定の時間にわたって推進圧８００が減少した。約１９０分までに推進圧８００は約２４０ｐｓｉまで低下する一方、コントローラは約２２５ｐｓｉの設定値の制御された圧力を維持した。このようにして、設定値圧より僅かだけ大きい推進圧で制御が達成された。図８に示す上側のトレース８０２は流量制御部材を通る電流を示している。
【００５７】
図９は伝統的なＨＰＬＣポンプによって駆動されるナノボアキャピラリーシステムからの圧力データを示している。ＨＰＬＣポンプの流量はトレース９００によってモニターされ、ポンプの出力圧が１５０ｐｓｉの瞬時過渡現象を生じるマイクロシステムでは不安定であることを示している。カラムヘッドにおける圧力トランスデューサの出力はトレース９０１によって示されている。流量コントローラを作動（およそ６０分から１２０分）させることによって、カラムへの圧力と流量を正確に制御することが可能になる。流量コントローラが作動する範囲にわたって、６５０ｐｓｉの設定値についての２乗平均平方根（「ＲＭＳ」）圧力変動は１．７ｐｓｉである。８．５ｎＬ／秒のカラム流量では、これは０．０２ｎＬ／秒の流量ＲＭＳ変動に相関する。
流量コントローラの設定値は推進圧より少ないほぼ任意の値に変化させることができるので、二又はそれ以上の流量コントローラを組み合わせて、マイクロスケールの分離に使用できる速く正確で再現性のある勾配を達成しうる。単一の圧力供給源を用いて勾配に使用される異なった流体の全てを推進することができる。流量コントローラがマイクロスケールの装置であるので、複数の並列配置で操作するのに適合している。
【００５８】
図１０は、トレース１０００（水）及び１００１（アセトニトリル）に示されている水／アセトニトリル勾配を生じるようにプログラムされた、図６に示されたシステムのようなデュアル流量コントローラシステムの性能を示している。トレース１０００及び１００１は図６に示された節点２０２及び６１０で測定された圧力に対応する。６の勾配が図において繰り返され、およそ３、１２、２１、３０及び３９分に始まる。水とアセトニトリルは共に３分の勾配にわたってその最初から終わりまでの圧力まで数百ｐｓｉ傾斜し、ナノボア分離カラムのヘッドのミキシングティーまで送られる。勾配は、流体がナノボア分離カラムに送られる速度を制御しながら混合された流体の組成を変化させる。勾配の出発条件は１分未満で再樹立できる。このシステムでは、単一の手動操作ポンプが推進圧をもたらす。流れの大部分がＨＰＬＣ中に直接入る；廃液は非常に少ししか生じない。分離カラムの流量は質量分析計への直接の供給に適合している。これはナノボアＨＰＬＣシステムに速い勾配を迅速かつ再生可能に生成するデュアルフローコントローラシステムの能力を立証している。
【００５９】
上で述べたように、閉流路中に通電電極が存在すると望ましくない悪影響が生じうる。ブリッジは電流をなお提供しながら流路から電極を取り除く一方法を提供する。また上で述べたように、ゼータ電位は流体組成とｐＨの関数である。このように、任意の与えられた流量制御多孔質部材が、ある限られた範囲の流体条件下で操作されうる。図１１は閉流路から電極を除去し、操作条件の範囲を増大する方法を共に提供する本発明の実施態様を示す。
図１１では、第二流量制御部材流路１００は並列な二つのそのような流路１００及び１１００に置き換えられている。二つの流路１００、１１００の流体出口１０３、１１０３は、共に供給源１０２の圧力Ｐ１より低い終圧Ｐ２の別個の流体リザーバ１０９、１１０９に導かれる。電源装置１０７からの電力がリザーバ中に電極１０５、１０６を通って供給される。ついで、電流は電源装置１０７から一方の流路（例えば１００）を通って、また他方の流路（例えば１１００）を逆に通って電源装置１０７まで運ばれる。流路の共通の流体接続点である節点２０２がついで任意の電圧（必ずではないが好ましくはシステムアース）に維持されうる。流路１００及び１１００は電気浸透流を支援するのに充分に大きな孔径を有する異なったゼータ電位多孔質誘電材料１０４、１１０４を具備する。この構造は流路の一方が電気浸透流を支援するには小さ過ぎるが電流を運ぶにはなお充分に大きい孔径を有する材料を含むという制限のブリッジの場合に帰着することに留意のこと。
【００６０】
例えば、流路１００内の材料１０４はｐＨ３の名目等電点を持つシリカであってよく、流路１１００内の材料１１０４はｐＨ９．２の等電点を持つアルミナであってよい。更なる例として、材料１０４はスルホン酸基（ｐＨ１．５の名目等電点）を示すように改変され得、媒体１１０４は第４級アミン（ｐＨ１４より高い名目等電点）を支持するように改変されうる。二つの材料の等電点の間のｐＨを持つ流体の場合は、一方の流路を通る電気浸透流は供給陽極に向かい、他方の流路を通る電気浸透流は供給陰極に向かう。ついでこれは単一の流路を使用して支援されるよりもより広い範囲のｐＨ条件にわたって流れ、よって流量制御をもたらし、同時に、閉流路１００、１１００から通電電極１０５、１０６を除去する。
【００６１】
特定の例として、流路１００及び１１００中の材料１０４、１１０４がそれぞれシリカ及びアルミナであると考える。ｐＨ３を持つ流体では、シリカが満たされた流路１００は無視できるゼータ電位を持ち、よって電気浸透流を提供しないが、それでもなお電流を運ぶ。アルミナが満たされた流路１１００はｐＨ３の流体では高い正のゼータ電位を持ち、よって（供給陽極に向かう流路の共通の接続点２０２から）流量制御に必要とされる電気浸透流をもたらす。ｐＨ９を持つ流体では、役割が逆転し、シリカが高い負のゼータ電位を示す一方、アルミナが無視できるゼータ電位を持ち、よって電気浸透流が、供給陰極に向けての流路の共通の接続点２０２から、シリカが満たされた流路１００を通過する。ｐＨが３から９の流体では、流路１００及び１１００は共にある程度の電気浸透流を供給し、よって流量制御を達成する能力に寄与する。
【００６２】
これまでに記載された本発明の実施態様におけるアクティブな部材としての任意の与えられた材料の使用は、使用されうる液体の範囲を制限する物ではないことは明らかである。例えば、多くのタンパク質及び小分子のクロマトグラフィーは酸性流体条件下で実施される。しかしながら、シリカは酸性条件下では実施できない。よって、これまでに記載した本発明の実施態様は異なったｐＨ範囲で作動する動電学的にアクティブな材料を変えることを必要としうる。
とにかく、流量コントローラのダイナミックレンジはアクティブな部材の有効孔径の二乗を減少させ、ゼータ電位を増加させることによって増大させられる。これまでに記載された実施態様のダイナミックレンジは、特定の流体と適合性がある材料を使用することが必要であるので、望まれるほど大きくはないであろう。
【００６３】
次の実施態様は更に多くの範囲の液体と関連して使用されうる。次の実施態様の主たる適用例はよって作動流体が分離のタイプに影響を受けるクロマトグラフィーに対するものである。
図１２に示された実施態様は、それ自体では動電学的なアクティビティを支援しない作動流体と関連して使用することができる。圧力Ｐ１の供給源１０２からの作動流体１２０３は第三流れ部材２０１を通過して、それぞれ第一及び第二流れ部材２０５及び１００との接続点２０２まで流れる。圧力Ｐ１Ａの第二圧力供給源１２０１からの第二流体１２０４は第一流れ部材２０５を通過してまた接続点２０２まで流れる。第二流れ部材１００は動電学的にアクティブであり（つまり、部材がゼータ電位を示し、外部電位が部材に印加される）、Ｐ１及びＰ１Ａより低い圧力Ｐ２の終端１２０５までそれぞれ二つの流体１２０３及び１２０４の混合物を運ぶ。図１２に示される構造は直列モード配置と称することができる。
【００６４】
圧力Ｐ１Ａで供給される第二流体１２０４は作動流体１２０３とは必ずしも同じではない。むしろ第二流体１２０４は作動流体１２０３と混合されてｐＨ又はイオン強度又は流体組成を変更するものであり、よって動電学的にアクティブな第二流れ部材１００の適切な操作を提供する。
Ｐ２ゲージに対する圧力を再び測定する場合、第二部材１００を通る流量はＱ２＝ａｋ２Ｐ１＋ｋ２Ｐ'であり、ここでＰ'は接合部２０２の圧力であり、ａの符号は、電気浸透流が第二部材を通る圧力推進流と同じ方向になるように構成される。ａの符号は、印加される電位の符号とゼータ電位の符号を、積が正になるように選択することによって正にされる。
【００６５】
第三部材を通過する流量は、
【数１】
によって与えられ、ここでｘ＝Ｐ１Ａ／Ｐ１である。
一群の条件が部材のコンダクタンスの選択を導くために課せられうる。課せられうる二つの条件はａの全ての正値に対してＱ１及びＱ２の両方を正に維持するように１＋ｋ２／ｋ１＞ｘ及び１＋ｋ２／ｋ３＞１／ｘと設定することである。更なる条件は、あるとすれば、第三部材を通る流量の範囲に対する要求によって導き出され得；最小は印加電位ゼロで、よってａ＝０であり、最大はゼロの接合部圧で、よってＱ3max＝ｋ３Ｐ１である。接合部圧力がゼロである場合、ａ＝(ｋ３＋ｘｋ２)／ｋ１である。
【００６６】
更なる条件は、第二部材に高性能動電学に適した性質を有する混合物を生じる第一及び第三部材を通る流量を必要とすることによって誘導されうる。二つの流体の混合は第一及び第三部材を通る流量の比によって特徴付けることができ、Ｑ１３＝Ｑ１／Ｑ３であり、
【数２】
によって与えられる。
当業者であれば、他の設計条件が与えられた場合、自分自身の知識とこの明細書の開示を考慮して、流れ部材パラメータの他の群を選択し最適化することに困難はない。
【００６７】
次の例は例証目的のみのものであり、発明を限定するものとみなしてはならない。作動流体は約２．５のｐＨを生じる１０ｍＭの水性トルフルオロ酢酸「ＴＦＡ」でありうる。この例では、第二部材はアクティブな材料としてシリカ、特に中性から塩基性条件下でボルト当たり５ｐｓｉを越える性能を生じる名目０．６ミクロンの非多孔質シリカビーズの充填を利用する。シリカは約２．５のｐＨにおいてゼータ電位を示さないか少ししか示さない。第二流体は１００ｍＭの水性イミダゾールと、ｐＨが約７．１５の弱塩基及び１ｍＭのＨＣｌの混合物である。ＨＣｌは必須ではないが、純粋な第二流体さえ運転させる第二部材の操作を保証するために添加される。
【００６８】
第二流体に入る流体のｐＨは、Ｈイオン濃度、つまりＣＨについて、
【数３】
を解くことによって、よく確立された関係式を使用して推定することができる。ここで、ＣＴＦＡ、ＣＩＭＤ及びＣＨＣｌは第一及び第二流体中のＴＦＡ、イミダゾール及びＨＣｌの濃度であり、ＫＷ及びＫＩＭＤは水及びイミダゾールのそれぞれに対する平衡定数である。
例証のためで、本発明の作用範囲を限定するものではないが、Ｐ１＝Ｐ１Ａの場合、よってｘ＝１の場合、流量比はａの全ての値に対して、Ｑ１３＝ｋ１／ｋ３である。ｋ３の２５％であるｋ１の値を用いる設計により、シリカから高性能の動電学性を生じる条件である第二部材１００の入口１０１の約ｐＨ７．２に作動流体を緩衝する混合物が得られる。更なる利点は、酸性液体中の高移動度Ｈイオンが第二部材１００を流れる液体中の有意に低い移動度のイミダゾールイオンによって置き換えられているので、液体混合物の伝導度が大幅に低減される点にある。
