CN108362512B - 深海微生物样品的rna原位保存装置及其方法 - Google Patents

Abstract

深海微生物样品的RNA原位保存装置及其方法，设有机械臂把手、上下部外盖旋紧装置、上盖、玻璃瓶、主腔体、单向阀、玻璃挡片、下盖密封堵头、转接头、弹簧、泥面支持平台和进样管；机械臂把手通过上部外盖旋紧装置固定在上盖上，上盖固定在主腔体内上部，上盖下部接玻璃瓶，主腔体底部与下盖密封堵头和下部外盖旋紧装置连接，下部外盖旋紧装置上设有单向阀，单向阀底部通过样品通道接玻璃挡片，玻璃挡片下部设破碎刀头，下部外盖旋紧装置底部设在平台上表面，平台中设有进样管，破碎刀头上设弹簧。保存装置在下行遇沉积物阻挡，平台停止，刀头击穿玻璃挡片通道开启；样品进入保压仓后，玻璃瓶爆裂，固定液与样品混合，实现采样器的应用。

Description

深海微生物样品的RNA原位保存装置及其方法

技术领域

本发明涉及RNA原位保存装置，尤其是涉及深海微生物样品的RNA原位保存装置及其方法。

背景技术

深海是指水深超过1000m的海洋，这里的海洋环境特殊，具有高压、低温、黑暗、寡营养等特点。深海底部的海底沉积物中含有大量的微生物，这些微生物具有与大部分微生物相似的基因组，但是却有完全不同的基因表达以及营养代谢途径。而这些特殊的代谢途径以及转录组却是人类积极想参考及利用的基因资源。从基因组到蛋白质的转录表达，需要RNA(核糖核酸)的介导，因此了解极端微生物的转录组是开展深海极端环境基因资源开发前提。

RNA是生物体遗传物质的中间载体，它与生物的基因表达、蛋白质合成直接相关。在自然界中，RNA的表达极易受环境的影响而改变，同时也极易降解。深海里的微生物若在采集过程中没有严格的保温、保压措施，在长达2～3h的采样及上浮过程中，其体内转录组表达方式已经发生变化，更有甚者微生物体内的RNA降解酶已经将RNA降解殆尽，留下有限的遗传信息。

为了确保深海机器人在采集深海微生物样品过程种，温度及压力没有显著变化，国内外许多科研团队设计发明了多种保温保压装置，如以下文献(蔡家品,赵义,阮海龙,陈云龙,梁涛,刘海龙,刘协鲁,2016；黄中华,刘少军,金波,陈鹰,2006；黄中华,金波,刘少军,李力,谢英俊,陈鹰,2006；任翀,王峰,刘小涯,王旭阳,曾润颖,2016；王钰岩,陈家旺,谢英俊,2013；于凯本,赵淑红,汪传生,曾宪奎,2014；朱亮,顾临怡,秦华伟,2005)所报道的这些装置的设计思想是将样品保压采回甲板后进行迅速的降压、开舱操作，这虽然最大限度地保障了样品基因信息的完整性，但是与原位采样、固定相比，这个过程还是经历了数个小时，因此增加了很多的不确定性。由此可知，目前国内外只有将深海样品保压、保温取回甲板的装置，并没有沉积物样品原位固定、保存的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供既适用于深海机器人操作，又能够自主进行沉积物、底表海水中微生物RNA样品原位保压采样，实现样品采集与样品固定同时完成，满足人类对于开发和利用深海基因资源需要的深海微生物样品的RNA原位保存装置。

本发明的另一目的在于提供深海微生物样品的RNA原位保存方法。

所述深海微生物样品的RNA原位保存装置设有机械臂把手、上部外盖旋紧装置、上盖、密封圈、装有RNA固定液的玻璃瓶、主腔体、单向阀、样品通道、玻璃挡片、合金玻璃破碎刀头、下盖密封堵头、下部外盖旋紧装置、转接头、弹簧、泥面支持平台和进样管；所述机械臂把手通过上部外盖旋紧装置固定在上盖上，上盖固定在主腔体内的上部，上盖的下部接装有RNA固定液的玻璃瓶，所述上盖与主腔体上部内侧设密封圈，主腔体的底部与下盖密封堵头和下部外盖旋紧装置连接，下部外盖旋紧装置上设有单向阀，单向阀的底部通过样品通道接玻璃挡片，玻璃挡片的下部设合金玻璃破碎刀头，下部外盖旋紧装置的底部设在泥面支持平台上表面，泥面支持平台中设有进样管，合金玻璃破碎刀头上设弹簧。

所述密封圈可采用双层密封圈。

所述主腔体可采用316不锈钢材料，所述主腔体的体积可为30～50mL。

若将标准的机械臂把手换成箭羽状的尾部，将采样器与强力绳连接后，直接将采样器抛入海中，采样器垂直撞击海底沉积物后，玻璃被戳破，在强大的压力驱使下，沉积物样品进入主腔体，完成样品的采集。

