CN105102113B - 化学反应器装置 - Google Patents

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Abstract

描述一种化学反应器(100)，其包括具有流体通道(120)的基材(110)，和定位于所述通道(120)中的一组有序的柱状件结构(130)。个体柱状件结构(130)具有沿着所述通道(120)的纵向方向的长度，以及沿着通道(120)的宽度方向的宽度，其中其宽度:长度的宽长比至少是7。

Description

化学反应器装置
技术领域
本发明一般涉及化学反应器。更具体地，本发明还涉及基于某种系统的化学反应器，所述系统具有高宽度:长度的宽长比的细长柱状件结构，例如，液相色谱系统。
背景技术
利用流体传播的化学反应器装置具有大量应用，包括，产生化学组分、合成纳米颗粒、分离和/或提取组分等。例如，色谱是用于混合物分离的分离技术的准确分析方式的具体示例。色谱有多种形式，例如，气相色谱、凝胶色谱、薄层色谱、吸附色谱、亲和色谱、液相色谱等。
液相色谱通常用于药学和化学，同时用于分析应用以及生产应用。在液相色谱中，利用不同物质与流动相和固定相的亲和性差异。因为每种物质对固定相有其各自的"粘附力"，它们随流动相的传输存在快慢差异，而这允许某些物质被分离出来。原则上，这可适用于任何化合物，其优点在于，不需要使物质蒸发，并且可以忽略温度变化所带来的影响。
液相色谱的一种高效形式：高压液相色谱(也称为高效液相色谱)或HPLC，其在分离过程中采用高压。进行HPCL的技术的具体示例基于：以多个柱状件(pillar)为基础的色谱柱。自从将以多个柱状件为基础的色谱柱引入液相色谱，其显示出对基于填充床结构的系统和整体型系统的重要替代作用。鉴于应用具有高度均一性的柱状件并对其进行精确排列的可能性，几乎能够彻底避免因流动路径差异所致的分散或“涡式分散(eddydispersion)”。该原理在基于液体塞(liquid plug)流动传播的化学反应器中具有更普遍的适用性。
液相色谱中存在的已知问题是：会出现边缘效应。边缘效应源自柱壁上与柱中间的流速差异。后者可如下理解，参见图1。图1显示色谱柱的一部分。若液体在具有多个柱状件的色谱柱中移动，则流速会受到所述柱状件之间的通道的围绕这些柱状件各自的流动特性的相互影响。因为柱状件结构通常对称地存在于通道中，这导致特定的流动特性。但是，在柱的边缘处，通路中的流动特性不是对称地受影响。在所述通道的一侧，该流通特性通常会受柱状件影响，而在该通道的另一侧，该流动特性会受壁的影响。若不被解决，已知该问题会导致现有色谱柱中的边缘效应，使色谱柱出现受干扰的分级分离。
Vervoort等人指出了边缘效应问题，参见Vervoort等，Anal.Chem.(2004)76第4501-4507页。其表明，壁上的柱结构的颗粒直径的仅5％量级的小幅结构变化，能使结果的带增宽程度(band broadening)提高四倍(以塔板高度表示)，这导致性能急剧下降。
对此进行补偿的一种方式是调节柱壁。对此进行补偿的另一种方式(常用)是：相对于柱中不靠柱边缘的柱状件之间的宽度，调节柱边缘处通路的宽度。采用的典型比例如下：
B＝1.25xW
其中，W是位于柱的边缘处的通道的宽度(如图1所述)，而B是柱中不靠边缘的柱状件之间的通路的宽度。这不仅意味着柱的边缘处需要有不同的设计，还意味着柱的边缘处的通路宽度确定了该通路的最小维度尺寸，因此柱状件彼此之间的通路的宽度也被向下限制，这部分归因于对于通道的壁和首个柱状件之间获得的最小距离的限制突破了生产加工限制。
虽然人们一直致力于利用现有的生产方法来获得尽可能小的柱状件之间的距离B，借由壁的条件获得的该下限并不是最优的情况。
发明内容
本发明的实施方式的目的在于，提供以具有柱状件结构(例如，微加工的柱状件结构)的流体通道为基础的优良化学反应器系统和方法。化学反应器系统涵盖液相色谱系统等，但本发明并不限于此。
