化學(xué)反應(yīng)器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及化學(xué)反應(yīng)器。更具體地，本發(fā)明還涉及基于某種系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)器，所述系統(tǒng)具有高寬度:長(zhǎng)度的寬長(zhǎng)比的細(xì)長(zhǎng)柱狀件結(jié)構(gòu)，例如，液相色譜系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用流體傳播的化學(xué)反應(yīng)器裝置具有大量應(yīng)用，包括，產(chǎn)生化學(xué)組分、合成納米顆粒、分離和/或提取組分等。例如，色譜是用于混合物分離的分離技術(shù)的準(zhǔn)確分析方式的具體示例。色譜有多種形式，例如，氣相色譜、凝膠色譜、薄層色譜、吸附色譜、親和色譜、液相色譜等。
[0003]液相色譜通常用于藥學(xué)和化學(xué)，同時(shí)用于分析應(yīng)用以及生產(chǎn)應(yīng)用。在液相色譜中，利用不同物質(zhì)與流動(dòng)相和固定相的親和性差異。因?yàn)槊糠N物質(zhì)對(duì)固定相有其各自的"粘附力〃，它們隨流動(dòng)相的傳輸存在快慢差異，而這允許某些物質(zhì)被分離出來(lái)。原則上，這可適用于任何化合物，其優(yōu)點(diǎn)在于，不需要使物質(zhì)蒸發(fā)，并且可以忽略溫度變化所帶來(lái)的影響。
[0004]液相色譜的一種高效形式:高壓液相色譜(也稱為高效液相色譜)或HPLC，其在分離過(guò)程中采用高壓。進(jìn)行HPCL的技術(shù)的具體示例基于:以多個(gè)柱狀件(pillar)為基礎(chǔ)的色譜柱。自從將以多個(gè)柱狀件為基礎(chǔ)的色譜柱引入液相色譜，其顯示出對(duì)基于填充床結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和整體型系統(tǒng)的重要替代作用。鑒于應(yīng)用具有高度均一性的柱狀件并對(duì)其進(jìn)行精確排列的可能性，幾乎能夠徹底避免因流動(dòng)路徑差異所致的分散或“渦式分散(eddydispers1n)”。該原理在基于液體塞(liquid plug)流動(dòng)傳播的化學(xué)反應(yīng)器中具有更普遍的適用性。
[0005]液相色譜中存在的已知問(wèn)題是:會(huì)出現(xiàn)邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)源自柱壁上與柱中間的流速差異。后者可如下理解，參見(jiàn)圖1。圖1顯示色譜柱的一部分。若液體在具有多個(gè)柱狀件的色譜柱中移動(dòng)，則流速會(huì)受到所述柱狀件之間的通道的圍繞這些柱狀件各自的流動(dòng)特性的相互影響。因?yàn)橹鶢罴Y(jié)構(gòu)通常對(duì)稱地存在于通道中，這導(dǎo)致特定的流動(dòng)特性。但是，在柱的邊緣處，通路中的流動(dòng)特性不是對(duì)稱地受影響。在所述通道的一側(cè)，該流通特性通常會(huì)受柱狀件影響，而在該通道的另一側(cè)，該流動(dòng)特性會(huì)受壁的影響。若不被解決，已知該問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有色譜柱中的邊緣效應(yīng)，使色譜柱出現(xiàn)受干擾的分級(jí)分離。
[0006]Vervoort 等人指出了邊緣效應(yīng)問(wèn)題，參見(jiàn) Vervoort 等，Anal.Chem.(2004)76 第4501-4507頁(yè)。其表明，壁上的柱結(jié)構(gòu)的顆粒直徑的僅5%量級(jí)的小幅結(jié)構(gòu)變化，能使結(jié)果的帶增寬程度(band broadening)提高四倍(以塔板高度表示)，這導(dǎo)致性能急劇下降。
[0007]對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N方式是調(diào)節(jié)柱壁。對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧硪环N方式(常用)是:相對(duì)于柱中不靠柱邊緣的柱狀件之間的寬度，調(diào)節(jié)柱邊緣處通路的寬度。采用的典型比例如下:
[0008]B=L 25xff
[0009]其中，W是位于柱的邊緣處的通道的寬度(如圖1所述)，而B(niǎo)是柱中不靠邊緣的柱狀件之間的通路的寬度。這不僅意味著柱的邊緣處需要有不同的設(shè)計(jì)，還意味著柱的邊緣處的通路寬度確定了該通路的最小維度尺寸，因此柱狀件彼此之間的通路的寬度也被向下限制，這部分歸因于對(duì)于通道的壁和首個(gè)柱狀件之間獲得的最小距離的限制突破了生產(chǎn)加工限制。
[0010]雖然人們一直致力于利用現(xiàn)有的生產(chǎn)方法來(lái)獲得盡可能小的柱狀件之間的距離B，借由壁的條件獲得的該下限并不是最優(yōu)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的實(shí)施方式的目的在于，提供以具有柱狀件結(jié)構(gòu)(例如，微加工的柱狀件結(jié)構(gòu))的流體通道為基礎(chǔ)的優(yōu)良化學(xué)反應(yīng)器系統(tǒng)和方法。化學(xué)反應(yīng)器系統(tǒng)涵蓋液相色譜系統(tǒng)等，但本發(fā)明并不限于此。
[0012]驚人地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的實(shí)施方式提供基于液體栓塞流的化學(xué)反應(yīng)器裝置，由此使邊緣效應(yīng)減小，或者甚至可忽略不計(jì)，使其本身不再是對(duì)于不靠邊緣的位置處的流體通道的柱狀件距離的限制。
[0013]基于本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，除了解決邊緣問(wèn)題以外，所提供的化學(xué)反應(yīng)器裝置還具有很好的分離能力。
[0014]基于本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，除了解決邊緣問(wèn)題以外，所提供的化學(xué)反應(yīng)器裝置還可產(chǎn)生對(duì)于流體流的不同組分而言一致的保留時(shí)間。
[0015]基于本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，除了解決邊緣問(wèn)題以外，所提供的化學(xué)反應(yīng)器裝置還意味著受限的柱長(zhǎng)，這歸因于所述柱狀件結(jié)構(gòu)的有利的寬度-長(zhǎng)度寬長(zhǎng)比，這允許獲得緊湊的裝置。
[0016]基于本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于與反應(yīng)器中的結(jié)構(gòu)和壁相互作用的組分，以及對(duì)于不與所述反應(yīng)器中的結(jié)構(gòu)和壁相互作用的組分而言，邊緣效應(yīng)能夠得到減小，或可忽略不計(jì)。
[0017]基于本發(fā)明的至少一些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，獲得的裝置中，不需要的分散得以減少，甚至在一些情況中可忽略不計(jì)。
[0018]上述目的通過(guò)本發(fā)明所述的實(shí)施方式的設(shè)備和方法實(shí)現(xiàn)。
[0019]本發(fā)明還涉及基于流體流的化學(xué)反應(yīng)器裝置，該化學(xué)反應(yīng)器設(shè)備包括:具有由通道壁確定的流體通道的基材，由此所述通道具有入口和出口，因而所述通道具有縱軸，該縱軸按照流體流在所述通道中從入口至出口的平均方向，將有序柱狀件結(jié)構(gòu)組定位在所述通道內(nèi)，由此，個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)具有沿著所述通道的縱軸方向的長(zhǎng)度，以及沿著與所述縱軸垂直的方向的寬度，并且其中所述個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)的寬度:長(zhǎng)度的比例至少是7。
[0020]所述個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)的寬度:長(zhǎng)度的比例(寬長(zhǎng)比)可以至少是10。
