CN112219780A - 长时序深海原位大型生物胁迫培养装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长时序深海原位大型生物胁迫培养装置及其使用方法，电源控制桶、循环泵、蠕动泵、胁迫培养桶体及样品袋分别放置在放置盘上，胁迫培养桶体上安装有固定箍，上盖的一侧与胁迫培养桶体可相对转动地连接，另一侧设有上盖开关压块，固定箍上安装有开关下端压块，上盖开关压块在上盖与胁迫培养桶体闭合时和开关下端压块卡接；样品袋通过抽样管与蠕动泵进口连通，蠕动泵出口通过注射管与胁迫培养桶体内部连通；循环泵的一端通过循环水进水管与胁迫培养桶体内部连通，另一端连接用于更换外界海水的循环水获取管；拉簧的两端分别与上盖及放置盘相连。本发明受取样深度影响小，工作灵活稳定，并可长期有效地获取、培养、胁迫、固定样品。
Description
技术领域
本发明属于深海原位大型生物胁迫实验研究领域，具体地说是一种长时序深海原位大型生物胁迫培养装置及其使用方法。
背景技术
深海冷泉化能生态系统具有独特的化学环境和海洋动力特征，与早期地球生命形成时期环境高度相似，孕育了独特的生态系统和生命过程，是揭示生命的起源、进化和极端环境适应机制的重要靶区。我国各单位深海探测平台的持续支持下，对深海冷泉化能生态系统的特征、生物组成和潜在功能已经有了初步认知；但由于缺少可靠的大型生物原位实验平台，以及长时间的深海关键生命过程的连续动态观测及机制解析尚难以实现，已成为备受国内外研究团队关注但长期制约深海研究深入开展的“瓶颈”问题。
在大型生物胁迫培养方面国内极少研制，长期实验更是缺乏，结合国内外已有的研究经验以及利用ROV(遥控无人潜水器)的精准定位能力，对大型生物胁迫培养方面的原位实验进行更加深入、系统的研究已成为亟待解决的问题。
发明内容
针对目前深海生命科学研究遇到的技术瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种长时序深海原位大型生物胁迫培养装置及其使用方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的胁迫培养装置包括电源控制桶、循环泵、蠕动泵及深海大型生物培养装置，其中深海大型生物培养装置包括上盖、固定箍、放置盘、胁迫培养桶体、拉簧及样品袋，所述电源控制桶、循环泵、蠕动泵、胁迫培养桶体及样品袋分别放置在放置盘上，所述胁迫培养桶体上安装有固定箍，所述上盖的一侧与胁迫培养桶体可相对转动地连接，另一侧设有上盖开关压块，所述固定箍上安装有开关下端压块，所述上盖开关压块在上盖与胁迫培养桶体闭合时和开关下端压块卡接；所述样品袋通过抽样管与蠕动泵的进口相连通，该蠕动泵的出口通过注射管与所述胁迫培养桶体内部相连通；所述循环泵的一端通过循环水进水管与胁迫培养桶体内部相连通，另一端连接用于更换外界海水的循环水获取管；所述电源控制桶内设有水下控制单元及电源单元，该电源单元与水下控制单元相连、为水下控制单元供电，所述电源控制桶上设有控制桶控制端子，该控制桶控制端子与水下控制单元连接，所述蠕动泵及循环泵分别通过控制桶控制线缆与控制桶控制端子相连；所述拉簧的两端分别与上盖及放置盘相连。
其中：所述上盖开关压块上设有压块上端齿牙，所述开关下端压块分为开关下端压块A及开关下端压块B，该开关下端压块A固接在所述固定箍上，所述开关下端压块B与开关下端压块A通过转动轴转动连接，该转动轴上套设有扭簧，所述扭簧的两压边分别与开关下端压块A及开关下端压块B抵接；所述开关下端压块B上设有开关下端齿牙，所述上盖开关压块上的压块上端齿牙在上盖与胁迫培养桶体闭合时和开关下端压块B上的开关下端齿牙相咬合。
所述上盖的一侧通过阻尼合页与胁迫培养桶体相连，该阻尼合页的一端固接于所述上盖上，另一端固接于所述胁迫培养桶体上。
所述阻尼合页一端在上盖上投影的中心与上盖开关压块在上盖上投影的中心之间的连线经过上盖的圆心。