惊人地发现，本发明的实施方式提供基于液体栓塞流的化学反应器装置，由此使边缘效应减小，或者甚至可忽略不计，使其本身不再是对于不靠边缘的位置处的流体通道的柱状件距离的限制。
基于本发明的至少一些实施方式的优点在于，除了解决边缘问题以外，所提供的化学反应器装置还具有很好的分离能力。
基于本发明的至少一些实施方式的优点在于，除了解决边缘问题以外，所提供的化学反应器装置还可产生对于流体流的不同组分而言一致的保留时间。
基于本发明的至少一些实施方式的一个优点在于，除了解决边缘问题以外，所提供的化学反应器装置还意味着受限的柱长，这归因于所述柱状件结构的有利的宽度-长度宽长比，这允许获得紧凑的装置。
基于本发明的至少一些实施方式的优点在于，对于与反应器中的结构和壁相互作用的组分，以及对于不与所述反应器中的结构和壁相互作用的组分而言，边缘效应能够得到减小，或可忽略不计。
基于本发明的至少一些实施方式的优点在于，获得的装置中，不需要的分散得以减少，甚至在一些情况中可忽略不计。
上述目的通过本发明所述的实施方式的设备和方法实现。
本发明还涉及基于流体流的化学反应器装置，该化学反应器设备包括：具有由通道壁确定的流体通道的基材，由此所述通道具有入口和出口，因而所述通道具有纵轴，该纵轴按照流体流在所述通道中从入口至出口的平均方向，将有序柱状件结构组定位在所述通道内，由此，个体柱状件结构具有沿着所述通道的纵轴方向的长度，以及沿着与所述纵轴垂直的方向的宽度，并且其中所述个体柱状件结构的宽度:长度的比例至少是7。
所述个体柱状件结构的宽度:长度的比例(宽长比)可以至少是10。
所述通道壁与相邻非接触的柱状件结构的壁之间的最小距离(W)可以大于两个相邻柱状件结构本身之间的最小距离(B)得0.9倍，例如大于两个相邻柱状件结构本身之间的最小距离(B)。
本发明的优点在于，通过利用具有较大宽度:长度的比例的柱状件结构，使流体通道中的边缘效应减小，并且有可能忽略不计。
所述通道壁与并置的非接触柱状件结构之间的最小距离(W)，和两个并置的柱状件结构本身之间的最小距离(B)，可以在所述通道的宽度方向(垂直于纵轴)测量。
在所述通道的纵向方向上，壁的至少一些部分可以是平的，也称为直的。
所述柱状件结构可以如下方式定位，其确定一组限制的(bound)纵向和横向微通道，从而纵向微通道第一亚组沿纵轴的方向延伸，并且通过两个柱状件结构的壁确定，而纵向微通道第二亚组沿纵轴的方向延伸，并且通过通道壁和柱状件结构的壁确定，并且其中第一亚组的最小宽度(B)可以小于或等于第二亚组的最小宽度(W)。
基于本发明的实施方式的优点在于，能够实现柱状件之间的小的距离，导致系统中的高压，同时能够限制边缘效应，使其可忽略不计或不存在。
所述柱状件结构可以是微加工的柱状件结构。
所述柱状件结构的宽度:长度的比例可大于12。
两个相邻柱状件结构之间的最小距离(B)可以是所述通道壁与相邻的、非接触柱状件结构之间的最小距离(W)的0.5～0.8倍。
所述个体柱状件结构可具有多边形截面。
所述个体柱状件结构可具有基本呈六边形的截面。
所述个体柱状件结构的宽度可受沿所述通道的纵轴定位的柱状件结构的侧壁的限制，而所述侧壁的长度可以是所述柱状件结构的长度的至少0.02倍、优选0.1倍。
由所述柱状件结构形成的通道和微通道还可在两侧受限于基材。
所述化学反应器可以是液相色谱分离设备。
所述通道壁可由膜形成。
本发明还涉及用于制备化学反应器装置的基材中的结构的平版加工的掩模，所述掩模包含用于确定所述化学反应器装置的通道中定位的柱状件结构有序组的设计元件(design element)，从而个体柱状件结构具有沿着所述通道纵轴的方向的长度，以及沿着与所述纵轴垂直的方向的宽度，由此所述设计元件在所述掩模中提供，从而所得的个体柱状件结构的宽度:长度的比例至少为7。
