CN113549545A - 深海冷泉生物高压控温模拟培养装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冷泉高压大型生物或微生物培养模拟实验研究领域，具体地说是一种深海冷泉生物高压控温模拟培养装置及其使用方法，模拟装置包括混合舱，高压舱，高压过滤器装置以及各种阀体，利用高压管路连接。本发明在高压舱中，通过高压泵和温控系统实现深海高温或低温高静水压环境，同时经过富集过滤、固定装置，解决了高压下大型生物和微生物菌体的培养、富集、固定技术。且培养装置、富集过滤装置可进行外部扩展，材料绝大部分耐腐蚀性能强，成本低，体积可调。

Description

深海冷泉生物高压控温模拟培养装置及其使用方法

技术领域

本发明属于高压大型生物或微生物培养、过滤、固定模拟实验研究领域，具体地说是一种深海冷泉生物高压控温模拟培养装置及其使用方法。

背景技术

深海是典型的高压环境，耐压及嗜压微生物是深海生态系统中的重要类群。随着深海采样技术的发展及高压微生物特殊培养设备的开发,已从深海环境中分离到一系列嗜压微生物,包括一些常压环境不能生长的严格嗜压菌。它们在脂肪酸的组成、压力调控元件、嗜压基因的表达、运动性等方面逐渐形成了有别于常压微生物的独特机制。

目前，国内外已有的深海模拟及低温高压微生物培养系统，如2014年1月29日公布的、公布号为CN103540521A的“深海冷泉模拟及低温高压微生物培养系统”是以水作为介质产生静水压，在特定的高压釜中，通过加压泵和温控系统实现深海高温或低温高静水压环境的模拟。培养结束后需要泄压至常压，再打开高压釜取样，无法精确反应微生物在高压下的状态。

在大型压力模拟装置方面，上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、哈尔滨工程大学、天津大学等单位搭建深海模拟与生物培养系统平台，开发了深海冷泉/热液模拟系统，2000米深海模拟试验装置、4000米深海高压模拟试验装置等装备，可以进行大设备和大体积的高压实验和高压培育；但是高压装备都为大型装备，体积较大，当进行样品获取时需要泄压操作，导致无法进行多样品分时操作。

发明内容

针对目前高压大型生物或微生物培养的瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种深海冷泉生物高压控温模拟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：

本发明的模拟装置包括补充气瓶、混合舱、高压泵A、培养组件、四通、过滤组件、废液舱及海水舱，其中混合舱的入口分别与补充气瓶及海水舱相连通，所述混合舱的出口通过管道与培养组件的入口端连通，所述培养组件的出口端通过管道与四通的第一个接口连通，在所述混合舱与培养组件之间的管道上安装有高压泵A；所述培养组件包括高压舱及恒温箱，所述高压舱位于恒温箱内，高压舱入口通过管道与所述高压泵A的出口连通，高压舱出口通过管道与所述四通的第一个接口连通，所述高压泵A与高压舱入口之间的管道上设有背压阀A；所述高压舱内在进行微生物培养实验时放置有微生物袋，所述微生物袋内部与高压舱出口连通，所述四通的第二个接口在进行微生物培养实验时通过管道与过滤组件的入口端连通，所述过滤组件的出口端通过管道与废液舱连通；所述高压舱内在进行大型生物培养实验时，所述高压舱出口与高压舱内部连通，所述四通的第二个接口在进行大型生物培养实验时通过管道与废液舱直连；所述过滤组件包括高压过滤器装置，所述高压过滤器装置的入口通过管道与四通的第二个接口连通，所述高压过滤器装置的出口通过管道与废液舱连通，在所述高压过滤器装置的出口与废液舱之间的管道上设有背压阀B；所述四通的第四个接口在进行微生物培养实验时通过管道与固定液舱连通，该固定液舱与四通之间的管道上安装有高压泵B，所述固定液舱中的固定液通过高压泵B泵入过滤组件中，对所述过滤组件中存在于过滤器内的过滤膜进行固定；各管道上分别安装有控制管道开关的针阀。

