本實用新型涉及一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程的實驗裝置,屬于微生物學、環境生態學等相關領域。
背景技術:
生物膜在自然界中普遍存在。只要微生物和載體存在,或多或少會有生物膜的形成,比如在人體的牙齒上、輪船的表面、工業設備表面、污水處理廠等等,特別是管道的內部也會有生物膜的形成。自來水供水管道中生成的生物膜,則會對人類的飲水安全帶來影響;工廠供水管道中形成的生物膜則會對生產的產品質量帶來一定挑戰。因此,研究生物膜在管道中的形成具有重大意義。
生物膜的形成是整個生物膜系統穩定和發揮功能的第一步。了解生物膜的形成有助于我們對其進行利用和去除。關于生物膜的觀察和表征儀器的研究和發明已有很多,但絕大多數都是采集樣品進行單次的觀察,而進行連續的實時動態觀察的裝置還不多。
本實用新型提出一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程的裝置,該裝置構造簡單、操作方便、可以自行進行組裝,節約成本。本裝置可用于觀察管道中生物膜從開始形成到最終穩定的全過程。直觀的觀察,加深了對生物膜的認識,提高了對生物膜形成過程的理解,也為解決管道中生物膜去除難題,提供理論實驗基礎。
技術實現要素:
本實用新型提出了一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程的實驗裝置,旨在提供一種操作方便、能夠實時連續觀測水體中生物膜在不同流速下形成和生長過程的裝置。
本實用新型的技術解決方案,一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程的實驗裝置,其結構包括流速控制裝置1、小型冰箱冷藏室塑料柜2,矩形毛細管3,顯微鏡4,連接電線6,小型潛水泵15,出水管16,三通連接頭17,尼龍材質溢流管18,長橡膠管19,二通連接頭20,回流管21;其中,小型冰箱冷藏室塑料柜2上開有A孔11, B孔12,C孔13, D孔14;D孔14穿有連接電線6,連接電線6的一端與流速控制裝置1的輸出端相接,連接電線6的另一端與小型潛水泵15相接;出水管16的一端穿過A孔11與小型潛水泵15的出水口相接;出水管16的另一端接有三通連接頭17,三通連接頭17的另兩端分別接溢流管18、長橡膠管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;長橡膠管19的中間部分串接有矩形毛細管3;長橡膠管19的另一端通過二通連接頭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;矩形毛細管3固定于顯微鏡4下。
本實用新型的優點:
1)可以進行實時連續的直觀觀察;
2)流速可變,可觀察不同水動力條件下的生物膜生長情況;
3)可以培養不同種類的微生物進行觀察;材料易得成本低,結構合理,操作方便。
附圖說明
附圖1一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程實驗裝置的示意圖。
附圖2流速控制裝置的電路圖。
附圖3矩形毛細管裝置示意圖。
圖中的1是流速控制裝置,2是小型冰箱冷藏室塑料柜,3是矩形毛細管,4是顯微鏡,5是電路板,6是連接電線,7是電位計,8是彈簧夾,9是變阻器,10是晶體管,11是A孔,12是B孔,13是C孔,14是D孔,15是小型潛水泵,16是出水管,17是三通連接頭,18是溢流管,19是長橡膠管,20是二通連接頭,21是回流管,22是載玻片,23是透明材料。
具體實施方式
對照附圖,一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程的實驗裝置,其結構包括流速控制裝置1、小型冰箱冷藏室塑料柜2,矩形毛細管3,顯微鏡4,連接電線6,小型潛水泵15,出水管16,三通連接頭17,尼龍材質溢流管18,長橡膠管19,二通連接頭20,回流管21;其中,小型冰箱冷藏室塑料柜2上開有A孔11, B孔12,C孔13, D孔14;D孔14穿有連接電線6,連接電線6的一端與流速控制裝置1的輸出端相接,連接電線6的另一端與小型潛水泵15相接;出水管16的一端穿過A孔11與小型潛水泵15的出水口相接;出水管16的另一端接有三通連接頭17,三通連接頭17的另兩端分別接溢流管18、長橡膠管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;長橡膠管19的中間部分串接有矩形毛細管3;長橡膠管19的另一端通過二通連接頭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;矩形毛細管3固定于顯微鏡4下。