【００６９】
ｐＨの関係を調べることにより、約７より大きいｐＨ値を得るには積ＣＩＭＤＱ１３の値はＣＴＦＡより約２倍大きくなければならないことが理解される。よって、Ｑ１３の小さい値を使用することを可能にするために第二流体において濃縮弱塩基（作動液体の酸濃度よりも実質的に高い濃度）を用いることが好ましい。明らかに、非常に低い平衡定数の強塩基又は弱塩基を用いることができるであろう。しかし、濃縮形のこれらは材料を損傷するかもしれない高ｐＨの第二液体を生じる。例えば、１ｍＭのＨＣｌ及び１００ｍＭの水性トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン「ＴＲＩＳ」又はイミダゾールでは、ｐＨ値はそれぞれ約１０．４又は９．１５である。濃縮ＴＲＩＳのｐＨはシリカの解離を促進させるのに充分に高い。一方、シリカは約９．５未満のｐＨ値ではかなり安定しており、イミダゾールを実施可能な候補にする。他の弱塩基を等しく用いることもできる。
【００７０】
複数の流体が使用される本発明の先の実施態様のような流量コントローラシステムは次の利点の一又は複数を有しうる：
（ａ）単一の電気浸透的にアクティブな部材を使用して広範囲の流体組成及び流体条件で運転する能力。第二流体の組成は異なった作動流体に対処しうるが物理的装置／システムへの変化は必要とはされない。
（ｂ）電気浸透流に適していない作動流体を用いる能力。作動流体と第二流体の混合物は電気浸透流を支援する。よって、潜在的な「作動」液体の数は既に検討したものを含むが、また有意に増加される。作動液体は好ましくは第二液体に混和性でありそれに反応性ではない。例えば、ベンゼン、置換ベンゼン、長鎖脂肪族化合物ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、及び四塩化炭素は相対的に低い誘電率及び／又は双極子モーメントを有し、よって動電学的流れを支援しない。しかし、これらは例えばイソプロピルアルコールに混和性であり、混合物は動電学的流れを支援することができる。
【００７１】
（ｃ）更に多くの数の作動流体に対して動電学的にアクティブな部材としてシリカを用い、よって高動電学的性能を有する良好に特徴付けされ広く利用され容易に形成される材料を利用する能力。
（ｄ）材料の化学的安定性及び高性能をもたらす液体条件下で他の高性能のアクティブな材料（例えばある種のポリマー又は他の金属酸化物）を使用する能力。
（ｅ）タンパク質及び小分子のＨＰＬＣにおいて緩衝液を流すのにしばしば使用される、低い作動流体ｐＨ値で負のゼータ電位材料としてシリカを用いる能力。
（ｆ）よく定まった範囲のｐＨにわたる動電学的操作で、多価イオンを有する液体での予想可能な操作とそれに対する許容性を付与するもの。
【００７２】
（ｇ）高イオン強度、よって高電気伝導度の作動流体を使用する能力。ゼータ電位、よって性能は、作動流体のイオン強度の増加と共に減少し、電力損失、よってジュール加熱が増加する。そのような場合、第二流体は好ましくは低イオン強度（名目的に０．１から１ミリモル）であり、好ましくは比較的低い比導電率の塩又はバッファーを含むものが選択される。二流体の混合によりアクティブな部材中の流体の伝導率が低減され、ゼータ電位が増加し、ジュール加熱が減少する。使用することができるイオン性流体の強度には絶対的な制限はない。任意のイオン強度の流体を、動電学的流れを支援するのに充分に希釈することができるようにシステムを設計することができる。しかしながら、作動流体のための最大流量は割合がそのイオン強度まで減少する。
【００７３】
（ｈ）純粋な溶媒作動流体を使用する能力。ある程度のイオン含量が合理的な電気浸透性能を達成するために必要となる。純粋な溶媒はよって、特に電荷層がオーバーラップする問題のために小孔径の媒体においては劣った電気浸透流体である。そのような場合、第二流体は好ましくは中程度のイオン強度（例えば１０から１００ｍＭ）となるように選択される。二流体の混合により高性能の動電学性のために必要なイオン含量が得られる。
（ｉ）純粋な有機作動流体を使用する能力。多くの場合、適切なイオン含量を持つものでさえ、純粋な有機溶媒は、更に少ないパーセントの水を含む同じ溶媒よりも顕著に低い動電学的性能をもたらす。そのような場合、第二流体は好ましくは水性であり、中程度のイオン強度を有する。二流体の混合により、高性能の動電学性のために必要な水含有量が得られる。
【００７４】
シャントモードの構成の他の別の実施態様が図１３に示される。図１３の第一、第二及び第三部材２０５、１００、及び２０１は、それぞれ、図１２の第一、第二及び第三部材２０５、１００、及び２０１と同じ役割を果たす。作動流体１２０３は圧力Ｐ１で第四流れ部材６０８の入口６０９に供給される。第四流れ部材６０８の出口６１１は第二接続点６１０で第三流れ部材２０１の入口２０３と第五流れ部材６２５の入口６２６に接続される。第二流体１２０４は圧力Ｐ１Ａで第一流れ部材２０５の入口２０６に供給される。第一流れ部材２０５の出口２０７は第一接続点２０２で第二及び第三流れ部材１００及び２０１にそれぞれ接続される。第二流れ部材１００は動電学的にアクティブであり、Ｐ１Ａ及びＰ１より低い圧力Ｐ２のリザーバ１２０５で終わる。第二流体１２０４は接続点２０２で作動流体１２０３と混合され、コントローラの許容可能な電気浸透性能を提供する混合物を生じる。第五流れ部材６２５は、Ｐ１Ａ及びＰ１より低い圧力Ｐ３の例えばクロマトグラフである終点１３０１で終わる。目的は第五部材６２５を通る作動流体１２０３の流量を制御することである。
【００７５】
それぞれ第一及び第二接続点２０２及び６１０の圧力であるＰ'及びＰ”は、
【数４】
の解によって決定され、ここで、これらの関係は一般性を失わないでＰ２ゲージ圧に対して表される。幾つかの条件が流れ部材の様々なコンダクタンス間の関係を支配又は示唆する。
多くの適用例に対して、特に化学分析において、目標は第五部材６２５を通って流れる流体の汚染を避けることである。そのような場合、好適な設計では、流れコンダクタンスは流れを第三部材２０１を通って第二接続点６１０から第一接続点２０２まで向けるように選択される。これには、ａの全ての正の値に対して、
【数５】
となることが必要である。この不等式が少なくとも１．２倍、より好ましくは２から３倍大きくなることが好ましい。より高い値は、成分部材の部分対部分の変動によるシステム対システムの性能変動を最小にする傾向がある。
【００７６】
加えて、第三部材２０１は、第二流体１２０４が第五部材６２５を通って流れる流体を汚染するのを防止するために使用できる。これはできるだけ少ないヘッドロスの場合に好ましくなされる。よって、第三部材２０１のコンダクタンスは好ましくは他の部材のそれよりは更に大きい。好ましくはｋ３は他の部材のコンダクタンスの少なくとも１００倍、より好ましくは約１０００から５０００倍大きい。
【００７７】
好ましくは、それぞれ第一及び第三部材２０５及び２０１を通る流量の比が設定され、それによって第二部材１００に到達する混合物中の二流体の比が設定される。ついでこの比から、ｐＨや希釈量のような、動電学的性能に影響を及ぼす流体の性質を計算することが可能になる。Ｐ１Ａ＝Ｐ１（この等式はここでは例示のために課せられるもので本発明の一般的な作用又は利用性を制限するものではない）の場合、
【数６】
【００７８】
場合によっては、例えば流量コントローラは、第五部材６２５に対する入口６２６に利用できる最大圧が、第五部材を通して最大又は最小の流量が、及び／又は第五部材の最大のコンダクタンスが得られるように設計されうる。上述のようにして決定されたコンダクタンスが与えられると、第五部材を通る最小流量を設定することによりａの最大値が得られる。
特定の実施例では、Ｐ１Ａ＝Ｐ１で、作動流体１２０３は１０ｍＭの水性ＴＦＡであり、第二流体１２０４は５００ｍＭの水性イミダゾール及び３ｍＭのＴＦＡであり、第二部材１００であるアクティブな部材には名目上０．６ミクロンの非多孔質シリカ粒子が充填されている。第三部材２０１を通る正の流れに対しては、ｋ２ｋ４＞ｋ１ｋ５である。式を調べると、最も酸性のｐＨを生じる条件である混合物に加えられる第二流体１２０４の最も低い割合が、第一接続点２０２にゼロのゲージ圧を生じる印加電圧を第二部材１００に生じさせることが明らかになる。この限界において、流量の比は次の通りである：
【数７】
【００７９】
Ｐ３＝０のこの実施例での設計選択は、それぞれｋ１からｋ４に対して約０．１９、０．１４、３０００及び２．７の、ｋ５の値に対するコンダクタンス値を示唆する。全集合は第五部材６２５を通過する流量の要求に合致するようにスケール変更できる。これらの値で、第三部材２０１を通過する正の流れに対する条件は十分に満たされる。それぞれ第一及び第三部材２０５及び２０１を通過する流量の比は操作範囲全体にわたって約７．２より大きい第二部材１００の入口１０１にｐＨ値を生じるのに充分であり、よってシリカでの高性能な動電学性を提供する。この値群はまた第五部材６２５の入口６２６に作動流体供給源圧力の約７０％の最大値を提供する。
図１３に示された実施態様では、第二流体１２０４と作動流体１２０３を第一接続点２０２で組み合わされ、第二部材１００内に直接流れる。これは二流体１２０３及び１２０４のかなり完全な混合を確実にするのに充分な滞留時間をもたらさないかもしれない。ある量の混合が、より高い電気浸透性能を得るためには好ましい。
【００８０】
図１４に示された実施態様では、第二流体１２０４と作動流体１２０３が第三接続点１４０１で組み合わされる。ついで組み合わされた流体は、入口１４０５と出口１４０７を持つ第六部材１４０３を通って、第二部材１００の入口１０１まで流れる。第六部材１４０３における組み合わされた流体の有限の滞留時間は二流体１２０３及び１２０４の混合を促進する。
流れは「クリーピング」又は「ストークス」限界にある。このように、二流体の側方混合は拡散による。よって、第六部材１４０３の長さは好ましくはＱ６／２πＤより、実質的に大きい、より好ましくは少なくとも１０倍、最も好ましくは１００倍から５００倍である。第六部材１４０３が円形断面形状ではない場合には、「直径」には好ましくは非円形形状の外径が取られる。
【００８１】
この混合を促進させるために別法を用いることができる。例えば、撹拌を増大させるのに役立つ構造、例えば当該分野でよく知られているパッシブ又はアクティブミキサー１４０９を第六部材１４０３内に含めることができる。
一対の圧力センサ３０１及び３１１が第五部材６２５を通る流量を決定するために配設される。ついで、これらの信号はアクティブな部材に対する電位をアクティブに調節することにより流量を制御するためのサーボ・ループの一部として用いることができる。
多くの事象が明らかな圧縮性（圧力変化に対する部分的体積変化）をシステム中に導入し得、よって流量と流れの方向に影響を及ぼす。そのような事象は電気浸透システムに限られるものではなく、限定されるものではないが、気体の泡の存在；流体の等温圧縮；及びセンサダイアフラムの撓みが含まれる。
【００８２】