所述阻尼合页的一端连接有合页延长板，该合页延长板的下表面设有上端固定环，所述放置盘上设有下端固定环，所述拉簧的两端分别钩挂在上端固定环及下端固定环上。
所述上盖上分别安装有把手A、单向阀及截止球阀。
所述述固定箍分为上端固定箍及下端固定箍，所述开关下端压块安装在上端固定箍上，所述下端固定箍上安装有倾斜设置的、便于ROV机械手抓取的把手B。
所述上盖内侧安装有密封垫，该密封垫的密封垫外沿小于所述上盖的外沿；当所述上盖关闭压紧时，所述密封垫与胁迫培养桶体密封抵接。
所述蠕动泵通过蠕动泵固定架安装于放置盘上，所述循环泵通过循环泵安装架固定于放置盘上；所述电源控制桶上的控制桶控制端子分为控制桶控制端子A及控制桶控制端子B，所述蠕动泵通过控制桶控制线缆A与控制桶控制端子A相连，由所述水下控制单元控制蠕动泵将样品袋内的底液经抽样管、注射管泵入胁迫培养桶体内；所述循环泵通过控制桶控制线缆B与控制桶控制端子B相连，由所述水下控制单元控制循环泵，将通过循环水获取管获取外界海水经循环水进水管泵入胁迫培养桶体内。
本发明长时序深海原位大型生物胁迫培养装置的使用方法为：
步骤一，岸基端整体拆解清洗工作；对所述胁迫培养装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；
步骤二，清洗后进行组装，初始状态下，所述上盖处于打开状态，所述样品袋为底液装入状态；
步骤三，使用ROV携带所述胁迫培养装置到达固定点位进行作业，使用ROV机械手抓取深海大型生物放入所述胁迫培养桶体内，使用ROV机械手关闭所述上盖，所述上盖开关压块与开关下端压块卡接，所述上盖与胁迫培养桶体密封闭合；
步骤四，经过一段设定时间后，所述电源控制桶内的水下控制单元控制循环泵工作，通过所述循环水获取管获取外界海水，再通过所述循环水进水管进入胁迫培养桶体内部；
步骤五，所述电源控制桶内的水下控制单元控制蠕动泵转动，由蠕动泵将所述样品袋内部的底液经抽样管、注射管泵入胁迫培养桶体内部，进行大型生物的胁迫培养；
步骤六，根据时间设定，重复步骤四和步骤五。直到满足实验要求；
步骤七，使用ROV机械手打开所述上盖，再使用ROV机械手完成所述胁迫培养桶体内部样品的倾倒，样品倾倒到原位固定装置中，进行样品固定，之后进行ROV携带样品回收。
本发明的优点与积极效果为：
本发明集成获取、长时序培养、长时序胁迫、固定的深海大型生物原位实验装置，满足深海化能生态系统中大型生物的共生、长时序胁迫和比测实验需求，通过同位素加培养了解深海共生体系的物质能量获取和传递方式；原位开展特定长时序胁迫实验，解析胁迫响应机制，且胁迫培养装置受取样深度影响小，耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地、获取、长时序培养、胁迫、固定样品。
附图说明
图1为本发明胁迫培养装置的工作原理示意图；
图2为本发明胁迫培养装置的整体结构示意图；
图3为图2中胁迫培养桶体及其上所安装部件的立体结构示意图；
图4为本发明胁迫培养装置中上盖的结构仰视图；
图5为本发明胁迫培养装置中扭簧的结构示意图；
图6为本发明胁迫培养装置中蠕动泵的内部结构示意图；
其中：1为把手A，2为单向阀，3为截止球阀，4为阻尼合页，5为上端固定环，6为合页延长板，7为上端固定箍，8为下端固定箍，9为把手B，10为放置盘，11为拉簧，12为蠕动泵固定架，13为下端固定环，14为蠕动泵，15为注射管，16为注射口，17为抽样管，18为样品袋，19为上盖，20为单向阀上盖端口，21为截止球阀上盖端口，22为密封垫内沿，23为密封垫，24为密封垫外沿，25为上盖开关压块，26为压块上端齿牙，27为开关下端齿牙，28为转动轴孔，29为开关下端压块A，30为扭簧压边A，31为扭簧压边B，32为开关下端压块B，33为转动轴，34为扭簧，35为胁迫培养桶体，36为电源控制桶，37为控制桶控制