深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)境模擬及微生物培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，包括用于傳送氣體、液體的管道，還包括：高壓底物配料單元，用于均勻混合高壓氣體和高壓海水，獲取溶解有高濃度氣體的高壓海水培養(yǎng)基；低溫高壓培養(yǎng)單元，用于在低于50℃適合于中溫和低溫微生物生長(zhǎng)的溫度且高壓條件下培養(yǎng)微生物；氣體供應(yīng)單元，用于為高壓底物配料單元和低溫高壓培養(yǎng)單元提供高壓氣體；流動(dòng)控制單元，用于控制高壓底物配料單元和低溫高壓培養(yǎng)單元內(nèi)的壓強(qiáng)，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速；氣體監(jiān)測(cè)控制單元，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度，判斷底物配料單元和低溫高壓培養(yǎng)單元中可燃?xì)怏w是否泄漏，并根據(jù)判斷結(jié)果及時(shí)報(bào)警或自動(dòng)切斷氣體供應(yīng)單元供氣。
【專利說明】深海冷泉模擬及低溫局壓微生物:1?養(yǎng)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微生物培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]深海是全球最大的獨(dú)立生態(tài)系統(tǒng)，包括深層海水(deeplayerwater),表層沉積物(top layer sediment)以及冷泉(coldseep)、熱液(hydrothermal vent)、多金屬結(jié)核區(qū)(metallicnodules)等地質(zhì)結(jié)構(gòu)。深海深部生物圈的微生物生物量占全球總量的90%。從深海檢測(cè)到的微生物與其他環(huán)境的微生物有明顯差異，具有獨(dú)特代謝途徑、信號(hào)傳導(dǎo)和防御機(jī)制，是研究早期生命過程與地球環(huán)境演化的活化石，具有無可替代的科學(xué)價(jià)值。蘊(yùn)藏著最豐富的微生物資源，是聯(lián)合國關(guān)注的“人類共同繼承財(cái)產(chǎn)”。海水70%的海洋是處在38MPa以上的高壓環(huán)境。因此深海微生物適應(yīng)了高壓環(huán)境，具有耐壓性甚至嗜壓性。高壓是深海區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)基本環(huán)境參數(shù)。冷泉是在海床的某些地點(diǎn)，富含甲烷、碳水化合物、硫化氫等化學(xué)物質(zhì)的深層空隙水沿著地殼巖層裂縫滲漏到海底表面，或者以泥火山(mudvoIcano)的形式與泥衆(zhòng)、巖石等一起噴發(fā)到海底表面。冷泉的溫度與周圍海水溫度相似，這一點(diǎn)與熱液有顯著區(qū)別。冷泉微生物繁殖速度很慢，生態(tài)系統(tǒng)需要數(shù)年，甚至數(shù)十年才能形成。對(duì)冷泉微生物的富集需要長(zhǎng)期穩(wěn)定提供高濃度甲烷的流動(dòng)式高壓培養(yǎng)設(shè)備。這一特殊的設(shè)備需求成為冷泉微生物研究領(lǐng)域長(zhǎng)期以來面臨的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題提供一種設(shè)備系統(tǒng)模擬深海冷泉這一類型的有活躍地質(zhì)活動(dòng)的特殊深海環(huán)境，解決了安全供氣、氣液混合、溫壓控制、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)四個(gè)技術(shù)難題。用于對(duì)深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室模擬并對(duì)冷泉微生物的培養(yǎng)，突破了深海微生物研究的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施提供一種深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，包括用于傳送氣體、液體的管道，還包括:
[0005]高壓底物配料單元，用于均勻混合高壓氣體和高壓海水，獲取溶解有高濃度氣體的高壓海水培養(yǎng)基；
