CN206192904U - 一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的是一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其结构包括流速控制装置（1）、小型冰箱冷藏室塑料柜(2)，矩形毛细管(3)，显微镜（4），连接电线（6），小型潜水泵（15），出水管（16），三通连接头（17），尼龙材质溢流管（18），长橡胶管（19），二通连接头（20），回流管（21）。本实用新型的优点：1）可以进行实时连续的直观观察；2）流速可变，可观察不同水动力条件下的生物膜生长情况；3）可以培养不同种类的微生物进行观察；材料易得成本低，结构合理，操作方便。

Description

一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，属于微生物学、环境生态学等相关领域。

背景技术

生物膜在自然界中普遍存在。只要微生物和载体存在，或多或少会有生物膜的形成，比如在人体的牙齿上、轮船的表面、工业设备表面、污水处理厂等等，特别是管道的内部也会有生物膜的形成。自来水供水管道中生成的生物膜，则会对人类的饮水安全带来影响；工厂供水管道中形成的生物膜则会对生产的产品质量带来一定挑战。因此，研究生物膜在管道中的形成具有重大意义。

生物膜的形成是整个生物膜系统稳定和发挥功能的第一步。了解生物膜的形成有助于我们对其进行利用和去除。关于生物膜的观察和表征仪器的研究和发明已有很多，但绝大多数都是采集样品进行单次的观察，而进行连续的实时动态观察的装置还不多。

本实用新型提出一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的装置，该装置构造简单、操作方便、可以自行进行组装，节约成本。本装置可用于观察管道中生物膜从开始形成到最终稳定的全过程。直观的观察，加深了对生物膜的认识，提高了对生物膜形成过程的理解，也为解决管道中生物膜去除难题，提供理论实验基础。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，旨在提供一种操作方便、能够实时连续观测水体中生物膜在不同流速下形成和生长过程的装置。

本实用新型的技术解决方案，一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其结构包括流速控制装置1、小型冰箱冷藏室塑料柜2，矩形毛细管3，显微镜4，连接电线6，小型潜水泵15，出水管16，三通连接头17，尼龙材质溢流管18，长橡胶管19，二通连接头20，回流管21；其中，小型冰箱冷藏室塑料柜2上开有A孔11， B孔12，C孔13， D孔14；D孔14穿有连接电线6，连接电线6的一端与流速控制装置1的输出端相接，连接电线6的另一端与小型潜水泵15相接；出水管16的一端穿过A孔11与小型潜水泵15的出水口相接；出水管16的另一端接有三通连接头17，三通连接头17的另两端分别接溢流管18、长橡胶管19；溢流管18的另一端接小型冰箱冷藏室塑料柜2上的B孔12；长橡胶管19的中间部分串接有矩形毛细管3；长橡胶管19的另一端通过二通连接头20接回流管21的一端，回流管21的另一端接小型冰箱冷藏室塑料柜2的C孔13；矩形毛细管3固定于显微镜4下。

本实用新型的优点：

1）可以进行实时连续的直观观察；

2）流速可变，可观察不同水动力条件下的生物膜生长情况；

3）可以培养不同种类的微生物进行观察；材料易得成本低，结构合理，操作方便。

附图说明

附图1一种用于观察流动水体下生物膜形成过程实验装置的示意图。

附图2流速控制装置的电路图。

附图3矩形毛细管装置示意图。

图中的1是流速控制装置，2是小型冰箱冷藏室塑料柜，3是矩形毛细管，4是显微镜，5是电路板，6是连接电线，7是电位计，8是弹簧夹，9是变阻器，10是晶体管，11是A孔，12是B孔，13是C孔，14是D孔，15是小型潜水泵，16是出水管，17是三通连接头，18是溢流管，19是长橡胶管，20是二通连接头，21是回流管，22是载玻片，23是透明材料。

具体实施方式

对照附图，一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其结构包括流速控制装置1、小型冰箱冷藏室塑料柜2，矩形毛细管3，显微镜4，连接电线6，小型潜水泵15，出水管16，三通连接头17，尼龙材质溢流管18，长橡胶管19，二通连接头20，回流管21；其中，小型冰箱冷藏室塑料柜2上开有A孔11， B孔12，C孔13， D孔14；D孔14穿有连接电线6，连接电线6的一端与流速控制装置1的输出端相接，连接电线6的另一端与小型潜水泵15相接；出水管16的一端穿过A孔11与小型潜水泵15的出水口相接；出水管16的另一端接有三通连接头17，三通连接头17的另两端分别接溢流管18、长橡胶管19；溢流管18的另一端接小型冰箱冷藏室塑料柜2上的B孔12；长橡胶管19的中间部分串接有矩形毛细管3；长橡胶管19的另一端通过二通连接头20接回流管21的一端，回流管21的另一端接小型冰箱冷藏室塑料柜2的C孔13；矩形毛细管3固定于显微镜4下。

