CN211005331U - 一种深海微生物取样培养设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深海微生物取样培养设备，包括取样装置、培养装置、保压装置、三通连接器、用于将取样装置内的样品移动到培养装置的伸缩机构，取样装置、培养装置和保压装置分别与三通连接器连接，伸缩机构分别连接取样装置和保压装置。本实用新型克服现有设备仅能保真取样、保真培养的局限性，通过全程保真来保留真实海底环境类似的压力特征，填补国内在实现保真取样装置的空白，为全方位的在实验中研究深海微生物活动提供更为完善的设备保障。

Description

一种深海微生物取样培养设备

技术领域

本实用新型涉及微生物取样培养领域，尤其是涉及一种深海微生物取样培养设备。

背景技术

地球上的海洋面积约占地表总面积的71％，其中水深在1800以下的水域是无光、低温、高压的深海水域，海底存在大量沉积物，深海沉积物中生活着许多微生物。随着科技发展，人们认识到深海微生物在食品工业、环境保护、新能源以及医药等方面都存在价值。例如，在南极洲的深海沉积物发现了一种嗜冷嗜压的微生物可以高产淀粉酶，而深海调查工具的严重缺乏导致深海微生物调查异常困难。

近年来，随着保温保压保真储存技术的发展，以取样为基础的实验室模拟技术培养逐渐成为研究深海微生物的常用实验方法，模拟技术培养主要通过机械手持取样器取样、大洋钻探、可视抓斗等方法进行样品采集，随后代辉实验室进行高压培养，器确定是样品采集后从船上转移到实验室的过程中不能保持生物原有的生存环境，如高压等，导致绝大多数嗜压型生物到达实验室时已经死亡，只有少数适应力强的生物可以在极短的时间内存活。同时现有的取样装置中带有电子元器件由于受到海底环境和动物活动的影响极易损坏，且无法进行海底维修。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种深海微生物取样培养设备，克服现有设备仅能保真取样、保真培养的局限性，通过全程保真来保留真实海底环境类似的压力特征，填补国内在实现保真取样装置的空白，为全方位的在实验中研究深海微生物活动提供更为完善的设备保障。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：一种深海微生物取样培养设备，包括取样装置、培养装置、保压装置、三通连接器、用于将取样装置内的样品移动到培养装置的伸缩机构，取样装置、培养装置和保压装置分别与三通连接器连接，伸缩机构分别连接取样装置和保压装置；

取样装置包括取样仓，取样仓与三通连接器连接；

培养装置包括加压单元、培养单元，加压单元包括针阀、加压接口、安全阀和压力表接口，培养单元包括设有培养腔的釜体、用于密封釜体的釜盖，针阀与加压接口相连接，并用于控制加压接口的开启和关闭，加压接口分别连接外部压力泵和釜体；安全阀和压力表接口的一端连通至釜盖的下表面，安全阀和压力表接口的另一端连接安全阀和压力表；三通连接器与釜盖、釜体相连通；

保压装置包括保压筒、连接盘、与保压筒连接的密封端盖，连接盘一端与保压筒连接，连接盘另一端与三通连接器连接。本装置在保持原位压力的条件下将取样装置中样品转移到培养装置中，保持了微生物的活性，具有普适应，能够完成对深海沉积物中微生物的“取样-转移-培养”全过程保压操作。

作为优选，伸缩机构包括用于获取取样仓中样品的取样筒、与取样筒连接并穿过连接盘的导向筒、丝杠、与导向盘连接的齿轮条、与齿轮条连接的齿轮副、与齿轮副连接的中间盘、第一电机、第二电机，丝杠包括前丝杠和后丝杠，前丝杠与取样筒连接，后丝杠与连接盘连接，齿轮条连接有第一电机，后丝杠连接有第二电机。工作时，第二电机启动带动后丝杠转动，后丝杠带动中间盘、取样筒、导向筒一起轴向运动，通过设在伸缩机构上的表面探测装置判断取样筒前段接触到沉积物后停止运动；第一电机启动，通过齿轮条通过齿轮副带动前丝杠转动，导向筒和活塞之间还设有第一螺母，由于第一螺母的旋转方向的自由度被固定，旋转运动转化为直线运动，带动取样筒伸入到沉积物中；接着，后丝杠反向转动带采集到的沉积物样品到达培养装置开口上方，齿轮条反向转动，将样品挤出，并最终掉落到培养釜中。

