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CN118703323B - 一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置与方法 - Google Patents

一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置与方法 Download PDF

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CN118703323B CN202410896784.4A CN202410896784A CN118703323B CN 118703323 B CN118703323 B CN 118703323B CN 202410896784 A CN202410896784 A CN 202410896784A CN 118703323 B CN118703323 B CN 118703323B
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Abstract

本发明公开了一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置与方法，涉及海洋微生物的技术领域，包括气体增压单元、保压培养单元、保真监测单元和采集控制单元；气体增压单元用于向保压培养单元和提供保真监测单元提供高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境，并通过改变注入保压培养筒和保压缓冲筒的氮气压力值形成压力差，推动活塞实现深海培养样品的保压转移；通过第二多通阀的开闭实现对多序列保压培养筒的切换取样工作，利用单套保真监测单元满足对多个保压培养筒原位保压取样监测的需求，降低了设备成本；通过三通阀和四通阀的开闭，实现培养样品取样和回收的全过程保压作业，保障了培养样品在监测过程中的真实性，降低了培养样品在监测过程中的损耗，提高了培养过程的采样频率和效率，延长了深海微生物的培养周期。

Description

一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置与方法
技术领域
本发明涉及海洋微生物的技术领域，更具体地，涉及一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置与方法。
背景技术
深海蕴藏着丰富的微生物资源，其独特的生化过程和代谢产物是探究极端环境生物地球化学循环乃至生命起源的关键环节。高压是深海区别与其他生态系统的重要环境指标，这一特性使得深海微生物普遍具有耐压性。因此，深海微生物与压力息息相关，当离开高压环境后，微生物的生长代谢能力可能会受到严重的影响，转而进入休眠状态甚至破裂死亡，极大地限制了深海微生物的研究和应用。现有的深海微生物培养研究主要通过保压培养维持微生物的生长代谢活性，但是在样品监测过程中，仍要将微生物培养样品泄压取样后进行监测。由于泄压的压力骤变，微生物培养样品取出到常压条件下进行监测会引起微生物细胞破裂等现象，从而导致样品失真。同时，由于微生物培养过程的关键阶段需要高频监测，连续地泄压取样对培养体系总量和营养物质的损耗对于培养体系而言同样不可忽视。
发明内容
本发明为克服上述现有技术对深海微生物培养监测作业时，需要泄压取样导致的样品失真、取样损耗大的缺陷，提供一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置与方法，现全过程保压下对多序列培养体系进行样品低损耗转移和保真监测，满足培养样品的高保真、低损耗和多参数监测，延长样品的保压培养周期性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，包括气体增压单元、保压培养单元、保真监测单元和采集控制单元；
所述保压培养单元包括第一多通阀、若干个保压培养筒和第二多通阀；所述第一多通阀的输入端与气体增压单元的第一输出端连接，第一多通阀的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒的一端连接，每个保压培养筒的另一端分别对应与第二多通阀的一个输入端连接；
所述保真监测单元包括三通阀、四通阀、保压缓冲筒和监测分舱；所述四通阀的第一端口与第二多通阀的输出端连接，四通阀的第二端口与监测分舱的输入端连接；所述四通阀的第三端口与保压缓冲筒的一端连接，保压缓冲筒的另一端与三通阀的第一端口连接；四通阀的第四端口与三通阀的第二端口连接，三通阀的第三端口与气体增压单元的第二输出端连接；