如图2，所述的流速控制装置1包括电路板5、电位计7、变阻器9、晶体管10；其中，电位计7、变阻器9、晶体管10置于电路板5上，晶体管10的发射极与变阻器9的一端相接，晶体管10的集电极与电位计7的输入端相接，晶体管10的基极与变阻器9相接，电位计7的输出端与变阻器9的另一端相接。

所述连接电线6的一端通过弹簧夹8与流速控制装置1的输出端相接。

所述的小型冰箱冷藏室塑料柜2上还设有进水口。

所述A孔11为出水孔，在与小型潜水泵15的出水口同一水平位置，A孔11的直径等于为出水管16的外径；

所述B孔12为溢流孔，设在与进水孔相邻的一边，其位置要远离进水孔，并且高度要高于进水口，B孔12的直径与A孔11相同；

所述C孔13为回流孔，设在与B孔12相对的位置，C孔13的直径与A孔11相同；

所述D孔14是电线连接孔，设在与小型潜水泵15接线点相对应的位置，D孔14的直径与连接电线6的直径相等。

所述的出水管16、溢流管18、回流管21均为尼龙材质。

所述的矩形毛细管3的两端通过强力胶串接在长橡胶管19的中间部分；矩形毛细管3的底部通过氧化锡固定在透明材料23上，透明材料23通过氧化锡固定在载玻片22上形成一个矩形毛细管组合装置，矩形毛细管组合装置的底面固定于显微镜4下，固定矩形毛细管组合装置时，毛细管面积最大的面与载玻片相对。

所述长橡胶管19在矩形毛细管3的两端长度都为8cm；

所述载玻片22的尺寸为1×3英尺。

所述电位计7为1 KΩ的电位计，晶体管10的型号为2N 3904E变阻器9为4.2KΩ+5%。

所述小型潜水泵15为1.5V潜流泵。

通过尼龙管道、三通连接头17、二通连接头20将上述的容器和矩形毛细管3组合装置连接起来，形成自循环的管道系统，其中在出水孔16的管道末端设置三通连接头17，连接头另外两头分别与长橡胶管19和溢流管18相连，这样可以确保进入毛细管的压力不会过大，从而导致矩形毛细管3的破裂；所有管道和孔洞的连接处均需用管道专用油灰（氧化锡）进行密封处理，确保整个装置的密封性。

将废弃的小型冰箱冷藏室塑料柜清洗干净，进行灭菌处理后作为微生物生长培养装置。

工作时，首先将流速控制装置的输入端连接A/D转换器将外接电压降到1.5~5V，然后调节电位计控制流速控制装置1输出到小型潜水泵15的电压为0V~1.5V；通过改变电压大小，实现控制流速的功能，流速控制装置1和小型潜水泵15通过电线和弹簧夹连接，操作简单易行。

在容器中加入微生物和营养液，保证3~4 cm的液面高度即可；打开小型潜水泵15，调节电位计7控制在合适的流速，便可观察到水流在毛细管中流动，同时会有微生物附着在毛细管表面；将固定毛细管的载玻片安置在显微镜下便可以进行生物膜的生长和形成过程的观察。

将矩形毛细管组合装置中的橡胶管19按照附图3用管道专用油灰（氧化锡）固定在载玻片22上面，形成一个底座，确保毛细管面积最大的一面矩形毛细管3和载玻片之间的孔隙可用透明材质23（可以截取载玻片的一部分）进行充填支撑；最后，将载玻片放置在显微镜4的观察区域进行实验观察。

本实验装置可以进行实时连续观察不同水动力条件下的生物膜生长情况和形成过程，也可以培养不同种类的微生物进行观察，加深了对生物膜的认识，提高了对生物膜形成过程的理解；同时整个实验装置材料易得成本低，结构合理，操作方便。

