本發(fā)明涉及海洋船舶壓載水微生物分析，具體而言，尤其涉及一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置。

背景技術(shù)：

1、介電泳是由非均勻電場與顆粒的誘導(dǎo)有效偶極矩相互作用產(chǎn)生的粒子運動。介電泳力大小與顆粒尺寸成正比，受力方向由顆粒介電性質(zhì)決定。當(dāng)受正介電泳力時，顆粒會向高電場強度區(qū)域移動；當(dāng)顆粒受到負(fù)介電泳力時，顆粒會向低電場強度區(qū)域移動。在直流電場下，通過特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)，如使用電絕緣材料的障礙物(微液滴)產(chǎn)生空間不均勻電場，使可極化顆粒在不均勻電場中運動，就是絕緣介電泳技術(shù)。

2、航運是傳播非本地物種、有害生物和病原體的一種重要途徑。因為船舶在航行過程中為控制其橫傾、縱傾、吃水、穩(wěn)定而加裝了大量的壓載水。船舶壓載水中含有大量微生物，包括海洋細(xì)菌、病毒、真菌、顯微藻類等。這些微生物被吸入壓載艙后相當(dāng)于處在一個封閉的生態(tài)系統(tǒng)中，大部分微生物因無法適應(yīng)溫度、鹽度等因素的變化和壓載水處理系統(tǒng)的處理而死亡。但仍有一部分微生物能夠生存下來，這部分存活的微生物往往具有極強的生命力和競爭力，一旦排放到適宜的環(huán)境中，就可能發(fā)生不可控制的“雪崩式”繁殖，引起生物入侵。所以，壓載水排放前的檢測，是防止水中微生物擴散而對海洋環(huán)境造成嚴(yán)重破壞的重要環(huán)節(jié)。

3、傳統(tǒng)的壓載水微生物檢測方法包括染色法、熒光特性檢測法、流式細(xì)胞法、光學(xué)成像檢測法等。上述傳統(tǒng)壓載水微生物檢測方法存在耗時、耗力、儀器昂貴、易受外部影響以及準(zhǔn)確度較低等缺點。因此，開發(fā)高效的壓載水微生物檢測方法，對壓載水中的微生物進行快速且高效的篩選與分離成為了研究的重點。

4、近年來隨著微流控芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)可以在芯片上對壓載水中的微生物進行檢測。而用絕緣障礙代替金屬電極可以使制造過程更簡單、更便宜；其堅固的化學(xué)惰性結(jié)構(gòu)，不會對生物體或流體產(chǎn)生電化學(xué)影響；在電解過程中可以施加非常高的電場而不會產(chǎn)生氣泡。利用兩個可伸縮的微液滴障礙分離不同尺寸微生物，其設(shè)計的最大優(yōu)點是可以控制每一個微液滴障礙的大小，提供了一個動態(tài)適應(yīng)各種分離要求的電場梯度，且同一芯片可以進行多次利用，分選不同尺寸的微生物顆粒。具有微型化、高通量化、樣本需求小、試劑消耗量小等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，提供一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置。本發(fā)明裝置由樣品海洋微生物顆粒入口、鞘流入口、油液入口、第一分選區(qū)、第二分選區(qū)、出口組成。樣品入口注入混合顆粒樣品。油液入口泵入油液，通過壓力在微通道內(nèi)形成圓弧形微液滴，且微液滴和微通道的間距可根據(jù)分選顆粒的尺寸不同進行調(diào)節(jié)。第一分選區(qū)和第二分選區(qū)均應(yīng)用直流介電泳，通過兩個外部電極作用在微通道中，在微液滴處產(chǎn)生不均勻電場，經(jīng)過分選區(qū)域分選后的海洋微生物顆粒，基于尺寸根據(jù)受介電泳力大小的不同進入不同的出樣口，以實現(xiàn)海洋微生物顆粒的多級分選。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，包括：微通道層；其中：

4、微通道層上設(shè)置有微流體通道；微流體通道的兩端連通鞘流入口和第三出樣口；微流體通道的一側(cè)壁連通樣品進液通道、第一出樣通道和第二出樣通道；樣品進液通道的另一端連通樣品進液口；第一出樣通道的另一端連通第一出樣口；第二出樣通道的另一端連通第二出樣口；微流體通道的另一側(cè)壁連通第一進油通道和第二進油通道；第一進油通道的另一端連通第一進油口；第一進油口連通第一油液入口；第二進油通道的另一端連通的第二進油口；第二進油口連通第二油液入口；在微流體通道與第一進油通道連接處形成第一微液滴；在微流體通道與第二進油通道連接處形成第二微液滴；在樣品進液口設(shè)置有電源正極插入口；在第三出樣口設(shè)置有電源負(fù)極插入口；

5、分選時，將鞘液通入鞘流入口，將樣液通入樣品進液口，鞘液將樣液聚集到第一微液滴附近，便于海洋微生物顆粒受到更大的介電泳力；微流體通道和第一出樣口之間設(shè)置有第一夾角，完成尺寸差異較大的海洋微生物顆粒的分選，分離出最大尺寸的海洋微生物顆粒，完成一級分選；初篩后的較小尺寸海洋微生物顆粒通過第二微液滴后，微流體通道和第二出樣口之間設(shè)置有第二夾角，便于不同尺寸的海洋微生物顆粒經(jīng)過第二分選區(qū)域后進入到不同出口，分離中間尺寸和最小尺寸的海洋微生物顆粒，完成多級分選。

