[发明专利]原位培养管道生物膜的反应器及其方法

说明书

本发明公开了一种原位培养管道生物膜的反应器及其方法，巧妙利用三重溢流，使插入的管道内壁可以形成瀑布状的环形水膜(非满管流)，此时较低的剪切力和较为充分的氧气，有利于反应初期生物膜的定殖和好氧菌的快速增殖；通过增大潜水泵输入流量，管内的水流状态，将从层流变为湍流，并逐渐趋于满管流。此时剪切力增大，有利于筛选粘附力较强的成膜细菌，并最终生成稳定的管壁生物膜。该装置为全自动循环反应体系，制作成本低、养膜周期短、易操作易维护、效率高，尤其对生物膜的原位培养提供了一种新的思路。

技术领域

本发明涉及管道生物膜反应器领域，更具体地，本发明涉及一种在贫营养水环境介质(如自来水管道)中原位培养和筛选生物膜的反应器和方法。

背景技术

生物膜广泛存在于自然界中，是微生物在恶劣环境条件下生存的一种重要形式。生物膜可能是有益的，例如污水处理厂利用生物膜法处理生活废水；它们也可能会产生负面影响，特别是在工业环境或医疗设备，以及给水管网中形成时，可能威胁生产安全和人体健康。因此，研究生物膜的形成和消除对许多学科和工程应用十分重要。

目前，实验室层面培养和研究生物膜，主要通过生物膜反应器实现。常见的生物膜反应器，包括(如表1所示)：微量滴定板(Microtiter plates)，卡尔加里反应器(Calgarydevice)、生物膜微珠试验反应器(The Biofilm Ring Test)、罗宾斯和改良罗宾斯反应器(Robbins Device and Modified Robbins)、滴流式生物膜反应器(Drip Flow BiofilmReactor)、旋转式生物膜反应器(Rotary Biofilm Devices)、流动室(Flow Chamber)和微流体反应器(Microfluidic devices)。

表1常见的生物膜反应器

总体而言，目前常见的生物膜反应器中，微量滴定板、卡尔加里反应器和生物膜微珠试验反应器往往受限于研究生物膜形成的某个阶段或只适用于短期实验。而罗宾斯反应器和改良罗宾斯反应器、滴流生物膜反应器和旋转式生物膜反应器均采用可拆卸试片的方式进行设计，可用于观察生物膜生长的整个生命周期。但这些装置存在结构复杂、价格昂贵、操作难度较大，部分装置与真实管道流体动力学条件差距较大、频繁拆装试片容易导致半开放系统被非目标菌污染的问题。流动室反应器和微流体反应器应用了原位培养、在线观察的设计思路，但产生生物膜量很少，只适用于微观研究，并且采样不便，需要额外的昂贵设备且维护较为复杂。

参考文献

1.Djordjevic,D.,M.Wiedmann,and L.A.McLandsborough,Microtiter plateassay forassessment of Listeria monocytogenes biofilm formation.Appl EnvironMicrobiol,2002.68(6):p.2950-8.

2.Ceri,H.,et al.,The Calgary Biofilm Device:new technology for rapiddetermination ofantibiotic susceptibilities of bacterial biofilms.J ClinMicrobiol,1999.37(6):p.1771-6.

3.Chavant,P.,et al.,A new device for rapid evaluation of biofilmformation potential bybacteria.J Microbiol Methods,2007.68(3):p.605-12.