減少由于在平面微流體分離裝置中的過(guò)孔而引起的分散的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種平面微流體化學(xué)品分離裝置，包括位于該裝置的平面中的分離通道。該裝置還包括定位成垂直于該分離通道的一個(gè)或多個(gè)過(guò)孔。所述過(guò)孔在分離通道和基板的外表面之間延伸以便與所述分離通道流體連通。所述過(guò)孔具有大致小于分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積以抑制由樣品帶通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)過(guò)孔而引起的帶變寬。
【專(zhuān)利說(shuō)明】減少由于在平面微流體分離裝置中的過(guò)孔而引起的分散
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2011年6月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/495，043的優(yōu)先權(quán)。美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/495,043的整個(gè)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及減少由于平面微流體分離裝置中的過(guò)孔而引起的分散。
【背景技術(shù)】
[0003]諸如高性能液相色譜(HPLC)和毛細(xì)管電泳(CE)的化學(xué)品分離技術(shù)的目的是基于例如具有固定相的差別化化學(xué)親合勢(shì)或膠體中的差別化遷移速度來(lái)分離化學(xué)物種的混合物的不同的成分。分離的結(jié)果通常是示出在不同的時(shí)間從分離柱或通道洗提并且由諸如UV吸收率、激光感應(yīng)的熒光、或質(zhì)譜分析的各種技術(shù)檢測(cè)到的一系列峰的色譜(HPLC)或電泳圖(CE)。當(dāng)峰最尖銳時(shí)，認(rèn)為分尚的質(zhì)量是最聞的。
[0004]雖然化學(xué)品選擇是分離技術(shù)的原動(dòng)力，但是分散是導(dǎo)致峰變得更寬的關(guān)鍵物理現(xiàn)象。熱力學(xué)的第二原理表明，分析物的窄帶中的分子將通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流在空間上重新分配它們本身，使得最初的尖峰隨著它行進(jìn)通過(guò)色譜系統(tǒng)將逐漸變寬。理解并最小化分散是對(duì)于分離科學(xué)家來(lái)說(shuō)的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0005]用于分析應(yīng)用(與制備應(yīng)用對(duì)照)的現(xiàn)代液相色譜分離通常在內(nèi)徑在1.0mm和
4.6_之間且長(zhǎng)度在5cm與15cm之間的不銹鋼管中進(jìn)行。這些管或柱充滿平均直徑為1.7微米至3.5微米的多孔粒子。燒料放置在柱的兩端處以將粒子保持到位并且防止當(dāng)流體流經(jīng)填充床時(shí)填充床松動(dòng)。多孔粒子的不動(dòng)的填充床通常稱為固定相，且流經(jīng)不動(dòng)填充床的流體稱為流動(dòng)相。內(nèi)徑0.250_或更小的管通常通過(guò)螺紋端口附接在柱的被稱為進(jìn)口和出口的兩端處。進(jìn)口管通常連接在柱的進(jìn)口與布置在柱的上游的噴射閥和泵之間。泵以規(guī)定的流率輸送流動(dòng)相流，所述規(guī)定的流率貫穿分離通常是恒定的。在作為L(zhǎng)C的常見(jiàn)模態(tài)的反相液相色譜(RP-LC)的情況下，流動(dòng)相通常是以固定的(等度分離)或線性形式變化(梯度分離)的組成的水和有機(jī)溶劑諸如乙腈的混合物。噴射閥將待被分離的化學(xué)物種的混合物的塞式物或帶噴射到流動(dòng)相中。該帶隨著流動(dòng)相行進(jìn)到柱，其組分在該柱處被分離。連接到柱的出口的出口管將所分離的組分輸送至檢測(cè)器(例如，UV檢測(cè)器或質(zhì)譜儀)。
[0006]同質(zhì)填充床中的分散可由Van Deemter模型來(lái)表示和計(jì)算。在峰或帶已經(jīng)行進(jìn)距離L之后，它已經(jīng)變寬并且其寬度可由其空間方差
或時(shí)間方差Cif =量化，其中、是下文中定義的線速度。帶變寬的兩個(gè)常見(jiàn)
