一种基于双水相微流控的微藻多级分选装置及方法

1.本发明涉及微藻的分选领域，尤其涉及一种基于双水相微流控的微藻多级分选装置及方法。


背景技术：

2.随着船舶的航行，从不同海域压载的压载水被四处转运，会造成原海洋生态系统中的水生生物群体进入到另一个海洋生态系统中，出现外来生物入侵问题，压载水也成为了国际上公认的引入外来生物入侵的主要途径之一。而微藻是船舶压载水中普遍存在的一类水生生物，在缺乏天敌的海洋环境中，一旦对环境有害的微藻大量繁殖、四处扩散，便会威胁当地的生物多样性，造成严重的经济损失。微藻种类众多，运用合适的方法对船舶压载水中不同的微藻进行分选，以便对其进一步地研究，对于船舶压载水的处理具有重要的意义。
3.目前船舶压载水中微藻分选方法主要有形态学观察法和生物化学分类法等。形态学观察法主要是通过直观地观察微藻细胞，根据其形态、大小、排列和特殊构造等表型特征来确定微藻的种类，是微藻分选方法中比较常用的一种方法。但是，这种方法只有长期从业人员才可以较好地完成，整个过程费时费力，受到较强的人为因素干扰。而生物化学分类法是一种根据微藻的特征性化学组分对其进行分类的方法，这种方法对不同微藻的鉴定具有十分重要的意义。但是，由于微藻的特征性化学组分很容易遭到破坏，因此分选的结果常常会受到影响。综上所述，有待发明一种不会破坏微藻的，不受人为因素影响的微藻分选方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于双水相微流控的微藻多级分选装置及方法，解决了现有微藻分选方法易破坏微藻的问题。
5.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
6.一种基于双水相微流控的微藻多级分选装置，其特征在于：包括通过导线相连的微流控芯片和电压控制器；所述微流控芯片由pdms层与载玻片键合而成，所述pdms层上设置有第一水相储液池、第二水相储液池和样品储液池，所述第一水相储液池、第二水相储液池和样品储液池上各设置有一储液管，所述第一水相储液池、第二水相储液池和样品储液池底部分别与双水相体系主通道相连，所述双水相体系主通道依次与n个样品分选通道和废液储液池相连，所述样品分选通道与所述双水相体系主通道垂直设置，所述样品分选通道两端各设置有一储液池，所述储液池上设置有电极。
7.优选地，所述电压控制器输出端设置有一个接地接口和n个电压输出接口，n个电压输出接口输出的直流电压大小不同。
8.优选地，n个所述样品分选通道同一侧储液池上的电极与所述电压控制器的接地接口相连，n个所述样品分选通道另一侧储液池上的电极分别与n个电压输出接口相连。
9.优选地，所述双水相体系主通道与n个样品分选通道均具有80mm的均匀高度。
10.优选地，所述第一水相储液池内设置有peg溶液，所述第二水相储液池内设置有dex溶液。
11.一种基于双水相微流控的微藻多级分选方法，基于上述任意一项所述的装置实现，包括以下步骤：
12.s1、加入溶液：将第一水相溶液、第一水相溶液与微藻的混合溶液以及第二水相溶液分别经储液管加入到第一水相储液池、样品储液池、第二水相储液池中，储液池内水位高度不同，存在压力差，通过压力差驱动所加溶液在储液池中流动，两侧的第一水相溶液和第二水相溶液挤压中间的混合溶液，使得微藻吸附在第一水相溶液和第二水相溶液形成的双水相界面上；
13.s2、施加电场：将电极分别插在n个样品分选通道两侧的储液池中，打开电压控制器，电压控制器通过电极向微流体芯片施加直流电压，由电压控制器的多个电压输出接口分别控制n个样品分选通道中直流电场的电场强度，使得电场强度按照n个样品分选通道的排序，依次增大；
14.s3、通电后，微藻在双水相体系主通道中沿双水相界面移动，依次经过电场强度逐渐增大的直流电场，在某一直流电场作用下，微藻脱离双水相界面，沿着电场方向运动到某一级样品分选通道中，最终移动至对应的储液池，不同的微藻会在不同的直流电场作用下脱离双水相界面，经过不同的样品分选通道进入不同的储液池，进而实现微藻的多级分选。
15.本发明的有益效果在于：
16.本发明可以通过控制直流电场的电压，实现微藻在双水相体系的两相溶液之间进行定向转移，这种定向转移可以被精确控制；
17.本发明所使用的微藻分选方法响应速度快，溶液中的微藻在微通道中转移所需时间很短，可以控制在几十毫秒以内，极大地缩短了分选时间；
18.本发明通过施加直流电场实现了微藻在液
‑
液界面上进行可控制的定向转移，没有引入新的分子来改变系统的物理性质和化学性质，且直流电场的电场强度较小，不会破坏微藻，以便对其进行下一步的研究。
附图说明
19.为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明装置的结构示意图。
21.附图标号说明：
