一种生物膜培养装置及其使用方法与流程

本发明属于环境科学技术领域，具体地说，涉及一种生物膜培养装置及其使用方法。

背景技术：

近年来，随着对不同领域中微生物研究的不断深入，微生物的存活周期、群落结构及其相应的演替规律已成为检测和评价水生生态系统健康状况最有效、最直接的手段。相较于物理化学等检测方法，生物检测在评价不同环境因子、不同污染物对水生生态系统的影响时更加灵敏、准确。

水体中90％以上的微生物均以生物膜的形式附着在有生命或无生命固体基质表面。生物膜是由微生物种群(包括细菌，原生动物和真菌等)、无机矿物和有机聚合物基质(胞外聚合物和腐殖质)组成。生物膜具有较高的表面反应性和较大的污染物吸附面积。生物膜中污染物的聚结，吸附和降解过程反映了物理，化学和生物净化的结合，这在水的自净过程中起着重要的作用。生物膜的结构和组成反映了水生微生物的群落，结构和功能的长期演变。它可能成为监测和评估水生生态系统健康状况的最有效的策略。因此，附着于河流与湖泊多种基质表面的生物膜是描述水生生态系健康状况的指标之一。然而，关于生物膜的研究多集中在污水处理，给排水和其他工程领域，对于湖泊、河流等天然水体生物膜的研究较少。此外，受制于实验设备及方法的限制，目前对天然水体生物膜的研究多限于水深较浅的湖泊、河流及湿地等易于生物膜附着生长和采集的卵石等自然基质表面，对于水深较深区域、水下多深度同步微生物生物膜研究却鲜有报道。

目前自然水体中的细菌生物膜主要依靠细胞刮刀、小刀或刷子等工具于自然水体的浅水区进行破坏性采集，难以保持生物膜原有的形态结构特征和功能。另一方面，考虑到部分深水湖泊及水库深度可达200-300米，如何培养并采集不同水深、形态结构完整的生物膜，用于生物膜形态结构和功能的研究为主要需要克服的难点。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种生物膜培养装置。

根据本发明的一个方面，提供一种生物膜培养装置，包括相对设置的两根挂杆以及在两根挂杆之间沿着所述挂杆自上而下依次设置的封闭控制开关、封闭装置和生物膜培养器，所述封闭装置包括第一封闭器和第二封闭器，所述第一封闭器和第二封闭器为均具有第一开口的中空腔体结构，所述第一封闭器和第二封闭器具有第一开口的一端套设在转动轴上转动连接，所述生物膜培养器设置在所述转动轴上，所述转动轴的两端分别固定在所述两根挂杆上，所述第一封闭器和第二封闭器之间具有开启状态和关闭状态，处于开启状态时，所述生物膜培养器暴露在外界，处于关闭状态时，第一封闭器和第二封闭器通过两个第一开口密封连通，将所述生物膜培养器密封在第一封闭器和第二封闭器内，所述封闭控制开关被配置将第一封闭器和第二封闭器锁止在开启状态，受外力时，解除锁止，第一封闭器和第二封闭器由开启状态向关闭状态转动。

可选地，还包括收集盒，所述收集盒位于所述生物膜培养器下方，并具有大于所述生物膜培养器的上部开口，所述收集盒与所述第一封闭器或/和所述第二封闭器连接，在由开启状态向关闭状态转动时，所述收集盒被配置为向上移动罩住所述生物膜培养器。

