CN115340929A - 一种固氮菌的培育装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物培育技术领域，具体是一种固氮菌的培育装置，包括箱体、动力单元、夹持单元和更换单元，箱体为方形结构，动力单元垂直固定安装于箱体底部，动力单元用于驱动夹持单元和更换单元，夹持单元固定安装于动力单元上表面，夹持单元用于固定夹持培养皿，更换单元安装于动力单元表面并且位于夹持单元上方，更换单元用于更换培养皿内的培养基；所述箱体内侧壁固定安装有提供固氮菌氧气使箱体内外空气流通的通风单元，所述箱体内固定安装有使箱体内温度和湿度恒定处于固氮菌适宜生长温度的恒温加湿单元，所述通风单元内安装有过滤空气中杂质和微生物的过滤网。

Description

一种固氮菌的培育装置
技术领域
本发明涉及微生物培育技术领域，具体是一种固氮菌的培育装置。
背景技术
固氮菌用于固定空气中的氮素并且将氮素提供给植物，固氮菌是能够进行生物固氮的微生物的一种统称，根据固氮菌和微生物间的联系主要将固氮菌分为自生固氮菌、共生固氮菌和联合固氮菌；固氮菌能够提高土壤植物固氮的能够，从而降低植物所需的氮施肥用量，固氮菌每年约能从空气中提取两亿吨氮素，远超世界氮素产能，因此研究固氮菌的培育繁殖成为热点研究；
在固氮菌的培育过程中，为保证固氮菌能够充分接触氧气，通常只放置少量的培养基，在进行批量性的培育固氮菌的过程中，少量的培养基无法保证固氮菌的大量繁殖，因此固氮菌的培育过程中存在培养基无法满足大量固氮菌培育消耗的问题。
根据2014年6月发表的草木科学第31卷第6期的《草地早熟禾根际固氮菌的培养》第1035至1037页，伴随着温度升高微生物细胞内的化学反应和酶促反应加快，生长速度随之提高；当温度升高至某一界限时，微生物体内的蛋白质、核酸或其他细胞成分将会发生不可逆的变性作用，甚至导致微生物细胞死亡；其研究供试菌株在20-40℃的环境条件下即可正常完成新城代谢和培育生长，大部分固氮菌株在25℃的环境条件下达到生长峰值，因此可以得出温度和通气条件对固氮菌的影响，在25℃的环境条件下处于固氮菌生长的最佳适宜温度。
经过检索，发明人还发现在中国专利CN114507595A(公开日:2022.5.17)中公开的一种水体高效固氮菌的培育装置，该装置通过设置四个导向槽分别对称固定在低温腔两侧壁上，以及两个活动插设在两侧的密封板，密封板的底部均开设有调节槽；升降调节机构为两个，且分别设置在隔板下侧的上料腔和低温腔的内底部；承接板设置在箱体的内部；培育环境转移机构设置在箱体的内顶面上；旋转机构为三个，且分别设置在从左至右的三个隔板中部；制冷机本体固定嵌设在低温腔的后侧壁上；该装置对培养环境采用连续更换操作简单，并且不同的培养环境之间进行分隔避免相互干扰，但是该装置无法在进行固氮菌培育的过程中更换培养基，从而无法大批量的进行固氮菌的培育。
发明人在检索的过程中还发现在中国专利CN112029640B(公开日:2021.2.5)中公开的一种医学微生物防污染试验箱，该装置箱体两侧设置有供气机构，箱体内部上方设置有供水散热箱和灭菌机构，供气机构分别与供水散热箱、灭菌机构进行管道连接，供气机构对空气进行压缩并利用摩擦生热对空气进行高温灭菌，供气机构向供水散热箱中输入纯净高温空气，供水散热箱利用高温空气向箱体中输入微生物培育用的水分以及温度；该装置供气机构与供水散热箱相互配合向箱体中输入微生物培育所需要的水分、空气以及温度，使微生物在箱体中得到良好的生存环境，但是该装置同样无法在培养皿培养微生物的情况下更换培养基。
现有的固氮菌培育装置在使用的过程中仍存在一些不足，具体总结如下：
1.现有的固氮菌培育装置中，在固氮菌的培育过程中，由于固氮菌大量培育需要消耗较多的培养基，而为了保证了固氮菌能够接触氧气，在进行固氮菌培育时通常为微量放置培养基，并且为了保证固氮菌的存活率培育少量的固氮菌，从而进行进行少量多次培育固氮菌，致使在培育培养基时效率较慢，所以现有固氮菌的培育装置中存在培育大量固氮菌无法更换培养基的问题。
2.现有的固氮菌培育装置中，在固氮菌的培育过程中，在固定空间内靠近恒温源和湿度源的地方其温度和湿度趋于稳定，处于适宜固氮菌培育的温度和湿度；在固定空间内距离恒温源和湿度源的地方越远温度和湿度的差异就越大，致使在进行批量培育固氮菌时，因为固氮菌处于固定空间内不同位置，导致的固氮菌在培育时接触的温度和湿度存在差异，从而致使固氮菌在培育时繁殖速度不一致；因此现有固氮菌的培育装置中，存在批量进行固氮菌培育时接触温度和湿度差异导致培育繁殖速度不一致的问题。
鉴于此，本发明提供一种能够在培育固氮菌时更换培养基和温度、湿度均匀并且能够同时夹持不同大小的培养皿的一种固氮菌的培育装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种能够在培育固氮菌时更换培养基和温度、湿度均匀并且能够同时夹持不同大小的培养皿的一种固氮菌的培育装置，用于解决现有固氮菌培育中无法更换培养基，在批量培育固氮菌时因为位置差异致使的温度和湿度不均，以及固定夹持件无法同时夹持不同大小培养皿的问题。
本发明提供以下技术方案：一种固氮菌的培育装置，包括箱体、动力单元、夹持单元和更换单元，箱体为方形结构，所述箱体用于承载部件和隔绝外部环境对固氮菌造成的干扰，动力单元垂直固定安装于箱体底部，动力单元用于驱动夹持单元和更换单元，使夹持单元和更换单元跟随动力单元同步运动；夹持单元固定安装于动力单元上表面，夹持单元用于固定夹持放置固氮菌的培养皿；更换单元固定安装于动力单元表面并且位于夹持单元上方，更换单元与夹持单元相对应，更换单元能够在不影响固氮菌培育的情况下更换培养皿内的培养基。