度量是定義為H= σ2￡ /L= d σ" /￡的板高度和定義為F= ￡/丑的板計(jì)數(shù)。分離科學(xué)家試圖最小化帶變寬，并且因此最小化板高度H和最大化板計(jì)數(shù)N。常用的Van Deemter模型預(yù)測(cè)Η = 1.5?^ + ^ + ^^，其中」是平均粒子直徑， 是分析物(樣品)的分子擴(kuò)散
u 6Dmol dpDmffl
系數(shù)，并且a是流動(dòng)相的線速度。線速度本身被計(jì)算為W= Li3 Ist ,其中K = 0Λ4是床中的
表面速度，β是流動(dòng)相的流率，j是柱的截面積，并且5是填充床的總孔隙度。由于粒子是
多孔的，所以總孔隙率是粒內(nèi)孔隙度和粒間孔隙度(當(dāng)將粒子視為實(shí)心球時(shí)，粒子之間的體積)之和。
[0007]在Van Deemter模型中，這三項(xiàng)分別說(shuō)明填充床中的非均勻度、粒子之間的流動(dòng)相中的分散、以及到多孔粒子的固定相的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。該模型示出，分散在很大程度上由
分離介質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)引起，而不僅由流動(dòng)相中分析物的擴(kuò)散引起。1.5 項(xiàng)假設(shè)床被很
好地填滿。如果情況不是這樣，則該常數(shù)可大于1.5。在分離介質(zhì)是使用光刻法制造的規(guī)則有序的柱子陣列的情況下，與粒子隨機(jī)地布置在空間中的填充床相反，該常數(shù)能夠顯著減小(參見(jiàn)，例如，US 6, 595, 144 BI ;還參見(jiàn)〃Advantages of perfectly ordered 2Dporous pillar arrays over packed bed columns for LC separations: A theoreticalanalysis" P.Gzilj N.Vervoortj G.Baron, G.Desmetj Analytical Chemistry 2003，75， 6244-6250)。
[0008]為了提供說(shuō)明性示例，對(duì)于下列參數(shù):dp =L 7微米，St =0.7,2.1mm柱直徑，由
40%水和60%乙腈組成的流動(dòng)相，Dmffl =10_9m2/s (代表諸如hexanophenone (己苯酮)的典型的小分子化合物的值)，由van Deemter模型(也被稱為van Deemter曲面)預(yù)測(cè)的板高度H對(duì)線速度的關(guān)系在圖1中繪制出。最小板高度是Hmin=3.94微米，對(duì)于a =1.347mm/s或
w =4微升/分鐘。注意當(dāng)ω非常小時(shí)由于van Deemter方程式的*0^ / &項(xiàng)導(dǎo)致的/￡的
急升(steep rise)指示分散的主要貢獻(xiàn)者是流動(dòng)相中的分析物的物理擴(kuò)散。對(duì)于分離裝置的設(shè)計(jì)而言會(huì)重要的是不在圖1中標(biāo)記為101的區(qū)域，其可任意地定義為u〈0.5mm/s，如由線100指示。在常見(jiàn)HPLC實(shí)踐中，Van Deemter模型用來(lái)獲得整個(gè)柱的一個(gè)板高度或一個(gè)板計(jì)數(shù)。這當(dāng)填充床和線速度在柱的整個(gè)體積上近似均勻時(shí)是有意義的。然而，該模型也局部地適用于填充床的小部分并且對(duì)于計(jì)算柱的幾何結(jié)構(gòu)不同于管或線速度在填充床上變化的情況中的分散是充分足夠的。
[0009]在一些應(yīng)用中，顯著地，當(dāng)樣品的量受到限制時(shí)，或當(dāng)期望將LC柱連接到質(zhì)譜儀(MS)時(shí)，使用具有較小內(nèi)直徑(通常范圍從75微米至300微米)且具有通常小于12微升/分鐘的相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)相流率的柱是有利的。色譜法的該尺度通常被稱為微尺度或納米尺度色譜法?？赡茈y以從金屬管形成具有對(duì)于高質(zhì)量HPLC所需的尺寸一致性和表面光潔度的柱。通常，75微米至150微米ID柱由 熔融硅石制造，并且300微米ID柱由聚醚醚酮諸如PEEK聚合物(可從英國(guó)Lancashire的Victrex PLC獲得)制造。雖然以微量的樣品實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量分離是可能的，但是與最小化由于管件連接和流體連接而引起的額外柱帶變寬相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)，尤其是避免死體積，限制了這種柱用于諸如蛋白質(zhì)組學(xué)的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用。
