DE102023114407A1

DE102023114407A1 - Method for producing a device for carrying out chromatographic investigations on fluids

Info

Publication number: DE102023114407A1
Application number: DE102023114407.3A
Authority: DE
Inventors: Olaf Hild; Olaf Andersen; Cris KOSTMANN
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2023-06-01
Filing date: 2023-06-01
Publication date: 2024-12-05

Abstract

Bei dem Verfahren Werden an einer planaren ebenen Oberfläche eines Trägers mehrere kanalförmige Vertiefungen (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) so ausgebildet, dass sie jeweils über mindestens 80 %_ihrer chromatographisch nutzbaren Länge eine konstante Dimensionierung aufweisen, an ihren Enden eine Öffnung (3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3) aufweisen und anschließend mit einem Pulver befüllt werden. Das Pulver weist eine Partikelgrößenverteilung auf, so dass Partikel im Pulver mit unterschiedlicher Größe ihrer äußeren Abmessungen im eingesetzten Pulver enthalten sind. Mindestens eine erste Vertiefung (2.1) wird ausgebildet, dass ein Abstand ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers (1) kleiner als 10 % der Partikel, die mit ihrer größten äußeren Abmessung im Pulver enthalten sind und weitere kanalförmige Vertiefungen (2.2, 2.3, ....2.n) ausgebildet werden, bei denen ein größerer Abstand ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers (1) eingehalten wird, als an der ersten kanalförmigen Vertiefung (2.1).In the method, several channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are formed on a planar, flat surface of a carrier in such a way that they each have a constant dimension over at least 80% of their chromatographically usable length, have an opening (3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3) at their ends and are then filled with a powder. The powder has a particle size distribution so that particles in the powder with different sizes of their external dimensions are contained in the powder used. At least one first depression (2.1) is formed such that a distance of its upper edges from the surface of the carrier (1) is less than 10% of the particles which are contained in the powder with their largest external dimension and further channel-shaped depressions (2.2, 2.3, ....2.n) are formed in which a greater distance of their upper edges from the surface of the carrier (1) is maintained than at the first channel-shaped depression (2.1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Durchführung chromatographischer Untersuchungen an Fluiden sowie eine damit hergestellte Vorrichtung. Mit diesen Vorrichtungen können Untersuchungen an Flüssigkeiten oder Gasen durchgeführt werden.The invention relates to a method for producing a device for carrying out chromatographic investigations on fluids and to a device produced thereby. Investigations on liquids or gases can be carried out using these devices.

Gas- und Flüssigkeitschromatographen sind Stand der Technik und Chromatographiesäulen mit unterschiedlichen Füllmaterialien für beide Gerätetypen sind als Verbrauchsmaterial im Laborfachhandel erhältlich.Gas and liquid chromatographs are state of the art and chromatography columns with different filling materials for both types of devices are available as consumables from specialist laboratory retailers.

Im Bereich der substrat- oder chipbasierten Säulen sind zahlreiche technische Lösungen bekannt. Größtes Potential neuer mikro-GC-Geräte liegt in der weiteren Miniaturisierung und anwendungsspezifischen Modifizierung der GC-Säulen sowie der anwenderfreundlichen Messdatenauswertung.Numerous technical solutions are known in the area of substrate- or chip-based columns. The greatest potential of new micro-GC devices lies in the further miniaturization and application-specific modification of the GC columns as well as the user-friendly evaluation of measurement data.

So ist es eine Aufgabe für solche Anwendungen chromatographische Untersuchungen mit sehr kleinen Vorrichtungen flexibel und gleichzeitig mit unterschiedlichen Bedingungen zu untersuchen. Dadurch kann die Bestimmungsgenauigkeit einer Fluidzusammensetzung erhöht oder es können unterschiedliche Untersuchungen mit einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden. Dabei besteht auch ein Bedarf an sehr klein ausgebildeten Vorrichtungen, die einfach und flexibel eingesetzt werden können.One of the tasks for such applications is to be able to carry out chromatographic investigations using very small devices in a flexible manner and simultaneously under different conditions. This can increase the accuracy of determining a fluid composition or enable different investigations to be carried out using a single device. There is also a need for very small devices that can be used easily and flexibly.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Anspruch 12 definiert eine so hergestellte Vorrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a method having the features of claim 1. Claim 12 defines a device produced in this way. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features specified in dependent claims.

Bei der Herstellung einer Vorrichtung wird erfindungsgemäß so vorgegangen, dass an einer planaren ebenen Oberfläche eines Trägers mehrere kanalförmige Vertiefungen so ausgebildet werden, dass sie jeweils über mindestens 70 %, bevorzugt über mindestens 80 %, besonders bevorzugt ihrer gesamten chromatographisch nutzbaren Länge vorzugsweise eine konstante Dimensionierung aufweisen und anschließend mit einem Pulver zur Ausbildung von Chromatographiesäulen von ihrer an der Oberfläche des Trägers offenen Seite befüllt werden. Die kanalförmigen Vertiefungen weisen an ihren Enden Öffnungen auf, so dass sie von einem Ende mit dem jeweiligen Fluid beaufschlagt werden können und das jeweilige Fluid durch die jeweilige Chromatographiesäule strömen kann. In den maximal 30 % der chromatographisch nutzbaren Länge der kanalförmigen Vertiefungen können Aufweitungen oder Verengungen ausgebildet sein.When producing a device, the procedure according to the invention is that several channel-shaped depressions are formed on a planar, flat surface of a carrier in such a way that they each have a constant dimension over at least 70%, preferably over at least 80%, particularly preferably over their entire chromatographically usable length and are then filled with a powder to form chromatography columns from their side open on the surface of the carrier. The channel-shaped depressions have openings at their ends so that they can be supplied with the respective fluid from one end and the respective fluid can flow through the respective chromatography column. Widenings or narrowings can be formed in the maximum 30% of the chromatographically usable length of the channel-shaped depressions.