22.1、微流控芯片；2、导线；3、电压控制器；4、载玻片；5、样品储液池；6、第一水相储液池；7、第二水相储液池；8、储液管；9、双水相体系主通道；10、样品分选通道；11、电极；12、储液池，13、废液储液池。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
26.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
28.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
29.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
30.本发明提供一种技术方案：一种基于双水相微流控的微藻多级分选装置及方法，装置结构如图1所示。实施例列举了一种双水相体系即peg
‑
dex双水相体系。比较笼统说法
是聚合物
‑
聚合物双水相体系。除此之外还有聚合物
‑
无机盐双水相体系，离子液体
‑
无机盐双水相体系等。
31.实施例
32.包括通过导线2相连的微流控芯片1和电压控制器3；
33.微流控芯片1包括载玻片4，载玻片4上设置有peg(聚乙二醇)储液池、dex(右旋糖酐)储液池和样品储液池5，peg储液池、dex储液池和样品储液池5上各设置有一储液管8，peg储液池、dex储液池和样品储液池8底部分别与双水相体系主通道9相连，双水相体系主通道9依次连接第一样品分选通道，第二样品分选通道，第三样品分选通道和废液储液池13，第一样品分选通道，第二样品分选通道，第三样品分选通道与双水相体系主通道9垂直设置，第一样品分选通道两端设置有第一储液池和第二储液池，第二样品分选通道两端设置有第三储液池和第四储液池，第三样品分选通道两端设置有第五储液池和第六储液池，第一储液池、第二储液池、第三储液池、第四储液池、第五储液池和第六储液池上各设置有一电极11，电压控制器3输出端设置有若干个接口，包括一个接地接口和三个电压输出接口，三个电压输出接口输出的直流电压大小不同。第一储液池、第三储液池和第五储液池上的电极11与电压控制器的接地接口相连，第二储液池、第四储液池和第六储液池上的电极11分别与三个电压输出接口相连。微通道均具有80mm的均匀高度。
34.一种基于双水相微流控的微藻多级分选方法，包括以下步骤：
35.s1、加入溶液：将peg溶液、peg溶液与微藻的混合溶液以及dex溶液分别经储液管加入到peg储液池、样品储液池、dex储液池中，微通道内水位高度不同，存在压力差，通过压力差驱动所加溶液在微通道中流动，两侧的peg溶液和dex溶液挤压中间的混合溶液，使得微藻吸附在peg
‑
dex界面上；
36.s2、施加电场：将电极分别插在多级样品分选通道两侧的储液池中，打开电压控制器，电压控制器通过电极向微流体芯片施加直流电压，由电压控制器的多个电压输出接口分别控制多级样品分选通道中直流电场的电场强度，使得电场强度按照多级样品分选通道的排序，依次增大；
37.s3、多级分选：通电后，微藻在双水相体系主通道中沿液
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液界面移动，依次经过电场强度逐渐增大的直流电场，在某一直流电场作用下，微藻脱离peg
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dex界面，沿着电场方向运动到某一级样品分选通道中，最终移动至对应的储液池，不同的微藻会在不同的直流电场作用下脱离液
‑
液界面，经过不同的样品分选通道进入不同的储液池，进而实现微藻的多级分选。
38.本发明的原理如下：
39.由于浸没在双水相体系中的微藻表面带有电荷，在直流电场的作用下，微藻会沿电场线的方向运动，即电泳运动。当微通道中布满peg溶液和dex溶液后，由于受到溶液的相互作用，微藻集中分布于peg溶液与dex溶液的交界面上，与该界面相互接触，液
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液界面对微藻的电泳运动起到阻碍作用，阻止微藻穿过界面。当微藻在电场中获得足够的能量并且能够克服界面上的能垒时，就可以摆脱液
‑
液界面的束缚，从而穿过界面转移到双水相体系的某一相溶液中。
40.微藻在双水相体系中的转移由直流电场的电压所决定，其转移方向取决于直流电场的电压方向。由于微藻克服界面能垒所需要的自由能大小不同，能量的大小取决于微藻
的尺寸、界面张力以及微藻在界面处的接触角等因素。因此，通过控制所施加电脉冲的电压，双水相体系中的液
‑
液界面可以用作过滤器，将不同尺寸的微藻进行过滤，实现多级分选。
41.本发明所使用的这种方法适用范围广，该方法不仅适用于微藻的分选，对颗粒和其他细胞的定向操控同样适用。本发明整体装置简单且体积极小，重量轻，便于携带。
42.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。