CN114456907B - 一种海底低污染型微生物多膜采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微生物采样装置，旨在提供一种海底低污染型微生物多膜采样装置。该装置包括压力补偿装置、采样机构、减速增扭机构和驱动装置；采样机构包括嵌套安装的采样腔外筒和采样腔内筒，滤膜固定轴贯穿轴向中心，在滤膜固定轴上并列布置若干组滤膜结构；滤膜固定轴的一端通过减速增扭机构连接驱动装置，通过减速增扭机构带动采样腔内筒在采样腔外筒中绕轴旋转，实现内外进水孔的相对互通或错位密封；压力补偿装置与采样腔内筒的腔体相连。本发明将可旋转开合双筒结构作为主要采样构件，在下放和回收过程中可以始终保持采样腔关闭，仅在预定深度的海底旋转内筒形成敞开环境；能有效防止杂质污染，确保获得目标深度的纯净微生物膜样品。

Description

一种海底低污染型微生物多膜采样装置

技术领域

本发明涉及一种微生物采样装置，尤其是涉及一种海底低污染型微生物多膜采样装置。

背景技术

海洋面积占据了地球总表面积的约71％，海洋中有超过1000万种生物物种，具有极大的生物多样性。过去50年来，人类通过对海洋微生物的培养和研究发现了超过两万种天然产物。其中有许多结构新颖独特的化合物，被发现具有抗肿瘤、抗细胞衰老、抗细菌/病毒的活性，对于相关药物的开发具有重要的意义。海洋微生物多样性及其天然产物资源的研究开发正受到世界各国越来越多的重视。

目前针对普通海水样品中的微生物含量通常采用直接采样的方式，由于单位体积内海水样品中的微生物含量很少，采样效率较低。有一种方法是利用微生物在平板结构上的附着生长特性在海水中进行原位培养，以获得大密度的微生物膜或菌落样品。为了使微生物不断富集需要将平板置于开放的海水环境中一段时间，并将采样装置设计成敞开式结构。这就导致在采样装置下放和回收的过程中，平板会不可避免地与其他各深度的海水发生接触，从而使样品中混入不同深度海水中的杂质和杂菌，降低目标深度特定样品的纯净度。

为了解決这一问题，本发明提出了采样腔可旋转开合的双筒结构的海底低污染型微生物膜采样富集装置，在下放和回收过程中均保持采样腔关闭，仅在预定深度的海底旋转内筒形成敞开环境，

因此，提供一种能够有效防止杂质污染，确保获得目标深度的纯净微生物样品的采样装置，是符合现实需要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供了一种海底低污染型微生物多膜采样装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

本发明提供了一种海底低污染型微生物多膜采样装置，包括压力补偿装置，以及依次布置的采样机构、减速增扭机构和驱动装置；其中，所述采样机构包括嵌套安装的采样腔外筒和采样腔内筒，两者均为中空筒形结构，且采样腔内筒的外壁面与采样腔外筒的内壁面接触约束；采样腔内筒的两端以端盖实现密封，采样腔外筒的两端设有固定板用于实现夹持固定；一根滤膜固定轴贯穿采样腔内筒的轴向中心并固定在两个端盖的中心，在滤膜固定轴上并列布置了若干组滤膜结构；在采样腔外筒和采样腔内筒上分别设有开口位置一致的进水孔；滤膜固定轴的一端通过减速增扭机构连接驱动装置，驱动装置能通过减速增扭机构带动采样腔内筒在采样腔外筒中绕轴旋转，实现内外进水孔的相对互通或错位密封；所述压力补偿装置与采样腔内筒的腔体相连。

作为本发明的优选方案，所述压力补偿装置是具有中空筒形外壳的活塞式结构；在活塞两侧的外壳上设通孔且分别与活塞两侧的空腔连通，其中一个通孔与采样腔内筒的腔体相连。

作为本发明的优选方案，所述滤膜固定轴的一端固定在端盖上，另一端为中空结构的流道；该中空结构的流道的一端在端盖处与所述压力补偿装置连通，另一端通过开孔与采样腔内筒的腔体相连。

作为本发明的优选方案，所述滤膜结构具有中心安装部、外缘安装环和若干根径向辐条，在中心安装部与外缘安装环之间设有环形的滤膜片，并由辐条实现支撑；中心安装部的中央设置安装孔，所述滤膜固定轴贯穿各滤膜结构的安装孔并实现固定连接，各滤膜结构之间保持相等间距。

