CN111572739A - 一种生物膜生长及采集自适应浮箱 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种生物膜生长及采集自适应浮箱，包括：浮框，四面由挡板围合，上下无挡板，挡板材料密度小于水；内部设置有多个高度依次递减的风车；伸缩杆，能够上下伸缩，位于所述浮框的上方；生物膜培养装置，位于所述浮框内部，与所述浮框滑动连接，能够相对于所述浮框上下滑动；计时装置，包括湿度感应器、控制主板和计时器；设置在所述浮框与所述生物膜培养装置之间，与所述浮框固定连接，位于所述浮框的下部，底面与所述浮框的自重吃水线平齐。本申请的一个技术效果在于，本申请可实现在河流涨落条件下微生物生物膜的培养与收集，并记录河流涨落次数及所培养的生物膜出水时长。

Description

一种生物膜生长及采集自适应浮箱

技术领域

本申请属于生物工程领域，具体地说，涉及一种生物膜生长及采集自适应浮箱。

背景技术

生物膜是一种典型的由生命物质和非生命物质、有机物和无机物组成的复杂的异质复合体。生物膜的生命周期包括从最初通过物理-化学相互作用或细胞外基质蛋白分泌而形成细胞单层，然后在单层中增殖，微生物附着形成活性生物膜至成熟，最后由活性生物经转化或生物降解造成的溶质转移导致生物膜分离、死亡。近年来，水环境生态系统的重金属污染日益严重。生物膜因其吸附和降解污染物的作用而成为一大研究热点。此外，生物膜作为一个小型的生物群落，可以在一定程度上反映水生态系统的健康状况，并可以作为流域环境变化、流域污染和生态系统健康的灵敏指示剂。相较于物理化学等方法，采用生物法处理和检测具有成本低、无二次污染、能综合反映环境因素的联合作用等优点。

气候变化影响和季节性水位涨落形成季节性或者间歇性河流，改变河流水文情况，引起水体pH值、COD、溶解氧和高锰酸盐指数各项指标发生变化，径流量大小以及在河道或湖泊里的滞留时间发生改变，直接影响着悬浮物的沉淀及氮、磷等营养物质的滞留。而温度和pH又直接影响着生物膜内微生物的酶活性，pH值的改变还可能引起细胞膜电核的变化，进而影响生物膜对物质的吸收。因此，有必要将季节性或者间歇性河流与自然水体生物膜的研究相结合。然而目前缺乏对季节性或者间歇性河流内生物膜的动态监测手段和相关监测仪器。因此，有必要提供一种生物膜生长及采集自适应浮箱，以便探究生物膜对季节性或者间歇性河流的响应过程。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种生物膜生长及采集自适应浮箱的新技术方案。

根据本申请的一个方面，本申请提供一种生物膜生长及采集自适应浮箱，包括：

浮框，四面由挡板围合，上下无挡板，挡板材料密度小于水；内部设置有多个高度依次递减的风车，所述风车通过支架固定在所述挡板上，所述风车的旋转面平行于所述浮框的端面；

伸缩杆，能够上下伸缩，位于所述浮框的上方，通过固定爪与所述浮框侧面的挡板连接；

生物膜培养装置，位于所述浮框内部，与所述浮框滑动连接，能够相对于所述浮框上下滑动；底面为第一金属网，下端与负重物连接，内部设置有载玻片；上端设置有与所述风车的位置一一对应的钢针；

计时装置，包括湿度感应器、控制主板和计时器；设置在所述浮框与所述生物膜培养装置之间，与所述浮框固定连接，位于所述浮框的下部，底面与所述浮框的自重吃水线平齐，底部设置有海绵，海绵中设置有第二金属网，所述湿度感应器固定在所述第二金属网上，所述湿度感应器和所述计时器分别与所述控制主板电连接。

可选地，所述浮框一侧的挡板和其相对的挡板上设置有导向孔；所述生物膜培养装置的外侧设置有穿过所述导向孔的引导柱，所述引导柱穿过所述引导孔的一端设置有翼板以限制所述生物膜培养装置在具有导向孔的两个挡板之间移动；所述引导柱与所述引导孔配合使得所述生物膜培养装置能够相对于所述浮框上下滑动。

