CC BY
6
2. Сараев Л.А., Игнатьев В.А., Глущенков B.C. Вязкопластические свойства многокомпонентных смесей // Труды четвертой международной конференции «Мате-матика, Компьютер, Образование». Пущино, 29 января — 3 февраля 1997. — М. — 1997. — С. 239 — 243.
3.Эффективные свойства течения многокомпонентных смесей неньютоновских жидкостей: В. сб.: Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции "Успехи в специальной химии и химической технологии" посвященной 70-летию Инженерного химико-технологического факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева и 100-летнему юбилею профессора К.К. Андреева, ч.3, М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, Епифанов В. Б., Глущенков В.С., Вологин М.Ф., Чернова Т. А. 2005 С. 18-20. 4. Глущенков В.С., Архипова Н.А Прогнозирование вязкости суспензий// Труды XXXXII Всероссийского симпозиума по механике и процессам управления. 18-20 декабря 2012 года в г. Миасс Челябинской обл., Миасс 2012. - С. 67-74.
УДК 543.07
Горовенко Т.А. студент 4 курса Институт Электроники и Приборостроения «Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени Академика С.П. Королева (Национальный Исследовательский
Университет)» (СГАУ) Россия, г. Самара Еремин А.В. студент 4 курса Институт Электроники и Приборостроения «Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени Академика С.П. Королева (Национальный Исследовательский
Университет)» (СГАУ) Россия, г. Самара РАЗРАБОТКА МИКРОФЛЮИДНОГО ЧИПА (МФЧ) С ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ КОЛОНКОЙ В данной статье рассмотрен недорогой способ создания хроматографической колонки в виде микрофлюидного чипа (МФЧ) для газового хроматографа.
Ключевые слова: МФЧ, хроматография, газовая, микрофлюидика.
DEVELOPMENT MICROFLUIDIC CHIP A CHROMATOGRAPHY COLUMN
This article describes a cheap way to create a column chromatography (micro-fluidic chip) for gas chromatography.
Keywords: micro-fluidic chip, gas chromatography, microfluidics.
Микрофлюидные системы - это интегрированные устройства, включающие современные высокотехнологичные и наукоемкие элементы микромеханики, микротехнологий, оптики и гидравлики. Базовым элементом системы является стеклянная или полимерная пластина - модуль с заданной системой каналов. Такой модуль может быть использован в аналитической химии, в частности, в газовом хроматографе. Газовый хроматограф условно может быть разделен на несколько частей (рисунок 1).
Рисунок 1. Упрощенная схема газового хроматографа. Остановимся подробнее на четвертом пункте условной схемы газового хроматографа. Хроматографическая колонка - модуль с системой изолированных каналов определённых размеров и определенной
1 — источник газа-носителя (подвижной фазы);
2 — регулятор расхода газа носителя; 5 -
3 — устройство ввода пробы; б -
4 — хроматографическая колонка; 7 -
, 1 ,
7
геометрия канала
устойчивость МФЧ к температурным воздействиям
детектор;
электронный усилитель; регистрирующий прибор.
длина канала 0.8 - 5 метров диаметр канала от 50-500 мкм
Длительное и многократное воздействие температур 100-300 С
С
герметизация каналов
геометрической формы, который может быть представлен в виде микрофлюидного чипа (МФЧ). Для того, чтобы создать микрофлюидный чип, необходимо представить требования, исходя из которых будет простроен дальнейший процесс изготовления изделия. Общие требования к МФЧ [1], представим в виде блок-схемы:
Микроструктуры МФЧ, в которых реализуются условия, необходимые для управления потоком жидкости или газа, могут быть изготовлены в виде изолированных цилиндрических каналов, микрощелей или в виде массива микроканалов, в таких материалах как кремний, стекло, различные полимеры.
При выборе материала, следует учесть общие требования к МФЧ. Проанализировав различные материалы [2], в данной работе выбор материала для МФЧ был сделан в пользу стекла. К достоинствам стеклянных пластин можно отнести химическую и температурную стойкость, потенциальную возможность недорогой разработки МФЧ [3]. Главным
недостатком данного материала является отсутствие хорошо известных технологий микроструктурирования.