其中：所述培养组件为多个，各所述培养组件并联连接；所述过滤组件为多个，各所述过滤组件并联连接。

所述四通第二个接口与废液舱直连的管道与各过滤组件并联连接。

所述混合舱上分别安装有安全阀A及压力表A，所述高压舱上分别安装有安装阀B及压力表B。

所述四通的第三个接口通过管道连接有平衡器，所述平衡器通过平衡管路与平衡气瓶连通，在所述平衡器与四通之间的管道上设有针阀，该针阀在进行微生物培养实验时或在进行大型生物培养实验时为打开状态，培养实验结束后关闭。

所述平衡器内部设有平衡活塞，所述平衡活塞的右端为水体，、左端为平衡气瓶提供的高压气体，高压气体压力传递至所述微生物袋或高压舱内部，使所述微生物袋内部的压力与所述高压泵A向高压舱内施加的压力保持平衡，或使所述高压舱内部压力保持平衡。

所述混合舱通过气瓶管道与补充气瓶连通，所述海水舱与混合舱之间的管道上安装有海水泵；所述高压舱中进行大型生物培养实验时，所述补充气瓶通过气瓶管道向混合舱中注入气体，同时所述海水泵将海水舱内的海水泵入混合舱，气体与海水混合后通过所述高压泵A泵入高压舱；所述高压舱中进行微生物培养实验时，所述混合舱中仅通过海水泵泵入海水舱中的海水。

所述高压过滤器装置包括壳体、端盖、支腿、过滤器、入口安装端头、出口安装端头及入口密封端，所述过滤器设置于壳体内部，该壳体固定在所述支腿上，所述过滤器内设有过滤膜，所述过滤器的下端面抵接于壳体内设置的内台阶上，所述内台阶上开有内槽，所述壳体的内部空间通过内槽与过滤器出口连通，所述过滤器的上端面通过与所述壳体密封连接的端盖限位；所述端盖上开设有螺纹上端口，所述螺纹上端口与带有入口的入口安装端头螺纹连接，所述壳体上开设有螺纹下端口，所述螺纹下端口与带有出口的出口安装端头螺纹连接，所述过滤器的过滤器入口与入口安装端头之间设有入口密封端，所述入口密封端的一端与入口安装端头螺纹连接，另一端与所述过滤器的过滤器入口密封连接，所述过滤器出口与出口连通。

本发明深海冷泉生物高压控温模拟培养装置的使用方法，包括如下步骤

步骤一，对所述深海冷泉生物高压控温模拟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，当进行大型生物培养实验时，通过所述补充气瓶向混合舱注入气体，同时通过所述海水舱向混合舱注入海水，所述混合舱预先完成海水与气体的混合，成为适合大型生物培养的混合液体；当进行微生物培养实验时，通过所述海水舱向混合舱注入海水，成为适合微生物培养的液体；

步骤三，根据实验需要，进行一个或多个培养组件和一个或多个过滤组件的安装，所述恒温箱温度根据需求进行预先设定；

步骤四，当进行微生物培养实验时，在所述高压舱中放置微生物袋，关闭所述过滤组件进口端的针阀，使用所述高压泵A将混合舱内的海水泵入所述高压舱中后挤压微生物袋，进行高压培养实验；当进行大型生物培养实验时，将所述四通的第二个接口通过针阀L和针阀K与背压阀B的入口连接，所述背压阀B的出口与废液舱连通；关闭所述四通第二个接口与背压阀B之间管道上的所述过滤组件进出口端的针阀，打开针阀L和针阀K，使用所述高压泵A将混合舱内的混合液体泵入高压舱，通过调整所述背压阀A使所述高压舱内的压力达到预设压力；

步骤五，微生物培养实验完成后，打开所述过滤组件进口端的针阀，通过调整所述背压阀B，利用高压泵A使所述微生物袋内的液体经过滤组件、背压阀B后流入废液舱，所述固定液舱中的固定液通过高压泵B泵入过滤组件中，对所述过滤组件中存在于过滤器内的过滤膜进行固定，进而从所述过滤组件获得微生物滤膜；大型生物培养实验完成后，打开所述四通第二个接口与背压阀B之间管道上的针阀L和针阀K，通过调整所述背压阀B，使高压舱内的液体经背压阀B后流入废液舱，打开高压舱获得大型生物样品；