Eine chromatographisch nutzbare Länge entspricht dabei dem mit dem Pulver befüllten Bereich der kanalförmigen Vertiefungen über deren Länge, der für chromatographische Untersuchungen genutzt werden kann. Die kanalförmigen Vertiefungen sollten dabei eine jeweils konstante Dimensionierung über mindestens 80 % ihrer Länge mit konstanter Tiefe, Breite sowie auch der Querschnittsfläche im Inneren der jeweiligen Vertiefung und insbesondere einen Abstand ihrer zwei gegenüberliegend angeordneten oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers, an der die Vertiefungen ausgebildet worden sind, aufweisen.A chromatographically usable length corresponds to the area of the channel-shaped depressions filled with the powder over their length, which can be used for chromatographic investigations. The channel-shaped depressions should have a constant dimension over at least 80% of their length with constant depth, width and also the cross-sectional area inside the respective depression and in particular a distance between their two oppositely arranged upper edges on the surface of the carrier on which the depressions have been formed.

Das eingesetzte Pulver soll eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, so dass Partikel im Pulver mit unterschiedlicher Größe ihrer äußeren Abmessungen im eingesetzten Pulver enthalten sind. Im Pulver sollten neben kleineren Partikeln, Partikel enthalten sein, deren maximale äußeren Abmessungen nicht größer sind als 25 µm.The powder used should have a particle size distribution such that the powder contains particles with different external dimensions. In addition to smaller particles, the powder should contain particles whose maximum external dimensions are not larger than 25 µm.

Mindestens eine erste kanalförmige Vertiefung kann so ausgebildet werden, dass der Abstand ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers kleiner ist als 10 % der im Pulver enthaltenen Partikel, die mit ihrer größten äußeren Abmessung im Pulver enthalten sind. Bei weiteren kanalförmigen Vertiefungen, die zusätzlich zur ersten kanalförmigen Vertiefung ausgebildet werden, sollte dann ein größerer Abstand ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers über mindestens 80 % ihrer gesamten chromatographisch nutzbaren Länge eingehalten werdenAt least one first channel-shaped depression can be formed such that the distance between its upper edges and the surface of the carrier is less than 10% of the particles contained in the powder that are contained in the powder with their largest external dimension. For further channel-shaped depressions that are formed in addition to the first channel-shaped depression, a larger distance between their upper edges and the surface of the carrier should then be maintained over at least 80% of their total chromatographically usable length.

Alle anderen im eingesetzten Pulver enthaltenen Partikel haben kleinere äußere Abmessungen als solche mit maximaler äußerer Längenabmessung. So kann erreicht werden, dass in der ersten kanalförmigen Vertiefung mit einem entsprechend kleinen Abstand seiner oberen Kanten keine Partikel mit größten äußeren Abmessungen enthalten sind. Wohingegen in anderen kanalförmigen Vertiefungen entweder ausschließlich Partikel mit größeren äußeren Abmessungen oder mit einem gewissen Anteil neben den größeren äußeren Abmessungen auch Partikel mit kleineren äußeren Abmessungen enthalten sind.All other particles contained in the powder used have smaller external dimensions than those with the maximum external length dimension. This means that the first channel-shaped depression with a correspondingly small distance from its upper edges does not contain any particles with the largest external dimensions. In contrast, other channel-shaped depressions either contain exclusively particles with larger external dimensions or, in addition to the larger external dimensions, also contain a certain proportion of particles with smaller external dimensions.

So können an einer Vorrichtung Chromatographiesäulen, die mit den befüllten kanalförmigen Vertiefungen gebildet sind, zur Verfügung gestellt werden, die wegen des unterschiedlichen Befüllung ein unterschiedliches Retentionsverhalten für ein jeweiliges Fluid bewirken können, da unterschiedliche Partikelgrößen auch zu unterschiedlich großen Hohlräumen zwischen den jeweiligen Partikeln führen und auch unterschiedlich große Oberflächen in Kontakt mit einem jeweiligen Fluid bei der Durchführung von Untersuchungen ausgenutzt werden können.For example, chromatography columns formed with filled channel-shaped depressions can be provided on a device, which can cause different retention behavior for a respective fluid due to the different filling, since different particle sizes also lead to different sized cavities between the respective particles. and also different sized surfaces in contact with a respective fluid can be exploited when conducting investigations.

Es können mehrere kanalförmige Vertiefungen, die alle jeweils unterschiedliche Abstände ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers aufweisen, auf einem Träger realisiert werden. Damit kann erreicht werden, dass alle so erhaltenen Chromatographiesäulen unterschiedlich befüllt werden können und ein unterschiedliches Retentionsverhalten aufweisen.Several channel-shaped depressions, each with a different distance between its upper edge and the surface of the support, can be created on a support. This means that all the chromatography columns obtained in this way can be filled differently and have different retention behavior.

Die Abstände der oberen Kanten der kanalförmigen Vertiefungen, die auf einem Träger angeordnet sind, sollten sich an der Oberfläche des Trägers um jeweils 5 %, bevorzugt 10 % über mindestens 80 % ihrer chromatographisch nutzbaren Länge unterscheiden.The distances between the upper edges of the channel-shaped depressions arranged on a support should differ on the surface of the support by 5%, preferably 10%, over at least 80% of their chromatographically usable length.

Das eingesetzte Pulver sollte Partikel mit äußeren Abmessungen bei denen die größten Partikel mindestens 8-mal, bevorzugt mindestens 10-mal größer sind, als die kleinsten im Pulver enthaltenen Partikel, beispielsweise Partikelgrößen im Bereich 1 µm bis 10 µm oder im Bereich 10 nm bis 25 µm aufweisen. Dadurch kann gesichert werden, dass alle kanalförmigen Vertiefungen mit Pulver ausgefüllt werden können. Dementsprechend sollte mindestens eine der kanalförmigen Vertiefungen einen Abstand ihrer oberen Kanten aufweisen, der kleiner als 100 µm ist.The powder used should have particles with external dimensions where the largest particles are at least 8 times, preferably at least 10 times, larger than the smallest particles contained in the powder, for example particle sizes in the range 1 µm to 10 µm or in the range 10 nm to 25 µm. This ensures that all channel-shaped depressions can be filled with powder. Accordingly, at least one of the channel-shaped depressions should have a distance between its upper edges that is less than 100 µm.

