[發明專利]用于氣相色譜的整合流體系統

在審

• 申請號: 201480040466.2
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN105579842A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: Y.B.吉安錢達尼;Y.秦
• 申請（專利權）人: 密執安大學評議會
• 主分類號: G01N30/32
• 分類號: G01N30/32;B01L3/00;B81C1/00;G01N30/60;G01N30/88;G01N30/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;林森

政府條款

本發明根據Army/AMC授予的基金號W31P4Q-09-01-0011在政府支持下完成。政府擁有本發明的某些權利。

相關申請交叉引用

本申請要求2013年5月17日提交的美國臨時申請61/824,573的權益。以上申請的全部公開內容通過引用結合到本文中。

技術領域

本公開涉及用于氣相色譜的整合流體系統及其制造技術。

發明背景

氣相色譜儀(GC)是通過使樣品填料通過用功能材料(即，固定相)涂覆的通道(即，柱)時空分離和檢測氣相混合物使用的儀器。成分可通過從柱洗脫所需的時間鑒定，并通過來自位于柱下游的氣體檢測器的信號強度定量。通常，很多其它組件對操作也必不可少，例如，提供樣品注射的預濃縮器和產生氣流的泵。在一些系統中，用閥控制計時和流動。復雜混合物的分離有時用全二維GC(2DGC或GC×GC)進行，其中使用熱調制器。

自從在二十世紀五十年代石油工業普遍采用氣相色譜儀，其使用已擴展到一些其它領域。例如，用其檢驗污染物，例如多環芳烴、殺蟲劑、鹵化化合物等。另一個應用是與固相微萃取技術結合的食品分析，用于油脂、藥物、殺蟲劑和碳水化合物的鑒定和定量。近年來，也已通過這種儀器進行生物醫學篩選。由GC分析人呼出生物標記提供診斷和監測潛在疾病的無損傷方法。這種生物標記的實例包括與肺炎癥相關的氧化氮和與脂質過氧化相關的乙烷和戊烷。

30年來一直在努力使GC微型化，早期工作可追溯到1979年。作為微氣相色譜(μGC)系統的核心組件，分離柱已得到廣泛研究，并已報告多種柱結構，例如，鎳柱、硅-玻璃柱、Parylene^TM柱和等離子增強化學氣相沉積(PECVD)氧氮化物柱。用于這些柱的固定相涂覆方法包括常規靜態涂覆方法和自組裝方法。用于μGC系統的氣體注射裝置可主要分為兩類：預濃縮器和閥注射器。預濃縮器用吸附劑在低溫收集分析物，并利用熱脈沖注射填料。某些預濃縮器收集分析物不需要氣流。相反，閥注射器用閥采集并注射氣體填料。已報告多種氣體檢測器，包括化學電阻器、化學電容器、熱導率檢測器、Fabry-Pérot檢測器和基于放電的檢測器。也與在GC×GC系統中的應用一起報告微制造熱調制器。

微制造組件整合到μGC系統也取得顯著進步。μChemLab是由預濃縮器、柱和表面聲波傳感器組成的手持式μGC系統。密歇根大學的研究人員在過去十年已報告數種μGC原型，包括Intrepid、Spiron和掌中Mercury系統。

大多數μGC研究努力未結合使用微泵。已只報告兩種情況：一種利用微制造靜電驅動蠕動泵，另一種利用固定Knudsen泵陣列。前者需要高頻、大幅度驅動電壓，但功率高效。后者不是功率高效，但需要低電壓DC源，它提供高可靠性，且經6000小時連續操作。

至今報告的很多微泵操作μGC系統使用由全異微制造方法制造的組件。一些系統由管連接組件，而一些用歧管進行流體相互連接。這種方法的益處是各組件可最優設計和制造。遺憾的是，全系統增加的復雜性和制造成本對整合造成挑戰。如其它流體系統中那樣，所有組件的可堆疊結構或整體式過程極大有益于系統的可制造性和整合。

本節提供與本公開相關的不一定為現有技術的背景資料。

發明概述

本節提供本公開的概括，而不是其完全范圍或所有特征的全面公開。

本發明提出一種制造用于氣相色譜儀的流體系統的方法。方法包括：用第一掩模在基材上微制造氣相色譜儀的流體系統的一部分；用第二掩模微制造氣相色譜儀的流體系統的一部分；并且用第三掩模微制造氣相色譜儀的流體系統的一部分，使得第一掩模、第二掩模和第三掩模彼此不同，且微制造氣相色譜儀的流體系統只用第一掩模、第二掩模和第三掩模完成。

微制造流體系統一般需要通過一般稱為微機器加工的步驟從基材圖案化去除(patternedremoval)材料。可了解，微機器加工為噴砂、等離子蝕刻、濕蝕刻和超聲機器加工之一。在一些實施方案中，用第一掩模在基材上沉積金屬，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。

方法可進一步包括：在基材的單獨部分上微制造氣相色譜儀的三個組件；將基材切成多個模，各模具有用于三個組件之一的不同子組件布置在各模上；并堆疊多個模，以形成氣相色譜儀。