Современной тенденцией развития аналитической химии является миниатюризация и упрощение устройств, а также интеграция структур с дополнительным функциональным назначением. Такая тенденция обусловлена необходимостью в проведении экспресс-диагностики, экономии сырья и энергии, увеличении эффективности тепло- и массообмена и т.д. Все перечисленные параметры могут быть достигнуты за счет построения аналитических приборов на базе микрофлюидных систем вместо классических хроматографических колонок. На данный момент газовая хроматография является одним из самых популярных методов анализа в нефтегазовой промышленности, экологическом мониторинге и криминалистике. По данным маркетингового агентства “Markets and Markets” (https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/gas-chromatography-market-101656773.html) глобальный рынок газовой хроматографии на 2020 год составляет порядка 2,8 млрд. долларов и возрастет до 3,5 млрд. долларов к 2025 году. Причем все большую долю в нем будет занимать продажа периферийного оборудования, и, в первую очередь, газохроматографических колонок. В случае применения микрофлюидных устройств для задач газовой хроматографии, следует учитывать, что для реализации многих процессов требуются относительно высокие температуры, что делает применение наиболее распространенных в микрофлюидике полимерных материалов невозможным. На сегодняшний день наиболее распространенными газохроматографическими колонками являются колонки из плавленого кварца (стоимость от 50 до 250 т.р.), которые могут быть заменены более совершенными микрофлюидными колонками, изготовленными с использованием МЭМС технологий. Предлагаемые колонки представляют собой реализованные в кремниевой подложке каналы с вертикальными столбцами (пилларами), герметизированные кремниевой или стеклянной пластиной. Внутренняя поверхность создаваемых таким образом каналов модифицируется с целью предания заданных селективных и хроматографических свойств создаваемых разделительных колонок.. Преимущества пилларных колонок заключаются в лучшей управляемости параметрами потока внутри канала, а также большей площади соприкосновения пробы с сорбирующими стенками, что обусловлено наличием вертикальных столбцов. В конечном счете, перечисленные параметры приводят к большей эффективности разделения газовой смеси внутри пилларных микрофлюидных колонок по сравнению с капиллярными, насадочными и микронасадочными газохроматографическими колонками. При этом, такие основные критерии эффективности газохроматографической колонки, как селективность и время одного цикла анализа, улучшаются. Кроме того, немаловажным фактором при создании подобных аналитических устройств является широкая изученность применяемых при их создании технологий, таких как плазмохимическое травление, термический бондинг и т.д., что делает планируемые к разработке газохроматографические колонки особенно актуальными. Целевым сегментом данного проекта являются производители газохроматографического оборудования на основе микрофлюидных устройств. Такое оборудование может включать в себя приборы для химического и биологического экспресс-анализа газовой пробы, для проведения химических реакций внутри устройства, для проведения качественного и количественного анализа газов, для фильтрации газовых смесей и т.д. Среди крупных мировых производителей можно выделить Agilent Technologies, Shimadzu, Bio- Rad, Beckman Coulter. На отечественном рынке среди таких компаний можно выделить ООО НТФ «БАКС», ЗАО СКБ Хроматек, ООО «НПФ «Мета-хром»», АО «Аквилон», СПО «Аналитприбор» и т.д. Таким образом, в данной работе предлагается разработка комплекса технологий и создание экспериментальных образцов газохроматографических колонок пилларного типа на кремниевых подложках. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработка топологии и создание тестовых образцов пилларных колонок для проверки их газодинамических характеристик. 2. Разработка технологии изготовления микрофлюидного канала на кремниевой подложке с использованием УФ литографии и глубокого плазмохимического травления. 3. Разработка технологии модификации микрофлюидного канала методами атомно- слоевого осаждения. 4. Разработка технологии герметизации микрофлюидного канала. 5. Проведение серии численных и натурных экспериментов для определения оптимальной с точки зрения газохроматографического разделения топологии микрофлюидного канала. 6. Разработка метода нанесения неподвижных фаз на внутреннюю поверхность микрофлюидного канала. 7. Изготовление экспериментального образца газохроматографическок колонки пилларного типа. 8. Исследование сорбционных и селективных свойств экспериментального образца газохроматографическок колонки пилларного типа и их сравнение с ведущими мировыми аналогами. 9. Оформление технологической документации и регистрация патента на предлагаемое изобретение.

Производитель: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ФЛЮИД-ИК"

Другое