DE102006003744B3

DE102006003744B3 - Device for moving liquids and / or gases

Info

Publication number: DE102006003744B3
Application number: DE102006003744A
Authority: DE
Inventors: Daniel Georg Weis; Rudolf Kiefer; Jürgen HEINZE; Gerald Urban
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: DE602007001789D1; EP1989447B1; EP1989447A1; ATE438037T1; WO2007085434A1

Abstract

Device for moving liquids and/or gases operating at low operational voltages including: a housing (12); a chamber (36); a first chamber wall (15.1) including at least partially at least one actuator (24) including at least one first moveable membrane (26) and at least one layer (28) of at least one conductive polymer arranged on the side facing the chamber interior; and a second chamber wall (15.2) including at least partially at least one movement element (30) including at least one second moveable membrane (32) and at least one metallic layer (34) arranged on the side facing the chamber interior, wherein the chamber (36) is at least partially filled with a conducting electrolyte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen sowie eine Verwendung dieser Vorrichtung als Ventil und/oder Pumpe.The The present invention relates to a device for moving liquids and / or gases and a use of this device as a valve and / or pump.

Vorrichtungen zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche, welche Flüssigkeiten und/oder Gase in Bewegung versetzen können. Unter Bewegung sind dabei sowohl Pumpbewegungen oder Saugbewegungen, aber auch jede sonstige Art von Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen zu verstehen. Auch im Sinne der vorliegenden Erfindung fallen beispielsweise jegliche Arten von Strömungen von Flüssigkeiten und/oder Gasen, auch zirkuläre oder strudelartige. Vorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen sind dabei insbesondere Pumpen und/oder Ventile, besonders bevorzugt insbesondere Vorrichtungen in einer Baugröße, welche deren Einsatz in der Mikrosystemtechnik, Medizintechnik, Biomedizin, Pharmazie oder sonstige Gebieten ermöglichen. Insbesondere sind dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung Mikropumpen und/oder Mikroventile als Vorrichtungen zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen jeglicher Art, auch von Gewebeflüssigkeiten, zu verstehen.devices for movement of liquids and / or gases within the meaning of the present invention are those which liquids and / or can move gases in motion. Under exercise are there both pumping or sucking movements, but also any other Kind of movement of liquids and / or gases. Also fall within the meaning of the present invention for example, any types of flows of liquids and / or gases, also circular or swirl-like. Devices in the sense of the present invention for moving liquids and / or Gases are in particular pumps and / or valves, especially particularly prefers devices in a size, which their use in microsystems technology, medical technology, biomedicine, Pharmacy or other areas. In particular are in the sense of the present invention, micropumps and / or microvalves as devices for moving liquids and / or gases of any kind Kind, including tissue fluids, to understand.

Mögliche Einsatzgebiete von Vorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung liegen insbesondere in der Mikrosystemtechnik und in der Medizintechnik. Es bestehen Überlegungen, Mikropumpen bzw. Mikroventile auch im menschlichen Körper anzuordnen. Dieses erfordert, daß die entsprechenden Systeme nur eine geringe Betriebsspannung aufweisen dürfen, und zudem verträglich auch mit umgebendem menschlichen Gewebe sind.Possible applications of devices according to the present invention are in particular in microsystems technology and in medical technology. There are considerations To arrange micropumps or microvalves in the human body. This requires that the corresponding systems have only a low operating voltage allowed to, and also compatible are also with surrounding human tissue.

Aus der DE 103 13 158 A1 ist eine Mikropumpe mit einem membranartigen Aktor bekannt, mit Pumpenkammern, welche Innenkonturen ausweisen, welche der Biegelinie eines membranartigen Aktors zumindest im Wesentlichen entsprechen. Durch Verformung des membranartigen Aktors läßt sich daher das Volumen der Pumpenkammern zumindest im Wesentlichen auf Null verringern, wodurch der zulässige Gegendruck eines zu fördernden Fluids vorteilhaft und vergleichsweise hoch ausfallen kann, ohne die Funktion der Pumpe zu beeinträchtigen. Als Aktor wird daher ein piezoelektrischer Biegewandler vorgeschlagen. Nachteilig an der in der DE 103 13 158 A1 offenbarten Mikropumpe ist dabei, daß der vorgesehene piezoelektrische Biegewandler relativ hohe Betriebsspannungen benötigt, so daß dessen Einsatz insbesondere im menschlichen Körper nicht möglich ist.From the DE 103 13 158 A1 is a micropump with a membrane-like actuator known, with pump chambers, which identify inner contours, which correspond to the bending line of a membrane-like actuator at least substantially. By deformation of the membrane-like actuator, therefore, the volume of the pump chambers can be at least substantially reduced to zero, whereby the allowable back pressure of a fluid to be pumped can be advantageous and relatively high, without affecting the function of the pump. As an actuator, therefore, a piezoelectric bending transducer is proposed. A disadvantage of the in the DE 103 13 158 A1 disclosed micropump is that the proposed piezoelectric bending transducer requires relatively high operating voltages, so that its use is not possible in particular in the human body.

DE 101 64 474 A1 offenbart ebenfalls eine Mikropumpe, wobei hier eine Membran durch Verbindungsglieder bewegt wird. Die Verbindungsglieder sind dabei stempelförmig ausgebildet. Auch hier besteht die Membran aus einem piezoelektrisch betriebenen Biegewandler. DE 101 64 474 A1 also discloses a micropump, in which case a membrane is moved by connecting links. The connecting links are stamp-shaped. Again, the membrane consists of a piezoelectrically operated bending transducer.

Aus der DE 197 24 240 A1 ist eine Förderpumpe bekannt, welche mindestens zwei in Förderrichtung im Wesentlichen hintereinander angeordnete Kammern mit variablem Volumen aufweist, die über Volumeneinstelleinrichtungen eingestellt werden. Die Volumeneinstelleinrichtungen sind dabei insbesondere durch Piezoelemente oder Piezoelementstapel bzw. elektromagnetische Hubelemente oder Über- und/oder Unterdruckerzeugungseinrichtungen gebildet. Dabei kann als Über- und/oder Unterdruckerzeugungseinrichtung eine Polymerfolie vorgesehen sein.From the DE 197 24 240 A1 a delivery pump is known, which has at least two in the conveying direction substantially successively arranged chambers of variable volume, which are adjusted via Volumeneinstelleinrichtungen. The volume adjustment devices are formed in particular by piezo elements or piezo element stacks or electromagnetic lifting elements or overpressure and / or negative pressure generation devices. In this case can be provided as a positive and / or negative pressure generating device, a polymer film.

Aus der US 2004/0108479 A1 schließlich ist ein Mikroventil bekannt, bei welchem ein Kanal durch einen Aktor verschlossen werden kann, welcher filmartig ausgebildet ist. Der Aktor tritt dabei unmittelbar mit der das Mikroventil durchströmenden Flüssigkeit in Kontakt. Der Aktor besteht dabei aus einer porösen Membran, welcher auf einer Seite mit einer Schicht aus einem leitfähigen Polymer versehen sein kann, und auf der anderen Seite der Folie mit einer Metallschicht beschichtet ist. Um eine Schließung des Ventiles zur ermöglichen, muß das Mikroventil durchströmende Medium Leitsalzionen aufweisen, weshalb nachteiligerweise der Anwendungsbereich des in der US 2004/0108479 A1 offenbarten Mikroventiles stark eingeschränkt ist.Out US 2004/0108479 A1 finally a microvalve is known in which a channel through an actuator can be closed, which is formed like a film. Of the Actuator occurs directly with the liquid flowing through the microvalve in contact. The actuator consists of a porous membrane, which on one side with a layer of a conductive polymer may be provided, and on the other side of the film with a metal layer is coated. To a closure of the Allow valves to that must be Micro valve flowing through Have medium Leitsalzionen, why disadvantageously the scope of the in the US 2004/0108479 A1 disclosed microvalve is severely limited.

Aus der DE 4433894 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Mikropumpe mittels eines Treibersignals bekannt, derart, dass sich eine durch eine Ventilstruktur definierte Förderrichtung umkehrt, wenn ein Treibersignal mit einer Erregerfrequenz im Bereich einer Resonanz eines aus den beweglichen Teilen der Mikropumpe und dem zu pumpenden Fluid gebildeten Systems liegt. Die Mikropumpe weist eine Membran und eine Betätigungsstruktur auf einer von einem zu pumpenden Fluid beabstandeten Seite der Membran auf, wobei die Betätigungsstruktur ausgelegt ist, um die Membran elektrostatisch zu betätigen.From the DE 4433894 A1 For example, an apparatus and a method for controlling a micropump by means of a drive signal are known such that a conveying direction defined by a valve structure is reversed when a drive signal having an excitation frequency in the region of a resonance of one of the moving parts of the micropump and the fluid to be pumped Systems lies. The micropump has a diaphragm and an actuating structure on a side of the diaphragm spaced from a fluid to be pumped, the actuating structure being adapted to electrostatically actuate the diaphragm.