作为优选，伸缩机构上还设有表面探测机构，表面探测机构包括卡设在导向筒内的卡环、卡设在卡环中的第一弹簧、设在卡簧前端并用于接触沉积物的接触平面、与卡环连接并穿过连接盘的探测杆、与探测杆连接的磁环、与磁环连接的测量杆。表面探测机构的核心部件是一套磁性伸缩位移传感器，磁性伸缩位移传感器由磁环和测量杆组成，其利用磁性伸缩材料，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲来测量位置信息的。探测杆的后端与磁环通过螺栓连接，卡环套在导向筒前段的一个沟槽中，第一弹簧则抵在接触平面与卡环之间。其工作原理是，导向筒向外延伸时，探测杆跟随其一起伸入到取样装置中，同时磁性伸缩位移传感器检测到一个正向增大的位移信号，而由于探测杆比导向筒稍微长一点会先接触到沉积物表面，这时导向筒继续向前伸长时，探测杆不发生位移，传感器上的数据也不会发生变化，就需要判断当导向筒继续向前位移指定距离后，取样筒到达沉积物表面，完成表面探测任务。

作为优选，还包括第一球阀、第二球阀、第三球阀，第一球阀设在保压装置与三通连接器之间，第二球阀设在取样装置与三通连接器之间，第三球阀设在培养装置与三通连接器之间。由于取样装置、保压装置、培养装置中具有不同的压力，需要通过球阀的设置将压力分隔开，通过球阀的开闭进行压力的控制。伸缩机构穿过第一球阀和第二球阀。取样前，保压装置、取样装置、培养装置连接在一起，将第一球阀、第三球阀打开，第二球阀关闭，通过液压泵向腔内加压，在保压筒内取得与取样装置同等压力后，再打卡第二球阀，使内部整个高压腔贯通。取样时，先由导向筒带着取样筒一起轴向运动到取样仓内的沉积物表面。然后导向筒不动，取样筒向前轴向运动，插入到沉积物内部。接着导向筒回收一段距离，使取样筒前端恰好能悬在培养釜开口的上端，培养釜与釜盖连通三通连接器，由于在取样筒的内部有固定不动的活塞，在导向筒回收的时候，活塞、取样筒、样品形成负压，有利于将样品取出。保持导向筒位置不动，取样筒回缩，位移距离以所需要的样品量为准，由于活塞不动，取样筒中的沉积物样品被挤出，在重力作用下落入培养釜中。之后，将第三球阀关闭，就可以把取得了样品之后的培养装置移走，送到实验室去培养，然后可以接上新的培养装置，重复操作，反复将样品挤到培养装置中，实现多组样品微生物的培养。

作为优选，取样装置还包括脱钩装置、连接脱钩装置与配重块的系绳、与脱钩装置连接的把手总成、设在取样仓上的浮体块、设在取样仓下方的配重块，脱钩装置包括与把手总成连接的脱钩推杆、与脱钩推杆连接的脱钩固定件、与脱钩固定件连接的脱钩件、与系绳连接的系绳环。在取样期间，脱钩件卡住系绳环，由系绳连接配重块与取样仓，在浮力与重力的共同作用下，配重块沉于海底用于固定位置，而取样仓可以悬浮于配重块上方所需要的高度内；回收装置时，下压把手总成的动作触发脱钩装置动作，把手总成下压带动脱钩推杆直线运动带动脱钩件旋转，脱钩装置打开，系绳环脱落，将系绳、配重块抛弃，其余部分回收。通过这样的设计，其目的是为了只回收价值较高的部分，抛弃不方便回收的部分。取样装置通过纯机械式设计，不涉及任何电子元件，保证了可靠性，避免了电子元件在深海因信号干扰等情况下出现故障难以修复的问题；同时可以实现在海底的定高悬浮培养，取样仓与配重块之间通过系绳连接，系绳的长度可调整，适用于对海底不同高度微生物的研究，同时避免了因海底淤泥掩埋而导致回收取样装置难以查找的问题。

