專利名稱：一種測定微小生物呼吸作用的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對生物呼吸作用的研究與測定，尤其涉及對生物膜、沉積物或水體中的微生物以及小型生物等研究的一種測定微小生物呼吸作用的裝置。
背景技術：
地表水體氧氣是維持生物，如魚類，底棲動物等生存的基本條件，且是生物地球化學循環(huán)中一個最重要的反應物。水生生物對水體氧氣的利用是水體氧氣消耗和有機質降解的一個重要動力；生物的有氧呼吸作用對是指生物體在有氧的參與下，通過酶的催化作用， 將糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放大量能量的過程。準確測定水體生物對氧氣的利用速率對理解地表水體以及沉積物-水界面處氧氣動力變化是十分重要的。生物的有氧呼吸作用，一般以單位時間內生物對氧氣的消耗量來表示。測定生物的呼吸作用，可以采用氧氣電極或化學滴定的方法測定實驗起始時氧氣的含量和實驗終止時氧氣的含量來進行；也可以采用氧氣電極的方式測定實驗過程中氧氣的連續(xù)變化來進行。隨著氧電極的普及使用，生物的呼吸作用的測定，逐步傾向于使用氧氣電極來測定氧氣含量。然而，目前的測定方法均難以勝任小體積生物氧氣消耗量的測定。比如，葉生生物膜或石生生物膜，其本身所含微生物生物量較少，較大體積的測定體系，難以敏感地反映生物膜的呼吸作用。再如，對水蚯蚓或搖蚊幼體的呼吸作用測定時，大體積的測定體系同樣難以反映微小的氧氣變化。因此，目前對微小生物呼吸作用的測定方法上，仍存在較大的空缺， 亟待一簡單實用的方法予以彌補。
發(fā)明內容本實用新型針對現有技術存在的不足，提供一種測定微小生物呼吸作用的裝置， 測定裝置引入不消耗氧氣的光學微電極，測定微小生物的呼吸作用以及光合作用，可以測定微升級小體積樣品中氧氣的含量，滿足測定微小體系樣品氧氣消耗速率的要求。為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種測定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是設置一管狀反應腔體，管腔內壁上設有一反應篩將管狀反應腔體分隔成上下兩部分，管口設有密封塞，密封塞上設有一通孔，電極頭部密封穿過該通孔伸入管狀反應腔體之上半部；將管狀反應腔體垂直放置于一恒溫水浴內，恒溫水浴設有進、出水口與恒溫水槽連通循環(huán)，管狀反應腔體底面與恒溫水浴底面接觸，恒溫水浴頂部設有與管狀反應腔體之管口外徑相配的孔，兩者之間密封，管狀反應腔體的底面上放置磁片，恒溫水浴底面置于磁力攪拌器上，管狀反應腔體內注滿反應液，生物樣品放置在反應篩上，反應篩孔小于生物樣品的體積。所述反應篩的孔徑為20-1000 μ m,電極頭部距離反應篩小于0. 5cm。所述管狀反應腔體、反應篩、恒溫水浴，密封塞均為透明體。應用上述裝置測定微小生物呼吸作用的方法，可按以下步驟[0009](1)將恒溫水槽的進出水口與恒溫腔體的進出水口對應連接，開啟恒溫水槽，調節(jié)水溫至預設恒定溫度，恒溫水槽水溫與生物樣品采樣地的原位水水溫相近，開啟水泵使恒溫水槽出水并流經恒溫水浴循環(huán)；(2)將磁轉子放入反應腔體內，將反應篩放置在反應腔體內壁支點上；(3)在反應腔體內注滿反應液，該反應液為生物樣品采樣地的原位水；(4)放置底棲動物或生物膜于反應篩上，輕蓋上密封塞；(5)將微電極穿過硅膠密封墊和密封塞通孔，暴露微電極頭部敏感部位于反應腔體內之反應篩之上；(6)啟動磁力攪拌器，并調節(jié)其調頻電機轉速，轉速大小以達到反應篩上方水體勻速轉動為宜；(7)實驗開始，記錄時間，開啟與電極連接的溶解氧儀，記錄初始氧氣濃度，觀察反應液中溶解氧濃度的變化，定期檢測水體溶解氧濃度；(8)待溶解氧顯著降低至一數值后，獲得這一時間段內氧氣的下降速率；溶解氧的降低，以不低于初始氧20%為宜，關閉恒溫槽和溶解氧儀，取出微電極，打開密封塞，清理反應腔體中反應液及生物樣品，測定結束。