可选地，所述收集盒还具有设置十字支撑结构的下部开口。

可选地，还包括下挡板，所述下挡板固定在所述两根挂杆的下端，在水平方向的横截面大于所述生物膜培养器。

可选地，所述生物膜培养装置的下方设置有吊环，所述吊环被配置为用于悬吊配重块。

可选地，所述第一封闭器或/和所述第二封闭器在垂直于转动轴的横截面上为四分之一圆的扇形结构，所述转动轴穿过所述扇形的圆形。

可选地，所述第一开口处设置有缓冲垫层。

可选地，所述封闭控制开关包括连接杆，所述连接杆的两端分别固定在所述两根挂杆上，所述连接杆上设置有升降锤、升降弹簧、撑爪和两个固定杆，所述升降锤套设在所述连接杆上并能够相对于连接杆上下移动，所述升降锤与连接杆之间设置有升降弹簧驱动升降锤向上远离连接杆，所述两个固定杆的一端分别与第一封闭器和第二封闭器固定连接，在第一封闭器和第二封闭器固定处于开启状态时，所述两个固定杆的另一端分别卡在撑爪内被撑爪锁止，所述升降锤被配置为相对于连接杆向下移动时，能够解除撑爪对所述固定杆的的锁止。

可选地，所述生物膜培养器为具有相对的上板和下板，且四周通透的框架结构，上板和下板上设置有相对的若干对平行凹槽，每对凹槽内卡入两片用于生物膜生长的载玻片。

根据本发明的另一个方面，还提供一种上述的生物膜培养装置的使用方法，包括如下步骤：

生物膜培养装置向水中施放时使第一封闭器和第二封闭器呈开启状态；

生物膜培养完成后，控制封闭控制开关解除对第一封闭器和第二封闭器的锁止；

第一封闭器和第二封闭器达到关闭状态，将生物膜培养器密封；

从水中向上取出生物膜培养装置。

本发明的一个技术效果在于，本发明提供的生物膜培养装置，在从水中取出时，能够防止在向上移动时，水流对生物膜造成破坏，影响数据的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种具体实施方式的正视结构示意图；

图2是本发明一种具体实施方式的侧视结构示意图；

图3是本发明一种具体实施方式中封闭控制开关的侧视结构示意图；

图4是本发明一种具体实施方式中封闭控制开关的正视结构示意图；

图5是本发明另一种具体实施方式中封闭控制开关的正视结构示意图；

图6是本发明一种具体实施方式中生物膜培养器的侧视结构示意图；

图7是本发明一种具体实施方式中生物膜培养器的正视结构示意图。

图8是本发明一种具体实施方式中生物膜培养器的立体结构示意图。

图中：1升降锤，2固定杆，3封闭器，31第一封闭器，32第二封闭器，4生物膜培养器，5收集盒，6挂杆，7撑爪，8定滑轮，9升降弹簧，10挂钩，11吊环，12下挡板，13连接线，14载玻片，15螺丝，16凹槽，17转动轴，18连接杆，19钢绳，20扭力弹簧，21固定铁块。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明提供的生物膜培养装置，在从水中取出时，能够防止在向上移动时，水流对生物膜造成破坏，影响数据的准确性。

本发明提供的一种生物膜培养装置，如图1-2所示的，包括相对设置的两根挂杆6，以及在两根挂杆6之间沿着所述挂杆6自上而下依次设置的封闭控制开关、封闭装置和生物膜培养器4。

所述封闭装置包括封闭器3。所述封闭器3包括第一封闭器31和第二封闭器32。所述第一封闭器31和第二封闭器32为均具有第一开口的中空腔体结构。所述第一封闭器31和第二封闭器32具有第一开口的一端套设在转动轴17上转动连接，使得第一封闭器31和第二封闭器32能够相对转动，即两个第一开口能够靠近或者远离，在靠近时，若两个第一开口相互对应，则能够转动至完全相对，达到对第一封闭器31和第二封闭器32同时密封，共同形成一个密封的容纳腔。所述转动轴17的两端可以分别固定在所述两根挂杆6上，使得装置的整体结构更加稳固，载荷均由挂杆6所承受。

所述生物膜培养器4设置在所述转动轴17上，用于在合适的深度培养生物膜。可以是转动轴17与所述挂杆6垂直，生物膜培养器4通过设置在生物膜培养器4中心线位置处的钢绳19挂在所述转动轴17上，依靠自生重力达到水平、或者是直接将生物膜培养器4水平的固定在转动轴17上，都是可以的，本申请对此并不限制。