[0010]在微尺度或納米尺度色譜法的領(lǐng)域內(nèi)，平面微流體裝置在最近幾年中作為傳統(tǒng)上用于HPLC和CE的不銹鋼、PEEK、或熔融硅石管的替代已經(jīng)獲得了關(guān)注。在玻璃或聚合物中制造的CE微片允許創(chuàng)造較小的注射塞式物，允許較佳地驅(qū)散由焦耳加熱引起的熱量，以及允許將多個(gè)平行的分離通道一體化到單個(gè)平面裝置。同樣地，在HPLC和超性能液相色譜(UPLC?)領(lǐng)域中，微片具有超過(guò)由熔融硅石或PEEK制造的可商購(gòu)管狀柱的一些優(yōu)勢(shì)。那些優(yōu)勢(shì)包括在相同的裝置上集成捕獲通道作為分析通道而具有在兩個(gè)通道之間最小的死體積、較佳的易用性、流體連接和相關(guān)聯(lián)的死體積的減少、以及降低的滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明部分地起因于如下實(shí)現(xiàn):通過(guò)減小過(guò)孔-通道過(guò)渡區(qū)域中的流體輸送體積，可減少平面微流體化學(xué)品分離裝置中的分散并且因此分離性能或效率的損失。這可通過(guò)減小過(guò)孔的直徑以及在一些情況下變窄或錐化通道進(jìn)口即過(guò)孔和通道聯(lián)結(jié)的區(qū)域而實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)方面提供平面微流體化學(xué)品分離裝置。該裝置包括位于該裝置的平面中的分離通道。該裝置還包括定位成垂直于分離通道的一個(gè)或多個(gè)過(guò)孔。所述過(guò)孔在分離通道和基板的外表面之間延伸以便與分離通道流體連通。所述過(guò)孔具有大致小于分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積以抑制由樣品帶通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)過(guò)孔而引起的帶變寬。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)方面表征為如下方法，該方法包括:將攜載樣品帶的流動(dòng)相流體輸送通過(guò)基板中的第一過(guò)孔以便驅(qū)動(dòng)樣品通過(guò)由基板限定的分離通道，使得樣品帶的成分得到分離并且隨后通過(guò)基板中的第二過(guò)孔排出。第一過(guò)孔和第二過(guò)孔具有大致小于分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積，由此抑制由樣品帶通過(guò)第一過(guò)孔和第二過(guò)孔而引起的帶變寬。
[0014]在另一個(gè)方面中，本發(fā)明表征為形成平面微流體化學(xué)品分離裝置的方法。該方法包括:在第一基板層中形成一對(duì)過(guò)孔；在第二基板層中形成第一凹槽；以及連接所述第一基板層和所述第二基板層以形成基板，并且使得所述第一凹槽形成封閉的分離通道的至少一部分，并且所述過(guò)孔允許與所述分離通道流體連通。過(guò)孔具有大致小于分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積，由此抑制由樣品帶通過(guò)過(guò)孔而引起的帶變寬。
[0015]實(shí)施方式可以包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0016]在一些實(shí)施方式中，過(guò)孔的截面積比分離通道的第一區(qū)域的截面積小1.7倍至
9.0倍(例如，小4.0倍)。
[0017]在某些實(shí)施方式中，分離通道的第一區(qū)域具有0.07mm2至0.20mm2的截面積。也就是，分離通道的第一區(qū)域可具有對(duì)應(yīng)于300微米至500微米直徑柱的截面積的截面積。
[0018]在一些實(shí)施方式中，分離通道具有5cm至25cm例如IOcm的長(zhǎng)度。
[0019]在某些實(shí)施方式中，分離通道構(gòu)造成執(zhí)行層析分離。
[0020]在一些實(shí)施方式中，分離通道的第一區(qū)域占據(jù)通道的長(zhǎng)度的90%至99%。
[0021]在某些實(shí)施方式中，分離通道還包括與過(guò)孔交界并且朝過(guò)孔錐化的一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡區(qū)域。過(guò)渡區(qū)域占據(jù)通道的長(zhǎng)度的1%至10%。
