JP2022520328A - ３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法 - Google Patents

３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2022520328A
JP2022520328A JP2021541614A JP2021541614A JP2022520328A JP 2022520328 A JP2022520328 A JP 2022520328A JP 2021541614 A JP2021541614 A JP 2021541614A JP 2021541614 A JP2021541614 A JP 2021541614A JP 2022520328 A JP2022520328 A JP 2022520328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stationary phase
micro
gas chromatograph
separator
trench
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021541614A
Other languages
English (en)
Inventor
ソクウ チョン
ヨンソク シム
ドンフィ チョ
アング・ジェイド・ナディーン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST filed Critical Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Publication of JP2022520328A publication Critical patent/JP2022520328A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/20—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the conditioning of the sorbent material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/52—Physical parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6095—Micromachined or nanomachined, e.g. micro- or nanosize
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N2030/022—Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
    • G01N2030/025—Gas chromatography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/52—Physical parameters
    • G01N2030/521—Physical parameters form
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/52—Physical parameters
    • G01N2030/524—Physical parameters structural properties
    • G01N2030/525—Physical parameters structural properties surface properties, e.g. porosity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

開示されたガスクロマトグラフ用マイクロ分別機は、トレンチを有するベース基板と、前記トレンチ内に配置されるチャンネルカラムと、前記ベース基板と結合して、前記チャンネルカラムを覆う蓋部材とを含む。前記チャンネルカラムは、３次元で互いに連結される整列した気孔を有する固定相を含む。

Description

本発明は、ガスクロマトグラフ用マイクロ分別機に関する。より詳しくは、３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法に関する。
ガスクロマトグラフ(GC)は、キャリアガスに載せられて試料(analyte)が移動し、カラム(column)を過ぎて、各混合成分を単一成分別に分離する分析法である。ＧＣシステムは、キャリアガス、注入口、物質分別機カラム、オーブン、検出器、データシステムからなり、この中でも、物質分別機カラムの性能が、システム全体の性能を決める重要な要因である。
物質分別機カラム内において、キャリアガス(移動相)に載せられている気相の試料と、カラム内にコートされている固定相(stationary phase)との化学的な特性差により、固定相とそれぞれ異なる化学的平衡、吸着、分配が起きて、化合物毎にカラムを通過する時間差を生じることで、物質が分離される。
一般に、物質分別機カラムとして、充填カラム(Packed Column)又は毛細管カラム(Capillary Column)が用いられる。充填カラムは、内部充填物質(Inert material)、固体支持体(Solid Support、一般に、珪藻土材質)、コートされた固定相(Coated liquid stationary phase)からなる。前記充填カラムは、管内部が全体として満たされた形態であるため、概略的に内径２－４ｍｍ、長さ１．５－１０ｍ程度の比較的大径及び短い長さを有する。一方、毛細管カラムは、液体固定相がコートされているＷＣＯＴ(Wall Coated Open Tubular)カラムと、固体状態の多孔性物質が内壁に薄膜固定相でコートされている形態であるＰＬＯＴ(Porous Layer Open Tubular)カラムとに区分される。気相試料の検出のために用いられる代表的な固定相の材料は、ポリシロキサン(PE-1、PE-5など)、ポリエチレングリコール(PE-Wax、FFAP(商品名))、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、シリカナノパーティクなどが用いられる。毛細管カラムにおいて固定相は、管の内壁にコートされているので、気相の試料が衝突される確率を高めるために、充填カラムに比して、狭い径(１ｍｍ以内)及び長い長さ(数十ｍ)を有する。
従来のＧＣシステムは、他の分別システムに比べて、信頼性及び分離効率に優れるというメリットがあるが、このための数メートルに至る長いカラムと、該カラムの適正温度を保持するオーブン、信号処理システムにより、ｍ３オーダの大きい体積を有する。従って、爆発物及び麻薬等の事件現場で採取した未知の試料に対する精密分析に適用するためには、根本的な困難がある。最近、これを克服するために、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical systems)技術を用いたマイクロガスクロマトグラフ(u-Gas Chromatography、u-GC)に関する研究が報告されている。 例えば、スパッタリングされたオープンチューブラーカラム内に矩形柱アレイを有するsemi-packedカラムは、短い炭化水素及び天然ガスを分離できることが立証された(J. Vial et al.、“Silica sputtering as a novel collective stationary phase deposition for microelectromechanical system gas chromatography column: Feasibility and first separations”、J. Chromatogr. A 1218, 3262-3266, 2011)。また、他の例示として、温度プログラミングのための金属フィラメントを有するシリカ又は黒鉛スパッタリングされたマイクロカラムを用いて、飽和及び不飽和炭化水素鎖を分離させることに成功した(R. Haudebourg et al. “Temperature-Programmed Sputtered Micromachined Gas Chromatography Columns: An Approach to Fast Separations in Oilfield Applications”、Anal. Chem. 85, 114-120, 2013)。これと共に、レーザエッチングされたアクリルマイクロ分別機カラム内にZIF-8-PVAクリオゲルを集積させることで、多環式芳香族炭化水素に分別することで、マイクロ-ＧＣの実用的な応用可能性を提示している(C. Siritham et al. “A preconcentrator-separator two-in-one online system for polycyclic aromatic hydrocarbons analysis”、Talanta 167, 573-582, 2017)。