Die kanalförmigen Vertiefungen sollten sukzessive nacheinander, beginnend mit einer kanalförmigen Vertiefung mit dem kleinsten Abstand ihrer oberen Kanten nacheinander mit Pulver befüllt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass bei nebeneinander ausgebildeten kanalförmigen Vertiefungen Pulver auf die Oberfläche des Trägers an der Seite aufgegeben werden kann, an der die erste kanalförmige Vertiefung mit dem kleinsten Abstand ihrer oberen Kanten angeordnet ist und sich der Abstand der oberen Kanten weiterer kanalförmiger Vertiefungen von dieser kanalförmigen Vertiefung ausgehend von Vertiefung zu Vertiefung sukzessive vergrößert. Dabei kann das Pulver ausgehend aus der Richtung der kanalförmigen Vertiefung mit dem kleinsten Abstand ihrer oberen Kanten in Richtung der kanalförmigen Vertiefungen mit den größer werdenden Abständen ihrer oberen Kanten verschoben werden. Hierfür kann man beispielsweise eine Rakel einsetzen. Dieser Vorgang kann mehrfach erfolgen und durch Schwingungsüberlagerung unterstützt werden. Mit einer Rakel kann man nach dem Befüllen aller kanalförmigen Vertiefungen auch überschüssiges Pulver von der Oberfläche des Trägers entfernen.The channel-shaped depressions should be filled with powder one after the other, starting with a channel-shaped depression with the smallest distance between its upper edges. This can be achieved by applying powder to the surface of the carrier on the side where the first channel-shaped depression with the smallest distance between its upper edges is located, and by gradually increasing the distance between the upper edges of further channel-shaped depressions from this channel-shaped depression from depression to depression. The powder can be moved from the direction of the channel-shaped depression with the smallest distance between its upper edges in the direction of the channel-shaped depressions with the increasing distance between their upper edges. A squeegee can be used for this, for example. This process can be carried out several times and supported by vibration superposition. After all the channel-shaped depressions have been filled, a squeegee can also be used to remove excess powder from the surface of the carrier.

So können die kanalförmigen Vertiefungen mit Partikeln befüllt werden, deren äußere Abmessungen sukzessive von kanalförmiger Vertiefung zu kanalförmiger Vertiefung größer sind und somit unterschiedliche mittlere Partikelgrößen in den einzelnen kanalförmigen Vertiefungen enthalten sind. Bei dieser Vorgehensweise kann ein Pulver bzw. ein Pulvergemisch eingesetzt werden, das eine bestimmte Partikelgrößenverteilung aufweist, mit der eine sichere Befüllung aller kanalförmigen Vertiefungen auch mit unterschiedlichen Abständen ihrer oberen Kanten zueinander erreicht werden kann und man dies mit einmaligem Pulverauftrag und Verteilung auf der Oberfläche, an der die Öffnungen der kanalförmigen Vertiefungen angeordnet sind, erreichen kann.In this way, the channel-shaped depressions can be filled with particles whose external dimensions are successively larger from channel-shaped depression to channel-shaped depression, meaning that different average particle sizes are contained in the individual channel-shaped depressions. In this procedure, a powder or powder mixture can be used that has a specific particle size distribution, with which a reliable filling of all channel-shaped depressions can be achieved, even with different distances between their upper edges, and this can be achieved with a single application of powder and distribution on the surface on which the openings of the channel-shaped depressions are arranged.

Ein Pulvergemisch kann aus demselben Material (Werkstoff) bestehen, sich aber aus Pulvern unterschiedlicher Partikelgestalt und Partikelgröße zusammensetzen. Es kann aber auch aus Pulvern aus unterschiedlichem Material (Werkstoff) bestehen, die sich zusätzlich ebenfalls in Partikelgestalt und Partikelgröße unterscheiden können. So kann in einem Arbeitsgang über die Trennwirkung der unterschiedlichen Breiten der kanalförmigen Vertiefungen im Verhältnis zu den Partikelgrößen und -formen eine weitgehend sortenreine Füllung der kanalförmigen Vertiefungen realisiert werden. Je nach Ausprägung der Verhältnisse und des Befüllvorgangs kann dies mehr oder weniger trennscharf erfolgen.A powder mixture can consist of the same material, but be made up of powders with different particle shapes and sizes. It can also consist of powders made of different materials, which can also differ in particle shape and size. In one operation, the channel-shaped depressions can be filled with largely pure particles using the separating effect of the different widths of the channel-shaped depressions in relation to the particle sizes and shapes. Depending on the nature of the conditions and the filling process, this can be done with greater or lesser separation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die kanalförmigen Vertiefungen mit einem Pulver, das mit mindestens zwei unterschiedlichen Partikelfraktionen gebildet ist, die sich in ihrer mittleren Partikelgrößenverteilung und/oder ihren jeweiligen chromatographisch wirkenden Eigenschaften voneinander unterscheiden, befüllt werden. Damit kann wiederum eine weitere unterschiedliche Beeinflussung des jeweiligen Fluids bei der Durchführung chromatographischer Untersuchungen erreicht werden, da auch dadurch das Retentionsverhalten in den einzelnen Chromatographiesäulen unterschiedlich ist. So können in eine kanalförmige Vertiefung kleinere Partikel oder überwiegend kleinere Partikel und in anderen kanalförmigen Vertiefungen größere Partikel mit entsprechend unterschiedlichen chromatographischen Eigenschaften eingefüllt werden, was bei der Untersuchung und Auswertung der Ergebnisse berücksichtigt werden kann. So können beispielsweise Partikel mit unterschiedlichem Adsorptionsverhalten und/oder unterschiedlicher Polarität im Pulver in unterschiedlichen Partikelgrößen oder Polaritäten enthalten sein, die dann entsprechend ihrer Größe der größten äußeren Abmessungen in einer kanalförmigen Vertiefung allein oder mit einem vorgebbaren Anteil abhängig von der jeweiligen Größe der äußeren Abmessung und dem jeweiligen Abstand der oberen Kanten der jeweiligen Vertiefung enthalten sein können.In an advantageous embodiment of the invention, the channel-shaped depressions can be filled with a powder that is formed with at least two different particle fractions that differ from one another in their average particle size distribution and/or their respective chromatographic properties. This in turn can achieve a further different influence on the respective fluid when carrying out chromatographic investigations, since this also means that the retention behavior in the individual chromatography columns is different. Smaller particles or predominantly smaller particles can be filled into a channel-shaped depression and larger particles with correspondingly different chromatographic properties can be filled into other channel-shaped depressions, which can be taken into account when examining and evaluating the results. For example, particles with different adsorption behavior and/or different polarity can be contained in the powder in different particle sizes or polarities, which can then be filled in a channel-shaped depression alone or with a predeterminable proportion depending on the respective size of the outer dimension. and the respective distance of the upper edges of the respective recess.