[0021]所述通道壁與相鄰非接觸的柱狀件結(jié)構(gòu)的壁之間的最小距離(W)可以大于兩個(gè)相鄰柱狀件結(jié)構(gòu)本身之間的最小距離(B)得0.9倍，例如大于兩個(gè)相鄰柱狀件結(jié)構(gòu)本身之間的最小距離(B)。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)利用具有較大寬度:長(zhǎng)度的比例的柱狀件結(jié)構(gòu)，使流體通道中的邊緣效應(yīng)減小，并且有可能忽略不計(jì)。
[0023]所述通道壁與并置的非接觸柱狀件結(jié)構(gòu)之間的最小距離(W)，和兩個(gè)并置的柱狀件結(jié)構(gòu)本身之間的最小距離(B)，可以在所述通道的寬度方向(垂直于縱軸)測(cè)量。
[0024]在所述通道的縱向方向上，壁的至少一些部分可以是平的，也稱為直的。
[0025]所述柱狀件結(jié)構(gòu)可以如下方式定位，其確定一組限制的(bound)縱向和橫向微通道，從而縱向微通道第一亞組沿縱軸的方向延伸，并且通過(guò)兩個(gè)柱狀件結(jié)構(gòu)的壁確定，而縱向微通道第二亞組沿縱軸的方向延伸，并且通過(guò)通道壁和柱狀件結(jié)構(gòu)的壁確定，并且其中第一亞組的最小寬度(B)可以小于或等于第二亞組的最小寬度(W)。
[0026]基于本發(fā)明的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)崿F(xiàn)柱狀件之間的小的距離，導(dǎo)致系統(tǒng)中的高壓，同時(shí)能夠限制邊緣效應(yīng)，使其可忽略不計(jì)或不存在。
[0027]所述柱狀件結(jié)構(gòu)可以是微加工的柱狀件結(jié)構(gòu)。
[0028]所述柱狀件結(jié)構(gòu)的寬度:長(zhǎng)度的比例可大于12。
[0029]兩個(gè)相鄰柱狀件結(jié)構(gòu)之間的最小距離⑶可以是所述通道壁與相鄰的、非接觸柱狀件結(jié)構(gòu)之間的最小距離(W)的0.5?0.8倍。
[0030]所述個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)可具有多邊形截面。
[0031]所述個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)可具有基本呈六邊形的截面。
[0032]所述個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)的寬度可受沿所述通道的縱軸定位的柱狀件結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的限制，而所述側(cè)壁的長(zhǎng)度可以是所述柱狀件結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度的至少0.02倍、優(yōu)選0.1倍。
[0033]由所述柱狀件結(jié)構(gòu)形成的通道和微通道還可在兩側(cè)受限于基材。
[0034]所述化學(xué)反應(yīng)器可以是液相色譜分離設(shè)備。
[0035]所述通道壁可由膜形成。
[0036]本發(fā)明還涉及用于制備化學(xué)反應(yīng)器裝置的基材中的結(jié)構(gòu)的平版加工的掩模，所述掩模包含用于確定所述化學(xué)反應(yīng)器裝置的通道中定位的柱狀件結(jié)構(gòu)有序組的設(shè)計(jì)元件(design element)，從而個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)具有沿著所述通道縱軸的方向的長(zhǎng)度，以及沿著與所述縱軸垂直的方向的寬度，由此所述設(shè)計(jì)元件在所述掩模中提供，從而所得的個(gè)體柱狀件結(jié)構(gòu)的寬度:長(zhǎng)度的比例至少為7。
[0037]能夠如此確定所述設(shè)計(jì)元件，從而所得的柱狀件結(jié)構(gòu)在所述通道中定位，使得確定所述通道的通道壁和相鄰的、非接觸柱狀件結(jié)構(gòu)的壁之間的最小距離(W)大于兩個(gè)相鄰的柱狀件結(jié)構(gòu)本身之間的最小距離(B)的0.9倍，例如大于兩個(gè)相鄰的柱狀件結(jié)構(gòu)本身之間的