所述采集控制单元的输入端与监测分舱的数据输出端连接，采集控制单元的输出端分别与气体增压单元的控制端、第一多通阀的控制端、第二多通阀的控制端、三通阀的控制端、四通阀的控制端连接。
气体增压单元用于向保压培养单元和保真监测单元提供高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境；气体增压单元通过改变注入保压培养筒和保压缓冲筒的氮气压力值，实现深海培养样品在保压培养筒、保压缓冲筒和监测分舱之间的转移；通过第二多通阀的开闭实现对多序列保压培养筒的切换取样工作，利用单套保真监测单元满足对多个保压培养筒取样监测的需求，降低了设备成本；通过三通阀和四通阀开闭，实现培养样品取样和回收的全过程保压作业，保障了培养样品在监测过程中的真实性，降低了培养样品在监测过程中的损耗，提高了培养过程的采样频率和效率，延长了深海微生物的培养周期。
优选地，每个所述保压培养筒均包括气体密封端盖、第一腔体、第一活塞和海水密封端盖；
所述第一活塞设置第一腔体内部，将第一腔体分为第一气体增压腔和保压培养腔；所述气体密封端盖设置在第一气体增压腔的一端，所述海水密封端盖设置在保压培养腔的一端；
所述第一多通阀的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒的气体密封端盖连接，每个保压培养筒的海水密封端盖分别对应与第二多通阀的一个输入端连接。
第一腔体为钛合金圆筒结构，内置可移动的第一活塞，第一活塞上套设有O形密封圈，将第一腔体隔离为第一气体增压腔和保压培养腔；气体增压单元通过第一多通阀向保压培养筒的第一气体增压腔注入高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境。
优选地，所述保压缓冲筒包括第一密封端盖、第二腔体、第二活塞和第二密封端盖；
所述第二活塞设置第二腔体内部，将第二腔体分为第二气体增压腔和保压缓冲腔；所述第一密封端盖设置在保压缓冲腔的一端，所述第二密封端盖设置在第二气体增压腔的一端；
所述四通阀的第三端口与保压缓冲筒的第一密封端盖连接，保压缓冲筒的第二密封端盖与三通阀的第一端口连接。
第二腔体为钛合金圆筒结构，内置可移动的第二活塞，第二活塞上套设有O形密封圈，将第二腔体分为第二气体增压腔和保压缓冲腔；气体增压单元通过三通阀向保压缓冲筒的第二气体增压腔注入高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境；保压培养筒中的培养样品经第二多通阀和四通阀进入保压培养筒的保压缓冲腔，实现培养样品的保压缓存。
优选地，所述监测分舱包括第三密封端盖、第四密封端盖、舱体、视窗、拉曼光谱探头、紫外分光探头、分舱压力传感器、水质传感器和液面传感器；
所述第三密封端盖和第四密封端盖分别设置在所述舱体的两端，所述视窗设置在所述舱体的侧壁；所述液面传感器均设置在第三密封端盖的下表面，所述水质传感器和分舱压力传感器设置在第四密封端盖的上表面，所述拉曼光谱探头和紫外分光探头均设置在视窗上；
所述四通阀的第二端口与监测分舱的第四密封端盖的下表面连接；
所述拉曼光谱探头、紫外分光探头、水质传感器和液面传感器的数据输出端均与采集控制单元的输入端连接。
舱体为钛合金圆筒结构，第四密封端盖连通四通阀，用于培养样品注入和流出；分舱压力传感器和液面传感器用于实时监测舱体内培养样品的压力值和液面高度，用于反映舱体内的样品量；拉曼光谱探头、紫外分光探头和水质传感器实时监测舱体内培养样品的多种理化参数；气体增压单元通过三通阀和四通阀向舱体注入高压氮气，实现深海培养样品的高压监测环境。
优选地，所述水质传感器包括甲烷传感器、二氧化碳传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、pH值传感器中的任意一种或多种。
甲烷传感器、二氧化碳传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器和pH值传感器分别用于检测培养样品的甲烷浓度、二氧化碳浓度、溶解氧浓度、温度、电导率和pH值。
优选地，所述溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器和pH值传感器均为探针式传感器。
探针式传感器可以减少在第四密封端盖上所占用的面积，方便布设。
优选地，所述装置还包括若干个取样针阀和若干个通气针阀；
所述第一多通阀的每个输出端与一个保压培养筒的一端之间设置一个通气针阀；
所述保压缓冲筒的另一端与三通阀的第一端口之间设置一个通气针阀；
所述每个保压培养筒的另一端与第二多通阀的一个输入端之间设置一个取样针阀；
所述四通阀的第三端口与保压缓冲筒的一端之间设置一个取样针阀；