Aus der DE 19637928 C2 ist eine Membran-Aktivierungseinrichtung bekannt, die ebenfalls auf einer von einem zu handhabenden Fluid beabstandeten Seite einer Membran eine elektrostatische Betätigungseinrichtung aufweist.From the DE 19637928 C2 For example, a membrane activation device is known, which likewise has an electrostatic actuation device on a side of a membrane which is at a distance from a fluid to be handled.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist, und insbe sondere die Aufgabe löst, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche mit niedrigen Betriebsspannungen arbeitet, ohne daß insbesondere Leitsalzionen den zu bewegenden Medienzugesetzt werden müssen.Object of the present invention is therefore to provide a device that does not have the disadvantages known from the prior art, and in particular special solves the problem, a generic device available supply, which operates at low operating voltages, without in particular lead salt ions must be added to the moving media.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Bewegung von Flüssigkeiten und/oder Gasen, umfassend ein Gehäuse mit mindestens einer-Kammer mit einer ersten Kammerwand, welche zumindest teilweise mindestens einen Aktor umfaßt, umfassend mindestens eine erste bewegbare Membran und mindestens eine auf der dem Kammerinnern zugewandten Seite angeordneten Schicht aus mindestens einem leitfähigen Polymeren; und mit einer zweiten Kammerwand, welche zumindest teilweise mindestens ein Bewegungselement umfaßt, umfassend mindestens eine zweite bewegbare Membran und mindestens eine auf der dem Kammerinnern zugewandten Seite angeordneten metallischen Schicht, wobei die Kammer mit einem Leitelektrolyt zumindest teilweise gefüllt ist und wobei der Aktor und das Bewegungselement durch Anlegen einer Spannung zwischen dem leitfähigen Polymeren und der metallischen Schicht bewegbar ist.These The object is achieved by a device for moving liquids and / or gases, comprising a housing with at least one chamber having a first chamber wall, which at least partially comprises at least one actuator comprising at least one first movable membrane and at least one on the inside of the chamber facing side disposed layer of at least one conductive polymer; and with a second chamber wall which at least partially at least comprises a movement element, comprising at least one second movable membrane and at least a arranged on the chamber interior side facing metallic Layer, wherein the chamber with a Leitelektrolyt at least partially filled is and wherein the actuator and the moving element by applying a Voltage between the conductive Polymer and the metallic layer is movable.

Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch Beaufschlagung derselben mittels einer Spannung eine Bewegung des Aktors initiiert wird, ohne daß hier die Notwendigkeit besteht, Leitsalze dem zu bewegenden Medium zuzusetzen. Denn diese sind in der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßten Kammer aufgenommen und damit getrennt von dem zu bewegenden Medium. Unter Flüssigkeiten und/oder Gasen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden auch flüssige Schmelzen oder sonstige transportable Medien, gleich in welchen Aggregatzuständen, umfaßt. Dabei weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den weiteren großen Vorteil auf, daß aufgrund der Vorsehung elektrisch leitfähiger Polymerer hier diese mit einer sehr geringen Betriebsspannung, bevorzugt mit einer Betriebsspannung in einem Bereich von etwa 2 Volt bis etwa –2 Volt, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 1,5 Volt bis etwa –1,5 Volt, betrieben werden kann. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Einsatz als beispielsweise Mikropumpe oder Mikroventil in menschlichem Gewebe. Zudem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgesprochen kleinbauend ausgeführt werden, da die entsprechenden Membranen und Schichten in sehr geringen Dicken bereits die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherstellen. Die Dicken liegen dabei üblicherweise im Nanometerbereich.Of the size Advantage of the device according to the invention is that through Applying the same by means of a voltage movement of the Actors is initiated without this there is a need to add conductive salts to the medium to be moved. Because these are included in the chamber encompassed by the device according to the invention and thus separate from the medium to be moved. Under liquids and / or gases in the context of the present invention are also liquid melts or other transportable media, no matter in which aggregate states. there the device according to the invention has the another big one Advantage on that due Providence more electrically conductive Polymer here with a very low operating voltage, preferably with an operating voltage in a range of about 2 volts to about -2 volts, more preferably in a range from about 1.5 volts to about -1.5 volts, can be operated. As a result, the device according to the invention is suitable also for use as for example micropump or microvalve in human tissue. In addition, the device according to the invention be carried out very compact, because the corresponding membranes and layers in very small thicknesses already ensure the function of the device according to the invention. The Thicknesses are usually in the nanometer range.

Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, insbesondere aus Glasmaterialien, insbesondere Borsilikatglas und/oder sonstigen Quarzgläsern, aber auch aus Kunststoffen wie beispielsweise Polymethylmethacrylat, aber auch insbesondere bei der Ausgestaltung als Mikroventil, Mikropumpe oder sonstigen in der Mikrosystem- oder Medizintechnik einsetzbaren gattungsgemäßen Vorrichtungen aus Silizium und/oder SU8-Fotoresistharzen. SU8-Fotoresistharze sind modifizierte, durch kationische Polymerisation hergestellte Epoxidharze, wie diese beispielsweise in US 4,882,245 offenbart sind und von der Firma Microchem Corp., Newton, Messechussets, USA bezogen werden können. Die Kammenrwände bilden bevorzugt gleichzeitig zumindest einen Teil die Gehäusewand, so daß der Aktor und das Bewegungselement ausreichend Bewegungsraum haben. Jedoch können hier auch entsprechend im Gehäuse Ausnehmungen im Bereich der Kammer vorgesehen sein, welche die Bewegung des Aktors und des Bewegungselementes zulassen. Die Ausnehmungen können dabei der Verbiegekontur des Aktors und des Bewegungselementes im Wesentlichen angepasst sein, wobei Totvolumen ohne Weiteres in Kauf genommen werden können. Das Ausmaß der Bewegung, insbesondere der Wölbung, des Aktors und des Bewegungselementes lässt sich durch die Stärke und die Richtung der angelegten Betriebs spannung steuern. Die Betriebsspannung kann dabei insbesondere auch gepulst und/oder in Form von Dreiecks- oder Rechtecksspannungen aufgegeben werden, wobei Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu etwa 100 V/s vorgesehen werden können, so daß hier eine gleichförmige, reversible Bewegung des Aktors und des Bewegungselementes erreicht wird. Das Bewegungselement dient durch Auslenken dem Druckausgleich in der Kammer.The housing of the device according to the invention can be made of any suitable material, in particular of glass materials, in particular borosilicate glass and / or other quartz glasses, but also of plastics such as polymethylmethacrylate, but also in particular in the configuration as a microvalve, micropump or other in the microsystem or Medical device usable generic devices made of silicon and / or SU8 photoresist resins. SU8 photoresist resins are modified epoxy resins prepared by cationic polymerization, such as those described in U.S. Pat US 4,882,245 and can be obtained from Microchem Corp., Newton, Messechussets, USA. The Kammenrwände preferably at least simultaneously form at least part of the housing wall, so that the actuator and the moving element have sufficient space for movement. However, recesses in the region of the chamber, which allow the movement of the actuator and of the movement element, can also be provided correspondingly in the housing. The recesses can be adapted to the Verbiegekontur of the actuator and the movement element substantially, with dead volume can be readily accepted. The extent of the movement, in particular the curvature of the actuator and the movement element can be controlled by the strength and the direction of the applied operating voltage. In this case, the operating voltage can also be pulsed and / or applied in the form of triangular or rectangular voltages, wherein feed rates of up to about 100 V / s can be provided, so that a uniform, reversible movement of the actuator and of the moving element is achieved here. The movement element serves by deflecting the pressure equalization in the chamber.

