[发明专利]基于MEMS的多固定相微型填充柱结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构及其制备方法，基于MEMS的多固定相微型填充柱结构包括：衬底，衬底的表面形成有沿衬底的表面延伸的微沟道，微沟道的一端为入口端，另一端为出口端；微阻挡柱组件，位于微沟道内，且临近微沟道的出口端；至少一个微筛选柱组件，位于微沟道内，且位于微阻挡柱组件与微沟道的入口端之间。本发明的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构及其制备方法通过在微沟道内设置微阻挡柱组件及微筛选柱组件，可以实现固定相自主分段填充，最终实现多种类的混合气体的一次性分离，扩展了色谱柱的使用范围，实现了微型填充柱结构的多功能化。

技术领域

本发明属于微电子机械系统技术领域，特别是涉及一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构及其制备方法。

背景技术

色谱法是一种实现对复杂混合组分分离检测的技术，在石油化工、勘探、环境监测等领域有广泛的应用。传统气相色谱仪包含五个主要部分：载气系统、进样器、色谱柱、检测器和数据处理系统，而色谱柱作为该仪器的核心部件之一直接决定了色谱仪的分离效果。当混合的被检测样品和流动相一起流过色谱柱时，由于被测样品各组分在固定相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些组分在两相间进行反复多次的分配，从而使不同种类的待测气体被分离开。

传统的气相色谱柱可分为毛细柱和填充柱，其中毛细柱多采用石英毛细管内径在0.53mm以内，长度可达60m，内部中空，内壁上涂覆固定相发挥分离作用。填充柱多采用金属作为管壳，内部填充了固体固定相或涂覆了液体固定相的担体颗粒。通常填充柱口径在2mm以上，长度小于5m。相较于毛细柱，填充柱具有表面积大、柱容量大、分离度高的优点，适用于低分子量气态组分的分离。但是传统填充柱分析时间长，测试所需柱前压较大易造成载气系统负担，不便于便携式仪器的应用。

2005年，不来梅大学S.Zampolli等人先制作了一种75cm长，微沟道横截面积为0.8mm²的螺旋型开口柱，并分别在两根柱子里填充了80-100目和60-80目尺寸的固定相，完成了微型填充柱的制作并实现了苯系物的分离。2016年，中科院孙建海团队利用激光刻蚀技术在玻璃板上刻蚀出深沟道，再同同样刻蚀有深沟道的硅片对准键合，得到具有大截面积和大深宽比的开口柱。最后通过填充设备，对开口柱完成固定相的填充，制造出1.6m长，矩形截面为1.2mm×0.6mm的填充柱。这也是目前已知最长的微型填充柱。

但是以上填充柱皆使用单一固定相，只能分离某一类混合组分，而要分离另一类气体组分时，则需要更换气相色谱柱，使用不方便。为实现利用单根柱一次性分离多种类混合气体，需要提供一种基于多固定相分段填充的多功能微型填充柱。

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基于MEMS的多固定相微型填充柱结构及其制备方法，用于解决现有技术中传统填充柱存在的分析时间长、测试所需柱前压较大易造成载气系统负担及不便于便携式仪器的应用的问题，以及现有的填充柱存在的使用单一固定相只能分离某一类混合组分，而要分离另一类气体组分时则需要更换气相色谱柱而导致的使用不方便的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构包括：衬底，所述衬底的表面形成有沿所述衬底的表面延伸的微沟道，所述微沟道的一端为入口端，另一端为出口端；

微阻挡柱组件，位于所述微沟道内，且临近所述微沟道的出口端；

至少一个微筛选柱组件，位于所述微沟道内，且位于所述微阻挡柱组件与所述微沟道的入口端之间。

可选地，所述微阻挡柱组件包括若干个微阻挡柱，若干个所述微阻挡柱均位于所述微沟道内，且沿所述微沟道的宽度方向间隔排布；

所述微筛选柱组件包括若干个微筛选柱，若干个所述微筛选柱均位于所述微沟道内，且沿所述微沟道的宽度方向间隔排布；相邻所述微筛选柱之间的间距大于相邻所述微阻挡柱之间的间距。