Das Pulver kann vorteilhaft aus mindestens einem Vorratsbehälter mit vorgebbarer Menge auf eine Füll- und Verdichtungseinrichtung und/oder unmittelbar auf die Oberfläche des Trägers, an der die Öffnungen der kanalförmigen Vertiefungen angeordnet sind, aufgegeben und anschließend das Pulver mittels Schwingungen im Frequenzbereich 25 Hz bis 150 Hz und dazu überlagerten Schwingungen im Frequenzbereich 10 kHz bis 100 kHz in die kanalförmigen Vertiefungen gefördert und darin verdichtet werden, wobei die Schwingungen in den zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen in unterschiedlichen Achsrichtungen, insbesondere senkrecht zueinander eingekoppelt werden und anschließend daran überschüssiges Pulver entfernt wird, so dass die Oberflächen der Schüttungen des Pulvers in den kanalförmigen Vertiefungen mit der planaren ebenen Oberfläche des Trägers fluchten.The powder can advantageously be fed from at least one storage container with a predeterminable amount onto a filling and compacting device and/or directly onto the surface of the carrier on which the openings of the channel-shaped depressions are arranged, and the powder can then be conveyed into the channel-shaped depressions and compacted therein by means of vibrations in the frequency range 25 Hz to 150 Hz and superimposed vibrations in the frequency range 10 kHz to 100 kHz, wherein the vibrations in the two different frequency ranges are coupled in different axial directions, in particular perpendicular to one another, and excess powder is then removed therefrom, so that the surfaces of the powder beds in the channel-shaped depressions are flush with the planar, flat surface of the carrier.

Mit dem Einfluss dieser unterschiedlichen Schwingungen kann ein sicheres Befüllen der eigentlich sehr schmalen kanalförmigen Vertiefungen auch mit einem Pulver, das Partikel mit sehr kleinen und etwas größeren äußeren Abmessungen gebildet ist, erreicht werden, ohne dass es zu Verstopfungen oder einer Agglomeration von Partikeln in kanalförmigen Vertiefungen kommt. So kann auch erreicht werden, dass innerhalb der kanalförmigen Vertiefungen eine homogene Befüllung mit annähernd gleichen Partikeln, insbesondere einer gleichmäßigen Partikelgrößenverteilung des eingefüllten Pulvers erreicht werden kann.The influence of these different vibrations makes it possible to reliably fill the actually very narrow channel-shaped depressions with a powder that is formed from particles with very small and slightly larger external dimensions, without causing blockages or agglomeration of particles in the channel-shaped depressions. This also makes it possible to achieve a homogeneous filling with approximately identical particles within the channel-shaped depressions, in particular a uniform particle size distribution of the powder filled in.

Besonders günstig sollten Schwingungen im Frequenzbereich 25 Hz bis 150 Hz mit Amplituden im Bereich 0,5 mm bis 2 mm und Schwingungen im Frequenzbereich 10 kHz bis 100 kHz mit Amplituden im Bereich 1 µm bis 4 µm eingekoppelt werden.Particularly favorable coupling should be performed with vibrations in the frequency range 25 Hz to 150 Hz with amplitudes in the range 0.5 mm to 2 mm and vibrations in the frequency range 10 kHz to 100 kHz with amplitudes in the range 1 µm to 4 µm.

Bei genutzten Schwingungen im Bereich von 20 kHz bis 60 kHz sollte bei primär sphärischen Partikeln im gleichen Frequenzspektrum nur eine geringe Amplitude von 0,05 µm bis 1 µm gewählt werden.When using vibrations in the range of 20 kHz to 60 kHz, only a small amplitude of 0.05 µm to 1 µm should be selected for primarily spherical particles in the same frequency spectrum.

Das Pulver kann auf die Oberfläche des Trägers, an der die Öffnungen der kanalförmigen Vertiefungen angeordnet sind, bevorzugt im Bereich neben der ersten kanalförmigen Vertiefung mit dem kleinsten Abstand ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers aufgegeben werden. Die Oberfläche des Trägers sollte in einem Winkel ausgerichtet sein, mit dem ein Gefälle zur Unterstützung der Bewegung der Partikel in Richtung der Öffnungen der kanalförmigen Vertiefungen erreicht werden kann. Dazu kann ein Winkel > 1° in Bezug zur Horizontalen ausreichend sein.The powder can be applied to the surface of the carrier on which the openings of the channel-shaped depressions are arranged, preferably in the area next to the first channel-shaped depression with the smallest distance between its upper edges and the surface of the carrier. The surface of the carrier should be aligned at an angle with which a gradient can be achieved to support the movement of the particles in the direction of the openings of the channel-shaped depressions. An angle > 1° in relation to the horizontal can be sufficient for this purpose.