Nicht die gesamte erste und zweite Kammerwand muss aus dem Aktor und dem Bewegungselement gebildet sein, auch lediglich Teile derselben können aus dem oder auch aus mehreren voneinander getrennt angeordneten Aktoren oder Bewegungselementen gebildet sein, wobei diese jegliche geometrische Abmessung annehmen können, insbesondere auch in Form eines Streifens, aber auch kreisförmig etc. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Aktor und das Bewegungselement gegenüberliegend angeordnet. Hierdurch kann ein ausgesprochen effektiver Druckausgleich bei Bewegung des Aktors und der entsprechenden gleichgerichteten Bewegung des Bewegungselementes erfolgen, so dass sich das Volumen des Kammerinhaltes im Wesentlichen nicht ändert. Die Membranen des Aktors und des Bewegungselementes können dabei derart beschaffen sein, daß diese bei Bewegung ihre Form ändern durch Dehnung, wobei jegliche Formveränderung jedoch reversibel erfolgen sollte.Not the entire first and second chamber wall must be made of the actuator and the Movement be formed, even only parts of the same can or from a plurality of mutually separated arranged actuators or movement elements, these being any geometric Can accept dimension, especially in the form of a strip, but also circular etc. In a preferred embodiment The present invention relates to the actuator and the moving element opposite arranged. This can be a very effective pressure equalization upon movement of the actuator and the corresponding rectified Movement of the moving element takes place, so that the volume of the chamber contents does not change substantially. The membranes of the actuator and the moving element can It should be such that they change their shape when moving through Stretching, with any change in shape but should be reversible.

Vorzugsweise ist das leitfähige Polymere ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline, Polyphenylene, Polyparaphenylene und/oder Polyvinylene und deren Derivate. Besonders bevorzugt sind dabei Polypyrrol und Poly-(3,4-ethylendioxythiophen). Dabei können die leitfähigen Polymere auch in Form von Copolymeren, Blockcopolymeren oder Random-Blockcopolymeren vorliegen. Insbesondere kann die Schicht aus leitfähigem Polymeren auch aus Mischungen mehrerer leitfähiger Polymeren bestehen, sowie nicht nur einlagig, sondern auch mehrlagig aufgebaut sein, beispielsweise durch nacheinanderfolgende elektrochemische Abscheidungen.Preferably, the conductive polymer is selected from a group comprising polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyphenylenes, polyparaphenylenes and / or polyvinylenes and their de rivate. Particularly preferred are polypyrrole and poly (3,4-ethylenedioxythiophene). The conductive polymers may also be present in the form of copolymers, block copolymers or random block copolymers. In particular, the layer of conductive polymer may also consist of mixtures of a plurality of conductive polymers, and be constructed not only in one layer but also in several layers, for example by successive electrochemical depositions.

Vorzugsweise weist die Schicht aus leitfähigem Polymer eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 150 μm auf. Diese Schicht kann einfach durch Polymerisation von in der Kammer vorgelegten Monomeren unmittelbar auf die Membran elektrochemisch aufgebracht werden. Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß zwischen der Schicht aus leitfähigem Polymer und der Membran mindestens eine weitere metallische Schicht angeordnet ist, welche beispielsweise aus Platin, Gold, Silber, Chrom, Titan und/oder Edelstahl oder deren Legierungen gebildet sein kann. Durch die Vorsehung dieser mindestens einen weiteren Schicht kann die Haftung der Schicht aus leitfähigen Polymeren auf der Membran verbessert werden.Preferably has the layer of conductive Polymer has a thickness in a range of about 10 nm to about 150 microns. These Layer can be easily prepared by polymerization of in the chamber Monomers electrochemically applied directly to the membrane become. It may preferably be provided that between the layer of conductive polymer and the membrane arranged at least one further metallic layer which is, for example, platinum, gold, silver, chromium, titanium and / or stainless steel or alloys thereof may be formed. By the providence of this at least one further layer can the Adhesion of the layer of conductive Polymers on the membrane can be improved.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine metallische Schicht des Bewegungselementes gebildet aus Metallen beispielsweise ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Platin, Gold, Silber, Chrom, Titan und/oder Edelstahl oder deren Legierungen. Dabei kann diese metallische Schicht, ebenso wie die weitere metallische Zwischenschicht des Aktors durch Aufsputtern und/oder Aufdampfen der entsprechenden Metalle auf der ersten und/oder zweiten Membran erhalten werden. Vorzugsweise weist dabei die metallische Schicht des Bewegungselementes eine Dicke in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 250 nm auf, weiterbevorzugt in einem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 100 nm. Eine entsprechende Dicke kann die metallische Zwischenschicht des Aktors aufweisen. Bei Vorsehung mehrerer Schichten auf dem Aktor bzw. Bewegungselement können diese auch aus unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen gebildet sein.In a preferred embodiment the device according to the invention the at least one metallic layer of the movement element is formed of metals, for example, selected from a group comprising Platinum, gold, silver, chrome, titanium and / or stainless steel or their Alloys. This metallic layer, as well as the further metallic intermediate layer of the actuator by sputtering and / or vapor deposition of the corresponding metals on the first and / or second membrane can be obtained. Preferably, in this case, the metallic Layer of the moving element has a thickness in a range of about 1 nm to about 250 nm, more preferably in a range of about 5 nm to about 100 nm. A corresponding thickness, the metallic Have intermediate layer of the actuator. Providing several layers on The actuator or movement element, these can also be different Be formed metals or alloys.

Die erste und/oder zweite bewegbare Membran ist vorzugsweise gebildet aus einer ein- oder mehrlagigen Folie, hergestellt aus Polymeren, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyimide, Polyamide, Polyurethane, Polytetrafluorethylene, Polydimethylsiloxane, Polymethylmetarcrylate, Polyester, Polyvinylchloride, Polyethylene, Polyethylenterephtalate, Parylene und/oder Silikonkautschuk. Unter Parylenen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden thermoplastische Polymere mit über Ethylen-Gruppen in 1,4-Position verknüpften Phenylen-Resten verstanden, beispielsweise Poly-(p-Xylylen). Dabei liegt die Dicke der ersten und/oder zweiten Membran bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 100 μm, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 20 μm. Vorzugsweise weist die erste und/oder zweite Membran ein E-Modul in einem Bereich von etwa 5 MPa bis etwa 10.000 MPa auf, gemessen gemäß EN ISO 527. Aufgrund der Auswahl von Materialien für die erste und/oder zweite Membran mit relativ niedrigen Werten für das E-Modul wird eine ausgesprochen hohe Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet. Die Folie kann dabei aus Copolymeren, Blockcopolymeren und Random-Blockcopolymeren, und insbesondere auch aus Mischungen der angeführten Polymere hergestellt sein, sowie weiterhin Zusätze üblicherweise in Folien enthaltenen Substanzen wie Weichmachern, Füllstoffen etc. aufweisen. Dabei ist die erste und/oder zweite Membran vorzugsweise nicht permeabel. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, daß Leitelektrolyt aus der Kammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung austritt und zu Verunreinigungen des bewegten Mediums führt.The first and / or second movable membrane is preferably formed from a single or multi-layered A film made of polymers selected from a group comprising Polyimides, polyamides, polyurethanes, polytetrafluoroethylenes, polydimethylsiloxanes, Polymethyl methacrylate, polyesters, polyvinyl chlorides, polyethylenes, Polyethylene terephthalates, parylene and / or silicone rubber. Under parylenes For the purposes of the present invention are thermoplastic polymers with more than Understood ethylene groups in 1,4-position linked phenylene radicals, for example, poly (p-xylylene). The thickness of the first is and / or second membrane preferably in a range of about 0.1 μm to about 100 μm, more preferably in a range of about 0.1 μm to about 20 μm. Preferably For example, the first and / or second membrane has an E-modulus in an area from about 5 MPa to about 10,000 MPa, measured according to EN ISO 527. Due to the selection of materials for the first and / or second Membrane with relatively low values for the modulus of elasticity is pronounced one ensures high longevity of the device according to the invention. The film may consist of copolymers, block copolymers and random block copolymers, and in particular also produced from mixtures of the stated polymers be, as well as additives usually in films containing substances such as plasticizers, fillers etc. have. In this case, the first and / or second membrane is preferred not permeable. This advantageously prevents conductive electrolyte from the chamber of the device according to the invention leaks and leads to contamination of the moving medium.