步骤六，将深海冷泉生物高压控温模拟培养装置进行拆解清洗工作。

其中：当步骤四进行微生物培养实验或大型生物培养实验时，所述四通的第三个接口通过管道连接有平衡器，所述平衡器通过平衡管路与平衡气瓶连通，所述平衡气瓶内部气体压力灌入值为微生物袋内的设定压力或高压舱内的设定压力，所述平衡活塞由于气压作业到达平衡器右侧，使所述微生物袋内的压力或高压舱内的压力保持平衡。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明集成深海高温或低温高静水高压，高压过滤及固定装置，满足深海生态系统中大型生物和微生物菌体的培养、微生物快速富集、微生物固定。

2.本发明的培养组件、过滤组件均可进行外部扩展，材料绝大部分耐腐蚀性能强，成本低，体积可调。

附图说明

图1为本发明模拟装置的结构示意图；

图2为图1中高压过滤器装置的结构剖视图；

其中：1为补充气瓶，2为气瓶管道，3为混合舱，4为安全阀A，5为压力表A，6为流入管道，7为高压泵A，8为背压阀A，9为针阀A，10为高压舱入口，11为微生物袋，12为高压舱A，13为安全阀B，14为恒温箱A，15为压力表B，16为高压舱出口，17为针阀B，18为四通，19为针阀J，20为针阀C，21为高压泵B，22为固定液舱，23为针阀D，24为快通接头A，25为高压过滤器装置A，26为过滤器，27为快通接头B，28为针阀E，29为背压阀B，30为废液舱，31为支腿，32为出口，33为出口安装端头，34为螺纹下端口，35为过滤器出口，36为内台阶，37为过滤膜，38为过滤器入口，39为入口密封端，40为螺纹上端口，41为入口，42为入口安装端头，43为平衡器，44为平衡活塞，45为平衡管路，46为平衡气瓶，47为高压舱B，48为高压过滤器装置B,49为针阀F,50为针阀G,51为快通接头C,52为快通接头D,53为针阀H，54为针阀I，55为海水泵，56为海水舱，57为恒温箱B，58为壳体，59为端盖，60为针阀K，61为针阀L。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明的模拟装置包括补充气瓶1、混合舱3、高压泵A7、培养组件、四通18、过滤组件、废液舱30及海水舱56，其中混合舱3的入口分别与补充气瓶1及海水舱56相连通，混合舱3的出口通过管道与培养组件的入口端连通，培养组件的出口端通过管道与四通18的第一个接口连通，在混合舱3与培养组件之间的管道上安装有高压泵A7；培养组件包括高压舱及恒温箱，高压舱位于恒温箱内，高压舱入口10通过管道与高压泵A7的出口连通，高压舱出口16通过管道与四通18的第一个接口连通，高压泵A7与高压舱入口10之间的管道上设有背压阀A8；高压舱内在进行微生物培养实验时放置有微生物袋11，微生物袋11内部与高压舱出口16连通，四通18的第二个接口在进行微生物培养实验时通过管道与过滤组件的入口端连通，过滤组件的出口端通过管道与废液舱30连通；高压舱内在进行大型生物培养实验时，高压舱出口16与高压舱内部连通，四通18的第二个接口在进行大型生物培养实验时通过管道与废液舱30直连；过滤组件包括高压过滤器装置，高压过滤器装置的入口通过管道与四通18的第二个接口连通，高压过滤器装置的出口通过管道与废液舱30连通，在高压过滤器装置的出口与废液舱30之间的管道上设有背压阀B29；高压过滤器装置与四通18第二个接口之间的管道上及高压过滤器装置与废液舱30之间的管道上均安装有快通接头和针阀。四通18的第四个接口在进行微生物培养实验时通过管道与固定液舱22连通，该固定液舱22与四通18之间的管道上安装有高压泵B21，固定液舱22中的固定液通过高压泵B21泵入过滤组件中，对过滤组件中存在于过滤器26内的过滤膜37进行固定；各管道上分别安装有控制管道开关的针阀。

本发明的培养组件为多个，各培养组件并联连接；过滤组件为多个，各过滤组件并联连接。四通18第二个接口与废液舱30直连的管道与各过滤组件并联连接。

本实施例的培养组件及过滤组件均为两个，如图1、图2所示，下面以两个培养组件及两个过滤组件为例，对系统结构进行详细描述。

本实施例的混合舱3通过气瓶管道2与补充气瓶1连通，海水舱56与混合舱3之间的管道上安装有海水泵55；当高压舱中进行大型生物培养实验时，补充气瓶1通过气瓶管道2向混合舱3中注入气体，同时海水泵55将海水舱56内的海水泵入混合舱，气体与海水混合后通过高压泵A7泵入高压舱；当高压舱中进行微生物培养实验时，混合舱3中仅通过海水泵55泵入海水舱56中的海水。本实施例的补充气瓶1中的气体可以为氧气或甲烷气体。

