深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(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)【技術領域】，特別是指深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(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；高溫高壓培養(yǎng)單元，用于從高壓底物配料單元獲取高壓海水培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物；氣體供應單元，用于為高壓底物配料單元和高溫高壓培養(yǎng)單元提供高壓氣體；流動控制單元，用于控制高壓底物配料單元和高溫高壓培養(yǎng)單元內的壓強，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速；氣體監(jiān)測控制單元，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度，判斷底物配料單元和高溫高壓培養(yǎng)單元中可燃氣體是否泄漏，并根據判斷結果及時報警或自動切斷氣體供應單元供氣。
【專利說明】深海熱液模擬及局溫局壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微生物培養(yǎng)【技術領域】，特別是指一種深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]深海是全球最大的獨立生態(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)、多金屬結核區(qū)(metallicnodules)等地質結構。深海深部生物圈的微生物生物量占全球總量的90%。從深海檢測到的微生物與其他環(huán)境的微生物有明顯差異，具有獨特代謝途徑、信號傳導和防御機制，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價值。蘊藏著最豐富的微生物資源，是聯(lián)合國關注的“人類共同繼承財產”。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)的一個基本環(huán)境參數(shù)。此外，在板塊運動活躍的地區(qū)，被地熱加熱過的深部巖漿從洋中脊斷裂帶噴發(fā)，形成熱液噴口。熱液在噴發(fā)過程中不斷與周圍海水進行熱交換隨之冷卻，在盆口處有明顯的溫度梯度。熱液中富含氫、硫化物等還原性物質，作為能量來源能被微生物和大型動物利用。因此，除了高溫高壓以外，氣體、液體等多種形式的物質流動是熱液環(huán)境的典型特點。由于技術受到限制，很難同時滿足高溫、高壓、帶有氣體底物的連續(xù)流動培養(yǎng)等環(huán)境參數(shù)控制，所以對深海熱液系統(tǒng)的模擬以及微生物培養(yǎng)具有一定的難度，導致目前世界上能系統(tǒng)開展深海嗜熱嗜壓微生物及生態(tài)系統(tǒng)的研究團隊極少。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要 解決的技術問題提供一種設備系統(tǒng)模擬深海熱液這一類型的有活躍地質活動的特殊深海環(huán)境，解決了安全供氣、氣液混合、溫壓控制、連續(xù)運轉四個技術難題。用于對深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的實驗室模擬并對熱液微生物的培養(yǎng)，突破了深海微生物研究的一個關鍵技術瓶頸。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施提供一種深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(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]高溫高壓培養(yǎng)單元，用于從高壓底物配料單元獲取高壓海水培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物；
[0007]氣體供應單元，用于為高壓底物配料單元和高溫高壓培養(yǎng)單元提供高壓氣體；
[0008]流動控制單元，用于控制高壓底物配料單元和高溫高壓培養(yǎng)單元內的壓強，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速；
[0009]氣體監(jiān)測控制單元，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度，判斷底物配料單元和高壓培養(yǎng)單元中可燃氣體是否泄漏，并根據判斷結果及時報警或自動切斷氣體供應單元供氣。
[0010]作為優(yōu)選，所述的氣體供應單元包括氣瓶、調壓閥、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，所述調壓閥和氣瓶之間設有電磁閥，所述氣體監(jiān)測控制單元還用于控制電磁閥的開關；所述排氣口和氣瓶之間設有閥門和阻燃器。
[0011]作為優(yōu)選，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單元中輸氣口相連；所述高壓配料釜徑向外側套接有用于加熱的第一電控加熱套；所述高壓配料釜上端設有防止內部氣壓過高導致爆破的第一防爆膜和第一安全閥；所述高壓配料釜還設有用于攪拌混合高壓氣體和高壓海水的防爆電控攪拌器；所述高壓配料釜還設有用于顯示釜內壓強的第一壓力表；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有第一取樣口。