实验中的具体操作方法：

实验中微生物的培养可以选择50 mL干草的浸出液作为营养液。

实验中如果一层载玻片观察不到微生物，可加大到两层，据经验两层载玻片效果更好。

在不进行观察时，将显微镜的灯关掉，因为长时间产生的热会杀死微生物。

开始运行约一周之后，就能看见在矩形毛细管3的内表面会生长出丰富的生物膜，通过毛细管的壁面可以很容易的观察到生物膜的顶层和底层，通过毛细管的水流速度也可以被观测到，并且很显然是毛细管中的水流形态为非层流，接近毛细管壁的水流速度要比靠近毛细管内腔中心的水流速度慢很多。

确保泵的出水线要和毛细管在相同的水平。溢流线和回水线应该要高于塑料柜器的液面。在不使用时，在溢流管和回流管中的压力要足够大，使得出水有足够的速度。

确保整个装置的密封性。

本实验不宜在油浸物镜下进行观察，因为毛细管的厚度比油浸物镜的焦距要大，油镜观察效果反而不佳。

小型潜水泵15在小于1.5V的电压连续工作的情况下会维持大约2周，小型潜水泵15的使用寿命随着时间与电压成反比例，与泵中积累的生物膜的程度成反比，电路板5通常在连续使用的情况下会维持大约2周，在间隙使用的情况下会维持大约6周，所以非实验情况，保持装置处于关闭状态。

当泵在运行时，如果通过显微镜什么也观察不到，可以通过调节电路板上的电位计来减缓水流速度，缓慢的水流下微生物更容易被看清，如果还是什么也观察不到，建议使用大一点的微生物进行重新实验。

Claims (7)

1. 一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是包括流速控制装置（1）、小型冰箱冷藏室塑料柜（2），矩形毛细管（3），显微镜（4），连接电线（6），小型潜水泵（15），出水管（16），三通连接头（17），尼龙材质溢流管（18），长橡胶管（19），二通连接头（20），回流管（21）；其中，小型冰箱冷藏室塑料柜（2）上开有A孔（11）， B孔（12），C孔（13）， D孔（14）；D孔（14）穿有连接电线（6），连接电线（6）的一端与流速控制装置（1）的输出端相接，连接电线（6）的另一端与小型潜水泵（15）相接；出水管（16）的一端穿过A孔（11）与小型潜水泵（15）的出水口相接；出水管（16）的另一端接有三通连接头（17），三通连接头（17）的另两端分别接溢流管（18）、长橡胶管（19）；溢流管（18）的另一端接小型冰箱冷藏室塑料柜（2）上的B孔（12）；长橡胶管（19）的中间部分串接有矩形毛细管（3）；长橡胶管（19）的另一端通过二通连接头（20）接回流管（21）的一端，回流管（21）的另一端接小型冰箱冷藏室塑料柜（2）的C孔（13）；矩形毛细管（3）固定于显微镜（4）下。

2.根据权利要求1所述的一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是所述的流速控制装置（1）包括电路板（5）、电位计（7）、变阻器（9）、晶体管（10）；其中，电位计（7）、变阻器（9）、晶体管（10）置于电路板（5）上，晶体管（10）的发射极与变阻器（9）的一端相接，晶体管（10）的集电极与电位计（7）的输入端相接，晶体管（10）的基极与变阻器（9）相接，电位计（7）的输出端与变阻器9的另一端相接。

3.根据权利要求1所述的一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是所述连接电线（6）的一端通过弹簧夹（8）与流速控制装置1的输出端相接。

4.根据权利要求1所述的一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是所述A孔（11）处在与小型潜水泵（15）出水口的同一水平位置，A孔（11）的直径等于为出水管（16）的外径；

所述B孔（12）的直径与A孔（11）相同；

所述C孔（13）设在与B孔（12）相对的位置，C孔（13）的直径与A孔（11）相同；

所述D孔（14）的直径与连接电线（6）的直径相等。

5.根据权利要求1所述的一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是所述的出水管（16）、溢流管（18）、回流管（21）均为尼龙材质。

6.根据权利要求1所述的一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是所述的矩形毛细管（3）的两端通过强力胶串接在长橡胶管（19）的中间部分；矩形毛细管（3）的底部通过氧化锡固定在透明材料（23）上，透明材料（23）通过氧化锡固定在载玻片（22）上形成一个矩形毛细管组合装置，矩形毛细管组合装置的底面固定于显微镜（4）下。

7.根据权利要求1所述的一种用于观察流动水体下生物膜形成过程的实验装置，其特征是所述小型潜水泵（15）为1.5V潜流泵。