混合舱3的上端分别安装有安全阀A4及压力表A5，混合舱3的左端口通过流入管道6与高压泵A7的入口连通，高压泵A7的出口通过管道与背压阀A8的入口连通，背压阀A8的出口与并联的两个培养组件连通。

第一个培养组件包括针阀A9、高压舱A12、恒温箱A14及针阀B17，高压舱A12位于恒温箱A14内，高压舱入口10通过管道与背压阀A8的出口连通，针阀A9设置在高压舱入口10与背压阀A8之间的管道上；高压舱出口16通过管道与四通18的第一个接口连通，针阀B17设置在高压舱出口16与四通18之间的管道上，针阀A9及针阀B17均位于恒温箱A14的外部。

第二个培养组件包括针阀I54、高压舱B47、恒温箱B57及针阀H53，高压舱B47位于恒温箱B57内，高压舱入口10通过管道接至针阀A9与背压阀A8之间的管道上，在高压舱B47的高压舱入口10与背压阀A8之间的管道上设置有针阀I54；高压舱B47的高压舱出口16通过管道与四通18的第四个接口连通，在高压舱B47的高压舱出口16与四通18之间的管道上设置有针阀H53，针阀I54及针阀H53均位于恒温箱B57的外部。

在高压舱A12及高压舱B47上均安装有安装全阀B13及压力表B15。

高压舱A12及高压舱B47内在进行微生物培养实验时均放置有微生物袋11，微生物袋11内部与高压舱出口16连通，高压舱A12及高压舱B47内在进行大型生物培养实验时，高压舱出口16与高压舱A12内部及高压舱B47内部连通。

当高压舱A12及高压舱B47内在进行微生物培养实验放置微生物袋11时，为了使微生物袋11内部压力保持恒定，或者为了使高压舱A12及高压舱B47内在进行大型生物培养实验时内部压力保持恒定，本实施例在四通18的第三个接口通过管道连接有平衡器43，平衡器43通过平衡管路45与平衡气瓶46连通，在平衡器43与四通18之间的管道上设有针阀J19。平衡器43内部设有平衡活塞44，该平衡活塞44右端为水体、左端为平衡气瓶46提供的高压气体，该高压气体压力传递至微生物袋11内部，使微生物袋11内部的压力与高压泵A7向高压舱A12或高压舱B47内施加的压力保持平衡。当高压舱A12及高压舱B47内在进行大型生物培养实验时，直接将大型生物放置在高压舱A12及高压舱B47内，平衡器43内部的高压气体压力传递至高压舱A12及高压舱B47内，使高压舱A12、高压舱B47内部压力保持平衡。高压舱A12和高压舱B47的控温体系是利用恒温箱A14和恒温箱B57完成的。

第一个过滤组件包括通过管道依次连接的针阀D23、快通接头A24、高压过滤器装置A25、快通接头B27及针阀E28，针阀D23的入口通过管道与四通18的第二个接口连通，针阀E28的出口通过管道与背压阀B29的入口连通，背压阀B29的出口通过管道与废液舱30连通。

第二个过滤组件包括通过管道依次连接的针阀F49、快通接头D52、高压过滤器装置B48、快通接头C51及针阀G50，针阀F49的入口通过管道接至针阀D与四通18之间的管道上，针阀G50的出口通过管道接至针阀E28与背压阀B29之间的管道上。

