[發明專利]一種便攜式反芻動物瘤胃微生物恒溫厭氧自動取樣裝置及取樣方法

在審

• 申請號: 202210581186.9
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114964912A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 李大偉;劉玉萍;楊健;王琳;趙韜韜;張毅;師雄;付晶晶;張強;于海業
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N1/14
• 分類號: G01N1/14
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

1.一種便攜式反芻動物瘤胃微生物恒溫厭氧自動取樣裝置及取樣方法，其特征置于：包括控溫系統(A)、控氧系統(B)、取樣系統(C)、過濾收集系統(D)；

所述的控溫系統(A)、控氧系統(B)、取樣系統(C)與過濾收集系統(D)通過硅膠管道連接，通過各系統中閥門的開閉控制，完成空氣和氮氣在整個系統內部的貫通以及液體的收集；

所述的控溫系統(A)包括可移動電源(1)、溫度控制器(2)、加熱/保溫套(3)、保溫收集瓶(4)、進排氣管(5)和進料管(6)；溫度控制器(2)通過可移動電源(1)供電，加熱/保溫套(3)底部為加熱底盤，四周為雙層保溫膜嵌套，電阻絲均勻分布在保溫膜內部，溫度控制器(2)實時監測底盤溫度值，自動調控至目標溫度39℃；取樣開始前先進行預熱，使溫度達到預設溫度；加熱保溫套(3)嵌套在保溫收集瓶(4)外部，保溫收集瓶(4)瓶口為蓋管一體式，短管為進排氣管(5)，通過硅膠軟管與短管三通閥(11)連接，長管為進料管(6)，與引流管(23)通過硅膠軟管貫通；

所述的控氧系統(B)包括微型真空泵(7)、接泵三通閥(8)、抽濾閥門(9)、氣體控制閥(10)、短管三通閥(11)、氮氣閥(12)和小型氮氣瓶(13)；接泵三通閥(8)其中一端與微型真空泵(7)通過管道連接，一端與抽濾閥門(9)連接，另一端連接硅膠軟管與短管三通泵(11)貫通，抽濾閥門(9)另一端通過硅膠軟管與過濾引流器凸嘴(21)連接通向過濾系統，短管三通泵(11)一端與氮氣閥(12)連接，小型氮氣瓶(13)的氣流狀態通過氮氣閥(12)控制，剩余的一端與進排氣管(5)貫通；

所述的取樣系統(C)包括微型動力型雙管液泵(14)、取樣控制閥(15)、取樣針(16)和原料口(17)；取樣針(16)一端斜切面插入原料口(17)進行取樣，斜切面增大了取樣面積，另一端與取樣控制閥(15)連接，其中取樣針部件(16)可通過螺紋端口調節長度，同時與斜切面另一端連接的取樣針管在連接處卡合濾網，在取樣過程進行初次過濾，取樣控制閥(15)另一側端口通過硅膠軟管與微型動力型雙管液泵(14)貫通，將取樣后的樣品通過液泵連接管道(18)輸送至過濾器集液瓶(19)；

所述的過濾收集系統(D)包括液泵連接管(18)、過濾器集液瓶(19)、濾網(20)、過濾引流器凸嘴(21)、過濾引流器(22)、引流管(23)和引流閥(24)；過濾器集液瓶(19)和過濾引流器(22)為上下兩個帶有刻度的空心錐體，上下兩端通過內部凹槽嵌合，凹槽表面粘接一圈硅膠墊片保持密封效果，嵌合面中間平鋪濾網(20)，進行二次固液分離，分離后的液體通過引流管進入保溫收集瓶(4)，引流閥門(24)連接在引流管(23)和長進料管中間，控制液體流動，過濾引流器凸嘴(21)與接泵三通閥(9)連接，與控氧系統(B)形成貫通。

2.權利要求1所述一種便攜式反芻動物瘤胃微生物恒溫厭氧自動取樣裝置的取樣方法，其特征在于：步驟如下：

步驟1：根據需求選擇取樣針長度和濾網目數；

步驟2：進行系統連接確保系統的密封性；

步驟3：對系統進行控氧，包括抽真空和氮氣沖洗，重復三次操作，確保厭氧環境；

步驟4：開始取樣并對樣品過濾；

步驟5：對堵塞在濾網上部的液體進行抽濾收集，進行二次控氧；

步驟6：根據取樣需求進行循環收集與系統的關閉；

步驟7：自動化控制取樣過程；

所述的步驟1中取樣針16處濾網網孔尺寸為1.40mm，目數為14目，過濾器處濾網最大孔徑為0.180mm，目數為80目，取樣針通過螺紋卡合的方式加長或縮短；

所述的步驟2中系統連接首先連接恒溫控制系統，打開電源，將加熱/保溫套預熱時間為t₀，觀察溫度控制器(2)示數，達到預設溫度39℃；

所述的步驟3對系統進行控氧，包括如下步驟：

步驟3-1，系統抽真空；

步驟3-2，氮氣沖洗創造厭氧環境；

所述的步驟3-1，系統抽真空具體步驟包括：關閉氮氣閥(12)，取樣控制閥(15)；打開抽濾閥門(9)，氣體控制閥(10)，引流閥(24)，啟動微型真空泵(7)；待整個取樣系統接近真空時，關閉真空泵(7)開關，系統保持真空狀態；整個系統初始抽取真空的時間為t₁＝V/P₁，式中V＝V₀+V₁+V₂；V₀為所有管道的體積，V₁為保溫收集瓶的體積，V₂為過濾器的體積；

