CN111855877B - 基于mems的多固定相微型填充柱结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

基于MEMS的多固定相微型填充柱结构及其制备方法
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。
可选地，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构包括多个所述微筛选柱组件，多个所述微筛选柱组件于所述微沟道内沿所述微沟道延伸的方向间隔排布，且沿所述微沟道自所述入口端至所述出口端的延伸方向，不同所述微筛选柱组件中相邻所述微筛选柱之间的间距依次减小。
可选地，所述微沟道于所述衬底的表面呈蛇形延伸。
可选地，所述衬底包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底。
可选地，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构还包括盖板，所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面，且覆盖所述微沟道。
可选地，所述盖板包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板。
本发明还提供一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法包括如下步骤：
提供衬底，于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层定义出后续形成的微沟道、微阻挡柱组件及微筛选柱组件的形状及位置；
基于所述图形化掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底的表面形成所述微沟道、所述微阻挡柱组件及至少一个所述微筛选柱组件；所述微沟道沿所述衬底的表面延伸，所述微沟道的一端为入口端，另一端为出口端；所述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；所述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，形成的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；
形成的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。
可选地，制备的所述微筛选柱组件的数量为多个，多个所述微筛选柱组件于所述微沟道内沿所述微沟道延伸的方向间隔排布，且沿所述微沟道自所述入口端至所述出口端的延伸方向，不同所述微筛选柱组件中相邻所述微筛选柱之间的间距依次减小。
可选地，形成的所述微沟道于所述衬底的表面呈蛇形延伸。
可选地，于所述衬底的表面形成所述微沟道、所述微阻挡柱组件及所述微筛选柱组件之后还包括如下步骤：
提供盖板；
将所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面，所述盖板覆盖所述微沟道。
可选地，采用阳极键合工艺将所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面，键合的温度包括200℃～450℃，键合电压包括600伏～1400伏。
可选地，将所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面之后还包括如下步骤；将键合后的结构进行划片处理。
如上所述，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具有以下有益效果：
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；
本发明的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构基于MEMS工艺，可以制备柱容量大的大截面微型填充柱结构，使得本发明的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构所需柱前压较低，减少了供气系统的负担，有利于便携式应用。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法的流程图。
图2至图6显示为本发明实施例一中提供的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法中各步骤所得结构的结构示意图。
图7显示为本发明实施例一中提供的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法制备的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构中填充固定相后的立体结构示意图。
图8显示为沿图7中AA方向的截面结构示意图。
图9显示为本发明实施例二中提供的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的立体结构示意图。
图10显示为本发明实施例二中提供的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的俯视结构示意图。
元件标号说明
10 衬底
11 图形化掩膜层
111 掩膜层
12 微沟道
13 微阻挡柱组件
131 微阻挡柱
14 微筛选柱组件
141 微筛选柱
15 盖板
16 大尺寸固定相
17 小尺寸固定相