作为优选，把手总成包括与脱钩推杆连接的滑动把手、与滑动把手连接并用于固定滑动把手的锁销、与锁销连接的第二弹簧。通过第二弹簧和锁销的设置，将滑动把手锁定，使得滑动把手不会因为误按导致启动脱钩装置。通过把手总成的设置，回收过程中无需施加持续力，保证内部培养基不被污染，并可拆卸，反复使用。

作为优选，加压接口与釜体底部相连接。通过将加压接口设在釜体底部，可以充分利用釜体空间，不会与釜体上端结构冲突。

作为优选，取样筒内设有活塞，活塞与前丝杠连接。由于活塞固定不动，通过活塞的设置可以与取样筒内形成负压，使得样品容易从取样仓内通过伸缩机构移动到培养装置。

作为优选，齿轮副包括与前丝杠连接的第一齿轮、设在齿轮条上并与第一齿轮啮合的第二齿轮。前丝杠后端固定设有第一齿轮，并与安装在齿轮条上的第二齿轮组成齿轮副，其中前丝杠上的第一齿轮轴向和周向均与前丝杠固定，而齿轮条上的第二齿轮则可以跟随导向筒的运动随着轴向滑移，从而保证两个齿轮在工作时始终处于啮合状态。

作为优选，伸缩机构还包括与取样筒固定的第一螺母、通过螺丝固定在中间盘上的第二螺母。取样筒与第一螺母固定在一起，通过导向钉被限制在导向筒中的沟槽内而只能沿直线方向运动；后螺母与后丝杠配合组成一对丝杆螺母副，后螺母通过螺钉固定在中间盘上，中键盘上还安装有塑料做成的直线轴承并与两根导向杆配合，当后丝杆转动时，后螺母、中间盘及直线轴承均能沿着轴向滑移。此外，齿轮条和后丝杆作为转动输入端，通过保压筒后盖上的小孔伸到保压筒外侧，分别与第一电机、第二电机相连。

本实用新型具有的有益效果是：

1、全程保压保真不仅有利于保证微生物特别是嗜压微生物的生物活性，也可以间接起到抑制常压细菌污染的问题，以防止对微生物资源做出错误的判断；

2、克服现有设备仅能保真取样、保真培养的局限性，通过全程保真来保留真实海底环境类似的压力特征，填补国内在实现保真取样装置的空白，为全方位的在实验中研究深海微生物活动提供更为完善的设备保障；

3、取样装置通过纯机械式设计，不涉及任何电子元件，保证了可靠性，避免了电子元件在深海因信号干扰等情况下出现故障难以修复的问题；同时可以实现在海底的定高悬浮培养，取样仓与配重块之间通过系绳连接，系绳的长度可调整，适用于对海底不同高度微生物的研究，同时避免了因海底淤泥掩埋而导致回收取样装置难以查找的问题；

4、培养装置可以保证培养压强能够满足大多数深海嗜压微生物的生存要求，能够在培养过程中不泄压取到混合均匀的微生物样本，在不影响微生物高压培养的条件下随时监控釜内化学参数和生物种群变化。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

图2是本实用新型的伸缩机构的结构示意图。

图3是图2中的齿轮副结构示意图。

图4-A是图1中的保压转移原理图。

图4-B是图1中的保压转移原理图。

图4-C是图1中的保压转移原理图。

图4-D是图1中的保压转移原理图。

图4-E是图1中的保压转移原理图。

图5是本实用新型取样装置的主视图。

图6是图5的剖视图。

图7-A是图6中脱钩装置的结构示意图。

图7-B图6中脱钩装置的结构示意图

图8是图5中把手总成的机构示意图。

图9是保压装置的结构示意图。

图中：1、取样装置，100、取样仓，101、脱钩装置，1011、脱钩推杆，1012、脱钩固定件，1013、脱钩件，1014、系绳环，102、浮体块，103、配重块，104、系绳，105、把手总成，1051、滑动把手，1052、锁销，1053、第二弹簧，2、培养装置，21、针阀，22、加压接口，23、安全阀和压力表接口，24、釜体，25、釜盖，3、保压装置，31、保压筒，32、连接盘，33、密封端盖，4、三通连接器，5、伸缩机构，51、取样筒，511、活塞，52、导向筒，53、前丝杠，54、后丝杠，55、齿轮条，56、齿轮副，561、第一齿轮，562、第二齿轮，57、中间盘，58、第一电机，59、第二电机，60、卡环，61、第一弹簧，62、接触平面，63、探测杆，64、磁环，65、测量杆，66、第一螺母，67、第二螺母，68、导向杆，6、第一球阀，7、第二球阀，8、第三球阀，9、样品