作为本发明的优选方案，所述动力单元包括安装座、转轴、驱动电机和气泵，安装座底部通过支撑柱固定安装在箱体底部并且平行于箱体底部，安装座上表面转动安装有转轴，转轴能够带动夹持单元和更换单元进行同步运动；安装座下方位于支撑柱之间固定安装有用于驱动转轴的驱动电机，转轴一端转动安装于箱体顶部，转轴另一端转动安装并且贯穿于安装座，转轴贯穿端与驱动电机输出端固定连接，驱动电机使转轴带动夹持单元和更换单元同步围绕转轴进行转动，气泵固定安装于转轴表面，驱动电机与气泵均与控制系统电连接；
在箱体内进行通风供氧时，箱体内靠近恒温源和湿度源的附近温度和湿度相对稳定，处于适宜固氮菌培育的环境，距离恒温源较远处温度和湿度偏差较大，使得箱体内温度和湿度分布不均，驱动电机带动转轴持续转动，使夹持单元和更换单元能够在固定容腔内随转轴转动的过程中移动位置，能够避免夹持单元和更换单元在固定位置进行固氮菌培育，从而避免因为箱体内温度和湿度不均使的固氮菌在培育时，因为温度和湿度的差异致使的多个培养皿内的固氮菌培育繁殖不均；同时转轴带动的夹持单元和更换单元按照固定轨迹转动，使培养皿能够于固定轨迹上进行培育，从而使培养皿内的固氮菌在固定轨迹上能够进行稳定的温度和湿度变化，并且能够保证多个培养皿内的固氮菌共同经历固定轨迹上的温度和湿度，进一步的保证了培养皿内的固氮菌的培育繁殖均匀。
作为本发明的优选方案，所述夹持单元包括固定臂、夹持盘、夹持气囊、夹持气管和夹持块，所述转轴上表面固定安装有固定臂，固定臂另一端上表面固定安装有夹持盘，夹持盘用于夹持放置有固氮菌的培养皿；所述夹持盘内固定安装有夹持气囊并且呈圆环结构，所述夹持气囊贴合夹持盘内壁；所述夹持气管固定安装于转轴内部并且一端固定连接于所述气泵，所述夹持气管另一端贯穿夹持盘固定连接于所述夹持气囊，所述气泵能够通过夹持气管向夹持气囊输入空气使所述夹持气囊膨胀位移，从而对培养皿进行夹持；所述夹持气囊远离夹持盘一侧固定安装有多个呈圆弧结构的夹持块，所述夹持块采用橡胶材质；这样在进行固氮菌的培育时，将培养皿放置入夹持盘，所述夹持块用于在夹持气囊膨胀后发生位移时夹持培养皿，所述夹持块及其橡胶材质的设计能够稳定的夹持培养皿，避免培养皿在培育繁殖时发生脱离，从而影响固氮菌在培育时的效果；通过气囊和夹持块对培养皿进行夹持能够柔和的对培养皿进行夹持，避免了过大的刚性材质施加的力在夹持时使培养皿造成损坏，进而避免了影响固氮菌培育繁殖的效果。
作为本发明的优选方案，所述更换单元包括安装横臂、伸缩杆、隔离气囊、隔离气管、注入口和排出口，所述转轴上表面位于固定臂上方固定安装有安装横臂，安装横臂另一端固定垂直安装有伸缩杆，所述伸缩杆能够在夹持盘上方进行伸缩，并且在夹持盘内放置培养皿时，所述伸缩杆伸出能够将伸缩杆端部贴合至培养皿底部；
所述伸缩杆下表面固定套设有隔离气囊，所述伸缩杆表面位于隔离气囊上下两侧开设有工形结构的滑动槽，所述隔离气囊表面开设有对应工形滑动槽的矩形通槽，所述隔离气管固定安装于伸缩杆、安装横臂和转轴内部，所述隔离气管一端固定连接于气泵另一端固定连接于隔离气囊，所述注入口和所述排出口均通过滑动块滑动安装于滑动槽内；所述注入口和所述排出口能够通过滑动槽和矩形通槽变换位置，即在进行有氧培育时注入口在隔离气囊的上表面，排出口位于隔离气囊的下表面；在进行无氧培育时，注入口和排出口变换位置，即注入口在隔离气囊的下表面，排出口在隔离气囊的上表面；这样能够通过注入口和排出口位置的变换分别适用于有氧和无氧培育，从而使更换单元能够针对不同的培育方式进行更换培养基，进而有利于提高更换单元的应用性；
在对固氮菌进行有氧培育时，将培养皿放置在夹持盘内进行固定夹持后，此时固氮菌分布于培养基上表面接触空气，通过控制系统使伸缩杆伸出并且端部贴合培养皿底部，当伸缩杆靠近培养皿端部的传感器检测到培养皿内的培养基有效培养成分耗尽变为失效培养基时，此时控制系统使气泵向隔离气囊内输入空气，使隔离气囊膨胀展开并且与培养皿侧壁保持一定的距离；在隔离气囊展开后，控制系统使位于隔离气囊上表面的注入口注入有效培养基，有利于保证培养基上表面的固氮菌第一时间接触有效培养基内，从而保证了固氮菌在有氧培育时的正常培育；
在注入的同时使隔离气囊下表面的排出口排出培养皿底部失效培养基，位于隔离气囊下表面的排出口在排出失效培养基时，通过隔离气囊的展开，能够避免在吸入排出失效培养基的同时排出口产生吸力和失效培养基流动时的牵引，从而避免了产生的吸力和失效培养基的快速流动产生的牵引力使固氮菌收到牵引，致使固氮菌在被牵引的过程中被排出口吸入排出，进而避免了影响固氮菌的培育繁殖；同时在排出的过程中，隔离气囊上表面的失效培养基，通过隔离气囊未贴合培养皿所产生的缝隙，在重力的作用下流通至隔离气囊下表面，随即流通至隔离气囊下表面的失效培养基在通过排出口排出，从而保证了有效培养基能够充分填充培养皿，进而保证了充足的培养基使固氮菌能够进行有氧培育繁殖；
相反，在进行固氮菌的无氧培育时，固氮菌位于培养基底部，培养基覆盖在固氮菌表面，使固氮菌无法接触到氧气形成无氧培育，在隔离气囊展开后，位于隔离气囊上表面的排出口排出失效培养基，位于隔离气囊下表面的注入口注入有效培养基，有效培养基在注入流动的过程中，迫使失效培养基涌入隔离气囊上表面并且通过排出口排出；在排出失效培养基后，有效培养基在注入的过程中，通过隔离气囊未贴合培养皿所产生的缝隙涌入隔离气囊上表面，使培养皿内充分填充有效培养基；有利于保证在无氧培育固氮菌时，使固氮菌能够有充足培养基进行无氧培育繁殖；