四通18第二个接口在进行大型生物培养实验时与废液舱30直连的管道与两个过滤组件并联，并在管道上设置针阀K60及针阀L61。

本实施例的高压过滤器装置A25与高压过滤器装置B48的结构相同，均包括壳体58、端盖59、支腿31、过滤器26、入口安装端头42、出口安装端头33及入口密封端39，过滤器26设置于壳体58内部，该壳体58固定在支腿31上，过滤器26内设有过滤膜37，过滤器26的下端面抵接于壳体内设置的内台阶36上、保障过滤器26的稳固，内台阶36上开有内槽，壳体58的内部空间通过内槽与过滤器出口35连通，过滤器26的上端面通过与壳体58密封连接的端盖59限位；端盖59上开设有螺纹上端口40，螺纹上端口40与带有入口41的入口安装端头42螺纹连接，壳体58上开设有螺纹下端口34，螺纹下端口34与带有出口32的出口安装端头33螺纹连接，过滤器26的过滤器入口38与入口安装端头42之间设有入口密封端39，入口密封端39的一端与入口安装端头42螺纹连接，另一端与过滤器26的过滤器入口38密封连接，保障液体的密封，过滤器出口35与出口32连通。高压过滤器装置A25中的入口41通过管道与快通接头A24连通、出口32通过管道与快通接头B27连通，高压过滤器装置B48的入口41通过管道与快通接头D52连通、出口32通过管道与快通接头C51连通。当进行微生物培养实验时，高压泵A7工作时，微生物袋11内外压平衡，微生物袋11内部液体全部流入高压过滤器装置A25或高压过滤器装置B48进行过滤；当进行大型生物培养实验时，高压舱A12内部及高压舱B47内部均不放置微生物袋11，高压舱A12及高压舱B47内部全部液体无法流入高压过滤器装置A25或高压过滤器装置B48中进行过滤，而是直接流入背压袋B29的入口，再进入废液舱30；因此在进行大型生物培养实验时，脱离过滤组件。

本实施例的高压泵A7及高压泵B21均为适用于海水加压的现有技术中的高压泵。本实施例的微生物袋11为密封软袋，过滤器26为现有技术中0.22μm针筒式滤器(PALL，PN4612)。

本发明深海冷泉生物高压控温模拟培养装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，对深海冷泉生物高压控温模拟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，当进行大型生物培养实验时，通过补充气瓶1向混合舱3注入气体，同时通过海水舱56向混合舱3注入海水，混合舱3预先完成海水与气体的混合，成为适合大型生物培养的混合液体；当进行微生物培养实验时，通过海水舱56向混合舱3注入海水，成为适合微生物培养的液体；

步骤三，根据实验需要，进行一个或多个培养组件和一个或多个过滤组件的安装，恒温箱温度根据需求进行预先设定；本实施例以两个培养组件和两上过滤组件为例；

步骤四，当进行微生物培养实验时，分别在高压舱A12及高压舱B47中放置微生物袋11，平衡气瓶46内部气体压力灌入值为高压舱A12及高压舱B47的设定压力，平衡活塞44由于气压作业到达平衡器43右侧；关闭针阀D23、针阀J19、针阀C20、针阀H53、针阀I54，使用高压泵A7将混合舱3内的海水泵入高压舱A12中后挤压微生物袋11，通过调整背压阀A8使微生物袋11内的压力达到预设压力；然后关闭针阀A9、针阀B17，打开针阀I54、针阀H53，使用高压泵A7将混合舱3内的海水泵入高压舱B47中后挤压微生物袋11，通过调整背压阀A8使微生物袋11内的压力达到预设压力；再关闭针阀I54，打开针阀J19、针阀B17，利用平衡器43使高压舱A12及高压舱B47内置的微生物袋11内的压力保持平衡，进行高压培养实验；当进行大型生物培养实验时，将四通18的第二个接口直接通过管道与背压阀B29的入口连接，并在管道上设置针阀K60及针阀L61，并将针阀K60及针阀L61打开；关闭针阀D23、针阀J19、针阀C20、针阀H53、针阀I54，使用高压泵A7将混合舱3内的混合液体泵入高压舱A12，通过调整背压阀A8使高压舱A12内的压力达到预设压力，然后关闭针阀A9、针阀B17，打开针阀I54、针阀H53，使用高压泵A7将混合舱3内的混合液体泵入高压舱B47，通过调整背压阀A8使高压舱A12内的压力达到预设压力，再关闭针阀I54，打开针阀J19、针阀B17，利用平衡器43使高压舱A12及高压舱B47内的压力保持平衡，对大型生物进行高压循环水培养实验；一天工作六次，四小时工作一次，一次工作30分钟；