能够如此确定所述设计元件，从而所得的柱状件结构在所述通道中定位，使得确定所述通道的通道壁和相邻的、非接触柱状件结构的壁之间的最小距离(W)大于两个相邻的柱状件结构本身之间的最小距离(B)的0.9倍，例如大于两个相邻的柱状件结构本身之间的最小距离(B)。确定所述通道的通道壁与相邻非接触的柱状件结构的壁之间的最小距离(W)可以大于或等于两个相邻柱状件结构本身之间的最小距离(B)。确定所述通道的通道壁与相邻非接触的柱状件结构的壁之间的最小距离(W)可以大于两个相邻柱状件结构本身之间的最小距离(B)。
可以对所述设计元件进行调整，从而所得的柱状件结构在宽度上受到按所述通道的纵轴定位的柱状件结构侧壁的限制，并且其中所述侧壁的长度是所述柱状件结构的长度的至少0.02倍，优选0.1倍，甚至更优选0.2倍。
所述掩模可以是以下方式，使所述通道的形成的壁的一些部分在所述通道的纵向方向上至少是平的，也称为正截面(right section)。本发明还涉及用于制造化学反应器系统的方法，所述方法包括通过平版的方式实现具有柱状件结构的通道，包括采用如上所述的掩模。
本发明的特定和优选方面涵盖于所附独立和从属权利要求中。可将从属权利要求的特征与独立权利要求的特征相结合，并且与其它合适的从属权利要求的特征相结合，从而并不仅仅如同权利要求中的明确表达。
附图说明
图1说明传统色谱柱的一部分的示意图，从而边缘问题的解决方案按照本领域技术中提供的那样应用。
图2说明通道中的壁处和远离壁处的通道的维度的示意图，如本发明的实施方式确定。
图3说明可用于本发明实施方式中的柱状件结构的示意图。
图4说明准确(on-target)特征和不准确(off-target)特征的分散特性，通过该图说明本发明实施方式的优点。
图5显示，对于具有较小(上)和较大宽度:长度宽长比的柱状件结构，具有准确特征(左)和不准确特征(由)的柱中的流动特性，其说明本发明实施方式的优点。
图6说明具有高的宽度:长度的宽长比的柱状件结构的通道中的流动特性，指示本发明实施方式的优点。
图7说明，对应于本发明一个方面的实施方式，在掩模上确定并在基材上实现的柱状件结构的示意性示例。
图8显示，对应于本发明一方面的实施方式的，具有入口、出口和柱状件结构的化学反应器的部件的示意性视图。
附图仅用于示意而非限制。附图中，一些部件的尺寸可能是放大的，可能不是等比例绘制，其目的在于说明。所示尺寸和相对尺寸并不必须对应于本发明实际实施方式中的那些。权利要求中的附图标记不应理解为限制保护范围。
具体实施方式
将就具体实施方式并参照某些附图对本发明进行描述，但本发明并不受此限制，仅由权利要求书限定。
应注意，权利要求中所用的术语"包含/含有"和"包括"不应理解为对其后列出的含义的限制；该术语不排除其它元件或步骤。因此，其应被理解为指出所述特征、值、步骤或组分的存在，但这并不排除一种或多种其它特征、值、步骤或组分或其组合的存在或添加。因此，表述"包括部件A和B的装置"不应被限制为仅存在部件A和B的装置。其表示关于本发明，所述装置的有关部件仅为A和B。
说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”表示结合实施方式描述的具体特征、结构或性质包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，贯穿本发明的不同位置处的表述"在一个实施方式中"或"在实施方式中"可以但不必指同一实施方式。此外，具体特征、结构或特点可以任何合适方式结合，基于本公开内容、一个或多个实施方式，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。
类似地，应理解，在本发明的示例性实施方式的描述中，本发明的不同特征有时组合成一个单一实施方式、特征或其描述，这是为了简化公开内容并帮助理解本发明的一个或多个不同方面。然而，本公开内容中的方法不应被理解为反映一项发明，请求保护的本发明需要比各权利要求中明确描述的那些更多的特征。并且，如同所附权利要求所反映的那样，发明方面包括的特征可能会少于前述公开的一个单一实施方式的全部特征。因此，具体说明之后的权利要求将被明确地纳入该具体说明，各权利要求本身基于本发明独立的实施方式。