可选地，所述伸缩杆包括连接的横杆和竖杆，所述横杆能够水平伸缩，所述竖杆能够上下伸缩，所述竖杆与所述浮框连接。

可选地，所述横杆或/和竖杆包括内管和套管，所述套管套设在所述内管上，所述套管上连接有平头螺丝，所述平头螺丝被拧紧时能够阻碍所述内管与套管之间发生相对位移。

可选地，所述固定爪为十字固定爪。

可选地，载玻片竖直设置，所述生物膜培养装置内包括多个相互平行设置的载玻片。

可选地，所述计时装置内还包括存储器、密封盒和位于所述海绵之上的水平板，所述存储器分别与所述计时器和控制主板电连接，所述计时器、控制主板和存储器设置于所述密封盒内，所述密封盒设置在所述水平板上。

可选地，所述密封盒包括盒盖和盒体，还包括设置在所述盒盖顶部外侧的控制开关，所述控制开关与所控制主板电连接。

可选地，所述控制主板、存储器设置在是所述盒盖顶部的内侧；所述盒盖扣合在所述盒体上与所述盒体密封连接。

可选地，所述计时装置还包括蓄电池，所述蓄电池设置在所述密封盒内，所述蓄电池与所述湿度感应器、控制主板和计时器分别电连接。

本申请的一个技术效果在于，本申请可实现在河流涨落条件下微生物生物膜的培养与收集，并记录河流涨落次数及所培养的生物膜出水时长。

附图说明

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

图1是本申请一些实施例的主视结构示意图。

图2是本申请一些实施例的侧视结构示意图。

图3是本申请一些实施例的俯视结构示意图。

图4是本申请一些实施例的立体结构示意图。

图5是本申请一些实施例中计时装置的结构示意图。

图6是本申请一些实施例中密封盒的剖视结构示意图。

图中：1浮框，11挡板，12导向孔，13风车，14支架，2伸缩杆，21横杆，22竖杆，23固定爪，3生物膜培养装置，31负重物，32引导柱，33翼板，34第一金属网，35钢针，4计时装置，41海绵，42第二金属网，43水平板，44湿度感应器、45密封盒，46控制主板、47计时器、48存储器、49控制开关。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请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。

根据本申请的一个方面，本申请提供一种生物膜生长及采集自适应浮箱，在一些实施例中，参考图1至图6，包括浮框1，伸缩杆2，生物膜培养装置3和计时装置4。

所述浮框1四面由挡板11围合，上下无挡板，为上下开口的长方体结构。所述浮框1由浮力材料制成，材料密度小于水，例如泡沫塑料等现有材料。所述浮框1内部设置有多个高度依次递减的风车13，所述风车13的旋转面平行于所述浮框1的端面。所述风车13通过支架14固定在所述挡板11上。所述支架14可以为一根水平的杆，两端与挡板11固定连接，例如螺栓连接等常用形式，位于所述浮框1的上半部分，以不对生物膜培养装置3造成阻碍为宜。

所述伸缩杆2能够上下伸缩，位于所述浮框1的上方，通过固定爪23与所述浮框1侧面的挡板11连接，即伸缩杆2的一端与固定爪23连接，伸缩杆2部分结构能够相对于所述浮框1上下伸缩。在一些实施例中，所述固定爪23可以为十字固定爪23，与四面的挡板11固定连接。在一些实施例中，所述伸缩杆2包括连接的横杆21和竖杆22，所述横杆21能够水平伸缩，便于调整浮框1相对于岸边的距离；所述竖杆22能够上下伸缩，所述竖杆22与所述浮框1连接，使得浮框1能够以横杆21为基准线进行上下移动。进一步的，所述横杆21或/和竖杆22包括内管和套管，所述套管套设在所述内管上，所述套管上连接有平头螺丝，所述平头螺丝被拧紧时能够阻碍所述内管与套管之间发生相对位移。

所述生物膜培养装置3位于所述浮框1内部，与所述浮框1滑动连接，能够相对于所述浮框1上下滑动。在一些实施例中，可以具体为所述浮框1一侧的挡板11和其相对的挡板11上设置有导向孔12；所述生物膜培养装置3的外侧设置有穿过所述导向孔12的引导柱32，所述引导柱32穿过所述引导孔的一端设置有翼板33以限制所述生物膜培养装置3在具有导向孔12的两个挡板11之间移动；所述引导柱32与所述引导孔配合使得所述生物膜培养装置3能够相对于所述浮框1上下滑动；进一步的，导向孔12为腰圆孔，引导柱32穿过所述导向孔12的部分与导向孔12等宽或者略小。进一步的，引导柱32可以通过螺纹连接的形式固定在所述生物膜培养装置3上。进一步的，腰圆孔的底部靠近挡板11的底端，并且强度能够支撑悬挂所述生物膜培养装置3。