Vorzugsweise umfaßt der Leitelektrolyt eine Leitelektrolytlösung ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Wasser, polare aprotische Lösemittel und/oder ionische Flüssigkeiten. Besonders bevorzugte polare aprotische Lösemittel sind dabei Propylencarbonat, Dich lormethan und/oder Acetonitril. Besonders bevorzugt sind polare aprotische Lösemittel mit einem möglichst hohen Siedepunkt. Für Anwendungen im menschlichen Körper wird insbesondere Wasser als Elektrolytlösungsmittel vorgesehen. Vorzugsweise werden ionische Flüssigkeiten eingesetzt, da diese den großen Vorteil ausweisen, praktisch keinen Dampfdruck zu besitzen. Dabei kann dann auch auf den Zusatz, je nach Anwendung, von Lösemitteln verzichtet werden. Des Weiteren erfolgt durch diese, wie auch bei polaren aprotischen Lösemitteln, vorteilhafter Weise kein nukleophiler Angriff am Polymerrückgrat sowohl der Schicht des leitfähigen Polymeren als auch des Materiales der ersten und/oder zweiten Membran, wie dies beispielsweise durch das Hydroxidion des Wassers stattfinden kann. Zudem weisen ionische Flüssigkeiten im Allgemeinen ein sehr breites elektrochemisches Fenster auf, so daß hier die Gefahr einer elektrochemischen Zersetzung erheblich minimiert ist. Mögliche ionische Flüssigkeiten im Sinne der vorliegenden Erfindungen sind Butyl-3-methyl-imidazolium tetrafluoroborat, aber auch weitere hierzu verwandte Imidazoliumderivate oder aber entsprechende Pyridinium-, Pyrrolidiniumderivate, Phosphonium-, Ammonium- und Sulfoniumdevirate. Der Leitelektrolyt wird aus dem Elektrolytlösungsmittel und dem Leitsalz gebildet, kann ggf. jedoch auch noch weitere je nach Anwendung sinnvolle Zusätze enthalten. Insbesondere umfaßt der Leitelektrolyt ein Leitsalz ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Fluoride, Chloride, Bromide, Iodide, Perfluoride, Perchlorate, Perbromate, Perjodide, Sulfate, Sulfonate, Borate, Tetrafluoroborate, Phosphate, Hexafluorophosphate, Hydroxide, Cyanide, Nitrate, Chromate, Tosylate, Salze der Trifluormethansulfonsäure, Polyalkylsulfate, Polyalkylsulfonate, Polydodecylbenzylsulfonate und/oder Polystyrolsulfonate. Besonders bevorzugt sind dabei Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat und Lithiumperchlorat. Die Leitsalze sind in einer Menge in der Elektrolytlösung vorhanden, welche ausreichend ist, hier die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherzustellen. Bevorzugt ist das System Leitsatz/Elektrolytlösungsmittel derart gewählt, daß die Leitsalze vollständig im Elektrolytlösungsmittel gelöst vorliegen.The conducting electrolyte preferably comprises a conducting electrolyte solution selected from a group comprising water, polar aprotic solvents and / or ionic liquids. Particularly preferred polar aprotic solvents are propylene carbonate, dichloromethane and / or acetonitrile. Particularly preferred are polar aprotic solvents having the highest possible boiling point. For applications in the human body especially water is provided as the electrolyte solvent. Preferably, ionic liquids are used, since these have the great advantage of having virtually no vapor pressure. It can then be dispensed with the additive, depending on the application of solvents. Furthermore, as with polar aprotic solvents, there is advantageously no nucleophilic attack on the polymer backbone of both the conductive polymer layer and the first and / or second membrane material, as may be the case, for example, with the hydroxide ion of the water. In addition, ionic liquids generally have a very wide electrochemical window, so that the risk of electrochemical decomposition is significantly minimized here. Possible ionic liquids in the context of the present invention are butyl-3-methyl-imidazolium tetrafluoroborate, but also further imidazolium derivatives related thereto or corresponding pyridinium, pyrrolidinium derivatives, phosphonium, ammonium and sulfonium derivatives. The conductive electrolyte is formed from the electrolyte solvent and the electrolyte salt, but may optionally also contain other additives that are useful depending on the application. In particular, the conducting electrolyte comprises a conducting salt selected from a group comprising fluorides, chlorides, bromides, iodides, pers fluorides, perchlorates, perbromates, perjodides, sulfates, sulfonates, borates, tetrafluoroborates, phosphates, hexafluorophosphates, hydroxides, cyanides, nitrates, chromates, tosylates, salts of trifluoromethanesulfonic acid, polyalkylsulfates, polyalkylsulfonates, polydodecylbenzylsulfonates and / or polystyrenesulfonates. Particularly preferred are tetrabutylammonium hexafluorophosphate and lithium perchlorate. The conductive salts are present in an amount in the electrolyte solution which is sufficient to ensure the function of the device according to the invention. Preferably, the system Leitsatz / electrolyte solvent is selected such that the conductive salts are completely dissolved in the electrolyte solvent.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste und/oder zweite Membran am Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt. Insbesondere dann, wenn die erste und/oder zweite Kammerwand vollständig von dem Aktor und/oder dem Bewegungselement gebildet wird, kann dementsprechend die Membran in Teilbereichen des Aktors und/oder des Bewegungselementes auf dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt werden. Es kann auch vorgesehen sein, daß die metallische Schicht und/oder die Schicht aus leitfähigem Polymeren über die gesamte den Kammerinnern zugewandte Seite der Membran auf diese aufgebracht sind, sei es vollflächig oder aber nur teilflächig oder aber bahnförmig ähnlich einer Leistungsbahn auf einer Platine, insbe sondere um hier eine sichere Verbindung mit einer Spannungsquelle, welche außerhalb des Kammergehäuses angeordnet ist, herzustellen.In a preferred embodiment is the first and / or second membrane on the housing of the device according to the invention attached. In particular, when the first and / or second chamber wall Completely can be formed by the actuator and / or the moving element Accordingly, the membrane in parts of the actuator and / or the Movement element on the housing the device according to the invention be attached. It can also be provided that the metallic layer and / or the layer of conductive Polymers over the entire chamber interior facing side of the membrane on this are applied, be it entire surface or only part of the area or in a web shape similar to one Leistungsbahn on a board, in particular special order here a safe Connection to a voltage source, which is arranged outside of the chamber housing is to manufacture.

Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß in der Kammer eine Referenzelektrode eingebracht ist, beispielsweise eine Silber/Silberchloridelektrode (Ag/AgCl), so daß hier die Beaufschlagung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer bestimmten Betriebsspannung exakt vorgenommen werden kann. Vorteilhafterweise weist die Kammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine Öffnung auf. Durch diese Öffnung kann beispielsweise der Leitelektrolyt ausgetauscht werden, oder aber auch eine Referenzelektrode eingeführt werden, und nachfolgend die Öffnung wieder verschlossen werden.Farther can advantageously be provided that introduced a reference electrode in the chamber is, for example, a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl), so here the loading of the device according to the invention with a specific Operating voltage can be made exactly. advantageously, has the chamber of the device according to the invention at least an opening on. Through this opening For example, the conducting electrolyte can be exchanged, or but also a reference electrode are introduced, and below the opening be closed again.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktor als Arbeitselektrode geschaltet, wohingegen des Bewegungselement als Gegenelektrode geschaltet ist. Bei Beaufschlagung mit einer Betriebsspannung führen dabei der Aktor und das Bewegungselement eine gleichgerichtete Bewegung aus. Ob sich der Aktor in Richtung auf das Kammerinnere hin oder von diesem wegbewegt, und entsprechend das Bewegungselement eine Bewegung ausführt, richtet sich nach der aufgegebenen Spannung als auch dem chemischen Aufbau des Aktors und ggf. auch des Bewegungselementes.In a preferred embodiment the actuator is switched as a working electrode, whereas the moving element is connected as a counter electrode. When exposed to a Operating voltage lead while the actuator and the moving element a rectified movement out. Whether the actuator is directed towards the interior of the chamber or moved away from this, and according to the moving element one Performs movement, directs according to the discontinued tension as well as the chemical structure of the actuator and possibly also of the movement element.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin einen unmittelbar benachbart dem Aktor angeordneten flüssigkeits- und/oder gasführenden, im allgemein mediumführenden Kanal. Dabei steht der Aktor mit dem den Kanal durchströmenden Medium unmittelbar in Kontakt, so daß vorzugsweise durch den Aktor der Kanal verschließbar ist. Dabei kann der Kanal auch durch Anordnung mehrerer Kammergehäuse mit mehreren Aktoren hintereinander mehrfach verschlossen werden, bzw. hier eine gerichtete Bewegung einer Flüssigkeit durch entsprechende Steuerung und Regelung der einzelnen Aktoren erzeugt werden.In a particularly preferred embodiment comprises the device according to the invention an immediately adjacent the actuator arranged liquid and / or gas-conducting, in generally medium-conducting Channel. The actuator stands with the medium flowing through the channel directly in contact, so that preferably by the actuator the channel closed is. In this case, the channel can also by arranging a plurality of chamber housing with several actuators are closed repeatedly in succession, or here a directed movement of a liquid through appropriate Control and regulation of the individual actuators are generated.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ventil und/oder Pumpe, insbesondere als Mikroventil und/oder Mikropumpe. Mögliche Anwendungsbereiche sind dabei die Medizintechnik und die Mikrosystemtechnik, insbesondere im Hinblick auf biologische, biomedizinische und/oder pharmazeutische Anwendungsbereiche. Mögliche Anwendungsgebiete sind dabei auch biologische Systeme, Körperflüssigkeiten, sowie Lab-on-chip-Devices, Drug-Delivery-Systems, Dispenser, Probengeber, Tintenstrahldrucker, Mikrodosiersysteme aller Art, etc.Of Furthermore, the present invention relates to a use of Device according to the invention as a valve and / or pump, in particular as a microvalve and / or Micropump. Possible Areas of application are medical technology and microsystems technology, in particular with regard to biological, biomedical and / or pharmaceutical applications. Possible fields of application are including biological systems, body fluids, and lab-on-chip devices, drug delivery systems, Dispensers, autosampler, inkjet printers, micro dosing systems of all kinds, etc.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:These and other advantages of the present invention will become apparent from the closer figures below explained. Show it:

