CN107782712B - 一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸 - Google Patents

一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电活性微生物菌落的快速鉴别试纸，该试纸由环形探测头，导线，绝缘密封层，变色区组成。其中，环形探测头和导线由金属或碳材料拼接而成。变色区由上到下由绝缘透明覆盖层，变色层，导电层和绝缘透明覆盖层组成，并密封。变色层中含有能接收电子发生颜色变化的物质。导电层与导线相接触，用以接收电子并传递给变色层中的离子或分子，发生颜色的变化。上述试纸在能够快速检测电活性微生物菌落，在鉴定电活性微生物中有重要用途。

Description

一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸
技术领域
本发明涉及一种微生物菌落快速鉴别试纸，特别是一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸，属于环境生物技术领域。
背景技术
电活性微生物(Electrochemically active bacteria，EAB)可以在氧化分解有机/无机底物的同时，将胞内电子传递到胞外，与胞外电子受体结合。近年来，将电活性细菌附着生长在导电电极材料表面构建的微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)具有废物处置和产电的双重功效，因而受到了广泛的关注。目前，MFC阳极微生物一般以厌氧污泥，土壤，生活污水，长期运行的MFC出水等为接种物，分离鉴定出的EAB已经有50株左右，主要分属于变形杆菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)，其中，地杆菌属(Geobacter)和希瓦氏菌属(Shewanella)最为常见。然而，鉴于目前MFC的产电能力仍非常有限，更多高产电活性微生物还有待被分离和纯化。电活性微生物的分离纯化步骤一般为培养基接种，厌氧培养，挑选单菌落，扩大培养，产电能力测试等。可见，对于微生物产电能力鉴定的操作复杂且耗时较长。因此，开发一种电活性微生物菌落的快速鉴别方法十分必要。公开号为CN103290092B的专利，开发了一种评估微生物产电能力的简易高效方法。该方法，将Shewanella oneidensis MR-1接种于液体培养基中，通过物理或化学的方法进行诱变，诱变后的菌液涂布到含有染料指示剂(甲基橙，萘酚绿B，三苯甲烷染料等)的固体平板上，观察厌氧条件下微生物能否降解染料形成透明圈，根据透明圈的大小等特征来衡量筛选产电能力较高的微生物。该方法操作较复杂，若采用该法鉴别MFC阳极混菌生物膜中的产电菌菌落，则工作量较大，实用性较差。公开号为CN102586389A的专利，开发了一种快速筛选产电微生物的方法。该方法在微生物的培养基中加入一种或多种含有Ce4+，Ba2+，Fe3+，Cr6 +，Sn4+，Mn4+，Cu2+的化合物，利用电活性微生物菌落产生的电子还原上述化合物产生颜色变化，以此判断微生物是否具有电活性。该方法直接在培养基中加入上述金属化合物，一方面这些高价离子或金属氧化物可能与培养基中的某些成分发生反应，造成底物的不足；另一方面，高价金属离子的存在会影响和抑制微生物的生长。
针对以上问题，本发明提出一种电活性微生物菌落的快速鉴别方法及试纸，为产电微生物的快速鉴别和分离纯化提供便捷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电活性微生物菌落的快速鉴别试纸。
该试纸包括探测头，导线，变色区。
其中，探测头可为环形。
探测头和导线由具有导电性的材料制备而成，可以为金属或碳材料拼接而成，且使用时两者之间可以折成任意角度。
导线表面可设置绝缘密封层。
变色区包括变色层，变色层能接收电子发生颜色变化；变色层可以为吸附有CuSO4/CuCl2、K2Cr2O7、Fe2(SO4)3/FeCl3、蒽醌-2,7-二磺酸钠[AQDS]、烷基联吡啶或四噻富烯等水溶液的白色超吸水纤维薄层，也可为含水0.01％～1％的聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺薄膜。