[0022]在一些實(shí)施方式中，分離通道具有在第一區(qū)域和過(guò)孔之間延伸的第二區(qū)域，該第二區(qū)域具有朝與過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)變窄的通道寬度。
[0023]在某些實(shí)施方式中，第二區(qū)域具有朝與過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)變窄的通道高度。[0024]在一些實(shí)施方式中，分離通道具有在第一區(qū)域和過(guò)孔之間延伸的過(guò)渡區(qū)域。第二區(qū)域具有朝與過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)變窄的通道高度。在一些實(shí)例中，分離通道從在第一區(qū)域中的第一通道高度變窄到在過(guò)渡區(qū)域中的比第一通道高度小10%至50% (例如，小25%)的第二通道高度。
[0025]在某些實(shí)施方式中，基板包括布置在分離通道內(nèi)的多孔粒子。
[0026]在一些實(shí)施方式中，基板包括限定分離通道的至少部分的第一基板層和覆蓋該第一基板層并且限定過(guò)孔的第二基板層。
[0027]在某些實(shí)施方式中，分離通道具有正方形或矩形截面形狀。
[0028]在某些實(shí)施方式中，分離通道具有圓形化的截面形狀。
[0029]在某些實(shí)施方式中，分離通道在與過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)處以圓形化角終止以便抑制流體流在聯(lián)結(jié)點(diǎn)處的停滯。
[0030]在一些實(shí)施方式中，在第一凹槽的終端處形成錐形區(qū)域，使得在與過(guò)孔交界的過(guò)渡區(qū)域中分離通道錐化。
[0031]在某些實(shí)施方式中，在第一基板層中形成第二凹槽，使得，當(dāng)將第一基板層和第二基板層連接時(shí)，第一凹槽和第二凹槽一起形成封閉的分離通道。
[0032]在一些實(shí)施方式中，在第二凹槽的終端處形成錐形區(qū)域，使得在與過(guò)孔交界的過(guò)渡區(qū)域中分離通道錐化。
[0033]在某些實(shí)施方式中，在第一和第二凹槽的終端處形成錐形區(qū)域，使得在與過(guò)孔交界的過(guò)渡區(qū)域中分離通道錐化。
[0034]實(shí)施方式可提供下列優(yōu)勢(shì)中的一個(gè)或多個(gè)。
[0035]在一些實(shí)施方式中，由于平面微流體化學(xué)品分離裝置中的過(guò)孔和通道之間的過(guò)渡而導(dǎo)致的色譜性能中的惡化可得到減小。
[0036]在某些實(shí)施方式中，樣品帶變寬在過(guò)孔-通道過(guò)渡的區(qū)域中減小。
[0037]在一些實(shí)施方式中，平面微流體分離裝置被提供有與傳統(tǒng)直分離柱的性能特性大致相同的性能特性。
[0038]其它方面、特征、和優(yōu)勢(shì)在說(shuō)明書(shū)、附圖、和權(quán)利要求中。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1是示出由van Deemter模型預(yù)測(cè)的板高度H對(duì)線速度u的繪制的圖形。
[0040]圖2是平面微流體化學(xué)品分離裝置的透視圖。
[0041]圖3示出模擬通過(guò)過(guò)孔和5_長(zhǎng)段分離通道的樣品帶的流動(dòng)的數(shù)值仿真的結(jié)果，其中，過(guò)孔和分離通道的截面積等于300微米的管的截面積。
[0042]圖4是示出在圖3的模型的進(jìn)口和出口處測(cè)量的峰輪廓與在具有相等長(zhǎng)度的流體路徑的直柱的進(jìn)口和出口處的峰輪廓相比的圖。
[0043]圖5是圖3的模型的一系列側(cè)視圖，示出在樣品帶通過(guò)過(guò)孔并且進(jìn)入分離通道時(shí)樣品帶在不同時(shí)間的形狀。
[0044]圖6是示出沿著圖5中的線205的線速度的圖形。
[0045]圖7示出模擬樣品帶通過(guò)過(guò)孔和5_長(zhǎng)段分離通道的流動(dòng)的數(shù)值仿真的結(jié)果，其中，過(guò)孔具有比分離通道的截面積小4倍的截面積。[0046]圖8示出模擬樣品帶通過(guò)過(guò)孔和5_長(zhǎng)段分離通道的流動(dòng)的數(shù)值仿真的結(jié)果，其中，過(guò)孔具有比分離通道的第一區(qū)域的截面積小4倍的截面積，并且在第二區(qū)域中，分離通道的寬度在它聯(lián)結(jié)過(guò)孔時(shí)變窄。
