具有聚丁二烯涂层的气相色谱柱制造技术

一种3D气相色谱(GC)柱发展，其通过组装两个部分而是可能的，每个是由气密材料形成的衬底。一个部分可以是具有蛇形流动通道结构的硅衬底，并且另一部分可以是玻璃板。两者涂覆有包括聚丁二烯的柱填料，其也能够将这两个部分胶合或结合在一起，从而密封流动通道，因此形成GC柱。柱封装能够以从非常疏水直到非常亲水的各种极性组成。以这种方式，能够关于针对有兴趣检测的具体分子(例如辛烷)的分辨率调节柱填料。本发明专利技术有利于微型GC柱。

Gas chromatographic column with polybutadiene coating

A development of a 3D gas chromatography (GC) column that is possible by assembling two parts, each of which is a substrate formed of a gas tight material. One part can be a silicon substrate with a serpentine flow channel structure, and the other part can be a glass plate. The two are coated with a column filler including polybutadiene, which can also glue or combine the two parts to seal the flow channel, thus forming a GC column. The column package can be composed of various polarity from very hydrophobic to very hydrophilic. In this way, the column packing can be adjusted with respect to the resolution of specific molecules (such as octane) that are interested in detection. The invention is advantageous to a micro GC column.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有聚丁二烯涂层的气相色谱柱
本专利技术总体上涉及气体的分析。具体地，本专利技术涉及一种气相色谱(GC)柱设备和一种用于制造GC柱(特别是如微型气相色谱(μGC)柱)的方法，所述GC柱例如适用于气体(例如从人呼出的呼吸气或基于来自皮肤、尿液或粪便的样本的气体)的医学分析。更具体地，本专利技术提供一种具有借助于包括聚丁二烯的涂层与第二衬底结合的第一衬底的GC柱。
技术介绍
健康和疾病中的呼出气分析是一个日益增长的临床兴趣的领域。使用呼吸气作为生物样本是有吸引力的，因为呼吸气-收集是便宜的、易于执行的和非侵入性的。挥发性有机化合物(VOC)从皮肤、尿液、粪便排出，并且最显著的是经由呼出气排出。除肺部起源外，VOC还能够源自血液，从而反映了贯穿身体的生理、病理或病原体相关的生化过程。这样一来，呼出气分析可以允许对身体内任何地方的疾病过程进行代谢指纹识别。对于对气体样本的分析，例如对于上述应用，能够使用3DGC柱。典型的μGC柱能够基本上包括两部分：具有3D通道结构的硅衬底晶片和覆盖通道以形成柱的玻璃部分。通过柱的侧壁上的均匀涂层来实现这种柱的功能部分。这种涂层的厚度通常为例如1μm，并且必须非常好地控制该厚度。衬底和玻璃部分的组装提供了问题。玻璃不会结合到所涂覆的硅上，因为这些涂层主要是基于硅烷和硅氧烷。这意味着作为后组装步骤，柱可能仅填充有涂层。另一个问题是涂层相对于要被分离以进行检测的气体组分的分辨率。例如，在用于呼吸分析的一种具体情况下，期望在柱上产生对辛烷和类似分子的高分辨率。在人的呼吸气中检测辛烷能够指示某种肺部疾病。
技术实现思路
