CN102812354A - 色谱分析柱及其制造方法、以及分析装置 - Google Patents

色谱分析柱及其制造方法、以及分析装置 Download PDF

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清元智文
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Abstract

色谱分析柱（13）具备：流路（12），该流路（12）具有一对侧壁（23）以及底壁，流动相能够在流路（12）的内部流动；以及多个柱部（31、32），该多个柱部（31、32）隔开规定间隔分别规则地配置。在此，各个柱部（31、32）的外形面包含曲面。侧壁（23）在局部包含沿着柱部（31）的外形面的曲面。在此，在流动相的流动方向上，设置在最靠近侧壁（23）的位置的柱部（31、32）和侧壁（23）之间的最短距离等于柱部（31、32）彼此之间的最短距离。

Description

色谱分析柱及其制造方法、以及分析装置
技术领域
本发明涉及色谱分析（Chromatography）柱（以下，有时仅称作“色谱柱”）、该色谱分析柱的制造方法、以及分析装置，特别是涉及在流路内作为固定相设置有多个柱部的色谱分析柱、该色谱分析柱的制造方法、以及具备此类色谱分析柱的分析装置。
背景技术
关于现今的色谱分析，在用于分离借助流动相使之移动的混合试样的各个成分的色谱分析柱中，代替作为固定相填充到筒状的色谱柱内、且具有规定粒径的多个粒子，在色谱柱的流路内设置大量柱部（柱），将该大量的柱部用作固定相。即，色谱柱构成为具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与一对侧壁连接且配置在一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在该流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部从底壁沿着侧壁延伸，且分别隔开规定的间隔设置。进而，在使用流动相从流路的一方端部侧导入混合试样，并使混合试样朝下游侧移动时，利用通过柱部之间的每个成分的移动速度差来进行混合试样中的各个成分的分离。此类色谱分析柱也被称作化学分离芯片。根据混合试样的成分、所使用的移动床等，适当地对柱部的表面实施化学修饰。
在Analytical Chemistry，Vol.76，No.15，August 1，2004（非专利文献1）中公开了与此类色谱分析柱相关的技术。
非专利文献1:Analytical Chemistry，Vol.76，No.15，August 1，2004（Figure 1.（b）、Figure 1.（c））
在此，研究混合试样所包含的各个成分在色谱柱的流路内的移动状态。在流路内移动的混合试样的各成分以在流路内的移动方向上略微扩展的方式移动。在这种移动状态下，从提高分辨率的观点来看，优选相同成分的在移动方向上的宽度尽可能窄。即，在流路内的移动方向上，希望相同成分在中央区域移动的移动速度与在端部区域、具体地说是靠近侧壁的区域移动的移动速度尽可能相等。
在此，在非专利文献1中记载了具有使配置有柱部的部分相对于沿流动方向笔直地延伸的侧壁呈大致半圆形状地突出的侧壁形状的色谱柱，以及具有沿着流动方向笔直地延伸的侧壁形状的色谱柱。但是，在形成为此类色谱柱的形状的情况下，中央区域与端部区域之间的移动速度差大，分辨率不足。认为这是由于分离混合试样时的非专利文献1所公开的侧壁形状中的大量流路扩散、分子扩散等的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供大幅提高了分辨率的色谱分析柱。
本发明的其他目的在于提供一种色谱分析柱的制造方法，该色谱分析柱的制造方法能够高精度、并且高效地制造大幅提高了分辨率的色谱分析柱。
本发明另一目的在于提供提高了分析精度的分析装置。
本发明所涉及的色谱分析柱具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与一对侧壁连接且配置在一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部以从底壁起在沿着侧壁的方向延伸的方式设置，且隔开规定间隔而分别规则地配置。能够以多个柱部作为固定相对借助流动相移动的包含多种成分的混合试样的各个成分进行分离。在此，各柱部的外形面包含曲面，侧壁在局部包含沿着柱部的外形面的曲面。并且，在流动相的流动方向上，设置在最靠近侧壁的位置的柱部和侧壁之间的最短距离等于柱部彼此之间的最短距离。
通过以这种方式构成，流路内的中央区域的相邻柱部彼此之间的间隔等于流路内的靠近侧壁的区域的柱部与侧壁之间的间隔，在流路内流动的移动床的移动方向上，能够缩小中央区域的移动速度与靠近侧壁的端部区域的移动速度之差。即，能够缩小各区域的移动速度之差。在该情况下，由于柱部的外形面包含曲面，侧壁在局部包含沿着柱部的外形面的曲面，因此，能够使靠近侧壁的区域的流动相的流动变得顺畅。因而，此类结构的色谱分析柱能够减少将混合试样分离成各成分时的流路扩散等的影响，能够实现分辨率的提高。