此外，当本文所述的本发明的一些实施方式包括一些但不包括其它实施方式中所包括的其它特征时，不同实施方式的特征的组合应意在包括在本发明范围内，并且形成不同的实施方式，这应被本领域技术人员所理解。例如，在之后的权利要求中，所请求保护的任何实施方式可以任何组合形式使用。
应注意，当描述本发明某些特征或方面时使用特定术语不应理解为表示该术语在此被重新限定为局限于包括与该术语相关的本发明特点或方面的任何特定特征。
本发明说明书和权利要求书提及微通道时，指的是其中至少一个维度处于50μm～1μm范围内的通道。
本发明说明书和权利要求书提及有序的组时，指的是不随机定位的一组元件，并且其中所述元件彼此之间的距离存在特定的关系。
本发明说明书和权利要求书提及分布或分散时，指的是在一定区域或体积中的空间散布。
本发明说明书和权利要求书体积透过性时，指的是液体能够以该流动速率流动通过具有柱状件结构的液体通道。
在本发明的第一方面中，还涉及一种基于流体流的化学反应器装置。所述化学反应器装置一般适于流体塞(例如液体塞)的传输(propagation)。本发明实施方式的化学反应器装置可以是一种液相色谱装置，但实施方式不限于此。另一种特定示例是气相色谱装置。更一般地，所述化学反应器能够适用于某些组分，例如中间物，适用于组分的合成，例如纳米颗粒的合成，适用于组分的分离和/或提取等。
根据本发明的实施方式，所述化学反应器装置包括具有流体通道的基材。所述基材可以是任何合适的基材，例如聚合物基材、半导体基材、金属基材、陶瓷基材，或玻璃或玻璃状基材。所述基材可以，例如，是典型的微流体基材。所述流体通道可以是在所述基材中形成的通道，或可以是在所述基材上形成的通道。在特定实施方式中，本发明不限于此，设置所述流体通道为所述基材中的凹陷形式，并且设置第二基材位于第一基材顶部，从而获得在顶部、侧面和底部封闭的流体通道。所述第二基材可以是膜。在所述实施方式中，通常该通道的截面呈矩形。根据本发明的实施方式，所述流体通道还具有入口和出口，以供流体(例如液体)的供给和移出。在上述特定实施方式中，所述入口和出口可通过在第一和/或第二基材中穿孔的方式来提供。
流体通道的长度可视应用而定。通过利用具体的入口结构和/或出口结构，例如分配器，可进一步影响必要的长度。必要时，可选择流体通道的典型宽度。必要宽度通常取决于所选的长度，反之亦然。在一组示例中，流体通道的宽度Bk可选择在0.1mm～250mm范围内。
对于流体通道，通常可确定纵轴，由此所述纵轴根据流体在通道内从入口至出口的平均流动方向的方向来定位。用于说明的化学反应器100的示意性示例中的纵轴示于图2。此外，图2中还指示基材110、通道120本身和通道壁122。通道壁122确定流体通道120。应注意，通道壁122可由基材材料确定，但也可采用膜来确定通道壁。所述通道壁在所述通道的纵向方向上能够，至少部分地，是平的，也称为直的。在通道壁的一些其它部分上，可形成局部柱状件结构。
根据本发明的实施方式，还可在流体通道120中提供柱状件结构130的有序组。这些柱状件结构可以是微加工的柱状件结构，尽管实施方式不限于此。所述柱状件结构可基于准确制造技术。根据本发明的实施方式，柱状件结构130具有细长的形状。所述柱状件结构的特定几何细长的形状可以是任何合适的形状。所述柱状件结构的截面可以是，例如，菱形、椭圆形、卵形、多边形等。作为说明，示例性柱状件结构130的放大图像示于图3，其中截面呈菱形。在图3中，指示柱状件结构130的长度Lp，以及柱状件结构130的宽度Bp。本文中，柱状件结构的长度是在其中定位有所述柱状件结构的通道的纵轴方向Lk上的柱状件结构的最大维度，而柱状件结构的宽度是与所述通道的纵轴垂直的方向上的柱状件结构的最大维度，这也是确定所述通道本身的宽度方向Bk的方向。所述柱状件结构的细长的形状取决于本发明的实施方式，从而所述柱状件结构的宽度:长度比至少为7，优选大于10或大于12。令人吃惊地发现，对于具有大的宽度:长度宽长比的柱状件结构而言，边缘效应对流动特性没有显著影响。
