一种结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与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结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置及方法，装置包括基于微塑料颗粒尺寸差异筛选的确定性侧向位移分选装置和基于微塑料颗粒介电特性筛选的介电泳分选装置；在微柱阵列通道中，大于微柱直径的微塑料颗粒在通过微柱时发生碰撞并产生侧向位移，改变运动轨迹，小于微柱直径的微塑料颗粒在与微柱发生碰撞后不产生侧向位移，仍沿原流线流动，经过确定性侧向位移分选区域后，尺寸差异较大的微塑料颗粒运动至不同出口。介电泳分选装置分选区域应用直流介电泳，通过四个外部电极作用在微通道中从而产生不均匀电场，经过该区域分选后尺寸差异较小的微塑料颗粒会进入到不同的出样口，以实现微塑料颗粒的筛选与分离。料颗粒的筛选与分离。料颗粒的筛选与分离。

A device and method for screening and separating microplastics particles combining deterministic lateral displacement and dielectrophoresis

【技术实现步骤摘要】
一种结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置及方法


[0001]本专利技术涉及海洋微塑料颗粒分析
，具体而言，尤其涉及一种结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置及方法。

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。目前公认有两种微塑料分类：初级微塑料和次级微塑料。初级微塑料是指进入环境之前尺寸小于或等于5mm的任何塑料碎片或颗粒，包括衣服上的微纤维、微珠和塑料颗粒；次级微塑料是较大的塑料产品进入环境后通过自然风化过程而降解(分解)而产生的，次要微塑料的来源包括水和汽水瓶、渔网和塑料袋。
[0003]微塑料作为一种新兴污染物具有特殊性质。其粒径小、密度轻，迁移性强；另外，微塑料比表面积大，表面疏水性强，易于富集微生物、重金属和有机污染物；除此之外，微塑料还会向水体释放自身有害添加剂。这些性质影响了微塑料污染情况的复杂性，增加了相关研究的难度。
[0004]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。常见的海洋微塑料颗粒主要包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚氯乙烯等。在海洋微塑料监测中，由于海洋微塑料的物理特性以及化学组分等差异，不同类型海洋微塑料在不同环境中流动过程的时间均不相同，使海洋微塑料检测变成一大难题。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]微流控是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，又称其为芯片实验室或微流控芯片技术，是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。具有微型化、高通量化、样本需求小、试剂消耗量小等优点。

