一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法

技术特征：
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.根据权利要求书1所述的悬浮纯菌预消氧过程，其特点在于，使用特定悬浮纯菌(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。3.根据权利要求书1所述的控制电压先后形成内外层生物膜过程，其特点在于，选用电活性优异的纯菌作为内层的理想菌种(包括geobacter anodireducens、geobacter sulfurreducens、geobacter metallireducens、geobacter lovleyi)，并严格控制菌种的接种时间(悬浮纯菌消氧5-10小时后)以及菌种的接种顺序(先接种电活性微生物形成电活性生物膜内核，再接种混菌形成杂菌生物膜外壳)，形成的内外层结构分明的生物膜不仅提高了电活性性能，还增强了生物膜对环境的耐受能力，应用前景更加广泛。4.根据权利要求书1所述的控制电压先后形成内外层生物膜过程，其特点在于，针对接种菌种的不同顺序，控制电路并设置不同的培养电压，设定电压从-0.8v～-0.2v梯度变化形成电活性生物膜内核，设定恒电位0v(ag/agcl参比)形成生物膜外壳，通过控制电路电压，高效地形成生物膜的内外层。5.根据权利要求书1所述的调控微氧环境过程，其特点在于，利用微量氧气自动匹配外层辅助产电的非电活性菌层，微量的氧气能够促进好氧菌协助内层电活性微生物进行电子传递，形成致密的高电活性分层混合生物膜。

技术总结
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。实时在线监测。


技术研发人员：王鑫 苏荟娟 李楠
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2022.04.12
技术公布日：2022/7/1