[0012]作為優(yōu)選，所述高溫高壓培養(yǎng)單元包括高溫高壓培養(yǎng)釜和廢液缸；所述高溫高壓培養(yǎng)釜通過管道與廢液缸相連通；所述高溫高壓培養(yǎng)釜徑向外側套接有用于加熱的第二電控加熱套；所述高溫高壓培養(yǎng)釜上端設有防止內部氣壓過高導致爆破的第二防爆膜和第二安全閥；所述高溫高壓培養(yǎng)釜還設有用于顯示釜內壓強的第二壓力表；所述高壓配料釜底部通過管道和閥門連通至高溫高壓培養(yǎng)釜釜頂；連通高壓配料釜和高溫高壓培養(yǎng)釜的管道上設有第二取樣口 ；用于連通高壓培養(yǎng)釜和廢液缸的管道上設有第三取樣口，所述第三取樣口和背壓閥之間的管道上還設有用于避免高溫高壓培養(yǎng)釜內流出液體中含有顆粒物對背壓閥造成傷害的過濾器。[0013]作為優(yōu)選，所述流動控制單元包括第一液體計量泵、第二液體計量泵和背壓閥；所述第一液體計量泵位于培養(yǎng)基和第一取樣口之間的管道上；所述第二液體計量泵位于第二取樣口和高溫高壓培養(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，氣體監(jiān)測控制單元包括可燃氣體偵測器、控制系統(tǒng)和報警單元；所述可燃氣體偵測器，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度；所述控制系統(tǒng)，用于根據可燃氣體偵測器檢測到環(huán)境中可燃氣體濃度超過預設值時發(fā)出控制信息和報警信息；報警單元，用于通過報警信息發(fā)出報警信號，通知工作人員可燃氣體泄漏；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。
[0015]本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下:結構簡單，技術合理。培養(yǎng)基組成、氣體分壓、培養(yǎng)壓強、培養(yǎng)溫度、物質流動速度等環(huán)境參數(shù)可控，滿足深海熱液這一類型的高溫高壓環(huán)境的模擬。培養(yǎng)方式為靜置式或流動式。另外，在系統(tǒng)安全性上考慮，我們設計了在氣源上自動報警和自動切斷、在配料釜和培養(yǎng)釜上防爆膜和安全閥雙重保護、在電控攪拌上配備防爆模塊、在電控加熱上選用防爆材料，能夠保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定安全運行。另外系統(tǒng)的各個組成相對獨立，具有很大的升級空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的一種深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)實施例的原理框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的一種深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)實施例的結構示意圖。【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0019]本發(fā)明針對現(xiàn)有的不足提供一種深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(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:
[0020]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；
[0021]高溫高壓培養(yǎng)單元3，用于從高壓底物配料單元2獲取高壓海水培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物；
[0022]氣體供應單元1，用于為高壓底物配料單元2和高溫高壓培養(yǎng)單元3提供高壓氣體；
[0023]流動控制單元4，用于控制高壓底物配料單元2和高溫高壓培養(yǎng)單元3內的壓強，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速；
[0024]氣體監(jiān)測控制單元5，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度，判斷底物配料單元2和高壓培養(yǎng)單元3中可燃氣體是否泄漏，并根據判斷結果及時報警或自動切斷氣體供應單元I供氣。
[0025]如圖2所示，所述的氣體供應單元I包括氣瓶11、調壓閥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，所述調壓閥12和氣瓶11之間設有電磁閥16，所述氣體監(jiān)測控制單元5還用于控制電磁閥16的開關；所述排氣口 14和氣瓶11之間設有閥門和阻燃器15。
[0026]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上端與氣體供應單元I中輸氣口 13相連；所述高壓配料釜23徑向外側套接有用于加熱的第一電控加熱套24 ;所述高壓配料釜23上端設有防止內部氣壓過高導致爆破的第一防爆膜25和第一安全閥26 ;所述高壓配料釜23還設有用于攪拌混合高壓氣體和高壓海水的防爆電控攪拌器27 ;所述高壓配料釜23還設有用于顯示釜內壓強的第一壓力表28 ;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的管道上設有第一取樣口 29。
[0027]所述高溫高壓培養(yǎng)單元3包括高溫高壓培養(yǎng)釜31和廢液缸32 ;所述高溫高壓培養(yǎng)釜31通過管道與廢液缸32相連通；所述高溫高壓培養(yǎng)釜31徑向外側套接有用于加熱的第二電控加熱套33 ;所述高溫高壓培養(yǎng)釜31上端設有防止內部氣壓過高導致爆破的第二防爆膜34和第二安全閥35 ;所述高溫高壓培養(yǎng)釜31還設有用于顯示釜內壓強的第二壓力表36 ;所述高壓配料釜23底部通過管道和閥門連通至高溫高壓培養(yǎng)釜31釜頂；連通高壓配料釜23和高溫高壓培養(yǎng)釜31的管道上設有第二取樣口 37 ;用于連通高壓培養(yǎng)釜31和廢液缸32的管道上設有第三取樣口 38，所述第三取樣口 38和背壓閥43之間的管道上還設有用于避免高溫高壓培養(yǎng)釜31內流出液體中含有顆粒物對背壓閥43造成傷害的過濾器39。