本實用新型的優(yōu)點及顯著效果它具有小體積反應腔體的微呼吸系統(tǒng)裝置，該微呼吸系統(tǒng)裝置制作簡單，需樣量小，測定結果穩(wěn)定，可適用于大多實驗室對呼吸作用的測定要求。對于非商業(yè)用途的實驗室，可根據本發(fā)明內容，自行加工或改裝成類似的微呼吸系統(tǒng)。微電極的引入，特別是，對于小體積樣品中氧氣消耗速率的測定而言，是一個利好消息。 微電極敏感頭部可小于20微米，因此，利用微電極技術，設計小體積的反應腔體(反應腔體容積2毫升)，，該微小腔體中可放置各類生物樣品，如含微生物的生物膜或沉積物，小型生物(如搖蚊)等。

圖1本實用新型裝置的正視圖；圖2本實用新型裝置的俯視圖。
具體實施方式
圖中標號說明1，微電極線，連接溶解氧測定儀；2，微電極；3，硅膠墊；4，管狀通孔；5，密封塞；6，恒溫水??；7，反應腔體；8，反應篩篩孔；9，反應篩；10，反應篩支點；11，磁轉子；12，進、出水口 ；13，磁鐵；14，磁力攪拌器；15，調頻電機；16，微電極頭部敏感部位。參看圖1、2，設置一管狀反應腔體7(管徑8毫米，密封塞5以下高度4厘米)，并配備密封系統(tǒng)，恒溫水浴系統(tǒng)，擾動系統(tǒng)及微電極檢測系統(tǒng)。反應腔體7內中部具支點10， 支點上方放置反應篩9 ；反應篩的篩孔8，反應腔體7與密封塞5無縫連接，密封塞中心具一管狀小孔4，管狀小孔4上方設有硅膠密封墊3。反應腔體內置于恒溫水浴6內，恒溫水槽 (圖中未示出)中的循環(huán)水被泵出，經過進出水口 12流經恒溫水浴6后返回恒溫水槽。反應腔體7置于磁力攪拌器14上；反應腔體內底部設置一磁轉子11。微電極2穿過硅膠墊 3，通過密封塞5中心的管狀小孔4后暴露微電極敏感部位于反應腔體7上腔內。其中，反應腔體7，反應篩9，恒溫水浴6，密封塞5均為透明質地。[0022]本裝置的測定過程如下(1)將恒溫水槽的進出水口與恒溫腔體的進出水口對應連接，開啟恒溫水槽，調節(jié)水溫至預設恒定溫度，恒溫水槽水溫與生物樣品采樣地的原位水水溫相近，開啟水泵使恒溫水槽出水并流經恒溫水浴循環(huán)；(2)將磁轉子放入反應腔體內，將反應篩放置在反應腔體內壁支點上；(3)在反應腔體內注滿反應液，該反應液為生物樣品采樣地的原位水；(4)放置底棲動物或生物膜于反應篩上，輕蓋上密封塞；(5)將微電極穿過硅膠密封墊和密封塞通孔，暴露微電極頭部敏感部位于反應腔體內之反應篩之上；(6)啟動磁力攪拌器，并調節(jié)其調頻電機轉速，轉速大小以達到反應篩上方水體勻速轉動為宜；(7)實驗開始，記錄時間，開啟與電極連接的溶解氧儀，記錄初始氧氣濃度，觀察反應液中溶解氧濃度的變化，定期檢測水體溶解氧濃度；(8)待溶解氧顯著降低至一數值后，獲得這一時間段內氧氣的下降速率；溶解氧的降低，以不低于初始氧20%為宜，關閉恒溫槽和溶解氧儀，取出微電極，打開密封塞，清理反應腔體中反應液及生物樣品，測定結束。實施例用本實用新型測定太湖沉積物中搖蚊的呼吸速率于2008年7月采集太湖表層沉積物，并篩取沉積物獲得搖蚊；同時采集沉積物-水界面處的上覆水。采樣時，沉積物-水界面的溫度為21°C。本案例目的在于理解原位溫度條件下搖蚊的呼吸速率，具體測定過程如下(1)將恒溫槽的進出水口與恒溫腔體的進出水口連接，開啟恒溫槽，調節(jié)至預設恒定溫度21°C，并讓水泵出恒溫槽，并流經恒溫腔體。氣體在水體中的溶解度對溫度較為敏感，且溫度與生物的呼吸速率密切相關，因此嚴格控制實驗過程中的溫度至關重要。恒溫水體溫度可根據采樣時的實際溫度而確定，也可根據相應實驗設計而決定。如本案例中，采樣時的實際水溫為21°C，所以為了獲得實際條件下搖蚊的呼吸速率，我們選擇21°C作為實驗溫度。(2)將磁轉子放入反應腔體底部，并將反應篩放置在反應腔體中的反應篩支點上。(3)反應篩孔徑的選擇，與待測生物樣品的個體大小有關。反應篩的作用在于提供一個支撐面，保證待測樣品能夠在實驗過程中位于反應篩上方，避免反應篩下方的磁轉子損壞待測生物樣品。