システムの最初の加圧のときに生じるかもしれないような、大幅な圧力変化の間、明らかな圧縮性の存在、例えば第五部材６２５の入口に直接接続されたセンサが図１３に示された実施態様の第三部材２０１を通過する流れの方向を一時的に変えうる。そのような一時的な流れの逆転は第二流体１２０４で第二接続点６１０を一時的に汚染しうる。
最初の加圧時に、第二流体１２０４は第一部材２０５を通って流れた後、いくらかが第三部材２０１を流れて接続点６１０の圧縮性容積を満たしうる。これらの流れは、センサ容積が加圧されるまで続き、その後、第三部材２０１を流れる全体の流れは第二接続点６１０から第一接続点２０２まで向けられる（正の流れ）。
ｋ３が他の流れ部材のコンダクタンスよりも実質的に大であるように選択される場合、起動の過渡期において第三部材２０１が正しい流れ方向になるようにするには、α３／ｋ１は好ましくはα２／ｋ４より大きく、より好ましくはα２／ｋ４より少なくとも２倍大きく、最も好ましくはα２／ｋ４より５から１０倍大きい。ここで、α＝θｖであり、ｖは接続点プラス任意の付随容積又はセンサの内部容積、θは容積内の見かけの圧縮率の合計、α２及びα３は第二及び第三接続点に付随するα値である。α／ｋの比は時間の次元を持っており、電子回路におけるＲＣ時定数と同じように時間応答性を反映することが理解される。
【００８３】
より速やかなシステムの時間応答を得るためにシステム全体にわたってα値を最小にすることが一般には好ましい。よって、α３を大きくすることによって上記の条件を満たすことは好ましくなく、むしろ、ｋ４＞ｋ１を選択することと組み合わせてα２を小さくすることが好ましく、後者は第三及び第六部材２０１及び１４０３をそれぞれ通る正の定常状態流に対する要件と完全に一致している。
加圧過渡状態において第三及び第六部材２０１及び１４０３をぞれぞれ通る正の流れを確保する別の方法には、限定されるものではないが、次のものが含まれる：
（ａ）システムの加圧中に、圧力Ｐ１Ａより前に圧力Ｐ１を開始し、システムの減圧中に、圧力Ｐ１を除く前に圧力Ｐ１Ａを除く；
（ｂ）Ｐ１とＰ１Ａが同じ圧力供給源から誘導される場合、第一部材の加圧を遅らせるアキュムレータとして作用する圧縮性容積が、２０６の入口において第一部材２０５に加えられうる；
（ｃ）第一アキュムレータ１４１１として作用する圧力トランスデューサを用いて、第二接続点に、第二アキュムレータ１４１３として作用する圧縮性容積を導入し、第三接続点で適切なα値を提供する；
（ｄ）第二接続点の圧力トランスデューサを用いて、第二から第三接続点まで流れを向ける逆止弁を導入する。
【００８４】
正の流れを確保するこれらの方法は電気浸透システム並びに電気浸透活性を持たないシステムに使用されうる。
これまでに示された装置は単一の活性部材１００を用い、活性部材に達する混合物中の流体比を受動的に制御するためにコンダクタンスの賢明な選択に依存する。他の成分コンダクタンスと推進圧のアクティブな制御は自由度を付加し設計の拘束条件を緩くすることができる。図１５はシャントモードの流量コントローラの一部として直列の二つの動電学的にアクティブな部材を示している。
【００８５】
混合を伴うシャントモードコントローラに対して、式を調べると、比Ｑ１／Ｑ３の最も低い値は第一接続点２０２の圧力が最も低い値のときに生じることが明らかになる。図１３に示されているもののような混合システムに含まれた図１５のシャントモードのコントローラを考える。本発明を限定するものではなく、例証のためであるが、第一接続点２０２における最も低い操作圧をゼロとし、圧力Ｐ３をゼロとし、Ｐ１ＡをＰ１に等しくする。ｋ３が他のｋ値よりも大幅に大きい限界において、流量比はそのときＱ１／Ｑ３＝(１＋ａ１ｍａｘ)ｋ１／ｋ４であり、ここでａ１ｍａｘは第一接続点２０２においてゼロ圧に達するのに必要な電圧での第一部材２０５に対するａ１値である。第三部材２０１を通る正の流れに対する条件（この例で考えられた場合に対する）はｋ２ｋ４＞ｋ１ｋ５であり、一般にダイナミックレンジを考慮するとｋ５より少ないかおよそｋ５に等しいｋ２値を生じる傾向がある。よって、流量の有限比をもたらす必要性は、この例では、ｋ１／ｋ４の有限値を必要とする一方、第三部材２０１を通る正の流れに対する条件はこの例ではｋ１／ｋ４の値を減じることを必要とする。ａ１ｍａｘの有限の正値を用いて流量比を増強することができ、よってｋ１とｋ４の相対値についてこれらの反対の条件を満たすことが可能になる。ａ１の値がａ２の値より少なく、好ましくは５から１０倍少ないことが好ましく、さもないと第一部材２０５を通る電気浸透流が第二部材１００を通るものに打ち克ち、システムは第五部材６２５を通る流量を制御することができない。
【００８６】
図１５（ａ）において、二つのアクティブな部材１００及び２０５はそれぞれ、直列に電気的に接続されている別個の電源装置１０７及び１５０１を有している。従って、各電気浸透的流量は独立に制御される。この制御は場合によっては供給電流を測定して又は様々なセンサ入力を使用して増強される様々なアルゴリズムを用いることができる。
図１５（ｂ）では、単一の電源が、共通の電流が、直列に電気的に接続される二つの活性部材１００及び２０５をそれぞれ通して運ばれるように用いられる。この構成では、ａｋＰ１＝ｓＩであり、ここでｓ＝ｖ／σであり、σは存在する任意の多孔質媒体によって変更される流体の電気伝導度であり、Ｉは電流である。共通の電流では、ｋ１ａ１／ｋ２ａ２＝ｓ１／ｓ２である。ａ２より小さいａ１とするための要件は第二部材１００のものについて適切なゼータ電位を生じるような材料を第一部材２０５に選択することによって満たすことができる。
【００８７】
複数のアクティブな部材を有する流量コントローラは明らかにされた流体混合構造の観点から記載した。しかし、そのようなアクティブな制御スキームはまた単一の流体を持つ流量コントローラシステムの実施態様及び複数の流体供給源を持つ他のフローコントローラシステム実施態様において増加した操作範囲に適用可能であり、それを提供可能である。
図１６は、第六及び第七流れ部材１６０２及び１６０７がそれぞれ、圧力Ｐ１及びＰ１Ａよりも低い圧力Ｐ２Ａの排液管路１６０１及び圧力Ｐ１Ａで供給された第二流体１２０４の供給源１２０１の間に直列に接続されている受動的な設計を示す。第一部材２０５の入口２０６は第六及び第七部材１６０２及び１６０７それぞれの共通の接続点１６１０に接続されている。この組合せにより、第一部材２０５の入口２０６の圧力を抵抗分圧器を使用する場合に非常に類似した形で第二流体供給源圧力から減じることが可能になる。この構成は、異なった圧力を持つ二つのシステムを駆動するために単一の圧力供給源を使用することが望まれる場合に有用である。
【００８８】
あるいは、第六部材１６０２は動電学的にアクティブでありうる。この構成により、第六部材１６０２に印加される電位を変化させることによって接続点１６１０の圧力が変調される。この実施態様の二つのアクティブな部材は好ましくは各電気浸透的流量を独立に制御することを可能にする別個の電源装置を有している。この実施態様は場合によっては供給電流を測定し又は様々なセンサ入力を使用することにより様々なアルゴリズムを使用することができる。
これまでに記載された複数の流体と関連して使用される流量コントローラの実施態様では、作動流体は動電学的活性を支持する第二流体と混合される。しばしば、作動流体は他の流体とは混合しないことが望ましい。
図１７に示された実施例は、これがその場合に使用できる。ある分量の作動流体１２０３がしばしば流体ストレージ部材又はカートリッジとも称される第五部材６２５の容積内に保存される。作動流体１２０３は、第三部材２０１を通して供給される第二液体１２０４と第五流体６２５内の作動流体１２０３を置き換えることにより、第四部材６０８を通過した後、終点１３０１まで供給される。作動流体１２０３の流量はよって第三部材２０１を通して第二液体１２０４の流量を制御することによって制御される。
【００８９】
第一、第二及び第三部材２０５、１００及び２０１はそれぞれシャントモードの電気浸透流量コントローラを構成する。この第二液体１２０４は作動流体１２０３と必ずしも同じではなく、第二部材１００におけるゼータ電位の生成を支持するように選択される。この構成では、作動液体は第二液体と混和性である必要はないので、潜在的な作動液体の数は劇的に増加する。混合物も動電学的流れを支持する必要はないものではない。しかしながら、好ましくは、作動液体は第二液体と反応性ではない。
作動流体には、限定されるものではないが、既に列挙された作動流体の全て、油、油圧流体、気体、スラリー（つまり、粒子状物質を含む液体）、エマルジョン、冷媒、ＣＦＣ、超臨界液体又はそれらの混合物が含まれる。
【００９０】
図１７のシステムは第五部材６２５内に保存された作動流体１２０３の量によって制限される操作時間(time-of-operation)を有する。この操作時間は第五部材６２５内での二流体１２０３及び１２０４の混合によって減少させることができる。このためには、第五部材６２５における流れが層流であり第五部材６２５の幾何構造が部材長さ、つまり微小穴管路の長さよりも大幅に小さい油圧径に対して選択されることが好ましい。ハイドロリック径が、一流体から他の流体への拡散係数の２倍によって割られた平均流速とハイドロリック径の積にほぼ等しい、０．５から２０のオーダーの小さい値のペクレ数を生じるように選択されることが更に好ましい。液体ストレージ容積としての微細穴管路の使用と液体を分配する手段としての流れ内に挿入されたそのような管路の使用はよく知られており、液体クロマトグラフィー技術において広く使用されている。例えばA. Weston及びP.R. Brown, HPLC and CE: Principles and Practice, Academic Press, San Diego, CA, 1997, pp.83-84を参照のこと。このタイプの流れと幾何構造において混合の程度を評価し混合を制御する詳細は機械工学技術においてよく知られている。例えば、V. Ananthakrishnan, W.N. Gill及びA.J. Barduhn, 'Laminar Dispersion in Capillaries, Part 1. Mathematical Analysis,' AIChE J. Vol.11 pp.1063-1072 (1965). G.I. Taylor,'Dispersion of a solute flowing through a tube,' Proc. Roy. Soc. (London) Vol. 219A, pp.186-203 (1953). R.Aris, 'On the dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube,' Proc.Roy.Soc. (London) Vol.235A, pp.67-77 (1956). P.C. Chatwin及びP.J. Sullivan 'The effect of aspect ratio on the longitudinal diffusivity in rectangual channels,' J. Fluid Mech. Vol. 120, pp.347-358 (1982). M.R. Doshi, P.M. Daiya及びW.N. Gill,'Three dimensional laminar dispersion in open and closed rectangular ducts,' Chem. Eng. Sci. Vol 33, pp.795-804 (1978)を参照のこと。