优选多个柱部呈圆筒状。并且，在以与柱部的延伸方向正交的平面将柱部切断而得的截面中，多个柱部以各柱部的中心坐标形成为最密（细密）填充构造的配置的方式设置。在此，在上述截面中，侧壁形成为在流动相的流动方向重复形成凹凸形状而得的形状，凹凸形状由连接假想圆的外形线的一部分和假想柱部的外形线的一部分的线构成，假想圆以设置在最靠近侧壁的位置的第一柱部的中心作为中心、且与和第一柱部相邻的第二柱部的外形线相切，假想柱部的直径与柱部的直径相同，且假想柱部设置于当将其中心与第一柱部以及第二柱部的各自的中心连结时形成正三角形的位置。
通过这样做，在上述截面中，能够利用构成圆弧的线来连续地形成侧壁，能够高效地抑制在端部区域发生的流动相的滞留，能够使流动相在流路内顺畅地移动。
并且，在以与柱部的延伸方向正交的平面将柱部切断而得的截面中，多个柱部呈截面椭圆形状、且以各柱部的中心坐标形成为最密填充构造的配置的方式设置，在上述截面中，侧壁形成为在流动相的流动方向重复形成凹凸形状而得的形状，凹凸形状由连接呈与上述椭圆相似的形状的假想椭圆的外形线的一部分和假想柱部的外形线的一部分的线构成，假想椭圆以设置在最靠近壁部的位置的第一柱部的中心作为中心、且与和第一柱部相邻的第二柱部的外形线相切，假想柱部的圆弧与构成柱部的圆弧相同，且假想柱部设置于当将其中心与第一柱部以及第二柱部的各自的中心连结时形成等腰三角形的位置。
在本发明的其他方面中，色谱分析柱的制造方法中的色谱分析柱具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与一对侧壁连接且配置在一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部以从底壁起在沿着侧壁的方向延伸的方式设置，且分别隔开规定间隔地规则地配置，各柱部的外形面包含曲面，侧壁在局部包含沿着柱部的外形面的曲面，在流动相的流动方向上，设置在最靠近侧壁的位置的柱部和侧壁之间的最短距离等于柱部彼此之间的最短距离，能够以多个柱部作为固定相对借助流动相移动的包含多种成分的混合试样的各个成分进行分离。在此，色谱分析柱的制造方法包含以下工序：准备大致平板状的被蚀刻部件，在与多个柱部以及侧壁的外形形状对应的区域对被蚀刻部件进行掩蔽的工序；以及对进行掩蔽之后的被蚀刻部件实施蚀刻，从而在多个柱部之间、以及柱部与一对侧壁之间形成流路的工序。
根据此类色谱分析柱的制造方法，能够高精度并且高效地制造分辨率高的色谱分析柱。
在本发明的另一方面中，分析装置具备：色谱分析柱，该色谱分析柱具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与一对侧壁连接且配置在一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部以从底壁起在沿着侧壁的方向延伸的方式设置，且分别隔开规定间隔地规则地配置，各柱部的外形面包含曲面，侧壁在局部包含沿着柱部的外形面的曲面，在流动相的流动方向上，设置在最靠近侧壁的位置的柱部和侧壁之间的最短距离等于柱部彼此之间的最短距离，能够以多个柱部作为固定相对借助流动相移动的包含多种成分的混合试样的各个成分进行分离；泵，该泵配置在流路的上游侧，将混合试样与流动相一起导入所述流路内；以及检测部，该检测部配置在流路的下游侧，检测由色谱分析柱分离后的各个成分。
根据此类分析装置，能够实现分析精度的提高。
根据此类色谱分析柱，能够使流路内的中央区域的相邻的柱部彼此的间隔与流路内的靠近侧壁的区域的柱部和侧壁之间的间隔相等，在流路内流动的移动床的移动方向上，能够缩小中央区域的移动速度与靠近侧壁的端部区域的移动速度之差。即，能够缩小各区域的移动速度之差。在该情况下，由于柱部的外形面包含曲面，侧壁在局部包含沿着柱部的外形面的曲面，因此，能够使靠近侧壁的区域的流动相的流动变得顺畅。因而，此类结构的色谱分析柱能够减少将混合试样分离成各成分时的流路扩散等的影响，能够实现分辨率的提高。
并且，根据此类色谱分析柱的制造方法，能够高精度且高效地制造分辨率高的色谱分析柱。并且，根据此类分析装置，能够实现分析精度的提高。
附图说明
图1是简要示出本发明所涉及的分析装置的结构的图。
图2是示出本发明所涉及的色谱柱中的流路的外观的一部分的放大照片。
图3是图2中的以III表示的部分的放大照片。
图4是示出本发明所涉及的色谱柱的外形形状的简要剖视图。
图5是示出本发明所涉及的色谱柱中的流路的一部分的简要剖视图。
图6是图5中的以VI表示的部分的放大图。
图7是图6中的以VII表示的部分的放大图。
图8是示出现有的第一色谱柱的流路的结构的图。
图9是图8中的以IX表示的部分的放大图。
图10是示出现有的第二色谱柱的流路的结构的图。
图11是图10中的以XI表示的部分的放大图。
图12是示出在现有的第一色谱柱中，经过规定时间后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。