RNA原位保存装置容积设计依据：根据RNA样品保存的基本实验要求，主腔体的体积在30～50mL，预留的RNA固定液与泥样的体积比在1︰1。

所述深海微生物样品的RNA原位保存方法包括以下步骤：

1)深海微生物样品的RNA原位保存装置在下行过程中，遇到沉积物的阻挡，泥面支持平台停止，主腔体由于惯性继续下行，合金玻璃破碎刀头击穿玻璃挡片，完成采样通道的开启；

2)海水、沉积物等高压样品进入保压仓后，装有RNA固定液的玻璃瓶爆裂，实现RNA固定液与高压样品的混合，调节玻璃窗口的暴露直径以及玻璃挡片的厚度实现采样器在不同深度的应用。

在步骤1)中，所述泥面支持平台停止是在采样器触底后停止；所述合金玻璃破碎刀头击穿玻璃挡片是由于惯性继续下行从而为合金玻璃破碎刀头击穿玻璃提供能量和条件，即在保压仓内预制RNA保存液，通过触底的方式由合金玻璃破碎刀头击碎玻璃挡片打开样品的通道。

在步骤2)中，所述装有RNA固定液的玻璃瓶是在主腔体内部预留装有RNA固定液的玻璃瓶。

与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

1)装有RNA固定液的玻璃瓶，首先，目前市面上有多种RNA固定液，均具有强的腐蚀性，因此放在质量稳定且易碎的玻璃瓶是最佳的选择；其次，玻璃瓶的壁不能太厚，否则采样时，玻璃瓶不易破裂，固定液无法顺利释放；另外，玻璃瓶内必须有空气，这样在高压下，玻璃瓶更容易破裂。

2)主腔体采用316不锈钢，也可以选择其他材质，但必须满足抗压以及防腐的两个需求。

3)待破碎窗口的玻璃厚度可调(放置不同孔径的支撑及密封圈)，主要依靠调节玻璃窗口的暴露直径以及玻璃的厚度实现。实际玻璃厚度的选择以能够抵挡采样区域最高的压力1.2～1.5倍为宜。本发明与中国专利ZL 2010 1 0290255.8(深海微生物自动保压采样器)不同的地方。该专利采集各个水层的水，不能采集底层的沉积物，且性能不稳定。而本发明可以采集底层的沉积物，但无法自动采集各个水层的海水。

4)泥面支持平台上固定有合金玻璃破碎刀头，整个RNA原位保存装置在下行过程中，遇到沉积物的阻挡。泥面支持平台停止，RNA原位保存装置主体由于惯性继续下行，合金玻璃破碎刀头顺利的击穿玻璃，完成采样通道的开启。

5)合金玻璃破碎刀头击碎玻璃打开取样通道的方式，是本发明关键创新点。现行的取样口设计大多采用各种阀门，而采用戳破玻璃挡口等方式。若采用阀门，结构将变得非常复杂，同时也很难实现自动采集；而采用玻璃破碎的方式开启采样口将十分廉价、可靠。它利用玻璃的物理特性，同时利用深海巨大的压力，实现样品自动采集。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，所述深海微生物样品的RNA原位保存装置实施例设有机械臂把手1、上部外盖旋紧装置2、上盖3、密封圈4、装有RNA固定液的玻璃瓶5、主腔体6、单向阀7、样品通道8、玻璃挡片9、合金玻璃破碎刀头10、下盖密封堵头11、下部外盖旋紧装置12、转接头13、弹簧14、泥面支持平台15和进样管16；所述机械臂把手1通过上部外盖旋紧装置2固定在上盖3上，上盖3固定在主腔体6内的上部，上盖3的下部接装有RNA固定液的玻璃瓶5，所述上盖3与主腔体6上部内侧设密封圈4，主腔体6的底部与下盖密封堵头11和下部外盖旋紧装置12连接，下部外盖旋紧装置12上设有单向阀7，单向阀7的底部通过样品通道8接玻璃挡片9，玻璃挡片9的下部设合金玻璃破碎刀头10，下部外盖旋紧装置12的底部设在泥面支持平台15上表面，泥面支持平台15中设有进样管16，合金玻璃破碎刀头10上设弹簧14。

所述密封圈4可采用双层密封圈。

所述主腔体6可采用316不锈钢材料，所述主腔体的体积可为30～50mL。

若将标准的机械臂把手1换成箭羽状的尾部，将采样器与强力绳连接后，直接将采样器抛入海中，采样器垂直撞击海底沉积物后，玻璃被戳破，在强大的压力驱使下，沉积物样品进入主腔体6，完成样品的采集。