【００９１】
図１７の第五部材６２５は、第五部材のフラッシングと作動流体１２０３の補充を可能にするように流れ回路の内外へ第五部材を切り替える手段として何れかの端部に弁装置を備えていてもよい。図１８は弁１８０１構造を示す。弁１８０１はロータリバルブ又は独立した弁の集合又は従来から知られている任意の他の構成でありうる。弁１８０１は一又は二又はそれ以上のストレージ容積を含み得、一を越える流量コントローラに類似の作用を提供するように連動されていてもよい。
図１８に示された実施態様では、二の作動流体ストレージ容積６２５及び１６０２は弁１８０１と操作を関連させている。これらの二つの部材６２５及び１６０２は同一である必要も同じ内部容積を持つ必要もない。これらの二つの部材６２５及び１６０２における作動流体１２０３は同じである必要はない。
【００９２】
第三部材２０１を通る流れは第五部材６２５を通り、ついで第四部材６０８を通るように方向を決められる。第六部材１６０２は作動流体１２０３の排液路１８０４と供給源１８０３の間に接続されていることが示されている。この構成では、第五流体６２５からの作動流体１２０３は第四部材６０８の入口６０９に供給される一方、第六部材１６０２は洗い流され、新しい作動流体１２０３が満たされる。ある選択された時間に弁１８０１が作動され、図１８の装置では反時計回りに１／８回転されて、それぞれ第五及び第六部材６２５及び１６０２の役割を切り替える。ある選択された後の時間にプロセスを逆にして進める。これにより、弁作動時の僅かな中断を伴って、作動流体１２０３の連続の移送又は作動流体の切替が可能になる。
【００９３】
貯留された液体の容積と流量が操作の最大時間を決定する一方、容積のサイズと接続された部材のコンダクタンスが装置の応答時間を決定する。よって、ストレージ容積のサイズを最小にすることが望ましく、新しく満たされたストレージ容積の切替え手段を提供する。
例えば、化学合成のための作動流体の移送に使用される図１８に示されたようなロータリーバルブが装備された、図１７に示されたシステムでは、作動流体は、少量の有機酸、例えば蟻酸、又は酢酸を場合によっては含むアセトニトリルでありうる。ゼロから２５ｐｓｉを越える周囲圧の範囲の負荷圧における１００から５００ｎＬ／分の範囲の作動流体の制御流量が例えば望ましい。第二液体１２０９は１０ミリモルの水性ＴＲＩＳ及び約５ミリモルの酢酸であり得る。供給源圧力Ｐ１は約５００及び６００ｐｓｉの間でありうる。第二部材１００は、名目上０．７ミクロンの直径の非多孔質シリカビーズが充填された３ｃｍ長、１５０ミクロン内径「ＩＤ」のキャピラリーでありうる。第一、第三及び第四部材２０５、２０１及び６０８はそれぞれ簡単なキャピラリーでありうる。第五部材６２５及び使用されるならば第六部材１６０２は、０．０３インチのＩＤの長さのチュービングでありうる。第四部材６０８に対する圧力差を、流量をモニターするために使用できる。
【００９４】
約１．８及び５ｎｌ／分・ｐｓｉ、よって約６．２及び５．７ｃｍの１０ミクロンＩＤキャピラリーの長さの第一及び第四部材２０５及び６０８に対するコンダクタンスを使用する設計は、約０．９５及び２．５ｋＶの範囲の第二部材１００に印加される電位を使用して所望の範囲の移送圧及び流量をもたらす。第三部材２０１は、単にそれぞれ第一、第二及び第四部材２０５、１００、及び６０８より実質的に大きいコンダクタンスを有するキャピラリー又は管の長さでありうる。第三部材２０１は幾つかの役割を提供し得る：第一接続点２０２と弁１８０１の間の管継手；ブリッジ接続１０８と弁１８０１の間の電気的隔離を提供し；弁１８０１の切替え又は始動の間に生じるかもしれない第一接続点２０２中への作動流体１２０３の混合又は逆拡散を最小にする。第五部材６２５の長さは約１１０ｃｍであるように選択でき、それによってこの実施例において最大の移送流量で約１６時間の中断しない実行時間を提供する。この実施例に対する時定数は約１５秒である。この設計では、それぞれ第三及び第四部材２０１及び６０８の役割は逆転されうる。
【００９５】
別の実施態様では、ストレージ部材はアクティブな流量コントローラ部材の前に配することができる。そのような構造は図１９に示されている。作動流体１２０３は圧力Ｐ１で供給され、第一及び第四部材２０５及び６０８をそれぞれ通過する。流体ストレージ部材６２５は電気浸透的にアクティブな第二部材１００の前に配され、第二部材の電気浸透機能を支持するように設計された第二流体１２０４で満たされている。装置を作動させると、作動流体１２０３が第五部材６２５に保存された第二流体１２０４を移動させる。この実施態様は既に検討した実施態様と同じ時間応答及び操作時間の制約を受ける。それはまた切替可能な弁と複数のストレージ部材と共に使用できる。この実施態様の一つの利点は、第二流体１２０４が作動流体１２０３の移送システムには決して存在せず、よって出力流体を汚染し得ないことである。代わりに、偶発的な汚染の可能性は第二部材１００に移り、その方がある適用例では許容しうる。
ストレージ部材の電気浸透的にアクティブな部材の前への配置は、また図２０に示されているように、直列モードのコントローラ形式で容易に実現される。第五部材６２５は電気浸透的にアクティブな第二部材１００を支持する流体１２０４のストレージ部材となる。
【００９６】
本発明の上記の開示において、添付図面における本発明の開示において、及び特許請求の範囲と上記の発明の開示において、本発明の特定の特徴が参照される。この明細書における本発明の開示はそのような特定の特徴のあらゆる可能な組合せを含むことが理解される。例えば、特定の特徴が本発明の特定の側面又は実施態様、又は特定の図面又は特定の請求項の内容に開示されている場合、その特徴は他の特定の側面、実施態様、図面又は請求項の内容に、及び本発明一般に使用することがまたできる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の点から第二の点まで作動流体を流す方法において、第一の点で作動流体に推進圧をかけることを含み、推進圧の少なくとも一部が、流量が
（ｉ）静水圧成分と
（ｉｉ）電気浸透成分
を含む推進流体によって与えられる、方法。
【請求項２】
推進流体と作動流体が同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
作動流体が、
（ｉ）第一の点のストレージ部材に貯留され、
（ｉｉ）推進流体によってストレージ部材から排出される
流体を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
推進流体流が、
（１）静水圧Ｐによって流体の流れを供給し、
（２）電気浸透圧流によって上記流体の流量を変化させる、
方法によってつくり出される、請求項１ないし３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
推進流体流が、静水圧によって第一流体と第二流体の混合物を、電気浸透圧流が該混合物中に生じさせられる流路に流通させる方法によってつくり出される、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
推進流体流が、
（ｉ）部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する作動流体と、
（ｉｉ）混合前に部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する第二流体とを、混合することを含み、
ここで、電気浸透圧流が生じる流路を通って流れる混合物がつくり出される、方法によりつくり出される、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
（ｉ）作動流体が、
（ａ）静水圧Ｐ１の第一供給源から供給され、
（ｂ）第二流体と混合される前に第一流量制御部材を通過し；
（ｉｉ）第二流体が、
（ａ）静水圧Ｐ２の第二供給源から供給され、
（ｂ）第二流量制御部材を通過し、
ここで、第一流量制御部材がコンダクタンスｋ１を有し、第二流量制御部材がコンダクタンスｋ２を有し、流路がコンダクタンスｋ３を有し；１＋ｋ３／ｋ１はＰ１／Ｐ２より大きく、１＋ｋ３／ｋ２はＰ２／Ｐ１より大きい、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気浸透成分が、電気浸透圧流が動電学的流体に生じる流路に動電学的流体を流通させることによりつくり出され、動電学的流体の少なくとも一部が、
（ｉ）ストレージ部材に貯留され、
（ｉｉ）静水圧がかかった流体によって、流路を通過する前にストレージ部材から排出される、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
推進流体の少なくとも一部が流量制御部材を通過する、請求項１ないし８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）圧力トランスデューサ、流量計、温度センサ、熱流計、変位センサ、ロードセル、歪みゲージ、導電率センサ、選択性イオンセンサ、ｐＨセンサ、フロー分光光度計、及び濁度センサの一又は複数によって少なくとも一つの変数をモニターし、
（ｂ）上記のモニターに応答して、電気浸透成分の少なくとも一部を生じる電位を変化させることを含む、請求項１ないし９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電気浸透成分の変動が静水圧成分の変動を少なくとも部分的に補償する、請求項１ないし１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
第二の点における作動流体の流量が５０マイクロリットル／分未満である、請求項１ないし１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
作動流体が、次の特性：
（ａ）少なくとも２５ミリモルのイオン強度を有する液体を含む；
（ｂ）０．５ミリモル未満のイオン強度を有する液体を含む；
（ｃ）５センチポアズより大なる動粘度を有する液体を含む；
（ｄ）実質的に純粋な有機液体を含む；
（ｅ）２０未満の誘電率を有する液体を含む；
（ｆ）多価イオンを含む液体を含む；
（ｇ）７未満のｐＨ値を有する液体を含む；及び
（ｈ）４未満のｐＨ値を有する液体を含む；
の少なくとも一つを有している、請求項１ないし１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