6、進一步地，所述電源正極插入口接入直流電源正極，通過微流體通道與所述第一微液滴交匯處產(chǎn)生高梯度不均勻電場；所述電源負(fù)極插入口接入直流電源負(fù)極，通過微流體通道與第二微液滴交匯處產(chǎn)生高梯度不均勻電場。進一步地，

7、進一步地，所述第一進油通道、第二進油通道與微流體通道內(nèi)形成的圓弧形微液滴大小不同，用于動態(tài)調(diào)節(jié)電場梯度；通過控制第一微液滴、第二微液滴和微流體通道的間距，進行海洋微生物顆粒多級分選，且第一微液滴、第二微液滴和微流體通道的間距可根據(jù)分選海洋微生物顆粒的尺寸不同進行調(diào)節(jié)。

8、進一步地，連通微流體通道和第一進油口的通道結(jié)構(gòu)以及連通微流體通道和第二進油口的通道結(jié)構(gòu)為t型結(jié)構(gòu)。

9、進一步地，通過注射泵施加壓力，油液通過第一油液入口和第二油液入口被泵入儲油層，通過第一蓋片和第二蓋片密封儲油層，使油液能在微流體通道和第一進油口相接的t型結(jié)構(gòu)處形成第一微液滴；在微流體通道和第二進油口相接的t型結(jié)構(gòu)處形成第二微液滴。

10、進一步地，所述電源正極插入口和所述電源負(fù)極插入口連接直流電源，用于為海洋微生物顆粒的篩選與分離施加直流信號。

11、進一步地，所述微通道層、第一蓋片和第二蓋片均為pdms材料，采用光刻澆注工藝制作而成。

12、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

13、1、本發(fā)明提供的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，利用兩個可伸縮的微液滴障礙分離不同尺寸微生物，可以控制每一個微液滴障礙的大小，提供了一個動態(tài)適應(yīng)各種分離要求的電場梯度，且同一芯片可以進行多次利用，分選不同尺寸的微生物顆粒。

14、2、本發(fā)明提供的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，對實驗人員沒有過多的要求，只需掌握正確的實驗方法即可。

15、3、本發(fā)明提供的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，無需樣品預(yù)處理，成本低廉、設(shè)計靈活，反應(yīng)時間短并且可與其他功能進行集成。

16、基于上述理由本發(fā)明可在海洋船舶壓載水微生物分析等領(lǐng)域廣泛推廣。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，包括：微通道層(3)，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，所述電源正極插入口(19)接入直流電源正極，通過微流體通道(8)與所述第一微液滴(4)交匯處產(chǎn)生高梯度不均勻電場；所述電源負(fù)極插入口(18)接入直流電源負(fù)極，通過微流體通道(8)與第二微液滴(11)交匯處產(chǎn)生高梯度不均勻電場。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，所述第一進油通道、第二進油通道與微流體通道(8)內(nèi)形成的圓弧形微液滴大小不同，用于動態(tài)調(diào)節(jié)電場梯度；通過控制第一微液滴(4)、第二微液滴(11)和微流體通道(8)的間距，進行海洋微生物顆粒多級分選，且第一微液滴(4)、第二微液滴(11)和微流體通道(8)的間距可根據(jù)分選海洋微生物顆粒的尺寸不同進行調(diào)節(jié)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，連通微流體通道(8)和第一進油口(5)的通道結(jié)構(gòu)以及連通微流體通道(8)和第二進油口(12)的通道結(jié)構(gòu)為t型結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，通過注射泵施加壓力，油液通過第一油液入口(6)和第二油液入口(12)被泵入儲油層，通過第一蓋片(7)和第二蓋片(14)密封儲油層，使油液能在微流體通道(8)和第一進油口(5)相接的t型結(jié)構(gòu)處形成第一微液滴(4)；在微流體通道(8)和第二進油口(12)相接的t型結(jié)構(gòu)處形成第二微液滴(11)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，所述電源正極插入口(19)和所述電源負(fù)極插入口(18)連接直流電源，用于為海洋微生物顆粒的篩選與分離施加直流信號。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，其特征在于，所述微通道層(8)、第一蓋片(7)和第二蓋片(14)均為pdms材料，采用光刻澆注工藝制作而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于雙可伸縮微液滴障礙的海洋微生物顆粒多級分選裝置，包括：微通道層和設(shè)置在微通道層上的樣品海洋微生物顆粒入口、鞘流入口、油液入口、第一分選區(qū)、第二分選區(qū)、出口；樣品入口注入混合顆粒樣品；油液入口泵入油液，通過壓力在微通道內(nèi)形成圓弧形微液滴，且微液滴和微通道的間距可根據(jù)分選顆粒的尺寸不同進行調(diào)節(jié)。第一分選區(qū)和第二分選區(qū)均應(yīng)用直流介電泳，通過兩個外部電極作用在微通道中，在微液滴處產(chǎn)生不均勻電場，經(jīng)過分選區(qū)域分選后的海洋微生物顆粒，基于尺寸根據(jù)受介電泳力大小的不同進入不同的出樣口，以實現(xiàn)海洋微生物顆粒的多級分選。

技術(shù)研發(fā)人員：王俊生,趙凱,許愛德,楊冰
受保護的技術(shù)使用者：大連海事大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9