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

如图1-9所示，本实用新型一种深海微生物取样培养设备，包括取样装置1、培养装置2、保压装置3、三通连接器4、用于将取样装置1内的样品移动到培养装置2的伸缩机构5，取样装置1、培养装置2和保压装置3分别与三通连接器4连接，伸缩机构5分别连接取样装置1和保压装置3；

取样装置1包括取样仓100，取样仓100与三通连接器4连接；

培养装置2包括加压单元、培养单元，加压单元包括针阀21、加压接口22、安全阀和压力表接口23，培养单元包括设有培养腔的釜体24、用于密封釜体24的釜盖25，针阀21与加压接口22相连接，并用于控制加压接口22的开启和关闭，加压接口22分别连接外部压力泵和釜体24；安全阀和压力表接口23的一端连通至釜盖25的下表面，安全阀和压力表接口23的另一端连接安全阀和压力表，釜体24与釜盖25连接；

保压装置3包括保压筒31、连接盘32、与保压筒31连接的密封端盖33，连接盘32一端与保压筒31连接，连接盘32另一端与三通连接器4连接。

伸缩机构5包括用于获取取样仓100中样品9的取样筒51、与取样筒51连接并穿过连接盘32的导向筒513、丝杠、与导向盘连接的齿轮条55、与齿轮条55连接的齿轮副56、与齿轮副56连接的中间盘57、第一电机58、第二电机59，丝杠包括前丝杠53和后丝杠54，前丝杠53与取样筒51连接，后丝杠54与连接盘32连接，齿轮条55连接有第一电机58，后丝杠54连接有第二电机59。

伸缩机构5上还设有表面探测机构，表面探测机构包括卡设在导向筒513内的卡环60、卡设在卡环60中的第一弹簧61、设在卡簧前端并用于接触沉积物的接触平面62、与卡环60连接并穿过连接盘32的探测杆63、与探测杆63连接的磁环64、与磁环64连接的测量杆65；第二电机59启动带动后丝杠54转动，后丝杠54带动中间盘57、取样筒51、导向筒513一起轴向运动，伸缩机构上的接触平面62接触到沉积物后停止运动；第一电机58启动，通过齿轮条55通过齿轮副56带动前丝杠53转动，前丝杠53带动取样筒51伸入到沉积物中；接着，后丝杠54反向转动带采集到的样品9到达培养装置开口上方，齿轮条55反向转动，将样品9挤出，并最终掉落到釜体24中。

还包括第一球阀6、第二球阀7、第三球阀8，第一球阀6设在保压装置3与三通连接器4之间，第二球阀7设在取样装置1与三通连接器4之间，第三球阀8设在培养装置2与三通连接器4之间。

取样装置1还包括脱钩装置101、设在取样仓100上的浮体块102、设在取样仓100下方的配重块103、用于连接脱钩装置101与配重块103的系绳104、与脱钩装置101连接的把手总成105，脱钩装置101包括与把手总成105连接的脱钩推杆1011、与脱钩推杆1011连接的脱钩固定件1012、与脱钩固定件1012连接的脱钩件1013、与系绳104连接的系绳环1014。

把手总成105包括与脱钩推杆1011连接的滑动把手1051、与滑动把手1051连接并用于固定滑动把手1051的锁销1052、与锁销1052连接的第二弹簧1053。

