强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤及制作方法与流程

本发明涉及空心光纤及制作方法，具体涉及强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤及制作方法。

背景技术：

光合微藻是集生物能源、生物固碳和氮磷废水处理等多种功能于一体，在国际上被认为是一种最具有潜力的碳减排方法和可再生能源。

目前，微藻培养的主要方式有悬浮液培养与固定化细胞培养两种类型。用于悬浮液培养的生物反应器特征是藻细胞在培养液中呈悬浮态，细胞与培养液间的传质阻力较小，但是细胞具有较强的运动性，导致反应器内微藻持有量较低，采收成本高。细胞固定化培养技术是指利用物理或化学手段将具有催化活性的游离细胞限制或定位于一定的空间内，使其保持活性并可反复使用的一种生物强化技术。光合微藻的固定化培养可有效解决生物量产率低及采收成本高的问题，同时降低投资成本和水电消耗、减少污染机率。微藻固定化培养技术主要包括生物膜法、包埋细胞颗粒法及絮凝颗粒法等。其中将生物膜方法应用于光合微藻高密度培养中具有：固定藻量较多，微藻活性高；无包埋颗粒中存在的包埋剂化学毒性，也不存在絮凝颗粒反应器中悬浮固体容易堵塞反应器的问题；藻分离采收方便、无污染、纯度高。因此，将光生物膜技术应用于微藻固定化培养被认为是一种有效的高密度微藻培养方法。影响光合微藻生物膜生长特性的主要参数有培养基离子浓度、co2浓度、光照条件、温度以及载体表面性质等。目前提高光合微藻生物量收益及其藻品质的方法主要是在微藻最优生长条件下通过改变光照、温度和载体表面性质来强化微藻吸附及生物膜生长。

光是决定单位面积或单位体积微藻产量的重要因子。光强对藻细胞生长或细胞活性的影响较复杂，当细胞处于临界光强以下时，细胞生长受到限制，细胞密度下降；但在高光强条件下，光抑制又成为影响细胞生长的重要因素。因此，为有效提高藻细胞的产率，理论上应保持饱和光强均匀地分布在光生物反应器内。而在藻细胞培养体系中，由于细胞间相互遮挡和细胞色素对光的吸收，引起光在藻液内衰减，导致光在培养体系中不均匀分布，光能利用率低，且微藻生生过程受光限制。为改善反应器内光照条件，提高光能的传输效率与利用效率及生物膜量，申请号为cn201310191878.3发明专利名称为增强发光强度、均匀性及微生物吸附的空心发光光纤,公开了一种增强发光强度、均匀性及微生物吸附的空心发光光纤，将该光纤作为光合产氢细菌的生长载体，可直接将光能作用于微生物细胞，提高了光利用效率，同时由于光纤表面粗糙且含有光合产氢细菌培养基，增强了细菌的吸附能力、生物膜与光纤之间的紧密度以及生物膜活性，但是该光纤载体表面发热量低，即不能给微生物细胞直接提供热能，且不能实现光分频利用；因此，该光纤载体光能利用率及强化细胞吸附与生物膜生长的效率低。

微藻吸附及生物膜生长过程除受光照条件影响外，还受反应器其它操作条件(如温度、碳源、ph、营养物成分与浓度等)和载体表面物理化学性质的影响。研究表明在中性环境和底物浓度充足的条件下，温度和载体表面物理化学性质是影响藻细胞吸附及生长的重要因素。光合细胞是在光合反应中心酶的参与下通过光生化反应将碳源降解并转化为脂肪、蛋白质或多糖，细胞内的酶对温度非常敏感，过高或过低的温度都将影响到酶的活性，进而影响生化反应速率和生长过程。虽然不同的藻种对温度有选择性，但优化获取藻细胞生长所需的最适温度，特别是当环境温度低于微藻最适温度范围时将其调控到最适值，对强化藻细胞生长和提高藻品质具有重要的工程意义。目前，人们在实验中主要是采用循环水浴控制温度的设计方式，然而，高能耗的缺点限制了这一技术的工业化应用。有的则利用安装在反应器进液口处的加热棒和反应器内布置的t型热电偶来控制进入反应器内的溶液温度；这种方法可以有效避免热损失，但这种加热方式对于生物膜式反应器而言，存在培养基、微藻生物膜及载体传热过程，限制了热量对藻细胞作用的效率。同时，目前在对生化转化过程温度调控时，并未考虑细胞代谢热和光辐射热以及由昼夜或季节环境温差变化对载体界面及其邻近区域温度变化的影响。因此，现有生物膜光生化转化过程关于温度调控的手段非常落后，且调控过程耗能、不经济、热利用效率低，严重制约了生物膜技术的工业化运用。因此，发明一种通过控制载体表面温度用于强化热能在生物膜内的传递和转换，对提高热能利用效率与转换效率，强化藻细胞吸附与生物膜生长都具有重要的科学意义和实用价值。