端子A，38为控制桶控制端子B，39为控制桶控制线缆A，40为控制桶控制线缆B，41为循环泵，42为循环泵安装架，43为循环水口，44为循环水进水管，45为循环水获取管，46为蠕动泵压板，47为蠕动泵过水管，48为蠕动泵滚轮，49为蠕动泵泵头，50为蠕动泵螺栓，51为蠕动泵弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～6所示，本发明的胁迫培养装置包括电源控制桶36、循环泵41、蠕动泵14及深海大型生物培养装置，其中深海大型生物培养装置包括上盖19、固定箍、放置盘10、胁迫培养桶体35、拉簧11及样品袋18，电源控制桶36、循环泵41、蠕动泵14、胁迫培养桶体35及样品袋18分别放置在放置盘10上，胁迫培养桶体35上安装有固定箍，上盖19的一侧与胁迫培养桶体35可相对转动地连接，另一侧设有上盖开关压块25，固定箍上安装有开关下端压块，上盖开关压块25在上盖19与胁迫培养桶体35闭合时和开关下端压块卡接；蠕动泵14下端出口连接注射管15的一端，注射管15的另一端连接注射口16，注射口16螺纹连接于胁迫培养桶体35的中下部，蠕动泵14上端进口连接抽样管17的一端，抽样管17的另一端连接样品袋18，样品袋18固定到放置盘10上面；循环泵41的一端通过循环水进水管44和循环水口43与胁迫培养桶体35内部相连通，另一端连接用于更换外界海水的循环水获取管45；电源控制桶36内设有水下控制单元及电源单元，该电源单元与水下控制单元相连、为水下控制单元供电，电源控制桶36上设有控制桶控制端子，该控制桶控制端子与水下控制单元连接，蠕动泵14及循环泵41分别通过控制桶控制线缆与控制桶控制端子相连；拉簧11的两端分别与上盖19及放置盘10相连。
本实施例的电源控制桶36使用螺栓固定在旋转盘10上，电源控制桶36的顶面分别设有控制桶控制端子A37及控制桶控制端子B38，水下控制单元(本发明的水下控制单元为现有技术)及电源单元集中放置到电源控制桶36中。水下控制单元用于电源控制、循环泵时序控制、蠕动泵时序控制、检测控制，电源控制进行电源的启停和电流保护，时序控制完成循环泵41和蠕动泵14根据设定的时序进行动作，检测控制完成电源、循环泵41、蠕动泵14电流和电压检测。本实施例的蠕动泵14通过蠕动泵固定架12使用螺栓安装于放置盘10上，循环泵41通过循环泵安装架42使用螺栓固定于放置盘10上；电源控制桶36上的控制桶控制端子分为控制桶控制端子A37及控制桶控制端子B38，蠕动泵14通过控制桶控制线缆A39与控制桶控制端子A37相连，由水下控制单元控制蠕动泵14将样品袋18内的底液经抽样管17、注射管15泵入胁迫培养桶体35内，蠕动泵14的转速和时间可控，所以注射量值可控；循环泵41通过控制桶控制线缆B40与控制桶控制端子B38相连，由水下控制单元控制循环泵41，将通过循环水获取管45获取外界海水经循环水进水管44泵入胁迫培养桶体35内，ROV可以进行手持式操作完成特定区域的海水交换，循环泵41的转速和时间可控，所以换水量值可控。
本实施例的上盖19为圆形，上盖19的一侧通过阻尼合页4与胁迫培养桶体35相连，该阻尼合页4的一端焊接于上盖19上，另一端利用螺栓固接于胁迫培养桶体35上。阻尼合页4的一端焊接有合页延长板6，该合页延长板6的下表面设有上端固定环5，放置盘10上设有下端固定环13，拉簧11的两端分别钩挂在上端固定环5及下端固定环13上。
本实施例的固定箍分为上端固定箍7及下端固定箍8，在合页延长板6尾端下部的胁迫培养桶体35上焊接上端固定箍7，下端固定箍8上焊接把手B9，该把手B9倾斜设置，便于ROV机械手抓取。本实施例的注射管15、抽样管17均为法国saint-gobain(圣戈班)公司生产，胁迫培养桶体35整体使用非金属材料(如特氟龙)，样品袋18由软体材料(如塑料)制作完成。