RNA原位保存装置容积设计依据：根据RNA样品保存的基本实验要求，主腔体的体积在30～50mL，预留的RNA固定液与泥样的体积比在1︰1。

所述深海微生物样品的RNA原位保存方法，采用深海微生物样品的RNA原位保存装置，所述方法包括以下步骤：

1)深海微生物样品的RNA原位保存装置在下行过程中，遇到沉积物的阻挡，泥面支持平台停止，主腔体由于惯性继续下行，合金玻璃破碎刀头击穿玻璃挡片，完成采样通道的开启；所述泥面支持平台停止是在采样器触底后停止；所述合金玻璃破碎刀头击穿玻璃挡片是由于惯性继续下行从而为合金玻璃破碎刀头击穿玻璃提供能量和条件，即在保压仓内预制RNA保存液，通过触底的方式由合金玻璃破碎刀头击碎玻璃挡片打开样品的通道。

2)海水、沉积物等高压样品进入保压仓后，装有RNA固定液的玻璃瓶爆裂，实现RNA固定液与高压样品的混合，调节玻璃窗口的暴露直径以及玻璃挡片的厚度实现采样器在不同深度的应用。所述装有RNA固定液的玻璃瓶是在主腔体内部预留装有RNA固定液的玻璃瓶。

本发明的原理如下：强腐蚀性的RNA固定液，如RNAlater，RNAfix等预先封装在普通的25mL的玻璃瓶中，体积控制在20mL，同时封存有5mL左右的空气。所述装有RNA固定液的玻璃瓶固定在上盖的凹槽中，整体组装、密封后放入深海，到达采样地点，可以由深海机器人把握机械臂把手将采样器插入深海沉积物中，由于泥面支持平台的阻挡，焊接于其上方的合金玻璃破碎刀头直接刺破上方的玻璃，在外界超高压海水的驱动下，进样管内部的沉积物涌入主腔体，同时在超高压的驱使下，玻璃瓶爆裂，内部的RNA固定液喷出，实现与沉积物样品的瞬间混合，完成沉积物样品的原位保存。采样装置在回到水面的过程中，单向阀闭合，防止样品中的气体膨胀将样品挤出采样器。若将标准的机械臂把手换成箭羽状的尾部，将采样器与强力绳连接后，直接将采样器抛入海中，采样器垂直撞击海底沉积物后，玻璃被戳破，在强大的压力驱使下，沉积物样品进入主腔体，完成样品的采集。

Claims (8)

1.深海微生物样品的RNA原位保存装置，包括进样管，其特征在于还包括机械臂把手、上部外盖旋紧装置、上盖、密封圈、装有RNA固定液的玻璃瓶、主腔体、单向阀、样品通道、玻璃挡片、合金玻璃破碎刀头、下盖密封堵头、下部外盖旋紧装置、转接头、弹簧和泥面支持平台；所述机械臂把手通过上部外盖旋紧装置固定在上盖上，上盖固定在主腔体内的上部，上盖的下部接装有RNA固定液的玻璃瓶，所述上盖与主腔体上部内侧设密封圈，主腔体的底部与下盖密封堵头和下部外盖旋紧装置连接，下部外盖旋紧装置上设有单向阀，单向阀的底部通过样品通道接玻璃挡片，玻璃挡片的下部设合金玻璃破碎刀头，下部外盖旋紧装置的底部设在泥面支持平台上表面，泥面支持平台中设有进样管，合金玻璃破碎刀头上设弹簧。

2.如权利要求1所述深海微生物样品的RNA原位保存装置，其特征在于所述密封圈采用双层密封圈。

3.如权利要求1所述深海微生物样品的RNA原位保存装置，其特征在于所述主腔体采用316不锈钢材料。

4.如权利要求1所述深海微生物样品的RNA原位保存装置，其特征在于所述主腔体的体积为30～50mL。

5.深海微生物样品的RNA原位保存方法，其特征在于采用如权利要求1所述深海微生物样品的RNA原位保存装置，所述方法包括以下步骤：

1)深海微生物样品的RNA原位保存装置在下行过程中，遇到沉积物的阻挡，泥面支持平台停止，主腔体由于惯性继续下行，合金玻璃破碎刀头击穿玻璃挡片，完成采样通道的开启；

2)高压样品进入保压仓后，装有RNA固定液的玻璃瓶爆裂，实现RNA固定液与高压样品的混合，调节玻璃窗口的暴露直径以及玻璃挡片的厚度实现采样器在不同深度的应用。

6.如权利要求5所述深海微生物样品的RNA原位保存方法，其特征在于在步骤1)中，所述泥面支持平台停止是在采样器触底后停止。

7.如权利要求5所述深海微生物样品的RNA原位保存方法，其特征在于在步骤1)中，所述合金玻璃破碎刀头击穿玻璃挡片是由于惯性继续下行从而为合金玻璃破碎刀头击穿玻璃提供能量和条件，即在保压仓内预制RNA保存液，通过触底的方式由合金玻璃破碎刀头击碎玻璃挡片打开样品的通道。

8.如权利要求5所述深海微生物样品的RNA原位保存方法，其特征在于在步骤2)中，所述装有RNA固定液的玻璃瓶是在主腔体内部预留装有RNA固定液的玻璃瓶。