Pulver sollte im Überschuss zugegeben werden, so dass gesichert ist, dass alle kanalförmigen Vertiefungen über ihre gesamte chromatographisch nutzbare Länge vollständig befüllt werden können.Powder should be added in excess to ensure that all channel-shaped wells can be completely filled over their entire chromatographically usable length.

Die befüllten kanalförmigen Vertiefungen können mit einem Deckelelement fluiddicht an ihrer oberen offen Seite verschlossen werden, bevor die chromatographischen Untersuchungen durchgeführt werden. Ein Deckelelement kann dazu aufgeklebt, aufgelötet, verschweißt oder ein mit mindestens einer Dichtung versehenes Deckelelement kann druckkraftbeaufschlagt, beispielsweise mit Klemmelementen oder einer Verschraubung am Träger befestigt werden.The filled channel-shaped depressions can be sealed fluid-tight with a cover element on their upper open side before the chromatographic investigations are carried out. A cover element can be glued, soldered, welded on or a cover element provided with at least one seal can be subjected to pressure, for example, attached to the carrier with clamping elements or a screw connection.

Am Träger können im Bereich kanalförmiger Vertiefungen Temperierelemente ausgebildet oder angeordnet werden, mit denen Einfluss auf die jeweiligen chromatographischen Untersuchungen genommen werden kann. Es kann sich dabei beispielsweise um Heizelemente, wie z.B. aufgedruckte elektrische Heizleiter aber auch um Kühlelemente, wie Wärmetauscher handeln. Eine richtige Temperierung, bei der eine Erwärmung und auch eine Kühlung vorgenommen werden kann, kann auch mit Peltierelementen erreicht werden.Temperature control elements can be designed or arranged in the area of channel-shaped depressions on the carrier, which can be used to influence the respective chromatographic investigations. These can be heating elements, such as printed electrical heating conductors, or cooling elements, such as heat exchangers. Correct temperature control, which can be used to heat and cool, can also be achieved with Peltier elements.

An den kanalförmigen Vertiefungen können an vorgegebenen Positionen Detektoren angeordnet oder ausgebildet werden. Diese können beispielsweise optische Detektoren oder Sensoren zur Bestimmung einer Konzentration mindestens eines chemischen Elements oder chemischen Verbindung sein.Detectors can be arranged or formed at predetermined positions on the channel-shaped depressions. These can be, for example, optical detectors or sensors for determining a concentration of at least one chemical element or chemical compound.

Bei einer erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtung sind an einem Träger kanalförmige Vertiefungen, die jeweils über mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt über ihre gesamte chromatographisch nutzbare Länge typisch eine konstante Dimensionierung aufweisen, ausgebildet und mit Partikeln eines Pulvers ausgefüllt. Für spezielle Anwendungen können lokale Erweiterungen oder Verengungen der kanalförmigen Vertiefungen vorhanden sein, um an diesen Positionen eine spezielle Füllung durchzuführen. Mindestens eine erste kanalförmige Vertiefung weist einen kleineren Abstand ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers auf, als mindestens eine weitere der kanalförmigen Vertiefungen und diese kanalförmige Vertiefung ist mit Partikeln befüllt, deren äußere Abmessungen kleiner als Partikel, die in den weiteren kanalförmigen Vertiefungen und/oder Pulver, die sich ihren jeweiligen chromatographisch wirkenden Eigenschaften voneinander unterscheiden enthalten sind.In a device produced according to the invention, channel-shaped depressions are formed on a carrier, each of which typically has a constant dimension over at least 70%, preferably at least 80%, particularly preferably over its entire chromatographically usable length, and are filled with particles of a powder. For special applications, local widening or narrowing of the channel-shaped depressions can be present in order to carry out a special filling at these positions. At least one first channel-shaped depression has a smaller distance between its upper edges and the surface of the carrier than at least one other of the channel-shaped depressions, and this channel-shaped depression is filled with particles whose external dimensions are smaller than particles contained in the other channel-shaped depressions and/or powders, which differ from one another in their respective chromatographically active properties.

Alle kanalförmigen Vertiefungen an einem Träger können jeweils unterschiedliche Abstände ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers über mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt über ihre gesamte chromatographisch nutzbare Länge aufweisen und können jeweils mit Partikeln unterschiedlicher Partikelgrößen befüllt sein.All channel-shaped recesses on a carrier can have different distances their upper edges on the surface of the carrier over at least 70%, preferably at least 80%, particularly preferably over their entire chromatographically usable length and can each be filled with particles of different particle sizes.

In kanalförmigen Vertiefungen können jeweils unterschiedliche Partikel der mindestens zwei unterschiedlichen Partikelfraktionen enthalten sein. Dies kann in Abhängigkeit des jeweiligen Abstandes der oberen Kanten einer kanalförmigen Vertiefung und den jeweiligen Partikelgrößenverteilungen der einzelnen Partikelfraktionen mit denen das Pulver gebildet ist und mit dem eine Befüllung durchgeführt wird, erreicht werden. Selbstverständlich spielt dabei auch der jeweilige Anteil der Partikelfraktionen im eingesetzten Pulver eine Rolle, was insbesondere auch auf deren Gesamtvolumenanteile im Pulver zutrifft.Channel-shaped depressions can contain different particles of at least two different particle fractions. This can be achieved depending on the respective distance between the upper edges of a channel-shaped depression and the respective particle size distributions of the individual particle fractions with which the powder is formed and with which filling is carried out. Of course, the respective proportion of the particle fractions in the powder used also plays a role, which also applies in particular to their total volume proportions in the powder.

Die kanalförmigen Vertiefungen an der Oberfläche des Trägers können beispielsweise mit einem Ätzverfahren, wie es bei der Herstellung von MEMS üblich ist, aber auch mit einem Energiestrahl, wie z.B. einem Elektronen- oder Laserstrahl ausgebildet werden.The channel-shaped depressions on the surface of the carrier can be formed, for example, using an etching process, as is common in the production of MEMS, but also using an energy beam, such as an electron or laser beam.