图13是示出在现有的第二色谱柱中，经过规定时间后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。
图14是示出在本发明所涉及的色谱柱中，经过规定时间后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。
图15是示出在柱部彼此之间的间隔设定为2μm，且柱部与侧壁之间的间隔设定为1μm的色谱柱中，经过规定时间后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。
图16是示出在柱部彼此之间的间隔设定为2μm，且柱部与侧壁之间的间隔设定为3μm的色谱柱中，经过规定时间后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。
图17是示出在柱部彼此之间的间隔设定为2μm，且柱部与侧壁之间的间隔设定为4μm的色谱柱中，经过规定时间后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。
图18是示出在各个色谱柱中，利用检测器检测浓度的情况下的分析结果的图表。
图19是示出将柱部彼此之间的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为1μm的情况下的分析结果。
图20是示出将柱部彼此之间的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为3μm的情况下的分析结果。
图21是示出将柱部彼此之间的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为4μm的情况下的分析结果。
图22是示出本发明的其他实施方式所涉及的色谱柱中的流路的一部分的简要剖视图，是柱部呈在宽度方向较长的截面椭圆形状的情况。
图23是示出本发明的另一实施方式所涉及的色谱柱中的流路的一部分的简要剖视图，是柱部呈在流动方向较长的截面椭圆形状的情况。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对本发明的一个实施方式所涉及的分析装置的结构进行说明。图1是简要示出本发明所涉及的分析装置的结构的图。
参照图1，对于混合有多种成分的混合试样，本发明所涉及的分析装置11利用色谱分析的原理，使混合试样通过色谱分析柱而将混合试样的各个成分分离，并对分离后的各个成分分别进行检测而进行分析。此类分析装置11使用于例如混合有多种蛋白质等生物液的混合试样中的各个成分的分析等。
分析装置11具备：色谱分析柱13，该色谱分析柱13具有流路12，该流路12大体笔直地沿着一个方向延伸，流动相以及混合试样能够在该流路12的内部流动，上述色谱分析柱13对借助流动相而移动的包含多种成分的混合试样的成分进行分离；泵14，该泵14将混合试样与流动相一起导入色谱柱13；检测器15，该检测器15对利用色谱柱13分离后的试样的各个成分进行检测；以及计算机16，该计算机16对检测器15的动作等进行控制。
泵14配置在流路12的上游侧，泵14与色谱柱13由管道20连接。泵14经由管道20，从色谱柱13中的成为流路12的一方端部的上游侧导入流动相以及混合试样。检测器15配置在流路12的下游侧，检测器15与色谱柱13由管道21连接。混合试样在由色谱柱13分离成各成分之后，从成为色谱柱13的另一方端部的下游侧排出，并经由管道21被导入到检测器15内。检测器15对所导入的各个成分进行检测，即检测各个成分为何种成分。另外，在检测器15还设置有管道22，该管道22用于将检测结束后的包含各个成分的流动相排出到检测器15外，进而排出到分析装置11外。另外，根据所要求的色谱柱13的性能、分辨率、混合试样所包含的成分的种类、混合试样的量等适当地选择流动相的流量、流速等。并且，使用例如液体作为流动相。
色谱柱13由大致平板状的基体部17、以及覆盖基体部17整体的大致平板状的罩部18构成。上述流路12以从大致平板状的基体部17的一方侧的面19凹陷的方式设置。流路12构成为能够使流动相以及混合试样从图1中的左侧朝向右侧流动。即，图1中的流路12的左侧成为上游侧，图1中的流路12的右侧成为下游侧。
图2是示出本发明所涉及的色谱柱13的外观的一部分的放大照片。图3是图2中以III表示的部分的放大照片。图4是示出本发明所涉及的色谱柱3的外形形状的简要剖视图。图4是以与柱部26的延伸方向正交的平面将色谱柱13切断后的情况下的剖视图。
参照图1～图4，流路12具备对置的一对侧壁23、24、以及配置在一对侧壁23、24的底侧的底壁25。从易于理解的观点来看，在图4中，示出侧壁23、24的形状呈沿着左右方向笔直地延伸的形状的情况，但准确地说，侧壁23、24的形状如图5～图7所示。另外，侧壁23、24的具体形状之后叙述。