步骤五，微生物培养实验完成后，关闭针阀J19、针阀H53、针阀F49、针阀G50，打开针阀D23、针阀E28，通过调整背压阀B29，使高压舱A12中微生物袋11内的液体经四通18、针阀D23、快通接头A24、高压过滤器装置A25、快通接头B27、针阀E28、背压阀B29流入废液舱30；打开针阀C20，利用高压泵B21将固定液舱22中的固定液泵出，经针阀C20、四通18、针阀D23、快通接头A24、高压过滤器装置A25、快通接头B27、针阀E28、背压阀B29，使得高压过滤器装置A25内部的过滤器26内的过滤膜37进行固定，进而从过滤组件获得微生物滤膜；

然后，关闭针阀A9、针阀B17、针阀D23、针阀E28，打开针阀H53、针阀I 54、针阀F49、针阀G50，通过调整背压阀B29，利用高压泵A7使高压舱B47中微生物袋11内的液体经四通18、针阀F49、快通接头D52、高压过滤器装置B48、快通接头C51、针阀G50、背压阀B29流入废液舱30；打开针阀C20，利用高压泵B21将固定液舱22中的固定液泵出，经针阀C20、四通18、针阀F49、快通接头D52、高压过滤器装置B48、快通接头C51、针阀G50、背压阀B29，使得高压过滤器装置B48内部的过滤器26内的过滤膜37进行固定，进而从过滤组件获得微生物滤膜；

大型生物培养实验完成后，关闭针阀J19、针阀H53，打开四通18第二个接口与背压阀B29之间管道上的针阀K60及针阀L61，通过调整背压阀B29，利用高压泵A7使高压舱A12内的液体经背压阀B29后流入废液舱30，经过多次换水培养后，打开高压舱A12获得大型生物样品；然后，关闭针阀B17，打开针阀H53和针阀I54，利用高压泵A7通过调整背压阀B29，使高压舱B47内的液体经背压阀B29后流入废液舱30，经过多次换水培养后，打开高压舱B47获得大型生物样品；

步骤六，将深海冷泉生物高压控温模拟培养装置进行拆解清洗工作。

实验例一(微生物培养实验)

将希瓦氏菌Shewanlle sp.和2216E液体培养基放入微生物袋11中，使微生物袋11内的压力在加压后保持在1450psi，将微生物袋11密封后放入高压舱A12中。

高压泵A7将混合舱3内的海水泵入高压舱A12，高压舱A12内的压力(1450psi)通过压力表B15可以读出，使微生物袋11内外压力平衡。恒温箱A14内的温度保持在2～4℃。微生物袋11内的微生物在压力环境下培养1～3天，培养过程中，平衡气瓶46通过平衡器43使微生物袋11内的压力始终保持在1450psi。培养结束后，打开背压阀B29，调节背压阀B29的压力至1400psi，使背压阀B29的压力小于高压舱A12内的压力，利用高压泵A7使微生物袋11内的微生物及液体全部流出，通过高压过滤器装置A25将微生物过滤出来，液体流至废液舱30。

利用高压泵B21将100ml固定液泵入高压过滤器装置A25，使微生物固定。固定液为RNA样品组织保存液(RNA Tranquilizer，北京华越洋生物科技有限公司)溶液。

实验例二(大型生物培养实验)

首先，大型生物指深海无脊椎动物，如(深海偏顶蛤、柯氏潜铠虾等)。将大型生物放入高压舱A12中。在海水舱56中放入600ml含有微生物的2216E液体培养基，补充气瓶1内的气体为50％氮气、30％甲烷、20％空气的混合气体。将带有培养基的海水通过海水泵55泵入混合舱3，补充气瓶1向混合舱3内充入气体，使气体与带有培养基的海水在混合舱3中混合，通过压力表A5读出混合舱3内的压力<10psi。混合仓3压力为常压。

高压泵A7将气体与海水混合后的混合物泵入高压舱A12，高压舱A12内的压力(1450psi)通过压力表B15可以读出。恒温箱14内的温度保持在2～4℃。经过多次换水培养，高压舱A12内的大型生物在压力环境下培养7～10天。

培养结束后，打开背压阀B29，使高压舱压力迅速减少，快速打开高压舱，转移大型生物到液氮罐中进行保存，或直接解剖处理。

本发明将针对目前深海生命科学研究的技术瓶颈，在高压舱中，通过高压泵和温控系统实现深海高温或低温高静水压环境的模拟。培养结束后，通过高压过滤及固定装置，解决了高压下微生物菌体的快速富集、固定等技术问题。本发明耐腐蚀性能强，成本低，培养体积可调，并可快速、有效地长时序培养、过滤及固定样品。