本实施例的上盖开关压块25上设有压块上端齿牙26。本实施例的开关下端压块分为开关下端压块A29及开关下端压块B32，该开关下端压块A29焊接在上端固定箍7上，开关下端压块B32与开关下端压块A29利用转动轴孔28固定转动轴33，开关下端压块B32通过转动轴33与开关下端压块A29转动连接，该转动轴33上套设有扭簧34，扭簧34的两压边(即扭簧压边A30、扭簧压边B31)分别与开关下端压块A29及开关下端压块B32抵接，扭簧34保持张力，保障开关下端压块A29与开关下端压块B32是分开的；开关下端压块B32上设有开关下端齿牙27，上盖开关压块25上的压块上端齿牙26在上盖19与胁迫培养桶体35闭合时和开关下端压块B32上的开关下端齿牙27相咬合。本实施例的阻尼合页4一端在上盖19上投影的中心与上盖开关压块25在上盖19上投影的中心之间的连线经过上盖19的圆心，方便阻尼合页4在转动的过程中，上端开关压块25上面的压块上端齿牙26与开关下端压块B32上的开关下端齿牙27进行咬合。
本实施例的上盖19内侧安装有密封垫23，该密封垫23的密封垫外沿24小于上盖19的外沿；当上盖19关闭压紧时，密封垫23与胁迫培养桶体35接触，完成密封功用。上盖19上分别开设有单向阀上盖端口20及截止球阀上盖端口21，分别利用螺纹连接单向阀2和截止球阀3，胁迫培养桶体35内的液体可以通过单向阀2排出，通过截止球阀3可向肋迫培养桶体35内供入氧气。本实施例的单向阀2及截止球阀3采用金属材料(如Ti合金)加工完成，避免样品的污染。上盖1的中间位置焊接有把手A1，便于ROV机械手抓取。
本实施例的蠕动泵14中，电机驱动的转辊上沿圆周方向均匀设置了多个蠕动泵滚轮48，转辊上方安装了弧形的蠕动泵压板46，蠕动泵过水管47在蠕动泵滚轮48与蠕动泵压板46之间穿过，蠕动泵过水管47的两端分别与抽样管17和注射管15相连通。蠕动泵压板46上方的蠕动泵泵头49通过蠕动泵螺栓50安装在泵壳上，并可上下移动，在蠕动泵弹簧51的作用下始终抵接于蠕动泵压板46。蠕动泵14将样品袋18内的底液泵入胁迫培养桶体35内的过程为现有技术，在此不再赘述。
本发明长时序深海原位大型生物胁迫培养装置的使用方法为：
步骤一，岸基端整体拆解清洗工作；对胁迫培养装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；
步骤二，清洗后进行组装，初始状态下，上盖19处于打开状态，样品袋18为底液装入状态；
步骤三，使用ROV携带胁迫培养装置到达固定点位进行作业，使用ROV机械手抓取深海大型生物放入胁迫培养桶体35内，使用ROV机械手抓取把手A1进而关闭上盖19，上盖开关压块25上的压块上端齿牙26与开关下端压块B32上的开关下端齿牙27是咬合到一起的，用于关闭上盖19时，上盖19与胁迫培养桶体35的密封闭合；
步骤四，经过一段设定时间后，电源控制桶36内的水下控制单元控制循环泵41工作，通过循环水获取管45获取外界海水，再通过循环水进水管44和循环水口43进入胁迫培养桶体35内部，胁迫培养桶体35内的液体可以通过单向阀2排出，循环泵41的转速和时间可控，所以换水量值可控；胁迫培养桶体35内部水体和深海外界环境进行循环交换，交换的时间与胁迫培养桶体35的体积和循环泵41的流速有关；
步骤五，电源控制桶36内的水下控制单元控制蠕动泵14转动，由蠕动泵14将样品袋18内部的底液经抽样管17、蠕动泵过水管47、注射管15、注射口16泵入胁迫培养桶体35内部，胁迫培养桶体35内的液体可以通过单向阀2排出，蠕动泵14的转速和时间可控，可以进行依次性往复循环，到设计定量后停止注射，进行大型生物的胁迫培养；
步骤六，根据时间设定，重复步骤四和步骤五。直到满足实验要求；
步骤七，使用ROV机械手打开上盖19，再使用ROV机械手抓取把手B9，完成胁迫培养桶体35内部样品的倾倒，样品倾倒到原位固定装置中，进行样品固定，之后进行ROV携带样品回收。