色谱柱13设置有多个从构成流路12的底壁25呈圆柱状延伸的柱部26。柱部26以从底壁25朝上方向、即图2中的纸面上方向笔直地延伸的方式设置。且构成为：当在基体部17上配置有罩部18时，圆柱状的柱部26的顶端与罩部18的下表面抵接。即，当在基体部17上配置有罩部18时，在由一对侧壁23、24、底壁25以及罩部18包围的空间内，位于多个柱部26之间的区域成为使流动相以及混合试样以流动的方式移动的流路12。柱部26的表面、即柱部26的外形面由曲面构成，且构成为能够进行所谓的化学修饰。该多个柱部26成为色谱分析中的固定相。另外，多个柱部26的具体配置结构之后叙述。
两个侧壁23、24呈沿着柱部26的延伸方向朝上方向延伸的形状。且构成为：流路12中的成为上游侧端部、且用于导入流动相以及混合试样的输入口27的尺寸，具体地说是图4中的输入口27的在上下方向上的宽度小于输出口28的在上下方向上的宽度，该输出口28是下游侧端部，且用于排出被分离成各个成分后的试样。两个侧壁23、24构成为：在从输入口27沿移动方向笔直地延伸之后，以呈锥状地扩大宽度的方式延伸。通过形成为此类结构，能够高效地在流路12内分离混合试样。
另外，流路12的具体尺寸如下所述。即，作为所谓的色谱柱长度，图4中的以长度尺寸A1表示的从输入口27到输出口28的长度为约300μm。图4中的以长度尺寸A2表示的输入口27的宽度为约20μm。图4中的以长度尺寸A3表示的输出口28的宽度为约50μm。本发明所涉及的色谱柱13是此类尺度、即微米级别的部件。另外，从图4等也可知，色谱柱13呈在左右方向、即横方向较长的形状。
其次，对色谱柱13的具体结构进行说明。图5是示出本发明所涉及的色谱柱13的局部的简要剖视图。图6是图5中的以VI表示的部分的放大图。图7是图6中的以VII表示的部分的放大图。图5～图7相当于以与柱部26的延伸方向正交的平面将色谱柱13切断而得到的截面。另外，在图5～图7中，所谓长度方向是指在图5～图7中以纸面左右方向表示的色谱柱长度方向，所谓宽度方向是指在图5～图7中以纸面上下方向表示的色谱柱的宽度方向。并且，在图5～图7中，利用箭头V表示流动相以及混合试样的移动方向。
参照图5～图7，首先，对多个柱部26的具体配置结构进行说明。在图5～图7中，圆柱状的柱部26的外形线为圆。多个柱部26以各柱部26的中心的坐标形成为最密填充构造的配置的方式隔开规定的间隔而分别规则地配置。即，在各个柱部26中，形成为相邻的柱部26之间的最短距离分别相等的结构。在此，形成为第一列29与第二列30在长度方向交替配置的结构，上述第一列29设置有沿宽度方向排列有7个的柱部26，上述第二列设置有沿宽度方向排列有6个的柱部26。进而，在图5等所示的截面中，在横跨第一以及第二列29、30、且相邻的3个柱部26中，利用直线连结3个柱部26的各自的中心而得到的形状为正三角形。另外，在本实施方式中，例如，图6中所示的柱部26之间的最短距离A4是上述规定的间隔，设定为2μm。并且，将流动相以及混合试样在柱部26彼此之间移动的区域设定为中央区域，将流动相以及混合试样在柱部26与侧壁23、24之间移动的区域设定为端部区域。
其次，对构成流路12的一对侧壁23、24中的一方侧的侧壁23的具体形状进行说明。将以隔开规定间隔的方式设置的多个柱部26中的在上述第一列29位于最靠近侧壁23的位置的柱部26设定为第一柱部31，将在第二列30位于最靠近侧壁23的位置的柱部26设定为第二柱部32。形成为第一以及第二柱部31、32沿移动方向错开且相邻的结构，在宽度方向上，第一柱部31设置于比第二柱部32靠外侧、即距离流路12的宽度方向的中心远的位置。
进而，以第一柱部31的中心33作为中心，描绘与第二柱部32的外形线34相切的假想圆。在图7中，利用虚线示出假想圆的外形线35。并且描绘如下的假想柱部38：该假想柱部38具有中心37，连接该中心37与第一以及第二柱部31、32各自的中心33、36的线形成为正三角形，且假想柱部38的直径与柱部26的直径相同。利用点划线示出假想柱部38的外形线39。并且，连结各个中心33、36、37而成的正三角形也以点划线示出。另外，如果没有侧壁23，则假想柱部38成为利用最密填充构造的配置图案形成于流路的柱部。另外，任一外形线35、39均呈圆弧状。
在此，在上述截面、即例如图7所示的截面中，侧壁23形成为沿流动相的流动方向反复形成凹凸形状而得的形状，该凹凸形状由连接所描绘的假想圆的外形线35的一部分以及所描绘的假想柱部38的外形线39的一部分的线构成。图7中，利用粗实线40示出构成该侧壁23的线。