这样在有氧培育时通过隔离气囊、注入口和排出口的相互配合在大量长期培育固氮菌的情况下，固氮菌的大量繁殖使培养皿内的培养基消耗完毕变为失效培养基，更换单元通过注入口和排出口能够对培养皿内的培养基进行更换，有利于保证固氮菌的正常培育；并且隔离气囊能够隔离排出口在排出培养基产生的吸力对固氮菌造成的影响，使固氮菌保持在培养皿内固定位置，避免排出口在排出培养基时使固氮菌偏离原有固定位置，从而无法进行有氧或无氧培育，进一步的保证了固氮菌的正常培育；同时隔离气囊未贴合培养皿侧壁产生的缝隙能够保证培养基能够通过缝隙于隔离气囊两侧流通，保证了失效培养基能够全部排出，同时保证了有效培养基能够充分填充培养皿。
作为本发明的优选方案，所述箱体内侧壁固定安装有通风单元，通风单元包括进风口、鼓风机、出风口和抽风机，所述箱体侧壁开设有进风口，进风口用于外侧空气进入，所述箱体内对应进风口处通过固定基板固定安装有鼓风机，所述鼓风机能够使箱体外侧空气通过进风口进入；所述箱体另一侧侧壁开设有出风口，所述出风口用于排出箱体内的空气，所述箱体内通过固定基板固定安装有抽风机，所述抽风机能够使箱体内氧含量低的空气排出，鼓风机与抽风机均与控制系统电连接；
在进行固氮菌的有氧培育时，控制系统使鼓风机和抽风机同时工作，鼓风机和抽风机相互配合能够使箱体内和箱体外的空气发生流动形成通风效果，空气的流动保证了箱体内的氧气含量，避免了在进行有氧培育时，箱体内氧气含量过低致使固氮菌无法接触充足氧气，从而影响固氮菌的培育；在进行固氮菌的无氧培育时，控制系统使鼓风机停止工作，并且抽风机将箱体内的空气排出，这样能够使箱体内形成无氧环境，有利于保证固氮菌的无氧培育。
作为本发明的优选方案，所述箱体内固定安装有恒温加湿单元，恒温加湿单元包括雾化喷头和恒温器，雾化喷头固定安装于箱体侧壁并且位于恒温其上方，恒温器固定安装于箱体侧壁并且位于进风口上方；所述雾化喷头能够喷出雾化水滴，所述恒温器能够向箱体内吹送恒温空气，这样能够提高箱体内的湿度和温度，并且使湿度和温度保持在适宜固氮菌培育的湿度和温度的环境下，有利于提高固氮菌的培育繁殖速度；所述雾化喷头在喷出雾化水滴的同时在重力作用下能够接触至恒温空气，因为水的比热容较大，在接触恒温空气后能够进一步的保证箱体内温度的稳定性；
所述雾化喷头在喷出雾化水滴时，所述雾化喷头附近由于靠近雾化喷头致使湿度最大，所述通风单元在使空气流通时，能够通过通风单元带动雾化水滴随流动的空气活动，从而使箱体内湿度趋于平衡稳定，同时转轴带动培养皿以固定轨迹移动进一步使培养皿内固氮菌接触到湿度更加平衡，有利于提高固氮菌在培育繁殖时的均匀性和稳定性，进一步的增加固氮菌的培育繁殖速度；
所述箱体内恒温器在吹送恒温空气时，靠近所述恒温器的区域，所述通风单元同时能够带动恒温器发出的恒温空气在箱体内加速流通，加速流通的恒温空气从而使箱体内温度趋于平衡稳定，从而使固氮菌能够处于稳定平衡的温度环境中，避免了恒温空气流动不畅致使的箱体内温度不平衡，进一步的提高固氮菌在培育繁殖的均匀性和稳定性，进而增加固氮菌的培育繁殖速度。
恒温加湿单元用于保证箱体内处于适宜固氮菌培育繁殖的恒定温度和湿度的环境，有利于保证固氮菌处于适宜的培育环境，从而增加固氮菌的繁殖培育速度。
作为本发明的优选方案，所述进风口一侧可拆卸式安装有过滤网，过滤网能够过滤空气中的杂质和微生物，避免了在箱体外空气流通至箱体内时杂质和微生物涌入，从而致使杂质和微生物落入培养皿内部的培养基表面，导致杂质和微生物对培养基造成污染，进而污染培育的固氮菌；过滤网有利于保证固氮菌在培育繁殖时的稳定性，避免外界杂质和微生物的污染，有利于保证了固氮菌在培育后提取时的纯净性。
作为本发明的优选方案，所述夹持气囊远离夹持盘侧壁安装有红外距离传感器，红外距离传感器与控制系统电连接；所述红外距离传感器用于检测培养皿的大小，并且根据培养皿的大小控制夹持气管和夹持气囊连接端的闭合，从而能够根据培养皿的大小调整夹持气管输入气囊内的空气流量，进而根据气囊内不同的空气调整膨胀大小来夹持对应大小的培养皿；这样能够实现在夹持多个培养皿进行批量培育的同时夹持不同大小的培养皿，有利于针对不同用途和不同大小的培养皿进行夹持，提高了夹持单元夹持培养皿的兼容性。
作为本发明的优选方案，所述伸缩杆下方端部安装有检测培养基内有效营养成分的葡萄糖传感器，葡萄糖传感器与控制系统电连接；这样在进行固氮菌培育的时能够持续检测固氮菌的培养基内有效营养物质消耗情况，在培养基内有效营养物质消耗完毕后，通过控制系统控制所述更换单元对培养皿内的培养基进行更换，避免了固氮菌在培养时因为培养基内有效营养物质消耗完毕影响固氮菌的培育繁殖，有利于保证更换单元能够稳定的更换培养基，进而保证了固氮菌的培育繁殖。
作为本发明的优选方案，所述固定臂靠近夹持盘端部固定安装有传感器，所述传感器为温度传感器和湿度传感器，温度传感器采用红外温度传感器，湿度传感器采用碳湿敏湿度传感器；
所述红外温度传感器能够检测培养皿在随转轴进行移动时的温度，并根据检测的温度通过控制系统调整恒温器吹送的恒温空气的流速；当所述红外温度传感器检测温度超过W时，通过控制系统增加恒温器吹送的恒温空气流速，从而提高恒温空气流量，进而使箱体内温度下降至W，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定温度；相反，当所述红外温度传感器检测温度低于H时，通过控制系统减少恒温器吹送的恒温空气流速，从而减少恒温空气流量，进而使箱体内温度提高至H，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定温度；有利于保证了培养皿内的固氮菌能够处于适宜培育繁殖的温度环境下，从而增加固氮菌的培育繁殖速度；