所述第一封闭器31和第二封闭器32之间具有开启状态和关闭状态，如图1-2中所示的，所述第一封闭器31和第二封闭器32处于开启状态，所述生物膜培养器4暴露在外界。当所述第一封闭器31和第二封闭器32处于关闭状态时，即随着第一封闭器31和第二封闭器32的相互转动，两个第一开口相互靠近直至重合，第一封闭器31和第二封闭器32通过两个第一开口密封连通，将所述生物膜培养器4密封在第一封闭器31和第二封闭器32内。在使用时，先将第一封闭器31和第二封闭器32设置处于开启状态，通过绳索将生物膜培养装置放入水中，位于预设的深度，例如通过绳索的长度进行预设，生物膜培养完成后，使得第一封闭器31和第二封闭器32处于关闭状态，完成对生物膜培养器4的密封防护，再缓慢的向上从水中取出时，能够防止在向上移动时，水流对生物膜造成破坏，影响数据的准确性。能够保证生物膜的完整度，有利于取样的准确度，保持所采集到的生物膜形态结构完整。

所述封闭控制开关用于锁止第一封闭器31和第二封闭器32位于开启状态，同时，在受到合适且足够的外力时，能够解除这种锁止，使得第一封闭器31和第二封闭器32能够由开启状态向关闭状态转动，生物膜培养装置能够向上移动，从水中取出而不影响生物膜形态结构的完整。

可选地，如图1-2所示的，还包括收集盒5。所述收集盒5位于所述生物膜培养器4下方，并具有大于所述生物膜培养器4的上部开口，在于生物膜培养器4配合使用时，能够用于容纳生物膜培养器4，并且防护生物膜培养器4的四周，防止在第一封闭器31和第二封闭器32闭合时，对生物膜培养器4内的生物膜形成水流冲击。所述收集盒5与所述第一封闭器31或/和所述第二封闭器32连接，在由开启状态向关闭状态转动时，所述收集盒5向上移动罩住所述生物膜培养器4。例如图1-2中所示的，在第一封闭器31或/和第二封闭器32上设置挂钩10，与固定在两根挂杆6之间的定滑轮8，通过连接线13(可以是钢丝、绳索等各种牵引线)与收集盒5的底端相连接，那么在第一封闭器31和第二封闭器32由开启状态向关闭状态转动时，就能够带动所述收集盒5向上移动。所述定滑轮8固定在转动轴17上方。所述挂钩10可以固定在第一封闭器31或/和所述第二封闭器32具有第一开口的一端。收集盒5并不与所述挂杆6连接。

可选地，如图5中所示的，所述收集盒5还具有设置十字支撑结构的下部开口，即其下部为缕空结构，用于减少在向上移动时，受到的阻力以及对水流的扰动作用。

可选地，如图1-2中所示的，还包括下挡板12。所述下挡板12固定在所述两根挂杆6的下端，在水平方向的横截面大于所述生物膜培养器4，用于防止在生物膜收集装置放置过程中，以及在水中培养过程中，由于水体向上的浮力而导致的对生物膜培养器4的冲击以及收集盒5上浮，而影响生物膜培养器4的培养效果。收集盒5可以预先粘接在下挡板12上，但其粘接力要小于第一封闭器31或/和第二封闭器32对收集盒5的拉力。

可选地，如图1-2中所示的，所述生物膜培养装置的下方设置有吊环11，所述吊环11用于悬吊配重块，与绳索相配合，使得确保整个生物膜培养装置在生物膜生长期间处于所需水深。所属配重块可以是铅鱼等。