如圖2,所述的流速控制裝置1包括電路板5、電位計7、變阻器9、晶體管10;其中,電位計7、變阻器9、晶體管10置于電路板5上,晶體管10的發射極與變阻器9的一端相接,晶體管10的集電極與電位計7的輸入端相接,晶體管10的基極與變阻器9相接,電位計7的輸出端與變阻器9的另一端相接。
所述連接電線6的一端通過彈簧夾8與流速控制裝置1的輸出端相接。
所述的小型冰箱冷藏室塑料柜2上還設有進水口。
所述A孔11為出水孔,在與小型潛水泵15的出水口同一水平位置,A孔11的直徑等于為出水管16的外徑;
所述B孔12為溢流孔,設在與進水孔相鄰的一邊,其位置要遠離進水孔,并且高度要高于進水口,B孔12的直徑與A孔11相同;
所述C孔13為回流孔,設在與B孔12相對的位置,C孔13的直徑與A孔11相同;
所述D孔14是電線連接孔,設在與小型潛水泵15接線點相對應的位置,D孔14的直徑與連接電線6的直徑相等。
所述的出水管16、溢流管18、回流管21均為尼龍材質。
所述的矩形毛細管3的兩端通過強力膠串接在長橡膠管19的中間部分;矩形毛細管3的底部通過氧化錫固定在透明材料23上,透明材料23通過氧化錫固定在載玻片22上形成一個矩形毛細管組合裝置,矩形毛細管組合裝置的底面固定于顯微鏡4下,固定矩形毛細管組合裝置時,毛細管面積最大的面與載玻片相對。
所述長橡膠管19在矩形毛細管3的兩端長度都為8cm;
所述載玻片22的尺寸為1×3英尺。
所述電位計7為1 KΩ的電位計,晶體管10的型號為2N 3904E變阻器9為4.2KΩ+5%。
所述小型潛水泵15為1.5V潛流泵。
通過尼龍管道、三通連接頭17、二通連接頭20將上述的容器和矩形毛細管3組合裝置連接起來,形成自循環的管道系統,其中在出水孔16的管道末端設置三通連接頭17,連接頭另外兩頭分別與長橡膠管19和溢流管18相連,這樣可以確保進入毛細管的壓力不會過大,從而導致矩形毛細管3的破裂;所有管道和孔洞的連接處均需用管道專用油灰(氧化錫)進行密封處理,確保整個裝置的密封性。
將廢棄的小型冰箱冷藏室塑料柜清洗干凈,進行滅菌處理后作為微生物生長培養裝置。
工作時,首先將流速控制裝置的輸入端連接A/D轉換器將外接電壓降到1.5~5V,然后調節電位計控制流速控制裝置1輸出到小型潛水泵15的電壓為0V~1.5V;通過改變電壓大小,實現控制流速的功能,流速控制裝置1和小型潛水泵15通過電線和彈簧夾連接,操作簡單易行。
在容器中加入微生物和營養液,保證3~4 cm的液面高度即可;打開小型潛水泵15,調節電位計7控制在合適的流速,便可觀察到水流在毛細管中流動,同時會有微生物附著在毛細管表面;將固定毛細管的載玻片安置在顯微鏡下便可以進行生物膜的生長和形成過程的觀察。
將矩形毛細管組合裝置中的橡膠管19按照附圖3用管道專用油灰(氧化錫)固定在載玻片22上面,形成一個底座,確保毛細管面積最大的一面矩形毛細管3和載玻片之間的孔隙可用透明材質23(可以截取載玻片的一部分)進行充填支撐;最后,將載玻片放置在顯微鏡4的觀察區域進行實驗觀察。
本實驗裝置可以進行實時連續觀察不同水動力條件下的生物膜生長情況和形成過程,也可以培養不同種類的微生物進行觀察,加深了對生物膜的認識,提高了對生物膜形成過程的理解;同時整個實驗裝置材料易得成本低,結構合理,操作方便。
實驗中的具體操作方法:
實驗中微生物的培養可以選擇50 mL干草的浸出液作為營養液。
實驗中如果一層載玻片觀察不到微生物,可加大到兩層,據經驗兩層載玻片效果更好。
在不進行觀察時,將顯微鏡的燈關掉,因為長時間產生的熱會殺死微生物。
開始運行約一周之后,就能看見在矩形毛細管3的內表面會生長出豐富的生物膜,通過毛細管的壁面可以很容易的觀察到生物膜的頂層和底層,通過毛細管的水流速度也可以被觀測到,并且很顯然是毛細管中的水流形態為非層流,接近毛細管壁的水流速度要比靠近毛細管內腔中心的水流速度慢很多。
確保泵的出水線要和毛細管在相同的水平。溢流線和回水線應該要高于塑料柜器的液面。在不使用時,在溢流管和回流管中的壓力要足夠大,使得出水有足夠的速度。
確保整個裝置的密封性。
本實驗不宜在油浸物鏡下進行觀察,因為毛細管的厚度比油浸物鏡的焦距要大,油鏡觀察效果反而不佳。
小型潛水泵15在小于1.5V的電壓連續工作的情況下會維持大約2周,小型潛水泵15的使用壽命隨著時間與電壓成反比例,與泵中積累的生物膜的程度成反比,電路板5通常在連續使用的情況下會維持大約2周,在間隙使用的情況下會維持大約6周,所以非實驗情況,保持裝置處于關閉狀態。
當泵在運行時,如果通過顯微鏡什么也觀察不到,可以通過調節電路板上的電位計來減緩水流速度,緩慢的水流下微生物更容易被看清,如果還是什么也觀察不到,建議使用大一點的微生物進行重新實驗。