1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Seitenansicht; 1 a device according to the invention in a side view;

2a bis 2c: scheibenförmige Bauteile zur Herstellung des Gehäuses der Vorrichtung gem. 1; 2a to 2c : Disc-shaped components for producing the housing of the device acc. 1 ;

3: eine Draufsicht auf die Vorrichtung gem. 1; 3 : a plan view of the device acc. 1 ;

4: eine Schnittansicht in einer Schnittebene 13 der Vorrichtung gem. 1 in Ruhestellung; 4 : a sectional view in a sectional plane 13 the device acc. 1 at rest;

5: eine Schnittansicht in einer Schnittebene 13 der Vorrichtung gem. 1 in ausgelenkter Stellung; 5 : a sectional view in a sectional plane 13 the device acc. 1 in a deflected position;

6: eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung im Ruhezustand und im ausgelenktem Zustand; und 6 an alternative embodiment of the device at rest and in the deflected state; and

7: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Mikropumpe. 7 A further embodiment of the device according to the invention as a micropump.

Zunächst sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in den einzelnen Figuren angegebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, sondern die jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung angegebenen Merkmale zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar sind.First, it should be noted that the present invention is not on the feature combinations specified in the individual figures be is limited, but the features specified in the description including the description of the figures to further developments are combined.

1 zeigt in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Diese weist ein Gehäuse 12 mit einer Kammer 14 auf, wobei in der Ansicht gemäß 1 die Kammer 14 von einem Aktor 24 vollständig bedeckt ist. Im Innern des Gehäuses 12 ist eine Bohrung 20 für eine Öffnung 22 vorgesehen. Der Aktor 24 umfasst eine Membran mit einer metallischen Zwischenschicht, die teilweise als Leistungsbahn 45 ausgebildet ist, um eine Ansteuerung des Aktors 24 zu ermöglichen. 1 shows a side view of a device according to the invention, which in total with the reference numeral 10 is designated. This has a housing 12 with a chamber 14 on, in the view according to 1 the chamber 14 from an actor 24 completely covered. Inside the case 12 is a hole 20 for an opening 22 intended. The actor 24 comprises a membrane with a metallic intermediate layer, partly as a performance track 45 is designed to control the actuator 24 to enable.

Die 2a bis 2c erläutern näher den Aufbau der Vorrichtung gemäß 1. Diese besteht aus zwei scheibenförmigen Bauteilen 16.1 und 16.3, welche die beiden Außenseiten des Gehäuses bilden. Der mittlere Teil des Gehäuses wird gebildet aus einem scheibenförmigen Bauteil 16.2. Die Bauteile 16.1, 16.2 und 16.3 weisen eine Bohrung 18.1, 18.2 und 18.3 auf, wobei das Bauteil 16.2 zusätzlich einen Schlitz 20 für eine Öffnung 22 aufweist. Die das Gehäuse 12 bildenden scheibenförmigen Bauteile 16.1, 16.2 und 16.3 können dabei aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, insbesondere aus Borsilikatglas und/oder Quarzglas, aber auch einem SU8-Fotoresistharz oder Silizium. Durch die Vorsehung der Bohrungen 18.1 und 18.3 in den außenliegenden scheibenförmigen Bauteilen 16.1 und 16.3 des Gehäuses 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 sind die Kammerwände der Kammer 14 in unmittelbarem Kontakt mit der Umgebung des Gehäuses 12, wie dies insbesondere durch die 3 verdeutlicht ist. Aus 3 ist gut der scheibenförmige Aufbau des Gehäuses 12 aus den scheibenförmigen Bauteilen 16.1, 16.2 und 16.3 erkennbar, wobei die Kammer 14 in der in 3 gezeigten Draufsicht durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. Die Kammer 14 weist dabei Kammerwände 15.1 und 15.2 auf, welche somit gleichzeitig Teil der Außenseiten des Gehäuses 12 sind.The 2a to 2c explain in more detail the structure of the device according to 1 , This consists of two disk-shaped components 16.1 and 16.3 , which form the two outer sides of the housing. The middle part of the housing is formed from a disk-shaped component 16.2 , The components 16.1 . 16.2 and 16.3 have a hole 18.1 . 18.2 and 18.3 on, where the component 16.2 in addition a slot 20 for an opening 22 having. The the housing 12 forming disc-shaped components 16.1 . 16.2 and 16.3 can be made of any suitable material, in particular of borosilicate glass and / or quartz glass, but also a SU8 photoresist resin or silicon. By the providence of the holes 18.1 and 18.3 in the outer disc-shaped components 16.1 and 16.3 of the housing 12 the device according to the invention 10 are the chamber walls of the chamber 14 in direct contact with the environment of the housing 12 as this particular by the 3 is clarified. Out 3 is good the disc-shaped structure of the housing 12 from the disk-shaped components 16.1 . 16.2 and 16.3 recognizable, whereby the chamber 14 in the in 3 shown top view is indicated by a broken line. The chamber 14 has chamber walls 15.1 and 15.2 on, which thus at the same time part of the outer sides of the housing 12 are.

4 zeigt nun in einem Schnitt entsprechend einer Schnittebene 13 der 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung 10, wobei hier der Einfachheit halber der scheibenförmige Aufbau des Gehäuses 12 nicht berücksichtigt wurde. Es versteht sich jedoch von selbst, daß das Gehäuse 12 nicht nur scheibenförmig im Sinne der 1 bis 3 aufgebaut sein kann, sondern in jeder der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gerecht werdenden Art, auch beispielsweise aus massiven insbesondere einstückigen Bauteilen, gebildet sein kann. Dabei ist die Vorrichtung 10 in einem Betriebszustand A wiedergegeben, welche die Ruhestellung desselben darstellt. Die Vorrichtung 10 weist einen Aktor 24 und ein Bewegungselement 30 auf. Der Aktor 24 besteht aus einer Membran 26, welche am Gehäuse 12 befestigt ist. Im Bereich des Kammerinnern 36 ist diese Membran 26 zunächst mit einer metallischen Zwischenschicht 46 versehen, auf welcher eine Schicht eines leitfähigen Polymeren 28 angeordnet ist. Das Bewegungselement 30 weist eine am Gehäuse 12 befestigte Membran 32 auf, welche zumindest im Bereich des Kammerinnern 36 mit einer metallischen Schicht 34 versehen ist. Im Kammerinnern 36 liegt dabei ein Leitsalz und/oder Leitelektrolyt 38, umfassend ein Elektrolytlösemittel und/oder mindestens eine ionischen Flüssigkeit, eventuell mit Elektrolytlösemittel und/oder Leitsalz versetzt, vor. 4 now shows in a section corresponding to a section plane 13 of the 1 the device according to the invention 10 , Here, for the sake of simplicity, the disc-shaped structure of the housing 12 was not considered. It goes without saying, however, that the housing 12 not only disc-shaped in the sense of 1 to 3 can be constructed, but in any of the object of the present invention fair expectant, even for example, from solid particular one-piece components may be formed. Here is the device 10 in an operating condition A reproduced, which represents the rest position thereof. The device 10 has an actor 24 and a moving element 30 on. The actor 24 consists of a membrane 26 , which on the housing 12 is attached. In the area of the chamber interior 36 is this membrane 26 first with a metallic intermediate layer 46 provided on which a layer of a conductive polymer 28 is arranged. The movement element 30 has one on the housing 12 attached membrane 32 on, which at least in the interior of the chamber 36 with a metallic layer 34 is provided. In the chamber interior 36 is a conductive salt and / or electrolyte 38 comprising an electrolyte solvent and / or at least one ionic liquid, possibly mixed with electrolyte solvent and / or electrolyte salt.