所述生物膜培养装置3的底面为第一金属网34，不对水的上下流动造成阻碍。所述生物膜培养装置3的下端与负重物31连接，用于保证生物膜培养装置3在水中的稳固性。所述负重物31可以为铅块等。所述生物膜培养装置3的内部设置有载玻片(未示出)，用于承载生物膜。进一步的，所述载玻片竖直设置，所述生物膜培养装置3内包括多个相互平行设置的载玻片。进一步的，所述生物膜培养装置3的内部对称设置有多对凹槽，每对凹槽用于卡设固定一个所述载玻片。

所述生物膜培养装置3的上端设置有与所述风车13的位置一一对应的钢针35，所述钢针35可以等高；也可以按照个高度依次递减的风车13反向设置高度，以减少高度依次递减的风车13之间的绝对高度。

所述计时装置4包括湿度感应器44、控制主板46和计时器47。所述计时装置4设置在所述浮框1与所述生物膜培养装置3之间，与所述浮框1固定连接，例如通过螺丝连接、卡箍固定等形式。所述计时装置4位于所述浮框1的下部，底面与所述浮框1的自重吃水线平齐。所述计时装置4底部设置有海绵41，海绵41中设置有第二金属网42，所述湿度感应器44固定在所述第二金属网42上。所述湿度感应器44设置有预设的阈值。所述湿度感应器44和所述计时器47分别与所述控制主板46电连接。所述计时装置4可以上半部分为中空盒体，下半部分为四面及底面全部敞开的框架。

本装置在使用时，选择在靠近岸边的位置选择合适的位置放置本装置，即下放后使得生物膜培养装置3能够被河底、湖底等水源底部支撑，水面漫过载玻片，浮框1处于自重悬浮状态，计时装置4底部的海绵41与水面接触，伸缩杆2具有下伸上缩的余量。当水退去时，浮框1随水面下移，钢针35相对浮框1向上移动，当钢针35与最低的风车13接触并戳破风车的底面(风车的底面为一整张且处于同一水平面)时，该风车13停止转动，载玻片的上端暴露出水面；随着水面的继续退去，当钢针35与最高的风车13接触并戳破风车的底面后，载玻片的下端暴露出水面，此时浮框1停止相对于生物膜培养装置3向下移动，海绵26内水分逐渐蒸发，湿度感应器44超过阈值，启动控制主板46，控制主板46同时启动计时器47计时记录时间。当水涨时，浮框1上移，载破片21重新开始浸入水中，海绵26吸水潮湿，湿度范围达到阈值，停止计时。一段培养时间后，缓慢提升本装置出水面，移出载玻片，完成生物膜的收集或观察。在此过程和结束后，通过风车13上的孔数可以确定干旱胁迫和复水作用的次数(旋转的风车上被戳中同一位置忽略不计)，将计时器数据导出即可得到所培养的生物膜出水时长。在将雨水天气视为浸水时间的试验中，浮框1的顶部敞开；在将雨水天气不视为浸水时间的试验中，浮框1的顶部可以覆盖上塑料膜以防水，防止在水退去的状态下湿度感应器44被触动阈值。

在一些实施例中，参考图5至图6，所述计时装置4内还包括存储器48、密封盒45和位于所述海绵41之上的水平板43。所述存储器48分别与所述计时器47和控制主板46电连接，用于存储数据。所述计时器47、控制主板46和存储器48设置于所述密封盒45内，防止被水泼贱导致短路。所述密封盒45设置在所述水平板43上。

在一些实施例中，参考图5至图6，所述密封盒45包括盒盖和盒体，还包括设置在所述盒盖顶部外侧的控制开关49，所述控制开关49与所控制主板46电连接，用于在结束实验时在密封盒45外部人工通过控制主板46关闭整个系统。