Als Substrat für einen Träger kann z.B. in Silizium, eine Keramik oder ein Glas eingesetzt werden. Als Säulenfüllmaterial kann z.B. pulverförmiges Polysiloxan, Divinylbenzene-ethylene glycol-dimethacrylate; Phenylmethyldimethylsilicone; Polyethylene glycol; Trifluoropropylmethylpolysilicone; poröse Partikel wie Zeolithe, MCM-41, MOFs (Metal-Organic-Frameworks) und/oder Fused Silica (Quarzglas) eingesetzt werden.Silicon, ceramic or glass can be used as a substrate for a carrier. Powdered polysiloxane, divinylbenzene-ethylene glycol-dimethacrylate; phenylmethyldimethylsilicone; polyethylene glycol; trifluoropropylmethylpolysilicone; porous particles such as zeolites, MCM-41, MOFs (metal-organic frameworks) and/or fused silica (quartz glass) can be used as column filling material.

Zum Verschließen der an der Oberfläche des Trägers offenen kanalförmigen Vertiefungen kann ein Deckelelement bzw. Abdeckung genutzt werden, Das/die permanent, z.B. geklebt oder gebondet oder z.B. über eine Dichtung zur oberen Abdichtung der Säule über eine Klemmvorrichtung temporär angebracht sein kann.To close the channel-shaped recesses open on the surface of the carrier, a cover element or cover can be used, which can be permanently attached, e.g. glued or bonded, or temporarily attached, e.g. via a seal for sealing the upper part of the column using a clamping device.

Die kanalförmigen Vertiefungen können nebeneinander geradlinig, mäanderförmig oder auch spiralförmig ausgebildet werden.The channel-shaped depressions can be arranged next to each other in a straight line, a meandering shape or even a spiral shape.

Das wesentliche erfinderische Ziel ist die homogene Füllung von n Mikrokanälen mit n unterschiedlichen Füllmaterialien, die Chromatographiesäulen bilden, auf einem Träger, wobei das Füllmaterial mit dem oben bereits beschriebenen Pulver ausgebildet wird. Die Chromatographiesäulenfüllung kann für jede Chromatographiesäule individuell erfolgen, indem die Säulendimensionen und die Partikelgrößen des jeweiligen das Füllmaterial bildenden Pulvers aufeinander abgestimmt sind und die PowderMEMS-Technologie mit den zwei o.g. unterschiedlichen Schwingungen angewendet wird.The main inventive aim is the homogeneous filling of n microchannels with n different filling materials that form chromatography columns on a carrier, whereby the filling material is formed with the powder already described above. The chromatography column filling can be carried out individually for each chromatography column by matching the column dimensions and the particle sizes of the respective powder forming the filling material and applying the PowderMEMS technology with the two different vibrations mentioned above.

In Abhängigkeit der jeweiligen Chromatographiesäulendimension und Partikelgröße des Säulenfüllmaterials können aber auch zunächst die am größten dimensionierten Säulen mit den größten Abstände ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers gefüllt werden. Die kleineren Säulen mit den kleineren Abständen ihrer oberen Kanten bleiben aufgrund der gewählten Partikelgrößen zunächst frei, in n Schritten können so n Säulen unterschiedlich mit Füllmaterial gefüllt werden. Wird eine solche Ausbildung kanalförmiger Vertiefungen gewählt, ist es vorteilhaft Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen nacheinander auf die Oberfläche aufzubringen an der die Öffnungen der kanalförmigen Vertiefungen angeordnet sind und bei einem ersten Auftrag ein Pulver mit einer Partikelgrößenverteilung einzusetzen, bei der die jeweiligen Partikel zumindest im Mittel größer sind, als bei einem oder mehreren Pulver(n), die nachfolgend aufgebracht und in eine oder mehrere Öffnung(en) kanalförmiger Vertiefungen eingebracht werden, deren Abstand der oberen Kanten an der jeweiligen Oberfläche kleiner als eine erste zu befüllende mit dem Pulver mit der zumindest im Mittel größeren Partikelgrößenverteilung kanalförmige Vertiefung ist. So kann gesichert werden, dass alle kanalförmige Vertiefungen mit Partikeln unterschiedlicher Partikelgrößenfraktionen befüllt werden können.Depending on the respective chromatography column dimension and particle size of the column filling material, the largest columns with the greatest distances between their upper edges and the surface of the support can also be filled first. The smaller columns with the smaller distances between their upper edges remain free initially due to the selected particle sizes, so that n columns can be filled with different filling material in n steps. If such a design of channel-shaped depressions is selected, it is advantageous to apply powders with different particle size distributions one after the other to the surface on which the openings of the channel-shaped depressions are arranged and to use a powder with a particle size distribution in a first application in which the respective particles are at least on average larger than in one or more powders that are subsequently applied and introduced into one or more openings of channel-shaped depressions, the distance between the upper edges on the respective surface of which is smaller than a first channel-shaped depression to be filled with the powder with the at least on average larger particle size distribution. This ensures that all channel-shaped recesses can be filled with particles of different particle size fractions.

Die Größenverhältnisse von Chromatographiesäulen in den kanalförmigen Vertiefungen und Partikeln des Pulvers (stationäre Phasen) bestimmen, ob ein Partikel des Pulvers als Füllmaterial in eine kanalförmige Vertiefung hinein fallen kann oder nicht. Um dies zuverlässig zu verhindern, sollten die Partikel (üblicherweise weisen die verwendeten Pulver eine Partikelgrößenverteilung auf und weichen von der idealen Kugelgestalt ab) mit der kleinsten Längenabmessung (Fachbegriff: minimaler Feret-Durchmesser) mindestens 20 % größer sein als eine jeweils nicht damit zu füllende kanalförmige Vertiefung wegen ihres Abstandes der oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers breit ist.The size ratios of chromatography columns in the channel-shaped depressions and particles of the powder (stationary phases) determine whether a particle of the powder can fall into a channel-shaped depression as filling material or not. To reliably prevent this, the particles (the powders used usually have a particle size distribution and deviate from the ideal spherical shape) with the smallest length dimension (technical term: minimum Feret diameter) should be at least 20% larger than the width of a channel-shaped depression that is not to be filled with them due to the distance between the upper edges on the surface of the carrier.

