CN109337797A - 适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置，包括培养池、培养组件、导液管和储液袋，所述培养池包括培养池外壳和培养池上盖，所述培养组件设置在所述培养池内，所述培养组件包括排列形成“三明治”式结构的供给层、受试微生物、受试材料层和储液层；所述供给层和所述储液层之间设有导液层并通过所述导液层连接；所述储液层通过所述导液管连接所述储液袋，所述储液袋内装有所述受试微生物生长所需的营养物质，所述导液管上设有蠕动泵，所述储液层、所述供给层和所述导液层由亲水材料组成，所述储液层的厚度大于所述导液层的厚度，所述导液层的厚度大于所述供给层的厚度。
Description
技术领域
本发明属于空间技术试验的领域，具体涉及适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置。
背景技术
目前，空间载人密闭环境条件下，滋生的细菌和真菌等微生物能在密闭舱室内的金属或合金材料器件、高分子复合材料、无机非金属等电路板和仪表盘以及宇航服装等材料上形成微生物膜，它们的生长繁殖和代谢会腐蚀这些材料，产生微生物腐蚀问题，这会严重威胁空间站的长期在轨运行安全。因此，开展空间条件下的材料微生物腐蚀行为的研究具有重要意义。
地面常用的材料微生物腐蚀试验基本包括上清液腐蚀法、液体培养法和固体培养基法。这些试验方法在空间环境中进行将面临一系列困难，特别是源于空间微重力条件引起的流体物理行为变化。在微重力下，由重力引起的对流、沉降、静水压皆趋于消失，气-液界面形式也发生了改变。由此带来的一个重要影响是物质传输条件发生重大变化，在没有较大温差的情况下，微生物新陈代谢所需要的物质交换过程将主要靠扩散来完成。同时由于气-液界面一般会以球面形式随机出现在任何位置，因此会产生微生物因接触不到培养液而得不到正常的物质交换。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置，以实现微重力条件下材料表面微生物生长所需的水分或营养物质等供给，并通过供给与否，根据试验需要在合适时间激活微生物萌发，由此实现材料微生物腐蚀试验可控启动。解决了微生物因接触不到培养液而得不到正常物质交换的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置，包括培养池、培养组件、导液管和储液袋，所述培养池包括培养池外壳和培养池上盖，所述培养组件设置在所述培养池内，所述培养组件包括排列形成“三明治”式结构的供给层、受试微生物、受试材料层和储液层；所述供给层和所述储液层之间设有导液层并通过所述导液层连接；所述储液层通过所述导液管连接所述储液袋，所述导液管上设有泵。
优选地，所述受试材料层由聚合物材料、金属材料或陶瓷材料组成。
优选地，所述储液层、所述供给层和所述导液层由亲水材料组成。
优选地，所述储液层、所述供给层和所述导液层由脱脂棉纱布、天然纤维或碳纤维布无尘布中的一种或多种组成。
优选地，所述供给层为单层脱脂棉纱布，所述单层脱脂棉纱布的纱支密度设计为20’S×10’S。
优选地，所述受试微生物为曲霉属、青霉属、枝孢霉属、镰刀菌属、葡萄球菌属、棒状杆菌属、芽孢杆菌属、微球菌属和/或假单胞菌属。
优选地，所述储液层的厚度大于所述导液层的厚度，所述导液层的厚度大于所述供给层的厚度。
优选地，所述储液袋内装有所述受试微生物生长所需的营养物质。
优选地，所述泵为蠕动泵。
本发明提供的适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置，具有如下有益效果：
1、本发明的储液层、供给层和导液层基于亲水材料的毛细作用力将微生物生长所需的水或营养物质等均匀输送到材料表面，实现微重力条件下材料表面微生物生长所需的水、营养物质等供给；
2、利用供给层输送水或营养物质作为培养组件激活条件，实现材料微生物腐蚀试验的可控启动；
3、适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置操作简单，能耗低，易于空间应用。
附图说明
图1为具体实施方式中适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置的结构示意图。