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图10。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种基于MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)的多固定相微型填充柱结构的制备方法，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法可以包括如下步骤：
1)提供衬底，于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层定义出后续形成的微沟道、微阻挡柱组件及微筛选柱组件的形状及位置；
2)基于所述图形化掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底的表面形成所述微沟道、所述微阻挡柱组件及至少一个所述微筛选柱组件；所述微沟道沿所述衬底的表面延伸，所述微沟道的一端为入口端，另一端为出口端；所述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；所述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。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2至图3，提供衬底10，于所述衬底10的表面形成图形化掩膜层11，所述图形化掩膜层11定义出后续形成的微沟道、微阻挡柱组件及微筛选柱组件的形状及位置。
作为示例，所述衬底10可以包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底，优选地，本实施例中，所述衬底10为硅衬底。
作为示例，于所述衬底10的表面形成所述图形化掩膜层11可以包括如下步骤：
于所述衬底10的表面形成掩膜层111，如图2所示；所述掩膜层111可以包括但不仅限于光刻胶层、氧化硅层或氮化硅层等等；
采用光刻、刻蚀工艺对所述掩膜层111进行图形化处理，以得到所述图形化掩膜层11，如图3所示；所述图形化掩膜层111形成有开口图形(未标示出)，所述开口图形定义出后续要形成的所述微沟道的形状及位置、所述微阻挡柱组件中相邻微阻挡柱之间的间距及所述微筛选柱组件中相邻微筛选柱之间的间距。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图4至图5，基于所述图形化掩膜层11刻蚀所述衬底10，以于所述衬底10的表面形成所述微沟道12、所述微阻挡柱组件13及至少一个所述微筛选柱组件14；所述微沟道12沿所述衬底10的表面延伸，所述微沟道12的一端为入口端，另一端为出口端；所述微阻挡柱组件13位于所述微沟道12内，且临近所述微沟道12的出口端；所述微筛选柱组件14位于所述微沟道12内，且位于所述微阻挡柱组件13与所述微沟道12的入口端之间。
作为示例，形成的所述微沟道12可以于所述衬底10的表面呈蛇形延伸，当然，在其他示例中，形成的所述微沟道12也可以于所述衬底10的表面呈任意一种延伸方式延伸，譬如，折线状延伸、U型状延伸、螺旋状延伸等等。
作为示例，可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺基于所述图形化掩膜层11刻蚀所述衬底10，刻蚀后还包括去除所述图形化掩膜层11的步骤，如图5所示。
作为示例，制备的所述微筛选柱组件14的数量可以为一个，如图4及图5所示，所述微筛选柱组件14位于所述微阻挡柱组件13与所述微沟道12的入口端之间，且与所述微阻挡柱组件13具有间距。需要说明的是，图4及图5中未标识出所述微阻挡柱组件13。
作为示例，如图4至图5所示，形成的所述微阻挡柱组件13包括若干个微阻挡柱131，若干个所述微阻挡柱131均位于所述微沟道12内，且沿所述微沟道12的宽度方向间隔排布；形成的所述微筛选柱组件14包括若干个微筛选柱141，若干个所述微筛选柱141均位于所述微沟道12内，且沿所述微沟道12的宽度方向间隔排布；同一所述微筛选柱组件14内相邻所述微筛选柱141之间的间距大于相邻所述微阻挡柱131之间的间距。
作为示例，所述微阻挡柱组件13的宽度及所述微筛选柱组件14的宽度均与所述微沟道12的宽度相同。
作为示例，所述微沟道12的宽度及深度可以根据实际需要进行时设定，优选地，本实施例中，所述微沟道12的宽度可以包括但不仅限于800μm，所述微沟道12的深度可以包括但不仅限于900μm。
作为示例，所述微阻挡柱131的横截面(即所述微阻挡柱131与所述衬底10的上表面相平行的截面)尺寸及相邻所述微阻挡柱131之间的间距可以根据实际需要进行设定，但需要确保填充于所述微沟道12内的填料(譬如，固定相)的最小尺寸应大于相邻所述微阻挡柱131之间的间距，以防止所述填料流失。优选地，本实施例中，所述微阻挡柱131的横截面尺寸可以包括但不仅限于100μm×80μm，相邻所述微阻挡柱131之间的间距可以包括但不仅限于45μm。
作为示例，所述微筛选柱141的横截面(即所述微筛选柱141与所述衬底10的上表面相平行的截面)尺寸及相邻所述微筛选柱141之间的间距可以根据实际需要进行设定，但需要确保相邻所述微筛选柱141之间的间距大于能进入其后方的所述微沟道12内的填料的尺寸且小于需要被其阻挡的填料的尺寸，以实现将不同尺寸的填料进行分离。优选地，本实施例中，所述微筛选柱141的横截面尺寸可以包括但不仅限于100μm×67μm，相邻所述筛选柱组件14之间的间距可以包括但不仅限于105μm。
作为示例，请参阅图6，于所述衬底10的表面形成所述微沟道12、所述微阻挡柱组件13及所述微筛选柱组件14之后还包括如下步骤：
提供盖板15；
将所述盖板15键合于所述衬底10形成有所述微沟道12的表面，所述盖板15覆盖所述微沟道12。
作为示例，所述盖板15可以包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板，优选地，本实施例中，所述盖板15为双面抛光的玻璃盖板。
作为示例，可以采用阳极键合工艺将所述盖板15键合于所述衬底10形成有所述微沟道12的表面，键合的温度可以包括200℃～450℃，键合电压可以包括600伏(V)～1400伏。
