[發明專利]一種用于深海沉積物微生物培養實驗的智能注液裝置

有效

• 申請號: 202111625382.3
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114540178B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 張偲;李潔;陳煜
• 申請（專利權）人: 南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）;中國科學院南海海洋研究所
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12M1/12;C12M1/36;C12M1/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;劉明星

本發明公開了一種用于深海沉積物微生物培養實驗的智能注液裝置，主要由插入裝置、可控緩釋注液系統、間隙水置換監測系統和深海蠕動泵構成；插入裝置可通過重力或其他驅動裝置將注液針管和間隙水采集管插入到指定的沉積物位置；可控緩釋注液系統用于接受指令將一定量的培養液經注液針管注入到沉積物中；間隙水置換監測系統用于采集沉積物間隙水并監測環境參數制定注液策略。本發明能夠模擬深海冷泉滲處物質的擴散過程，可為科研人員開展深海沉積物微生物的長期原位實驗提供有力工具。

技術領域

本發明涉及深海沉積物微生物培養實驗領域，具體涉及一種用于深海沉積物微生物培養實驗的智能注液裝置。

背景技術

目前對于深海沉積物的微生物科學研究是基于采樣分析的基礎上，所研究的只是某一時間點的微生物狀態。由于缺乏原位實驗設備，無法獲取時間序列的深海海底生命活動過程的數據資料，難以開展深海生物對環境變化的響應等前沿領域的研究，導致目前深海生命科學進展緩慢。

單因子環境改變實驗是生命科學研究的一種常用手段，科學家需要在海底沉積物中持續維持一種物質的濃度，以觀測微生物的生命活動過程及生態演替規律。專利文獻CN105758687A公開了一種深海沉積物原位培植及密封采樣機構，但其只是一次性的把營養液注入深海沉積物中進行微生物的培植，而后在一定的時間點后采樣帶回，雖然實現了一個環境改變的實驗，但是仍無法解決實驗條件的保持和生命活動過程研究所需的時間序列資料的收集等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可搭載在深海原位實驗平臺上的用于深海沉積物微生物培養實驗的智能注液裝置。

為實現上述目的，本發明所設計的智能注液裝置，主要由插入裝置、可控緩釋注液系統、間隙水置換監測系統和深海蠕動泵構成；所述智能注液裝置可以采集沉積物間隙水并監測環境數據，根據設定的條件判斷并發送指令自動控制營養液注入量和注入時間間隔，來保持深海微生物原位長期培養實驗所需的沉積物中營養液濃度；插入裝置可通過重力或其他驅動裝置將注液針管和間隙水采集管插入到指定的沉積物位置；可控緩釋注液系統用于接受指令將一定量的培養液經注液針管注入到沉積物中；間隙水置換監測系統用于采集沉積物間隙水并監測環境參數制定注液策略。

作為本發明的一種改進，所述可控緩釋注液系統包括電機控制機構、垂直減速移動機構、導向下壓導桿、液體移動保護艙和液體密封艙室；電機控制機構用于驅動垂直減速移動機構帶動導向下壓導桿做線性往返運動；液體密封艙室固定設置，開口端通過柔性的杯狀橡膠套密封；液體移動保護艙分別與導向下壓導桿和杯狀橡膠套連接；液體移動保護艙在導向下壓導桿的帶動下，將杯狀橡膠套壓入液體密封艙室，使得液體密封艙室的培養液經底部的單向閥出口流出，杯狀橡膠套的邊緣有半圓形凸起結構設計使上下艙體接觸固定時密封，為使其移動時翻折貼合艙壁密封艙室的一端設置大于杯狀橡膠套曲率半徑的3倍以上的凸緣。

作為本發明的一種改進，所述液體密封艙室采用上圓下錐面設計，使注液完全并效率更高；采用透明材質制成；采用耐酸耐堿耐腐蝕材質制成，滿足多種液體的存儲，使實驗具有更多的方式。

作為本發明的一種改進，所述插入裝置包括注液針管、注液口、間隙水采集管、抽液口和導向下壓柱；所述注液針管上間隔設置有若干向上凹壓的出水口，使注液針管插入沉積物時不會導致沉積物進入注液針管內部；所述間隙水采集管包括間隙水過濾膜、采集外殼和固定內殼；采集外殼連接在固定內殼上，間隙水過濾膜設置在采集外殼與固定內殼的夾層中，且間隙水過濾膜所處的間隙水采集外殼與間隙水采集固定內殼的殼體上均設置有多個過水孔，從上往下過水孔數量成遞增狀態增加，孔與孔間隙逐漸減小，此結構可以均勻采集不同深度的沉積物間隙水。

作為本發明的一種改進，所述注液針管和間隙水采集固定內殼固定在導向下壓柱上，導向下壓柱與深海原位實驗平臺的移動裝置連接，可受重力或其他力的驅動，有效插入沉積物中；注液口位于注液針管頂部，通過管道與可控緩釋注液系統的液體密封艙室的單向閥出口連接；抽液口位于間隙水采集固定內殼的頂部，并通過管道與深海蠕動泵的入水口連接。