[0006]低溫高壓培養(yǎng)單元，用于在低于50°C適合于中溫和低溫微生物生長(zhǎng)的溫度且高壓條件下培養(yǎng)微生物；
[0007]氣體供應(yīng)單元，用于為高壓底物配料單元和低溫高壓培養(yǎng)單元提供高壓氣體；
[0008]流動(dòng)控制單元，用于控制高壓底物配料單元和低溫高壓培養(yǎng)釜單元內(nèi)的壓強(qiáng)，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速；
[0009]氣體監(jiān)測(cè)控制單元，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度，判斷底物配料單元和高壓培養(yǎng)單元中可燃?xì)怏w是否泄漏，并根據(jù)判斷結(jié)果及時(shí)報(bào)警或自動(dòng)切斷氣體供應(yīng)單元供氣。
[0010]作為優(yōu)選，所述的氣體供應(yīng)單元包括氣瓶、調(diào)壓閥、用于向高壓底物配料單元輸送氣體的輸氣口和用于將存留在管道里的氣體放空的排氣口，所述調(diào)壓閥和氣瓶之間設(shè)有電磁閥，所述氣體監(jiān)測(cè)控制單元還用于控制電磁閥的開關(guān)；所述排氣口和氣瓶之間設(shè)有閥門和阻燃器。
[0011]作為優(yōu)選，所述的高壓底物配料單元包括氣體緩沖瓶、培養(yǎng)基、盛有高壓氣體和高壓海水的高壓配料釜；所述氣體緩沖瓶下端通過管道連通至高壓配料釜；所述氣體緩沖瓶上端與氣體供應(yīng)單元中輸氣口相連；所述高壓配料釜上端設(shè)有防止內(nèi)部氣壓過高導(dǎo)致爆破的第一防爆膜和第一安全閥；所述高壓配料釜(23)還設(shè)有用于攪拌混合高壓氣體和高壓海水的防爆電控?cái)嚢杵?；所述高壓配料釜還設(shè)有用于顯示釜內(nèi)壓強(qiáng)的第一壓力表；所述培養(yǎng)液通過管道連通至高壓配料釜，其中用于連通培養(yǎng)基和高壓配料釜的管道上設(shè)有第一取樣口。
[0012]作為優(yōu)選，所述的低溫高壓培養(yǎng)單元包括低溫高壓培養(yǎng)釜和廢液缸；所述低溫高壓培養(yǎng)釜通過管道與廢液缸相連通；所述低溫高壓培養(yǎng)釜放置在自動(dòng)控溫培養(yǎng)箱內(nèi)；所述低溫高壓培養(yǎng)釜上端設(shè)有防止內(nèi)部氣壓過高導(dǎo)致爆破的第二防爆膜和第二安全閥；所述低溫高壓培養(yǎng)釜還設(shè)有用于顯示釜內(nèi)壓強(qiáng)的第二壓力表；所述高壓配料釜底部通過管道和閥門連通至低溫高壓培養(yǎng)釜釜頂；連通高壓配料釜和低溫高壓培養(yǎng)釜的管道上設(shè)有第二取樣口 ；用于連通低溫高壓培養(yǎng)釜和廢液缸的管道上設(shè)有第三取樣口，所述第三取樣口和背壓閥之間的管道上還設(shè)有用于避免低溫高壓培養(yǎng)釜內(nèi)流出液體中含有顆粒物對(duì)背壓閥造成傷害的過濾器。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的流動(dòng)控制單元包括第一液體計(jì)量泵、第二液體計(jì)量泵和背壓閥；所述第一液體計(jì)量泵位于培養(yǎng)基和第一取樣口之間的管道上；所述第二液體計(jì)量泵位于第二取樣口和低溫高壓培養(yǎng)釜之間的管道上；所述背壓閥位于過濾器和廢液缸之間的管道上。
[0014]作為優(yōu)選，所述的氣體監(jiān)測(cè)控制單元包括可燃?xì)怏w偵測(cè)器、控制系統(tǒng)和報(bào)警單元；所述可燃?xì)怏w偵測(cè)器，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度；所述控制系統(tǒng)，用于根據(jù)可燃?xì)怏w偵測(cè)器檢測(cè)到環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出控制信息和報(bào)警信息；報(bào)警單元，用于通過報(bào)警信息發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員可燃?xì)怏w泄漏；所述控制系統(tǒng)還用于發(fā)出控制信息控制電磁閥的開關(guān)。
[0015]作為優(yōu)選，所述高壓配料釜為攪拌型高壓釜。
[0016]作為優(yōu)選，所述低溫高壓培養(yǎng)釜為非攪拌型高壓釜，并且釜內(nèi)徑小于釜內(nèi)高，有利于深海沉積物的沉降，避免培養(yǎng)過程中生物的流失。
