[发明专利]一种基于直流偏置交流电场的微塑料颗粒分离装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于直流偏置交流电场的微塑料颗粒分离装置及方法，装置包括ITO玻璃基底层、3D电极层、PDMS盖片层；3D电极层积淀在ITO玻璃基底层，PDMS盖片层与玻璃基底层键合；ITO玻璃基底层包括两个ITO电极，作为电源线和3D电极层之间的导线；3D电极层包括第一3D电极和第二3D电极，分别连接ITO玻璃基底层的两个ITO电极；PDMS盖片层上设置入口，第一出口、第二出口、第三出口，一级分离区域Ⅰ、一级分离区域Ⅱ，二级分离区域Ⅰ、二级分离区域Ⅱ，第一长方形通道、第二长方形通道，一级通道以及二级通道。本发明通过施加直流偏置交流电场，结合设计的芯片结构，利用微塑料颗粒流经分离区域时同时受到的电泳力和介电泳实现不同粒径和种类微塑料颗粒的分离。

技术领域

本发明涉及微塑料颗粒分离技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于直流偏置交流电场的微塑料颗粒分离装置及方法。

背景技术

介电泳(Dielectrophoresis,DEP)分离技术已经广泛应用于颗粒分选、生物细胞分选等领域。介电泳分离技术的实现需要对微流控芯片施加电场，如果颗粒的极化率高于悬浮液的极化率，会在正介电泳力的作用下向电场强度较强的地方运动。反之，如果颗粒的极化率低于悬浮液的极化率，会在负介电泳力的作用下向电场强度较弱的地方运动。由于介电泳力的幅值取决于粒径大小，因此，不同大小的颗粒会受到不同大小的介电泳力，运动轨迹也会不同，完成分离。介电泳分离技术具有无标记性、可拓展性，芯片结构设计灵活以及效率较高等优点。

海洋中的微塑料是指通过各种途径进入海洋中的直径小于5mm的塑料颗粒。海洋中的塑料来源包括陆源输入、海上作业、海上运输、海上养殖、港口等，这些塑料经过物理、化学和生物等过程裂解成更小的微塑料颗粒。微塑料的性质相对稳定，降解过程较慢，能存在数百年至几千年，对海洋生态环境造成持续性的危害。微塑料不仅自身具有毒性，还能与毒性污染物结合，这些复合物被浮游生物、鱼类、海洋哺乳动物等误食后，会在生物体内一直存在，对海洋生物造成机械性损伤，并通过食物链和食物网转移和富集，最终可能影响人类的健康。

目前，微塑料的分离方法包括密度分离法、疏水性分离法、粒径尺寸分离法等。但是密度分离法适用于处理粒径尺寸在毫米级范围的微塑料颗粒，难于处理微/纳米级微塑料颗粒。疏水性分离法存在检测过程耗时，难以回收分离后的微塑料颗粒等不足。粒径尺寸分离法只能确定纳米级微塑料颗粒的存在，不能确定它们的含量。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于直流偏置交流电场的微塑料颗粒分离装置及方法。本发明通过施加直流偏置交流电场，结合设计的芯片结构，利用微塑料颗粒流经分离区域时同时受到的电泳力和介电泳实现不同粒径和种类微塑料颗粒的分离。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于直流偏置交流电场的微塑料颗粒分离装置，包括：ITO玻璃基底层、3D电极层、PDMS盖片层；3D电极层积淀在ITO玻璃基底层，与ITO玻璃基底层的ITO电极相连；PDMS盖片层与玻璃基底层键合；

ITO玻璃基底层包括第一ITO电极和第二ITO电极；第一ITO电极和第二ITO电极作为电源线和3D电极层之间的导线；

3D电极层包括第一3D电极和第二3D电极，第一3D电极连接第一ITO电极，第二3D电极连接第二ITO电极；

PDMS盖片层上设置入口，第一出口、第二出口、第三出口，一级分离区域Ⅰ、一级分离区域Ⅱ，二级分离区域Ⅰ、二级分离区域Ⅱ，第一长方形通道、第二长方形通道，一级通道以及二级通道。

进一步地，所述入口通过一级通道连接第二出口；所述第一出口通过二级通道连接第三出口。

进一步地，所述第一长方形通道和第二长方形通道并列连接在所述一级通道和二级通道之间。

进一步地，所述第一长方形通道和第二长方形通道的大小相同。