После выбора материала МФЧ, необходимо решить каким способом создать систему микроканалов. Контактная фотолитография, объёмная или поверхностная микромеханическая обработка, жидкостное химическое или
а — заготовка микрочипа;
шиишшш^ 4
з_Е
0 — очистка подложек;
1 — фоторезист;
2 — защитный слой хрома;
в — проявление фоторезиста; г — снятие слоя хрома; д — травление подложки; е — снятие слоя фоторезиста и защитного слоя металла
б —экспонирование фоторезиста через фотошаблон:
4 — УФ-излучение;
5 — фотошаблон;
плазмохимическое травление также могут быть использованы для создания необходимых микроструктур [4]. В виду доступности, для создания микроканалов на стеклянной поверхности чипа, был выбран метод фотолитографии. Процесс фотолитографии представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. Процесс фотолитографии. Создав на стеклянной пластине микроканалы, необходимо выполнить следующее требование к МФЧ - обеспечить его герметизацию. Существует несколько способов, но с учетом общих требований к МФЧ, самый оптимальный - использовать соединение структурированной пластины с второй пластиной химическим методом [3]. Проблема создания такой системы заключается в соединении двух структурированных поверхностей ЗЮ2, без нарушения системы каналов и изменения свойств ЗЮ2 в худшую сторону.
Методом решения данной проблемы является частичное сплавление в поверхностных слоях двух поверхностей ЗЮ2 с минимальными отклонениями от заданной формы каналов.
Результатом работы, является экспериментальный образец микрофлюидной системы с заданными параметрами каналов (рисунок 3), используемый в экспериментальном газовом хроматографе.
Рисунок 3. МФЧ с заданной системой каналов.
Работа микрофлюидных систем с фемто и пиколитрами жидкостей позволяет на порядок снизить количество анализируемого вещества. Следовательно, снижаются расходы дорогостоящих реактивов и стоимость экспериментов или анализов.
В данной работе предложен относительно дешевый метод изготовления МФЧ, основанный на соединении структурированных стеклянных поверхностей, не предъявляющий высоких требований к подготовке окружающего воздуха. В отличие от метода описанного в литературе [3] [5], предлагается использовать комбинацию повышенной температуры и давления для обеспечения соединения поверхностей с большей степенью кривизны.
Использованные источники:
1. А. А. Евстрапов. разработка оптического сенсорного элемента для микрофлюидных чипов на основе натриевоборосиликатного пористого стекла / А. А. Евстрапов, Н. А. Есикова, Г. Е. Рудницкая, Т. В. Антропова, И. Н. Анфимова // НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. Том 20. -№ 1, С. 52-58
2. А. А. Евстрапов. Микрофлюидные чипы из стеклянных материалов / А. А. Евстрапов, Т. А. Лукашенко, Г. Е. Рудницкая, А. Л. Буляница, В. Е. Курочкин, В. С. Гусев, О. Г. Иванов, И. Ф. Беркутова, А. А. Савицкая // НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. Том 22. - 2012. -№2. С. 27-43.
3. Zhi-Jian Jia. Bonding of Glass Microfluidic Chips at Room Temperatures / Zhi-Jian Jia , Qun Fang , and Zhao-Lun Fang // American Chemical Society. -2004. -№76 (18). - P. 5597-5602.
4. Alireza Bahadorimehr. Nanotechnology (IEEE-NANO), 2010 10th IEEE / Yunas Jumril, Ille Christine Gebeshuber, Chang Fu Dee, Burhanuddin Yeop Majlis // Low Cost Fabrication of Passive Microfluidic Devices. -2010. -P 1007 -1011. -ISSN : 1944-9399.
5. Haeberle S., Zengerle R. Microfluidic Platforms forLab-on-a-Chip Applications // Lab. Chip.- 2007. -Vol. 7. -P. 1094-1119.