所述四通阀的第二端口与监测分舱的输入端之间设置一个取样针阀。
优选地，所述装置还包括若干个压力传感器；
每个所述压力传感器对应设置在一个取样针阀的取样端，每个所述压力传感器的数据输出端均与采集控制单元的输入端连接。
所述通气针阀用于实现对保压培养筒和保压缓冲筒的增压作业，取样针阀用于实现对保压培养筒、保压缓冲筒和监测分舱的保压取样作业；压力传感器用于指示保压培养筒、保压缓冲筒和监测分舱的实时压力。
本发明还提供了一种用于深海微生物培养的多序列保真监测方法，应用于上述的装置，包括：
S1：气体增压单元通过第一多通阀连接所有保压培养筒、通过三通阀连接保压缓冲筒、通过三通阀和四通阀连接监测分舱，通过氮气增压使所有保压培养筒、保压缓冲筒和监测分舱均维持在第一压力值；
S2：选定待监测的保压培养筒，开启第一多通阀对应的输出端，气体增压单元向待监测的保压培养筒进行氮气增压，使第一气体增压腔的压力提高至第二压力值；
S3：开启第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，连通保压培养筒和保压缓冲筒；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压培养筒中的第一活塞推动保压培养腔中的培养样品注入保压缓冲筒的保压缓冲腔中；
S4：关闭第二多通阀对应的输入端和输出端、以及四通阀的第一端口，开启三通阀的第一端口和第三端口，气体增压单元向保压缓冲筒进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；
S5：开启四通阀的第二端口，连通保压缓冲筒和监测分舱；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压缓冲筒中的第二活塞将保压缓冲腔中的培养样品注入监测分舱的舱体中；
S6：当培养样品到达监测分舱中的液面传感器时，关闭四通阀的第二端口和第三端口；拉曼光谱探头、紫外分光探头、分舱压力传感器、水质传感器对培养样品进行监测，并将获得的监测结果传输至采集控制单元；
S7：气体增压单元对保压缓冲筒进行减压，使第二气体增压腔的压力降低至第三压力值；
S8：开启四通阀的第二端口和第三端口，连通保压缓冲筒和监测分舱；在第一压力值和第三压力值的压差下，保压缓冲筒中的第二活塞将监测分舱中的培养样品吸回至保压缓冲腔，关闭四通阀的第二端口和第三端口；
S9：气体增压单元对保压缓冲筒进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；气体增压单元对待监测的保压培养筒进行减压，使第一气体增压腔的压力降低至第一压力值；
S10：开启第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，连通保压培养筒和保压缓冲筒；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压缓冲筒中的第二活塞推动保压缓冲腔中的培养样品注入保压缓冲腔的保压培养腔中；
S11：关闭第二多通阀(4)对应的输入端和输出端，以及四通阀(5)的第一端口和第三端口，隔离保压培养筒(3)，完成单序列保真监测；
S12：更新选定的待监测的保压培养筒(3)，重复步骤S2-S11，实现多序列保真监测。
优选地，所述拉曼光谱探头对培养样品进行监测，获得培养样品的硫酸盐浓度、硫化氢浓度和甲酸浓度；
所述紫外分光探头对培养样品进行监测，获得培养样品的OD600、硝酸盐浓度、溶解性有机质和总有机碳浓度；
所述水质传感器对培养样品进行监测，获得培养样品的甲烷浓度、二氧化碳浓度、溶解氧浓度、pH值、电导率、温度中的一种或多种。
优选地，单次保真监测完成后，对保真监测单元进行拆卸清理，重新连接后，切换开启第二多通阀对应的输入端，对剩余的保压培养筒进行取样保真监测。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明利用气体增压单元用于向保压培养单元和保真监测单元提供高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境；利用气体增压单元通过改变注入保压培养筒和保压缓冲筒的氮气压力值，实现深海培养样品在保压培养筒、保压缓冲筒和监测分舱之间的保压转移；通过第二多通阀的开闭实现对多序列保压培养筒的切换取样工作，利用单套保真监测单元满足对多个保压培养筒取样监测的需求，降低了设备成本；通过三通阀和四通阀的开闭，实现培养样品取样和回收的全过程保压作业，保障了培养样品在监测过程中的真实性，降低了培养样品在监测过程中的损耗，提高了培养过程的采样频率和效率，延长了深海微生物的培养周期。
附图说明