通道中提供的柱状件的数量的选择可取决于待实现的目的(例如分离能力)。可以在流体通道中以具体的一排提供的柱状件的数量取决于所述通道的宽度。可以，例如，在每mm通道宽度提供3000～3个柱状件。所述柱状件的绝对宽度可在0.3μm～50000μm的范围内选择。远离壁的通道中的柱状件之间的绝对距离可以，例如，选自0.05μm～2000μm的范围。在本发明的优选实施方式中，柱状件间的距离可以选自0.1μm～1000μm的范围，优选0.3μm～3μm。此外，柱状件的尺寸和形状可以，例如，沿所述通道的纵轴变化。
在本发明的一些特定实施方式中，所述柱状件结构以如下方式定位于通道中，从而通道壁和相邻但不接触的柱状件结构的壁之间的最小距离(W)大于两个相邻柱状件结构之间的最小距离(B)的0.9倍，例如大于两个相邻柱状件结构之间的最小距离(B)。令人吃惊地发现，当柱状件如上所述使用时，尽管由所述壁和所述柱状件结构形成的微通道的宽度大于由远离通道壁的柱状件形成的微通道的宽度，这实际上并不会造成边缘效应。该惊人结论归因于如下事实：除开对于结构制造的技术限制-柱状件间的距离不再由针对壁的通道维度确定。这允许选择小于预期的柱状件间的距离，从而允许制成非常有效的流体通道，例如，柱。应注意，就这点而言，这一效果的实现应在不损失分辨率或不引入额外分散的前提下获得。
在本发明的一个具体实施方式中，所述化学反应器是液相色谱设备，并且所述流体通道是分离柱。一个优点是，该系统能够具有高分离效率，这归因于出现的大幅侧向迁移，同时也没有边缘效应出现，或这些可忽略不计。此外，归因于所述柱状件的特定宽度:长度比，能够减小获得某一程度的分离所需的柱的必要长度。
本发明的一些实施方式的优点在于，其基于有组织的柱状件结构组，由此可获得低分散。通过Van Deemter等式，即H＝A+Blu+C.u(其中A、B、C是常数，且u是流动相的线速度)来描述带(band)分散时，本发明的结构还导致特别低的A值(因多条路径中的流动差异所致的分散的典型代表)和低B值(由纵向扩散所致的分散的典型代表)。
根据本发明的实施方式，也可以有一个或多个其它部件存在于所述化学反应器中，这取决于化学反应器的功能性，如本领域技术人员所知。在本发明的一些实施方式中，例如，可以存在一个或多个分配器，可以存在检测器，其可以一体化纳入所述化学反应器的基材之一中或不存在于所述化学反应器的基材之一中，可存在另一个微流化网络，可存在电极(例如，在基于电泳或电化学反应器的化学反应器中)，膜或滤器、催化床层、热交换器、辐射源等。
在本发明的一个具体实施方式中，所述柱状件结构还可具有本发明其它方面另述的形式。
图8的说明性地显示了一个化学反应器的部分的示意性视图，所述化学反应器具有入口、出口和柱状件结构，与本发明的一方面的实施方式一致。
在另一方面，本发明还涉及具有设计的掩模，该设计用于形成如上所述的柱状件结构。所述掩模可包含典型设计元件，用于确定定位于化学反应器的流体通道中的柱状件结构的有序组，由此，所述柱状件结构具有沿着所述通道的纵轴的方向的长度，以及沿着与所述纵轴垂直的方向的宽度，其中，所述设计元件以如下方式在所述掩模中提供，使得所得的柱状件结构的宽度:长度的比例至少是7。在本发明的一些实施方式中，任选地另提供掩模的设计元件，从而，以所述掩模为基础在通道中生成的柱状件结构的通道壁和相邻非接触的柱状件结构的壁之间的最小距离(W)大于两个相邻柱状件结构本身之间的最小距离(B)的0.9倍，例如，大于两个相邻柱状件结构本身之间的最小距离(B)。所述掩模还可另包含其它设计特征，从而用于确定基材中的流体通道的通道壁具有特点。还可以如下方式提供来自掩模的其它设计元件，以获得柱状件结构的特点及其相对于第一方面中所述的通道的关系。此外，也可使掩模适应于设计特征，以确定用于其它方面中另外描述的化学反应器的柱状件结构的特点。
本发明还涉及一种制造化学反应器(例如，具有色谱柱的色谱装置)的方法，其中，所述方法包括采用如上所述的掩模。所述方法可包括以下步骤：在基材上平版印刷，以产生基材特征，和进行基材特征的蚀刻，以产生柱状件结构。所述化学反应器的制造方法的其它特点是本领域技术人员已知的，并且因此不在本文中另作赘述。