第二の点からの流体がクロマトグラフに流入する、請求項１ないし１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
第一群の条件下で作動する装置が第一の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ、その後、第二群の条件下で作動する同じ装置が第二の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ；第一の期間中の作動流体が第二の期間中の作動流体とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置の作動条件が第二の期間中の作動可能な装置の作動条件とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置が第二の期間中の作動可能な装置とは異なる、請求項１ないし１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１５の何れか１項に記載の方法における使用に適した装置であって、
（１）入口と出口を含み、圧力がかけられた流体が通過して入口から出口まで流れる流路と、
（２）流路の入口と出口の間に位置せしめられた多孔質誘電材料と、
（３）圧力がかかった動電学的流体が流路の入口と出口の間を流れるときに、流体が流れる速度を、電極に接続された電源装置の電位を変化させることによって変化させることができるように、位置せしめられた電極と、を具備する装置であり、次の特性：
（ａ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に流れる流量制御部材を具備する；
（ｂ）圧力がかけられた流体が出口を離れた後に流れる流量制御部材を具備する；
（ｃ）作動状態で加圧流体を用い、（ｉ）加圧流体が出口から流れ出るときに装置を通過するように出口に、
あるいは（ｉｉ）流路に接続された第二の出口と加圧流体の供給源に接続可能な入口を有する導管の第一の出口に、接続されている作動可能な装置を具備する；
（ｄ）第一流体の第一供給源と第二流体の第二供給源とを具備し、第一供給源と第二供給源の双方が該供給源からの加圧流体が入口を通って流路中に流入可能なように入口に接続されている；
（ｅ）電極に接続された可変電源装置を具備する；
（ｆ）制御信号をモニターするための少なくとも一つのセンサとセンサに作動可能に接続されたフィードバック制御機構を具備し、よって装置が電極に接続された電源装置を具備する場合、フィードバック制御機構が電源装置から供給される電位を変調する；
（ｇ）（ｉ）入口に接続されている第一導管出口と、（ｉｉ）一つの作動可能な装置又は複数の作動可能な装置に接続可能な第二導管出口と、（ｉｉｉ）加圧流体の供給源に接続可能な導管入口を有する導管を具備し、よって加圧流体が導管に流入するとき、加圧流体の一部が流路を通って流れ、加圧流体の残りが一又は複数の装置を通って流れる；
（ｈ）二以上の上記の流路と、（ｉ）上記流路の各々の入口又は出口に接続された複数の導管入口と（ｉｉ）一又は複数の作動可能な装置に接続可能な導管出口を有する導管を具備する；
（ｉ）二以上の上記の流路を具備し、流路内の誘電材料が互いに異なっている；
（ｊ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に通過可能な圧力トランスデューサを具備する；
（ｋ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に通過可能な逆止弁を具備する；及び
（ｌ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に通過可能なアキュムレータを具備する；
の少なくとも一つを有する装置。
【請求項１７】
多孔質誘電材料が、溶融石英キャピラリー、シリカ粒子、有機ポリマー、又はリソグラフパターン化、リソグラフエッチング、直接射出成形、ゾル-ゲル法、又は電鋳法によって製造された生成物である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
電極を有する電源装置を具備し、該電源装置が、次の特性；
（ｉ）可変電源装置である、
（ｉｉ）電極がブリッジを介して流路に接続されている、
の一方又は双方を有する、請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
制御信号をモニターするための少なくとも一つのセンサとセンサに作動可能に接続されたフィードバック制御機構を具備し、よって装置が電極に接続された電源装置を具備するとき、フィードバック制御機構が電源装置から供給される電位を変調することによって、制御信号を予め決まった範囲内に維持し、センサが、圧力トランスデューサ、流量計、温度センサ、熱流計、変位センサ、ロードセル、歪みゲージ、導電率センサ、選択性イオンセンサ、ｐＨセンサ、フロー分光光度計、及び濁度センサの一又は複数である、請求項１６ないし１８の何れか１項に記載の装置。
【請求項２０】
加圧流体を作動状態で使用する作動可能な装置に加圧作動流体が移送される速度を変更するための電気浸透圧流の使用。
【請求項２１】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流れ部材と
を具備する第一導管と；
（ｂ）（ｉ）Ｐ３＜Ｐ２である圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口と；
（ｉｉ）第二流体入口と、第一導管の第一節点とに流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流れ部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口であって、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２で、第二流れ部材出口の第二節点と流通可能に連通した第三流体出口と；
を有する第二導管とを、
具備し、ここで、
α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流れ部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流れ部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置。
【請求項２２】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流れ部材と
を具備する第一導管と；
（ｂ）（ｉ）Ｐ３＜Ｐ２である圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口と；
（ｉｉ）第二流体入口と、第一流路の第一節点とに流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流れ部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口であって、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２で、第二流れ部材出口の圧力ＰＮ２の第２節点と流通可能に連通した第三流体出口；
を有する第二導管と、
（ｃ）第一又は第二節点の何れかに位置せしめられた圧力トランスデューサと；
（ｄ）圧力トランスデューサと反対の節点に位置せしめられたアキュムレータとを、
具備し、ここで、α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流れ部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流れ部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置。
【請求項２３】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流れ部材と；
を具備する第一導管と；
（ｂ）（ｉ）圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口であって、Ｐ３＜Ｐ２のものと；
（ｉｉ）第二流体入口に、また第一節点が第一導管に流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流れ部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口で、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２のもので、第二流れ部材出口に第二節点が流通可能に連通された第三流体出口と；
を有する第二導管と、
（ｃ）第一又は第二節点の何れかに位置せしめられた圧力トランスデューサと；
（ｄ）第一及び第二節点の間の逆止弁とを、
具備し、ここで、α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流れ部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流れ部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置。
【請求項２４】
（ａ）（ｉ）第一節点が圧力Ｐ１の第一流体供給源に、また圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第一流路流体入口と；
（ｉｉ）第一流路流体入口に、また圧力Ｐ３で流体終点に流通可能に連通した第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１及びＰ３＜Ｐ２のものと；
（ｉｉｉ）第一流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する第一流路と；
（ｂ）（ｉ）第二流体供給源に流通可能に連通した第二流路流体入口と；
（ｉｉ）第二流路流体入口に、また第一節点が第一流路入口に流通可能に連通した第二流路流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流路に配設された多孔質誘電材料と；
を有する第二流路と、
（ｃ）離間した電極に電気的に連通せしめられて電極に電位を印加するための電源装置とを具備し、電極は、電源装置が電極に電位を印加するときに流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられ；
ここで、電位が第一及び第二流路の少なくとも一を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じ、電気浸透的に駆動された流れ成分がＰ１−Ｐ２及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一の圧力駆動流れ成分を変調する、流量制御装置。
【請求項２５】