图1为实施例1所述的一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置的结构示意图；
图2为实施例2所述的一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置的结构示意图；
图3为实施例2所述的保压培养筒的结构示意图；
图4为实施例2所述的保压缓冲筒的结构示意图；
图5为实施例2所述的监测分舱的结构示意图；
图6为实施例3所述的一种用于深海微生物培养的多序列保真监测方法的流程图；
图中：1-气体增压单元，2-第一多通阀，3-保压培养筒，4-第二多通阀，5-四通阀，6-保压缓冲筒，7-监测分舱，8-三通阀，9-采集控制单元，10-取样针阀，11-取样针阀，12-压力传感器，31-气体密封端盖，32-第一腔体，33-第一活塞，34-海水密封端盖，61-第一密封端盖，62-第二腔体，63-第二活塞，64-第二密封端盖，71-第三密封端盖，72-第四密封端盖，73-舱体，74-视窗，75-拉曼光谱探头，76-紫外分光探头，77-分舱压力传感器，78-水质传感器，79-液面传感器。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，如图1所示，包括气体增压单元1、保压培养单元、保真监测单元和采集控制单元9；
所述保压培养单元包括第一多通阀2、若干个保压培养筒3和第二多通阀4；所述第一多通阀2的输入端与气体增压单元1的第一输出端连接，第一多通阀2的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒3的一端连接，每个保压培养筒3的另一端分别对应与第二多通阀4的一个输入端连接；
所述保真监测单元包括三通阀8、四通阀5、保压缓冲筒6和监测分舱7；所述四通阀5的第一端口与第二多通阀4的输出端连接，四通阀5的第二端口与监测分舱7的输入端连接；所述四通阀5的第三端口与保压缓冲筒6的一端连接，保压缓冲筒6的另一端与三通阀8的第一端口连接；四通阀5的第四端口与三通阀8的第二端口连接，三通阀8的第三端口与气体增压单元1的第二输出端连接；
所述采集控制单元9的输入端与监测分舱7的数据输出端连接，采集控制单元9的输出端分别与气体增压单元1的控制端、第一多通阀2的控制端、第二多通阀4的控制端、三通阀8的控制端、四通阀5的控制端连接。
在具体实施过程中，气体增压单元1用于向保压培养单元和提供保真监测单元提供高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境；气体增压单元1通过改变注入保压培养筒3和保压缓冲筒6的氮气压力值，实现深海培养样品在在保压培养筒3、保压缓冲筒6和监测分舱7之间的转移；通过第二多通阀4的开闭实现对多序列保压培养筒3的切换取样工作，利用单套保真监测单元满足对多个保压培养筒3取样监测的需求，降低了设备成本；通过三通阀8和四通阀5开闭，实现培养样品取样和回收的全过程保压作业，保障了培养样品在监测过程中的真实性，降低了培养样品在监测过程中的损耗，提高了培养过程的采样频率和效率，延长了深海微生物的培养周期。
实施例2
本实施例提供了一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，如图2所示，包括气体增压单元1、保压培养单元、保真监测单元、采集控制单元9、若干个取样针阀10、若干个通气针阀11和若干个压力传感器12；
所述保压培养单元包括第一多通阀2、若干个保压培养筒3和第二多通阀4；所述第一多通阀2的输入端与气体增压单元1的第一输出端连接，第一多通阀2的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒3的一端连接，每个保压培养筒3的另一端分别对应与第二多通阀4的一个输入端连接；所述第一多通阀2的每个输出端与一个保压培养筒3的一端之间设置一个通气针阀11；
如图3所示，每个所述保压培养筒3均包括气体密封端盖31、第一腔体32、第一活塞33和海水密封端盖34；
所述第一活塞33设置第一腔体32内部，将第一腔体32分为第一气体增压腔和保压培养腔；所述气体密封端盖31设置在第一气体增压腔的一端，所述海水密封端盖34设置在保压培养腔的一端；
所述第一多通阀2的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒3的气体密封端盖31连接，每个保压培养筒3的海水密封端盖34分别对应与第二多通阀4的一个输入端连接；
第一腔体32为钛合金圆筒结构，内置可移动的第一活塞33，第一活塞33上套设有O形密封圈，将第一腔体32隔离为第一气体增压腔和保压培养腔；气体增压单元1通过第一多通阀2向保压培养筒3的第一气体增压腔注入高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境。
