一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法，本发明专利技术装置由第一光照区域、第二光照区域、可控障碍块以及微通道层组成的光诱导介电泳芯片。通过在光诱导介电泳芯片的不同位置施加光照，使光照位置电导率出现变化，从而产生不均匀电场。由于微塑料颗粒的半径不同，受到的光诱导介电泳力大小不同，半径较大的微塑料颗粒受到的介电泳力大，无法通过光照区域，半径较小的微塑料颗粒受到的介电泳力小，可以流动到出样口。通过改变可控障碍块的位置，可实现三种不同半径微塑料颗粒的分离。在本发明专利技术所述的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置及方法可利用无接触的光诱导介电泳力实现不同尺寸的目标微塑料分离及筛选。料分离及筛选。料分离及筛选。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法


[0001]本专利技术涉及海洋微塑料颗粒分析
，具体而言，尤其涉及一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法。

技术介绍

[0002]微塑料普遍被定义为直径小于5mm的塑料碎片和颗粒，它们从各种来源进入自然生态系统，包括化妆品、服装和工业过程。常见的塑料种类有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚酰胺(PA)等。微塑料具有比表面积大、迁移速度快和高疏水性等特点，因此能够积累丰富的污染物，并在水生生态系统中作为长期迁移的载体。
[0003]海洋是全世界微塑料垃圾的最终目的地，大量微塑料随洋流输运产生跨界污染，影响海洋生态系统和人类自身的健康安全，产生的问题在全球范围内备受关注。到达海洋的塑料有70％～80％是由河流输送的，主要输入物来自制造和使用过程中处理不当的废弃物、农业和土地以及污水。由于塑料聚合物表现出最小的生物降解性，因此它们在环境中可保留数百到数千年，在此期间它们会因为紫外线辐射、物理力和水解而分解成更小的碎片。水土环境中的微塑料通过污水回用、土壤地下水渗透等途径相互污染，而后通过较低营养级的生物转向较高营养级的生物，进而最终回到人类身体中，造成危害研究表明，小的微塑料更容易在生物体内积累，一般认为微塑料的粒径越小，对生态系统的危害越大。
[0004]目前，对海洋微塑料的分析方法主要有目视分析法、傅立叶变换红外光谱法、拉曼光谱法、热分析法、质谱法以及扫描电子显微镜
‑
能谱仪联用法。这些方法所需样品量大，设备昂贵，操作步骤复杂，分离效率低。由此，专利技术一种海洋微塑料颗粒筛选与分离装置，快速且高效的完成海洋微塑料颗粒相关研究尤为重要。
[0005]光诱导介电泳在芯片制作中使用了光敏材料，光图案投射到光敏材料上形成虚拟电极，所产生的非均匀电场可用于操纵细胞和微粒。相比于介电泳，光诱导介电泳不需要制备复杂的电极，只需要改变投射光的模式，操纵过程更加方便，在生物学、医学等领域的细胞筛选、输运和捕获中具有广泛的应用价值。

