一种微生物胞外电子测定装置

1.本实用新型涉及微生物电化学技术领域，特别涉及一种微生物胞外电子测定装置。

背景技术：

2.具有胞外电子传递能力的微生物被称为电化学活性微生物，其广泛分布于各个自然环境当中，在元素地球化学循环、污染物处理和生物发电等领域起着重要作用。现如今，基于微生物胞外电子传递的技术不断发展，这些技术被广泛运用于生物修复、生物产电与生物燃料生产等领域当中，准确地测定电化学活性微生物的胞外电子传递能力能够使得这些技术得到更好的应用。
3.目前测定电化学活性微生物胞外电子传递能力的电化学装置主要是微生物燃料电池与电解池。微生物燃料电池通常具有两室，即阳极室与阴极室，两室之间通过离子膜相互隔开，两室内放置有工作电极，两工作电极之间用导线相连；电解池则通常由盛装电解液的容腔与工作电极、对电极、参比电极组合构成。
4.使用微生物燃料电池测定微生物胞外电子传递能力时，需要让微生物生长在工作电极上，所需要的时间比较长，而且工作电极上存在的微生物生长状态各不相同，生长密度也无法控制。使用电解池测定微生物胞外电子传递能力时，一般使微生物生长在工作电极上或者是将微生物浓缩液滴在工作电极上，前者耗时且不能控制微生物的生长状态，后者细胞容易从工作电极上脱落，不能控制微生物的密度，不适用于细胞密度小的微生物。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种微生物胞外电子测定装置，可用于电化学活性微生物的胞外电子传递能力测试，即产电能力测试，测试的微生物生长状态与密度可控制。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种微生物胞外电子测定装置，包括装置本体、工作电极、对电极与参比电极，所述装置本体内部开设有用以盛放电解液的容腔，装置本体外部设置有加液口与排液口，所述加液口用以向容腔内部引入待测物质，所述排液口连通容腔底部，所述工作电极设置在容腔内部并封闭所述排液口端部，所述工作电极包括片状滤膜以及镀在滤膜外表面的纳米导电材料层，所述对电极插入到容腔内部。
8.优选的，所述纳米导电材料层由纳米金或者铂金或者钯粒或者碳材料喷射镀成。
9.进一步的，所述滤膜为孔径0.20～0.24μm的滤膜，所述纳米导电材料层的厚度为20～100nm。
10.进一步的，还包括电化学工作站，所述工作电极、对电极与参比电极分别与电化学工作站相互连接。
11.进一步的，所述工作电极边缘处连接有一段导电胶段，所述导电胶段为铜导电胶段或者碳导电胶段，用以与电化学工作站相互连接。
12.优选的，所述对电极为铂丝电极或者碳棒电极，所述参比电极为银/氯化银电极或者甘汞电极。
13.进一步的，还包括真空泵，所述真空泵用以连接排液口并向装置本体外部抽滤。
14.进一步的，所述容腔底部开设有若干排液通孔，所述排液口通过所述排液通孔与容腔相互连通，所述工作电极覆盖住所述排液通孔。
15.进一步的，所述装置本体包括筒体、底座与端盖，所述筒体竖直设置且两端具有开口，筒体外侧底部向外延伸形成连接部，所述排液通孔开设在底座顶端面上，排液通孔下方设置有排液管，所述排液管一端集中引导自各排液通孔流出的液体，另一端为所述排液口，所述排液口处可拆卸地封堵有底塞，所述底座与连接部可拆卸连接并封闭筒体底部开口，所述工作电极水平夹设在底座与筒体之间，所述端盖封闭筒体顶部开口，端盖底端面与筒体内侧面、底座顶端面之间合围形成所述容腔，所述端盖与所述筒体上竖直开设有供参比电极插入的安装孔以及供加液的加液孔，所述加液孔顶端为所述加液口，侧壁面部分与容腔相连通。
16.进一步的，所述筒体与所述底座之间设置有密封垫圈与定位结构，所述定位结构包括相互配合的定位凸起与定位凹槽。
17.本实用新型具有如下有益效果：
18.1.该装置使用镀有纳米导电材料层的滤膜作为工作电极，工作电极作为导体的同时也是一个过滤结构，使得在培养好的微生物培养液加入容腔内后，培养液中的微生物细胞能够在短时间内过滤附着在工作电极上，微生物附着的速度较快，不容易脱落，有利于该装置快速准确地测定微生物胞外电子传递能力，适用于细胞密度小的微生物胞外电子传递能力测试。
19.2.加入到容腔内的微生物的生长状态和细胞数量可以选择，使得该装置能够精确地测定不同生长状态的微生物胞外电子传递能力。
附图说明
20.图1为本实用新型结构示意图。
21.图2为本实用新型爆炸结构示意图。
22.图3为本实用新型筒体与底座结构示意图之一。
23.图4为本实用新型筒体与底座结构示意图之一。
24.图5为本实用新型俯视结构示意图。
25.图6为图5当中a-a向结构剖切示意图。