Das Kammerinnere 36 ist daher bevorzugt vollständig mit dem Leitelektrolyt 38 befüllt. Die Kammerwände 15.1 und 15.2 werden somit durch die Membranen 26 und 32 gebildet, die gleichzeitig Bestandteile der Gehäusewände des Gehäuses 12 sind. Im Betriebszustand A gem. 4 ist an den Aktor 24 keine Spannung angelegt. Die Membranen 26 bzw. 32 mit metallischer Schicht 34 bzw. 46 oder nur die metallischen Schichten 34 bzw. 46 können dabei noch Leistungsbahnen bilden (nicht gezeigt), die auf der Gehäusewand verlaufen, um eine Ansteuerung zu ermöglichen.The chamber interior 36 is therefore preferably completely with the Leitelektrolyt 38 filled. The chamber walls 15.1 and 15.2 are thus through the membranes 26 and 32 formed, which at the same time components of the housing walls of the housing 12 are. In operating state A acc. 4 is to the actor 24 no voltage applied. The membranes 26 respectively. 32 with metallic coating 34 respectively. 46 or only the metallic layers 34 respectively. 46 can still form power tracks (not shown), which run on the housing wall to allow a drive.

5 zeigt nun die Vorrichtung gem. 4 in einem Betriebszustand B, in welchem der Aktor 24 mit einer Betriebsspannung beaufschlagt ist. Durch Beaufschlagung des Aktors 24 mit einer Spannung bewegt sich der Aktor 24 in das Kammerinnere 36 hinein in Richtung eines Pfeiles 42.1, wohingegen sich das Bewegungselement 30 als Reaktion in Richtung eines Pfeiles 42.2 vom Kammerinnern 36 wegbewegt. Nicht gezeigt sind in den 4 und 5 die möglichen Anschlüsse von stromführenden Leitungen zu dem Aktor 24, diese können jedoch in jeder bekannten Art und Weise erfolgen. Wird nun eine Betriebsspannung auf die Vorrichtung gem. den 4 und 5 beispielsweise in Form einer Dreieckspannung oder Rechteckspannung aufgebracht, so kann hier eine gepulste Bewegung des Aktors 24 und entsprechend des Bewegungselementes 30 erfolgen, wobei durch die gleichgerichteten Bewegungen des Aktors 24 und des Bewegungselementes 30 hier ein Druckausgleich nicht notwendig ist. Die erste und die zweite Membran 26 und 32 des Aktors 24 und des Bewegungselementes 30 sind dabei bevorzugt aus identischen Materialien gebildet, und weisen insbesondere auch die gleichen physikalisch-chemischen Parameter, insbesondere auch mehr oder weniger identische E-Module auf. 5 now shows the device acc. 4 in an operating state B, in which the actuator 24 is subjected to an operating voltage. By acting on the actuator 24 with a tension the actuator moves 24 into the chamber interior 36 in the direction of an arrow 42.1 whereas the movement element 30 as a reaction in the direction of an arrow 42.2 from the chamber interior 36 moved away. Not shown in the 4 and 5 the possible connections of current-carrying lines to the actuator 24 However, these can be done in any known manner. If now an operating voltage acc. the 4 and 5 For example, applied in the form of a triangular voltage or square wave, so here is a pulsed movement of the actuator 24 and according to the movement element 30 be done by the rectified movements of the actuator 24 and the movement element 30 Here a pressure compensation is not necessary. The first and the second membrane 26 and 32 of the actor 24 and the movement element 30 are preferably formed from identical materials, and in particular also have the same physical-chemical parameters, in particular also more or less identical E-modules.

6 zeigt nun eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wobei hier im Unterschied zu der in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsform in einer einzigen Darstellung ein Ruhezustand A mit einem Betriebszustand C zur Verdeutlichung gezeigt ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß im Kammerinnern 36 eine Referenzelektrode 40, beispielsweise in Form einer Silber/Silberchloridelektrode, angeordnet ist, um eine möglichst exakte Einstellung der Betriebsspannung zu ermöglichen. Des Weiteren ist im Unterschied zu der in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 hier eine Ausbildung wiedergegeben, welche eine Bewegung des Aktors 24 mit einer Membran 26 und dem Bewegungselement 30 in einer entgegengesetzten Richtung zu derjenigen gem. 5, nämlich eine solche in Richtung der Pfeile 44.1 und 44.2, ermöglicht. Schließlich ist die metallische Schicht 34 des Bewegungselementes 30 nicht lediglich im Bereich der Kammer auf der Membran 32 angeordnet, vielmehr ist die Membran 32 durchgehend mit der metallischen Schicht 34 versehen, wobei diese allerdings auch nur teilflächig insbesondere im Bereich des Gehäuses 12 verlaufen kann. Hierdurch kann eine Vereinfachung der Beaufschlagung des zweiten Aktors 30 mit einer Betriebsspannung erfolgen. Entsprechend weist die Membran 26 des ersten Aktors 24 eine metallische Zwischenschicht 46 auf, welche ebenso wie die metallische Schicht 34 des Bewegungselementes 30 nicht nur im Bereich der Kammer auf der Membran 26 angeordnet ist, sondern auf der gesamten der Kammer bzw. dem Gehäuse 12 zugewandten Seite der Membran 26 vorliegt. Auch hierdurch ist eine einfache Beaufschlagung des Aktors 24 mit einer Betriebsspannung ermöglicht. 6 now shows an alternative embodiment of the device according to the invention 10 , here in contrast to the in the 4 and 5 shown embodiment in a single representation of a rest state A with an operation state C is shown for clarity. Another difference is that inside the chamber 36 a reference electrode 40 , For example, in the form of a silver / silver chloride electrode, arranged in order to allow the most accurate adjustment of the operating voltage. Furthermore, in contrast to the in the 4 and 5 shown embodiment of the device 10 reproduced here an education, which is a movement of the actuator 24 with a membrane 26 and the movement element 30 in an opposite direction to that of FIG. 5 , namely one in the direction of the arrows 44.1 and 44.2 , allows. Finally, the metallic layer 34 of the movement element 30 not just in the area of the chamber on the membrane 32 arranged, but rather the membrane 32 continuous with the metallic layer 34 provided, but this only part of the area especially in the area of the housing 12 can run. This can simplify the admission of the second actuator 30 done with an operating voltage. Accordingly, the membrane 26 of the first actor 24 a metallic intermediate layer 46 on which as well as the metallic layer 34 of the movement element 30 not only in the area of the chamber on the membrane 26 is arranged, but on the entire of the chamber or the housing 12 facing side of the membrane 26 is present. This also makes a simple act of the actuator 24 with an operating voltage allows.

7 zeigt nun die Ausbildung der Erfindung in Form einer Mikropumpe, wobei hier beispielhaft diese insgesamt drei Kammern 50, 52 und 54 aufweist. Die Mikropumpe ist dabei insgesamt mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet. Die erste Kammer 50 weist dabei einen Aktor 56 auf mit einer Schicht aus einem leitfähigen Polymeren 68.1 und einer metallischen Zwischenschicht 72.1, sowie ein Bewegungselement 62, bestehend aus einer im Bereich des Kammerinnern angeordneten metallischen Schicht 70.1 auf. Die zweite Kammer weist einen ersten Aktor 58 und entsprechend ein Bewegungselement 64 auf, wobei der Aktor 58 eine Schicht aus einem leitfähigen Polymer 68.2 und eine metallische Zwischenschicht 72.1 aufweist, wohingegen das Bewegungselement 64 eine metallische Schicht 70.2 aufweist. Die dritte Kammer 54 weist einen Aktor 60 und entsprechend ein Bewegungselement 66 auf, wobei der Aktor 60 eine Schicht aus einem leitfähigen Polymer 68.3 und eine metallischen Zwischenschicht 72.3 aufweist, und das Bewegungselement 66 eine metallische Schicht 70.3. Alle Aktoren 56, 58 und 60 und alle Bewegungselemente 62, 64 und 66 weisen eine gemeinsame Membran 69 bzw. 67 auf, so daß auch von einer Aktormembran 69 und einer Bewegungselementmembran 67 gesprochen werden kann. Die einzelnen Kammern 50, 52 und 54 sind durch Gehäuseteile 88.1 bis 88.4 voneinander getrennt bzw. gebildet. 7 now shows the embodiment of the invention in the form of a micropump, in which case, for example, this total of three chambers 50 . 52 and 54 having. The micropump is in total with the reference numeral 48 designated. The first chamber 50 has an actuator 56 on with a layer of a conductive polymer 68.1 and a metallic intermediate layer 72.1 , as well as a movement element 62 consisting of a metallic layer arranged in the area of the interior of the chamber 70.1 on. The second chamber has a first actuator 58 and accordingly a movement element 64 on, with the actor 58 a layer of a conductive polymer 68.2 and a metallic intermediate layer 72.1 whereas the moving element 64 a metallic layer 70.2 having. The third chamber 54 has an actor 60 and accordingly a movement element 66 on, with the actor 60 a layer of a conductive polymer 68.3 and a metallic intermediate layer 72.3 has, and the moving element 66 a metallic layer 70.3 , All actors 56 . 58 and 60 and all movement elements 62 . 64 and 66 have a common membrane 69 respectively. 67 on, so that also by an actuator membrane 69 and a moving element membrane 67 can be spoken. The individual chambers 50 . 52 and 54 are through housing parts 88.1 to 88.4 separated or formed.