所述碳湿敏湿度传感器能够检测培养皿在随转轴进行移动时的湿度，并根据检测的湿度通过控制系统调整雾化喷头喷出的雾化水滴流量；当所述碳湿敏湿度传感器检测湿度超过Q时，通过控制系统减少雾化喷头喷出的雾化水滴流量，从而降低箱体内的湿度，进而使箱体内湿度下降至Q，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定湿度；相反，当所述碳湿敏湿度传感器检测湿度低于P时，通过控制系统增加雾化喷头喷出的雾化水滴流量，从而增加箱体内的湿度，进而使箱体内湿度提高至P，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定湿度；有利于保证了培养皿内的固氮菌能够处于适宜培育繁殖的湿度环境下，从而增加固氮菌的培育繁殖速度。
本发明通过以上技术方案，能够实现的有益效果为：
1.本发明通过动力单元和夹持单元的设计，通过驱动电机带动转轴和夹持单元转动能够使放置固氮菌的多个培养皿进行转动，这样能够使多个培养皿同步培育繁殖，完成固氮菌的批量性培育；在固氮菌的批量性培育的同时，多个培养皿按照固定轨迹移动接触相同的温度和湿度，避免了在通风时因为空气流通致使的温度和湿度不均，从而导致固氮菌培育时繁殖速度不均，保证了固氮菌在培育繁殖时的均匀性；
夹持单元通过气囊和夹持块对培养皿进行夹持能够避免刚性材质在对培养皿进行夹持时导致的培养皿损坏，并且通过夹持块的设计提高了夹持培养皿时的稳定性；夹持气囊表面安装的红外距离传感器，能够根据培养皿的大小控制夹持气管和夹持气囊连接端的闭合，从而控制夹持气囊膨胀的大小进而夹持不同大小的培养皿，有利于实现夹持不同大小的培养皿，进一步的提高了夹持培养皿时的稳定性。
2.本发明通过更换单元的设计，使排出口和注入口能够于伸缩杆表面的工形结构的滑动槽和隔离气囊表面的矩形通槽内滑动变换位置，并且根据有氧和无氧培育时固氮菌处于培养基内的不同位置，从而对注入口和排出口的位置进行相应的变换，避免了排出口在排出培养皿内无效培养基时对固氮菌造成的影响，从而保证了固氮菌在培育时的稳定性；
在更换培养基的同时，隔离气囊通过气泵输入空气膨胀展开，能够避免在排出失效培养基的同时排出口产生吸力和失效培养基流动时的牵引力，从而避免了产生的吸力和失效培养基的流动产生的牵引力使固氮菌收到牵引，致使固氮菌在被牵引的过程中被排出口吸入排出，进而避免了影响固氮菌的培育繁殖；同时在排出的过程中，隔离气囊注入口一侧的失效培养基，通过隔离气囊未贴合培养皿所产生的缝隙，流通至隔离气囊排出口一侧并通过排出口排出，从而保证了有效培养基能够充分填充培养皿，进而保证了充足的培养基使固氮菌能够进行有氧培育繁殖；隔离气囊和夹持气囊均通过气泵输入空气，简化设备的同时减少了成本和提高空间使用率。
3.本发明通过通风单元和恒温加湿单元的设计，能够在有氧培育时使箱体内外通过鼓风机和抽风机进行空气流通，保证了固氮菌在进行有氧培育时能够充分的接触氧气，从而保证了固氮菌的培育繁殖；通风口设置的过滤网能够在通风的同时，过滤网对流入箱体内的空气中的杂质和微生物进行过滤，避免了空气在流动入箱体内时杂质和微生物污染培养皿，从而避免固氮菌在培育时受到空气中的杂质和微生物污染，进而保证了微生物在培育时的纯净和稳定性；
恒温加湿单元能够使箱体内处于恒定适宜固氮菌培育的温度和湿度，并根据夹持臂端部设置的红外温度传感器和碳湿敏湿度传感器所检测的温度和湿度，从而对恒温器和雾化喷头的恒温空气和雾化水滴流量进行调节，进而保证了培养皿内的固氮菌能够处于适宜培育的温度和湿度的环境下，有利于提高固氮菌培育时的繁殖速度，恒温加湿单元和转轴的相互配合进一步的提高了固氮菌培育时的均匀性和稳定性；雾化喷头和恒温器的相互配合，使雾化喷头在喷出雾化水滴的同时能够接触至恒温空气，因为水的比热容较大，在接触恒温空气后能够进一步的保证箱体内温度的稳定性；
恒温单元和通风单元的相互配合，恒温器和雾化喷头的恒温空气和雾化水滴能够通过通风单元产生的空气流动，进一步加快恒温空气和雾化水滴的流动性，进一步的保证了箱体内温度和湿度的均匀性。
附图说明
下面对本发明的附图进行介绍，以便于本领域技术人员理解。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明的内部另一侧结构示意图；
图4为本发明图2的另一侧结构示意图；
图5为本发明动力单元、夹持单元和更换单元结构示意图；
图6为本发明夹持单元结构示意图；
图7为本发明更换单元结构示意图；
图8为本发明更换单元另一侧的结构示意图；
图9为本发明更换单元和夹持单元相互配合的结构示意图；
图10为本发明夹持单元夹持培养皿和更换单元排出培养基的工作状态结构示意图。
图中：箱体1、动力单元2、安装座21、转轴22、驱动电机23、气泵24、夹持单元3、固定臂31、夹持盘32、夹持气囊33、夹持气管34、夹持块35、红外距离传感器36、更换单元4、安装横臂41、伸缩杆42、滑动槽421、隔离气囊43、矩形通槽431、隔离气管44、注入口45、排出口46、葡萄糖传感器47、通风单元5、进风口51、鼓风机52、出风口53、抽风机54、过滤网55、恒温加湿单元6、恒温器61、雾化喷头62、红外温度传感器63、碳湿敏湿度传感器64。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面对本发明的技术方案进行详细讲解。