取样筒51内设有活塞511，活塞511与前丝杠53连接。

齿轮副56包括与前丝杠53连接的第一齿轮、设在齿轮条55上并与第一齿轮啮合的第二齿轮512。

伸缩机构5还包括与取样筒51固定的第一螺母66、通过螺丝固定在中间盘57上的第二螺母67。

加压接口22与釜体24底部相连接。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种深海微生物取样培养设备，其特征在于：包括取样装置(1)、培养装置(2)、保压装置(3)、三通连接器(4)、用于将取样装置(1)内的样品(9)移动到培养装置(2)的伸缩机构(5)，取样装置(1)、培养装置(2)和保压装置(3)分别与三通连接器(4)连接，伸缩机构(5)分别连接取样装置(1)和保压装置(3)；

取样装置(1)包括取样仓(100)，取样仓(100)与三通连接器(4)连接；

培养装置(2)包括加压单元、培养单元，加压单元包括针阀(21)、加压接口(22)、安全阀和压力表接口(23)，培养单元包括设有培养腔的釜体(24)、用于密封釜体(24)的釜盖(25)，针阀(21)与加压接口(22)相连接，并用于控制加压接口(22)的开启和关闭，加压接口(22)分别连接外部压力泵和釜体(24)；安全阀和压力表接口(23)的一端连通至釜盖(25)的下表面，安全阀和压力表接口(23)的另一端连接安全阀和压力表；

保压装置(3)包括保压筒(31)、连接盘(32)、与保压筒(31)连接的密封端盖(33)，连接盘(32)一端与保压筒(31)连接，连接盘(32)另一端与三通连接器(4)连接。

2.根据权利要求1所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：伸缩机构(5)包括用于获取取样仓(100)中样品(9)的取样筒(51)、与取样筒(51)连接并穿过连接盘(32)的导向筒(513)、丝杠、与导向盘连接的齿轮条(55)、与齿轮条(55)连接的齿轮副(56)、与齿轮副(56)连接的中间盘(57)、第一电机(58)、第二电机(59)，丝杠包括前丝杠(53)和后丝杠(54)，前丝杠(53)与取样筒(51)连接，后丝杠(54)与连接盘(32)连接，齿轮条(55)连接有第一电机(58)，后丝杠(54)连接有第二电机(59)。

3.根据权利要求2所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：伸缩机构(5)上还设有表面探测机构，表面探测机构包括卡设在导向筒(513)内的卡环(60)、卡设在卡环(60)中的第一弹簧(61)、设在卡簧前端并用于接触沉积物的接触平面(62)、与卡环(60)连接并穿过连接盘(32)的探测杆(63)、与探测杆(63)连接的磁环(64)、与磁环(64)连接的测量杆(65)。

4.根据权利要求1或2或3所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：还包括第一球阀(6)、第二球阀(7)、第三球阀(8)，第一球阀(6)设在保压装置(3)与三通连接器(4)之间，第二球阀(7)设在取样装置(1)与三通连接器(4)之间，第三球阀(8)设在培养装置(2)与三通连接器(4)之间。

5.根据权利要求4所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：取样装置(1)还包括脱钩装置(101)、设在取样仓(100)上的浮体块(102)、设在取样仓(100)下方的配重块(103)、用于连接脱钩装置(101)与配重块(103)的系绳(104)、与脱钩装置(101)连接的把手总成(105)，脱钩装置(101)包括与把手总成(105)连接的脱钩推杆(1011)、与脱钩推杆(1011)连接的脱钩固定件(1012)、与脱钩固定件(1012)连接的脱钩件(1013)、与系绳(104)连接的系绳环(1014)。

6.根据权利要求5所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：把手总成(105)包括与脱钩推杆(1011)连接的滑动把手(1051)、与滑动把手(1051)连接并用于固定滑动把手(1051)的锁销(1052)、与锁销(1052)连接的第二弹簧(1053)。

7.根据权利要求2或3或5或6所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：取样筒(51)内设有活塞(511)，活塞(511)与前丝杠(53)连接。

8.根据权利要求7所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：齿轮副(56)包括与前丝杠(53)连接的第一齿轮、设在齿轮条(55)上并与第一齿轮啮合的第二齿轮(512)。

9.根据权利要求2或3或5或6或8所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：伸缩机构(5)还包括与取样筒(51)固定的第一螺母(66)、通过螺丝固定在中间盘(57)上的第二螺母(67)。

10.根据权利要求9所述的深海微生物取样培养设备，其特征在于：加压接口(22)与釜体(24)底部相连接。

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