[发明专利]一种含有流线型椭圆微柱阵列的微色谱柱及其制备方法

说明书

本发明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，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。本发明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。

技术领域

本发明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及其制备方法。

背景技术

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，本发明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。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明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，本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。