实施例1:如图1至图5所示，一种固氮菌的培育装置，包括箱体1、动力单元2、夹持单元3和更换单元4，箱体1为方形结构，所述箱体1用于承载部件和隔绝外部环境对固氮菌造成的干扰，动力单元2垂直固定安装于箱体1底部，动力单元2用于驱动夹持单元3和更换单元4，使夹持单元3和更换单元4跟随动力单元2同步运动；夹持单元3固定安装于动力单元2上表面，夹持单元3用于固定夹持放置固氮菌的培养皿；更换单元4固定安装于动力单元2表面并且位于夹持单元3上方，更换单元4与夹持单元3相对应，更换单元4能够在不影响固氮菌培育的情况下更换培养皿内的培养基。
实施例2:如图2至图5所示，在上述实施例的基础上，所述动力单元2包括安装座21、转轴22、驱动电机23和气泵24，安装座21底部通过支撑柱固定安装在箱体1底部并且平行于箱体1底部，安装座21上表面转动安装有转轴22，转轴22能够带动夹持单元3和更换单元4进行同步运动；安装座21下方位于支撑柱之间固定安装有用于驱动转轴22的驱动电机23，转轴22一端转动安装于箱体1顶部，转轴22另一端转动安装并且贯穿于安装座21，转轴22贯穿端与驱动电机23输出端固定连接，驱动电机23使转轴22带动夹持单元3和更换单元4同步围绕转轴22进行转动，气泵24固定安装于转轴22表面，驱动电机23与气泵24均与控制系统电连接；
在箱体1内进行通风供氧时，箱体内靠近恒温源和湿度源的附近温度和湿度相对稳定，处于适宜固氮菌培育的环境，距离恒温源较远处温度和湿度偏差较大，使得箱体1内温度和湿度分布不均，驱动电机23带动转轴22持续转动，使夹持单元3和更换单元4能够在固定容腔内随转轴22转动的过程中移动位置，能够避免夹持单元3和更换单元4在固定位置进行固氮菌培育，从而避免因为箱体1内温度和湿度不均使的固氮菌在培育时，因为温度和湿度的差异致使的多个培养皿内的固氮菌培育繁殖不均；同时转轴22带动的夹持单元3和更换单元4按照固定轨迹转动，使培养皿能够于固定轨迹上进行培育，从而使培养皿内的固氮菌在固定轨迹上能够进行稳定的温度和湿度变化，并且能够保证多个培养皿内的固氮菌共同经历固定轨迹上的温度和湿度，进一步的保证了培养皿内的固氮菌的培育繁殖均匀。
实施例3:如图2至图6和图9至图10所示，在上述实施例的基础上，所述夹持单元3包括固定臂31、夹持盘32、夹持气囊33、夹持气管34和夹持块35，所述转轴22上表面固定安装有固定臂31，固定臂31另一端上表面固定安装有夹持盘32，夹持盘32用于夹持放置有固氮菌的培养皿；所述夹持盘32内固定安装有夹持气囊33并且呈圆环结构，所述夹持气囊33贴合夹持盘32内壁；所述夹持气管34固定安装于转轴22内部并且一端固定连接于所述气泵24，所述夹持气管34另一端贯穿夹持盘32固定连接于所述夹持气囊33，所述气泵24能够通过夹持气管34向夹持气囊33输入空气使所述夹持气囊33膨胀位移，从而对培养皿进行夹持；所述夹持气囊33远离夹持盘32一侧固定安装有多个呈圆弧结构的夹持块35，所述夹持块35采用橡胶材质；这样在进行固氮菌的培育时，将培养皿放置入夹持盘32，所述夹持块35用于在夹持气囊33膨胀后发生位移时夹持培养皿，所述夹持块35及其橡胶材质的设计能够稳定的夹持培养皿，避免培养皿在培育繁殖时发生脱离，从而影响固氮菌在培育时的效果；通过气囊和夹持块35对培养皿进行夹持能够柔和的对培养皿进行夹持，避免了过大的刚性材质施加的力在夹持时使培养皿造成损坏，进而避免了影响固氮菌培育繁殖的效果。
实施例4:如图2至图5和图7至图10所示，在上述实施例的基础上，所述更换单元4包括安装横臂41、伸缩杆42、隔离气囊43、隔离气管44、注入口45和排出口46，所述转轴22上表面位于固定臂31上方固定安装有安装横臂41，安装横臂41另一端固定垂直安装有伸缩杆42，所述伸缩杆42能够在夹持盘32上方进行伸缩，并且在夹持盘32内放置培养皿时，所述伸缩杆42伸出能够将伸缩杆42端部贴合至培养皿底部；
所述伸缩杆42下表面固定套设有隔离气囊43，所述伸缩杆42表面位于隔离气囊43上下两侧开设有工形结构的滑动槽421，所述隔离气囊43表面开设有对应工形滑动槽421的矩形通槽431，所述隔离气管44固定安装于伸缩杆42、安装横臂41和转轴22内部，所述隔离气管44一端固定连接于气泵24另一端固定连接于隔离气囊43，所述注入口45和所述排出口46均通过滑动块滑动安装于滑动槽421内；所述注入口45和所述排出口46能够通过滑动槽421和矩形通槽431变换位置，即在进行有氧培育时注入口45在隔离气囊43的上表面，排出口46位于隔离气囊43的下表面；在进行无氧培育时，注入口45和排出口46变换位置，即注入口45在隔离气囊43的下表面，排出口46在隔离气囊43的上表面；这样能够通过注入口45和排出口46位置的变换分别适用于有氧和无氧培育，从而使更换单元4能够针对不同的培育方式进行更换培养基，进而有利于提高更换单元4的实用性；
在对固氮菌进行有氧培育时，将培养皿放置在夹持盘32内进行固定夹持后，此时固氮菌分布于培养基上表面接触空气，通过控制系统使伸缩杆42伸出并且端部贴合培养皿底部，当伸缩杆42靠近培养皿端部的传感器检测到培养皿内的培养基有效培养成分耗尽变为失效培养基时，此时控制系统使气泵24向隔离气囊43内输入空气，使隔离气囊43膨胀展开并且与培养皿侧壁保持一定的距离；在隔离气囊43展开后，控制系统使位于隔离气囊43上表面的注入口45注入有效培养基，有利于保证培养基上表面的固氮菌第一时间接触有效培养基内，从而保证了固氮菌在有氧培育时的正常培育；