图中：
1.储液层 2.导液层 3.供给层 4.受试微生物 5.受试材料层 6.培养池外壳 7.培养池上盖 8.蠕动泵 9.导液管 10.储液袋。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置包括培养池、培养组件、导液管9和储液袋10，培养组件位于培养池内。培养池包括培养池外壳6和培养池上盖7。培养组件包括供给层3、受试微生物4、受试材料层5和储液层1，供给层3、受试微生物4、受试材料层5和储液层1依次平行排列形成“三明治”式结构，受试材料层5是由聚合物材料、金属材料、陶瓷材料或其他材料组成，储液层1和供给层3是由脱脂棉纱布、天然纤维、碳纤维布无尘布或其他亲水材料组成；受试微生物4的种类不受限定，受试微生物4可以是单一菌种，也可以是混合菌种，受试微生物4包括但不限于真菌中的曲霉属(Aspergillus sp)、青霉属(Penicillium sp)、枝孢霉属(Cladosporium sp)、镰刀菌属(Fusarium sp)等微生物菌株，以及细菌属中的葡萄球菌属(Staphylococcus sp)、棒状杆菌属(Corynbacterium sp)、芽孢杆菌属(Bacillus sp)、微球菌属(Micrococcus sp)、假单胞菌属(Pseudomonas sp)等微生物菌株。供给层3和储液层1之间设有导液层2并且通过导液层2连接，导液层2是由脱脂棉纱布、天然纤维、碳纤维布无尘布或其他亲水材料组成；储液层1通过导液管9连接储液袋10，储液袋10内装有能够实现微重力条件下材料表面微生物生长所需的营养物质，营养物质为水或营养液等，导液管9上设有蠕动泵8。储液层1的厚度应大于导液层2厚度，导液层2的厚度大于供给层3厚度，供给层3可以为单层脱脂棉纱布，供给层3的单层脱脂棉纱布的纱支密度可以设计为20’S×10’S。储液袋10、导液管9、蠕动泵8、储液层1、导液层2、供给层3形成液体输送的路径，液体输送通过蠕动泵8的抽吸作用和储液层1、导液层2、供给层3的毛细作用实现；储液层1的厚度应大于导液层2厚度，导液层2的厚度大于供给层3厚度，可以实现液体的流动方向为储液层1、导液层2到供给层3。
适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置的工作过程：
将试验的受试微生物4接种到受试材料层5的表面；将供给层3覆于受试微生物4的上面，供给层3、受试微生物4、受试材料层5和储液层1形成“三明治”式结构的培养组件；储液袋10内装入能够激活材料微生物腐蚀试验的营养物质。培养组件的初始状态为干燥状态，受试微生物4处于休眠状态，根据试验设定，可以在需要的时间启动试验，开启蠕动泵8，利用蠕动泵8抽吸作用将营养物质通过导液管9从储液袋10输送到储液层1；再通过储液层1、导液层2和供给层3的毛细作用将营养物质输送到受试材料层5表面，营养物质和受试微生物4接触，激活受试微生物4。
实施例1，受试材料层5为金属材料，受试微生物4为真菌。
以黑曲霉(Aspergillus niger)作为受试微生物4，铝合金片作为受试材料层5为例进行材料微生物腐蚀试验。首先将制备好的黑曲霉孢子通过喷涂的方式固定在铝合金片表面，自然干燥后，将供给层3覆于黑曲霉孢子上面，由此形成“三明治”式结构的培养组件。培养组件初始为干燥状态，黑曲霉孢子处于休眠状态，不会萌发。当需要启动腐蚀试验时，开启蠕动泵8，利用蠕动泵8抽吸作用将水或营养液通过导液管9输送到储液层1。再通过储液层1、导液层2和供给层3的毛细作用将水或营养液输送到铝合金片表面，水或营养液与黑曲霉孢子接触，黑曲霉孢子开始萌发，开始在铝合金片表面生长，腐蚀试验启动。经28天试验，结果显示黑曲霉可以在铝合金片表面均匀生长。
实施例2，受试材料层5为聚合物材料，受试微生物4为真菌。
以黑曲霉(Aspergillus niger)作为受试微生物4，橡胶块作为受试材料层5为例进行材料微生物腐蚀试验。首先将制备好的黑曲霉孢子通过喷涂的方式固定在橡胶块表面，自然干燥后，将供给层3覆于黑曲霉孢子上面，由此形成“三明治”式结构的培养组件。培养组件初始为干燥状态，黑曲霉孢子处于休眠状态，不会萌发。当需要启动腐蚀试验时，开启蠕动泵8，利用蠕动泵8抽吸作用将水或营养液通过导液管9输送到储液层1。再通过储液层1、导液层2和供给层3的毛细作用将水或营养液输送到橡胶块表面，水或营养液与黑曲霉孢子接触，黑曲霉孢子开始萌发，开始在橡胶块表面生长，腐蚀试验启动。经28天试验，结果显示黑曲霉可以在橡胶块表面均匀生长。