根据以上所述，本专利技术的专利技术人已经认识到，问题是能够提供一种GC设备，尤其是一种微型GC设备，其能够提供例如作为气体组分的辛烷的分离GC，并且同时所述GC设备优选易于以低成本来制造。具体地，可以将本专利技术的目的看作是提供一种解决现有技术的上述问题或其他问题的设备和方法。在第一方面中，本专利技术提供一种气相色谱(GC)柱，其布置为将气体样本从入口引导至出口，所述柱包括：-气密材料(例如，硅)的第一衬底，所述第一衬底将流动通道定义在一个平面中在流动通道的一端的入口和相对端的出口之间，其中，第一衬底涂覆有第一涂层材料的第一层，以及-气密材料(例如，玻璃)的第二衬底，所述第二衬底涂覆有第二涂层材料的第二层，其中，第二衬底通过第一和第二涂层材料之间的交联来结合到第一衬底，从而密封流动通道，其中，第一和第二涂层材料包含聚丁二烯以允许所述交联，并且其中，至少第一涂层材料包含用于提供流动通道的期望的分子选择性性质的额外的材料。形成GC柱的这样的流动通道是有利的，因为使用聚丁二烯作为涂层材料允许第一和第二衬底通过交联化学结合在一起。这允许适于低成本大规模生产的容易的制造工艺。能够利用这种GC柱完成的简单、低成本制造允许将GC柱考虑为一次性，使得消除柱再生。此外，利用引入/锚定诸如更多极性基团(例如不饱和脂肪酸)的额外的材料来对聚丁二烯层进行改性允许产生或调节用于要检测的具体的感兴趣分子(例如辛烷)的柱的所需的分子选择性。“气密材料”应理解为至少在一定程度上是气密的以使得流动通道用作GC柱的材料。在下文中，将描述第一方面的优选实施例和特征。额外的材料可以被选择，以提供GC柱的分子选择性，以允许检测气体样本中的辛烷，从而允许检测肺部疾病，例如在分析来自活的人或动物的呼出气形式的气体样本的情况下。额外的材料可以包括将更多极性基团(例如不饱和脂肪酸)锚定或引入到聚丁二烯。尤其是，额外的材料可以包括锚定至聚丁二烯的亚油酸。这允许将GC柱调节至用于要检测的具体感兴趣分子的所需的分辨率。第一层和第二层可以具有0.1μm至10μm的厚度，诸如0.5μm至2.0μm(例如约1.0μm)。第一层和第二层可以具有大约相同的厚度，或者可以优选的是层具有不同的厚度。流动通道可以具有1μm至300μm的宽度，例如1μm至100μm，并且优选地，流动通道也具有1μm至300μm的深度，例如1μm至100μm。这适用于微型GC，其能够以紧凑的尺寸制造，并且例如以低成本制造为一次性的。尤其是，第一和第二涂层材料是相同的，然而其可以优选是不同的，或者至少是略微不同的。在第一和第二涂层材料两者中，聚丁二烯的量优选在范围10％至100％内，诸如20％至95％，诸如30％至90％，以便获得结合效应。优选地，第一和第二衬底两者优选具有平面表面。在第一衬底的平面表面中，例如通过已知的薄膜技术形成凹槽，其中，凹槽定义流动通道。当结合到第一衬底的所述平面表面时，第二衬底的平面表面用于密封流动通道。然后，第一衬底的平面表面形成用于结合到第二衬底的平面表面的合适的表面，从而当两种涂覆材料结合在一起时提供流动通道的良好密封。第一衬底优选由选自硅、玻璃、陶瓷和金属的材料形成。第二衬底优选也由选自硅、玻璃、陶瓷和金属的材料形成。能够优选的是，第二衬底由透明材料形成，诸如玻璃或另一气密透明材料。在优选实施例中，第一衬底由硅形成，并且第二衬底由玻璃形成。优选地，流动通道在所述平面中在入口和出口之间形成弯曲的形状。这允许GC柱具有合适的流动通道长度并且仍具有整体紧凑的尺寸。尤其是，弯曲的形状可以包括Z形部分，其在入口和出口之间具有至少10个弯曲，从而利用给定区域来提供长的GC柱。尤其是，入口和出口之间的流动路径的长度是入口和出口之间的距离的至少2倍，例如入口和出口之间的距离的至少10倍。第一衬底可以将第二流动通道定义在一个平面中在所述第二流动通道的一端处的第二入口和相对端处的第二出口之间，从而在一个衬底上提供两个GC柱。尤其是，能够优选的是，第二流动通道的长度不同于第一流动通道的长度。在第二方面中，本专利技术提供一种一次性气体样本分析试剂盒，其包括根据第一方面的气相色谱柱。这种一次性试剂盒是有利的，例如在适合于执行分析来自活的人或动物的呼出气或基于体液的气体样本的设备中，因为基于第一方面的GC柱能够以低成本制造，从而使一次性试剂盒可行。