变色区由上到下由绝缘透明覆盖层，变色层，导电层和绝缘透明覆盖层组成，并密封。导电层与导线相接触，用以接收电子并传递给变色层中的变色物质。
使用时，将导电的环形探测头与单个微生物菌落接触，若为电活性菌落，其产生的电子将通过与环形探测头相连的导线传递到变色区，并被变色区含有的变色物质接收后发生颜色的变化，以此鉴别菌落是否为电活性微生物的菌落。
本发明的具体技术方案如下：
(1)搭建MFC装置，以厌氧污泥，土壤，生活污水，长期运行的MFC出水等为接种物，在阳极表面富集生长电活性微生物。
(2)将上述阳极材料表面的微生物接种于液体培养基中，厌氧条件下培养到对数后期，取一定体积的菌液，稀释到1×103CFU/mL，取一定量上述菌液涂布在固体平板上
(3)将步骤(2)涂布好的固体平板，置于厌氧培养箱中，30℃下培养，直到长出菌落。
(4)将导电的环形探测头与单个微生物菌落接触，若为电活性菌落，其产生的电子将通过与环形探测头相连的导线传递到变色区，并被变色区含有的有色物质接收后发生颜色的变化，以此鉴别菌落是否为电活性微生物的菌落。
本发明的优点：
本发明的优点在于提供了一种电活性微生物的快速鉴别试纸，与现有技术相比，该方法操作简单，不存在显色剂对微生物生长的影响问题，可以实现电活性微生物菌落的快速鉴别。
附图说明
附图1-3为一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸。
图1为电活性微生物菌落快速鉴别试纸。
①：探测头 ②：导线 ③：绝缘密封圈 ④：变色区
图2电活性微生物菌落快速鉴别试纸变色区
⑤：绝缘密封处 ⑥：绝缘透明覆盖层 ⑦：变色层 ⑧：导电层
图3为电活性微生物快速鉴别试纸的使用方式
⑨：菌落 ⑩：电活性微生物快速鉴别试纸
具体实施方式：
实施例1一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸
一种电活性微生物快速鉴别试纸，包括探测头、导线、变色区；探测头和导线由导电材料制备而成，两者相连可以折成任意角度；变色区与导线相连，包括能接收电子并发生颜色变化的变色层。
实施例2一种优选的电活性微生物菌落快速鉴别试纸
一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸，包括探测头、导线、变色区，所述探测头为环状Cu材质的薄片(内径为0.5cm，外径为1cm，厚度为0.5mm)。导线为长条形Cu片，导线两端分别连接环形探测头和变色区。探测头与导线之间可以折成任意角度，以便于使用。变色区为长方形(1.5cm×2.0cm)，由上到下由聚乙烯(PE)绝缘透明塑料覆盖层，变色层(吸附有CuCl2溶液的白色超吸水纤维薄层)，导电层(ITO玻璃薄片)和PE绝缘透明覆盖层组成。
实施例3一种优选的电活性微生物菌落快速鉴别试纸
一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸，包括探测头、导线、变色区，所述探测头为环状石墨薄片(内径为0.5cm，外径为1cm，厚度为0.5mm)。导线为Cu材质，导线两端分别连接环形探测头和变色区。探测头与导线之间可以折成任意角度，以便于使用。变色区为长方形(1.5cm×2.0cm)，由上到下由聚苯乙烯(PS)绝缘透明塑料覆盖层，变色层(吸附有四噻富烯水溶液的超吸水纤维)，导电层(碳黑薄层)和PS绝缘透明覆盖层组成，采用热熔焊接的方法密封。
实施例4一种优选的电活性微生物菌落快速鉴别试纸
一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸，包括探测头、导线、变色区，所述探测头为环状石墨薄片(内径为0.5cm，外径为1cm，厚度为0.5mm)。导线为Cu材质，导线两端分别连接环形探测头和变色区。探测头与导线之间可以折成任意角度，以便于使用。变色区为长方形(1.5cm×2.0cm)，由上到下由聚氯乙烯(PVC)绝缘透明塑料覆盖层，变色层(P型掺杂的聚噻吩薄膜)，导电层(石墨烯薄层)和PVC绝缘透明覆盖层组成，采用热熔焊接的方法密封。
