一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱制造技术

本实用新型专利技术提供一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，所述微色谱柱包括：微沟道；以及椭圆微柱阵列，周期性排列于所述微沟道内，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1~4:1。本实用新型专利技术将微色谱柱的微柱设计为具有流线型结构的椭圆微柱，一方面可以使得微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以提高微色谱柱内固定相涂敷的均匀性；另一方面可以使得柱内的流速分布更均匀，以抑制色谱峰型的展宽。

A micro column with a streamlined elliptical micro column array

The utility model provides a micro column containing a streamlined elliptical micro column array, the micro column includes: micro channel and micro column array; elliptic, periodic arrangement in the micro channel, micro elliptic column axis and the measured flow direction component parallel to the short axis direction and the flow direction of components to be measured perpendicular to the elliptical column long axis and short axis length ratio is 2:1~4:1. The utility model has the advantages of micro column micro column is elliptic with streamlined structure micro column, on the one hand can make the micro column after the formation of the \quasi zero velocity zone\ area is greatly reduced, in order to improve the uniformity of micro chromatographic column stationary phase coating; on the other hand can make the velocity distribution within the column more uniform, to broaden the inhibition of chromatographic peak type.

【技术实现步骤摘要】
一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱
本技术涉及一种属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱。
技术介绍
气相色谱柱的主要功能是对待分析的混合样品气体进行分离，它是气相色谱仪的核心部件。传统的气相色谱柱包括毛细管柱、填充柱等，由于体积较大，需要专门的柱温箱为其加热，其功耗达几千瓦，因此为了实现气相色谱仪的微型化，气相色谱柱的微型化至关重要。自上世纪70年代末以来，人们开始尝试在硅片上通过腐蚀/刻蚀的方法制作微色谱柱芯片。为了提高硅基微色谱柱的分离效率，研究者对其几何结构进行了优化设计，并取得了重要进展。对色谱柱在硅片上的布局研究表明蛇形布局优于螺旋形；色谱柱横截面有圆形和矩形之分，高深宽比的矩形柱性能更佳。为了进一步增加柱内表面积，研究者在柱内设计了规则排列的微柱结构阵列，即所谓半填充式柱结构，这种微色谱柱具有易于涂敷固定相、分离效率高等优点。目前所报道的微柱结构有方形微柱和圆形微柱，但我们通过研究发现，当气体流经这些微柱结构时在微柱后均存在较大的“准零流速区”，这将导致微色谱柱内固定相涂敷不均匀，另外由于流速分布不均匀，将导致最后所获得的色谱峰型展宽。为了解决上述问题，本技术提出了一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱及制备方法。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱及其制备方法，用于解决现有技术中方形微柱和圆形微柱所导致的固定相涂敷不均匀和色谱峰型展宽问题。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，所述微色谱柱包括：微沟道；以及椭圆微柱阵列，周期性排列于所述微沟道内，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向(即沿着微沟道方向，如图4中14所示)平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1～4:1。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的一种优选方案，所述微色谱柱包括：硅衬底；微沟道，形成于所述硅衬底中；微流控端口，形成于所述微沟道两端；椭圆微柱阵列，周期性排列于所述微沟道内，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1～4:1。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的一种优选方案，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与长轴的长度比为1:1～5:3，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比为5:2～9:2。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的一种优选方案，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2.5:1～3.5:1，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与长轴的长度比为3.5:3～4.5:3，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比为6.5:2～7.5:2。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的一种优选方案，所述微沟道的截面呈矩形，该矩形的宽度范围为100～530μm，深度范围为100～550μm。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的一种优选方案，所述椭圆微柱的长轴长度为16～170μm，短轴长度为6～64μm，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为16～283μm，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为15～288μm。优选地，所述椭圆微柱的长轴长度为20～148μm，短轴长度为7～51μm，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为23～223μm，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为22～191μm。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的一种优选方案，所述微沟道包括多个平行排列的子微沟道，各子微沟道的通过U型沟道首尾相连。本技术还提供一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法，包括步骤：步骤1)，提供一硅衬底，采用光刻-刻蚀工艺于所述硅衬底中制作出微沟道及微流控端口，所述微沟道内包含椭圆微柱阵列，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1～4:1；步骤2)，提供一玻璃基底，将所述硅衬底具有微沟道的一面与所述玻璃基底进行键合。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，以二氧化硅及光刻胶中的一种或两种作为掩膜，采用DRIE工艺于所述硅衬底中刻蚀出微沟道及微流控端口。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，将玻璃基底置于键合机的阴极，硅衬底置于键合机的阳极进行硅-玻璃阳极键合。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与长轴的长度比为1:1～5:3，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比为5:2～9:2。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2.5:1～3.5:1，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与长轴的长度比为3.5:3～4.5:3，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比为6.5:2～7.5:2。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，所述微沟道的截面呈矩形，该矩形的宽度范围为100～530μm，深度范围为100～550μm。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，所述椭圆微柱的长轴长度为16～170μm，短轴长度为6～64μm，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为16～283μm，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为15～288μm。优选地，所述椭圆微柱的长轴长度为20～148μm，短轴长度为7～51μm，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为23～223μm，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距的范围为22～191μm。作为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法的一种优选方案，所述微沟道包括多个平行排列的子微沟道，各子微沟道的通过U型沟道首尾相连。如上所述，本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱及其制备方法，具有以下有益效果：本技术将微色谱柱的微柱设计为具有流线型结构的椭圆微柱，一方面可以使得微柱后所形成的“准零流速区”的区域大大缩小，以提高微色谱柱内固定相涂敷的均匀性；另一方面可以使得柱内的流速分布更均匀，以抑制色谱峰型的展宽。本技术结构和制备工艺简单，可以有效提高微色谱柱的检测性能，在微电子机械系统领域尤其是微色谱柱的设计及制备领域具有广泛的应用前景。附图说明图1～图4显示为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱的制备方法各步骤所呈现的结构，其中，图1～图3为微色谱柱的截面结构示意图，图4为刻蚀出微沟道和微流控端口后的硅衬底的扫描电镜图，其中，微沟道内部包含有一系列按照一定规则排列的流线型椭圆微柱阵列。图5a～图5b显示为含有圆形微柱阵列的微色谱柱内的流速分布图。图6a～图6b显示为本技术的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱内的流速分布图。元件标号说明1微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，其特征在于，所述微色谱柱包括：微沟道；椭圆微柱阵列，周期性排列于所述微沟道内，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1～4:1。

【技术特征摘要】
1.一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，其特征在于，所述微色谱柱包括：微沟道；椭圆微柱阵列，周期性排列于所述微沟道内，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1～4:1。2.根据权利要求1所述的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，其特征在于，所述微色谱柱包括：硅衬底；微沟道，形成于所述硅衬底中；微流控端口，形成于所述微沟道两端；椭圆微柱阵列，周期性排列于所述微沟道内，椭圆微柱的长轴与待测组分的流动方向平行，短轴方向与待测组分的流动方向相垂直，所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2:1～4:1。3.根据权利要求1或2所述的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，其特征在于：在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与长轴的长度比为1:1～5:3，在短轴方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与短轴的长度比为5:2～9:2。4.根据权利要求1或2所述的含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱，其特征在于：所述椭圆微柱的长轴与短轴的长度比为2.5:1～3.5:1，在长轴的方向上，相邻两椭圆微柱的柱心距与...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飞，田博文，侯磊，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31