[0017]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)合理。培養(yǎng)基組成、氣體分壓、培養(yǎng)壓強(qiáng)、培養(yǎng)溫度、物質(zhì)流動(dòng)速度等環(huán)境參數(shù)可控，滿足深海冷泉這一類型的低溫高壓長(zhǎng)期有氣相底物噴發(fā)的環(huán)境模擬。培養(yǎng)方式為靜置式或流動(dòng)式。另外，在系統(tǒng)安全性上考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了在氣源上自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)切斷、在配料釜和培養(yǎng)釜上防爆膜和泄壓閥雙重保護(hù)、在電控?cái)嚢枭吓鋫浞辣K，能夠保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行。另外系統(tǒng)的各個(gè)組成相對(duì)獨(dú)立，具有很大的升級(jí)空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的一種深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)的原理框圖；[0019]圖2為本發(fā)明的一種深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)施的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的不足提供一種深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，如圖1所示，包括用于傳送氣體、液體的管道，還包括:
[0022]高壓底物配料單元2，用于均勻混合高壓氣體和高壓海水，獲取溶解有高濃度氣體的高壓海水培養(yǎng)基；
[0023]低溫高壓培養(yǎng)單元3，用于在低于50°C適合于中溫和低溫微生物生長(zhǎng)的溫度且高壓條件下培養(yǎng)微生物；[0024]氣體供應(yīng)單元1，用于為高壓底物配料單元2和低溫高壓培養(yǎng)單元3提供高壓氣體；
[0025]流動(dòng)控制單元4，用于控制高壓底物配料單元2和低溫高壓培養(yǎng)單元3內(nèi)的壓強(qiáng)，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速；
[0026]氣體監(jiān)測(cè)控制單元5，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度，判斷底物配料單元2和低溫高壓培養(yǎng)單元3中可燃?xì)怏w是否泄漏，并根據(jù)判斷結(jié)果及時(shí)報(bào)警或自動(dòng)切斷氣體供應(yīng)單元I供氣。
[0027]如圖2所示，所述的氣體供應(yīng)單元I包括氣瓶11、調(diào)壓閥12、用于向高壓底物配料單元2輸送氣體的輸氣口 13和用于將存留在管道里的氣體放空的排氣口 14，所述調(diào)壓閥12和氣瓶11之間設(shè)有電磁閥16，所述氣體監(jiān)測(cè)控制單元5還用于控制電磁閥16的開關(guān)；所述排氣口 14和氣瓶11之間設(shè)有閥門和阻燃器15。
[0028]高壓底物配料單元2包括氣體緩沖瓶21、培養(yǎng)基22、盛有高壓氣體和高壓海水的高壓配料釜23，所述氣體緩沖瓶21下端通過管道連通至高壓配料釜23 ;所述氣體緩沖瓶21上端與氣體供應(yīng)單元I中輸氣口 13相連；所述高壓配料釜23上端設(shè)有防止內(nèi)部氣壓過高導(dǎo)致爆破的第一防爆膜24和第一安全閥25 ;所述高壓配料釜23還設(shè)有用于攪拌混合高壓氣體和高壓海水的防爆電控?cái)嚢杵?6 ;所述高壓配料釜23還設(shè)有用于顯示釜內(nèi)壓強(qiáng)的第一壓力表27 ;所述培養(yǎng)液22通過管道連通至高壓配料釜23，其中用于連通培養(yǎng)基22和高壓配料釜23的管道上設(shè)有第一取樣口 28。