所述保真监测单元包括三通阀8、四通阀5、保压缓冲筒6和监测分舱7；所述四通阀5的第一端口与第二多通阀4的输出端连接，四通阀5的第二端口与监测分舱7的输入端连接；所述四通阀5的第三端口与保压缓冲筒6的一端连接，保压缓冲筒6的另一端与三通阀8的第一端口连接；四通阀5的第四端口与三通阀8的第二端口连接，三通阀8的第三端口与气体增压单元1的第二输出端连接；所述保压缓冲筒6的另一端与三通阀8的第一端口之间设置一个通气针阀11；所述每个保压培养筒3的另一端与第二多通阀4的一个输入端之间设置一个取样针阀10；所述四通阀5的第三端口与保压缓冲筒6的一端之间设置一个取样针阀10；所述四通阀5的第二端口与监测分舱7的输入端之间设置一个取样针阀10；每个所述压力传感器12对应设置在一个取样针阀10的取样端；
如图4所示，所述保压缓冲筒6包括第一密封端盖61、第二腔体62、第二活塞63和第二密封端盖64；
所述第二活塞63设置第二腔体62内部，将第二腔体62分为第二气体增压腔和保压缓冲腔；所述第一密封端盖61设置在保压缓冲腔的一端，所述第二密封端盖64设置在第二气体增压腔的一端；
所述四通阀5的第三端口与保压缓冲筒6的第一密封端盖61连接，保压缓冲筒6的第二密封端盖64与三通阀8的第一端口连接；
第二腔体62为钛合金圆筒结构，内置可移动的第二活塞63，第二活塞63上套设有O形密封圈，将第二腔体62分为第二气体增压腔和保压缓冲腔；气体增压单元1通过三通阀8向保压缓冲筒6的第二气体增压腔注入高压氮气，实现深海培养样品的高压培养环境；保压培养筒3中的培养样品经第二多通阀4和四通阀5进入保压培养筒3的保压缓冲腔，实现培养样品的保压缓存。
如图5所示，所述监测分舱7包括第三密封端盖71、第四密封端盖72、舱体73、视窗74、拉曼光谱探头75、紫外分光探头76、分舱压力传感器77、水质传感器78和液面传感器79；
所述第三密封端盖71和第四密封端盖72分别设置在所述舱体73的两端，所述视窗74设置在所述舱体73的侧壁；所述液面传感器79均设置在第三密封端盖71的下表面，所述水质传感器78和分舱压力传感器77设置在第四密封端盖72的上表面，所述拉曼光谱探头75和紫外分光探头76均设置在视窗74上；
所述四通阀5的第二端口与监测分舱7的第四密封端盖72的下表面连接；
所述拉曼光谱探头75、紫外分光探头76、水质传感器78和液面传感器79的数据输出端均与采集控制单元9的输入端连接；
舱体73为钛合金圆筒结构，第四密封端盖72连通四通阀5，用于培养样品注入和流出；分舱压力传感器77和液面传感器79用于实时监测舱体73内培养样品的压力值和液面高度，用于反映舱体73内的样品量；拉曼光谱探头75、紫外分光探头76和水质传感器78实时监测舱体73内培养样品的多种理化参数；气体增压单元1通过三通阀8和四通阀5向舱体73注入高压氮气，实现深海培养样品的高压监测环境。
其中，所述水质传感器78包括甲烷传感器、二氧化碳传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、pH值传感器中的任意一种或多种；所述溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器和pH值传感器均为探针式传感器；
每个所述压力传感器12、拉曼光谱探头75、紫外分光探头76、水质传感器78和液面传感器79的数据输出端均与采集控制单元9的输入端连接，采集控制单元9的输出端分别与气体增压单元1的控制端、第一多通阀2的控制端、第二多通阀4的控制端、三通阀8的控制端、四通阀5的控制端连接。
实施例3
本实施例还提供了一种用于深海微生物培养的多序列保真监测方法，应用于实施例1或2所述的装置，如图6所示，包括：
S1：气体增压单元通过第一多通阀连接所有保压培养筒、通过三通阀连接保压缓冲筒、通过三通阀和四通阀连接监测分舱，通过氮气增压使所有保压培养筒、保压缓冲筒和监测分舱均维持在第一压力值；
S2：选定待监测的保压培养筒，开启第一多通阀对应的输出端，气体增压单元向待监测的保压培养筒进行氮气增压，使第一气体增压腔的压力提高至第二压力值；
S3：开启第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，连通保压培养筒和保压缓冲筒；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压培养筒中的第一活塞推动保压培养腔中的培养样品注入保压缓冲筒的保压缓冲腔中；
S4：关闭第二多通阀对应的输入端和输出端、以及四通阀的第一端口，开启三通阀的第一端口和第三端口，气体增压单元向保压缓冲筒进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；