Des Weiteren weist die Mikropumpe 48 Pumpengehäuseteile 86.1, 86.2 und 86.3 auf, welche in Verbindung mit den Gehäuseteilen 88.1 bis 88.4 derart angeordnet sind, daß hier ein Kanal 78 gebildet ist. Der Kanal 78 weist dabei Ausnehmungen 82.1 bis 82.4 auf. Zwischen den Pumpengehäuseteilen 68.1 bis 68.3 ist ein Einlaß 74 und ein Auslass 76 gebildet. In dem in der 7 gezeigten Zustand der Mikropumpe 48 ist der Kanal 78 verschlossen, was hier durch eine spezielle Ausgestaltung des Kanals 78 durch Vorsehung von Vorsprüngen 80.1 und 80.2 in der Kanalwand am Einlaß 74 und Vorsprüngen 80.3 und 80.4 am Auslass 78 ermöglicht ist, welche dichtend gegen die ersten Aktoren 56 und 60 anliegen.Furthermore, the micropump 48 Pump housing parts 86.1 . 86.2 and 86.3 on which in conjunction with the housing parts 88.1 to 88.4 are arranged such that here is a channel 78 is formed. The channel 78 has recesses 82.1 to 82.4 on. Between the pump housing parts 68.1 to 68.3 is an inlet 74 and an outlet 76 educated. In the in the 7 shown state of the micropump 48 is the channel 78 closed, which here by a special configuration of the channel 78 by providence of projections 80.1 and 80.2 in the channel wall at the inlet 74 and protrusions 80.3 and 80.4 at the outlet 78 is possible, which sealing against the first actuators 56 and 60 issue.

Wird nun eine Betriebsspannung der Mikropumpe 48 aufgegeben, bewegt sich der Aktor 56 der Kammer 50 in Richtung eines Pfeiles 84.1, der Aktor 58 der Kammer 52 in Richtung eines Pfeiles 84.2, und der Aktor 60 der Kammer 54 in Richtung eines Pfeiles 84.3 in das Kammerinnere hinein. Entsprechend bewegt sich das Bewegungselement 62 der ersten Kammer 50, das Bewegungselement 64 der zweiten Kammer 52 und das Bewegungselement 66 der dritten Kammer 54 von dem Kammerinnern weg in Richtung der Pfeile 84.1, 84.2 und 84.3. Durch die Bewegung der Aktoren 56 und 60 und zur Erzielung eines Druckausgleiches der Bewegungselemente 62 und 66 wird der Kanal 78 geöffnet, und ein diesen durchströmendes Medium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, kann über den Einlaß 74 in Richtung des Auslasses 76 strömen. Wird dabei insbesondere eine gepulste Betriebsspannung der Mikropumpe 48 aufgegeben, und erfolgt die Ansteuerung der einzelnen Kammern 50, 52 und 54 getrennt und unabhängig voneinander, so kann hier eine gerichtete Bewegung von über den Einlaß 74 in den Kanal 78 einfließendem Medium in Richtung des Auslasses 76 erfolgen. Das Medium wird somit durch die Aktoren 56, 58 und 60 durch den Einlaß 74 angesaugt und über den Auslass 76 aus dem Kanal 78 geführt.Will now be an operating voltage of the micropump 48 abandoned, the actor moves 56 the chamber 50 in the direction of an arrow 84.1 , the actor 58 the chamber 52 in the direction of an arrow 84.2 , and the actor 60 the chamber 54 in the direction of an arrow 84.3 into the interior of the chamber. Accordingly, the moving element moves 62 the first chamber 50 , the movement element 64 the second chamber 52 and the movement element 66 the third chamber 54 away from the chamber interior in the direction of the arrows 84.1 . 84.2 and 84.3 , By the movement of the actuators 56 and 60 and to achieve a pressure equalization of the movement elements 62 and 66 becomes the channel 78 opened, and a medium flowing through this, for example a gas or a liquid, can through the inlet 74 in the direction of the outlet 76 stream. In this case, in particular, a pulsed operating voltage of the micropump 48 abandoned, and the control of the individual chambers takes place 50 . 52 and 54 separated and independently of each other, so here can a directed movement of the inlet 74 in the channel 78 inflowing medium in the direction of the outlet 76 respectively. The medium is thus through the actuators 56 . 58 and 60 through the inlet 74 sucked in and over the outlet 76 from the channel 78 guided.

Bei Öffnung des Kanals 74 und gleichzeitiger Schließung des Kanals 76 kann durch Bewegung des Aktors 58 das Medium angesaugt und anschließend durch Schließung des Kanals 74 und Öffnung des Kanals 76 durch die Rückbewegung des Aktors 58 das Medium über den Kanal 76 ausgestoßen werden. Die Förderrichtung des Mediums wird durch die Reihenfolge der Ansteuerung der Aktoren 56, 58 und 60 bestimmt. Die Fördermenge kann durch die Ansteuerzeiten und die beaufschlagte Spannung variiert werden.When opening the channel 74 and simultaneous closure of the canal 76 can be due to movement of the actuator 58 aspirated the medium and then closing the canal 74 and opening the channel 76 by the return movement of the actuator 58 the medium over the channel 76 be ejected. The conveying direction of the medium is determined by the order of activation of the actuators 56 . 58 and 60 certainly. The flow rate can be varied by the drive times and the applied voltage.

Durch die Mikropumpe 48 gem. 7, aber auch die Vorrichtung 10 gem. den 1 bis 6 ist es nicht notwendig, daß dem zu bewegenden Medium ein Leitelektrolyt zugesetzt ist, wodurch sich deren Anwendungsbereich erheblich erweitert im Unterschied zu denjenigen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen. Je nach Auswahl des Leitelektrolyten und des Membranmateriales als auch des leitfähigen Polymeren können insbesondere nachteilig auftretende elektrochemische Prozesse, wie beispielsweise nukleophile Angriffe von Hydroxidionen auf Polymere, Hydrolysen oder Überoxidationen vermieden werden. Zudem können die Vorrichtungen 10 oder die Mikropumpe 48 ohne Weiteres mit geringen Betriebsspannungen unter ± 2 Volt betrieben werden, so daß hier ein Batteriebetrieb ermöglicht ist. Die Aktoren einer Mikropumpe können getrennt im vorliegenden Sinne angesteuert werden, so dass auch die Fördereinrichtung variiert werden kann. Dabei kann die Mikropumpe auch mehrere Ein- und Auslassventile sowie Pumpenkammern in anderer Anordnung vorweisen.Through the micropump 48 gem. 7 but also the device 10 gem. the 1 to 6 it is not necessary that the medi to be moved is added to a Leitelektrolyt, whereby their scope considerably expanded in contrast to those known from the prior art devices. Depending on the selection of the supporting electrolyte and of the membrane material as well as of the conductive polymer, especially disadvantageously occurring electrochemical processes, such as, for example, nucleophilic attacks of hydroxide ions on polymers, hydrolyses or overoxidations can be avoided. In addition, the devices can 10 or the micropump 48 be operated easily with low operating voltages below ± 2 volts, so that a battery operation is possible here. The actuators of a micropump can be controlled separately in the present sense, so that the conveyor can be varied. The micropump may also have a plurality of inlet and outlet valves and pump chambers in a different arrangement.