详细地说，在图7所示的截面中，在靠近第二柱部32的区域中、具体而言为在从交点41起到交点45止的长度方向的区域中，构成侧壁23的线是假想柱部38的外形线39，其中，交点41是假想圆的外形线35与假想柱部38的外形线39之间的交点，交点45是在移动方向与第二柱部32相邻的第三柱部42中、以第三柱部42的中心43为中心且与第二柱部32的外形线34相切的假想圆的外形线44和第二柱部32的外形线34之间的交点。在靠近该第一柱部31的区域、具体而言为从交点41起到交点45止的长度方向的区域中，侧壁23是沿着柱部31的外形面的曲面。并且，在交点41的下游侧且是在靠近第一柱部31的区域，构成侧壁23的线是沿着假想圆的外形线35的线。在交点41的上游侧且是在靠近第三柱部42的区域，构成侧壁23的线是沿着假想圆的外形线44的线。进而，当将通过假想柱部38的中心37、且在长度方向笔直地延伸的线设定为图7中的以双点划线所示的基准线46时，在图7的截面中，构成侧壁23的线呈相对于该基准线46重复形成有凹凸的形状，即，呈在长度方向交替地重复呈现有从基准线46朝流路12的中心侧、在该情况下为朝图7中的纸面上方向突出的部分和从基准线46朝远离流路12的中心一侧、在该情况下为朝图7中的纸面下方向凹陷的部分的形状。关于重复的侧壁形状的单位，从交点47起到交点45止的长度方向的区域A5是重复的侧壁形状的单位，侧壁形成为根据所设置的多个柱部26的数量而重复形成有在该区域中形成的侧壁形状而得的形状，其中，交点47是所描绘的假想圆的外形线35与以上述方式绘制的假想柱部的外形线（未图示）之间的交点。
在本实施方式中，图6中的以长度尺寸A6表示的第一柱部31与侧壁23之间的最短距离，以及以长度尺寸A7表示的第二柱部32与侧壁23之间的最短距离均为2μm。另外，如图5所示，侧壁23中的锥状区域也由同样的形状构成。
另外，另一方侧的侧壁24的形状也形成为与上述一方侧的侧壁23的形状相同的结构，因此省略其说明。
根据此类结构的色谱柱13，能够使在流路12内的中央区域相邻的柱部26彼此的间隔、与流路12内的靠近侧壁23的区域中的柱部31、32与侧壁23之间的间隔相等，从而能够在流路12内流动的移动床的移动方向上缩小中央区域的移动速度与靠近侧壁23的端部区域的移动速度的差。即，能够缩小各个区域的移动速度的差。在该情况下，由于柱部26的外形面包含曲面，在侧壁23的局部包含沿着柱部26的外形面的曲面，因此，能够使靠近侧壁23的区域的流动相的流动变得顺畅。因而，此类结构的色谱柱13能够减少将混合试样分离成各个成分时的流路扩散等的影响，能够实现分辨率的提高。
并且，在该情况下，能够利用构成圆弧的线连接而形成侧壁23，从而能够高效地抑制在端部区域发生的流动相的滞留，能够移动相在流路内顺畅地移动。
其次，对制造具有此类形状的色谱柱的方法的一例进行说明。首先，准备以硅（Si）等作为原材料的大致平板状的基体部。进而，对于基体部的板厚方向的一方侧的面亦即主表面，针对之后成为柱部的部分以及成为侧壁的部分进行掩蔽。即，在与多个柱部以及侧壁的外形形状相当的区域进行掩蔽。在该情况下，也可以应用例如在半导体元件的制造等中使用的光刻技术。之后进行蚀刻处理，通过进行蚀刻，掩蔽的区域残存，而将除此之外的区域蚀刻到相当于底壁的部分。即，对进行掩蔽后的非蚀刻部件实施蚀刻，在多个柱部之间、以及柱部与一对侧壁之间形成流路。通过这样做，形成本发明所涉及的流路，制造色谱柱。
根据这种制造方法，能够高精度并且高效地制造分辨率高的色谱分析柱。特别是在上述尺度下，在更加忠实地再现并制造色谱柱的细微构造、具体而言是上述柱部以及侧壁的形状时，能够高精度并且高效地进行制造。
其次，对本发明所涉及的色谱柱与现有的色谱柱之间的差别进行说明。图8是示出现有的第一色谱柱的流路结构的图。图9是图8中以IX表示的部分的放大图。图8与图5对应，图9与图6对应。图8以及图9是在非专利文献1的图1（b）中公开的流路的模型。具体地说，现有的第一色谱柱51形成为如下结构：在设置侧壁52的位置，设置有将柱部对半切开而得的半圆筒状的柱部。图9中示出的相当于第一柱部的柱部53与侧壁52之间的最短距离、亦即宽度方向的长度尺寸B1为1μm，图9中示出的相当于第二柱部的柱部54与侧壁52之间的最短距离、亦即宽度方向的长度尺寸B2为2μm。另外，柱部之间的最短距离为2μm。
并且，图10是示出现有的第二色谱柱的流路结构的图。图11是图10中的以XI表示的部分的放大图。图10与图5对应，图11与图6对应。图10以及图11是在非专利文献1的图1（c）公开的流路的模型。具体地说，现有的第二色谱柱56形成为沿长度方向笔直地连接侧壁57而成的结构。图11中示出的相当于第一柱部的柱部58与侧壁57之间的最短距离、亦即宽度方向的长度尺寸C1为1μm，图11中示出的相当于第二柱部的柱部59与侧壁57之间的最短距离、亦即宽度方向的长度尺寸C2为4μm。另外，柱部之间的最短距离为2μm。
另外，本发明所涉及的色谱柱13的流路12的结构如图5～图7所示，第一柱部31与侧壁23之间的宽度方向的长度尺寸、以及第二柱部32与侧壁23之间的宽度方向的长度尺寸均为2μm。另外，柱部26之间的最短距离也为2μm。
图12是示出在现有的第一色谱柱51中，经过规定时间之后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。图13是示出在现有的第二色谱柱56中，经过规定时间之后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。图14是示出在本发明所涉及的色谱柱13中，经过规定时间之后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。在此，分析的输入条件设定如下：将柱部的直径设定为5μm，将流量设定为52266μm3／秒，将扩散系数设定为500μm2／秒，将溶液的浓度设定为20μM（Mol），使库朗数（C）小于0.5、即库朗数（C）＜0.5。在此，库朗数是在进行分析时决定时间刻度的指标，是表示分析结果的稳定性的指标。另外，通常认为：以C＜1的条件进行分析可以提高分析结果的可靠性。