由此，能够消除GC柱的再生。尤其是，GC柱，或者所描述的试剂盒可以形成呼吸分析系统的一部分，所述呼吸分析系统包括：被布置为针对根据从对象呼出的呼吸气获得的气体样本来接收指示分子洗脱时间的色谱数据的设备；以及处理器，其被编程为随后根据分析算法分析用于气体样本的色谱数据，并且相应地提供输出。尤其是，所述呼吸分析系统可以包括气体入口，所述气体入口包括布置在其壳体的外部部分上的接口管，从而允许对象(人或动物)直接呼吸到接口管中并且因此提供要分析的气体样本。其它管接头可以用于连接以接收来自机械通气机(例如在重症监护病房中的)的呼吸空气，对象连接到所述机械通气机。另外，设备的气体入口可以布置成用于安装具有要分析的气体样本的气囊。例如，气体入口可以被布置为接收来自对象的呼出气，并且其中，根据第一方面的GC柱、至少一个检测器以及通信模块可以布置在一个共同的壳体内。在第三方面中，本专利技术提供一种制造气相色谱柱的方法，所述气相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气相色谱柱，被布置为将气体样本(G_S)从入口(G_I)引导至出口(G_O)，所述柱包括：/n-气密材料的第一衬底(SSW)，所述第一衬底(SSW)将流动通道(FC)定义在一个平面中在所述流动通道(FC)的一端处的所述入口(G_I)与相对端处的所述出口(G_O)之间，其中，所述第一衬底(SSW)被涂覆有第一涂层材料的第一层(C1)，以及/n-气密材料的第二衬底(GP)，所述第二衬底被涂覆有第二涂层材料的第二层(C2)，其中，所述第二衬底(GP)通过所述第一涂层材料与所述第二涂层材料之间的交联来结合到所述第一衬底(SSW)，从而密封所述流动通道(FC)，/n其中，所述第一涂层材料和所述第二涂层材料包括聚丁二烯以允许所述交联，并且其中，至少所述第一涂层材料包括用于提供流动通道(FC)的期望的分子选择性性质的额外的材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170320 US 62/473,5511.一种气相色谱柱，被布置为将气体样本(G_S)从入口(G_I)引导至出口(G_O)，所述柱包括：
-气密材料的第一衬底(SSW)，所述第一衬底(SSW)将流动通道(FC)定义在一个平面中在所述流动通道(FC)的一端处的所述入口(G_I)与相对端处的所述出口(G_O)之间，其中，所述第一衬底(SSW)被涂覆有第一涂层材料的第一层(C1)，以及
-气密材料的第二衬底(GP)，所述第二衬底被涂覆有第二涂层材料的第二层(C2)，其中，所述第二衬底(GP)通过所述第一涂层材料与所述第二涂层材料之间的交联来结合到所述第一衬底(SSW)，从而密封所述流动通道(FC)，
其中，所述第一涂层材料和所述第二涂层材料包括聚丁二烯以允许所述交联，并且其中，至少所述第一涂层材料包括用于提供流动通道(FC)的期望的分子选择性性质的额外的材料。


2.根据权利要求1所述的气相色谱柱，其中，所述额外的材料被选择，从而提供允许对所述气体样本中的辛烷进行检测的分子选择性。


3.根据权利要求1所述的气相色谱柱，其中，所述额外的材料包括被锚定至所述聚丁二烯(PBL)的亚油酸。


4.根据权利要求1所述的气相色谱柱，其中，所述第一层(C1)和所述第二层(C2)具有0.1μm至10μm的厚度。


5.根据权利要求1所述的气相色谱柱，其中，所述流动通道(FC)具有1μm至300μm的宽度。


6.根据权利要求1所述的气相色谱柱，其中，所述第一涂层材料和所述第二涂层材料是相同的。


7.根据权利要求1所述的气相色谱柱，其中，所述第一衬底(SSW)具有平面表面，在所述平面表面中凹槽已经被形成，其中，所述凹槽定义所述流动通道(FC)，并且其中，所述第二衬底(GP)具有被布置为在结合到所述第一衬底(SSW)的所述平面表面时密封所述流动通道(FC)的平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·J·A·M·贝克尔斯，J·H·克鲁特威克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL