本實(shí)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(shí)驗(yàn)裝置,屬于微生物學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
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(yè)設(shè)備表面、污水處理廠等等,特別是管道的內(nèi)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(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量帶來一定挑戰(zhàn)。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(tǒng)穩(wěn)定和發(fā)揮功能的第一步。了解生物膜的形成有助于我們對其進(jìn)行利用和去除。關(guān)于生物膜的觀察和表征儀器的研究和發(fā)明已有很多,但絕大多數(shù)都是采集樣品進(jìn)行單次的觀察,而進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時動態(tài)觀察的裝置還不多。
本實(shí)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(gòu)造簡單、操作方便、可以自行進(jìn)行組裝,節(jié)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(wěn)定的全過程。直觀的觀察,加深了對生物膜的認(rèn)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)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(shí)驗(yàn)裝置,旨在提供一種操作方便、能夠?qū)崟r連續(xù)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(shí)用新型的技術(shù)解決方案,一種用于觀察流動水體下生物膜形成過程的實(shí)驗(yàn)裝置,其結(jié)構(gòu)包括流速控制裝置1、小型冰箱冷藏室塑料柜2,矩形毛細(xì)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(zhì)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(xì)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(xì)管3固定于顯微鏡4下。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
1)可以進(jìn)行實(shí)時連續(xù)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(yǎng)不同種類的微生物進(jìn)行觀察;材料易得成本低,結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)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(xì)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(xì)管,4是顯微鏡,5是電路板,6是連接電線,7是電位計(jì),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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置,其結(jié)構(gòu)包括流速控制裝置1、小型冰箱冷藏室塑料柜2,矩形毛細(xì)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(zhì)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(xì)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(xì)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(jì)7、變阻器9、晶體管10;其中,電位計(jì)7、變阻器9、晶體管10置于電路板5上,晶體管10的發(fā)射極與變阻器9的一端相接,晶體管10的集電極與電位計(jì)7的輸入端相接,晶體管10的基極與變阻器9相接,電位計(jì)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(shè)有進(jìn)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(shè)在與進(jìn)水孔相鄰的一邊,其位置要遠(yuǎn)離進(jìn)水孔,并且高度要高于進(jìn)水口,B孔12的直徑與A孔11相同;
所述C孔13為回流孔,設(shè)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(shè)在與小型潛水泵15接線點(diǎn)相對應(yīng)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(zhì)。
所述的矩形毛細(xì)管3的兩端通過強(qiáng)力膠串接在長橡膠管19的中間部分;矩形毛細(xì)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(xì)管組合裝置,矩形毛細(xì)管組合裝置的底面固定于顯微鏡4下,固定矩形毛細(xì)管組合裝置時,毛細(xì)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(xì)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(jì)7為1 KΩ的電位計(jì),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(xì)管3組合裝置連接起來,形成自循環(huán)的管道系統(tǒng),其中在出水孔16的管道末端設(shè)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(jìn)入毛細(xì)管的壓力不會過大,從而導(dǎo)致矩形毛細(xì)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(jìn)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(jìn)行滅菌處理后作為微生物生長培養(yǎng)裝置。
工作時,首先將流速控制裝置的輸入端連接A/D轉(zhuǎn)換器將外接電壓降到1.5~5V,然后調(diào)節(jié)電位計(jì)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(shí)現(xiàn)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(yǎng)液,保證3~4 cm的液面高度即可;打開小型潛水泵15,調(diào)節(jié)電位計(jì)7控制在合適的流速,便可觀察到水流在毛細(xì)管中流動,同時會有微生物附著在毛細(xì)管表面;將固定毛細(xì)管的載玻片安置在顯微鏡下便可以進(jìn)行生物膜的生長和形成過程的觀察。
將矩形毛細(xì)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(xì)管面積最大的一面矩形毛細(xì)管3和載玻片之間的孔隙可用透明材質(zhì)23(可以截取載玻片的一部分)進(jìn)行充填支撐;最后,將載玻片放置在顯微鏡4的觀察區(qū)域進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察。
本實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行實(shí)時連續(xù)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(yǎng)不同種類的微生物進(jìn)行觀察,加深了對生物膜的認(rèn)識,提高了對生物膜形成過程的理解;同時整個實(shí)驗(yàn)裝置材料易得成本低,結(jié)構(gòu)合理,操作方便。
實(shí)驗(yàn)中的具體操作方法:
實(shí)驗(yàn)中微生物的培養(yǎng)可以選擇50 mL干草的浸出液作為營養(yǎng)液。
實(shí)驗(yàn)中如果一層載玻片觀察不到微生物,可加大到兩層,據(jù)經(jīng)驗(yàn)兩層載玻片效果更好。
在不進(jìn)行觀察時,將顯微鏡的燈關(guān)掉,因?yàn)殚L時間產(chǎn)生的熱會殺死微生物。
開始運(yùn)行約一周之后,就能看見在矩形毛細(xì)管3的內(nèi)表面會生長出豐富的生物膜,通過毛細(xì)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(xì)管的水流速度也可以被觀測到,并且很顯然是毛細(xì)管中的水流形態(tài)為非層流,接近毛細(xì)管壁的水流速度要比靠近毛細(xì)管內(nèi)腔中心的水流速度慢很多。
確保泵的出水線要和毛細(xì)管在相同的水平。溢流線和回水線應(yīng)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(shí)驗(yàn)不宜在油浸物鏡下進(jìn)行觀察,因?yàn)槊?xì)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(xù)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(xù)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(shí)驗(yàn)情況,保持裝置處于關(guān)閉狀態(tài)。
當(dāng)泵在運(yùn)行時,如果通過顯微鏡什么也觀察不到,可以通過調(diào)節(jié)電路板上的電位計(jì)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(diǎn)的微生物進(jìn)行重新實(shí)驗(yàn)。