[0029]所述的低溫高壓培養(yǎng)單元3包括低溫高壓培養(yǎng)釜31和廢液缸32 ;所述低溫高壓培養(yǎng)釜31通過管道與廢液缸32相連通；所述低溫高壓培養(yǎng)釜放置在自動(dòng)控溫培養(yǎng)箱33內(nèi)；所述低溫高壓培養(yǎng)釜31上端設(shè)有防止內(nèi)部氣壓過高導(dǎo)致爆破的第二防爆膜34和第二安全閥35 ;所述低溫高壓培養(yǎng)釜31還設(shè)有用于顯示釜內(nèi)壓強(qiáng)的第二壓力表36 ;所述高壓配料釜22底部通過管道和閥門連通至低溫高壓培養(yǎng)釜31釜頂；連通高壓配料釜22和低溫高壓培養(yǎng)釜31的管道上設(shè)有第二取樣口 37 ;用于連通低溫高壓培養(yǎng)釜31和廢液缸32的管道上設(shè)有第三取樣口 38，所述第三取樣口 38和背壓閥43之間的管道上還設(shè)有用于避免低溫高壓培養(yǎng)釜31內(nèi)流出液體中含有顆粒物對(duì)背壓閥43造成傷害的過濾器39。
[0030]所述流動(dòng)控制單元4包括第一液體計(jì)量泵41、第二液體計(jì)量泵42和背壓閥43 ;所述第一液體計(jì)量泵41位于培養(yǎng)基22和第一取樣口 29之間的管道上；所述第二液體計(jì)量泵42位于第二取樣口 37和低溫高壓培養(yǎng)釜31之間的管道上；所述背壓閥43位于過濾器39和廢液缸32之間的管道上，所述第一液體計(jì)量泵和第二液體計(jì)量泵可以設(shè)定壓強(qiáng)的上限和下限，當(dāng)系統(tǒng)故障導(dǎo)致壓強(qiáng)范圍超過設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行。
[0031]氣體監(jiān)測(cè)控制單元5包括可燃?xì)怏w偵測(cè)器51、控制系統(tǒng)52和報(bào)警單元53 ;所述可燃?xì)怏w偵測(cè)器51，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度；所述控制系統(tǒng)52，用于根據(jù)可燃?xì)怏w偵測(cè)器51檢測(cè)到環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出控制信息和報(bào)警信息；報(bào)警單元53，用于通過報(bào)警信息發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員可燃?xì)怏w泄漏；所述控制系統(tǒng)52還用于發(fā)出控制信息控制電磁閥16的開關(guān)。
[0032]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，包括用于傳送氣體、液體的管道，其特征在于，還包括: 高壓底物配料單元(2)，用于均勻混合高壓氣體和高壓海水，獲取溶解有高濃度氣體的高壓海水培養(yǎng)基； 低溫高壓培養(yǎng)單元(3)，用于在低于50°C適合于中溫和低溫微生物生長(zhǎng)的溫度且高壓條件下培養(yǎng)微生物； 氣體供應(yīng)單元(I)，用于為高壓底物配料單元(2 )和低溫高壓培養(yǎng)單元(3 )提供高壓氣體； 流動(dòng)控制單元(4)，用于控制高壓底物配料單元(2)和低溫高壓培養(yǎng)單元(3)內(nèi)的壓強(qiáng)，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速； 氣體監(jiān)測(cè)控制單元(5)，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度，判斷高壓底物配料單元(2)和低溫高壓培養(yǎng)單元(3)中可燃?xì)怏w是否泄漏，并根據(jù)判斷結(jié)果及時(shí)報(bào)警或自動(dòng)切斷氣體供應(yīng)單元(I)供氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣體供應(yīng)單元(I)包括氣瓶(11)、調(diào)壓閥(12)、用于向高壓底物配料單元(2)輸送氣體的輸氣口(13)和用于將存留在管道里的氣體放空的排氣口(14)，所述調(diào)壓閥(12)和氣瓶(11)之間設(shè)有電磁閥(16)，所述氣體監(jiān)測(cè)控制單元(5)還用于控制電磁閥(16)的開關(guān)；所述排氣口(14)和氣瓶(11)之間設(shè)有閥門和阻燃器(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的高壓底物配料單元(2)包括氣體緩沖瓶(21)、培養(yǎng)基(22)、盛有高壓氣體和高壓海水的高壓配料釜(23);所述氣體緩沖瓶(21)下端通過管道連通至高壓配料釜(23);所述氣體緩沖瓶(21)上端與氣體供應(yīng)單元(I)中輸氣口(13)相連；所