しかし、従来の研究による物質分別機は、気相試料と反応比表面積が少なく、シリカナノパーティクルなどを用いた場合、不均一な集積が発生する。これにより、左右非対称のピーク発生、ピーク広がり(peak broadening)、テール効果(tailing effect)などの材料的な問題点から始めた分別性能の低下が発生して、実質的な応用につながっていない。
大韓民国登録特許１０－２０１５－０１００２０９
Micromech. Microeng. 2009, 19, 065032 Micromech. Microeng. 2017, 27, 035012 Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 6065 Chem. Commun.、2015, 51, 8920 Anal. Chem. 2013, 85, 114 Anal. Chem. 2018, 90, 13133
本発明の目的は、従来のガスクロマトグラフシステムの根本的な技術的限界を克服するために、物質分別機用マイクロカラム内の３次元ナノ構造を集積させ、これを固定相に活用することで、３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を提供することである。
本発明の他の目的は、前記３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を提供することである。
但し、本発明が解決しようとする課題は、前記で言及した課題に限定されることではなく、本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で様々に拡張可能である。
上述した本発明の目的を達成するための本発明の例示的な実施例によると、ガスクロマトグラフ用マイクロ分別機は、トレンチを有するベース基板と、前記トレンチ内に配置されるチャンネルカラムと、前記ベース基板と結合して、前記チャンネルカラムを覆う蓋部材とを含み、前記チャンネルカラムは、３次元で互いに連結される整列した気孔を有する固定相を含むことを特徴とする。
一実施例によると、前記ベース基板は、シリコン、ガラス、クオーツ、サファイア、及び高分子からなる群より選ばれた少なくとも１つを含む。
一実施例によると、前記固定相は、高分子、金属、又はセラミックスからなる群より選ばれた少なくとも１つを含む。
一実施例によると、前記固定相は、前記トレンチの底面上に配置され、前記蓋部材と離隔して、気体流路を形成する。
一実施例によると、前記固定相は、前記トレンチの底面上に配置された下部固定相と、前記蓋部材の下面に結合され、前記下部固定相と少なくとも一部が離隔する上部固定相とを含み、前記下部固定相と前記上部固定相の間に気体流路を形成する。
一実施例によると、前記固定相は、前記チャンネルカラム内を全体として充填する。
一実施例によると、前記トレンチの底面は、凹状を有し、前記固定相は、前記トレンチの底面に沿って凹んだ上面を有する。
一実施例によると、ガスクロマトグラフシステムは、マイクロ分別機と、前記マイクロ分別機に濃縮試料を提供する前処理濃縮器と、前記マイクロ分別機から分別された試料から、試料の種類又は濃度を検出するセンサとを含むことを特徴とする。
一実施例によると、ガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法は、ベース基板のトレンチ内に感光性フィルムを形成するステップと、位相マスクを介して、３次元分布を有する光を提供して、前記感光性フィルムを露光するステップと、前記露光された感光性フィルムを現像して、互いに連結される整列した気孔を有する３次元ナノ構造の高分子固定相を形成するステップとを含むことを特徴とする。
一実施例によると、前記位相マスクは、前記ベース基板の背面に配置される。
一実施例によると、感光性フィルム上には、光学媒質部材が提供され、前記位相マスクは、前記光学媒質部材上に配置される。
一実施例によると、前記光学媒質部材は、少なくとも一部が前記トレンチ内に配置され、屈折率マッチング潤滑剤、ガラス、ポリジメチルシロキサン(polydimetyl siloxane: PDMS)、ポリウレタンアクリレート(polyurethane acrylate: PUA)、及びパーフルオロポリエーテル(perfluoropolyether: PFPE)からなる群より選ばれた少なくとも１つを含む。
一実施例によると、ガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法は、更に、前記高分子固定相の気孔の少なくとも一部を充填し、金属又はセラミックスを含む置換固定相を形成するステップと、前記高分子固定相を除去するステップとを含む。
一実施例によると、ガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法は、更に、蓋部材の一面に互いに連結される整列した気孔を有する３次元ナノ構造の上部固定相を形成するステップと、前記上部固定相が前記ベース基板のトレンチに挿入されるように、前記蓋部材と前記ベース基板を結合するステップとを含む。
本発明によると、マイクロ分別機の固定相は、ナノスケールの気孔が３次元的に互いに連結され、周期性を有するように整列された３次元ネットワーク構造を有する。そこで、構造物内で効率的な物質移動が可能であり、表面積を最大化することができるので、分別機の分配性能を増加させる。そこで、小さい長さのカラムでも、従来の大型分別機と同等又は以上の性能を有することができる。よって、分別機を携帯用機器水準に小型化することができる。もって、速いフィードバックが要求される様々な現場で使用可能なガスクロマトグラフシステムを構築することができる。
図１は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を示す平面図である。 図２は、図１のＩ－Ｉ'線に沿う断面図である。 図３は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図５は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図６は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図７は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法において、固定相を物質置換するステップを示す斜視図である。 図８は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図９は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図１０は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。 図１１は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を示す断面図である。 図１２は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を示す断面図である。 図１３は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を示す断面図である。 図１４は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を示す断面図である。 図１５は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフシステムを示す平面図である。 図１６は、実施例１の３次元ナノ構造の高分子固定相が形成されたガラス基板の平面デジタル写真及び断面ＳＥＭ(走査電子顕微鏡)写真である。 図１７は、実施例１、実施例２、及び比較例１(Agilent J&W GCカラム)の分別テスト結果を示すグラフである。 図１８は、実施例１の常温分別テスト結果を拡大して示すグラフである。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法について、詳細に説明する。本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるところ、特定の実施例を例示し、本文で詳しく説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定した開示形態について限定しようとすることではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解されるべきである。添付の図面において、構造物の寸法は、本発明の明確性を期するために、実際よりも拡大して示している。