作为本发明的优选方案，所述端盖的中央具有圆形凸台，端盖以凸台嵌套装在采样腔内筒的端部，采样腔内筒的内壁面与端盖侧缘为接触约束；在凸台的侧缘设有环形凹槽，在采样腔内筒外壁上的进水孔两侧设有环形凹槽；在各环形凹槽中分别嵌装O形密封圈，共同实现采样腔内筒的腔体密封。

作为本发明的优选方案，所述设于采样腔外筒和采样腔内筒上的进水孔各有四个，且沿周向均匀分布。

作为本发明的优选方案，所述采样机构包括四根沿周向均匀分布的带螺纹的连接杆，连接杆穿过采样腔外筒两端的固定板并由配套的螺母实现固定。

作为本发明的优选方案，所述驱动装置包括安装支架和水下充油电机，所述水下充油电机固定在安装支架上。

作为本发明的优选方案，所述减速增扭机构包括三根装有齿轮的固定轴，以及两块平行布置的固定板；其中固定轴三活动安装在固定板四上，固定轴二活动安装在固定板三上，固定轴一的两端分别活动安装在固定板四和固定板三上；固定轴三上的大齿轮二与固定轴一上的小齿轮二啮合，固定轴一上的大齿轮一与固定轴二上的小齿轮一啮合；所述大齿轮二与小齿轮二的齿比为50:1，大齿轮一与小齿轮一的齿比为50:1；固定轴三的一端固定在采样腔内筒的端盖上，固定轴二的一端通过联轴器与驱动装置的输出端相连，各齿轮位于两块固定板之间。

作为本发明的优选方案，所述各固定轴通过轴承活动安装在固定板上；固定板四与采样腔外筒端部的固定板之间、固定板四与固定板三之间，分别通过带螺纹的连接杆和配套螺母实现固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明创新性地提出了可旋转开合双筒结构的采样机构，将其作为海底低污染型微生物膜采样富集装置的主要采样构件。在下放和回收过程中可以始终保持采样腔关闭，仅在预定深度的海底旋转内筒形成敞开环境。从而能够有效防止杂质污染，确保获得目标深度的纯净微生物膜样品。

2、在装置下放和回收过程中将内外筒闭合，并在样品筒中充满无菌水，从而确保样品筒内部为封闭的无菌环境。避免了下放与回收过程中与外界海水的接触，保证装置只对指定水深的微生物进行富集。

3、通过齿轮啮合传动来达到减速增扭的作用，从而防止采样腔室能够平稳开合。

4、在采样腔内筒的内部安装了多组滤膜结构，能够增加滤膜与海水的接触面积，从而在单位时间内增加微生物的富集总量。

5、压力补偿装置可以有效平衡装置下放和回收过程中由于深度变化造成的水压变化，为样品筒内水体的体积改变提供补偿，可以有效减少由于采样腔室内外压差引起的海水交换。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图(进水孔为封闭状态)；

图2是本发明取样时示意图(进水孔为打开状态)；

图3是装置动力部分结构的剖面示意图；

图4是装置取样部分结构的剖面示意图。

图中：1压力补偿装置；2固定板一；3连接杆；4采样腔外筒；5进水孔；6固定板二；7小齿轮二；8大齿轮一；9固定板三；10水下充油电机；11联轴器；12小齿轮一；13齿轮安装板；14大齿轮二；15固定板四；16固定轴一；17固定轴二；18活塞；19端盖一；20滤膜结构；21采样腔内筒；22滤膜固定轴；23端盖二；24固定轴三；25O型密封圈；26流道。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本申请中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-4所示，本发明提供的海底低污染型微生物多膜采样装置包括压力补偿装置1，以及依次布置的采样机构、减速增扭机构和驱动装置。其中，