Beim Füllen einer nächstkleineren kanalförmigen Vertiefung kann bei Pulvern eines jeweiligen Füllmaterials mit einer größeren Partikelgrößenverteilung eine geringe Menge der neuen Partikel aufgrund ihren nun geringeren äußeren Abmessungen in die zuvor gefüllte kanalförmige Vertiefung eindringen (bzw. bei n > 2 in alle zuvor gefüllten Kanäle). Eine absolute Reinheit der Füllungen der einzelnen Kanäle wäre nur bei Verwendung sehr eng klassierter Pulver mit sehr kleiner Partikelgrößenverteilung möglich. Diese müssten so aufeinander abgestimmt sein, dass die nächstkleinere Partikelgrößenfraktion von ihren äußeren Abmessungen (Durchmesser) her größer ist als das größte Lückenvolumen der vorhergehenden Pulverfüllungen zwischen nebeneinander in einer kanalförmigen Vertiefung bereits vorhandenen Partikeln. Dies ist von der Partikelgestalt und der Packungsanordnung bestimmt. Im Idealfall einer kubisch raumzentrierten Packung mit ideal sphärischen Partikeln beträgt der Durchmesser des Lückenvolumens beispielsweise das 0,414-fache des jeweiligen Partikeldurchmessers. Bei der dichtesten Kugelpackung ist es nur das 0,155-fache des jeweiligen Partikeldurchmessers. Für Pulver mit breiteren Partikelgrößenverteilungen ist eine sortenreine Trennung der Füllungen dagegen kaum möglich. Sie ist aber für die Funktionalität bei der Erfindung auch nicht in jedem Fall erforderlich.When filling a next smaller channel-shaped depression, a small amount of the new particles can penetrate into the previously filled channel-shaped depression (or into all previously filled channels if n > 2) due to their smaller external dimensions when using powders of a particular filling material with a larger particle size distribution. Absolute purity of the fillings of the individual channels would only be possible if very narrowly classified powders with a very small particle size distribution were used. These would have to be coordinated in such a way that the next smallest particle size fraction in terms of its external dimensions (diameter) is larger than the largest gap volume of the previous powder fillings between particles already present next to each other in a channel-shaped depression. This is determined by the particle shape and the packing arrangement. In the ideal case of a cubic body-centered packing with ideally spherical particles, the diameter of the gap volume is, for example, 0.414 times the respective particle diameter. With the densest spherical packing, it is only 0.155 times the respective particle diameter. For powders with broader particle size distributions, on the other hand, a pure separation of the fillings is hardly possible. However, it is not always necessary for the functionality of the invention.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigt:

1 ein Beispiel eines Trägers für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Bild wurde am 05.04.2023 zur Verfügung gestellt

It shows:

1 an example of a carrier for a device according to the invention. Image was made available on 05.04.2023

Bei dem gezeigten Beispiel wurde ein Träger 1 aus einem Wafer, der aus Silicium besteht, herausgeschnitten. An einer ebenen planaren Oberfläche wurden bei diesem Beispiel drei kanalförmige Vertiefungen 2.1, 2.2 und 2.3 durch ein Ätzverfahren so ausgebildet, dass die kanalförmigen Vertiefungen 2.1, 2.2 und 2.3 jeweils über die gesamte später chromatographisch nutzbare Länge mit kontanten Abmessungen dimensioniert sind. An den Enden sind jeweils Öffnungen 3.1, 3.2 und 3.3 und 4.1, 4.2 und 4.3 vorhanden, wobei den kanalförmigen Vertiefungen 2.1, 2.2 und 2.3 über jeweils eine der Öffnungen 3.1, 3.2 und 3.3 ein jeweiliges Fluid zugeführt werden kann, um damit chromatographische Untersuchungen durchführen zu können.In the example shown, a carrier 1 was cut out of a wafer made of silicon. In this example, three channel-shaped depressions 2.1, 2.2 and 2.3 were formed on a flat, planar surface using an etching process in such a way that the channel-shaped depressions 2.1, 2.2 and 2.3 are each dimensioned with constant dimensions over the entire length that can later be used for chromatography. Openings 3.1, 3.2 and 3.3 and 4.1, 4.2 and 4.3 are present at the ends, whereby a respective fluid can be supplied to the channel-shaped depressions 2.1, 2.2 and 2.3 via one of the openings 3.1, 3.2 and 3.3 in order to be able to carry out chromatographic investigations.

Dabei ist die erste kanalförmige Vertiefung 2.1 so ausgebildet worden, dass über die chromatographisch nutzbare Länge der Abstand seiner oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers 1 bei 1 µm bis 50 µm liegt. Die unmittelbar daneben ausgebildete kanalförmige Vertiefung 2.2 weist einen entsprechenden Abstand der oberen Kanten von 100 µm und der Abstand an der dritten kanalförmigen Vertiefung 2.3 liegt bei 200 µm.The first channel-shaped depression 2.1 is designed such that the distance between its upper edges and the surface of the carrier 1 is between 1 µm and 50 µm over the chromatographically usable length. The channel-shaped depression 2.2 formed immediately next to it has a corresponding distance between the upper edges of 100 µm and the distance to the third channel-shaped depression 2.3 is 200 µm.