S5：开启四通阀的第二端口，连通保压缓冲筒和监测分舱；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压缓冲筒中的第二活塞将保压缓冲腔中的培养样品注入监测分舱的舱体中；
S6：当培养样品到达监测分舱中的液面传感器时，关闭四通阀的第二端口和第三端口；拉曼光谱探头、紫外分光探头、分舱压力传感器、水质传感器对培养样品进行监测，并将获得的监测结果传输至采集控制单元；
S7：气体增压单元对保压缓冲筒进行减压，使第二气体增压腔的压力降低至第三压力值；
S8：开启四通阀的第二端口和第三端口，连通保压缓冲筒和监测分舱；在第一压力值和第三压力值的压差下，保压缓冲筒中的第二活塞将监测分舱中的培养样品吸回至保压缓冲腔，关闭四通阀的第二端口和第三端口；
S9：气体增压单元对保压缓冲筒进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；气体增压单元对待监测的保压培养筒进行减压，使第一气体增压腔的压力降低至第一压力值；
S10：开启第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，连通保压培养筒和保压缓冲筒；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压缓冲筒中的第二活塞推动保压缓冲腔中的培养样品注入保压缓冲腔的保压培养腔中；
S11：关闭第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，隔离保压培养筒，完成单序列保真监测；
S12：更新选定的待监测的保压培养筒，重复步骤S2-S11，实现多序列保真监测。
在具体实施过程中，深海培养样品保压长周期培养的期间，定期查看保压培养单元中的压力传感器的压力值，并通过第一多通阀连接气体增压单元，确保多序列培养体系的保压环境维持于深海原位压力值，即第一压力值；保真监测过程中，保真监测单元通过三通阀和四通阀连接气体增压单元，通过氮气增压使监测分舱和保压缓冲筒的第二气体增压腔的压力值也升高至第一压力值，此时保压培养单元和保真监测单元之间无压力差。
选定待监测的保压培养筒，开启第一多通阀对应的输出端，气体增压单元向待监测的保压培养筒进行氮气增压，使第一气体增压腔的压力提高至第二压力值；同时开启第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，连通保压培养筒和保压缓冲筒，由于保压培养腔的压力值高于保压缓冲腔的压力值，在压力差的作用下第一活塞推动保压培养腔中的培养样品注入保压缓冲腔。
培养样品转移完成后，关闭第二多通阀对应的输入端和输出端、以及四通阀的第一端口，气体增压单元向保压缓冲筒进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；开启四通阀的第二端口，连通保压缓冲筒和监测分舱，由于保压缓冲腔的压力值高于监测分舱的压力值，在压力差的作用下第二活塞推动保压缓冲腔中的培养样品注入监测分舱中；利用液面传感器判断培养样品是否注满，注满后闭四通阀的第二端口和第三端口，停止注样。监测分舱的视窗的材料为蓝宝石，视窗外的拉曼光谱探头监测获得培养样品的硫酸盐浓度、硫化氢浓度和甲酸浓度，紫外分光探头监测获得培养样品的OD600、硝酸盐浓度、溶解性有机质和总有机碳浓度，水质传感器监测获得培养样品的甲烷浓度、二氧化碳浓度、溶解氧浓度、pH值、电导率、温度。水质传感器、拉曼光谱探头和紫外分光探头的数据输出端与采集控制单元连接，将监测结果传输至采集控制单元进行解算。
保真监测作业结束后，需要将监测分舱中的培养样品重新回收到保压培养筒中；气体增压单元对保压缓冲筒进行减压，使第二气体增压腔的压力降低至第三压力值，并开启四通阀的第二端口和第三端口，连通保压缓冲筒和监测分舱，由于监测分舱的压力值高于保压缓冲腔的压力值，在压力差下第二活塞移动，将监测分舱中的培养样品吸取注回保压缓冲腔，关闭四通阀的第二端口和第三端口。
气体增压单元对保压缓冲筒进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值，同时气体增压单元对待监测的保压培养筒进行减压，使第一气体增压腔的压力降低至第一压力值；开启第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，连通保压培养筒和保压缓冲筒，由于保压缓冲腔的压力值高于保压培养腔的压力值，保压缓冲筒中的第二活塞推动保压缓冲腔中的培养样品注入保压缓冲腔的保压培养腔中，关闭第二多通阀对应的输入端和输出端，以及四通阀的第一端口和第三端口，隔离保压培养筒，单词保真监测完成。