（ａ）（ｉ）第一節点が圧力Ｐ１の第一流体供給源に、また圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第一流路流体入口と；
（ｉｉ）第一流路流体入口に、また圧力Ｐ３で流体終点に流通可能に連通した第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１及びＰ３＜Ｐ２のものと；
（ｉｉｉ）第一流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する第一流路と；
（ｂ）（ｉ）第二流体供給源に流通可能に連通した第二流路流体入口と；
（ｉｉ）第二流路流体入口に、また第一節点が第一流路に流通可能に連通した第二流路流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流路に配設された多孔質誘電材料と；
を有する第二流路と、
（ｃ）第一群の離間電極に電気的に連通せしめられて、第一群の離間電極に電位を印加するための第一電源装置であって、第一群の離間電極が、第一電源装置が第一群の離間電極に電位を印加するときに第一流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものと；
（ｄ）第二群の離間電極に電気的に連通せしめられて、第二群の離間電極に電位を印加するための第二電源装置であって、第二群の離間電極が、第二電源装置が第二群の離間電極に電位を印加するときに第二流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものとを具備し；
ここで、第一電位が第一流路を通して電気浸透的に駆動された第一流れ成分を生じ、電気浸透的に駆動された第一流れ成分がＰ１−Ｐ３及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一つの圧力駆動流れ成分を変調し、第二電位が第二流路を通して電気浸透的に駆動された第二流れ成分を生じ、電気浸透的に駆動された第二流れ成分がＰ１−Ｐ３及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一つの圧力駆動流れ成分を変調する、流量制御装置。
【請求項２６】
（ａ）（ｉ）節点が圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口と；
（ｉｉ）流体入口に、また圧力Ｐ２で第一流体終点に流通可能に連通した流体出口であって、Ｐ２＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する流路と；
（ｂ）離間電極に電気的に連通せしめられて、離間電極に電位を印加するための電源装置であって、離間電極が、電源装置が電極に電位を印加するときに流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものと；
（ｃ）節点とＰ３＜Ｐ１の圧力Ｐ３の第二流体終点との間に配設された第一流体ストレージ部材とを具備し、第一流体ストレージ部材は、節点が流体供給源に流通可能に連通した第一流体ストレージ部材入口を有し、第一流体ストレージ部材はまた第一流体ストレージ部材入口及び第二流体終点と流通可能に連通した第一流体ストレージ部材出口を有し；
ここで、電位が、Ｐ１−Ｐ２及びＰ１−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一の圧力駆動流れ成分を変調する流路を通過する電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流量制御装置。
【請求項２７】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口と；
（ｉｉ）圧力Ｐ２の第一流体終点に流通可能に連通した流体出口であって、Ｐ２＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する流路と；
（ｂ）離間電極に電気的に連通せしめられて、離間電極に電位を印加するための電源装置であって、離間電極が、電源装置が電極に電位を印加するときに流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものと；
（ｃ）流体供給源と流路との間に流通可能に配設された流体ストレージ部材とを具備し、流体ストレージ部材は、流体供給源に流通可能に連通した流体ストレージ部材入口を有し、流体ストレージ部材はまた流体ストレージ部材入口及び流体入口に流通可能に連通した流体ストレージ部材出口を有し；
ここで、電位が、Ｐ１−Ｐ２の圧力差から生じる圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流量制御装置。
【請求項２８】
流路に電気的に連通せしめられた離間電極に電位を印加し、該流路がそこに配設された多孔質誘電材料を有し、該流路がまた圧力Ｐ１の第一流体供給源と圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した流体入口を有し、該流路はまた流体入口と圧力Ｐ３で終点に流通可能に連通した流体出口を有し、ここでＰ３＜Ｐ１及びＰ３＜Ｐ２であり、電位がＰ１−Ｐ３及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一の圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流体の流量を制御する方法。
【請求項２９】
（ａ）第一節点に第一アキュムレータを配し、ここで第一節点が、圧力Ｐ１の第一流体供給源と流通可能に連通した第一流体入口、Ｐ３＜Ｐ１である圧力Ｐ３の第一流体出口及び第一流体入口と第一流体出口の間に配設された第一流れ部材を有する第一導管にあり；
（ｂ）第二節点に第二アキュムレータを配し；
ここで、第二節点が、Ｐ３＜Ｐ２である圧力Ｐ２の第二流体供給源と流通可能に連通した第二流体入口、第一導管と第一節点で流通可能に連通した第二流体出口、第二流体入口及び第二流体出口の間に配設された第二流れ部材、及びＰ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２である圧力Ｐ４の第三流体出口を有する第二導管にあり、第三流体出口が第二流体入口と第二節点で流通可能に連通した、流体の流量を制御する方法。
【請求項３０】
流路に電気的に連通せしめられた離間電極に電位を印加し、該流路がそこに配設された多孔質誘電材料を有し、該流路がまた節点が圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口を有し、該流路はまた流体入口と圧力Ｐ２で第一流体終点に流通可能に連通した流体出口を有し、ここでＰ２＜Ｐ１であり、流体ストレージ部材が節点と圧力Ｐ３の第二流体終点との間に配設され、ここでＰ３＜Ｐ１であり、流体ストレージ部材が節点が流体供給源に流通可能に連通した流体ストレージ部材入口を有し、流体ストレージ部材はまた流体ストレージ部材入口及び第二流体終点と流通可能に連通した流体ストレージ部材出口を有し、電位がＰ１−Ｐ２及びＰ１−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一つの圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流体の流量を制御する方法。
【請求項３１】
流路に電気的に連通せしめられた離間電極に電位を印加し、該流路がそこに配設された多孔質誘電材料を有し、該流路がまた節点が圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口を有し、該流路はまた流体入口と圧力Ｐ２で第一流体終点に流通可能に連通した流体出口を有し、ここでＰ２＜Ｐ１であり、流体ストレージ部材が節点と流体入口との間に配設され、流体ストレージ部材が節点が流体供給源に流通可能に連通した流体ストレージ部材入口を有し、流体ストレージ部材はまた流体ストレージ部材入口及び流体入口と流通可能に連通した流体ストレージ部材出口を有し、電位が、Ｐ１−Ｐ２の圧力差から生じる圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流体の流量を制御する方法。
【請求項１】
第一の点から第二の点まで作動流体を流す方法において、第一の点で作動流体に推進圧をかけることを含み、推進圧の少なくとも一部が、流量が
（ｉ）静水圧成分と
（ｉｉ）電気浸透成分
を含む推進流体によって与えられる、方法。
【請求項２】
推進流体と作動流体が同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
作動流体が、
（ｉ）第一の点のストレージ部材に貯留され、
（ｉｉ）推進流体によってストレージ部材から排出される
流体を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
推進流体流が、
（１）静水圧Ｐによって流体の流れを供給し、
（２）電気浸透圧流によって上記流体の流量を変化させる、
方法によってつくり出される、請求項１ないし３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
推進流体流が、静水圧によって第一流体と第二流体の混合物を、電気浸透圧流が該混合物中に生じさせられる流路に流通させる方法によってつくり出される、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
推進流体流が、
（ｉ）部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する作動流体と、
（ｉｉ）混合前に部分的又は全体的に静水圧である圧力に流量が依存する第二流体とを、混合することを含み、
ここで、電気浸透圧流が生じる流路を通って流れる混合物がつくり出される、方法によりつくり出される、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
（ｉ）作動流体が、
（ａ）静水圧Ｐ１の第一供給源から供給され、
（ｂ）第二流体と混合される前に第一流量制御部材を通過し；
（ｉｉ）第二流体が、
（ａ）静水圧Ｐ２の第二供給源から供給され、
（ｂ）第二流量制御部材を通過し、
ここで、第一流量制御部材がコンダクタンスｋ１を有し、第二流量制御部材がコンダクタンスｋ２を有し、流路がコンダクタンスｋ３を有し；１＋ｋ３／ｋ１はＰ１／Ｐ２より大きく、１＋ｋ３／ｋ２はＰ２／Ｐ１より大きい、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気浸透成分が、電気浸透圧流が動電学的流体に生じる流路に動電学的流体を流通させることによりつくり出され、動電学的流体の少なくとも一部が、
（ｉ）ストレージ部材に貯留され、
（ｉｉ）静水圧がかかった流体によって、流路を通過する前にストレージ部材から排出される、請求項１ないし４の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