在注入的同时使隔离气囊43下表面的排出口46排出培养皿底部失效培养基，位于隔离气囊43下表面的排出口46在排出失效培养基时，通过隔离气囊43的展开，能够避免在吸入排出失效培养基的同时排出口46产生吸力和失效培养基流动时的牵引，从而避免了产生的吸力和失效培养基的快速流动产生的牵引力使固氮菌收到牵引，致使固氮菌在被牵引的过程中被排出口46吸入排出，进而避免了影响固氮菌的培育繁殖；同时在排出的过程中，隔离气囊43上表面的失效培养基，通过隔离气囊43未贴合培养皿所产生的缝隙，在重力的作用下流通至隔离气囊43下表面，随即流通至隔离气囊43下表面的失效培养基在通过排出口46排出，从而保证了有效培养基能够充分填充培养皿，进而保证了充足的培养基使固氮菌能够进行有氧培育繁殖；
相反，在进行固氮菌的无氧培育时，固氮菌位于培养基底部，培养基覆盖在固氮菌表面，使固氮菌无法接触到氧气形成无氧培育，在隔离气囊43展开后，位于隔离气囊43上表面的排出口46排出失效培养基，位于隔离气囊43下表面的注入口45注入有效培养基，有效培养基在注入流动的过程中，迫使失效培养基涌入隔离气囊43上表面并且通过排出口46排出；在排出失效培养基后，有效培养基在注入的过程中，通过隔离气囊43未贴合培养皿所产生的缝隙涌入隔离气囊43上表面，使培养皿内充分填充有效培养基；有利于保证在无氧培育固氮菌时，使固氮菌能够有充足培养基进行无氧培育繁殖；
这样在有氧培育时通过隔离气囊43、注入口45和排出口46的相互配合在大量长期培育固氮菌的情况下，固氮菌的大量繁殖使培养皿内的培养基消耗完毕变为失效培养基，更换单元4通过注入口45和排出口46能够对培养皿内的培养基进行更换，有利于保证固氮菌的正常培育；并且隔离气囊43能够隔离排出口46在排出培养基产生的吸力对固氮菌造成的影响，使固氮菌保持在培养皿内固定位置，避免排出口46在排出培养基时使固氮菌偏离原有固定位置，从而无法进行有氧或无氧培育，进一步的保证了固氮菌的正常培育；同时隔离气囊43未贴合培养皿侧壁产生的缝隙能够保证培养基能够通过缝隙于隔离气囊43两侧流通，保证了失效培养基能够全部排出，同时保证了有效培养基能够充分填充培养皿。
实施例5:如图1至图4所示，在上述实施例的基础上，所述箱体1内侧壁固定安装有通风单元5，通风单元5包括进风口51、鼓风机52、出风口53和抽风机54，所述箱体1侧壁开设有进风口51，进风口51用于外侧空气进入，所述箱体1内对应进风口51处通过固定基板固定安装有鼓风机52，所述鼓风机52能够使箱体1外侧空气通过进风口51进入；所述箱体1另一侧侧壁开设有出风口53，所述出风口53用于排出箱体1内的空气，所述箱体1内通过固定基板固定安装有抽风机54，所述抽风机54能够使箱体1内氧含量低的空气排出，鼓风机52与抽风机54均与控制系统电连接；
在进行固氮菌的有氧培育时，控制系统使鼓风机52和抽风机54同时工作，鼓风机52和抽风机54相互配合能够使箱体1内和箱体1外的空气发生流动形成通风效果，空气的流动保证了箱体1内的氧气含量，避免了在进行有氧培育时，箱体1内氧气含量过低致使固氮菌无法接触充足氧气，从而影响固氮菌的培育；在进行固氮菌的无氧培育时，控制系统使鼓风机52停止工作，并且抽风机54将箱体1内的空气排出，这样能够使箱体1内形成无氧环境，有利于保证固氮菌的无氧培育。
实施例6:如图2至图4所示，在上述实施例的基础上，所述箱体1内固定安装有恒温加湿单元6，恒温加湿单元6包括雾化喷头62和恒温器61，雾化喷头62固定安装于箱体1侧壁并且位于恒温其上方，恒温器61固定安装于箱体1侧壁并且位于进风口51上方；所述雾化喷头62能够喷出雾化水滴，所述恒温器61能够向箱体1内吹送恒温空气，这样能够提高箱体1内的湿度和温度，并且使湿度和温度保持在适宜固氮菌培育的湿度和温度的环境下，有利于提高固氮菌的培育繁殖速度；所述雾化喷头62在喷出雾化水滴的同时在重力作用下能够接触至恒温空气，因为水的比热容较大，在接触恒温空气后能够进一步的保证箱体1内温度的稳定性；
所述雾化喷头62在喷出雾化水滴时，所述雾化喷头62附近由于靠近雾化喷头62致使湿度最大，所述通风单元5在使空气流通时，能够通过通风单元5带动雾化水滴随流动的空气活动，从而使箱体1内湿度趋于平衡稳定，同时转轴22带动培养皿以固定轨迹移动进一步使培养皿内固氮菌接触到湿度更加平衡，有利于提高固氮菌在培育繁殖时的均匀性和稳定性，进一步的增加固氮菌的培育繁殖速度；
所述箱体1内恒温器61在吹送恒温空气时，靠近所述恒温器61的区域，所述通风单元5同时能够带动恒温器61发出的恒温空气在箱体1内加速流通，加速流通的恒温空气从而使箱体1内温度趋于平衡稳定，从而使固氮菌能够处于稳定平衡的温度环境中，避免了恒温空气流动不畅致使的箱体1内温度不平衡，进一步的提高固氮菌在培育繁殖的均匀性和稳定性，进而增加固氮菌的培育繁殖速度。
恒温加湿单元6用于保证箱体1内处于适宜固氮菌培育繁殖的恒定温度和湿度的环境，有利于保证固氮菌处于适宜的培育环境，从而增加固氮菌的繁殖培育速度。
实施例7:如图3至图4所示，在上述实施例的基础上，所述进风口51一侧可拆卸式安装有过滤网55，过滤网55能够过滤空气中的杂质和微生物，避免了在箱体1外空气流通至箱体1内时杂质和微生物涌入，从而致使杂质和微生物落入培养皿内部的培养基表面，导致杂质和微生物对培养基造成污染，进而污染培育的固氮菌；过滤网55有利于保证固氮菌在培育繁殖时的稳定性，避免外界杂质和微生物的污染，有利于保证了固氮菌在培育后提取时的纯净性。