[0028]所述流動控制單元4包括第一液體計量泵41、第二液體計量泵42和背壓閥43 ;所述第一液體計量泵41位于培養(yǎng)基22和第一取樣口 29之間的管道上；所述第二液體計量泵42位于第二取樣口 37和高溫高壓培養(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，所述第一液體計量泵和第二液體計量泵可以設定壓強的上限和下限，當系統(tǒng)故障導致壓強范圍超過設定值時自動停止運行。
[0029]氣體監(jiān)測控制單元5包括可燃氣體偵測器51、控制系統(tǒng)52和報警單元53 ;所述可燃氣體偵測器51，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度；所述控制系統(tǒng)52，用于根據可燃氣體偵測器51檢測到環(huán)境中可燃氣體濃度超過預設值時發(fā)出控制信息和報警信息；報警單元53，用于通過報警信息發(fā)出報警信號，通知工作人員可燃氣體泄漏；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。[0030]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，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和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(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； 高溫高壓培養(yǎng)單元(3)，用于從高壓底物配料單元(2)獲取高壓海水培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物； 氣體供應單元(I)，用于為高壓底物配料單元(2 )和高溫高壓培養(yǎng)單元(3 )提供高壓氣體； 流動控制單元(4)，用于控制高壓底物配料單元(2)和高溫高壓培養(yǎng)單元(3)內的壓強，以及連續(xù)培養(yǎng)過程中的流速； 氣體監(jiān)測控制單元(5)，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度，判斷底物配料單元(2)和高壓培養(yǎng)單元(3)中可燃氣體是否泄漏，并根據判斷結果及時報警或自動切斷氣體供應單元(I)供氣。
2.根據權利要求1所述的深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣體供應單元(I)包括 氣瓶(11)、調壓閥(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)，所述調壓閥(12)和氣瓶(II)之間設有電磁閥(16)，所述氣體監(jiān)測控制單元(5)還用于控制電磁閥(16)的開關；所述排氣口(14)和氣瓶(11)之間設有閥門和阻燃器(15)。
3.根據權利要求2所述的深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(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)上端與氣體供應單元(I)中輸氣口(13)相連；所述高壓配料釜(23)徑向外側套接有用于加熱的第一電控加熱套(24);所述高壓配料釜(23)上端設有防止內部氣壓過高導致爆破的第一防爆膜(25)和第一安全閥(26);所述高壓配料釜(23)還設有用于攪拌混合高壓氣體和高壓海水的防爆電控攪拌器(27);所述高壓配料釜(23)還設有用于顯示釜內壓強的第一壓力表(28);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)的管道上設有第一取樣口(29)。
4.根據權利要求2所述的深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫高壓培養(yǎng)單元(3)包括高溫高壓培養(yǎng)釜(31)和廢液缸(32);所述高溫高壓培養(yǎng)釜(31)通過管道與廢液缸(32)相連通；所述高溫高壓培養(yǎng)釜(31)徑向外側套接有用于加熱的第二電控加熱套(33);所述高溫高壓培養(yǎng)釜(31)上端設有防止內部氣壓過高導致爆破的第二防爆膜(34)和第二安全閥(35);所述高溫高壓培養(yǎng)釜(31)還設有用于顯示釜內壓強的第二壓力表(36);所述高壓配料釜(23)底部通過管道和閥門連通至高溫高壓培養(yǎng)釜(31)釜頂；連通高壓配料釜(23)和高溫高壓培養(yǎng)釜(31)的管道上設有第二取樣口(37)；用于連通高壓培養(yǎng)釜(31)和廢液缸(32 )的管道上設有第三取樣口( 38 )，所述第三取樣口(38)和背壓閥(43)之間的管道上還設有用于避免高溫高壓培養(yǎng)釜(31)內流出液體中含有顆粒物對背壓閥(43 )造成傷害的過濾器(39 )。
5.根據權利要求3或4所述的深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的流動控制單元(4)包括第一液體計量泵(41)、第二液體計量泵(42)和背壓閥(43)；所述第一液體計量泵(41)位于培養(yǎng)基(22)和第一取樣口(29)之間的管道上；所述第二液體計量泵(42)位于第二取樣口(37)和高溫高壓培養(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.根據權利要求2或3或4所述的深海熱液模擬及高溫高壓微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣體監(jiān)測控制單元(5)包括可燃氣體偵測器(51)、控制系統(tǒng)(52)和報警單元(53);所述可燃氣體偵測器(51)，用于檢測環(huán)境中可燃氣體的濃度；所述控制系統(tǒng)(52)，用于根據可燃氣體偵測器(51)檢測到環(huán)境中可燃氣體濃度超過預設值時發(fā)出控制信息和報警信息；報警單元(53)，用于通過報警信息發(fā)出報警信號，通知工作人員可燃氣體泄漏；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。
【文檔編號】C12M1/04GK103540522SQ201310462266
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張宇, 肖湘 申請人:上海交通大學