[0047]圖9示出模擬樣品帶通過(guò)過(guò)孔和5_長(zhǎng)段分離通道的流動(dòng)的數(shù)值仿真的結(jié)果，其中，過(guò)孔具有150微米的直徑，并且分離通道在第一區(qū)域中具有265微米的寬度和高度，并且在接近過(guò)孔的第二區(qū)域中，分離通道的高度和寬度線性地逐漸減小(錐化)至150微米。
[0048]圖10示出模擬樣品帶通過(guò)過(guò)孔和5mm長(zhǎng)段分離通道的流動(dòng)的數(shù)值仿真的結(jié)果，其中，過(guò)孔具有170微米的直徑并且分離通道在第一區(qū)域中的寬度和高度分別是350微米和200微米，并且在接近過(guò)孔的第二區(qū)域中，分離通道的高度和寬度分別線性地逐漸減小至170微米和125微米。
[0049]圖1lA是圖10的模型的側(cè)視圖。
[0050]圖1lB是示出沿著圖1lA中的線1003的線速度的圖形。
[0051]圖12A示出模擬樣品帶通過(guò)過(guò)孔和5mm長(zhǎng)段分離通道的流動(dòng)的數(shù)值仿真結(jié)果，其中，通道具有近似半橢圓形的橫截面，在通道聯(lián)結(jié)過(guò)孔時(shí)，橫截面變窄。
[0052]圖12B示出圖12A的分離通道的近似半橢圓橫截面形狀。
[0053]圖13A是圖12A的模型的側(cè)視圖。
[0054]圖13B是示出沿著圖13A中的線05的線速度的圖形。
[0055]圖14A示出模擬樣品帶通過(guò)過(guò)孔和5mm長(zhǎng)段分離通道的流動(dòng)的數(shù)值仿真結(jié)果，其中，通道具有近似橢圓形的橫截面，在它聯(lián)結(jié)過(guò)孔時(shí)，橫截面變窄。
[0056]圖14B示出圖14A的分離通道的近似橢圓橫截面形狀。
[0057]相似的附圖標(biāo)記指示相似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0058]本發(fā)明的目的在于減少在平面微流體分離裝置中的過(guò)孔-通道過(guò)渡區(qū)域中的流體輸送體積，從而減小由樣品帶通過(guò)那些區(qū)域而引起的帶變寬。這可通過(guò)減小過(guò)孔的直徑以及在一些情況下變窄或錐化通道入口(即，過(guò)孔和通道聯(lián)結(jié)的區(qū)域)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0059]圖2示出平面微流體化學(xué)品分離裝置200，該裝置200是由第一基板層201和第二基板層202組成的基板。第一基板層201可由聚酰亞胺、陶瓷、金屬、或其組合形成，并且包括可例如通過(guò)機(jī)加工、化學(xué)蝕刻、或激光燒蝕而形成在第一基板層201中的凹槽。第二基板層202也可由聚酰亞胺、陶瓷、金屬、或其組合形成，并且大體與第一基板層201的材料相同。第二基板層202包括可例如通過(guò)機(jī)加工(例如，鉆削)、化學(xué)蝕刻、或激光燒蝕形成在第二基板層202中的一對(duì)過(guò)孔203。
[0060]第一基板層201和第二基板層202諸如通過(guò)層壓、焊接、或擴(kuò)散結(jié)合連接在一起以形成基板。在一些情況下，第一和第二基板層201、202是擴(kuò)散結(jié)合在一起的鈦層。當(dāng)將第一基板層201和第二基板層202連接在一起時(shí)，第二基板層202覆在第一基板層201上，使得凹槽形成封閉的分離通道204，并且過(guò)孔203允許與分離通道204流體連通。分離通道204填充有色譜粒子，并且燒料形成在分離通道204的端部處以將填充的粒子鎖定到位。分離通道的長(zhǎng)度的范圍通常在5cm和25cm之間，例如，10cm。在該示例中，分離通道204具有兩個(gè)60°轉(zhuǎn)和一個(gè)180°轉(zhuǎn)以便將長(zhǎng)度IOcm或以上的通道配合到長(zhǎng)度5.0cm和寬度2.5cm的小尺寸平面基板中。分離通道204的寬度和高度被選擇成使得分離通道204的截面積等于已經(jīng)可商購(gòu)的微尺度或納米尺度柱的截面積，范圍通常在75微米和300微米之間。關(guān)于此點(diǎn)，分離通道204具有67微米至265微米的寬度和67微米至265微米的深度。
[0061]在使用中，進(jìn)口管連接在平面微流體化學(xué)品分離裝置200的過(guò)孔203中的第一過(guò)孔與噴射閥和泵之間。泵以規(guī)定的流率輸送流動(dòng)相流，所述規(guī)定的流率貫穿分離通常是恒定的。噴射閥將樣品的塞式物或帶噴射到流動(dòng)相中。該帶隨著流動(dòng)相行進(jìn)到分離通道204，其組分在此處分離。出口管，其連接到在分離通道204的相反端處過(guò)孔203中的另一個(gè)，將分離的組分輸送至檢測(cè)器(例如，UV檢測(cè)器或質(zhì)譜儀)，該檢測(cè)器進(jìn)而可連接到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)站以便記錄來(lái)自檢測(cè)器的電信號(hào)以及產(chǎn)生色譜。