基于以上样品回收过程，在保压缓冲腔加入培养基或营养物质，可实现对保压培养单元的补料作业；单次保真监测完成后，对保真监测单元进行拆卸并清理，重新连接后，切换开启第二多通阀对应的输入端，对剩余的保压培养筒进行取样保真监测。
本实施例提供的方法可实现深海微生物的富集培养、低损耗保真取样和监测，提高了培养样品监测的真实性，低损耗能够提高培养样品的取样频率，延长了深海微生物富集培养过程的时间周期。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，其特征在于，包括气体增压单元(1)、保压培养单元、保真监测单元和采集控制单元(9)；
所述保压培养单元包括第一多通阀(2)、若干个保压培养筒(3)和第二多通阀(4)；所述第一多通阀(2)的输入端与气体增压单元(1)的第一输出端连接，第一多通阀(2)的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒(3)的一端连接，每个保压培养筒(3)的另一端分别对应与第二多通阀(4)的一个输入端连接；
所述保真监测单元包括四通阀(5)、三通阀(8)、保压缓冲筒(6)和监测分舱(7)；所述四通阀(5)的第一端口与第二多通阀(4)的输出端连接，四通阀(5)的第二端口与监测分舱(7)的输入端连接；所述四通阀(5)的第三端口与保压缓冲筒(6)的一端连接，保压缓冲筒(6)的另一端与三通阀(8)的第一端口连接；四通阀(5)的第四端口与三通阀(8)的第二端口连接，三通阀(8)的第三端口与气体增压单元(1)的第二输出端连接；
所述采集控制单元(9)的输入端与监测分舱(7)的数据输出端连接，采集控制单元(9)的输出端分别与气体增压单元(1)的控制端、第一多通阀(2)的控制端、第二多通阀(4)的控制端、三通阀(8)的控制端、四通阀(5)的控制端连接；
每个所述保压培养筒(3)均包括气体密封端盖(31)、第一腔体(32)、第一活塞(33)和海水密封端盖(34)；
所述第一活塞(33)设置在第一腔体(32)内部，将第一腔体(32)分为第一气体增压腔和保压培养腔；所述气体密封端盖(31)设置在第一气体增压腔的一端，所述海水密封端盖(34)设置在保压培养腔的一端；
所述第一多通阀(2)的若干个输出端分别对应与一个保压培养筒(3)的气体密封端盖(31)连接，每个保压培养筒(3)的海水密封端盖(34)分别对应与第二多通阀(4)的一个输入端连接；
所述保压缓冲筒(6)包括第一密封端盖(61)、第二腔体(62)、第二活塞(63)和第二密封端盖(64)；
所述第二活塞(63)设置在第二腔体(62)内部，将第二腔体(62)分为第二气体增压腔和保压缓冲腔；所述第一密封端盖(61)设置在保压缓冲腔的一端，所述第二密封端盖(64)设置在第二气体增压腔的一端；
所述四通阀(5)的第三端口与保压缓冲筒(6)的第一密封端盖(61)连接，保压缓冲筒(6)的第二密封端盖(64)与三通阀(8)的第一端口连接。
2.根据权利要求1所述的用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，其特征在于，所述监测分舱(7)包括第三密封端盖(71)、第四密封端盖(72)、舱体(73)、视窗(74)、拉曼光谱探头(75)、紫外分光探头(76)、分舱压力传感器(77)、水质传感器(78)和液面传感器(79)；
所述第三密封端盖(71)和第四密封端盖(72)分别设置在所述舱体(73)的两端，所述视窗(74)设置在所述舱体(73)的侧壁；所述液面传感器(79)均设置在第三密封端盖(71)的下表面，所述水质传感器(78)和分舱压力传感器(77)设置在第四密封端盖(72)的上表面，所述拉曼光谱探头(75)和紫外分光探头(76)均设置在视窗(74)上；
所述四通阀(5)的第二端口与监测分舱(7)的第四密封端盖(72)的下表面连接；
所述拉曼光谱探头(75)、紫外分光探头(76)、水质传感器(78)和液面传感器(79)的数据输出端均与采集控制单元(9)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，其特征在于，所述水质传感器(78)包括甲烷传感器、二氧化碳传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、pH值传感器中的任意一种或多种。
4.根据权利要求3所述的用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，其特征在于，所述溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器和pH值传感器均为探针式传感器。
