[發明專利]一種基于微流控裝置的產電微生物篩選平臺及其制備方法

無效

• 申請號: 201410147212.2
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103937665A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 遲慧梅;付德剛;孫嘯
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 趙梅

技術領域

本發明涉及產電微生物篩選領域，具體涉及一種基于微流控裝置的產電微生物篩選平臺及其制備方法。

背景技術

微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能轉化為電能的裝置，這種裝置在廢水處理，新的清潔能源開發，以及生物傳感器方面都有廣泛的應用。而產電微生物則是這個裝置中最重要陽極催化劑，微生物在生物代謝中產生的電子轉化成電流，從而獲得能量。電子從有機物傳遞到電極有兩種方式，一是直接在電極上發生氧化還原反應，二是電子在電解溶液中產生，通過中間電子介體傳遞到電極的間接電子傳遞形式。三是通過產電微生物形成納米導線，電子通過納米導線傳遞到電極。不同的產電微生物產電的原理和效率均不相同。為了培養和篩選高產電率的微生物種類和高產電的微生物組合，大量的實驗組合需要同時進行。因此，開發一種能夠滿足高通量篩選產電微生物的平臺對微生物燃料電池的發展具有重要意義。

發明內容

本發明目的是提供一種基于微流控裝置的產電微生物篩選平臺，具有高通量，占地小，能同時進行多組平行實驗，同時方便在線檢測等優點。本發明還提供了該產電微生物篩選平臺的制備方法。

本發明采用以下技術方案：

一種基于微流控裝置的產電微生物篩選平臺，為層狀結構，由上到下依次由膜電極層、培養室層、半導體電極層、多孔支撐架組成，或者由半導體電極層、培養室層、膜電極層、多孔支撐架組成；所述膜電極層是在質子交換膜上按照微陣列排布碳電極，碳電極上連接導線，上面再覆蓋防水透氣膜，所述碳電極為導電碳片；所述培養室層基于微流控設計，是在高分子絕緣材料上按照微陣列排布設置培養室，每列培養室間以微孔道相連，在每列培養室的兩端分別設有高于培養室層面的進樣孔和出樣孔；所述半導體電極層是在透明襯底上按照微陣列排布設置半導體電極，半導體電極上連接導線和固定微生物細胞聚集片，所述半導體電極為摻錫氧化銦薄膜，所述微生物細胞聚集片為導電碳片；所述培養室一側為質子交換膜，另一側為半導體電極，半導體電極、碳電極和培養室一一對應，尺寸相同。

所述半導體電極、碳電極和培養室均為圓形，直徑為2～5㎜，每列直徑相等，每行直徑呈梯度遞增。

所述培養室層所用高分子絕緣材料為聚二甲基硅氧烷；每列培養室間以寬為0.5～1.5㎜微孔道相連，設有一個進樣孔和一個出樣孔。

所述透明襯底為玻璃。

所述微生物細胞聚集片為直徑100～500μm、厚度500～1000μm的柱狀導電碳片，所述柱狀導電碳片3～5個環狀排列固定在半導體電極上。

所述多孔支撐架上設置有透光孔，所述透光孔與半導體電極一一對應，多孔支撐架非進出樣兩側各有一根平行的用于固定各層的條狀板，多孔支撐架下部設有支撐墊。

上述基于微流控裝置的產電微生物篩選平臺的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、制備半導體電極層

用光刻方法制備，在透明襯底上濺射鍍膜一層摻錫氧化銦薄膜，在摻錫氧化銦薄膜上涂光刻膠，曝光，將半導體電極陣列形狀制作在光刻膠上，再用離子束刻蝕將光刻膠上圖形轉移到摻錫氧化銦薄膜上，有機溶劑除去殘存光刻膠，得到半導體電極陣列；在半導體電極上連接導線和固定微生物細胞聚集片；

步驟二、制備培養室層

在高分子絕緣材料上打孔，所述孔與步驟一所述半導體電極一一對應，尺寸相同；每列孔之間以微通道連通，設有進樣孔和出樣孔；

步驟三、制備膜電極層

將碳電極與質子交換膜壓合，所述碳電極與步驟二所述孔一一對應，尺寸相同；所述碳電極上連接導線，外面覆蓋防水透氣膜；

步驟四、組裝

將膜電極層放在多孔支撐架上，質子交換膜朝上，將培養室層覆蓋在膜電極層上，壓合在質子交換膜上的碳電極對準培養室；半導體電極層覆蓋在培養室層上部，排布半導體電極的一面朝下，半導體電極對準培養室；用夾具壓住所有層非進出樣的側面兩端，得到所述基于微流控的產電微生物篩選平臺；

或將半導體電極層放在多孔支撐架上，排布半導體電極的一面朝上，將培養室層覆蓋在半導體電極層上，半導體電極對準培養室；膜電極層覆蓋在培養室層上部，質子交換膜朝下，碳電極對準培養室；用夾具壓住所有層非進出樣的側面兩端，得到所述基于微流控的產電微生物篩選平臺。

步驟一所述微生物細胞聚集片用導電膠粘合固定在半導體電極上。

步驟四所述多孔支撐架上設置有透光孔，所述透光孔與半導體電極一一對應；所述多孔支撐架非進出樣兩側各有一根平行的用于固定各層的條狀板，夾具固定在條狀板上；所述多孔支撐架下部設有支撐墊。

本發明的有益效果：