技术实现思路

[0006]根据上述提出的技术问题，提供一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法。本专利技术通过在光诱导介电泳芯片的不同位置施加光照，使光照位置电导率出现变化，从而产生不均匀电场。由于微塑料颗粒的半径不同，受到的光诱导介电泳力大小不同，半径较大的微塑料颗粒受到的介电泳力大，无法通过光照区域，半径较小的微塑料颗粒受到的介电泳力小，可以流动到出样口。通过改变可控障碍块的位置，可实现三种不同半径微塑料颗粒的分离。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置，包括：由第一光照区域、第二光照区域、可控障碍块以及微通道层组成的光诱导介电泳芯片；其中：
[0009]微通道层包括微流体通道、样品进液口以及第一出样口和第二出样口；微流体通道包括直通道、第一分叉通道和第二分叉通道；样品进液口连接在直通道的一端，第一分叉通道和第二分叉通道的一端均连接在直通道的另一端，第一出样口和第二出样口分别连接在第一分叉通道和第二分叉通道的另一端；
[0010]第一光照区域和第二光照区域设置在直通道上，用于在不同位置施加光照，使光照位置电导率出现变化，从而产生不均匀电场；
[0011]可控障碍块活动连接在直通道和第一分叉通道的连接处，或活动连接在直通道和第二分叉通道的连接处，通过改变可控障碍块的位置，实现三种不同半径微塑料颗粒的分离；
[0012]使用时，微塑料颗粒样品从样品进液口注入，经过第一光照区域和第二光照区域，半径较小的微塑料颗粒从第二出样口流出，通过光照控制改变可控障碍块位置，关闭第二光照区域的光照，半径稍大的微塑料颗粒从第一出样口流出，待第一出样口的样品收集完毕后，关闭第一光照区域的光照，半径最大的微塑料颗粒从第一出样口流出。
[0013]进一步地，所述光诱导介电泳芯片还包括分别连接在微通道层的顶部和底部的ITO层，ITO层的顶部和底部分别连接玻璃层，ITO层之间通过导线接入信号发生器，用于在所述微流体通道中产生交流电场。
[0014]进一步地，采用等离子体增强化学气相沉淀法在所述微通道层底部的ITO层内侧表面喷涂镀有光导层，光导层为氢化非晶硅。
[0015]进一步地，所述微通道层为PDMS材料，采用光刻浇注工艺制作而成。
[0016]进一步地，在所述可控障碍块上投射光图形并操纵光图形的移动，即可改变所述可控障碍块的位置，实现通道的选择性封闭。
[0017]进一步地，所述第一光照区域和第二光照区域采用投影仪光源，将光线通过透镜聚焦、棱镜反射到所述光诱导介电泳芯片上，从而在所述光诱导介电泳芯片上产生光学虚拟电极，在所述光诱导介电泳芯片的不同位置施加光照改变光照区域的电导率，从而产生高梯度不均匀电场。
[0018]进一步地，所述第一出样口和第二出样口大小规格相同，等宽且位于同一平面上。
[0019]进一步地，所述第一分叉通道和第二分叉通道之间设置有夹角。
[0020]本专利技术还提供了一种基于上述微塑料颗粒筛选分离装置实现的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选与分离方法，包括：
[0021]S1、等离子清洗：
[0022]将键合后的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置放入等离子清洗机中进行等离子清洗；
[0023]S2、注入待检测微塑料颗粒溶液：
[0024]用注射泵在样品进液口注入微塑料颗粒溶液；
[0025]S3、产生交流电场：
[0026]将连接ITO层顶部和底部的导线的另一端分别连接至信号发生器，在微流体通道中产生交流电场；
[0027]S4、微塑料颗粒筛选与分离：
[0028]投影仪将设计的电极图案投影至光诱导介电泳芯片上，用显微镜观察微塑料颗粒
分离效果，调节信号发生器的电压和频率，提高分离效率。
[0029]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0030]1、本专利技术提供的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法，操作简单、轻巧便携以及无需对微塑料颗粒进行标记，便可实现快速、准确的分选，对实验人员没有过多的要求，只需掌握正确的实验方法即可；
[0031]2、本专利技术提供的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法，可利用无接触的光诱导介电泳力实现不同尺寸的目标微塑料分离及筛选。
[0032]3、本专利技术提供的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法，无需样品预处理，成本低廉、设计灵活，反应时间短并且可与其他功能进行集成。
[0033]4、本专利技术提供的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置及方法，用光学电极代替以往的物理电极，实现了大规模的细胞操纵，从芯片加工到封装，过程简单且成本较低，避免了复杂的加工过程，使实验灵活并可重复使用。
[0034]5、本专利技术提供的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置，其特征在于，包括：由第一光照区域(2)、第二光照区域(3)、可控障碍块(5)以及微通道层(11)组成的光诱导介电泳芯片；其中：微通道层(11)包括微流体通道(4)、样品进液口(1)以及第一出样口(6)和第二出样口(7)；微流体通道(4)包括直通道、第一分叉通道和第二分叉通道；样品进液口(1)连接在直通道的一端，第一分叉通道和第二分叉通道的一端均连接在直通道的另一端，第一出样口(6)和第二出样口(7)分别连接在第一分叉通道和第二分叉通道的另一端；第一光照区域(2)和第二光照区域(3)设置在直通道上，用于在不同位置施加光照，使光照位置电导率出现变化，从而产生不均匀电场；可控障碍块(5)活动连接在直通道和第一分叉通道的连接处，或活动连接在直通道和第二分叉通道的连接处，通过改变可控障碍块(5)的位置，实现三种不同半径微塑料颗粒的分离；使用时，微塑料颗粒样品从样品进液口(1)注入，经过第一光照区域(2)和第二光照区域(3)，半径较小的微塑料颗粒从第二出样口(7)流出，通过光照控制改变可控障碍块(5)位置，关闭第二光照区域(3)的光照，半径稍大的微塑料颗粒从第一出样口(6)流出，待第一出样口(6)的样品收集完毕后，关闭第一光照区域(2)的光照，半径最大的微塑料颗粒从第一出样口(6)流出。2.根据权利要求1所述的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置，其特征在于，所述光诱导介电泳芯片还包括分别连接在微通道层(11)的顶部和底部的ITO层(12)，ITO层(12)的顶部和底部分别连接玻璃层(9)，ITO层(12)之间通过导线(13)接入信号发生器，用于在所述微流体通道(4)中产生交流电场。3.根据权利要求2所述的基于光诱导介电泳的微塑料颗粒筛选分离装置，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉淀法在所述微通道层(11)底部的ITO层(12)内侧表面喷涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯，魏云蔓，李轩，王俊生，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：