并且，作为比较例，对柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔不同的色谱柱也进行了分析。图15是示出在将柱部彼此的间隔设定为2μm，并将柱部与侧壁之间的间隔设定为1μm的色谱柱中，经过规定时间之后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。图16是示出在将柱部彼此的间隔设定为2μm，并将柱部与侧壁之间的间隔设定为3μm的色谱柱中，经过规定时间之后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。图17是示出在将柱部彼此的间隔设定为2μm，并将柱部与侧壁之间的间隔设定为4μm的色谱柱中，经过规定时间之后的混合试样的在流动方向上的分布状态的分析图。另外，在图12～图17中，利用相同的阴影表示混合试样的相同成分，但实际上各成分的边界并不明确，从易于理解的观点出发，用实线示出各成分的边界。
参照图12～图17，根据图12所示的分析结果以及图13所示的分析结果可知：端部区域、即靠近侧壁的区域的移动速度慢于宽度方向的中央区域的移动速度。即，在现有的第一以及第二色谱柱51、56中，以相同成分的在移动方向上的分布呈较大的大致V字状的方式移动。并且，根据图15所示的分析结果可知：与图12以及图13的情况相同，以相同成分的在移动方向上的分布呈较大的大致V字状的方式移动。根据图16以及图17所示的分析结果可知：靠近侧壁的区域的移动速度快于宽度方向的中央区域的移动速度，相同成分的在移动方向上的分布的大致V字状的形状与上述图12、图13、图15的情况相反。即，在图12、图13、图15、图16、图17的情况中，相同成分的在移动方向上的宽度宽。
与此相对，根据图14所示的分析结果可知：端部区域的移动速度与中心区域的移动速度几乎不变，相同成分的在移动方向上的宽度窄。即，可知：在本发明所涉及的色谱柱13中，端部区域的移动速度与中心区域的移动速度几乎相等，其速度差极小。
在此，研究理论塔板高度。理论塔板高度由理论塔板高度（H）＝σ2（带宽）／色谱柱长度（A1）计算，是表示色谱柱的分辨率的一个指标。可以认为：该理论塔板高度的值越小，色谱柱的分辨率越优秀。另外，带宽根据分离后的成分中的移动最快的成分的在流动方向的位置与移动最慢的成分的在流动方向的位置计算。并且，以这种方式计算的带宽通常作为4σ来计算，因此，在理论塔板高度的计算中，将算出的带宽作为4σ的值来使用。另外，带宽（4σ）用图13中的长度尺寸D表示。
表1示出各个色谱柱的理论塔板高度的值。另外，计算时，色谱柱长度是图4中的长度尺寸A1的值，具体地说使用295μm这一数值。
[表1]
  色谱柱形状模型   带宽（4σ）  理论塔板高度(H)
  图9的类型   145.44μm  4.49μm
  图11的类型   109.08μm  2.52μm
  图6的类型   90.90μm  1.75μm
参照表1，现有的第一色谱柱51的理论塔板高度为4.49μm，现有的第二色谱柱56额理论塔板高度为2.52μm。与此相对，本发明所涉及的色谱柱13的理论塔板高度为1.75μm，大幅小于现有的第一以及第二色谱柱51、56的理论塔板高度的值。根据该结果也能够知晓本发明所涉及的色谱柱13的分辨率的高低。
图18是示出在上述图12～图14中进行了分析的各个色谱柱中，利用检测器来检测浓度的情况下的分析结果的图表。在图18中，横轴表示经过时间（秒），纵轴表示浓度变化（duM／dt）。另外，经过时间表示从测定开始、即从将混合试样导入到输入口时起经过的时间。
参照图18，在利用四边形标记表示的现有的第一色谱柱51的情况下，浓度变化以下述方式进行：从经过约0.12秒之后起以浓度值上升的方式呈现出浓度变化，并且在经过约0.18秒之前浓度减少。并且，在利用三角标记表示的现有的第二色谱柱的情况下，浓度变化以下述方式进行：从经过约0.125秒之后起呈现出浓度变化，直至经过约0.18秒为止都持续呈现浓度变化。
与此相对，在利用圆表示的本发明所涉及的色谱柱的情况下，浓度变化以下述方式进行：从经过约0.125秒之后起呈现出浓度变化，直至经过约0.17秒之后为止都持续呈现浓度变化。并且，关于浓度变化的峰值，本发明所涉及的色谱柱的情况下的峰值高于现有的第一以及第二色谱柱的情况下的峰值。即，与现有的第一以及第二色谱柱相比，本发明所涉及的色谱柱呈现出更急剧的浓度变化的分布，从该结果也能够得知本发明所涉及的色谱柱的分辨率的高低。
综上，根据本发明所涉及的色谱柱以及分析装置，能够提高分辨率。