本出願で使用した用語は、単に、特定した実施例を説明するために使われており、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に異なることを意図しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」又は「からなる」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとすることであり、１つ又はその以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、又はこれらを組み合わせたもの存在又は付加可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。
異なって定義しない限り、技術的や科学的な用語を含めて、ここで使われる全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって、一般的に理解されることと同一の意味を有している。一般に使われる辞典に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有することと解析され、本出願で明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解析されない。
図１は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機を示す平面図である。図２は、図１のＩ－Ｉ'線に沿う断面図である。
図１及び図２に示しているように、本発明のマイクロ分別機１００は、気相の試料を分配するためのチャンネルカラム１２０を含む。前記チャンネルカラム１２０は、マイクロ分別機１００の用途、分別対象などによって、様々な形状及び長さを有する。例えば、図１に示されているジグザグ状の他にも、螺旋状、放射状などを有することができる。例えば、前記チャンネルカラム１２０の長さは、数ｃｍ乃至数十ｍである。また、前記チャンネルカラム１２０の幅は、２００～１,０００μｍであり、深さは、１００～５００μｍである。
前記マイクロ分別機１００は、ベース基板１１０を含む。前記ベース基板１１０の一面に沿って、前記チャンネルカラム１２０のための空間を形成するトレンチが形成される。前記チャンネルカラム１２０の両端は、気相試料が注入される注入部１３０と、分別された気相試料が放出される放出部１４０とにそれぞれ連結される。
例えば、前記ベース基板１１０は、シリコン、ガラス、クオーツ、サファイア、高分子、金属などを含む。例えば、前記高分子は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリプロピレン(PP)などを含む。
前記チャンネルカラム１２０は、固定相１２２を含む。一実施例によると、前記マイクロ分別機１００は、毛細管カラムタイプであり得る。毛細管カラムタイプを有するチャンネルカラム１２０の場合、前記固定相１２２が配置されない空く空間を含むことができ、これは、気体流路１２４と定義される。
一実施例によると、前記固定相１２２は、３次元多孔性ナノ構造を有する。望ましくは、前記固定相１２２は、３次元に互いに連結される整列した気孔を有する。前記固定相１２２は、金属、セラミックス、半導体、高分子などのような様々な物質を含む。例えば、前記固定相１２２は、セリウム酸化物(CeO2)、アルミニウム酸化物(Al2O3)、チタン酸化物(TiO2)、ジルコニウム酸化物(ZrO2)、亜鉛酸化物(ZnO)、チタン窒化物(TiN)、又はこれらの組み合わせを含む。他の実施例において、前記固定相１２２は、金、銀、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、バナジウム、ニッケル、コバルト、銅、タングステン、モリブデン、マンガン、アルミニウム、鉄、又はこれらの組み合わせを含む。例えば、前記高分子は、架橋結合されたエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂などを含む。しかし、本発明で使用可能な固定相構成物質は、これに限定されず、分別対象物質などによって、様々な物質を使用することができる。
一実施例によると、前記マイクロ分別機１００は、前記ベース基板１１０と結合され、前記チャンネルカラム１２０を覆う蓋部材１５０を含む。
一実施例によると、前記マイクロ分別機１００は、加熱部材１５２をさらに含む。前記加熱部材１５２は、熱伝導性が高い銅、アルミニウム、ニッケル、銀などのような金属を含む。例えば、前記加熱部材１５２は、ジュール加熱(Joule heating)により、前記チャンネル１２０内の温度を調節又は維持する。
一実施例によると、前記加熱部材１５２は、前記蓋部材１５０の上面に結合される。しかし、本発明の実施例は、これに限定されることではなく、前記加熱部材１５２は、前記蓋部材１５０の下面に結合されるか、前記ベース基板１１０の下面又は側面に結合されることもできる。また、前記加熱部材１５２は、省略することも可能である。
一実施例によると、前記固定相１２２は、ナノスケールの気孔が３次元的に互いに連結され、周期性を有するように整列された３次元ネットワーク構造を有する。そこで、構造物内で効率的な物質移動が可能であり、表面積を最大化することができるので、分別機の分配性能を増加することができる。そこで、小さい長さのカラムでも、従来の大型分別機と同等又は以上の性能を有する。そこで、分別機を携帯用機器水準に小型化することができる。
また、気相試料が、固定相と表面反応するに適した３次元の整列多孔性構造を有するので、向上した非表面積を基に、既存の非整列ミクロン水準の多孔体に比して、単一体積当たりの吸着/脱着分子個数が１０倍乃至１、０００倍向上し、これは、検出限界を１０倍乃至１００、０００倍向上することを可能とする。そこで、分別された試料がセンサにより検出されるとき、ピーク強度、ピークシャープネス、解像度を向上させる。そのうえ、チャンネルカラムの長さが短縮されるので、別の加熱による表面反応誘導ステップを省略することができるので、低温でも分別が可能である。そこで、消費電力が節約され、加熱源の除去又は小型化による全体システムの製作工程が簡単となることで、量産化観点から、大きいメリットがある。
図３乃至図６は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。図７は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法で、固定相を物質置換するステップを示す斜視図である。
本発明の実施例による３次元ナノ構造の固定相を形成するため、自己組立(Self-Assembly)、干渉リソグラフィ(Interference Lithography)、ステレオリソグラフィ(Stereo Lithography)、 ホログラフィックリソグラフィ(Holographic Lithography)、直接インクライティング(Direct Ink Writing)、３Ｄプリンティング(3D Printing)などの様々な技術が使用され、３次元ナノ構造の固定相を形成する方法を説明するために、同出願人の韓国特許出願２０１８－００４１１５０、２０１７－００４１１５０、及び２０１６－０１１６１６０、そして、大韓民国登録特許１３９１７３０、１４００３６３、１３５８９８８、１９１９９０６、及び１９０２３８２に開示された方法が、本出願に参照として組み込まれる。
以下では、例示として、近接場ナノパターニング技術(Proximity－Field Nanopatterning、ＰｎＰ)を用いた実施例を説明することにする。
図３に示しているように、ベース基板１１０のトレンチ内に、感光性フィルム１２８を形成する。前記トレンチは、公知の様々な方法で形成する。例えば、深反応性イオンエッチング(DRIE)、湿式フォトリソグラフィ電解めっき形成(LIGA)などを利用することができる。
前記感光性フィルム１２８は、感光性組成物を前記トレンチ内に提供した後、例えば、約５０℃～１００℃の温度で、ソフトベーキング(soft baking)処理して形成される。加熱時間は、適切に調節可能であり、例えば、約５分～３時間の間、加熱することができる。