在一些实施例中，参考图5至图6，所述控制主板46、计时器47和/或存储器48设置在是所述盒盖顶部的内侧，防止意外情况下水进入密封盒45内损坏数据和设备。所述盒盖扣合在所述盒体上与所述盒体密封连接，例如通过防水垫圈实现盒盖和盒体之间的密封，通过摩擦力实现盒盖和盒体之间的固定，这属于本领域的常规技术手段，在此不在展开赘述。

在一些实施例中，参考图5至图6，所述计时装置4还包括蓄电池，所述蓄电池设置在所述密封盒45内，所述蓄电池与所述湿度感应器44、控制主板46和计时器47分别电连接，用具提供电能。在一些情况下，计时器47可以采用防水设计的计时器，蓄电池也可以采用带有防水保护的蓄电池，做好电连接位置的防水即可，以预防意外发生。

在一些实施例中，所述计时装置4还可以包括距离传感器(未示出)，所述距离传感器设置在所述浮框1的上端，用于测量所述浮框1与所述生物膜培养装置3之间的距离，所述距离传感器与所述存储器48电连接，保持常开，按照1次/min等预设频率读取记录数据，数据由存储器48保存，保存得到的距离数据作为补充，与观测到的风车孔数以及计时器的记录时长进行对比，进行数据校对，提高本装置记录的可靠性。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定成分或方法。本领域技术人员应可理解，不同地区可能会用不同名词来称呼同一个成分。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分成分的方式。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

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。

Claims (10)

1.一种生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，包括：

浮框，四面由挡板围合，上下无挡板，挡板材料密度小于水；内部设置有多个高度依次递减的风车，所述风车通过支架固定在所述挡板上，所述风车的旋转面平行于所述浮框的端面；

伸缩杆，能够上下伸缩，位于所述浮框的上方，通过固定爪与所述浮框侧面的挡板连接；

生物膜培养装置，位于所述浮框内部，与所述浮框滑动连接，能够相对于所述浮框上下滑动；底面为第一金属网，下端与负重物连接，内部设置有载玻片；上端设置有与所述风车的位置一一对应的钢针；

计时装置，包括湿度感应器、控制主板和计时器；设置在所述浮框与所述生物膜培养装置之间，与所述浮框固定连接，位于所述浮框的下部，底面与所述浮框的自重吃水线平齐，底部设置有海绵，海绵中设置有第二金属网，所述湿度感应器固定在所述第二金属网上，所述湿度感应器和所述计时器分别与所述控制主板电连接。

2.根据权利要求1所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述浮框一侧的挡板和其相对的挡板上设置有导向孔；所述生物膜培养装置的外侧设置有穿过所述导向孔的引导柱，所述引导柱穿过所述引导孔的一端设置有翼板以限制所述生物膜培养装置在具有导向孔的两个挡板之间移动；所述引导柱与所述引导孔配合使得所述生物膜培养装置能够相对于所述浮框上下滑动。

3.根据权利要求1所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述伸缩杆包括连接的横杆和竖杆，所述横杆能够水平伸缩，所述竖杆能够上下伸缩，所述竖杆与所述浮框连接。

4.根据权利要求3所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述横杆或/和竖杆包括内管和套管，所述套管套设在所述内管上，所述套管上连接有平头螺丝，所述平头螺丝被拧紧时能够阻碍所述内管与套管之间发生相对位移。

5.根据权利要求1所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述固定爪为十字固定爪。

6.根据权利要求1所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，载玻片竖直设置，所述生物膜培养装置内包括多个相互平行设置的载玻片。

7.根据权利要求1所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述计时装置内还包括存储器、密封盒和位于所述海绵之上的水平板，所述存储器分别与所述计时器和控制主板电连接，所述计时器、控制主板和存储器设置于所述密封盒内，所述密封盒设置在所述水平板上。

8.根据权利要求7所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述密封盒包括盒盖和盒体，还包括设置在所述盒盖顶部外侧的控制开关，所述控制开关与所控制主板电连接。

9.根据权利要求8所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述控制主板、存储器设置在是所述盒盖顶部的内侧；所述盒盖扣合在所述盒体上与所述盒体密封连接。

10.根据权利要求1所述的生物膜生长及采集自适应浮箱，其特征在于，所述计时装置还包括蓄电池，所述蓄电池设置在所述密封盒内，所述蓄电池与所述湿度感应器、控制主板和计时器分别电连接。

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