[實用新型]一種含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720071546.5
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN206460008U
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮飛;田博文;侯磊;李昕欣
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N30/60
• 分類號: G01N30/60
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 羅泳文

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種屬于微電子機械系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱。

背景技術(shù)

氣相色譜柱的主要功能是對待分析的混合樣品氣體進行分離，它是氣相色譜儀的核心部件。傳統(tǒng)的氣相色譜柱包括毛細管柱、填充柱等，由于體積較大，需要專門的柱溫箱為其加熱，其功耗達幾千瓦，因此為了實現(xiàn)氣相色譜儀的微型化，氣相色譜柱的微型化至關(guān)重要。

自上世紀70年代末以來，人們開始嘗試在硅片上通過腐蝕/刻蝕的方法制作微色譜柱芯片。為了提高硅基微色譜柱的分離效率，研究者對其幾何結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，并取得了重要進展。對色譜柱在硅片上的布局研究表明蛇形布局優(yōu)于螺旋形；色譜柱橫截面有圓形和矩形之分，高深寬比的矩形柱性能更佳。

為了進一步增加柱內(nèi)表面積，研究者在柱內(nèi)設(shè)計了規(guī)則排列的微柱結(jié)構(gòu)陣列，即所謂半填充式柱結(jié)構(gòu)，這種微色譜柱具有易于涂敷固定相、分離效率高等優(yōu)點。目前所報道的微柱結(jié)構(gòu)有方形微柱和圓形微柱，但我們通過研究發(fā)現(xiàn)，當氣體流經(jīng)這些微柱結(jié)構(gòu)時在微柱后均存在較大的“準零流速區(qū)”，這將導(dǎo)致微色譜柱內(nèi)固定相涂敷不均勻，另外由于流速分布不均勻，將導(dǎo)致最后所獲得的色譜峰型展寬。

為了解決上述問題，本實用新型提出了一種含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱及制備方法。

實用新型內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中方形微柱和圓形微柱所導(dǎo)致的固定相涂敷不均勻和色譜峰型展寬問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱，所述微色譜柱包括：微溝道；以及橢圓微柱陣列，周期性排列于所述微溝道內(nèi)，橢圓微柱的長軸與待測組分的流動方向(即沿著微溝道方向，如圖4中14所示)平行，短軸方向與待測組分的流動方向相垂直，所述橢圓微柱的長軸與短軸的長度比為2:1～4:1。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的一種優(yōu)選方案，所述微色譜柱包括：硅襯底；微溝道，形成于所述硅襯底中；微流控端口，形成于所述微溝道兩端；橢圓微柱陣列，周期性排列于所述微溝道內(nèi)，橢圓微柱的長軸與待測組分的流動方向平行，短軸方向與待測組分的流動方向相垂直，所述橢圓微柱的長軸與短軸的長度比為2:1～4:1。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的一種優(yōu)選方案，在長軸的方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距與長軸的長度比為1:1～5:3，在短軸方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距與短軸的長度比為5:2～9:2。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的一種優(yōu)選方案，所述橢圓微柱的長軸與短軸的長度比為2.5:1～3.5:1，在長軸的方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距與長軸的長度比為3.5:3～4.5:3，在短軸方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距與短軸的長度比為6.5:2～7.5:2。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的一種優(yōu)選方案，所述微溝道的截面呈矩形，該矩形的寬度范圍為100～530μm，深度范圍為100～550μm。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的一種優(yōu)選方案，所述橢圓微柱的長軸長度為16～170μm，短軸長度為6～64μm，在長軸的方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距的范圍為16～283μm，在短軸方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距的范圍為15～288μm。優(yōu)選地，所述橢圓微柱的長軸長度為20～148μm，短軸長度為7～51μm，在長軸的方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距的范圍為23～223μm，在短軸方向上，相鄰兩橢圓微柱的柱心距的范圍為22～191μm。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的一種優(yōu)選方案，所述微溝道包括多個平行排列的子微溝道，各子微溝道的通過U型溝道首尾相連。

本實用新型還提供一種含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的制備方法，包括步驟：步驟1)，提供一硅襯底，采用光刻-刻蝕工藝于所述硅襯底中制作出微溝道及微流控端口，所述微溝道內(nèi)包含橢圓微柱陣列，橢圓微柱的長軸與待測組分的流動方向平行，短軸方向與待測組分的流動方向相垂直，所述橢圓微柱的長軸與短軸的長度比為2:1～4:1；步驟2)，提供一玻璃基底，將所述硅襯底具有微溝道的一面與所述玻璃基底進行鍵合。

作為本實用新型的含有流線型橢圓微柱陣列的微色譜柱的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟1)中，以二氧化硅及光刻膠中的一種或兩種作為掩膜，采用DRIE工藝于所述硅襯底中刻蝕出微溝道及微流控端口。