例えば、前記感光性フィルム１２８の形成のための感光性組成物は、光架橋性を有する有無機ハイブリッド物質、ハイドロゲル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを含む。具体例として、前記感光性組成物としては、ＳＵ－８シリーズ、ＫＭＰＲシリーズ、ｍａ－Ｎ１４００(以上、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ)などのフォトレジストが使用可能である。
前記感光性組成物を前記トレンチに提供するために、公知の様々な方法が使用されるが、前記チャンネルの幅を考えると、マイクロピペット又は注射器を通じて、チャンネル内へ流す方法が望ましく使用される。
図４及び図５に示しているように、近接場ナノパターニングを行って、高分子固定相１２２ａを形成する。一実施例によると、前記ベース基板１１０の下面に位相マスク１７０を接触させ、前記位相マスク１７０及び前記ベース基板１１０を介して、３次元分布を有する光を、前記感光性フィルム１２８に照射する。
前記ＰｎＰ方法において、例えば、エラストマ物質を含む位相マスクに透過される光の干渉現象から生じた周期的な３次元分布が活用されて、前記感光性フィルム１２８がパターニングされる。例えば、表面に凹凸格子構造が形成された柔軟な弾性体基盤の位相マスク１７０を、前記ベース基板１１０に接触させると、ファンデルワールス(Van der Waals)力に基づいて、前記位相マスク１７０が自然に前記ベース基板１１０に密着(例えば、コンフォーマル(conformal)接触)される。
前記位相マスク１７０の格子周期と類似した範囲の波長を有するレーザを、前記位相マスク１７０の表面に照射すると、タルボット効果により、３次元的な光の分布が形成される。ネガティブトーンのフォトレジストを使用する場合、補強干渉で光が強く形成された部分のみ、選択的にフォトレジストの架橋が起き、相対的に光が弱い残りの部分は、架橋のための露光量が十分でないため、現象(developing)過程で溶解され除去される。最終的に乾燥(drying)過程を経ると、前記レーザの波長及び前記位相マスクのデザインによって、数百ナノメートル(ｎｍ)～数マイクロメータ(μｍ)オーダーの周期的な３次元構造がネットワークで連結された多孔性高分子素材が形成される。
一実施例によると、前記ＰｎＰ方法で用いられる位相マスク１７０のパターン周期及び入射光の波長を調節して、高分子固定相１２２ａの気孔サイズ及び周期性を調節することができる。
例えば、前記ＰｎＰ方法で用いられる前記位相マスクは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリウレタンアクリレート(PUA)、パーフルオロポリエーテル(PFPE)などの物質を含む。
例えば、露光のため、i－ライン(３６５ｎｍ)光源が使用され、露光量(exposing dose energy)は、膜厚によって、１０～３０ｍＪ/ｃｍ２である。
例えば、露光された感光性フィルムは、約５０℃～１００℃の温度で、再度ベークされる。加熱時間は、適切に調節され、例えば、約５分～３０分間、加熱される。
例えば、前記感光性フィルム１２８がネガティブトーンフォトレジストからなる場合、現像液により、非露光部が除去され、露光部が残留する。これにより、３次元ナノ気孔を含む高分子固定相１２２ａが形成される。
前記現像液として、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(propylene glycol monomethyl ether acetate: PGMEA)、エチルラクテート(ethyl lactate)、ジアセトンアルコール(diacetone alcohol)、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ(TMAH)、ＳＵ－８用現像液などが使用可能である。また、リンスのため、エタノール又はイソプロピルアルコールなどのようなアルコールが使用される。
一実施例によると、前記高分子固定相１２２ａは、約１ｎｍ～２、０００ｎｍのナノスケールの気孔が３次元的に互いに連結され、周期性を有するように整列された３次元ネットワーク構造を有する。
一実施例によると、前記高分子固定相１２２ａは、自体として、分別のための固定相として使用され得るが、物質置換のための鋳型としても使用可能である。例えば、図６及び図７に示しているように、前記高分子固定相１２２ａの気孔の少なくとも一部を充填して、置換固定相１２２ｂを形成し、前記高分子固定相１２２ａを除去することで、前記高分子固定相１２２ａに対応する気孔を有する置換固定相１２２ｂを形成することができる。
前記置換固定相１２２ｂは、目的によって、様々な物質を含むことができる。例えば、前記置換固定相１２２ｂは、セラミックス又は金属を含む。例えば、前記セラミックスは、セリウム酸化物(CeO2)、アルミニウム酸化物(Al2O3)、チタン酸化物(TiO2)、ジルコニウム酸化物(ZrO2)、亜鉛酸化物(ZnO)、チタン窒化物(TiN)、又はこれらの組み合わせを含む。前記金属は、金、銀、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、バナジウム、ニッケル、コバルト、銅、タングステン、モリブデン、マンガン、アルミニウム、鉄、又はこれらの組み合わせを含む。
前記置換固定相１２２ｂは、公知の様々な方法で形成される。例えば、前記置換固定相１２２ｂは、化学気相蒸着、原子層蒸着、電気めっき、無電解めっき、溶融金属含浸法などにより、形成可能である。
一実施例によると、前記置換固定相１２２ｂは、アルミニウム酸化物などのようなセラミックスを含み、原子層蒸着により形成される。例えば、ジエチル亜鉛(DEZ)、水(H2O)、アンモニア(NH3)、テトラキス(ジメチルアミド)チタン(IV)(TDMAT)、トリメチルアルミニウム(TMA)などの前駆体が用いられるが、本発明の実施例は、これに限定されず、ターゲット物質に適した公知の様々な前駆体を使用することができる。例えば、前記原子層蒸着は、４０～１００℃で、目的とする厚さによって、１００～１、０００サイクルを繰返して行う。セラミックスを含む３次元ナノ構造の固定相は、加熱及び温度変化に対して、高い安定性を有する。
一実施例によると、前記置換固定相１２２ｂは、前記高分子固定相１２２ａの気孔を完全に充填して、前記高分子固定相１２２ａの逆相を有する。しかし、本発明は、これに限定されることではなく、前記高分子固定相１２２ａの気孔内壁に薄膜でコートされて、ナノシェル構造を形成することもできる。
前記鋳型に用いられた高分子固定相１２２ａは、熱処理、有機溶媒を用いた超音波処理、プラズマエッチング、湿式エッチングなどにより除去される。例えば、１～５℃/ｍｉｎの速度で昇温して、２００～６００℃で１０分以上加熱を行うことで、前記高分子固定相１２２ａを除去することができる。前記昇温速度が高すぎると、前記高分子固定相１２２ａの変形によって、前記置換固定相１２２ｂの３次元構造が損傷することがある。
一実施例によると、前記高分子固定相１２２ａ又は前記置換固定相１２２ｂの表面には、反応活性化物質が更に提供される。前記反応活性化物質は、分別性能を改善するために、対象試料との反応性又は吸着性を増加させる目的として提供される。例えば、前記反応活性化物質は、溶液工程を通じて、前記高分子固定相１２２ａ又は前記置換固定相１２２ｂの表面にコートされる。
前記反応活性化物質としては、検出対象の種類によって、様々な物質が用いられる。例えば、検出対象が、下記式１－１に表わしているように、水素結合受容体(H-bond acceptor)作用基(点線内)を有する物質(コカイン、ヘロイン、モルヒネ、メタンフェタミン、エクスタシー、ケタミンなど)である場合、下記式１－２に表しているように、水素結合供与体(H-bond donor)作用基を有する物質が反応活性化物質として用いられる。
Figure 2022520328000002
Figure 2022520328000003
また、検出対象が下記式２－１に表しているように、電荷移動供与体(charge-transfer donor)作用基(点線内)を有する物質(ＬＳＤ、マリフアナ、モルヒネなど)である場合、下記式２－２に表しているように、電荷移動受容体(charge－transfer acceptor)作用基を有する物質が、反応活性化物質として使用される。
Figure 2022520328000004
Figure 2022520328000005
前記式１－２又は２－２の作用基を有する物質は、公知のものが様々に使用される。
前記高分子固定相１２２ａ又は前記置換固定相１２２ｂを形成した後、前記ベース基板１１０上に、蓋部材１５０を結合させる。