通过说明，本发明的实施方式不限于此，在下文中讨论比较研究，其中研究流动特性和边缘效应的出现与否与具有大的宽度:长度比的柱状件结构的应用之间的关系。
制造长度为1cm且宽度为1mm的柱，其中对于不同的柱应用具有不同宽度:长度宽长比的柱状件结构，从而评价该宽长比的作用。柱状件间的距离以及柱状件的长度(沿柱的纵轴方向)保持恒定，在现有示例中分别是2.5μm和5μm，而各柱的柱状件结构的宽度不同，从10μm(导致宽长比为2)～125μm(导致宽长比为25)。所述柱状件结构，入口和出口利用中紫外光刻法在(100)硅晶片基材上制成。在光刻法处理后，柱状件结构基于Bosch蚀刻法蚀刻，从而获得8微米的深度。然后采用氧等离子体蚀刻和硝酸移除光致抗蚀剂。采用Bosch蚀刻法，通过所述基材的后侧进行800μm蚀刻来进一步确定入口和出口。该反应器通过使用与硅基材阳极连接的Pyrex基材来封闭。
为了检测结果，采用如下实验设定。采用自动化阀系统将样品注射进入所述结构。为了获得液相传输，采用氮压供给。在注射步骤过程中，其中有流动相移动的环路的入口和出口关闭，而在后续样品制备过程中，样品注射环路的入口和出口改向至具有高流阻的毛细管，从而产生很小的泄漏流，由此避免拖尾形成。为了跟踪流动特性，采用荧光染料，其在配准(registration)过程中通过汞蒸气紫外光源激发。采用空气冷却的CCD相机观察荧光。
可以确定，对于宽长比为2～25的柱状件结构，板高度可从2.6μm降至0.5μm，因为可以获得纵向分散上的减少。考虑Van Deemter等式时，对于宽长比为25相对于宽长比为2的应用而言，能够建立减少15倍的B值(代表纵向分散)。因此，可建立良好分离特性。
除了该结果以外，还可确定在采用具有小宽长比的柱状件的系统中出现的边缘效应在本发明的结构中大幅减小或甚至可忽略不计。这可基于芯片上的化学反应器记录的CCD图像来建立。
图4说明柱状件结构的宽度:长度宽长比对边缘效应的作用。图4中的图显示准确结构(即其中壁与相邻柱状件之间的距离是2微米的柱)，和不准确结构(其中壁与相邻柱状件之间的距离是2.6微米(因此大于柱状件间的距离))的分散特性的差异(最小板高h与速度的函数关系)。由此显见，对于宽度:长度宽长比为5的柱状件结构，相对于壁的距离变化会大幅影响分散特性，而对于宽度:长度宽长比为15的柱状件结构，该相对于壁的距离变化无显著影响。这说明其中采用具有高宽度:长度宽长比的柱状件的反应器，边缘效应可被减小或甚至可忽略不计。
同样在图5中进行说明，其中通过采用带有荧光标记物的液体的荧光图像来显示上述结构的液体流动特性。左图显示准确定位(即，相对于壁的距离为2μm)，其就宽长比为5和15的柱状件而言均显示相对不受干扰的流动特性。右图显示不准确定位(即，相对于壁的距离为2.6μm，即，距离大于柱状件间的距离)，其中宽长比为15的柱状件获得了相对不受干扰的流动特性，但就宽长比为5的柱状件而言，边缘效应对流动特性的影响清晰可见。
为进一步说明，此处还报告一项测试，其中，在所用柱状件结构的宽度:长度宽长比为25时，在分离柱的第一毫米中分离了四种荧光标记物染料(c440、c450、c460和c480，水/甲醇比例为70/30)。该柱采用C8官能化。四条条带均检测为直条带，清楚指示不存在具有显著影响的边缘效应。该检测的图像示于图6。通过高效操作并减小边缘效应，例如实现了柱长度的减小。