所述的步驟3-2，氮氣沖洗創造厭氧環境具體步驟包括：打開氮氣閥(12)，N₂進入保溫收集瓶(4)并充盈整個管道；關閉氮氣閥(12)，抽濾閥門(9)，氣體控制閥(10)；氮氣沖洗的時間為t₂，式中t₂＝V/Q₁，式中Q₁為單位體積但氮氣流量；

所述的步驟4，開始取樣并對樣品過濾，包括如下步驟：

步驟4-1，使用微型動力型雙管液泵(14)抽取樣品；

步驟4-2，濾網上方的液體抽濾；

所述的步驟4-1，液泵抽取樣品具體步驟包括：打開微型動力型雙管液泵(14)，打開取樣控制閥(15)，氣體控制閥(10)；將取樣部件插入原料口(17)；當液體樣品液面到達過濾器集液瓶(19)的刻度時，關閉微型動力型雙管液泵(14)、取樣控制閥(15)和氣體控制閥(10)；記錄抽取混合物aml中能直接通過濾網的體積為a₁ml，微型動力型雙管液泵(14)抽取的時間為t₃＝a/P₂；抽取的菌液一部分透過濾網(20)進入保溫收集瓶(4)，另一部分堵塞在濾網(20)的上端，液體樣品液面到達過濾器集液瓶(19)的刻度時，說明下滲的速度受到了限制，記錄V₄＝(a-a₁)的時間t₄；則關閉微型動力型雙管液泵(14)和取樣控制閥(15)和氣體控制閥(10)，V₃為過濾器濾網(20)到上端刻度線的體積，V₄為引流閥(24)到下端刻度線的體積；

所述的步驟4-2，濾網上方的液體抽濾具體步驟包括：打開抽濾閥門(9)；再次打開微型真空泵(7)；抽取過濾引流器(22)的氣體；將液體抽濾至過濾引流器(22)的刻度；隨后關閉微型真空泵(7)，使用微型真空泵(7)抽取濾網(20)上方液體的時間為t₅＝(V₂-V₃)/P₁，這很好地解決了液體下滲堵塞而導致流速下降的問題；

所述的步驟5抽濾液體的收集，進行二次控氧，具體操作為打開引流閥(24)與氣體控制閥(10)，液體通過引流閥(24)進入保溫收集瓶(4)，保溫收集瓶(4)中的氣體通過管道流經氣體控制閥(10)，抽濾閥門(9)，進入過濾引流器(22)，在大氣壓的作用下進一步對整個系統充入氮氣，使整個系統內部保持良好的厭氧環境；

所述的步驟6根據取樣需求進行循環收集與系統的關閉，觀察待液體不再繼續下滴，記時間為t₆，關閉引流閥(24)，氣體控制閥(10)，抽濾閥門(9)，打開微型動力型雙管液泵(14)，打開取樣控制閥(15)，重復上述步驟，直至保溫收集瓶(4)收集滿液體，關閉電源；如需收集較多的菌液，可以更換保溫收集瓶(4)和小型氮氣瓶(13)進行持續的液體收集，更換完成后，需要重復步驟1-3，保持系統的厭氧環境；

所述的步驟7，自動化控制取樣過程，主要通過確定閥門和泵開閉時間t₀-t₆，對整個系統實現自動化控制，具體包括如下步驟：

步驟7-1，預熱時間的確定；

步驟7-2，抽取真空環境和氮氣沖洗時間的確定；

步驟7-3，抽取樣品時間的確定；

步驟7-4，抽濾時間的確定；

步驟7-5，系統關閉時間的確定；

所述的步驟7-1，預熱時間的確定，具體步驟包括：連接整個系統；接通電源；加熱/保溫套(3)開始運行；t₀后，控制系統自動打開引流閥(24)、氣體控制閥(10)、抽濾閥門(9)、微型真空泵(7)，其他部件正常保持關閉狀態；

所述的步驟7-2，抽取真空環境和氮氣沖洗時間的確定，具體步驟包括：時間為t₁時，自動打開氮氣閥(12)；時間達到t₂時，關閉氮氣閥(12)、氣體控制閥(10)、抽濾閥門(9)，同時打開微型動力型雙管液泵(14)和取樣控制閥(15)；

所述的步驟7-3，抽取樣品時間的確定，具體步驟包括：抽取樣品時間為t₄時，關閉微型動力型雙管液泵(14)、取樣控制閥(15)、引流閥(24)，打開抽濾閥門(9)和微型真空泵(7)；

所述的步驟7-4，抽濾時間的確定，具體步驟包括：抽濾時間為t₅時，關閉微型真空泵(7)；再次通過控制系統自動打開引流閥(24)和氣體控制閥(10)；

所述的步驟7-5，系統關閉時間的確定，具體步驟包括：時間為t₆時，關閉所有閥門；取樣過程完成，重復取樣可通過控制系統實現連續操作。