前記蓋部材１５０は、前記ベース基板１１０と同一又は類似した物質、例えば、シリコン、ガラス、クオーツ、サファイア、高分子、金属などを含む。前記ベース基板１１０と前記蓋部材１５０は、両極接合、結晶接合、融合、接着剤などを用いた公知のウエハボンディング技術により結合される。一実施例によると、前記ベース基板１１０は、シリコンを含み、前記蓋部材１５０は、ガラスを含む。
図８乃至図１０は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法を示す断面図である。
図８に示しているように、トレンチ内に配置された感光性フィルム１２８上に、光学媒質部材１６０を提供する。前記光学媒質部材１６０は、近接場ナノパターニング工程(PnP)において、前記感光性フィルム１２８へ効率よく伝達する役割をする。
前述したように、毛細管カラムタイプを有するチャンネルカラムの場合、固定相が配置されない空く空間を形成するために、前記感光性フィルム１２８の上面の高さは、前記ベース基板１１０の上面の高さよりも低い。この場合、前記ベース基板１１０に位相マスクを密着しても、位相マスクと感光性フィルム１２８の間に生じたギャップにより、パターニングの均一性が低下することがある。また、図４では、背面露光を通じて、ＰＮＰ方法を行う方法を説明したが、図８に示しているように、ベース基板１１０の背面に、金属フィルム又は加熱部材１５２などのような透明度が低い部材が配置される場合、背面露光を行いにくい。
本発明の一実施例によると、前記のようなパターニングの不良と、背面露光の限界を克服するために、位相マスクと感光性フィルム１２８の間に、光学媒質部材１６０を供することで、パターニングをムラなく行うことができる。また、下部の金属薄膜による光反射により、パターニングの均一性が向上する。
一実施例によると、前記光学媒質部材１６０は、高分子を含む高分子フィルムである。望ましくは、前記光学媒質部材１６０は、位相マスクと同系列の高分子を含むことができ、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリウレタンアクリレート(PUA)、パーフルオロポリエーテル(PFPE)などを含む。前記光学媒質部材１６０を形成するために、前記高分子の組成物又はモノマー組成物を、前記感光性フィルム１２８上にコートし、乾燥又は硬化する。
他の実施例によると、前記光学媒質部材１６０は、ガラスを含む。例えば、前記光学媒質部材１６０は、前記トレンチに対応する突出部を有し、前記突出部が前記トレンチに挿入されるようにアラインされる。ガラスは、ＰＤＭＳ(屈折率: １.４５)より大きい屈折率(１.４６以上)を有することで、前記感光性フィルム(屈折率: 例えば、１.６５～１.７、Ｓｕ－８(製品名)の場合、１.６７)より近い屈折率を有することができる。これにより、ＰＤＭＳを用いる場合と比較して、３次元分布光が、前記感光性フィルム１２８によく伝達される。望ましくは、前記ガラス、一般のガラスよりも屈折率が大きいソーダライムガラスが使用される。
他の実施例によると、前記光学媒質部材１６０は、屈折率マッチング潤滑剤を含む。前記屈折率マッチング潤滑剤は、液状の混合物であり、前記トレンチを満たすように提供される。
図９に示しているように、近接場ナノパターニングを行って、高分子固定相１２２ａを形成する。一実施例によると、前記光学媒質部材１６０の上面に位相マスク１７０を接触させ、前記位相マスク１７０及び前記光学媒質部材１６０を介して、３次元分布を有する光を、前記感光性フィルム１２８に照射して、高分子固定相１２２ａを形成する。
一実施例によると、本発明のマイクロ分別機の固定相は、ベース基板のトレンチ内に形成されず、蓋部材上に形成されることもできる。例えば、図１０に示しているように、３次元ナノ構造の固定相１２６を、蓋部材１５０の一面にパターンで形成した後、前記固定相１２６がベース基板１１０のトレンチ内に挿入されるように、前記蓋部材１５０と前記ベース基板１１０とを結合させる。
図１１に示しているように、前記固定相１２６は、前記蓋部材１５０の下面に結合され、前記固定相１２６とトレンチの底面の間に、気体流路１２４が定義される。
図１２及び図１３は、チャンネルカラム内で、固定相と試料の接触面積を増加させるための実施例を示している。
図１２に示しているように、ベース基板１１０のトレンチの底面に、下部固定相１２２が配置され、蓋部材１５０の下面に、上部固定相１２６が配置され、気体流路１２４は、前記下部固定相１２２及び上部固定相１２６の間に定義される。
図１３に示しているように、ベース基板１１０のトレンチは、凹状の断面を有する。例えば、前記トレンチは、半円又は凹んだ三角状の断面を有する。
このような構造と共に、ベース基板１１０に対する感光性組成物の濡れ性を増加させると(例えば、親水性溶媒を使用)、前記トレンチ内に形成される下部固定相１２２が比較的コンフォーマルに形成されて、凹んだ上面を有することで、試料との接触面積が増加される。また、選択的に、蓋部材１５０の下面に、上部固定相１２６が更に配置されて、気体流路１２４は、前記下部固定相１２２及び上部固定相１２６の間に定義される。
一実施例による３次元ナノ構造の固定相を含むマイクロ分別機は、前述したように、気体流路を含む毛細管カラムタイプに適用され得るが、本発明は、これに限定されず、充填カラムタイプに適用されることもできる。
例えば、図１４に示しているように、マイクロ分別機は、ベース基板１１０のトレンチに配置されたカラムチャンネル１２０は、固定相により、全体として充填される。例えば、前記ベース基板１１０のトレンチの底面に、下部固定相１２２を形成した後、図１０に示しているように、蓋部材１５０の一面に形成された上部固定相１２６を挿入することで、全体として、固定相により充填されたカラムチャンネル１２０が得られる。本発明の実施例において、３次元ナノ構造の固定相を形成するために、ＰＮＰ技術を用いる場合、フォトレジストの光吸収によって、トレンチ内を全体として充填する固定相を形成し難い。しかし、本実施例によると、ベース基板１１０のトレンチ内に形成された下部固定相１２２と、蓋部材１５０の一面に形成された上部固定相１２６とを組立てて、トレンチを充填する厚みを有する固定相を得ることができる。
また、前記３次元ナノ構造の固定相は、３次元で互いに連結された整列した気孔を含む。そこで、充填カラムタイプでも、試料の移動が可能である。
図１５は、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフシステムを示す平面図である。
図１５に示しているように、本発明の一実施例によるガスクロマトグラフシステムは、前処理濃縮器と、マイクロ分別機と、センサとを含む。前記前処理濃縮器は、気体試料を濃縮して、高濃度の試料を前記マイクロ分別機へ提供する。前記マイクロ分別機は、試料を分別して、順次センサへ提供する。前記センサは、前記マイクロ分別機から提供された試料の種類及び濃度を検出する。
前記マイクロ分別機は、気相の試料を分配するためのチャンネルカラム１２０を含む。前記マイクロ分別機１００は、ベース基板１１０を含み、前記ベース基板１１０の一面に沿って、前記チャンネルカラム１２０のための空間を形成するトレンチが設けられる。前記チャンネルカラム１２０の両端は、気相試料が注入される注入部１３０と、分別された気相試料が放出される放出部１４０とにそれぞれ連結される。前記マイクロ分別機の構成は、前述した実施例と実質的に同一であるので、具体的な説明は、省略する。
前記前処理濃縮器は、トレンチが形成されたベース基板２１０を含む。前記トレンチは、濃縮部２１２と、注入部２２０と、放出部２３０とを含む。前記濃縮部２１２には、３次元多孔性ナノ構造物が配置される。前記３次元多孔性ナノ構造物は、３次元で互いに連結される整列した気孔を有する。前記３次元多孔性ナノ構造物は、金属、セラミックス、半導体、低分子有機化合物、高分子などのような様々な物質を含む。
前記注入部２２０を介して気体試料が注入され、前記濃縮部２１２へ伝達される。一実施例によると、前記気体試料は、適切なキャリアガスと共に提供される。前記濃縮部２１２で吸着及び脱着により濃縮された気体試料は、放出部２３０を介して、前記マイクロ分別機の注入部１３０に提供される。前記前処理濃縮器の放出部２３０と前記マイクロ分別機の注入部１３０は、チューブなどを用いた連結カラム１０により連結される。
また、他の実施例において、前記マイクロ分別機及び前記前処理濃縮器は、同じ基板内に配置されることができる。この場合、別のチューブなく、基板に形成されたトレンチを、連結カラムに利用することができる。必要によって、前記マイクロ分別機の固定相及び前記濃縮部２１２の３次元多孔性ナノ構造物は、同一工程で形成することができる。