实施例5电活性微生物菌落快速鉴别试纸的应用
将石墨毡阳极和活性碳空气阴极置于28mL的MFC反应器中，以污水处理厂厌氧池污泥为接种物，外接500Ω外阻，加入含有乙酸钠(1g/L)的PBS缓冲液(50mM)为阳极液，室温下接种，待MFC体系的输出电压稳定即为电活性生物膜接种成功。将阳极取出，用干净的针头挑取一定面积的生物膜接种于LB液体培养基中，30℃下厌氧培养。以30min时间间隔测试微生物的生长曲线，培养到对数后期。取上述菌液1mL，加入无菌水稀释到1×103CFU/mL，取一定量上述菌液涂布在LB固体平板上，置于厌氧培养箱中，30℃下培养，直到长出菌落。将电活性微生物菌落的鉴别试纸的环形导电探测头放在单个菌落上方，观察与导电探针相连的变色层CuCl2溶液的蓝色是否变浅或消失。出现上述颜色变化则认为探针接触菌落为电活性微生物菌落。
实施例6电活性微生物菌落快速鉴别试纸的应用
将石墨毡阳极和活性碳空气阴极置于28mL的MFC反应器中，以生活污水为接种物，外接1000Ω外阻，以含有1g/L乙酸钠的PBS缓冲液(50mM)为阳极液，室温下接种，待MFC体系的输出电压稳定即为电活性生物膜接种成功。将阳极取出，用干净的针头挑取一定面积的生物膜接种于LB液体培养基中，30℃下厌氧培养。以30min时间间隔测试微生物的生长曲线，培养到对数后期。取上述菌液1mL，加入无菌水稀释到1×103CFU/mL，取一定量上述菌液涂布在LB固体平板上，置于厌氧培养箱中，30℃下培养，直到长出菌落。将电活性微生物菌落的鉴别试纸的环形导电探测头放在单个菌落上方，观察与导电探针相连的变色区中的四噻富烯是否变为黄色。出现上述颜色变化则认为探针接触菌落为电活性微生物菌落。
实施例7电活性微生物菌落快速鉴别试纸的应用
将石墨毡阳极和活性碳空气阴极置于28mL的MFC反应器中，以湖底沉积物为接种物，外接1000Ω外阻，采用蠕动泵连续泵入含有1g/L葡萄糖的PBS缓冲液(50mM)，室温下接种，待MFC体系的输出电压稳定即为电活性生物膜接种成功。将阳极取出，用干净的针头挑取一定面积的生物膜接种于LB液体培养基中，30℃下厌氧培养。以30min时间间隔测试微生物的生长曲线，培养到对数后期。取上述菌液1mL，加入无菌水稀释到1×103CFU/mL，取一定量上述菌液涂布在LB固体平板上，置于厌氧培养箱中，30℃下培养，直到长出菌落。将电活性微生物菌落的鉴别试纸的环形导电探测头放在单个菌落上方，观察与导电探测头相连的变色区中聚噻吩薄膜是否由橘红色变为蓝色。出现上述颜色变化则认为探针接触菌落为电活性微生物菌落。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种电活性微生物菌落快速鉴别试纸，其特征在于，包括探测头、导线、变色区，所述探测头和导线由导电材料制备而成，两者相连可以折成任意角度；变色区与导线相连，包括能接收电子发生颜色变化的变色层；
所述变色区包括绝缘透明层、导电层和变色层，绝缘透明层设置于变色区上下表面，导电层置于变色层下方，两者紧密接触；
所述变色区中的变色层为吸附有CuSO4/CuCl2、K2Cr2O7、Fe2(SO4)3/FeCl3、蒽醌-2,7-二磺酸钠[AQDS]、烷基联吡啶或四噻富烯水溶液的白色吸水纤维薄层；或者，所述变色区中的变色层为含水0.01%~1%的聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺薄膜。
2.权利要求1所述的快速鉴别试纸，其特征在于，还包括包裹于导线外侧的绝缘密封层。
3.权利要求1所述的快速鉴别试纸，其特征在于所述探测头为环形。
4.权利要求1所述的快速鉴别试纸，其特征在于所述探测头和导线由金属或碳材料拼接而成。
5.权利要求1所述的快速鉴别试纸，其特征在于所述变色区密封。
6.根据权利3所述的快速鉴别试纸，其特征在于所述变色区表面的绝缘透明覆盖层为玻璃或塑料材质。
7.根据权利要求3所述的快速鉴别试纸，其特征在于变色区内导电层为ITO导电玻璃或导电碳材料。
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