实施例8:如图6和图9所示，在上述实施例的基础上，所述夹持气囊33远离夹持盘32侧壁安装有红外距离传感器36，红外距离传感器36与控制系统电连接；所述红外距离传感器36用于检测培养皿的大小，并且根据培养皿的大小控制夹持气管34和夹持气囊33连接端的闭合，从而能够根据培养皿的大小调整夹持气管34输入气囊内的空气流量，进而根据气囊内不同的空气调整膨胀大小来夹持对应大小的培养皿；这样能够实现在夹持多个培养皿进行批量培育的同时夹持不同大小的培养皿，有利于针对不同用途和不同大小的培养皿进行夹持，提高了夹持单元3夹持培养皿的兼容性。
实施例9:如图7和图8所示，在上述实施例的基础上，所述伸缩杆42下方端部安装有检测培养基内有效营养成分的葡萄糖传感器47，葡萄糖传感器47与控制系统电连接；这样在进行固氮菌培育的时能够持续检测固氮菌的培养基内有效营养物质消耗情况，培养固氮菌的培养基内含有葡萄糖、氯化钠和磷酸二氢钾等，也可采用固氮菌培养基中其他主要成分作为检测对象，在培养基内有效营养物质即葡萄糖消耗完毕后，通过控制系统控制所述更换单元4对培养皿内的培养基进行更换，避免了固氮菌在培养时因为培养基内有效营养物质即葡萄糖消耗完毕影响固氮菌的培育繁殖，有利于保证更换单元4能够稳定的更换培养基，进而保证了固氮菌的培育繁殖。
实施例10:如图3至图4所示，在上述实施例的基础上，所述固定臂31靠近夹持盘32端部固定安装有传感器，所述传感器为温度传感器和湿度传感器，温度传感器采用红外温度传感器63，湿度传感器采用碳湿敏湿度传感器64；
所述红外温度传感器63能够检测培养皿在随转轴22进行移动时的温度，并根据检测的温度通过控制系统调整恒温器61吹送的恒温空气的流速；当所述红外温度传感器63检测温度超过W时，通过控制系统增加恒温器61吹送的恒温空气流速，从而提高恒温空气流量，进而使箱体1内温度下降至W，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定温度；相反，当所述红外温度传感器63检测温度低于H时，通过控制系统减少恒温器61吹送的恒温空气流速，从而减少恒温空气流量，进而使箱体1内温度提高至H，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定温度；有利于保证了培养皿内的固氮菌能够处于适宜培育繁殖的温度环境下，从而增加固氮菌的培育繁殖速度；
所述碳湿敏湿度传感器64能够检测培养皿在随转轴22进行移动时的湿度，并根据检测的湿度通过控制系统调整雾化喷头62喷出的雾化水滴流量；当所述碳湿敏湿度传感器64检测湿度超过Q时，通过控制系统减少雾化喷头62喷出的雾化水滴流量，从而降低箱体1内的湿度，进而使箱体1内湿度下降至Q，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定湿度；相反，当所述碳湿敏湿度传感器64检测湿度低于P时，通过控制系统增加雾化喷头62喷出的雾化水滴流量，从而增加箱体1内的湿度，进而使箱体1内湿度提高至P，趋于适宜固氮菌培育繁殖时的稳定湿度；有利于保证了培养皿内的固氮菌能够处于适宜培育繁殖的湿度环境下，从而增加固氮菌的培育繁殖速度。
在工作过程中，在开始进行固氮菌培育时，操作人员打开顶部箱体1盖，此时，为避免影响操作人员放置培养皿，伸缩杆42处于收缩状态位于夹持盘32上方，操作人员将放置有固氮菌的多个培养皿分别放置于多个夹持盘32内，红外距离传感器36根据培养皿的大小，通过控制系统控制夹持气管34和夹持气囊33连接端闭合，从而控制气囊内输入空气的流量，进而使气囊内输入相对应的空气进行膨胀使夹持块35夹持对应大小的培养皿，在夹持完毕后伸缩杆42伸出贴合培养皿底部；随后根据需要进行的有氧培育和无氧培育对排出口46和注入口45的位置进行手动调节，使位于隔离气囊43两侧的排出口46和注入口45于伸缩杆42下表面开设的工形结构滑动槽421内滑动，并通过隔离气囊43表面的矩形结构通槽滑动至隔离气囊43另一面，并且转动排出口46和注入口45，使注入口45和排出口46远离隔离气囊43表面开设的矩形通槽431；在调节完毕后闭合箱体1盖，并通过控制系统根据有氧培育和无氧培育对通风单元5进行调整，即有氧培育鼓风机52和抽风机54共同工作，无氧培育鼓风机52和抽风机54停止工作，随后进入固氮菌培育阶段；
在固氮菌的培育阶段，操作人员通过控制系统启动驱动电机23，使驱动电机23通过转轴22带动夹持单元3和更换单元4同步转动，同时恒温加湿单元6开始工作，红外温度传感器63和碳湿敏湿度传感器64根据检测的温度和湿度通过控制系统对恒温恒加湿单元进行调整；多个放置固氮菌的培养皿持续转动以保证培育繁殖的均匀性，在培育的过程中伸缩杆42端部的葡萄糖传感器47检测到培养基内的有效营养物质消耗完毕，此时通过控制系统控制气泵24对隔离气囊43输入空气，使隔离气囊43膨胀展开，随即位于隔离气囊43一侧并且靠近培育固氮菌的一侧注入口45向培养皿内注入有效培养基，隔离气囊43另一侧的排出口46将无效培养基吸入排出；隔离气囊43能够隔绝排出口46在排出无效营养剂产生的吸力的无效培养基对固氮菌的牵引，避免影响固氮菌的培育繁殖，同时隔离气囊43未贴合侧壁产生的缝隙能够使培养基于隔离气囊43两侧流通，保证了无效培养基能够完全排出的同时有效培养基对培养皿内的充分填充，进一步保证了固氮菌的培育繁殖；
在培育完成后通过控制系统停止转轴22转动并且伸缩杆42缩回位于夹持盘32的上方，夹持气囊33收缩取消夹持状态，操作人员取出培养皿提取出固氮菌，同时放置入新的含有固氮菌的培养皿进行培育繁殖，再重复上述操作可进行固氮菌的循环重复培养。