前記前処理濃縮器の３次元多孔性ナノ構造物は、マイクロ分別機の固定相と同様に、近接場ナノパターニングなどにより形成される。そこで、前記３次元多孔性ナノ構造物は、互いに連結されたネットワーク構造を有することで、熱伝達が均一で、速く、高い気孔率により、低い重量を有する。そこで、低いエネルギーで加熱され、速い時間に均一な加熱が可能であることで、ガス試料を高い密度で短時間に放出することができる。よって、事前濃縮器の濃縮性能を増加することができる。また、前記３次元多孔性ナノ構造物は、圧力降下(back－pressure)を最小化することができる。
例えば、前記センサ３００は、紫外線(UV)を与えて解離される電子による電圧変化を測定する光イオン化方式(PID)センサ、水素用イオン化検出(FID)センサ、電気化学センサ、比色センサ、表面弾性波センサなどを含む。
本発明の一実施例によるガスクロマトグラフシステムは、３次元ナノ構造が導入された前処理濃縮器及びマイクロ分別機を用いることで、小型化が可能であって、現場検出に可能な携帯用機器に提供することができる。また、既存のセンサシステムにおいて正確な識別が困難な一部麻薬類、爆発性化合物、揮発性有機化合物(常温で低い蒸気圧により、空気中に極微量の濃度で存在)に対する検出が可能である。
以下では、本発明の効果について、具体的な実施例及び実験を参照して、説明することにする。
実施例１
ガラス基板に形成されたトレンチ内に、フォトレジスト(商品名: ＳＵ－８、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製)を流した後、ホットプレート上で、５０℃～１００℃で６０分間加熱した。ついで、前記ガラス基板の背面に、周期的な凹凸構造を有するＰＤＭＳ材質の位相マスクを接触させ、背面から光を照射した。前記位相マスクは、６００ｎｍの周期を有し、矩形格子型に配列された孔を有しており、i-ライン(３６５ｎｍ)光源で露光量(exposing dose energy)は、約２０ｍＪ/ｃｍ２で露光工程を行った。
ついで、前記露光された感光性フィルムを再度加熱し(５０℃～１００℃で１０分)、現像して、３次元ナノ構造の固定相を形成した。
実施例２
実施例１の３次元ナノ構造の高分子固定相が形成されたガラス基板を、反応チャンバに投入し、トリメチルアルミニウムをアルミニウム前駆体として用いて、約８０℃で原子層蒸着工程を行った(圧力: 約１０－３Ｔｏｒｒ、７００サイクル)。
ついで、前記チャンバ温度を約５００℃に昇温した後(３℃/ｍｉｎ)、約２時間の間、空気雰囲気で熱処理して、前記高分子固定相を除去することで、前記ガラス基板のトレンチ内に、３次元ナノ構造のアルミニウム酸化物(Al2O3)固定相を得た。
図１６は、実施例１の３次元ナノ構造の高分子固定相が形成されたガラス基板の平面デジタル写真及び断面ＳＥＭ(走査電子顕微鏡)写真である。
図１６に示しているように、実施例１から、整列された気孔を有する３次元ナノ構造の高分子固定相が、ガラス基板のトレンチ内に形成されていることを確認することができる。
図１７は、実施例１、実施例２、及び比較例１(Agilent J&W GCカラム)の分別テスト結果を示すグラフである。図１８は、実施例１の常温分別テスト結果を拡大して示すグラフである。前記実験において、溶媒気体としては、メタノールを用い、センサは、ＦＩＤ方式を用いている。
図１７及び図１８に示しているように、比較例１の場合、常温(２５℃)及び高温(９５℃)で全て分別能を有していないが、高分子固定相を用いた実施例１(3D SU-8)の場合、常温で分別能を有しており、アルミニウム酸化物固定相を用いた実施例２(3D Al2O3)の場合、高温で分別能(ピーク分離が現れる)を有することを確認できた。そこで、本発明の実施例により、非常に小さい長さ(３ｃｍ)のチャンネルカラムでも、小さい濃度の試料を分別することができ、これにより、ガスクロマトグラフの応用及び性能向上を期待することができる。
上述したように、本発明の例示的な実施例を参照して説明したが、該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解するだろう。
本発明の例示的な実施例によるマイクロ分別機は、麻薬類、揮発性有機化合物、爆発性化合物などのような様々な気体試料の検出に利用可能である。例えば、センサとの連結により、携帯用多種気相試料検出センサシステムへの応用が可能である。これは、犯罪及びテロなど、多様な事件現場での実時間多種試料検出が可能な携帯用マイクロガスクロマトグラフシステム(Portable μ-GC System)に応用可能である。

Claims (14)

  1. トレンチを有するベース基板と、
    前記トレンチ内に配置されるチャンネルカラムと、
    前記ベース基板と結合して、前記チャンネルカラムを覆う蓋部材とを含み、
    前記チャンネルカラムは、３次元で互いに連結される整列した気孔を有する固定相を含むことを特徴とするガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  2. 前記ベース基板は、シリコン、ガラス、クオーツ、サファイア、及び高分子からなる群より選ばれた少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  3. 前記固定相は、高分子、金属、又はセラミックスからなる群より選ばれた少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  4. 前記固定相は、前記トレンチの底面上に配置され、前記蓋部材と離隔して、気体流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  5. 前記固定相は、前記トレンチの底面上に配置された下部固定相と、前記蓋部材の下面に結合され、前記下部固定相と少なくとも一部が離隔する上部固定相とを含み、前記下部固定相と前記上部固定相の間に気体流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  6. 前記固定相は、前記チャンネルカラム内を全体として充填することを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  7. 前記トレンチの底面は、凹状を有し、前記固定相は、前記トレンチの底面に沿って凹んだ上面を有することを特徴とする請求項１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のマイクロ分別機と、
    前記マイクロ分別機に濃縮試料を提供する前処理濃縮器と、
    前記マイクロ分別機から分別された試料から、試料の種類又は濃度を検出するセンサとを含むガスクロマトグラフシステム。
  9. ベース基板のトレンチ内に感光性フィルムを形成するステップと、
    位相マスクを介して、３次元分布を有する光を提供して、前記感光性フィルムを露光するステップと、
    前記露光された感光性フィルムを現像して、互いに連結される整列した気孔を有する３次元ナノ構造の高分子固定相を形成するステップとを含むことを特徴とするガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法。
  10. 前記位相マスクは、前記ベース基板の背面に配置されることを特徴とする請求項９に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法。
  11. 感光性フィルム上には、光学媒質部材が提供され、前記位相マスクは、前記光学媒質部材上に配置されることを特徴とする請求項９に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法。
  12. 前記光学媒質部材は、少なくとも一部が前記トレンチ内に配置され、屈折率マッチング潤滑剤、ガラス、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリウレタンアクリレート(PUA)、及びパーフルオロポリエーテル(PFPE)からなる群より選ばれた少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法。
  13. 更に、前記高分子固定相の気孔の少なくとも一部を充填し、金属又はセラミックスを含む置換固定相を形成するステップと、
    前記高分子固定相を除去するステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法。
  14. 更に、蓋部材の一面に互いに連結される整列した気孔を有する３次元ナノ構造の上部固定相を形成するステップと、
    前記上部固定相が前記ベース基板のトレンチに挿入されるように、前記蓋部材と前記ベース基板を結合するステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載のガスクロマトグラフ用マイクロ分別機の製造方法。