采样机构包括嵌套安装的采样腔外筒4和采样腔内筒21，两者均为中空筒形结构，且采样腔内筒21的外壁面与采样腔外筒4的内壁面接触约束。采样腔内筒21的两端以端盖一19和端盖二23实现密封，采样腔外筒4的端盖外侧分别设有固定板一2和固定板二6用于实现对采样腔内筒21的夹持与固定。四根沿周向均匀分布的带螺纹的连接杆3，穿过采样腔外筒4两端的固定板并由配套的螺母实现固定。两个端盖的中央具有圆形凸台，并以凸台嵌套装在采样腔内筒21的端部，使采样腔内筒21的内壁面与两端盖的侧缘为接触约束，并通过螺钉进一步紧固为整体。在端盖凸台的侧缘设有环形凹槽，在采样腔内筒外壁上的进水孔两侧设有环形凹槽；在各环形凹槽中分别嵌装O形密封圈25，共同实现采样腔内筒21的腔体密封。

滤膜固定轴2贯穿采样腔内筒21的轴向中心，并固定在两个端盖内表面的中心，在滤膜固定轴2上并列布置了若干组滤膜结构20。滤膜固定轴2的一端固定在端盖23上，另一端为中空结构的流道26。流道26的一端在端盖一19处与压力补偿装置1连通，另一端通过开孔与采样腔内筒21的腔体相连。滤膜结构20具有中心安装部、外缘安装环和若干根径向辐条，在中心安装部与外缘安装环之间设有环形的滤膜片，并由辐条实现支撑；中心安装部的中央设置安装孔，滤膜固定轴2贯穿各滤膜结构的安装孔并实现固定连接，各滤膜结构20之间保持相等间距。

在采样腔外筒2和采样腔内筒21上分别设有四个开口位置一致且沿周向均匀分布的进水孔5；驱动装置能通过减速增扭机构带动采样腔内筒21在采样腔外筒4中绕轴旋转，实现内外进水孔5的相对互通或错位密封。

减速增扭机构包括三根装有齿轮的固定轴，以及平行布置的两块固定板，各固定轴通过轴承活动安装在固定板上。其中，固定轴三24活动安装在固定板四15上，固定轴二17活动安装在固定板三9上，固定轴一16的两端分别活动安装在固定板四15和固定板三9上；固定轴三24上的大齿轮二14与固定轴一16上的小齿轮二7啮合，固定轴一16上的大齿轮一8与固定轴二17上的小齿轮一12啮合；大齿轮二14与小齿轮二7的齿比为50:1，大齿轮一8与小齿轮一12的齿比为50:1；固定轴三24的一端固定在采样腔内筒21的端盖二23上，固定轴二17的一端通过联轴器11与驱动装置的输出端相连，各齿轮均位于固定板四15与固定板三9之间。固定板四15与采样腔外筒4端部的固定板二6之间，固定板四15与固定板三9之间，分别通过带螺纹的连接杆和配套螺母实现固定。

驱动装置包括安装支架和水下充油电机10，水下充油电机10固定在安装支架上，安装支架固定在固定板三9的外侧。水下充油电机属于现有技术(例如中国发明专利“一种基于皮囊结构的深海压力补偿式充油电机”，CN201910764295.2)，本发明不做特别要求。

压力补偿装置1是具有中空筒形外壳的活塞式结构；在活塞18两侧的外壳上设通孔且分别与活塞18两侧的空腔连通，其中右侧通孔通过接口件与滤膜固定轴22相连。活塞18右侧通过滤膜固定轴22上的流道26与采样腔内筒21的腔室连通，左侧腔室通过通孔与海水连通，可以通过活塞18的移动来实现采样腔内筒21的腔室与外部环境压力的平衡。

本发明的使用过程示例如下：

1、在采样装置下水前，使用去离子水和乙醇依次清洗压力补偿装置和采样机构内部各个部件，并自然晾干，注意戴无菌手套进行操作。然后按照图1-4的连接方式完成采样腔室的安装。

2、启动水下充油电机10，通过减速增扭机构将扭矩传递给端盖二23，带动采样腔内筒21旋转。当内外筒上的进水孔5错位时，采样腔室为关闭状态(如图1所示)。使用医用注射针管通过流道26向采样腔内筒21的腔室内部充入无菌水，将压力补偿装置1中活塞18移动到最左侧，同样使用医用注射针管预充无菌水。然后将压力补偿装置1连接到端盖一19上，使活塞18右侧能通过流道26与腔室连通。

3、在采样装置下水的过程中由于采样腔室外部压力的增大而产生内外压差，补偿装置1中活塞18将向右运动来平衡内外压差。因此采样腔室与外部海水在没有海水交换的驱动力下几乎不会发生海水交换，保证在下水过程中采样滤膜不被非指定水深的海水污染。