技术实现思路

[0006]根据上述提出的技术问题，而提供一种结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置及方法。本专利技术分为两部分，分别为基于微塑料颗粒尺寸差异筛选的确定性侧向位移分选装置和基于微塑料颗粒介电特性筛选的介电泳分选装置。利用微柱排列和介电泳力实现不同尺寸的目标微塑料分离及筛选。本专利技术操作简单、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。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，包括确定性侧向位移分选装置和介电泳分选装置，其中：
[0009]确定性侧向位移分选装置，包括微柱通道，微柱通道的一端连通有第一进液口、第二进液口，微柱通道的另一端连通有小尺寸微塑料颗粒溶液入口、大尺寸微塑料颗粒溶液入口；
[0010]介电泳分选装置，包括微通道层；微通道层包括：第一微流体通道、第二微流体通道；
[0011]第一微流体通道一侧用于连接第三进液口和初筛后的小尺寸微塑料颗粒溶液入口，另一侧用于连接第一出样口和第二出样口；微通道层的一侧壁设置有第一电源正极通道口，另一侧壁设置有第一电源负极通道口；
[0012]第二微流体通道一侧用于连接第四进液口和初筛后的大尺寸微塑料颗粒溶液入口，另一侧用于连接第三出样口和第四出样口；微通道层的一侧壁设置有第二电源正极通道口，另一侧壁设置有第二电源负极通道口。
[0013]进一步地，所述微柱通道由圆形微柱阵列、三角形微柱阵列、菱形微柱阵列构成。
[0014]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。
[0015]进一步地，所述第一电源正极通道口、第二电源正极通道口的宽度相同；所述第一电源负极通道口、第二电源负极通道口宽度相同；且第一电源正极通道口、第二电源正极通道口的宽度小于所述第一电源负极通道口以及第二电源负极通道口的宽度。
[0016]进一步地，第一电源正极插入口接入直流电源正极，通过所述第一电源正极通道口与所述第一微流体通道交汇处产生高梯度不均匀电场；所述第一电源负极通道口通过第一电源负极插入口接入直流电源负极；第二电源正极插入口接入直流电源正极，通过所述第二电源正极通道口与所述第二微流体通道交汇处产生高梯度不均匀电场；所述第二电源负极通道通过第二电源负极插入口接入直流电源负极。
[0017]进一步地，所述第一电源正极插入口、第一电源负极插入口、第二电源正极插入口、第二电源负极插入口与直流电源连接，用于为微塑料颗粒的筛选与分离施加直流信号。
[0018]进一步地，所述第一进液口、第二进液口之间设置有第一夹角，便于形成鞘液流使得微塑料颗粒挤压到一侧的微通道壁上；小尺寸微塑料颗粒溶液入口、大尺寸微塑料颗粒溶液入口之间设置有第二夹角，完成尺寸差异较大的海洋微塑料颗粒的分选；第三进液口和初筛后的小尺寸微塑料颗粒溶液入口之间设置有第三夹角，用于形成鞘液流使得微塑料颗粒挤压到一侧的微通道壁上；第四进液口和初筛后的大尺寸微塑料颗粒溶液入口之间设置有第四夹角，用于形成鞘液流使得微塑料颗粒挤压到一侧的微通道壁上；第一出样口和第二出样口之间设置有第五夹角，完成尺寸差异较小的微塑料颗粒的分选；第三出样口和第四出样口之间设置有第六夹角，完成尺寸差异较小的微塑料颗粒的分选。
[0019]进一步地，所述第一夹角、第二夹角、第三夹角、第四夹角、第五夹角、第六夹角均为60
°
。
[0020]本专利技术还提供了一种基于上述结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置的微塑料颗粒筛选与分离方法，包括如下步骤：
[0021]S1、将键合后的结合确定性侧向位移和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，提高通道的亲水性，便于液体流动；
[0022]S2、将铂电极插入第一电源正极插入口、第一电源负极插入口、第二电源正极插入口、第二电源负极插入口并用导线连接直流电源；
[0023]S3、用注射泵在第一进液口注入微塑料颗粒溶液，在第二进液口、第三进液口、第四进液口注入缓冲液；
[0024]S4、用显微镜观察微塑料颗粒分离效果，在确定性侧向位移区域，适当调节微塑料颗粒溶液流速，提高一级分离效率；在介电泳分选区域，适当调整电压，提高二级分离效率。
[0025]进一步地，所述确定性侧向位移分离区域为一级筛选区域；所述介电泳分选区域为二级筛选区域。
[0026]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0027]1、本专利技术提供的结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，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；
[0028]2、本专利技术提供的结合确定性侧向位移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，其特征在于，包括确定性侧向位移分选装置和介电泳分选装置，其中：确定性侧向位移分选装置，包括微柱通道(3)，微柱通道(3)的一端连通有第一进液口(1)、第二进液口(2)，微柱通道(3)的另一端连通有小尺寸微塑料颗粒溶液入口(4)、大尺寸微塑料颗粒溶液入口(5)；介电泳分选装置，包括微通道层(28)；微通道层包括：第一微流体通道(20)、第二微流体通道(21)；第一微流体通道(20)一侧用于连接第三进液口(6)和初筛后的小尺寸微塑料颗粒溶液入口(4)，另一侧用于连接第一出样口(8)和第二出样口(9)；微通道层(28)的一侧壁设置有第一电源正极通道口(16)，另一侧壁设置有第一电源负极通道口(17)；第二微流体通道(21)一侧用于连接第四进液口(7)和初筛后的大尺寸微塑料颗粒溶液入口(5)，另一侧用于连接第三出样口(10)和第四出样口(11)；微通道层(28)的一侧壁设置有第二电源正极通道口(18)，另一侧壁设置有第二电源负极通道口(19)。2.根据权利要求1所述的结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，其特征在于，所述微柱通道(3)由圆形微柱阵列、三角形微柱阵列、菱形微柱阵列构成。3.根据权利要求1所述的结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，其特征在于，所述微通道层(28)为PDMS材料，采用光刻浇注工艺制作而成。4.根据权利要求1所述的结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，其特征在于，所述第一电源正极通道口(16)、第二电源正极通道口(18)的宽度相同；所述第一电源负极通道口(17)、第二电源负极通道口(19)宽度相同；且第一电源正极通道口(16)、第二电源正极通道口(18)的宽度小于所述第一电源负极通道口(17)以及第二电源负极通道口(19)的宽度。5.根据权利要求1所述的结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛选与分离装置，其特征在于，第一电源正极插入口(12)接入直流电源正极，通过所述第一电源正极通道口(16)与所述第一微流体通道(20)交汇处产生高梯度不均匀电场；所述第一电源负极通道口(17)通过第一电源负极插入口(13)接入直流电源负极；第二电源正极插入口(14)接入直流电源正极，通过所述第二电源正极通道口(18)与所述第二微流体通道(21)交汇处产生高梯度不均匀电场；所述第二电源负极通道(19)通过第二电源负极插入口(15)接入直流电源负极。6.根据权利要求5所述的结合确定性侧向位移和介电泳的微塑料颗粒筛...

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