可选地，所述第一封闭器31和第二封闭器32处于开启状态时，所述生物膜培养器完全暴露在外界。

可选地，所述第一封闭器31和第二封闭器32处于开启状态时，所述第一开口均朝向下方。

可选地，如图1-2中所示的，所述第一封闭器31或/和所述第二封闭器32在垂直于转动轴17的横截面上为四分之一圆的扇形结构，所述转动轴17穿过所述扇形的圆形。

可选地，所述第一开口处设置有缓冲垫层，能减轻封闭器关闭时的撞击力度并使封闭器能关紧并密封。。

可选地，如图1-5所示的，所述封闭控制开关包括连接杆18，所述连接杆18的两端分别固定在所述两根挂杆6上，所述连接杆18上设置有升降锤1、升降弹簧9、撑爪7和两个固定杆2，所述升降锤1套设在所述连接杆18上并能够相对于连接杆18上下移动，所述升降锤1与连接杆18之间设置有升降弹簧驱动升降锤1向上远离连接杆18，所述两个固定杆2的一端分别与第一封闭器31和第二封闭器32固定连接，在第一封闭器31和第二封闭器32固定处于开启状态时，所述两个固定杆2的另一端分别卡在撑爪7内被撑爪7锁止，当所述升降锤1受到外力，相对于连接杆18向下移动时，能够解除撑爪7对所述固定杆2的的锁止。所述连接杆18与所述转动轴17平行。所述连接杆18上具有穿过所述升降锤1并延伸至固定在水面上的绳索。生物膜培养装置通过连接杆18上的绳索与水面之上进行固定连接，便于寻找及控制。所述封闭控制开关可以是如图4-5所示的一种锁止挂钩开关，两个撑爪7呈八字型结构，被分别设置在两个撑爪7相对的一端的扭力弹簧20驱动使两个撑爪7向使其之间的角度更大的方向转动，所述升降锤1在与两个撑爪7相对应的位置设置有固定铁块21，固定铁块21之间具有卡槽，卡槽的宽度确定，当升降锤1相对于连接杆18向下移动时，卡槽会驱动两个撑爪7向使其之间的角度更小的方向转动，使得固定杆2与撑爪7脱开，其转动方式就如同前述的封闭器，在此不再赘述。还可以是如图5中所示的一种锁止挂钩开关，撑爪7随着升降锤1向下移动，使得撑爪7不能再挂住固定杆2，也是可以的，进一步地，本领域技术人员还可以设计成其他样式的锁止开关机构，本申请对此并不限制。

可选地，如图6-8中所示的，所述生物膜培养器4为具有相对的上板和下板且四周通透的框架结构，使得水能够在生物膜培养器4内流动，培养得到所需的生物膜结构。并且上板和下板上设置有相对的若干对平行凹槽16，每对凹槽16内卡入两片用于生物膜生长的载玻片14，或者是其他的用于供生物膜生长的材料和结构。

可选地，如图6-8中所示的，所述生物膜培养器4的四周设置有金属网，与所述凹槽16延伸端相对的金属网可拆卸的设置在所述生物膜培养器4上。例如，生物膜培养器4为长方体结构，所述生物膜培养器4正面和背面金属网分别通过四根可拆卸的螺丝15固定在生物膜培养器4上，以便取放载玻片，两侧金属网直接固定在生物膜培养器4上。用于防止大型杂质或者鱼等对生物膜培养器4中的载玻片14造成损坏。

图1-8中所示的一种具体实施方式的使用方法，包括以下步骤：

生物膜培养装置向水中施放时需使封闭器3呈开启状态，即固定杆2置于撑爪7内，被锁止。此时收集盒5处于生物膜生长器4下方，生物膜生长器完全暴露于水体中。

生物膜培养装置底部的配重块可确保整个装置在水体中与水流保持垂直并下潜至目标位置。整个生物膜培养装置可悬挂于浮漂，或优选的通过固定于两岸的支架间的钢索以放置于水体中心深度较大区域。

经过一段时间的培养(10-15天)，沿穿过升降锤1顶部小孔连接整个采样装置的绳索放下铅锤(预先固定在水面之上或者是能够分为若干块组合固定在所述绳索上)，绳索需光滑无结，以保证铅锤顺利击打升降锤1，驱动所述升降锤1相对于连接杆18向下移动。

解除对封闭器3的锁止，封闭器3由开启状态向关闭状态转动。

封闭器3完全闭合后，将生物膜培养器4包裹在封闭器3形成的内部的密封腔体内。

缓慢提升生物膜培养装置出水面，移出生物膜培养器4中的载玻片14，完成生物膜的收集或观察。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。