[发明专利]一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法

说明书

本发明公开一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法，针对自然条件驯化生物膜启动时间长、功率低、稳定性差以及可重复性差等缺点，同时电活性生物膜的驯化需要经过曝氮气处理、严格控制厌氧条件，本方法先采用悬浮纯菌预消氧模式创造厌氧环境，再通过控制电路电压的梯度变化先后形成内外层生物膜，最后调控微氧环境，促进生物膜中电子传递，实现快速高效地形成致密的、稳定性优异的、内核和外壳分层可控的高电活性生物膜，同时可以避免因曝氮气造成的成本增加和资源浪费；作为微生物电化学传感器的敏感元件，本发明形成的高电活性生物膜可以明显提高微生物电化学传感器的灵敏度，实现水质检测简便、高效、稳定、实时在线监测。

技术领域

本发明涉及微生物电化学技术领域，特别涉及一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法。

背景技术

水污染已经成为当今环境领域的三大问题之一，制约着社会经济的发展。研究人员都高度关注水污染问题，但由于传统的水质监测手段大都依赖复杂的大型仪器，物化分析手段无法实现水质的实时在线监测，因此，建立简单、高效、稳定、灵敏的水质监测方法，对促进人类社会健康发展至关重要。

微生物电化学传感器作为一种新型的传感技术，能够直接将环境变化引起的微生物活性变化转化为电信号，从而实现对环境变化的监测，具有操作简单、成本低廉、实时在线监测等优点，越来越受到科研工作者们关注。电活性生物膜作为微生物电化学传感器的敏感元件，其性能直接影响传感器的稳定性和灵敏度。

自然条件下从污水或是活性污泥驯化的生物膜存在启动时间长、功率低、稳定性差以及可重复性差等问题，难以实现普适性应用，因此，亟待发展快速高效形成稳定性优异、高电活性生物膜的方法，实现水质检测简便、高效、稳定、实时在线监测，具有重要的研究价值。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法，采用悬浮纯菌预消氧模式，结合控制电路电压变化的方式，以及调控体系微氧环境等方式，实现快速高效地形成致密的、稳定性优异的、内核和外壳分层可控的高电活性生物膜。

本发明的技术方案是一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法，具体包括以下步骤：

1.一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

1)悬浮纯菌预消氧

反应体系由反应器、工作电极、对电极以及碳酸盐缓冲溶液的电解液构成。反应器中加入未曝氮气处理的电解液，并加入定量的悬浮纯菌，进行预消氧过程；

2)控制电压先后形成内外层生物膜

先向反应体系中接种电活性微生物，通过调控电压的梯度变化形成电活性生物膜内核；再向反应体系中接种混菌，并设定恒电压形成生物膜外壳；

3)调控微氧环境

向反应体系中充入微量的空气，继续设定恒电压进行微生物的培养，制得分层结构的高电活性微生物膜。

2.步骤1)中所述的悬浮纯菌(大肠杆菌、醋酸菌等)消氧替代了曝氮气过程；接种过程分为两步，消氧菌与产电菌不共存；密闭性良好的容器可以作为反应器(厌氧瓶，血清瓶等)，碳基材料可以作为工作电极(石墨棒、石墨片以及其他复合材料等)，耐腐蚀的金属材料可以作为对电极(铂片、不锈钢网等)，根据反应器容积的不同可以选择面积不同的工作电极和对电极，可操作性更强，应用性更广。