[0062]顯著地，過(guò)孔203設(shè)置有比分離通道的截面積更小的截面積。例如，過(guò)孔可具有比分離通道的截面積小1.7至9倍例如小4倍的截面積。該布置可助于減小由樣品帶穿過(guò)過(guò)孔而引起的帶變寬。
[0063]下列示例通過(guò)與通道和過(guò)孔具有相同截面積的布置相比較示出該類(lèi)型的布置的益處。圖3示出模擬一個(gè)過(guò)孔300和5_長(zhǎng)段的分離通道301的數(shù)據(jù)仿真的結(jié)果。在該模型中，過(guò)孔300和通道301兩者具有等于300微米的管的截面積的截面積。過(guò)孔300具有300微米的直徑和889微米的高度。分離通道301具有265微米的寬度和高度。具有由時(shí)
間方差表征的高斯輪廓的分析物的峰在過(guò)孔300的進(jìn)口 303處被引入。該峰也以圖
4的第一峰400示出。注意，“峰”和“帶”可交換地使用以描述樣品的塞式物。流動(dòng)相將分析物的帶朝計(jì)算區(qū)域的出口 305輸送。可看到的是，帶302在它已經(jīng)從過(guò)孔300過(guò)渡到分離通道301中之后嚴(yán)重地扭曲，具有大的拖尾304。在出口 305處測(cè)量的峰在圖4上以401
繪制。該峰示出拖尾的清晰證據(jù)。其時(shí)間方差被計(jì)算且被稱為oj。差表征
在計(jì)算區(qū)域的進(jìn)口和出口之間發(fā)生的帶變寬量。該帶變寬是兩個(gè)貢獻(xiàn)者之和。第一貢獻(xiàn)者是將在直柱中出現(xiàn)的正常帶變寬。第二貢獻(xiàn)者是特別由于過(guò)孔-通道過(guò)渡而引起的額外帶變寬。
[0064]第一貢獻(xiàn)者可通過(guò)實(shí)施長(zhǎng)度5.889mm的300微米直徑圓柱形管的計(jì)算機(jī)仿真來(lái)計(jì)算，長(zhǎng)度5.889mm等于圖3的過(guò)孔300的長(zhǎng)度和通道301的長(zhǎng)度之和。在該仿真中，在進(jìn)口處的峰輪廓是與400中示出的高斯曲線相同的高斯曲線，并且在出口處的輪廓是曲線402，
其是高斯曲線并且具有時(shí)間方差。清晰的是，峰401比峰402更寬。差異0^2 - O-1q
是在相當(dāng)于圖3的流體路徑的全長(zhǎng)的長(zhǎng)度的直柱中發(fā)生的正常帶變寬。由于線速度在直管
柱中是均勻的，所以事實(shí)上可根據(jù)Van Deemter方程式= qL / #來(lái)解析地
計(jì)算，其中L=5.889mm。
[0065]因此，特別地由于進(jìn)口中的過(guò)孔-通道過(guò)渡而引起的額外帶變寬被計(jì)算為
【權(quán)利要求】
1.一種平面微流體化學(xué)品分離裝置，所述裝置限定: 位于所述裝置的平面內(nèi)的分離通道；以及 過(guò)孔，所述過(guò)孔定位成垂直于所述分離通道并且在所述分離通道和所述基板的外表面之間延伸以便與所述分離通道流體連通， 其中，所述過(guò)孔具有大致小于所述分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積以抑制由樣品帶通過(guò)所述過(guò)孔而引起的帶變寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述過(guò)孔的截面積比所述分離通道的第一區(qū)域的截面積小1.7倍至9.0倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述過(guò)孔的截面積比所述分離通道的第一區(qū)域的截面積小4.0倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道構(gòu)造成執(zhí)行層析分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道的第一區(qū)域占據(jù)所述通道的長(zhǎng)度的 90% 至 99%ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道具有在所述第一區(qū)域和所述過(guò)孔之間延伸的第二區(qū)域，所述 