本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，涉及一種水下生物膜采集系統(tǒng)及采集方法。

背景技術(shù)：

近年，隨著微生物研究在各領(lǐng)域的不斷深入，對(duì)于微生物的生存狀態(tài)、群落結(jié)構(gòu)及演替規(guī)律的探究已成為檢測(cè)和評(píng)價(jià)水生生態(tài)系統(tǒng)健康狀況及相關(guān)研究領(lǐng)域里最有效最直接的手段。相較于物理化學(xué)等檢測(cè)方法，微生物檢測(cè)可更加靈敏更加準(zhǔn)確的表達(dá)不同影響因子，不同污染物等物質(zhì)的影響。因而，微生物的檢測(cè)方法已成生態(tài)評(píng)價(jià)和相關(guān)研究領(lǐng)域的重要研究分析手段。同時(shí)，微生物在水生環(huán)境中常常以生物膜的形式存在，依附于相應(yīng)載體介質(zhì)生長(zhǎng)發(fā)育，因而對(duì)于微生物生物膜的采集需要根據(jù)研究?jī)?nèi)容的不同而使用不同的采集器械，采用不同的采集方式。其中水面以下平整面(如，水庫(kù)，大壩，橋墩)的生物膜采集是現(xiàn)今階段難以實(shí)現(xiàn)的采集過(guò)程，因此，在相應(yīng)研究中，急需開(kāi)發(fā)一種可用于水下生物膜的采集裝置。

現(xiàn)有的采集方式中，常見(jiàn)以使用簡(jiǎn)單的器具如刀片，鑷子等方式采集，多適用于表面或深度較淺的生物膜采集需要。與此同時(shí)，部分新設(shè)計(jì)的生物膜樣品采集裝置考慮到了水下生物膜的采集需求，申請(qǐng)?zhí)枮?01110434672.x，劉靜玲等人研究開(kāi)發(fā)了一種可用于水面下生物膜采集的野外生物膜采集器，但該發(fā)明對(duì)于水下生物膜的采集考量比較單一，無(wú)法準(zhǔn)確針對(duì)某一表面的生物膜穩(wěn)定高效的采集。

但目前就水面下生物膜的采集存在以下缺點(diǎn)：

(1)多數(shù)仍采用人工采集的方式，借助某些可下潛的器械，對(duì)水面以下深度較淺的部位進(jìn)行生物膜等樣品的采集且效率低下；

(2)水庫(kù)或大壩等豎直潛深大、常年蓄水工作的建筑物水下表面無(wú)法下潛而難以采集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的就是，構(gòu)建一套完整、穩(wěn)定、高效的水下生物膜采集系統(tǒng)及采集方法。

本發(fā)明是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可用于水下生物膜采集的穩(wěn)定、高效的生物膜采集裝置以及采集方法，此方法可以解決水下平整面生物膜采集困難和定點(diǎn)定性采集生物膜的要求。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種水下生物膜采集系統(tǒng)，包括下潛定位裝置，附著裝置和采集收集裝置，下潛定位裝置包括懸掛鋼索和配重塊，附著裝置縱向懸掛于懸掛鋼索下端，配重塊懸掛于附著裝置下方，附著裝置的縱截面呈帽狀，包括帽體部和分置于帽體部?jī)啥说拿毖夭?，帽體部向內(nèi)凹入的空腔為收集空腔，收集空腔外包覆一層供水流動(dòng)的穩(wěn)定空腔，穩(wěn)定空腔貫通帽體部和分置于帽體部?jī)啥说拿毖夭?，穩(wěn)定空腔的側(cè)壁上連接水流入口管，穩(wěn)定空腔位于帽沿部的兩端分別設(shè)有水流出口，附著裝置通過(guò)向穩(wěn)定空腔兩端的水流出口排水形成的負(fù)壓吸附于目標(biāo)墻壁的相應(yīng)位置，采集收集裝置包括電動(dòng)機(jī)和旋漿式刷片，旋漿式刷片置于收集空腔內(nèi)，旋漿式刷片的軸心套接于電動(dòng)機(jī)的輸出軸上，收集空腔的一側(cè)壁連接沖洗管路，收集空腔的另一側(cè)壁連接生物膜收集腔，水流入口管與沖洗管路分別與水泵連接。