JP2021541614A 2019-04-02 2019-10-02 ３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法 Pending JP2022520328A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0038525 2019-04-02
KR1020190038525A KR102183456B1 (ko) 2019-04-02 2019-04-02 3차원 나노구조의 고정상을 갖는 가스 크로마토그래피용 마이크로 분별기 및 그 제조 방법
PCT/KR2019/012905 WO2020204285A1 (ko) 2019-04-02 2019-10-02 3차원 나노구조의 고정상을 갖는 가스 크로마토그래피용 마이크로 분별기 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022520328A true JP2022520328A (ja) 2022-03-30

Family

ID=72667301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021541614A Pending JP2022520328A (ja) 2019-04-02 2019-10-02 ３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12055528B2 (ja)
JP (1) JP2022520328A (ja)
KR (1) KR102183456B1 (ja)
CN (1) CN113677990A (ja)
WO (1) WO2020204285A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240100505A1 (en) 2021-08-23 2024-03-28 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Micro-separator including 3d ordered nanoshell structure of ceramic-polymer composite for gas chromatography, method for fabricating the same and method for separating gas mixture using the same
KR20230029499A (ko) 2021-08-23 2023-03-03 한국과학기술원 세라믹-고분자 복합체의 정렬된 3차원 나노 쉘 구조를 포함하는 가스 크로마토그래피용 마이크로 분별기, 그 제조방법 및 이를 이용한 기체 분별 방법
EP4379371A1 (en) * 2022-11-30 2024-06-05 Koninklijke Philips N.V. Gas chromatograph, column and manufacturing method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007523468A (ja) * 2003-12-01 2007-08-16 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ ３次元ナノスケール構造を形成するための方法及び装置
JP2008241543A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Toppan Printing Co Ltd ガスクロマトグラフィ用ガス分離金属カラム及びその製造方法
JP2010249556A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Sharp Corp ガス成分検出装置
US20140349085A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method of fabricating 3d nanostructured metal oxides using proximity-field nanopatterning and atomic layer deposition
US20150309473A1 (en) * 2010-05-28 2015-10-29 Lawrence Livermore National Security, Llc High Resolution Projection Micro Stereolithography System And Method
KR101699454B1 (ko) * 2015-07-15 2017-01-24 홍익대학교 산학협력단 공기 중의 유해물질을 분리하기 위한 분리 장치 및 분리된 유해물질을 감지하기 위한 센서 시스템
EP3444028A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-20 Tantti Laboratory Inc. Methods for producing three-dimensional ordered porous microstructure and monolithic column produced thereby

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000011477A1 (de) * 1998-08-20 2000-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Trennsäulen-einheit für einen gaschromatograph und verfahren zu ihrer herstellung
WO2009129850A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-29 Agilent Technologies, Inc. Microstructured separation element with a porous surface coating
GB2473814B (en) 2009-09-16 2014-06-11 Spheritech Ltd Hollow particulate support
DE102009052234A1 (de) * 2009-11-06 2011-05-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Auf Waferebene herstellbarer Chip für Flüssigchromatographie sowie Verfahren für seine Herstellung
KR101401342B1 (ko) 2012-12-13 2014-05-29 한국기초과학지원연구원 다중 에칭을 통한 가스 크로마토그래피 칩 적층체의 제조 방법
KR101391730B1 (ko) 2013-05-29 2014-05-07 한국과학기술원 근접장 나노패터닝, 원자층 증착법 및 용액공정을 이용한 복합차원 나노구조의 금속산화물 제조방법
KR20150100209A (ko) 2014-02-25 2015-09-02 동 민 박 실시간으로 전기사용량과 요금을 측정할 수 있는 측정시스템
KR101902382B1 (ko) * 2016-11-22 2018-10-01 한국과학기술원 3차원 나노-패턴 전극을 포함하는 전기화학센서
FR3065376B1 (fr) * 2017-04-25 2022-02-04 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'une phase stationnaire monolithique, procedes de fabrication d'une colonne chromatographique et d'extraction associes
US10312160B2 (en) * 2017-05-26 2019-06-04 International Business Machines Corporation Gate-last semiconductor fabrication with negative-tone resolution enhancement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007523468A (ja) * 2003-12-01 2007-08-16 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ ３次元ナノスケール構造を形成するための方法及び装置