本发明在现有高静水压技术基础上，加装了过滤组件及固定装置，解决了高压下微生物菌体的快速富集、固定等技术问题。对这些特殊微生物的深入研究,将进一步揭示微生物对极端高压环境的适应性机制，发掘特殊的基因资源及代谢产物,还有助于探索地球生命的温度压力极限及生命起源和演化等科学问题。

Claims (10)

1.一种深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：包括补充气瓶(1)、混合舱(3)、高压泵A(7)、培养组件、四通(18)、过滤组件、废液舱(30)及海水舱(56)，其中混合舱(3)的入口分别与补充气瓶(1)及海水舱(56)相连通，所述混合舱(3)的出口通过管道与培养组件的入口端连通，所述培养组件的出口端通过管道与四通(18)的第一个接口连通，在所述混合舱(3)与培养组件之间的管道上安装有高压泵A(7)；所述培养组件包括高压舱及恒温箱，所述高压舱位于恒温箱内，高压舱入口(10)通过管道与所述高压泵A(7)的出口连通，高压舱出口(16)通过管道与所述四通(18)的第一个接口连通，所述高压泵A(7)与高压舱入口(10)之间的管道上设有背压阀A(8)；所述高压舱内在进行微生物培养实验时放置有微生物袋(11)，所述微生物袋(11)内部与高压舱出口(16)连通，所述四通(18)的第二个接口在进行微生物培养实验时通过管道与过滤组件的入口端连通，所述过滤组件的出口端通过管道与废液舱(30)连通；所述高压舱内在进行大型生物培养实验时，所述高压舱出口(16)与高压舱内部连通，所述四通(18)的第二个接口在进行大型生物培养实验时通过管道与废液舱(30)直连；所述过滤组件包括高压过滤器装置，所述高压过滤器装置的入口通过管道与四通(18)的第二个接口连通，所述高压过滤器装置的出口通过管道与废液舱(30)连通，在所述高压过滤器装置的出口与废液舱(30)之间的管道上设有背压阀B(29)；所述四通(18)的第四个接口在进行微生物培养实验时通过管道与固定液舱(22)连通，该固定液舱(22)与四通(18)之间的管道上安装有高压泵B(21)，所述固定液舱(22)中的固定液通过高压泵B(21)泵入过滤组件中，对所述过滤组件中存在于过滤器(26)内的过滤膜(37)进行固定；各管道上分别安装有控制管道开关的针阀。

2.根据权利要求1所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述培养组件为多个，各所述培养组件并联连接；所述过滤组件为多个，各所述过滤组件并联连接。

3.根据权利要求2所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述四通(18)第二个接口与废液舱(30)直连的管道与各过滤组件并联连接。

4.根据权利要求1所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述混合舱(3)上分别安装有安全阀A(4)及压力表A(5)，所述高压舱上分别安装有安装阀B(13)及压力表B(15)。

5.根据权利要求1所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述四通(18)的第三个接口通过管道连接有平衡器(43)，所述平衡器(43)通过平衡管路(45)与平衡气瓶(46)连通，在所述平衡器(43)与四通(18)之间的管道上设有针阀，该针阀在进行微生物培养实验时或在进行大型生物培养实验时为打开状态，培养实验结束后关闭。

6.根据权利要求5所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述平衡器(43)内部设有平衡活塞(44)，所述平衡活塞(44)的右端为水体，、左端为平衡气瓶(46)提供的高压气体，高压气体压力传递至所述微生物袋(11)或高压舱内部，使所述微生物袋(11)内部的压力与所述高压泵A(7)向高压舱内施加的压力保持平衡，或使所述高压舱内部压力保持平衡。

7.根据权利要求1所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述混合舱(3)通过气瓶管道(2)与补充气瓶(1)连通，所述海水舱(56)与混合舱(3)之间的管道上安装有海水泵(55)；所述高压舱中进行大型生物培养实验时，所述补充气瓶(1)通过气瓶管道(2)向混合舱(3)中注入气体，同时所述海水泵(55)将海水舱(56)内的海水泵入混合舱，气体与海水混合后通过所述高压泵A(7)泵入高压舱；所述高压舱中进行微生物培养实验时，所述混合舱(3)中仅通过海水泵(55)泵入海水舱(56)中的海水。