在本发明的另一个特定方面，提供化学反应器装置的实施方式，其基于流体流，其中所述化学反应器装置还包含具有流体通道的基材。该通道还由通道壁确定，并且还具有入口和出口。对于该通道而言，还可根据流体在通道中从入口至出口移动时的平均流动方向来确定纵轴。因此，所述化学反应器还包含定位于通道中的柱状件结构的有序组，其中所述柱状件结构具有沿着所述通道的纵轴的方向的长度，以及沿着与所述纵轴垂直的方向的宽度，并且其中所述柱状件结构的宽度:长度比至少为7。根据该方面的实施方式，所述柱状件结构还在宽度方向被按照所述通道的纵轴定位的侧壁限制，从而这些侧壁的长度是所述柱状件结构的长度的至少0.02倍，优选至少0.1倍，优选至少0.2倍。换言之，所述柱状件结构的侧面不结束于顶点中，而是结束于与所述通道的壁平行的壁中。举个例子，在该情况中，所述柱状件结构的截面可呈六边形。该示例性柱状件结构的说明示于图7。所述化学反应器的其它特点可如第一方面中描述，尽管本发明不限于此。这些柱状件结构的优点在于，其制备具有良好的可重复性，从而获得可靠的结构。这与结束于顶点中的柱状件结构不同，主要在具有大的宽度:长度宽长比的柱状件结构的情况中，获得的适当形成的柱状件结构可靠性和可重复性较差。本方面的实施方式中所述的柱状件结构的应用的另一个优点是，还可以一致且可重复的方式获得柱状件结构组中的柱状件间的距离。这个优点的作用在于，流动通过该通道的流体的流动获得更高的分散特性(较小分散)。
本发明还涉及具有设计的掩模，以用于形成如上所述的柱状件结构。所述掩模通常可包含设计元件以确定定位于化学反应器的流体通道中的柱状件结构的有序组，从而所述柱状件结构具有沿着所述通道的纵轴的方向的长度，以及沿着与所述纵轴垂直的方向的宽度，并且其中所述设计元件以如下方式提供在所述掩模中，使得所得的柱状件结构的宽度:长度比至少是7，并且所述柱状件结构还在宽度方向受到根据通道的纵轴定位的侧壁的限制，由此，所述侧壁的长度是所述柱状件结构的长度的至少0.02倍，优选至少0.1倍，优选至少0.2倍。还以某一方式提供所述掩模的其它设计元件以获得第一方面中所述的柱状件结构的特点。
本发明还涉及一种制造化学反应器(例如具有色谱柱的色谱装置)的方法，其中所述方法包括利用如上所述的掩模。所述方法可包括以下步骤：在基材上使用掩模平版印刷，以产生基材特征，和进行基材特征的蚀刻，以产生柱状件结构。所述化学反应器的制造方法的其它特点是本领域技术人员已知的，并且因此不在本文中另作赘述。

Claims (21)

1.一种基于流体流的化学反应器装置(100)，所述化学反应器装置(100)包括
具有由通道壁(122)确定的流体通道(120)的基材(110)，其中通道(120)具有入口和出口，并且其中通道(120)的纵轴与液体在通道(120)内从入口至出口的平均流体流动方向一致，
定位于通道(120)中的柱状件结构(130)的有序组，其中个体柱状件结构(130)具有沿着通道(120)的纵轴的方向的长度，并且具有沿着与所述纵轴垂直的方向的宽度，
其中所述个体柱状件结构(130)的宽度:长度的比例至少为7。
2.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述个体柱状件结构(130)的宽度:长度的比例至少是10。
3.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，通道壁(122)和相邻非接触的柱状件结构(130)的壁之间的最小距离(W)大于两个相邻柱状件结构(130)之间的最小距离(B)的0.9倍。
4.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，通道壁(122)和相邻非接触的柱状件结构(130)的壁之间的最小距离(W)大于两个相邻柱状件结构(130)之间的最小距离(B)。
5.如权利要求3或4所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，通道壁(122)和相邻非接触的柱状件结构(130)的壁之间的最小距离(W)，和两个相邻柱状件结构(130)之间的最小距离(B)，在垂直于纵轴的通道(120)的宽度方向测量。
6.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，对柱状件结构(130)进行定位，从而其确定一组相连的纵向和横向微通道，其中纵向微通道的第一亚组沿纵轴的方向延伸，并且通过两个柱状件结构(130)的壁确定，而纵向微通道的第二亚组沿纵轴的方向延伸，并且通过通道壁(122)和柱状件结构(130)的壁确定，并且其中第一亚组的最小宽度小于或等于第二亚组的最小宽度。