作为示例，若所述衬底10内形成有多个独立的所述微沟道12，且各所述微沟道12内均形成有所述微阻挡柱组件13及所述微筛选柱组件14，将所述盖板15键合于所述衬底10形成有所述微沟道12的表面之后还包括如下步骤；将键合后的结构进行划片处理，以得到多个所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构。
作为示例，本实施例中制备的所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构(作为微色谱柱)的入口端及出口端可以分别安装毛细管(未示出)后置于震动平台(未示出)上，将真空泵(未示出)、稳压瓶(未示出)及样品瓶(未示出)等与所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的入口端依次密封连接，利用所述真空泵提供的负压即可以实现不同固定相的分段填充；最后对所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的入口端进行密封。其中，所述真空泵提供装填所需的负压，所述稳压瓶不仅可以防止尺寸非常细小的固定相颗粒进入真空泵，还保障了稳定的压力条件，所述震动平台可以有效防止固定相在所述微沟道12内填充过程中造成堵塞的问题，还可以进一步保障填充的均匀性。
请结合图2至图6参阅图7及图8，本实施例还提供一种基于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10，所述衬底10的表面形成有沿所述衬底10的表面延伸的微沟道12，所述微沟道12的一端为入口端，另一端为出口端；微阻挡柱组件13，所述微阻挡柱组件13位于所述微沟道12内，且临近所述微沟道12的出口端；至少一个微筛选柱组件14，所述微筛选柱组件14位于所述微沟道12内，且位于所述微阻挡柱组件13与所述微沟道12的入口端之间。
作为示例，形成的所述微沟道12可以于所述衬底10的表面呈蛇形延伸，当然，在其他示例中，形成的所述微沟道12也可以于所述衬底10的表面呈任意一种延伸方式延伸，譬如，折线状延伸、U型状延伸、螺旋状延伸等等。
作为示例，所述衬底10可以包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底，优选地，本实施例中，所述衬底10为硅衬底。
作为示例，形成的所述微沟道12可以于所述衬底10的表面呈蛇形延伸，当然，在其他示例中，形成的所述微沟道12也可以于所述衬底10的表面呈任意一种延伸方式延伸，譬如，折线状延伸、U型状延伸、螺旋状延伸等等。
所述微筛选柱组件14的数量可以为一个，所述微筛选柱组件14位于所述微阻挡柱组件13与所述微沟道12的入口端之间，且与所述微阻挡柱组件13具有间距。需要说明的是，图4及图5中未标识出所述微阻挡柱组件13。
作为示例，如图4至图8所示，所述微阻挡柱组件13包括若干个微阻挡柱131，若干个所述微阻挡柱131均位于所述微沟道12内，且沿所述微沟道12的宽度方向间隔排布；所述微筛选柱组件14包括若干个微筛选柱141，若干个所述微筛选柱141均位于所述微沟道12内，且沿所述微沟道12的宽度方向间隔排布；同一所述微筛选柱组件14内相邻所述微筛选柱141之间的间距大于相邻所述微阻挡柱131之间的间距。
作为示例，所述微阻挡柱组件13的宽度及所述微筛选柱组件14的宽度均与所述微沟道12的宽度相同。
作为示例，所述微沟道12的宽度及深度可以根据实际需要进行时设定，优选地，本实施例中，所述微沟道12的宽度可以包括但不仅限于800μm，所述微沟道12的深度可以包括但不仅限于900μm。
作为示例，所述微阻挡柱131的横截面(即所述微阻挡柱131与所述衬底10的上表面相平行的截面)尺寸及相邻所述微阻挡柱131之间的间距可以根据实际需要进行设定，但需要确保填充于所述微沟道12内的填料(譬如，固定相)的最小尺寸应大于相邻所述微阻挡柱131之间的间距，以防止所述填料流失。优选地，本实施例中，所述微阻挡柱131的横截面尺寸可以包括但不仅限于100μm×80μm，相邻所述微阻挡柱131之间的间距可以包括但不仅限于45μm。
作为示例，所述微筛选柱141的横截面(即所述微筛选柱141与所述衬底10的上表面相平行的截面)尺寸及相邻所述微筛选柱141之间的间距可以根据实际需要进行设定，但需要确保相邻所述微筛选柱141之间的间距大于能进入其后方的所述微沟道12内的填料的尺寸且小于需要被其阻挡的填料的尺寸，以实现将不同尺寸的填料进行分离。优选地，本实施例中，所述微筛选柱141的横截面尺寸可以包括但不仅限于100μm×67μm，相邻所述筛选柱组件14之间的间距可以包括但不仅限于105μm。
作为示例，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构还包括盖板15，所述盖板15键合于所述衬底10形成有所述微沟道12的表面，且覆盖所述微沟道12。
作为示例，所述盖板15可以包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板，优选地，本实施例中，所述盖板15为双面抛光的玻璃盖板。
作为示例，本实施例中的所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构(作为微色谱柱)的入口端及出口端可以分别安装毛细管(未示出)后置于震动平台(未示出)上，将真空泵(未示出)、稳压瓶(未示出)及样品瓶(未示出)等与所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的入口端依次密封连接，利用所述真空泵提供的负压即可以实现不同固定相的分段填充；最后对所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的入口端进行密封。其中，所述真空泵提供装填所需的负压，所述稳压瓶不仅可以防止尺寸非常细小的固定相颗粒进入真空泵，还保障了稳定的压力条件，所述震动平台可以有效防止固定相在所述微沟道12内填充过程中造成堵塞的问题，还可以进一步保障填充的均匀性。