述高壓配料釜(23)上端設(shè)有防止內(nèi)部氣壓過高導(dǎo)致爆破的第一防爆膜(24)和第一安全閥(25);所述高壓配料釜(23)還設(shè)有用于攪拌混合高壓氣體和高壓海水的防爆電控?cái)嚢杵?26);所述高壓配料釜(23)還設(shè)有用于顯示釜內(nèi)壓強(qiáng)的第一壓力表(27);所述培養(yǎng)液(22)通過管道連通至高壓配料釜(23),其中用于連通培養(yǎng)基(22)和高壓配料釜(23)的管道上設(shè)有第一取樣口(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的低溫高壓培養(yǎng)單元(3)包括低溫高壓培養(yǎng)釜(31)和廢液缸(32);所述低溫高壓培養(yǎng)釜(31)通過管道與廢液缸(32)相連通；所述低溫高壓培養(yǎng)釜(31)放置在自動(dòng)控溫培養(yǎng)箱(33)內(nèi)；所述低溫高壓培養(yǎng)釜(31)上端設(shè)有防止內(nèi)部氣壓過高導(dǎo)致爆破的第二防爆膜(34)和第二安全閥(35);所述低溫高壓培養(yǎng)釜(31)還設(shè)有用于顯示釜內(nèi)壓強(qiáng)的第二壓力表(36);所述高壓配料釜(23)底部通過管道和閥門連通至低溫高壓培養(yǎng)釜(31)釜頂；連通高壓配料釜(23)和低溫高壓培養(yǎng)釜(31)的管道上設(shè)有第二取樣口( 37);用于連通低溫高壓培養(yǎng)釜(31)和廢液缸(32)的管道上設(shè)有第三取樣口(38)，所述第三取樣口(38)和背壓閥(43)之間的管道上還設(shè)有用于避免低溫高壓培養(yǎng)釜(31)內(nèi)流出液體中含有顆粒物對(duì)背壓閥(43 )造成傷害的過濾器(39 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的流動(dòng)控制單元(4)包括第一液體計(jì)量泵(41)、第二液體計(jì)量泵(42)和背壓閥(43);所述第一液體計(jì)量泵(41)位于培養(yǎng)基(22)和第一取樣口(28)之間的管道上；所述第二液體計(jì)量泵(42)位于第二取樣口(37)和低溫高壓培養(yǎng)釜(31)之間的管道上；所述背壓閥(43)位于過濾器(39)和廢液缸(32)之間的管道上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的深海冷泉模擬及低溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣體監(jiān)測(cè)控制單元(5)包括可燃?xì)怏w偵測(cè)器(51)、控制系統(tǒng)(52)和報(bào)警單元(53);所述可燃?xì)怏w偵測(cè)器(51)，用于檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度；所述控制系統(tǒng)(52)，用于根據(jù)可燃?xì)怏w偵測(cè)器(51)檢測(cè)到環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出控制信息和報(bào)警信息；報(bào)警單元(53)，用于通過報(bào)警信息發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員可燃?xì)怏w泄漏；所述控制系統(tǒng)(52)還用于發(fā)出控制信息控制電磁閥(16)的開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深海微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的高壓配料釜(23)為攪拌型高壓釜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深海微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的低溫高壓培養(yǎng)釜(31)為非攪拌型高壓釜，并且釜內(nèi)徑小于釜內(nèi)高，有利于深海沉積物的沉降，避免培養(yǎng)過程中生物的流失。
【文檔編號(hào)】C12M1/36GK103540521SQ201310462258
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張宇, 肖湘 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)