本发明仅以上述优选的实施例进行说明，并不限制本发明，各部件结构、设置关系及其连接关系都可做相应变换，在本发明技术方案基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和变换，均不排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种固氮菌的培育装置，包括箱体(1)，箱体(1)为方形结构，其特征在于：包括动力单元(2)、夹持单元(3)和更换单元(4)，动力单元(2)垂直固定安装于箱体(1)底部，动力单元(2)用于驱动夹持单元(3)和更换单元(4)，夹持单元(3)固定安装于动力单元(2)上表面，夹持单元(3)用于固定夹持培养皿，更换单元(4)安装于动力单元(2)表面并且位于夹持单元(3)上方，更换单元(4)用于更换培养皿内的培养基。
2.根据权利要求1所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述动力单元(2)包括安装座(21)、转轴(22)、驱动电机(23)和气泵(24)，安装座(21)底部通过支撑柱固定安装在箱体(1)底部，安装座(21)上表面转动安装有转轴(22)，安装座(21)下方位于支撑柱之间固定安装有用于驱动转轴(22)的驱动电机(23)，转轴(22)一端转动安装于箱体(1)顶部，转轴(22)另一端转动安装并且贯穿于安装座(21)，转轴(22)贯穿端与驱动电机(23)输出端固定连接，气泵(24)固定安装于转轴(22)表面，驱动电机(23)与气泵(24)均与控制系统电连接。
3.根据权利要求1所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述夹持单元(3)包括固定臂(31)、夹持盘(32)、夹持气囊(33)、夹持气管(34)和夹持块(35)，所述转轴(22)上表面固定安装有固定臂(31)，固定臂(31)另一端上表面固定安装有夹持盘(32)，夹持盘(32)内固定安装有夹持气囊(33)并且呈圆环结构，夹持气管(34)固定安装于转轴(22)内部并且一端固定连接于气泵(24)，夹持气管(34)另一端贯穿夹持盘(32)固定连接于夹持气囊(33)，夹持气囊(33)远离夹持盘(32)一侧固定安装有多个呈圆弧结构的夹持块(35)。
4.根据权利要求1所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述更换单元(4)包括安装横臂(41)、伸缩杆(42)、隔离气囊(43)、隔离气管(44)、注入口(45)和排出口(46)，所述转轴(22)上表面位于固定臂(31)上方固定安装有安装横臂(41)，安装横臂(41)另一端固定垂直安装有伸缩杆(42)，伸缩杆(42)下表面固定套设有隔离气囊(43)，伸缩杆(42)表面位于隔离气囊(43)上下两侧开设有工形结构的滑动槽(421)，所述隔离气囊(43)表面开设有对应工形滑动槽(421)的矩形通槽(431)，隔离气管(44)固定安装于伸缩杆(42)、安装横臂(41)和转轴(22)内部，隔离气管(44)一端固定连接于气泵(24)另一端固定连接于隔离气囊(43)，注入口(45)和排出口(46)均通过滑动块滑动安装于滑动槽(421)内。
5.根据权利要求1所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述箱体(1)内侧壁固定安装有通风单元(5)，通风单元(5)包括进风口(51)、鼓风机(52)、出风口(53)和抽风机(54)，箱体(1)侧壁开设有进风口(51)，箱体(1)内对应进风口(51)处通过安装基板固定安装有鼓风机(52)，箱体(1)另一侧侧壁开设有出风口(53)，箱体(1)内通过第二安装基板固定安装有抽风机(54)，鼓风机(52)与抽风机(54)均与控制系统电连接。
6.根据权利要求1所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述箱体(1)内固定安装有恒温加湿单元(6)，恒温加湿单元(6)包括雾化喷头(62)和恒温器(61)，雾化喷头(62)固定安装于箱体(1)顶部靠近通风口处，恒温器(61)固定安装于箱体(1)侧壁并且位于进风口(51)上方。
7.根据权利要求5所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述进风口(51)一侧可拆卸式安装有过滤网(55)。
8.根据权利要求3所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述气囊远离夹持盘(32)侧壁安装有红外距离传感器(36)。
9.根据权利要求3所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：伸缩杆(42)下方端部安装有检测培养基内有效营养成分即葡萄糖的葡萄糖传感器(47)，也可采用固氮菌培养基内其他主要物质如氯化钠和磷酸二氢钾作为检测对象，葡萄糖传感器(47)与控制系统电连接。
10.根据权利要求9所述的一种固氮菌的培育装置，其特征在于：所述固定臂(31)靠近夹持盘(32)端部固定安装有传感器，所述传感器为温度传感器和湿度传感器，温度传感器采用红外温度传感器(63)，湿度传感器采用碳湿敏湿度传感器(64)。
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