另外，在上述实施方式中，将柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为2μm，但并不局限于此，柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔能够根据所要求的色谱柱的性能、混合试样的各个成分的种类等任意确定。在此，在将上述柱部的直径设定为5μm等的分析的输入条件下，优选将柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为2μm以下。通过这样做，能够实现更高的分辨率。
图19示出将柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为1μm的情况下的分析结果，图20示出将柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为3μm的情况下的分析结果，图21示出将柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为4μm的情况下的分析结果。分析的输入条件与图12等所示的情况下的输入条件相同。参照图19～图21以及图14可知：在上述的分析的输入条件中，存在如果扩大柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔则带宽区域增大的倾向。因而，在接近上述分析的输入条件的模型中，如果将柱部彼此的间隔、以及柱部与侧壁之间的间隔设定为2μm以下，则能够以高分辨率对混合试样进行分离。
另外，在上述实施方式中，设置于色谱柱的流路形成为沿左右方向笔直地延伸的形状，但并不局限于此，例如也可以形成为呈大致U字状折返的形状，此外，也可以形成为多次进行流路的折返而得到的蜿蜒形状。关于该情况下的流路的折返次数，优选将朝向一方侧的折返次数与朝向另一方侧的折返次数设定为相同次数，以使得一方侧的侧壁处的移动速度与另一方侧的侧壁处的移动速度在输出口的位置相等。
并且，在上述实施方式中，柱部形成为圆筒状，但并不局限于此，柱部的形状只要是其外形面包含曲面的形状即可，例如也可以形成为在从上方观察的情况下长边方向沿着色谱柱的长度方向的椭圆形状、或者是长边方向沿着色谱柱的宽度方向的椭圆形状。另外，柱部的数量等可以根据所要求的色谱柱的性能等任意地选择。
对柱部的截面呈椭圆形状的色谱柱的结构进行说明。图22是示出色谱柱中的流路的局部的简要剖视图，且是柱部呈在宽度方向、在此为纸面上下方向较长的截面椭圆形状的情况。另外，图22所示的截面相当于图7所示的截面。参照图22，在以与柱部62、63的延伸方向正交的平面将柱部62、63切断而得的截面中，本发明的其他实施方式所涉及的色谱柱61所具备的第一以及第二柱部62、63呈在宽度方向较长的截面椭圆形状。柱部62、63呈所谓的椭圆筒状。进而，各柱部62、63以其中心64、65的坐标形成最密填充构造的配置的方式设置。在上述截面中，侧壁66形成为在流动相的流动方向重复形成如下的凹凸形状而成的形状，该凹凸形状由连接呈与由柱部62的外形线68构成的椭圆相似的形状的假想椭圆的外形线69的一部分以及假想柱部71的外形线72的一部分构成，上述假想椭圆以设置于最靠近侧壁66的位置的第一柱部62的中心64为中心、且与和第一柱部62相邻的第二柱部63的外形线67相切，上述假想柱部71的圆弧与构成柱部62的圆弧相同，且设置于在将其中心70与第一以及第二柱部62、63的各自的中心64、65连结时将形成图22中的以点划线表示的等腰三角形的位置。侧壁66也可以形成为上述形状。另外，等腰三角形中的相当于底边的线段是连结中心65与中心70的线段。
此外，柱部的截面也可以呈在流动方向、即在纸面左右方向、亦即移动方向较长的椭圆形状。图23是示出该情况下的色谱柱的流路的局部的剖视图。参照图23，对于本发明的另一实施方式所涉及的色谱柱76，除了椭圆的形状呈在移动方向较长的形状之外，形成为与图22所示的色谱柱形同的结构，因此省略说明。也可以设置为此类形状。
并且，在上述实施方式中，形成为缩小输入口侧的宽度，并且增大输出口侧的宽度的结构，但并不局限于此，例如也可以形成为使输入口侧的宽度与输出口侧的宽度相等的结构。
另外，在上述实施方式中，使用半导体元件的制造技术中的蚀刻来制造上述结构的色谱柱，但并不局限于此，例如也可以按照如下方式进行制造：针对平板状的基体部，利用CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）等堆积与上述配置的柱部以及侧壁的位置相当的区域，并使该区域构成为从流路的底壁延伸。此外，也可以不应用半导体元件的制造技术，而利用将柱部之间的结构削去的细微加工来制造上述结构的色谱柱。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于图示的实施方式。对于图示的实施方式，在与本发明相同的范围内，或者在与本发明均等的范围内，能够附加各种修正、变形。
标号说明