In nicht gezeigter Form werden die kanalförmigen Vertiefungen 2.1, 2.3 und 2.3 mit einem polysiloxanhaltigen Pulver, dessen Partikelgrößenverteilung im Bereich 50 nm bis 300 µm liegt, ausgefüllt. Dabei wird so vorgegangen, dass das Pulver auf die Oberfläche des Trägers 1 an der die kanalförmigen Vertiefungen 2.1, 2.2 und 2.3 ausgebildet worden sind aufgegeben und verteilt wird. Zum Befüllen wird der Träger 1, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung beschrieben, mit Schwingungen beaufschlagt, so dass die kanalförmigen Vertiefungen 2.2, 2.2 und 2.3 in Abhängigkeit der Abstände ihrer oberen Kanten an der Oberfläche des Trägers 1 unterschiedlich befüllt werden, was die in den einzelnen kanalförmigen Vertiefungen 2.1, 2.2 und 2.3 enthaltenen unterschiedlichen Partikelgrößen betrifft. So sind in der ersten kanalförmigen Vertiefung 2.1 nur Partikel mit kleinen äußeren Abmessungen und in den kanalförmigen Vertiefungen 2.2 und 2.3 auch Partikel mit größeren äußeren Abmessungen enthalten, wobei sich die Partikelgrößenzusammensetzung in der kanalförmigen Vertiefung 2.2 auch von der Partikelgrößenzusammensetzung in der kanalförmigen Vertiefung 2.3 unterscheidet. Alle drei so ausgebildeten Chromatographiesäulen weisen daher ein unterschiedliches Retentionsverhalten für das jeweilige zu untersuchende Fluid auf.In a form not shown, the channel-shaped depressions 2.1, 2.3 and 2.3 are filled with a polysiloxane-containing powder whose particle size distribution is in the range 50 nm to 300 µm. The procedure is such that the powder is applied to and distributed on the surface of the carrier 1 on which the channel-shaped depressions 2.1, 2.2 and 2.3 have been formed. For filling, the carrier 1 is subjected to vibrations as described in the general part of the description, so that the channel-shaped depressions 2.2, 2.2 and 2.3 are filled differently depending on the distances between their upper edges on the surface of the carrier 1, which affects the different particle sizes contained in the individual channel-shaped depressions 2.1, 2.2 and 2.3. Thus, the first channel-shaped depression 2.1 only contains particles with small external dimensions, and the channel-shaped depressions 2.2 and 2.3 also contain particles with larger external dimensions, whereby the particle size composition in the channel-shaped depression 2.2 also differs from the particle size composition in the channel-shaped depression 2.3. All three chromatography columns designed in this way therefore have different retention behavior for the respective fluid to be examined.

Die Partikelgrößen können durch Laserbeugung bestimmt werden.The particle sizes can be determined by laser diffraction.

Claims

Method for producing a device for carrying out chromatographic investigations on fluids, in which a plurality of channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are formed on a planar, flat surface of a carrier in such a way that they each have a constant dimension over at least 80%, particularly preferably_of their entire chromatographically usable length, have an opening (3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3) at their ends and are then filled with a powder for forming chromatography columns from their side open on the surface of the carrier (1), wherein the powder used has a particle size distribution in which particles with external dimensions of a maximum of 100 µm are contained in the powder, so that particles in the powder with different sizes of their external dimensions are contained in the powder used and at least one first channel-shaped depression (2.1) is formed in such a way that a distance between its upper edges on the surface of the carrier (1) is less than 10% the particles which are contained in the powder with their largest external dimension, over which at least 80% of their total chromatographically usable length is maintained and further channel-shaped depressions (2.2, 2.3, ....2.n) are formed, in which a greater distance between their upper edges on the surface of the carrier (1), over at least 80% of their total chromatographically usable length, is maintained than at the first channel-shaped depression (2.1).

procedure according to claim 1 , characterized in that the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are provided with different distances between their upper edges on the upper surface of the support (1) over at least 80 % of its total chromatographically usable length.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are formed, the distance of the upper edges on the surface of the carrier (1) differing by 5%, preferably 10%, along their at least 80% of their chromatographically usable length.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are successively filled with powder, starting with the first channel-shaped depression (2.3) with the smallest distance between their upper edges.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are filled with a powder which is formed with at least two different particle fractions which differ from one another in their average particle size distribution and/or their respective chromatographic properties.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the powder is fed from a storage container with a predeterminable amount onto a filling and compacting device and/or directly onto the surface of the carrier (1) on which the openings of the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are arranged, and then the powder is conveyed into the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) and compacted therein by means of vibrations in the frequency range 25 Hz to 150 Hz and superimposed vibrations in the frequency range 10 kHz to 100 kHz, wherein the vibrations in the two different frequency ranges are coupled in different axial directions, in particular perpendicular to one another, and excess powder material is then removed therefrom, so that the surfaces of the powder beds in the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are flush with the planar surface of the wearer.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that vibrations in the frequency range 25 Hz to 150 Hz with amplitudes in the range 0.5 mm to 2 mm and vibrations in the frequency range 10 kHz to 100 kHz with amplitudes in the range 1 µm to 4 µm are coupled in.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the filled channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are closed in a fluid-tight manner with a cover element on their upper open side.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tempering elements are formed or arranged on the carrier (1) in the region of channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that detectors are arranged or formed at predetermined positions on the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are formed by an etching process or an energy beam.

Device produced by a method according to one of the preceding methods, characterized in that channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) are formed on a carrier (1), each of which has a constant dimension over at least 80%, particularly preferably of its entire chromatographically usable length, and are filled with particles of a powder, wherein at least a first channel-shaped depression (2.1) has a smaller distance between its upper edges and the surface of the carrier (1) than at least one further one of the channel-shaped depressions (2.2, 2.3, ....2.n) and this channel-shaped depression (2.1) is filled with particles whose external dimensions are smaller than particles contained in the further channel-shaped depressions (2.2, 2.3, ....2.n) and/or powders which differ from one another in terms of their respective chromatographically active properties.

Device according to the preceding claim, characterized in that all channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) each have different distances between their upper edges and the surface of the carrier (1) and are each filled with particles of different particle sizes.

Device according to the two preceding claims, characterized in that in channel-shaped depressions (2.1, 2.2, 2.3, ....2.n) different particles of the at least two different particle fractions.