JP2008241543A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Toppan Printing Co Ltd ガスクロマトグラフィ用ガス分離金属カラム及びその製造方法
JP2010249556A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Sharp Corp ガス成分検出装置
US20150309473A1 (en) * 2010-05-28 2015-10-29 Lawrence Livermore National Security, Llc High Resolution Projection Micro Stereolithography System And Method
US20140349085A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method of fabricating 3d nanostructured metal oxides using proximity-field nanopatterning and atomic layer deposition
KR101699454B1 (ko) * 2015-07-15 2017-01-24 홍익대학교 산학협력단 공기 중의 유해물질을 분리하기 위한 분리 장치 및 분리된 유해물질을 감지하기 위한 센서 시스템
EP3444028A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-20 Tantti Laboratory Inc. Methods for producing three-dimensional ordered porous microstructure and monolithic column produced thereby

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200116739A (ko) 2020-10-13
KR102183456B1 (ko) 2020-11-26
US20220074899A1 (en) 2022-03-10
US12055528B2 (en) 2024-08-06
WO2020204285A1 (ko) 2020-10-08
CN113677990A (zh) 2021-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022520328A (ja) ３次元ナノ構造の固定相を有するガスクロマトグラフ用マイクロ分別機及びその製造方法
Chen et al. Patterned fluoropolymer barriers for containment of organic solvents within paper-based microfluidic devices
JP5231782B2 (ja) 固液分離機能を有する装置及びその製造方法
Yoon et al. Multidirectional UV lithography for complex 3-D MEMS structures
US12070736B2 (en) Pre-concentrator with aligned three-dimensional porous structure and method of manufacturing the same
Diwan et al. Porous, high capacity coatings for solid phase microextraction by sputtering
Lee et al. Photolithographic technique for direct photochemical modification and chemical micropatterning of surfaces
JP5848458B2 (ja) 化学種をフィルタリングする装置
Lin et al. Multilength-scale chemical patterning of self-assembled monolayers by spatially controlled plasma exposure: nanometer to centimeter range
Bianchi et al. Innovative cavitand-based sol− gel coatings for the environmental monitoring of benzene and chlorobenzenes via solid-phase microextraction
JP2013529287A (ja) 駆動電極のアレイを有するマイクロ流体チャネルデバイス
Jung et al. Improved pattern transfer in nanoimprint lithography at 30 nm half-pitch by substrate− surface functionalization
Sidelnikov et al. Gas chromatography of the future: columns whose time has come
Chatterjee et al. Polyallylamine as an Adhesion Promoter for SU-8 Photoresist
Lee et al. Enabling the selective detection of endocrine-disrupting chemicals via molecularly surface-imprinted “Coffee Rings”
Natarajan et al. Maskless fabrication of polythiophene patterns by photochemical conversion of regioselectively condensed 2, 5-diiodothiophene
US20240100505A1 (en) Micro-separator including 3d ordered nanoshell structure of ceramic-polymer composite for gas chromatography, method for fabricating the same and method for separating gas mixture using the same
Tsougeni et al. A microfabricated cyclo-olefin polymer microcolumn used for reversed-phase chromatography
Jun et al. Fabrication of Free-Standing, Self-Aligned, High-Aspect-Ratio Synthetic Ommatidia
EP1319948A2 (en) Nano-fabricated chromatography column
Kiema et al. Glancing angle deposition thin film microstructures for microfluidic applications
KR20230029499A (ko) 세라믹-고분자 복합체의 정렬된 3차원 나노 쉘 구조를 포함하는 가스 크로마토그래피용 마이크로 분별기, 그 제조방법 및 이를 이용한 기체 분별 방법
US8636957B2 (en) Spiral, microchanneled chromatographic column and detection systems
Strickhouser Centrifugal-Driven, Reduced-Dimension, Planar Chromatography and Nanoscribe Mesh Filters for Separations
KR20230151677A (ko) 3차원 나노쉘 구조의 세라믹-고분자 복합체를 갖는 마이크로 사전 농축기 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210720

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220316

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230307