[发明专利]用于气相色谱的整合流体系统

说明书

政府条款

本发明根据Army/AMC授予的基金号W31P4Q-09-01-0011在政府支持下完成。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请交叉引用

本申请要求2013年5月17日提交的美国临时申请61/824,573的权益。以上申请的全部公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本公开涉及用于气相色谱的整合流体系统及其制造技术。

发明背景

气相色谱仪(GC)是通过使样品填料通过用功能材料(即，固定相)涂覆的通道(即，柱)时空分离和检测气相混合物使用的仪器。成分可通过从柱洗脱所需的时间鉴定，并通过来自位于柱下游的气体检测器的信号强度定量。通常，很多其它组件对操作也必不可少，例如，提供样品注射的预浓缩器和产生气流的泵。在一些系统中，用阀控制计时和流动。复杂混合物的分离有时用全二维GC(2DGC或GC×GC)进行，其中使用热调制器。

自从在二十世纪五十年代石油工业普遍采用气相色谱仪，其使用已扩展到一些其它领域。例如，用其检验污染物，例如多环芳烃、杀虫剂、卤化化合物等。另一个应用是与固相微萃取技术结合的食品分析，用于油脂、药物、杀虫剂和碳水化合物的鉴定和定量。近年来，也已通过这种仪器进行生物医学筛选。由GC分析人呼出生物标记提供诊断和监测潜在疾病的无损伤方法。这种生物标记的实例包括与肺炎症相关的氧化氮和与脂质过氧化相关的乙烷和戊烷。

30年来一直在努力使GC微型化，早期工作可追溯到1979年。作为微气相色谱(μGC)系统的核心组件，分离柱已得到广泛研究，并已报告多种柱结构，例如，镍柱、硅-玻璃柱、Parylene^TM柱和等离子增强化学气相沉积(PECVD)氧氮化物柱。用于这些柱的固定相涂覆方法包括常规静态涂覆方法和自组装方法。用于μGC系统的气体注射装置可主要分为两类：预浓缩器和阀注射器。预浓缩器用吸附剂在低温收集分析物，并利用热脉冲注射填料。某些预浓缩器收集分析物不需要气流。相反，阀注射器用阀采集并注射气体填料。已报告多种气体检测器，包括化学电阻器、化学电容器、热导率检测器、Fabry-Pérot检测器和基于放电的检测器。也与在GC×GC系统中的应用一起报告微制造热调制器。

微制造组件整合到μGC系统也取得显著进步。μChemLab是由预浓缩器、柱和表面声波传感器组成的手持式μGC系统。密歇根大学的研究人员在过去十年已报告数种μGC原型，包括Intrepid、Spiron和掌中Mercury系统。

大多数μGC研究努力未结合使用微泵。已只报告两种情况：一种利用微制造静电驱动蠕动泵，另一种利用固定Knudsen泵阵列。前者需要高频、大幅度驱动电压，但功率高效。后者不是功率高效，但需要低电压DC源，它提供高可靠性，且经6000小时连续操作。

至今报告的很多微泵操作μGC系统使用由全异微制造方法制造的组件。一些系统由管连接组件，而一些用歧管进行流体相互连接。这种方法的益处是各组件可最优设计和制造。遗憾的是，全系统增加的复杂性和制造成本对整合造成挑战。如其它流体系统中那样，所有组件的可堆叠结构或整体式过程极大有益于系统的可制造性和整合。

本节提供与本公开相关的不一定为现有技术的背景资料。

发明概述

本节提供本公开的概括，而不是其完全范围或所有特征的全面公开。

本发明提出一种制造用于气相色谱仪的流体系统的方法。方法包括：用第一掩模在基材上微制造气相色谱仪的流体系统的一部分；用第二掩模微制造气相色谱仪的流体系统的一部分；并且用第三掩模微制造气相色谱仪的流体系统的一部分，使得第一掩模、第二掩模和第三掩模彼此不同，且微制造气相色谱仪的流体系统只用第一掩模、第二掩模和第三掩模完成。

微制造流体系统一般需要通过一般称为微机器加工的步骤从基材图案化去除(patternedremoval)材料。可了解，微机器加工为喷砂、等离子蚀刻、湿蚀刻和超声机器加工之一。在一些实施方案中，用第一掩模在基材上沉积金属，用第二掩模在基材中形成空腔，用第三掩模在基材中形成通孔。

方法可进一步包括：在基材的单独部分上微制造气相色谱仪的三个组件；将基材切成多个模，各模具有用于三个组件之一的不同子组件布置在各模上；并堆叠多个模，以形成气相色谱仪。