请继续参阅图7及图8，对本实施例中的所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构进行填充的原理为：第一种固定相颗粒的粒径大于所述微阻挡柱组件13中相邻所述微阻挡柱131之间的间距且小于所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距，在负压作用下，第一种固定相颗粒被填充于所述微阻挡柱组件13与所述微筛选柱组件14之间的所述微沟道12内；第二种固定相颗粒的粒径大于所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距，在负压作用下，第二种固定相颗粒被填充于所述微筛选柱组件14与所述微沟道12的入口端之间的所述微沟道12内；最后，用玻璃纤维封住所述微沟道12的入口端以防止第二种固定相颗粒流失和松动。即图7及图8中，所述微阻挡柱组件13与所述微筛选柱组件14之间的所述微沟道12内填充的为小尺寸固定相17，所述微筛选柱组件14与所述微沟道12的入口端之间的所述微沟道12内填充的为大尺寸固定相16。
需要说明的是，为了便于显示，图7中并未示意出所述盖板15。
当本实例中制备的包括一个所述微筛选柱组件14的所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构应用于变压器油检测时，变压器油的检测需要分离的目标气体组分有9中组分，分别为N2、O2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2，一段可分离N2、O2、H2、CO、CO2，另一段可分离CH4、C2H6、C2H4、C2H2，即用一个本发明所述的所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构实现了对变压器油的分离。
实施例二
请结合图1至图8参阅图9至图10，本发明还提供一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，本实施例中所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法与实施例一中所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法大致不同，二者的区别在于：实施例一中，制备的所述微筛选柱组件14的数量可以为一个，如图4及图5所示；而本实施例中，制备的所述微筛选柱组件14的数量可以为多个，如图9及图10所示，图9及图10以制备的所述微筛选柱组件14的数量为三个作为示例，但在实际示例中，制备的所述微筛选柱组件14的数量并不以此为限，还可以为两个、四个、五个、六个甚至更多个等等。多个所述微筛选柱组件14于所述微沟道12内沿所述微沟道12延伸的方向间隔排布。
作为示例，本实施例中，沿所述微沟道12自所述入口端至所述出口端的延伸方向，不同所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距依次减小；即以图9及图10中的结构作为示例，图9及图10中，三个所述微筛选柱组件14中，距离所述微沟道12的入口端最近的所述微筛选柱组件14(即距离所述微阻挡柱组件13最远的所述微筛选柱组件14)中相邻所述微筛选柱141之间的间距d1最大，距离所述微沟道12的出口端最近的所述微筛选柱组件14(即距离所述微阻挡柱组件13最近的所述微筛选柱组件14)中相邻所述微筛选柱141之间的间距d3最小；亦即，沿所述微沟道12自所述入口端至所述出口端的延伸方向，三个所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距分别为d1、d2及d3，则d1＞d2＞d3，且d3大于所述微阻挡柱组件13中相邻微阻挡柱131之间的间距d4。
本实施例还提供一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构，本实施例中所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构与实施例一中所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构大致相同，二者的区别在于：实施例一中的所述微筛选柱组件14的数量可以为一个，如图4及图5所示；而本实施例中的所述微筛选柱组件14的数量可以为多个，如图9及图10所示，图9及图10以制备的所述微筛选柱组件14的数量为三个作为示例，但在实际示例中，制备的所述微筛选柱组件14的数量并不以此为限，还可以为两个、四个、五个、六个甚至更多个等等。多个所述微筛选柱组件14于所述微沟道12内沿所述微沟道12延伸的方向间隔排布。
作为示例，本实施例中，沿所述微沟道12自所述入口端至所述出口端的延伸方向，不同所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距依次减小；即以图9及图10中的结构作为示例，图9及图10中，三个所述微筛选柱组件14中，距离所述微沟道12的入口端最近的所述微筛选柱组件14(即距离所述微阻挡柱组件13最远的所述微筛选柱组件14)中相邻所述微筛选柱141之间的间距d1最大，距离所述微沟道12的出口端最近的所述微筛选柱组件14(即距离所述微阻挡柱组件13最近的所述微筛选柱组件14)中相邻所述微筛选柱141之间的间距d3最小；亦即，沿所述微沟道12自所述入口端至所述出口端的延伸方向，三个所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距分别为d1、d2及d3，则d1＞d2＞d3，且d3大于所述微阻挡柱组件13中相邻微阻挡柱131之间的间距d4。
