船舶作为远洋运输的重要工具,其平稳航行主要依靠压载水保持平衡。值得注意的是压载水中携带的有害微生物会严重破坏海洋生态环境,因此压载水公约规定,各船舶在排放压载水前需对水中微生物进行检测,当高于排放标准时需对压载水做进一步处理。然而,压载水中各种藻类及杂质互相掺杂,给检测过程及后续处理造成了很大的困扰。因此,研究高通量的微藻分离方法,高效的微藻灭活及快速反馈方法是当前压载水研究中亟待解决的问题。针对上述问题,本文基于微流控芯片技术,对压载水中藻类的分离以及微藻的快速高效处理进行了研究,内容主要包括以下两个方面:(1)基于确定性侧向位移芯片的压载水中微藻细胞的分离本文根据不同微藻间尺寸、硬度存在差异的特性提出了基于确定性侧向位移的被动式分离芯片。首先,通过在微流控芯片内设计特定参数的三角形及圆形微柱阵列,操控不同尺寸的微藻沿不同轨迹运动;其次,通过对微柱间速度场及压强场的仿真,分析微柱间各项参数对微藻细胞运动轨迹的影响,进而确定分离参数;最后,利用软光刻技术制作三角形及圆形分离芯片,完成分离系统设计并通过操控样品流速实现微藻细胞的分离,为后续微藻特性检测及微藻处理提供基础。(2)基于微流控芯片的微藻细胞的处理及活性检测在这项技术研究中,本文使用多种浓度的处理液对压载水中的微藻进行化学处理。首先,提出了一种基于微流控的浓度梯度生成芯片,它可以生成任意浓度的处理液。该芯片采用高效混合的蛇形通道,基于哈根-泊肃叶定律对微流体回路进行电路等效,利用基尔霍夫电流、电压定律,对芯片各参数进行分析确定,完成芯片设计。其次,基于激光诱导微藻叶绿素荧光的特性,实时采集被NaClO溶液处理的微藻细胞的整体荧光,用定量细胞的荧光强度来表征微藻细胞的存活率;最后,将高通量浓度梯度芯片和微藻荧光检测相结合,设计微藻处理检测系统,快速地筛选出微藻灭活的最适处理液浓度及处理时间,为压载水处理参数的筛选提供了重要参考。