5.根据权利要求1所述的用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，其特征在于，所述装置还包括若干个取样针阀(10)和若干个通气针阀(11)；
所述第一多通阀(2)的每个输出端与一个保压培养筒(3)的一端之间设置一个通气针阀(11)；
所述保压缓冲筒(6)的另一端与三通阀(8)的第一端口之间设置一个通气针阀(11)；
所述每个保压培养筒(3)的另一端与第二多通阀(4)的一个输入端之间设置一个取样针阀(10)；
所述四通阀(5)的第三端口与保压缓冲筒(6)的一端之间设置一个取样针阀(10)；
所述四通阀(5)的第二端口与监测分舱(7)的输入端之间设置一个取样针阀(10)。
6.根据权利要求1所述的用于深海微生物培养的多序列保真监测装置，其特征在于，所述装置还包括若干个压力传感器(12)；
每个所述压力传感器(12)对应设置在一个取样针阀(10)的取样端，每个所述压力传感器(12)的数据输出端均与采集控制单元(9)的输入端连接。
7.一种用于深海微生物培养的多序列保真监测方法，应用于权利要求2所述的装置，其特征在于，包括：
S1：气体增压单元(1)通过第一多通阀(2)连接所有保压培养筒(3)、通过三通阀(8)连接保压缓冲筒(6)、通过三通阀(8)和四通阀(5)连接监测分舱(7)，通过氮气增压使所有保压培养筒(3)、保压缓冲筒(6)和监测分舱(7)均维持在第一压力值；
S2：选定待监测的保压培养筒(3)，开启第一多通阀(2)对应的输出端，气体增压单元(1)向待监测的保压培养筒(3)进行氮气增压，使第一气体增压腔的压力提高至第二压力值；
S3：开启第二多通阀(4)对应的输入端和输出端，以及四通阀(5)的第一端口和第三端口，连通保压培养筒(3)和保压缓冲筒(6)；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压培养筒(3)中的第一活塞(33)推动保压培养腔中的培养样品注入保压缓冲筒(6)的保压缓冲腔中；
S4：关闭第二多通阀(4)对应的输入端和输出端、以及四通阀(5)的第一端口，开启三通阀(8)的第一端口和第三端口，气体增压单元(1)向保压缓冲筒(6)进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；
S5：开启四通阀(5)的第二端口，连通保压缓冲筒(6)和监测分舱(7)；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压缓冲筒(6)中的第二活塞(63)将保压缓冲腔中的培养样品注入监测分舱(7)的舱体(73)中；
S6：当培养样品到达监测分舱(7)中的液面传感器(79)时，关闭四通阀(5)的第二端口和第三端口；拉曼光谱探头(75)、紫外分光探头(76)、分舱压力传感器(77)、水质传感器(78)对培养样品进行监测，并将获得的监测结果传输至采集控制单元(9)；
S7：气体增压单元(1)对保压缓冲筒(6)进行减压，使第二气体增压腔的压力降低至第三压力值；
S8：开启四通阀(5)的第二端口和第三端口，连通保压缓冲筒(6)和监测分舱(7)；在第一压力值和第三压力值的压差下，保压缓冲筒(6)中的第二活塞(63)将监测分舱(7)中的培养样品吸回至保压缓冲腔，关闭四通阀(5)的第二端口和第三端口；
S9：气体增压单元(1)对保压缓冲筒(6)进行氮气增压，使第二气体增压腔的压力提高至第二压力值；气体增压单元(1)对待监测的保压培养筒(3)进行减压，使第一气体增压腔的压力降低至第一压力值；
S10：开启第二多通阀(4)对应的输入端和输出端，以及四通阀(5)的第一端口和第三端口，连通保压培养筒(3)和保压缓冲筒(6)；在第二压力值与第一压力值的压力差下，保压缓冲筒(6)中的第二活塞(63)推动保压缓冲腔中的培养样品注入保压培养筒(3)的保压培养腔中；
S11：关闭第二多通阀(4)对应的输入端和输出端，以及四通阀(5)的第一端口和第三端口，隔离保压培养筒(3)，完成单序列保真监测；
S12：更新选定的待监测的保压培养筒(3)，重复步骤S2-S11，实现多序列保真监测。
8.根据权利要求7所述的用于深海微生物培养的多序列保真监测方法，其特征在于，所述拉曼光谱探头(75)对培养样品进行监测，获得培养样品的硫酸盐浓度、硫化氢浓度和甲酸浓度；
所述紫外分光探头(76)对培养样品进行监测，获得培养样品的OD600、硝酸盐浓度、溶解性有机质和总有机碳浓度；
所述水质传感器(78)对培养样品进行监测，获得培养样品的甲烷浓度、二氧化碳浓度、溶解氧浓度、pH值、电导率、温度中的一种或多种。
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