26.图7为图6当中i部分结构局部放大示意图。
27.图8为本实用新型工作电极结构示意图
28.主要组件符号说明：1、装置本体；11、筒体；111、连接部；1111、环形凹槽；112、安装孔；113、加液孔；12、底座；121、排液通孔；122、排液管；1221、排液口；123、底塞；13、端盖；131、安装孔；132、加液孔；133、加液口；14、容腔；15、密封垫圈；16、定位结构；161、定位凸起；162、定位凹槽；2、工作电极；21、滤膜；22、纳米导电材料层；23、导电胶段；3、对电极；4、参比电极。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。
30.如图1-8所示，本实用新型公开了一种微生物胞外电子测定装置，包括装置本体1、工作电极2、对电极3与参比电极4，装置本体1内部开设有用以盛放电解液的容腔14，装置本体1外部设置有加液口133与排液口1221，加液口133用以向容腔14内部引入待测物质，排液口1221连通容腔14底部，工作电极2设置在容腔14内部并封闭排液口1221端部，工作电极2包括片状滤膜21以及镀在滤膜21外表面的纳米导电材料层22，对电极3插入到容腔14内部。
31.纳米导电材料层22由纳米金或者铂金或者钯粒或者碳材料通过离子溅射镀膜仪喷射镀成。滤膜21为孔径0.20～0.24μm的滤膜21，该滤膜21优选孔径0.22μm，直径尺寸在50mm左右的圆形片状滤膜21；纳米导电材料层22优选喷射镀金，喷射的厚度在20～100nm之间。
32.该装置还包括电化学工作站，工作电极2、对电极3与参比电极4分别与电化学工作站相互连接。工作电极2边缘处连接有一段导电胶段23，导电胶段23为铜导电胶段或者碳导电胶段，用以与电化学工作站相互连接,导电胶段23的长度在10cm左右。对电极3为铂丝电极或者碳棒电极，参比电极4为银/氯化银电极，即ag/agcl（饱和kcl溶液）电极，或者为甘汞电极。该装置还包括真空泵，真空泵用以连接排液口1221并向装置本体1外部抽滤。
33.容腔14底部开设有若干排液通孔121，排液口1221通过排液通孔121与容腔14相互连通，工作电极2覆盖住排液通孔121。装置本体1采用光敏树脂材质3d打印制成，包括筒体11、底座12与端盖13，筒体11竖直设置且两端具有开口，筒体11外侧底部向外延伸形成连接部111，排液通孔121开设在底座12顶端面上，排液通孔121下方设置有排液管122，排液管122一端集中引导自各排液通孔121流出的液体，另一端为排液口1221，排液口1221处可拆卸地封堵有底塞123，底座12通过螺钉螺母与连接部111可拆卸连接并封闭筒体11底部开口，工作电极2水平夹设在底座12与筒体11之间，端盖13封闭筒体11顶部开口，端盖13底端面与筒体11内侧面、底座12顶端面之间合围形成容腔14，端盖13与筒体11上竖直开设有供参比电极4插入的安装孔（131、112）以及供加液的加液孔（132、113），加液孔（132、113）顶端为加液口133，侧壁面部分与容腔14相连通。
34.筒体11与底座12之间设置有密封垫圈15与定位结构16，连接部111底端面上开设有环形凹槽1111，密封垫15圈部分安装在环形凹槽1111内，定位结构16包括相互配合的定位凸起161与定位凹槽162。其中，排液管122与排液通孔121相连通的一端呈漏斗状，底座12底部设置有支脚，定位凸起161设置在底座12顶部，定位凹槽162设置在连接部111底部，装置本体1当中各部件由光敏材料3d打印制成。
35.使用该装置进行微生物胞外电子传递能力测试时，首先需要收集微生物至工作电极2上，将培养好的微生物培养液自加液口133加入到容腔14内，然后通过真空泵与排液口1221相连进行抽滤，使培养液经工作电极2、排液通孔121、排液管122流出排液口1221，培养液当中的微生物则被快速拦截在工作电极2上。之后，向容腔14内加入10ml电解液（具体根据实验需求自行选择），再次抽滤，重复两次清洗掉微生物细胞表面残留的培养基成分和分泌物。
36.接着，使用底塞123封堵排液口1221，通过加液口133向容腔14内加入15ml电解液（具体根据实验需求自行选择），装上端盖13封闭筒体11顶部开口，对电极3与参比电极4通
过端盖13顶部的安装孔131插入容腔14内。之后，将工作电极2、对电极3及参比电极4分别与电化学工作站相连接，并调节电化学工作站参数运行装置进行测试。