Die Erfindung wird an dem vorstehenden Beispiel noch näher erläutert:
Aus Borsilikatglas werden Flachglasplatten mit einer Länge von 2,8 cm, Breite von 2,5 cm und einer Dicke von 3 mm hergestellt, in welche mittig ein Loch mit einem Durchmesser von 1 cm gebohrt wurde. Dabei wurde in die mittlere Glasplatte ein Schlitz 20 mit einer Breite von 1,5 mm eingebracht, welcher nachfolgend die Öffnung 22 der Vorrichtung 10 bildet. Diese drei Glasplatten wurden mit einem Epoxidharzkleber verklebt zur Bildung des Gehäuses 12.The invention will be explained in more detail in the preceding example:
From borosilicate glass flat glass plates are produced with a length of 2.8 cm, width of 2.5 cm and a thickness of 3 mm, in which a hole with a diameter of 1 cm was drilled in the middle. It was in the middle glass plate, a slot 20 introduced with a width of 1.5 mm, which subsequently the opening 22 the device 10 forms. These three glass plates were bonded with an epoxy adhesive to form the housing 12 ,

Anschließend wurde die Öffnung der Bohrungen 18.1 und 18.3 gem. den 2a und 2c von außen mit einer mit Platin besputterten Folie aus Polyethylenterephtalat beklebt. Die Folie war dabei nicht nur im Bereich der Kammer, sondern über die gesamte dem Gehäuse und dem Kammerinnern zugewandten Fläche besputtert. Die Dicke der Platinschicht betrug dabei etwa 60nm bis etwa 80 nm, die Dicke der Folie etwa 12μm.Subsequently, the opening of the holes 18.1 and 18.3 gem. the 2a and 2c pasted with a platinum-sputtered polyethylene terephthalate film. The film was sputtered not only in the area of the chamber, but over the entire surface facing the housing and the interior of the chamber. The thickness of the platinum layer was about 60 nm to about 80 nm, the thickness of the film about 12 .mu.m.

Zur Beschichtung einer der beiden mit Platin besputterten Membranfolien mit einem leitfähigen Polymeren wurde die gebildete Kammer über die Öffnung 22 mit einer monomerhaltigen Elektrolytlösung befüllt. Als Monomere wurde dabei 0,1 M Pyrrol in Propylencarbonat mit Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (0,1 M) bzw. Lithiumperchlorat (0,1 M) als Leitelektrolyt eingesetzt, wobei die Polymerisation potentiostatisch bei 850 mV erfolgte. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde als Monomer 3,4-Ethylendioxythiophen in Propylencarbonat mit Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat, alternativ in Lithiumperchlorat, jeweils 0,1 M, verwendet, wobei hier die Polymerisation potentiostatisch bei etwa 1.000 mV erfolgte. Bei der potentiostatischen Polymerisation wurde dabei die zu beschichtende mit Platin besputterte Kunststoffmembran als Arbeitselektrode geschaltet, die gegenüberliegende Membran als Gegenelektrode. Zusätzlich wurde als Referenzelektrode über die Öffnung 22 ein mit Silberchlorid beschichteter Silberdraht in das Kammerinnere eingeführt.To coat one of the two platinum-sputtered membrane films with a conductive polymer, the formed chamber was passed over the opening 22 filled with a monomer-containing electrolyte solution. In this case, 0.1 M pyrrole in propylene carbonate with tetrabutylammonium hexafluorophosphate (0.1 M) or lithium perchlorate (0.1 M) as the conducting electrolyte was used as monomers, the polymerization taking place potentiostatically at 850 mV. In a further embodiment, 3,4-ethylenedioxythiophene in propylene carbonate with tetrabutylammonium hexafluorophosphate, alternatively in lithium perchlorate, in each case 0.1 M, was used as the monomer, in which case the polymerization took place potentiostatically at about 1000 mV. In the case of potentiostatic polymerization, the plastic membrane sputtered with platinum was connected as the working electrode and the opposite membrane as the counterelectrode. In addition, as a reference electrode across the opening 22 a silver wire coated with silver chloride was introduced into the interior of the chamber.

Nach erfolgter Beschichtung mit Polypyrrol bzw. Poly(3-4-Ethylendioxytiophen) wurde die Kammer entleert, gespült und mit monomerfreier Elektrolytlösung gefüllt. Als Elektrolyt diente dabei Propylencarbonat mit Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat oder Lithiumperchlorat, jeweils 0,1 M. Nach Befüllung mit monomerfreier Elektrolytlösung wurde wiederum als Referenzelektrode ein mit Silberchlorid beschichteter Silberdraht über die Öffnung 22 eingeführt und die Öffnung dicht verschlossen.After coating with polypyrrole or poly (3-4-ethylenedioxytiophene), the chamber was emptied, rinsed and filled with monomer-free electrolyte solution. The electrolyte used was propylene carbonate with tetrabutylammonium hexafluorophosphate or lithium perchlorate, in each case 0.1 M. After filling with monomer-free electrolyte solution, a silver wire coated with silver chloride was again passed over the opening as the reference electrode 22 introduced and the opening tightly closed.

Anschließend wurden Dreiecks- und Rechteckspotentiale im Bereich zwischen 0 V und 1 V mit einer Vorschubgeschwindigkeit bis zu 1 V/sec angelegt, wodurch eine gepulste Auswölbung des ersten Aktors 24 und des zweiten Aktors 30 erfolgt.Subsequently, triangular and rectangular potentials in the range between 0 V and 1 V were applied at a feed rate of up to 1 V / sec, resulting in a pulsed bulge of the first actuator 24 and the second actor 30 he follows.

Claims

Contraption ( 10 ) for moving liquids and / or gases comprising a housing ( 12 ) with at least one chamber ( 14 ) with a first chamber wall ( 15.1 ), at least partially comprising at least one actor ( 24 ) comprising at least one first movable membrane ( 26 ) and at least one on the inside of the chamber ( 36 ) side facing layer ( 28 ) of at least one conductive polymer; and with a second chamber wall ( 15.2 ), at least partially comprising at least one movement element ( 30 ) comprising at least one second movable membrane ( 32 ) and at least one on the inside of the chamber ( 36 ) facing side metallic layer ( 34 ), whereby the chamber ( 14 ) with a conducting electrolyte ( 38 ) is at least partially filled and wherein the actuator ( 24 ) and the movement element ( 30 ) by applying a voltage between the conductive polymer and the metallic layer ( 34 ) are movable.

Device according to claim 1, characterized in that the actuator ( 24 ) and the movement element ( 30 ) are arranged opposite one another.

Device according to a of the preceding claims, characterized in that the applied Voltage in a range of about 2 volts to about -2 volts chosen is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive polymer is selected from a group comprising polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyphenylenes, polyparaphenylenes and / or polyvi nylenes and their derivatives.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the layer ( 28 ) of conductive polymer has a thickness in a range of about 10 nm to about 150 μm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic layer ( 34 ) is formed of one or more layers of metals selected from a group comprising platinum, gold, silver, chromium, titanium and / or stainless steel.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic layer ( 34 ) has a thickness in a range of about 1 nm to about 250 nm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second movable membrane ( 26 . 32 ) is formed from a film selected from a group comprising polyimides, polyamides, polyurethanes, polytetrafluoroethylenes, polydimethylsiloxanes, polymethylmethacrylates, polyesters, polyvinyl chlorides, polyethylenes, polyethylene terephthalates, parylene and / or silicone rubber.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second membrane ( 26 . 32 ) is not permeable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second membrane ( 26 . 32 ) has an E-modulus in a range of about 5 MPa to about 10,000 MPa, measured according to EN ISO 527.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conducting electrolyte ( 38 ) comprises a conducting electrolyte solution selected from a group comprising water, aprotic solvents and / or ionic liquids.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conducting electrolyte ( 38 ) an electrolyte salt comprises selected from a group comprising fluorides, chlorides, bromides, iodides, perfluorides, perchlorates, perbromates, periodides, sulfates, sulfonates, borates, tetrafluoroborates, phosphates, hexafluorophosphates, hydroxides, cyanides, nitrates, chromates, tosylates, salts of trifluoromethanesulfonic acid , Polyalkylsulfate, Polyalkylsulfonate, Polydodecylbenzylsulfonate and / or polystyrene sulfonates.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first chamber wall ( 15.1 ) by the actuator ( 24 ) and the second chamber wall ( 15.2 ) by the moving element ( 30 ) is formed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second membrane ( 26 . 32 ) on the housing ( 12 ) is attached.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the first membrane ( 26 ) and the layer ( 28 ) of conductive polymer at least one further metallic layer ( 46 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the chamber ( 14 ) a reference electrode ( 40 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first actuator ( 24 ) is connected as a working electrode.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber ( 14 ) at least one opening ( 22 ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises an immediately adjacent to the actuator ( 24 ) arranged liquid and / or gas-carrying channel ( 78 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 78 ) by the actuator ( 24 ) is closable.

Use of a device according to one of claims 1 to 20 as a valve and / or pump.