[发明专利]用于吸附和/或解吸气体的至少一种成分的预浓缩器

说明书

技术领域

本发明涉及用于吸附和/或解吸气体的至少一种气体成分的微结构，所述微结构包括具有下侧和上侧的半导体衬底，其中所述气体被输送给微结构。此外，本发明涉及用于制造微结构的方法、用于利用微结构检测至少一种气体成分的设备以及用于运行设备的方法。

背景技术

复杂混合物中的挥发性有机成分（Volatile Organic Compounds（挥发性有机化合物），VOC）的直接确定对于在环境方面、在疾病检测方面、在空气质量确定方面、在生物医学诊断方面以及在尤其与健康相关的许多其他关联方面的人类负担（menschliche Belastungen）是重要的。这样的复杂混合物例如可以是气体，其中挥发性有机成分是气体成分。这样的气体成分例如可以是室内空气中的有毒气体或者蒸发的炸药耗量，所述蒸发的炸药耗量应该在爆炸物检测时被测量。针对要探测的（nachzuweisend）参量、也即要探测的气体成分的重要尺度是其浓度。然而对于许多要探测的物质，所述浓度处于当前检测系统的分辨率极限附近或者之下。

为了检测气体成分的浓度、尤其气体内的气体成分的小浓度，由现有技术已知以下装置，所述装置被设计用于，吸附和/或解吸气体成分。借助于所述装置（以下称作预浓缩器），来自气体的成分例如可以被富集（angereichert）在装置的表面处，并且在预先确定的时间之后再次被释放，以便将所述成分输送给测量装置。

由现有技术已知宏观和微观构造（Aufbauten）作为预浓缩器。宏观构造通常由集气小管组成，所述集气小管被充以收集气体的塑料颗粒或者活性炭。在收集器是冷的期间，例如通过这些小管泵浦一定的气体量。收集器的温度在此至多对应于室温。此后，集气小管迅速地被加热并且以轻微的气流被冲洗，由此快速解吸的气体可以浓缩地被输送给测量装置、例如传感器或者气体色谱分析器。所述宏观构造具有以下缺点，即所述宏观构造通常具有高的空间需求，并且因此宏观预浓缩器的使用可能性受到限制。

微机械构造包括经蚀刻的通道或者板结构，所述板结构例如可以具有粗糙的表面。经蚀刻的通道或者板结构可以被涂上吸附材料。按照现有技术的微观构造具有以下缺点，即微机械构造的表面并且从而其收集容量小。为了增加微观构造的收集容量，在经蚀刻的通道情况下或在板结构情况下朝气流方向必须维持一定的长度。由此得出以下缺点：在解吸过程时，如在气体色谱分析器情况下那样出现保留（Retentionen）或气体分离效应，使得气体不能完全地以流动注射的形式被用于跳跃式浓度变化。

在Microchemical Journal 98 (2011) 240-245 "Characterization of poly(2, 6-diphenyl-p-phenyle oxide) films as adsorbent for microfabricated preconcentrators" (Bassam, Alfeeli, Vaibhav Jain, Richard K. Johnson, Frederick L. Beyer, James R. Heflin, Masoud Agah)的文章中描述另一微机械构造。在此描述所谓的微预浓缩器，所述微预浓缩器具有大量三维微柱。虽然所述微柱具有比经蚀刻的通道或者板结构更大的表面并且从而更大的收集容量，但是微柱通常是不稳定的。

发明内容

本发明的任务是，实现可靠的、稳定和微型化的构造，借助于所述构造也可以检测气体成分的小浓度。

按照本发明，通过具有按照相应独立专利权利要求的特征的微结构、用于制造微结构的方法、具有微结构的设备以及用于运行设备的方法来解决所述任务。本发明的有利的实施方案是从属专利权利要求、说明书和图的主题。

按照本发明的微结构用于吸附和/或解吸被输送给微结构的气体的至少一种气体成分，并且包括具有下侧和上侧的半导体衬底。微结构此外具有多个微通道，所述微通道分别从半导体衬底的下侧延伸到上侧，并且因此从微结构的上侧延伸到微结构的下侧，其中相应的微通道的表面被构造用于在气体流经相应的微通道时，吸附和/或解吸至少一种气体成分。

因此可以借助于按照本发明的微结构实现预浓缩器，所述预浓缩器可以束缚（binden）和/或再次释放气体的气体成分。这样的气体成分例如可以包括室内空气中的有毒气体分子或者人类呼吸空气中的挥发性成分的分子。但是预浓缩器也可以在液体中被使用，并且在此吸附和/或解吸流经微通道的液体的成分。