本发明中的原位固定装置可采用授权公告日为2020年7月17日、授权公告号为CN211042749U的“基于ROV的深海贻贝等大型生物挤压式原位固定装置”。
本发明将针对目前深海生命科学研究的技术瓶颈，突破原位长时序精准底液注取技术，突破原位封闭体系下快速开盖、水下原位固定等关键技术，最终完成长时序原位实验，解决我国大型生物原位实验不足和时间效能不够，难以大型生物原位胁迫培养、固定转移的问题。本发明的胁迫培养装置结合水下ROV作业，运转平稳，使用ROV进行方便携带，同时不受ROV作业时间的限制，并可适用于6000m深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，集成获取、长时序培养、长时序胁迫的功能，最终配合固定装置，满足深海化能生态系统中大型生物的共生、长时序胁迫和比测实验需求，且胁迫培养装置受取样深度影响小，耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地、获取、长时序培养、长时序胁迫、固定样品。
Claims (10)
1.一种长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：包括电源控制桶(36)、循环泵(41)、蠕动泵(14)及深海大型生物培养装置，其中深海大型生物培养装置包括上盖(19)、固定箍、放置盘(10)、胁迫培养桶体(35)、拉簧(11)及样品袋(18)，所述电源控制桶(36)、循环泵(41)、蠕动泵(14)、胁迫培养桶体(35)及样品袋(18)分别放置在放置盘(10)上，所述胁迫培养桶体(35)上安装有固定箍，所述上盖(19)的一侧与胁迫培养桶体(35)可相对转动地连接，另一侧设有上盖开关压块(25)，所述固定箍上安装有开关下端压块，所述上盖开关压块(25)在上盖(19)与胁迫培养桶体(35)闭合时和开关下端压块卡接；所述样品袋(18)通过抽样管(17)与蠕动泵(14)的进口相连通，该蠕动泵(14)的出口通过注射管(15)与所述胁迫培养桶体(35)内部相连通；所述循环泵(41)的一端通过循环水进水管(44)与胁迫培养桶体(35)内部相连通，另一端连接用于更换外界海水的循环水获取管(45)；所述电源控制桶(36)内设有水下控制单元及电源单元，该电源单元与水下控制单元相连、为水下控制单元供电，所述电源控制桶(36)上设有控制桶控制端子，该控制桶控制端子与水下控制单元连接，所述蠕动泵(14)及循环泵(41)分别通过控制桶控制线缆与控制桶控制端子相连；所述拉簧(11)的两端分别与上盖(19)及放置盘(10)相连。
2.根据权利要求1所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述上盖开关压块(25)上设有压块上端齿牙(26)，所述开关下端压块分为开关下端压块A(29)及开关下端压块B(32)，该开关下端压块A(29)固接在所述固定箍上，所述开关下端压块B(32)与开关下端压块A(29)通过转动轴(33)转动连接，该转动轴(33)上套设有扭簧(34)，所述扭簧(34)的两压边分别与开关下端压块A(29)及开关下端压块B(32)抵接；所述开关下端压块B(32)上设有开关下端齿牙(27)，所述上盖开关压块(25)上的压块上端齿牙(26)在上盖(19)与胁迫培养桶体(35)闭合时和开关下端压块B(32)上的开关下端齿牙(27)相咬合。
3.根据权利要求1所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述上盖(19)的一侧通过阻尼合页(4)与胁迫培养桶体(35)相连，该阻尼合页(4)的一端固接于所述上盖(19)上，另一端固接于所述胁迫培养桶体(35)上。
4.根据权利要求3所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述阻尼合页(4)一端在上盖(19)上投影的中心与上盖开关压块(25)在上盖(19)上投影的中心之间的连线经过上盖(19)的圆心。