8.根据权利要求1所述的深海冷泉生物高压控温模拟培养装置，其特征在于：所述高压过滤器装置包括壳体(58)、端盖(59)、支腿(31)、过滤器(26)、入口安装端头(42)、出口安装端头(33)及入口密封端(39)，所述过滤器(26)设置于壳体(58)内部，该壳体(58)固定在所述支腿(31)上，所述过滤器(26)内设有过滤膜(37)，所述过滤器(26)的下端面抵接于壳体内设置的内台阶(36)上，所述内台阶(36)上开有内槽，所述壳体(58)的内部空间通过内槽与过滤器出口(35)连通，所述过滤器(26)的上端面通过与所述壳体(58)密封连接的端盖(59)限位；所述端盖(59)上开设有螺纹上端口(40)，所述螺纹上端口(40)与带有入口(41)的入口安装端头(42)螺纹连接，所述壳体(58)上开设有螺纹下端口(34)，所述螺纹下端口(34)与带有出口(32)的出口安装端头(33)螺纹连接，所述过滤器(26)的过滤器入口(38)与入口安装端头(42)之间设有入口密封端(39)，所述入口密封端(39)的一端与入口安装端头(42)螺纹连接，另一端与所述过滤器(26)的过滤器入口(38)密封连接，所述过滤器出口(35)与出口(32)连通。

9.一种权利要求1至8任一权利要求所述深海冷泉生物高压控温模拟培养装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤

步骤一，对所述深海冷泉生物高压控温模拟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，当进行大型生物培养实验时，通过所述补充气瓶(1)向混合舱(3)注入气体，同时通过所述海水舱(56)向混合舱(3)注入海水，所述混合舱(3)预先完成海水与气体的混合，成为适合大型生物培养的混合液体；当进行微生物培养实验时，通过所述海水舱(56)向混合舱(3)注入海水，成为适合微生物培养的液体；

步骤三，根据实验需要，进行一个或多个培养组件和一个或多个过滤组件的安装，所述恒温箱温度根据需求进行预先设定；

步骤四，当进行微生物培养实验时，在所述高压舱中放置微生物袋(11)，关闭所述过滤组件进口端的针阀，使用所述高压泵A(7)将混合舱(3)内的海水泵入所述高压舱中后挤压微生物袋(11)，进行高压培养实验；当进行大型生物培养实验时，将所述四通(18)的第二个接口通过针阀L(61)和针阀K(60)与背压阀B(29)的入口连接，所述背压阀B(29)的出口与废液舱(30)连通；关闭所述四通(18)第二个接口与背压阀B(29)之间管道上的所述过滤组件进出口端的针阀，打开针阀L(61)和针阀K(60)，使用所述高压泵A(7)将混合舱(3)内的混合液体泵入高压舱，通过调整所述背压阀A(8)使所述高压舱内的压力达到预设压力；

步骤五，微生物培养实验完成后，打开所述过滤组件进口端的针阀，通过调整所述背压阀B(29)，利用高压泵A(7)使所述微生物袋(11)内的液体经过滤组件、背压阀B(29)后流入废液舱(30)，所述固定液舱(22)中的固定液通过高压泵B(21)泵入过滤组件中，对所述过滤组件中存在于过滤器(26)内的过滤膜(37)进行固定，进而从所述过滤组件获得微生物滤膜；大型生物培养实验完成后，打开所述四通(18)第二个接口与背压阀B(29)之间管道上的针阀L(61)和针阀K(60)，通过调整所述背压阀B(29)，使高压舱内的液体经背压阀B(29)后流入废液舱(30)，打开高压舱获得大型生物样品；

步骤六，将深海冷泉生物高压控温模拟培养装置进行拆解清洗工作。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于：当步骤四进行微生物培养实验或大型生物培养实验时，所述四通(18)的第三个接口通过管道连接有平衡器(43)，所述平衡器(43)通过平衡管路(45)与平衡气瓶(46)连通，所述平衡气瓶(46)内部气体压力灌入值为微生物袋(11)内的设定压力或高压舱内的设定压力，所述平衡活塞(44)由于气压作业到达平衡器(43)右侧，使所述微生物袋(11)内的压力或高压舱内的压力保持平衡。

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