下潛定位裝置還包括絞盤、左定位鋼索、右定位鋼索、上定位桁架、下定位桁架和4個(gè)定位扣，其中2個(gè)定位扣分別固定在上定位桁架的兩近端部，另外2個(gè)定位扣分別滑動(dòng)連接在下定位桁架的兩個(gè)滑軌上，配重塊的數(shù)量為2塊，附著裝置的兩側(cè)分別設(shè)有通槽，左定位鋼索、懸掛鋼索和右定位鋼索的上端均連接在絞盤上，上定位桁架與下定位桁架相互平行，且剛性連接，左定位鋼索和右定位鋼索分別依次穿過(guò)上定位桁架和下定位桁架上的定位扣，并向下分別穿過(guò)附著裝置兩側(cè)的通槽，且于各自下端分別懸掛一個(gè)配重塊，懸掛鋼索與下定位桁架活動(dòng)連接。

沖洗管路位于生物膜收集腔的上游。

電動(dòng)機(jī)的機(jī)身設(shè)于穩(wěn)定空腔位于帽體部的外側(cè)壁，電動(dòng)機(jī)的輸出軸伸入收集空腔內(nèi)。

水流入口管連接于穩(wěn)定空腔位于帽體部處的外側(cè)壁上。

電動(dòng)機(jī)通過(guò)工作電路與電源連接。

電動(dòng)機(jī)設(shè)于密封防水的機(jī)箱內(nèi)。

穩(wěn)定空腔位于帽沿部的外側(cè)壁上設(shè)有應(yīng)力板。

一種水下生物膜采集系統(tǒng)的采集方法，包括以下步驟：

步驟一、將本裝置下潛至目標(biāo)位置：

先將上定位桁架固定于待測(cè)地點(diǎn)，旋松定位扣，使用絞盤將裝置下潛至所需深度，達(dá)到下潛深度時(shí)，將位于下定位桁架上的2個(gè)定位扣同時(shí)撥動(dòng)至滑軌的兩外邊側(cè)，此時(shí)左定位鋼索、右定位鋼索和下定位桁架形成三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使附著裝置穩(wěn)定置于待測(cè)深度；

步驟二、通過(guò)附著裝置吸附于目標(biāo)位置的墻壁上：

由水泵抽水泵入水流入口管，穩(wěn)定空腔內(nèi)形成一定流速的水流，水流經(jīng)穩(wěn)定空腔兩端的水流出口流出，此時(shí)穩(wěn)定空腔內(nèi)流速高，壓強(qiáng)小，而穩(wěn)定空腔外壁流低，壓強(qiáng)大，在水壓強(qiáng)的作用下，附著裝置將受到水平指向垂直平面的作用力，壓住收集空腔并穩(wěn)定于水下垂直平面的表面；

步驟三、通過(guò)采集收集裝置采集生物膜：

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋漿式刷片轉(zhuǎn)動(dòng)，旋漿式刷片刮掉所附著面上的生物膜，生物膜碎片懸浮于收集空腔內(nèi)，水泵抽水泵入沖洗管路，將，收集空腔內(nèi)的生物膜碎片懸浮液沖入生物膜收集腔內(nèi)，完成生物膜收集。

本發(fā)明所達(dá)到的增益效果：

(1)本發(fā)明集成了水面下生物膜穩(wěn)定采集過(guò)程中所需的定位，固定和自動(dòng)化的功能，整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，使用方便，能為相關(guān)研究方向樣品的采集工作提供高效、穩(wěn)定的技術(shù)支持。