推進流体の少なくとも一部が流量制御部材を通過する、請求項１ないし８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）圧力トランスデューサ、流量計、温度センサ、熱流計、変位センサ、ロードセル、歪みゲージ、導電率センサ、選択性イオンセンサ、ｐＨセンサ、フロー分光光度計、及び濁度センサの一又は複数によって少なくとも一つの変数をモニターし、
（ｂ）上記のモニターに応答して、電気浸透成分の少なくとも一部を生じる電位を変化させることを含む、請求項１ないし９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電気浸透成分の変動が静水圧成分の変動を少なくとも部分的に補償する、請求項１ないし１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
第二の点における作動流体の流量が５０マイクロリットル／分未満である、請求項１ないし１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
作動流体が、次の特性：
（ａ）少なくとも２５ミリモルのイオン強度を有する液体を含む；
（ｂ）０．５ミリモル未満のイオン強度を有する液体を含む；
（ｃ）５センチポアズより大なる動粘度を有する液体を含む；
（ｄ）実質的に純粋な有機液体を含む；
（ｅ）２０未満の誘電率を有する液体を含む；
（ｆ）多価イオンを含む液体を含む；
（ｇ）７未満のｐＨ値を有する液体を含む；及び
（ｈ）４未満のｐＨ値を有する液体を含む；
の少なくとも一つを有している、請求項１ないし１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
第二の点からの流体がクロマトグラフに流入する、請求項１ないし１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
第一群の条件下で作動する装置が第一の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ、その後、第二群の条件下で作動する同じ装置が第二の期間の間に作動可能な装置によって作動流体を第一の点から第二の点まで流れさせ；第一の期間中の作動流体が第二の期間中の作動流体とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置の作動条件が第二の期間中の作動可能な装置の作動条件とは異なり、及び／又は第一の期間中の作動可能な装置が第二の期間中の作動可能な装置とは異なる、請求項１ないし１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１５の何れか１項に記載の方法における使用に適した装置であって、
（１）入口と出口を含み、圧力がかけられた流体が通過して入口から出口まで流れる流路と、
（２）流路の入口と出口の間に位置せしめられた多孔質誘電材料と、
（３）圧力がかかった動電学的流体が流路の入口と出口の間を流れるときに、流体が流れる速度を、電極に接続された電源装置の電位を変化させることによって変化させることができるように、位置せしめられた電極と、を具備する装置であり、次の特性：
（ａ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に流れる流量制御部材を具備する；
（ｂ）圧力がかけられた流体が出口を離れた後に流れる流量制御部材を具備する；
（ｃ）作動状態で加圧流体を用い、（ｉ）加圧流体が出口から流れ出るときに装置を通過するように出口に、
あるいは（ｉｉ）流路に接続された第二の出口と加圧流体の供給源に接続可能な入口を有する導管の第一の出口に、接続されている作動可能な装置を具備する；
（ｄ）第一流体の第一供給源と第二流体の第二供給源とを具備し、第一供給源と第二供給源の双方が該供給源からの加圧流体が入口を通って流路中に流入可能なように入口に接続されている；
（ｅ）電極に接続された可変電源装置を具備する；
（ｆ）制御信号をモニターするための少なくとも一つのセンサとセンサに作動可能に接続されたフィードバック制御機構を具備し、よって装置が電極に接続された電源装置を具備する場合、フィードバック制御機構が電源装置から供給される電位を変調する；
（ｇ）（ｉ）入口に接続されている第一導管出口と、（ｉｉ）一つの作動可能な装置又は複数の作動可能な装置に接続可能な第二導管出口と、（ｉｉｉ）加圧流体の供給源に接続可能な導管入口を有する導管を具備し、よって加圧流体が導管に流入するとき、加圧流体の一部が流路を通って流れ、加圧流体の残りが一又は複数の装置を通って流れる；
（ｈ）二以上の上記の流路と、（ｉ）上記流路の各々の入口又は出口に接続された複数の導管入口と（ｉｉ）一又は複数の作動可能な装置に接続可能な導管出口を有する導管を具備する；
（ｉ）二以上の上記の流路を具備し、流路内の誘電材料が互いに異なっている；
（ｊ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に通過可能な圧力トランスデューサを具備する；
（ｋ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に通過可能な逆止弁を具備する；及び
（ｌ）圧力がかけられた流体が入口に達する前に通過可能なアキュムレータを具備する；
の少なくとも一つを有する装置。
【請求項１７】
多孔質誘電材料が、溶融石英キャピラリー、シリカ粒子、有機ポリマー、又はリソグラフパターン化、リソグラフエッチング、直接射出成形、ゾル-ゲル法、又は電鋳法によって製造された生成物である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
電極を有する電源装置を具備し、該電源装置が、次の特性；
（ｉ）可変電源装置である、
（ｉｉ）電極がブリッジを介して流路に接続されている、
の一方又は双方を有する、請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
制御信号をモニターするための少なくとも一つのセンサとセンサに作動可能に接続されたフィードバック制御機構を具備し、よって装置が電極に接続された電源装置を具備するとき、フィードバック制御機構が電源装置から供給される電位を変調することによって、制御信号を予め決まった範囲内に維持し、センサが、圧力トランスデューサ、流量計、温度センサ、熱流計、変位センサ、ロードセル、歪みゲージ、導電率センサ、選択性イオンセンサ、ｐＨセンサ、フロー分光光度計、及び濁度センサの一又は複数である、請求項１６ないし１８の何れか１項に記載の装置。
【請求項２０】
加圧流体を作動状態で使用する作動可能な装置に加圧作動流体が移送される速度を変更するための電気浸透圧流の使用。
【請求項２１】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流れ部材と
を具備する第一導管と；
（ｂ）（ｉ）Ｐ３＜Ｐ２である圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口と；
（ｉｉ）第二流体入口と、第一導管の第一節点とに流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流れ部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口であって、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２で、第二流れ部材出口の第二節点と流通可能に連通した第三流体出口と；
を有する第二導管とを、
具備し、ここで、
α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流れ部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流れ部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置。
【請求項２２】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流れ部材と
を具備する第一導管と；
（ｂ）（ｉ）Ｐ３＜Ｐ２である圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口と；
（ｉｉ）第二流体入口と、第一流路の第一節点とに流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流れ部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口であって、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２で、第二流れ部材出口の圧力ＰＮ２の第２節点と流通可能に連通した第三流体出口；
を有する第二導管と、
（ｃ）第一又は第二節点の何れかに位置せしめられた圧力トランスデューサと；
（ｄ）圧力トランスデューサと反対の節点に位置せしめられたアキュムレータとを、
具備し、ここで、α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流れ部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流れ部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置。
【請求項２３】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の第一流体供給源に流通可能に連通した第一流体入口と；
（ｉｉ）第一流体入口に流通可能に連通した圧力Ｐ３の第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）第一流体入口と第一節点の間に配設された第一流れ部材と；
を具備する第一導管と；
（ｂ）（ｉ）圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第二流体入口であって、Ｐ３＜Ｐ２のものと；
（ｉｉ）第二流体入口に、また第一節点が第一導管に流通可能に連通した第二流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流体入口と第二流体出口の間に配設された第二流れ部材と；
（ｉｖ）圧力Ｐ４の第三流体出口で、Ｐ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２のもので、第二流れ部材出口に第二節点が流通可能に連通された第三流体出口と；
を有する第二導管と、
（ｃ）第一又は第二節点の何れかに位置せしめられた圧力トランスデューサと；
（ｄ）第一及び第二節点の間の逆止弁とを、