第二區(qū)域具有朝與所述過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)變窄的通道寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第二區(qū)域具有朝與所述過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)變窄的通道高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道具有在所述第一區(qū)域和所述過(guò)孔之間延伸的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有朝與所述過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)變窄的通道高度。
9.權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述分離通道從在所述第一區(qū)域中的第一通道高度變窄到在所述第二區(qū)域中的比所述第一通道高度小10%至50%的第二通道高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述第二通道高度比所述第一通道高度小25%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述基板包括布置在所述分離通道內(nèi)的多孔粒子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述基板包括限定所述分離通道的至少部分的第一基板層和覆蓋所述第一基板層并且限定所述過(guò)孔的第二基板層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道具有正方形或矩形截面形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道具有圓形化的截面形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離通道在與所述過(guò)孔的聯(lián)結(jié)點(diǎn)處以圓形化角終止以便抑制流體流在所述聯(lián)結(jié)點(diǎn)處的停滯。
16.—種方法,包括: 將攜載樣品帶的流動(dòng)相流體輸送通過(guò)基板中的第一過(guò)孔以便驅(qū)動(dòng)樣品通過(guò)由所述基板限定的分離通道，使得所述樣品帶的成分得到分離并且隨后通過(guò)所述基板中的第二過(guò)孔驅(qū)出， 其中，所述第一過(guò)孔和第二過(guò)孔具有大致小于所述分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積，由此抑制由所述樣品帶通過(guò)所述第一過(guò)孔和第二過(guò)孔而引起的帶變寬。
17.一種形成平面微流體化學(xué)品分離裝置的方法，所述方法包括: 在第一基板層中形成一對(duì)過(guò)孔； 在第二基板層中形成第一凹槽；以及連接所述第一基板層和所述第二基板層以形成基板，并且使得所述第一凹槽形成封閉的分離通道的至少一部分，并且所述過(guò)孔允許與所述分離通道流體連通， 其中，所述過(guò)孔具有大致小于所述分離通道的第一區(qū)域的截面積的截面積，由此抑制由所述樣品帶通過(guò)所述過(guò)孔而引起的帶變寬。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 在所述第一凹槽的終端處形成錐形區(qū)域，使得在與所述過(guò)孔交界的過(guò)渡區(qū)域中所述分離通道逐漸減小。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 在所述第一基板層中形成第二凹槽，使得，當(dāng)將所述第一基板層和第二基板層連接時(shí)，所述第一凹槽和第二凹槽起形成所述封閉的分離通道。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括: 在所述第二凹槽的終端處形成錐形區(qū)域，使得在與所述過(guò)孔交界的過(guò)渡區(qū)域中所述分離通道逐漸減小。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括: 在所述第一凹槽和第二凹槽的終端處形成錐形區(qū)域，使得在與所述過(guò)孔交界的過(guò)渡區(qū)域中所述分離通道逐漸減小。`
【文檔編號(hào)】G01N30/38GK103582812SQ201280028146
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月9日
【發(fā)明者】B.班納 申請(qǐng)人:沃特世科技公司