实施例3，受试材料层5为聚合物材料，受试微生物4为细菌。
以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为受试微生物4，橡胶块作为受试材料层5为例进行材料微生物腐蚀试验。首先将制备好的枯草芽孢杆菌芽孢通过喷涂的方式固定在橡胶块表面，自然干燥后，将供给层3覆于枯草芽孢杆菌芽孢上面，由此形成“三明治”式结构的培养组件。培养组件初始为干燥状态，枯草芽孢杆菌芽孢处于休眠状态，不会萌发。当需要启动腐蚀试验时，开启蠕动泵8，利用蠕动泵8抽吸作用将水或营养液通过导液管9输送到储液层1。再通过储液层1、导液层2和供给层3的毛细作用将水或营养液输送到橡胶块表面，水或营养液与枯草芽孢杆菌芽孢接触，枯草芽孢杆菌芽孢开始萌发，开始在橡胶块表面生长，腐蚀试验启动。经28天试验，结果显示枯草芽孢杆菌可以在橡胶块表面均匀生长。
实施例4，受试材料层5为金属材料，受试微生物4为真菌，神舟11号飞船搭载验证试验。
以黑曲霉作为受试微生物4，铝合金片作为受试材料层5为例组建“三明治”式结构的培养组件，进行空间搭载试验，验证空间微重力环境下材料微生物腐蚀试验装置的功能。首先将制备好的黑曲霉孢子通过喷涂的方式固定在铝合金片表面，自然干燥后，将供给层3覆于黑曲霉孢子上面，由此形成“三明治”式结构的培养组件，将材料微生物腐蚀试验装置放入搭载管中，经神舟11号飞船搭载，返回地面后取出培养组件。结果显示铝合金片表面有大量网状和絮团状菌丝体，与地面对照样品相比没有显著差异，表明材料微生物腐蚀试验装置适用于空间微重力环境。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，包括培养池、培养组件、导液管和储液袋，所述培养池包括培养池外壳和培养池上盖，所述培养组件设置在所述培养池内，所述培养组件包括排列形成“三明治”式结构的供给层、受试微生物、受试材料层和储液层；所述供给层和所述储液层之间设有导液层并通过所述导液层连接；所述储液层通过所述导液管连接所述储液袋，所述导液管上设有泵。
2.根据权利要求1所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述受试材料层由聚合物材料、金属材料或陶瓷材料组成。
3.根据权利要求1所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述储液层、所述供给层和所述导液层由亲水材料组成。
4.根据权利要求3所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述储液层、所述供给层和所述导液层由脱脂棉纱布、天然纤维或碳纤维布无尘布中的一种或多种组成。
5.根据权利要求4所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述供给层为单层脱脂棉纱布，所述单层脱脂棉纱布的纱支密度设计为20’S×10’S。
6.根据权利要求1所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述受试微生物为曲霉属、青霉属、枝孢霉属、镰刀菌属、葡萄球菌属、棒状杆菌属、芽孢杆菌属、微球菌属和/或假单胞菌属。
7.根据权利要求1所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述储液层的厚度大于所述导液层的厚度，所述导液层的厚度大于所述供给层的厚度。
8.根据权利要求1所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述储液袋内装有所述受试微生物生长所需的营养物质。
9.根据权利要求1所述的材料微生物腐蚀试验装置，其特征在于，所述泵为蠕动泵。
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