37.该装置结构简单，操作简便易学，可根据需求批量生产，而且装置本体1尺寸小巧，方便携带使用。该装置通过在滤膜21外表面喷射纳米导电材料层22制成工作电极2，工作电极2制备简单，不仅能够作为导体，同时也是一个过滤结构，配合真空泵抽滤能够快速拦截微生物细胞，供微生物附着生长，利于快速精确测定各种微生物的胞外电子传递能力。由于采用快速过滤拦截的方式进行微生物定值，因此可以有选择性地控制加入到容腔14内部的培养液的微生物细胞浓度和生长状态，以实现针对不同细胞浓度、生长状态微生物胞外电子传递能力的精准测定。而且，片状的工作电极2设置在容腔14底部，利于微生物细胞富集，生长在该工作电极2上的微生物细胞比较不容易脱落，使得该装置也可适用于一些细胞密度较小、生物量较少的微生物胞外电子传递能力测定。
38.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：包括装置本体、工作电极、对电极与参比电极，所述装置本体内部开设有用以盛放电解液的容腔，装置本体外部设置有加液口与排液口，所述加液口用以向容腔内部引入待测物质，所述排液口连通容腔底部，所述工作电极设置在容腔内部并封闭所述排液口端部，所述工作电极包括片状滤膜以及镀在滤膜外表面的纳米导电材料层，所述对电极插入到容腔内部。2.如权利要求1所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述纳米导电材料层由纳米金或者铂金或者钯粒或者碳材料喷射镀成。3.如权利要求1所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述滤膜为孔径0.20～0.24μm的滤膜，所述纳米导电材料层的厚度为20～100nm。4.如权利要求1所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：还包括电化学工作站，所述工作电极、对电极与参比电极分别与电化学工作站相互连接。5.如权利要求4所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述工作电极边缘处连接有一段导电胶段，所述导电胶段为铜导电胶段或者碳导电胶段，用以与电化学工作站相互连接。6.如权利要求1所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述对电极为铂丝电极或者碳棒电极，所述参比电极为银/氯化银电极或者甘汞电极。7.如权利要求1所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：还包括真空泵，所述真空泵用以连接排液口并向装置本体外部抽滤。8.如权利要求1所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述容腔底部开设有若干排液通孔，所述排液口通过所述排液通孔与容腔相互连通，所述工作电极覆盖住所述排液通孔。9.如权利要求8所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述装置本体包括筒体、底座与端盖，所述筒体竖直设置且两端具有开口，筒体外侧底部向外延伸形成连接部，所述排液通孔开设在底座顶端面上，排液通孔下方设置有排液管，所述排液管一端集中引导自各排液通孔流出的液体，另一端为所述排液口，所述排液口处可拆卸地封堵有底塞，所述底座与连接部可拆卸连接并封闭筒体底部开口，所述工作电极水平夹设在底座与筒体之间，所述端盖封闭筒体顶部开口，端盖底端面与筒体内侧面、底座顶端面之间合围形成所述容腔，所述端盖与所述筒体上竖直开设有供参比电极插入的安装孔以及供加液的加液孔，所述加液孔顶端为所述加液口，侧壁面部分与容腔相连通。10.如权利要求9所述的一种微生物胞外电子测定装置，其特征在于：所述筒体与所述底座之间设置有密封垫圈与定位结构，所述定位结构包括相互配合的定位凸起与定位凹槽。

技术总结

本实用新型公开了一种微生物胞外电子测定装置，包括装置本体、工作电极、对电极与参比电极，装置本体内部开设盛放电解液的容腔，装置本体外部设置加液口与排液口，加液口用以向容腔内部引入待测物质，排液口连通容腔底部，工作电极设置在容腔内并封闭排液口端部，工作电极包括片状滤膜以及镀在滤膜外表面的纳米导电材料层，对电极插入到容腔内部。本实用新型使用镀有纳米导电材料层的滤膜作为工作电极，使得微生物细胞能够在短时间内过滤附着在工作电极上，附着速度快且不易脱落，微生物的生长状态与细胞数量可控。该装置能够快速准确地测定不同种类微生物的微生物胞外电子，甚至可针对不同生长状态或者细胞密度小的微生物进行测试。进行测试。进行测试。