(2)定位系統(tǒng)的整體使用，使得整套裝置的適用性和可操作性大幅度提高，通過(guò)桁架、絞盤、懸掛配重的互相配合，使得作業(yè)深度大幅度提高，同時(shí)兼具穩(wěn)定性與拓展特性。

(3)附著裝置是本發(fā)明的重要組成部件，附著裝置的設(shè)計(jì)，利用流體力學(xué)中伯努利方程，通過(guò)動(dòng)力管路的水流供給，能夠?qū)⒉蓸友b置緊靠在水下待取樣面上，使后續(xù)采集收集工作更加準(zhǔn)確與可行。

(4)采集收集裝置為本發(fā)明提供了自動(dòng)化的采集生物膜的裝置，省去多余人工，高效率的進(jìn)行樣品采集工作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的水下生物膜采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為附著裝置的縱向剖視圖；

圖3為附著裝置內(nèi)部水流流向及受力示意圖；

圖4為下潛定位裝置下潛狀態(tài)圖；

圖5為下潛定位裝置定位狀態(tài)圖；

圖6為附著裝置的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為附著裝置的吸附面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為采集收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-下潛定位裝置，2-附著裝置，3-采集收集裝置，4-下定位桁架，5-滑軌，6-左定位鋼索，7-懸掛鋼索，8-右定位鋼索，9-絞盤，10-配重塊，11-收集空腔，12-穩(wěn)定空腔，14-通槽，15-沖洗管路，16-水流入口管，17-工作電路，18-應(yīng)力板，19-電動(dòng)機(jī)，20-旋漿式刷片，21-生物膜收集腔，22-定位扣。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種水下生物膜采集系統(tǒng)，包括下潛定位裝置1，附著裝置2和采集收集裝置3，下潛定位裝置1包括懸掛鋼索7和配重塊10，附著裝置2縱向懸掛于懸掛鋼索7下端，配重塊10懸掛于附著裝置2下方，下潛定位裝置1提供了定位與尋址的基本功能。

如圖2和圖3所示，附著裝置2的縱截面呈帽狀，包括帽體部和分置于帽體部?jī)啥说拿毖夭浚斌w部向內(nèi)凹入的空腔為收集空腔11，收集空腔11外包覆一層供水流動(dòng)的穩(wěn)定空腔12，穩(wěn)定空腔12貫通帽體部和分置于帽體部?jī)啥说拿毖夭浚€(wěn)定空腔12的側(cè)壁上連接水流入口管16，穩(wěn)定空腔12位于帽沿部的兩端分別設(shè)有水流出口，附著裝置2通過(guò)向穩(wěn)定空腔12兩端的水流出口排水形成的負(fù)壓吸附于目標(biāo)墻壁的相應(yīng)位置.

如圖2和圖8所示，采集收集裝置3包括電動(dòng)機(jī)19和旋漿式刷片20，旋漿式刷片20置于收集空腔11內(nèi)，旋漿式刷片20的軸心套接于電動(dòng)機(jī)19的輸出軸上，收集空腔11的一側(cè)壁連接沖洗管路15，收集空腔11的另一側(cè)壁連接生物膜收集腔21，水流入口管16與沖洗管路15分別與水泵連接。

如圖4和圖5所示，下潛定位裝置1還包括絞盤9、左定位鋼索6、右定位鋼索8、上定位桁架、下定位桁架4和4個(gè)定位扣22，其中2個(gè)定位扣22分別固定在上定位桁架的兩近端部，另外2個(gè)定位扣22分別滑動(dòng)連接在下定位桁架4的兩個(gè)滑軌5上，配重塊10的數(shù)量為2塊，附著裝置2的兩側(cè)分別設(shè)有通槽14，左定位鋼索6、懸掛鋼索7和右定位鋼索8的上端均連接在絞盤9上，上定位桁架與下定位桁架4相互平行，且剛性連接，保證整套裝置的穩(wěn)定及可拓展性，左定位鋼索6和右定位鋼索8分別依次穿過(guò)上定位桁架和下定位桁架4上的定位扣22，并向下分別穿過(guò)附著裝置2兩側(cè)的通槽，且于各自下端分別懸掛一個(gè)配重塊10，懸掛鋼索7與下定位桁架4活動(dòng)連接。