具備し、ここで、α１＝θ１ｖ１（ここで、ｖ１は第一節点の内部容積で、θ１はｖ１内での見かけの圧縮率の合計である）で、α２＝θ２ｖ２（ここで、ｖ２は第二節点の内部容積で、θ２はｖ２内での見かけの圧縮率の合計である）で、第一流れ部材はｋ１のコンダクタンスを有し、第二流れ部材がｋ２のコンダクタンスを有し、α１／ｋ１＞α２／ｋ２である流量制御装置。
【請求項２４】
（ａ）（ｉ）第一節点が圧力Ｐ１の第一流体供給源に、また圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第一流路流体入口と；
（ｉｉ）第一流路流体入口に、また圧力Ｐ３で流体終点に流通可能に連通した第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１及びＰ３＜Ｐ２のものと；
（ｉｉｉ）第一流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する第一流路と；
（ｂ）（ｉ）第二流体供給源に流通可能に連通した第二流路流体入口と；
（ｉｉ）第二流路流体入口に、また第一節点が第一流路入口に流通可能に連通した第二流路流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流路に配設された多孔質誘電材料と；
を有する第二流路と、
（ｃ）離間した電極に電気的に連通せしめられて電極に電位を印加するための電源装置とを具備し、電極は、電源装置が電極に電位を印加するときに流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられ；
ここで、電位が第一及び第二流路の少なくとも一を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じ、電気浸透的に駆動された流れ成分がＰ１−Ｐ２及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一の圧力駆動流れ成分を変調する、流量制御装置。
【請求項２５】
（ａ）（ｉ）第一節点が圧力Ｐ１の第一流体供給源に、また圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した第一流路流体入口と；
（ｉｉ）第一流路流体入口に、また圧力Ｐ３で流体終点に流通可能に連通した第一流体出口であって、Ｐ３＜Ｐ１及びＰ３＜Ｐ２のものと；
（ｉｉｉ）第一流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する第一流路と；
（ｂ）（ｉ）第二流体供給源に流通可能に連通した第二流路流体入口と；
（ｉｉ）第二流路流体入口に、また第一節点が第一流路に流通可能に連通した第二流路流体出口と；
（ｉｉｉ）第二流路に配設された多孔質誘電材料と；
を有する第二流路と、
（ｃ）第一群の離間電極に電気的に連通せしめられて、第一群の離間電極に電位を印加するための第一電源装置であって、第一群の離間電極が、第一電源装置が第一群の離間電極に電位を印加するときに第一流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものと；
（ｄ）第二群の離間電極に電気的に連通せしめられて、第二群の離間電極に電位を印加するための第二電源装置であって、第二群の離間電極が、第二電源装置が第二群の離間電極に電位を印加するときに第二流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものとを具備し；
ここで、第一電位が第一流路を通して電気浸透的に駆動された第一流れ成分を生じ、電気浸透的に駆動された第一流れ成分がＰ１−Ｐ３及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一つの圧力駆動流れ成分を変調し、第二電位が第二流路を通して電気浸透的に駆動された第二流れ成分を生じ、電気浸透的に駆動された第二流れ成分がＰ１−Ｐ３及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一つの圧力駆動流れ成分を変調する、流量制御装置。
【請求項２６】
（ａ）（ｉ）節点が圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口と；
（ｉｉ）流体入口に、また圧力Ｐ２で第一流体終点に流通可能に連通した流体出口であって、Ｐ２＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する流路と；
（ｂ）離間電極に電気的に連通せしめられて、離間電極に電位を印加するための電源装置であって、離間電極が、電源装置が電極に電位を印加するときに流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものと；
（ｃ）節点とＰ３＜Ｐ１の圧力Ｐ３の第二流体終点との間に配設された第一流体ストレージ部材とを具備し、第一流体ストレージ部材は、節点が流体供給源に流通可能に連通した第一流体ストレージ部材入口を有し、第一流体ストレージ部材はまた第一流体ストレージ部材入口及び第二流体終点と流通可能に連通した第一流体ストレージ部材出口を有し；
ここで、電位が、Ｐ１−Ｐ２及びＰ１−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一の圧力駆動流れ成分を変調する流路を通過する電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流量制御装置。
【請求項２７】
（ａ）（ｉ）圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口と；
（ｉｉ）圧力Ｐ２の第一流体終点に流通可能に連通した流体出口であって、Ｐ２＜Ｐ１のものと；
（ｉｉｉ）流路に配設された多孔質誘電材料と；
を具備する流路と；
（ｂ）離間電極に電気的に連通せしめられて、離間電極に電位を印加するための電源装置であって、離間電極が、電源装置が電極に電位を印加するときに流路が動電学的にアクティブであるように位置せしめられたものと；
（ｃ）流体供給源と流路との間に流通可能に配設された流体ストレージ部材とを具備し、流体ストレージ部材は、流体供給源に流通可能に連通した流体ストレージ部材入口を有し、流体ストレージ部材はまた流体ストレージ部材入口及び流体入口に流通可能に連通した流体ストレージ部材出口を有し；
ここで、電位が、Ｐ１−Ｐ２の圧力差から生じる圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流量制御装置。
【請求項２８】
流路に電気的に連通せしめられた離間電極に電位を印加し、該流路がそこに配設された多孔質誘電材料を有し、該流路がまた圧力Ｐ１の第一流体供給源と圧力Ｐ２の第二流体供給源に流通可能に連通した流体入口を有し、該流路はまた流体入口と圧力Ｐ３で終点に流通可能に連通した流体出口を有し、ここでＰ３＜Ｐ１及びＰ３＜Ｐ２であり、電位がＰ１−Ｐ３及びＰ２−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一の圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流体の流量を制御する方法。
【請求項２９】
（ａ）第一節点に第一アキュムレータを配し、ここで第一節点が、圧力Ｐ１の第一流体供給源と流通可能に連通した第一流体入口、Ｐ３＜Ｐ１である圧力Ｐ３の第一流体出口及び第一流体入口と第一流体出口の間に配設された第一流れ部材を有する第一導管にあり；
（ｂ）第二節点に第二アキュムレータを配し；
ここで、第二節点が、Ｐ３＜Ｐ２である圧力Ｐ２の第二流体供給源と流通可能に連通した第二流体入口、第一導管と第一節点で流通可能に連通した第二流体出口、第二流体入口及び第二流体出口の間に配設された第二流れ部材、及びＰ４＜Ｐ１及びＰ４＜Ｐ２である圧力Ｐ４の第三流体出口を有する第二導管にあり、第三流体出口が第二流体入口と第二節点で流通可能に連通した、流体の流量を制御する方法。
【請求項３０】
流路に電気的に連通せしめられた離間電極に電位を印加し、該流路がそこに配設された多孔質誘電材料を有し、該流路がまた節点が圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口を有し、該流路はまた流体入口と圧力Ｐ２で第一流体終点に流通可能に連通した流体出口を有し、ここでＰ２＜Ｐ１であり、流体ストレージ部材が節点と圧力Ｐ３の第二流体終点との間に配設され、ここでＰ３＜Ｐ１であり、流体ストレージ部材が節点が流体供給源に流通可能に連通した流体ストレージ部材入口を有し、流体ストレージ部材はまた流体ストレージ部材入口及び第二流体終点と流通可能に連通した流体ストレージ部材出口を有し、電位がＰ１−Ｐ２及びＰ１−Ｐ３の圧力差から生じる少なくとも一つの圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流体の流量を制御する方法。
【請求項３１】
流路に電気的に連通せしめられた離間電極に電位を印加し、該流路がそこに配設された多孔質誘電材料を有し、該流路がまた節点が圧力Ｐ１の流体供給源に流通可能に連通した流体入口を有し、該流路はまた流体入口と圧力Ｐ２で第一流体終点に流通可能に連通した流体出口を有し、ここでＰ２＜Ｐ１であり、流体ストレージ部材が節点と流体入口との間に配設され、流体ストレージ部材が節点が流体供給源に流通可能に連通した流体ストレージ部材入口を有し、流体ストレージ部材はまた流体ストレージ部材入口及び流体入口と流通可能に連通した流体ストレージ部材出口を有し、電位が、Ｐ１−Ｐ２の圧力差から生じる圧力駆動流れ成分を変調する流路を通して電気浸透的に駆動された流れ成分を生じる、流体の流量を制御する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−９４０１９（Ｐ２０１０−９４０１９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２４８９２１（Ｐ２００９−２４８９２１）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【分割の表示】特願２００３−５０４１７１（Ｐ２００３−５０４１７１）の分割
【原出願日】平成１４年６月１３日（２００２．６．１３）
【出願人】（５０３４５９４０８）エクシジェント テクノロジーズ， エルエルシー (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４８９２１（Ｐ２００９−２４８９２１）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【分割の表示】特願２００３−５０４１７１（Ｐ２００３−５０４１７１）の分割
【原出願日】平成１４年６月１３日（２００２．６．１３）
【出願人】（５０３４５９４０８）エクシジェント テクノロジーズ， エルエルシー (12)
【Ｆターム（参考）】
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