作为示例，本实施例中提供的所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构(譬如，如图9及图10中所示的3个)的填充原理为：首先将多个所述微筛选柱组件14自最邻近所述微阻挡柱组件13的一个开始依次编号，即最邻近所述微阻挡柱组件13的所述微筛选柱组件14为第一组所述微筛选柱组件14；最先填充的第一种固定相的粒径应小于所有所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距，且大于所述微阻挡柱组件13中相邻所述微阻挡柱131之间的间距，这样在负压作用下，第一种固定相颗粒穿过所有所述微筛选柱组件14首先填充至第一组所述微筛选柱组件14与所述微阻挡柱组件13之间的所述微沟道12内；随后填充的第二种固定相的粒径应大于第一组所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距，而小于其它组所述微筛选柱组件14中相邻所述微筛选柱141之间的间距，这样在负压作用下，第二种固定相填充满第一组所述微筛选柱组件14与第二组所述微筛选柱组件14之间的所述微沟道12内；依次类推，直到最后一种固定相被填充，并以玻璃纤维封住所述微沟道12的入口端以防最后填充的固定相颗粒流失和松动。
综上所述，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，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。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；本发明的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构基于MEMS工艺，可以制备柱容量大的大截面微型填充柱结构，使得本发明的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构所需柱前压较低，减少了供气系统的负担，有利于便携式应用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底，于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层定义出后续形成的微沟道、微阻挡柱组件及微筛选柱组件的形状及位置；
基于所述图形化掩膜层刻蚀所述衬底，以于所述衬底的表面形成所述微沟道、所述微阻挡柱组件及至少一个所述微筛选柱组件；所述微沟道沿所述衬底的表面延伸，所述微沟道的一端为入口端，另一端为出口端；所述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；所述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；
其中，形成的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；
形成的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。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，其特征在于，制备的所述微筛选柱组件的数量为多个，多个所述微筛选柱组件于所述微沟道内沿所述微沟道延伸的方向间隔排布，且沿所述微沟道自所述入口端至所述出口端的延伸方向，不同所述微筛选柱组件中相邻所述微筛选柱之间的间距依次减小。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，其特征在于，形成的所述微沟道于所述衬底的表面呈蛇形延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，其特征在于，于所述衬底的表面形成所述微沟道、所述微阻挡柱组件及所述微筛选柱组件之后还包括如下步骤：
提供盖板；
将所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面，所述盖板覆盖所述微沟道。
5.根据权利要求4所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，其特征在于，采用阳极键合工艺将所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面，键合的温度包括200℃~450℃，键合电压包括600伏~1400伏。
6.根据权利要求4所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，其特征在于，将所述盖板键合于所述衬底形成有所述微沟道的表面之后还包括如下步骤：将键合后的结构进行划片处理。
7.一种基于MEMS的多固定相微型填充柱结构，其特征在于，所述基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的形成采用如权利要求1-6任意一项所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构的制备方法，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。
8.根据权利要求7所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构，其特征在于，所述衬底包括硅衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底。
9.根据权利要求7所述的基于MEMS的多固定相微型填充柱结构，其特征在于，所述盖板包括玻璃盖板、硅盖板或陶瓷盖板。
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