如圖4所示，下定位桁架4與附著裝置2之間的左定位鋼索6和右定位鋼索8保持平行時(shí)，絞盤9可將附著裝置2靈活下潛至下潛至所需深度。如圖5所示，將位于下定位桁架4上的2個(gè)定位扣22同時(shí)撥動(dòng)至滑軌5的兩外邊側(cè)，此時(shí)左定位鋼索6、右定位鋼索8和下定位桁架4形成三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使得附著裝置2無(wú)法左右擺動(dòng)，穩(wěn)定置于待測(cè)深度，便于進(jìn)行接下來(lái)的操作。

沖洗管路15位于生物膜收集腔21的上游。

電動(dòng)機(jī)19的機(jī)身設(shè)于穩(wěn)定空腔12位于帽體部的外側(cè)壁，電動(dòng)機(jī)19的輸出軸伸入收集空腔11內(nèi)。

水流入口管16連接于穩(wěn)定空腔12位于帽體部處的外側(cè)壁上。

電動(dòng)機(jī)19通過(guò)工作電路17與電源連接。

電動(dòng)機(jī)19設(shè)于密封防水的機(jī)箱內(nèi)。

穩(wěn)定空腔12位于帽沿部的外側(cè)壁上設(shè)有應(yīng)力板18。

一種水下生物膜采集系統(tǒng)的采集方法，包括以下步驟：

步驟一、將本裝置下潛至目標(biāo)位置：

先將上定位桁架固定于待測(cè)地點(diǎn)，旋松定位扣22，使用絞盤9將裝置下潛至所需深度，達(dá)到下潛深度時(shí)，將位于下定位桁架4上的2個(gè)定位扣22同時(shí)撥動(dòng)至滑軌5的兩外邊側(cè)，此時(shí)左定位鋼索6、右定位鋼索8和下定位桁架4形成三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使附著裝置2穩(wěn)定置于待測(cè)深度；

步驟二、通過(guò)附著裝置2吸附于目標(biāo)位置的墻壁上：

由水泵抽水泵入水流入口管16，穩(wěn)定空腔12內(nèi)形成一定流速的水流，水流經(jīng)穩(wěn)定空腔12兩端的水流出口流出，根據(jù)伯努利流體力學(xué)方程可知，此時(shí)穩(wěn)定空腔12內(nèi)流速高，壓強(qiáng)小，而穩(wěn)定空腔12外壁流低，壓強(qiáng)大，在水壓強(qiáng)的作用下，附著裝置2將受到水平指向垂直平面的作用力，壓住收集空腔11并穩(wěn)定于水下垂直平面的表面；

步驟三、通過(guò)采集收集裝置3采集生物膜：

電動(dòng)機(jī)19驅(qū)動(dòng)旋漿式刷片20轉(zhuǎn)動(dòng)，旋漿式刷片20刮掉所附著面上的生物膜，生物膜碎片懸浮于收集空腔11內(nèi)，水泵抽水泵入沖洗管路15，將，收集空腔11內(nèi)的生物膜碎片懸浮液沖入生物膜收集腔21內(nèi)，完成生物膜收集。

需要再次指出的是，本發(fā)明提供了一種水下生物膜收集采集裝置及相關(guān)方法。但根據(jù)不同研究?jī)?nèi)容和采集樣品的要求，對(duì)于整體裝置的各系統(tǒng)尺寸均應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整改善，以求更搞笑，更穩(wěn)定的完成水下生物膜的采集收集工作。

以上所述僅是本發(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(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。