7.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述柱状件结构(130)是微加工的柱状件结构。
8.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述柱状件结构(130)的宽度:长度的比例至少是12。
9.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，两个相邻柱状件结构(130)之间的最小距离(B)是通道壁(122)和相邻非接触的柱状件结构(130)的壁之间的最小距离(W)的0.5倍～0.8倍。
10.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述个体柱状件结构(130)具有多边形截面。
11.如权利要求10所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述个体柱状件结构(130)具有六边形截面。
12.如权利要求10或11中任一项所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述个体柱状件结构(130)在宽度方向上被根据所述通道的纵轴定位的侧壁限制，并且其中所述侧壁的长度是柱状件结构(130)的长度的至少0.02倍。
13.如权利要求6所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，通道(120)和由柱状件结构(130)形成的所述微通道还另外在两侧受限于基材。
14.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，所述化学反应器是液相色谱分离装置。
15.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，通道壁(122)由膜形成。
16.如权利要求1所述的化学反应器装置(100)，其特征在于，通道壁(122)沿所述通道的纵向方向至少部分是平的。
17.一种用于基材中的结构的平版应用的掩模，其用于制造化学反应器装置(100)，所述掩模包含
设计元件，其用于确定定位于化学反应器装置(100)的通道(120)中的柱状件结构(130)的有序组，其中个体柱状件结构(130)的长度沿着通道(120)的纵轴的方向，并且宽度沿着与所述纵轴垂直的方向，其中以如下方式提供所述掩模中的设计元件：所得个体柱状件结构(130)的宽度:长度的比例至少为7。
18.如权利要求17所述的掩模，其特征在于，确定所述设计元件，从而使得所得的柱状件结构(130)以如下方式定位于通道(120)中：确定通道(120)的通道壁(122)与相邻非接触的柱状件结构(130)的壁之间的的最小距离(W)大于两个相邻柱状件结构(130)之间的最小距离(B)的0.9倍。
19.如权利要求18所述的掩模，其特征在于，确定所述设计元件，从而所得的柱状件结构(130)以如下方式定位于通道(120)中：确定通道(120)的通道壁(122)与相邻非接触的柱状件结构(130)的壁之间的的最小距离(W)大于两个相邻柱状件结构(130)之间的最小距离(B)。
20.如权利要求17或19中任一项所述的掩模，其特征在于，调整所述设计元件，从而所得的柱状件结构(130)在宽度方向上由根据通道(120)的纵轴定位的侧壁限制，并且其中所述侧壁的长度是柱状件结构(130)的长度的至少0.02倍。
21.一种制造化学反应器装置的方法，其中所述方法包括采用如权利要求17～20中任一项所述的掩模来以平版的方式实现具有柱状件结构的通道。
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