5.根据权利要求3所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述阻尼合页(4)的一端连接有合页延长板(6)，该合页延长板(6)的下表面设有上端固定环(5)，所述放置盘(10)上设有下端固定环(13)，所述拉簧(11)的两端分别钩挂在上端固定环(5)及下端固定环(13)上。
6.根据权利要求1所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述上盖(19)上分别安装有把手A(1)、单向阀(2)及截止球阀(3)。
7.根据权利要求1所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述述固定箍分为上端固定箍(7)及下端固定箍(8)，所述开关下端压块安装在上端固定箍(7)上，所述下端固定箍(8)上安装有倾斜设置的、便于ROV机械手抓取的把手B(9)。
8.根据权利要求1所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述上盖(19)内侧安装有密封垫(23)，该密封垫(23)的密封垫外沿(24)小于所述上盖(19)的外沿；当所述上盖(19)关闭压紧时，所述密封垫(23)与胁迫培养桶体(35)密封抵接。
9.根据权利要求1所述的长时序深海原位大型生物胁迫培养装置，其特征在于：所述蠕动泵(14)通过蠕动泵固定架(12)安装于放置盘(10)上，所述循环泵(41)通过循环泵安装架(42)固定于放置盘(10)上；所述电源控制桶(36)上的控制桶控制端子分为控制桶控制端子A(37)及控制桶控制端子B(38)，所述蠕动泵(14)通过控制桶控制线缆A(39)与控制桶控制端子A(37)相连，由所述水下控制单元控制蠕动泵(14)将样品袋(18)内的底液经抽样管(17)、注射管(15)泵入胁迫培养桶体(35)内；所述循环泵(41)通过控制桶控制线缆B(40)与控制桶控制端子B(38)相连，由所述水下控制单元控制循环泵(41)，将通过循环水获取管(45)获取外界海水经循环水进水管(44)泵入胁迫培养桶体(35)内。
10.一种权利要求1至9任一权利要求所述长时序深海原位大型生物胁迫培养装置的使用方法，其特征在于：
步骤一，岸基端整体拆解清洗工作；对所述胁迫培养装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；
步骤二，清洗后进行组装，初始状态下，所述上盖(19)处于打开状态，所述样品袋(18)为底液装入状态；
步骤三，使用ROV携带所述胁迫培养装置到达固定点位进行作业，使用ROV机械手抓取深海大型生物放入所述胁迫培养桶体(35)内，使用ROV机械手关闭所述上盖(19)，所述上盖开关压块(25)与开关下端压块卡接，所述上盖(19)与胁迫培养桶体(35)密封闭合；
步骤四，经过一段设定时间后，所述电源控制桶(36)内的水下控制单元控制循环泵(41)工作，通过所述循环水获取管(45)获取外界海水，再通过所述循环水进水管(44)进入胁迫培养桶体(35)内部；
步骤五，所述电源控制桶(36)内的水下控制单元控制蠕动泵(14)转动，由蠕动泵(14)将所述样品袋(18)内部的底液经抽样管(17)、注射管(15)泵入胁迫培养桶体(35)内部，进行大型生物的胁迫培养；
步骤六，根据时间设定，重复步骤四和步骤五。直到满足实验要求；
步骤七，使用ROV机械手打开所述上盖(19)，再使用ROV机械手完成所述胁迫培养桶体(35)内部样品的倾倒，样品倾倒到原位固定装置中，进行样品固定，之后进行ROV携带样品回收。
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