11：分析装置；12：流路；13、51、56、61、76：色谱柱；14：泵；15：检测器；16：计算机；17：基体部；18：罩部；19：面；20、21、22：管道；23、24、52、57、66：侧壁；25：底壁；26、31、32、38、42、53、54、58、59、62、63、71：柱部；27：输入口；28：输出口；29、30：列；33、36、37、43、64、65、70：中心；34、35、39、44、67、68、69、72：外形线；40：实线；41、45、47：交点；46：基准线。

Claims (5)

1.一种色谱分析柱，
该色谱分析柱具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与所述一对侧壁连接且配置在所述一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在所述流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部以从所述底壁起在沿着所述侧壁的方向延伸的方式设置，且隔开规定间隔而分别规则地配置，所述色谱分析柱能够以所述多个柱部作为固定相对借助所述流动相移动的包含多种成分的混合试样的各个成分进行分离，
所述色谱分析柱的特征在于，
各所述柱部的外形面包含曲面，
所述侧壁在局部包含沿着所述柱部的外形面的曲面，
在所述流动相的流动方向上，设置在最靠近所述侧壁的位置的柱部和所述侧壁之间的最短距离等于所述柱部彼此之间的最短距离。
2.根据权利要求1所述的色谱分析柱，其特征在于，
所述多个柱部呈圆筒状，
在以与所述柱部的延伸方向正交的平面将所述柱部切断而得的截面中，所述多个柱部以各所述柱部的中心坐标形成为最密填充构造的配置的方式设置，
在所述截面中，所述侧壁形成为在所述流动相的流动方向重复形成凹凸形状而得的形状，所述凹凸形状由连接假想圆的外形线的一部分和假想柱部的外形线的一部分的线构成，所述假想圆以设置在最靠近所述侧壁的位置的第一柱部的中心作为中心、且与和所述第一柱部相邻的第二柱部的外形线相切，所述假想柱部的直径与所述柱部的直径相同，且所述假想柱部设置于当将其中心与所述第一柱部以及第二柱部的各自的中心连结时形成正三角形的位置。
3.根据权利要求1所述的色谱分析柱，其特征在于，
在以与所述柱部的延伸方向正交的平面将所述柱部切断而得的截面中，所述多个柱部呈截面椭圆形状、且以各所述柱部的中心坐标形成为最密填充构造的配置的方式设置，
在所述截面中，所述侧壁形成为在所述流动相的流动方向重复形成凹凸形状而得的形状，所述凹凸形状由连接呈与所述椭圆相似的形状的假想椭圆的外形线的一部分和假想柱部的外形线的一部分的线构成，所述假想椭圆以设置在最靠近所述壁部的位置的第一柱部的中心作为中心、且与和所述第一柱部相邻的第二柱部的外形线相切，所述假想柱部的圆弧与构成所述柱部的圆弧相同，且所述假想柱部设置于当将其中心与所述第一柱部以及所述第二柱部的各自的中心连结时形成等腰三角形的位置。
4.一种色谱分析柱的制造方法，
所述色谱分析柱具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与所述一对侧壁连接且配置在所述一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在所述流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部以从所述底壁起在沿着所述侧壁的方向延伸的方式设置，且分别隔开规定间隔地规则地配置，各所述柱部的外形面包含曲面，所述侧壁在局部包含沿着所述柱部的外形面的曲面，在所述流动相的流动方向上，设置在最靠近所述侧壁的位置的柱部和所述侧壁之间的最短距离等于所述柱部彼此之间的最短距离，所述色谱分析柱能够以所述多个柱部作为固定相对借助所述流动相移动的包含多种成分的混合试样的各个成分进行分离，
所述色谱分析柱的制造方法的特征在于，
所述色谱分析柱的制造方法包含以下工序：
准备大致平板状的被蚀刻部件，
在与所述多个柱部以及所述侧壁的外形形状对应的区域对所述被蚀刻部件进行掩蔽的工序；以及
对进行所述掩蔽之后的所述被蚀刻部件实施蚀刻，从而在所述多个柱部之间、以及所述柱部与所述一对侧壁之间形成所述流路的工序。
5.一种分析装置，其特征在于，
所述分析装置具备：
色谱分析柱，该色谱分析柱具备：流路，该流路具有对置配置的一对侧壁、以及与所述一对侧壁连接且配置在所述一对侧壁的底侧的底壁，流动相能够在所述流路的内部流动；以及多个柱部，该多个柱部以从所述底壁起在沿着所述侧壁的方向延伸的方式设置，且分别隔开规定间隔地规则地配置，各所述柱部的外形面包含曲面，所述侧壁在局部包含沿着所述柱部的外形面的曲面，在所述流动相的流动方向上，设置在最靠近所述侧壁的位置的柱部和所述侧壁之间的最短距离等于所述柱部彼此之间的最短距离，所述色谱分析柱能够以所述多个柱部作为固定相对借助所述流动相移动的包含多种成分的混合试样的各个成分进行分离；
泵，该泵配置在所述流路的上游侧，将所述混合试样与所述流动相一起导入所述流路内；以及
检测部，该检测部配置在所述流路的下游侧，检测由所述色谱分析柱分离后的各个成分。
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