4、采样装置达到指定水深后，控制水下充油电机10启动，并通过减速增扭机构将扭矩传递给端盖二23，端盖二23带动采样腔内筒21旋转。当采样腔外筒2和采样腔内筒21上的进水孔5重合时，腔室开放到最大状态(如图2所示)。此时海水通过进水孔5进入腔室内部，只需保持该状态一定时间，海底微生物就能富集在滤膜片上。

5、将采样装置在指定水深开放24小时后，控制水下充油电机10启动，通过减速增扭机构将扭矩传递给端盖二23，端盖二23带动采样腔内筒21旋转。当内外筒的进水孔5错位时，采样腔室为关闭状态(如图1所示)。并在此后的上升过程中，由压力补偿装置1实现内外压的平衡来避免海水的交换，从而保证腔室内部微生物样品的纯度。

最后需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种海底低污染型微生物多膜采样装置，其特征在于，包括压力补偿装置，以及依次布置的采样机构、减速增扭机构和驱动装置；其中，

所述采样机构包括嵌套安装的采样腔外筒和采样腔内筒，两者均为中空筒形结构，且采样腔内筒的外壁面与采样腔外筒的内壁面接触约束；采样腔内筒的两端以端盖实现密封，采样腔外筒的两端设有固定板用于实现夹持固定；一根滤膜固定轴贯穿采样腔内筒的轴向中心并固定在两个端盖的中心，在滤膜固定轴上并列布置了若干组滤膜结构；

在采样腔外筒和采样腔内筒上分别设有开口位置一致的进水孔；滤膜固定轴的一端通过减速增扭机构连接驱动装置，驱动装置能通过减速增扭机构带动采样腔内筒在采样腔外筒中绕轴旋转，实现内外进水孔的相对互通或错位密封；

所述压力补偿装置是具有中空筒形外壳的活塞式结构；在活塞两侧的外壳上设通孔且分别与活塞两侧的空腔连通，其中一个通孔与采样腔内筒的腔体相连；

所述滤膜固定轴的一端固定在端盖上，另一端为中空结构的流道；该中空结构的流道的一端在端盖处与所述压力补偿装置连通，另一端通过开孔与采样腔内筒的腔体相连；

所述滤膜结构具有中心安装部、外缘安装环和若干根径向辐条，在中心安装部与外缘安装环之间设有环形的滤膜片，并由辐条实现支撑；中心安装部的中央设置安装孔，所述滤膜固定轴贯穿各滤膜结构的安装孔并实现固定连接，各滤膜结构之间保持相等间距；

所述减速增扭机构包括三根装有齿轮的固定轴，以及两块平行布置的固定板；其中固定轴三活动安装在固定板四上，固定轴二活动安装在固定板三上，固定轴一的两端分别活动安装在固定板四和固定板三上；固定轴三上的大齿轮二与固定轴一上的小齿轮二啮合，固定轴一上的大齿轮一与固定轴二上的小齿轮一啮合；所述大齿轮二与小齿轮二的齿比为50:1，大齿轮一与小齿轮一的齿比为50:1；固定轴三的一端固定在采样腔内筒的端盖上，固定轴二的一端通过联轴器与驱动装置的输出端相连，各齿轮位于两块固定板之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述端盖的中央具有圆形凸台，端盖以凸台嵌套装在采样腔内筒的端部，采样腔内筒的内壁面与端盖侧缘为接触约束；在凸台的侧缘设有环形凹槽，在采样腔内筒外壁上的进水孔两侧设有环形凹槽；在各环形凹槽中分别嵌装O形密封圈，共同实现采样腔内筒的腔体密封。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述设于采样腔外筒和采样腔内筒上的进水孔各有四个，且沿周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样机构包括四根沿周向均匀分布的带螺纹的连接杆，连接杆穿过采样腔外筒两端的固定板并由配套的螺母实现固定。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动装置包括安装支架和水下充油电机，所述水下充油电机固定在安装支架上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减速增扭机构中，各固定轴通过轴承活动安装在固定板上；固定板四与采样腔外筒端部的固定板之间、固定板四与固定板三之间，分别通过带螺纹的连接杆和配套螺母实现固定。