如本案例中待測樣品為搖蚊，其個體長度可達一厘米，而其個體直徑可僅為1000 μ m,因此選擇孔徑為500 μ m的反應篩，一般可保證實驗過程中搖蚊不掉至反應篩下方。(4)在反應腔體內注滿反應液(本案例中為0. 2 μ m濾膜過濾的湖水)；0. 2 μ m過濾可除去水體中大部分微生物和顆粒物，使得反應液中盡量不含有具消耗氧氣的生物或顆粒物質，以減免反應液中氧氣消耗對搖蚊氧氣消耗速率的影響。( 采用鑷子無損傷的夾放或采用牙簽輕挑搖蚊四條放于反應篩上。然后，輕蓋上密封塞，讓部分不含目標測定物的反應液溢流。(6)將微電極穿過硅膠墊和密封塞的管狀小孔，并壓緊；硅膠墊緊貼于管狀小孔的上方，這樣可達到對反應腔體密封的目的。密封塞的管狀小孔與使用的微電級的直徑有關。我們使用的微電極直徑為1mm，因此，密封塞管狀小孔的直徑為1. 1mm。(7)暴露出微電極敏感部位于反應液內，微電極敏感部位距反應篩的距離控制在 0. 5cm范圍內，以確保微電極可敏感記錄溶解氧的變化。(8)啟動磁力攪拌器，調節(jié)調頻電機使磁轉子的轉速為30rmp/min ；轉速大小以達到反應篩上方水體單向勻速轉動為宜，這樣可保證整個反應腔體的水體處于混勻狀態(tài)。(9)開啟溶解氧儀，觀察反應液中溶解氧濃度的變化，正常條件下，溶解氧濃度不會存在劇烈的變化。(10)記錄初始氧氣濃度7. aiig/Ι，每5秒記錄一次水體溶解氧濃度。(ll)30min后，溶解氧顯著降低至6. 5mg/l，從而獲得15min內氧氣的下降速率；溶解氧的降低，以不低于初始氧20%為宜，在該氧氣降低范圍內氧氣的下降速率接近線性。(12)關閉恒溫槽和溶解氧儀，從密封塞的管狀小孔和硅膠墊中取出微電極，打開密封塞，清理出反應腔體中反應液及生物樣品搖蚊。(13)實驗結束。
權利要求1.一種測定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是設置一管狀反應腔體，管腔內壁上設有一反應篩將管狀反應腔體分隔成上下兩部分，管口設有密封塞，密封塞上設有一通孔， 電極頭部密封穿過該通孔伸入管狀反應腔體之上半部；將管狀反應腔體垂直放置于一恒溫水浴內，恒溫水浴設有進、出水口與恒溫水槽連通循環(huán)，管狀反應腔體底面與恒溫水浴底面接觸，恒溫水浴頂部設有與管狀反應腔體之管口外徑相配的孔，兩者之間密封，管狀反應腔體的底面上放置磁片，恒溫水浴底面置于磁力攪拌器上，管狀反應腔體內注滿反應液，生物樣品放置在反應篩上，反應篩孔小于生物樣品的體積。
2.根據權利要求1所述的測定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是所述反應篩的孔徑為20-1000 μ m,電極頭部距離反應篩小于0. 5cm。
3.根據權利要求1或2所述的測定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是所述管狀反應腔體、反應篩、恒溫水浴，密封塞均為透明體。
專利摘要一種測定微小生物呼吸作用的裝置，設置一管狀反應腔體，管腔內壁上設有一反應篩將反應腔體分隔成上下兩部分，管口設有密封塞，密封塞上設有一通孔，電極頭部密封穿過該通孔伸入管狀反應腔體之上半部；將管狀反應腔體垂直放置于一恒溫水浴內，恒溫水浴設有進、出水口與恒溫水槽連通循環(huán)，管狀反應腔體底面與恒溫水浴底面接觸，恒溫水浴頂部設有與管狀反應腔體之管口外徑相配的孔，兩者之間密封，管狀反應腔體的底面上放置磁片，恒溫水浴底面置于磁力攪拌器上，管狀反應腔體內注滿反應液，生物樣品放置在反應篩上，反應篩孔小于生物樣品的體積。
文檔編號G01N27/419GK201974406SQ20112005190
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月1日
發(fā)明者張路, 沈吉, 王建軍 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所