技术实现要素：

针对上述已有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤及制作方法。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个技术方案，一种强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层；其特征在于：光纤纤芯为空气；光纤包层为石英；在光纤包层的外表面设置有涂覆层i，涂覆层i为nd2o3透明介质薄膜；涂覆层i的外表面设置有涂覆层ii，涂覆层ii为ag–sio2复合介质薄膜；涂覆层ii的外表面设置有涂覆层iii，外层涂覆层iii为geo2–琼脂–微藻培养基杂化介质薄膜。

光纤纤芯及包层起光传输作用。涂覆层i为可见光透明薄膜，可见光透射比等于1，主要用于增强ag–sio2复合介质薄膜与在光纤表面的附着强度，同时将光纤包层中传输的光束耦合进入涂覆层i。涂覆层ii的主要是用于产生热辐射和光辐射；其中，ag粒子主要是用于产生表面等离子激元共振吸收，而产生热辐射；sio2纳米颗粒主要是用于调节涂覆层ii产热效率及升温速率。涂覆层iii中geo2纳米颗粒主要是用于增强光纤表面发光强度及涂覆层iii的机械性能及粗糙度；琼脂主要是增强微藻生物膜底物及产物传输速率；微藻培养基主要是为微藻细胞提供部分营养底物。

本发明由于涂覆层ii中含有ag粒子，当光束传输到ag粒子表面时会产生表面等离子激元共振吸收，而产生热辐射，从而为微藻细胞生长及代谢提供热能，促进微藻细胞吸附及生物膜生长。同时，由于ag粒子联合涂覆层i中的nd2o3薄膜只吸收480–640nm的光束，而剩余的400-480nm及640-700nm的光束可传输到光纤表面，且400–480nm及640–700nm的光束恰好为微藻细胞产生光合作用的光谱吸收区，因此，该光纤实现了400–700nm光谱范围内的光分频利用，提高了光利用效率。此外，该光纤表面的发热强度及升温速率可通过调节涂覆层ii中ag纳米粒子与sio2纳米粒子之间的比例来进行调控；该光纤表面的发光强度可通过调节涂覆层ii中ag纳米粒子与sio2纳米粒子之间的比例，以及涂覆层iii中geo2纳米粒子的含量来进行调控；该光

2纳米粒子及琼脂糖的含量来进行调控。由于本发明光纤由于具有优良的发光发热特性，同时光纤表面粗糙且含有培养基及琼脂，这些优点能增强光能、热能、底物及产物的传递，提高微藻细胞吸附能力、生物膜活性及生长速率。本发明可广泛运地用于细胞固定化培养、生物技术及光热生物化学反应等领域。

根据本发明所述的强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的优选方案，空心光纤尾端为半球状。用于增强光纤表面的发光发热强度。

根据本发明所述的强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的优选方案，涂覆层ii为ag–sio2复合介质薄膜，ag纳米粒子的尺寸为20–50nm，sio2纳米粒子的尺寸为5–10nm。

本发明中ag纳米粒子的尺寸为20–50nm，当光束入射到ag粒子时将产生表面等离子激元共振吸收，其吸收光谱范围为480–640nm；ag粒子中的电子吸收光子后将从基态跃迁到激发态，再由激发态跃迁回基态时释放热能，产生热辐射，从而为微藻细胞提供热能。

根据本发明所述的强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的优选方案，外层涂覆层iii为geo2–琼脂–微藻培养基杂化介质薄膜，geo2纳米粒子的尺寸为50–80nm。如果给光纤提供入射光源的光谱范围为400–700nm，本发明光纤可实现400–700nm光谱范围内的光分频利用，即将480–640nm光谱范围内的光束用于产热，从而为微藻细胞提供热能，将400–480nm及640–700nm光谱范围内的光束用于微藻细胞光合作用，从而为微藻细胞提供光能。

根据本发明的第二个技术方案，一种强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的制作方法，其特征在于：包括如下步骤

a、选取空心石英管作为空心光纤的基材，该空心石英管的后端密封。

b、涂覆层i的制作

b1、在真空环境下,通过蒸发沉积方法在空心石英管表面上沉积稀土nd薄膜。

b2、对沉积的nd薄膜进行加热氧化，nd薄膜完全氧化后成为nd2o3薄膜。

c、涂覆层ii的制作步骤如下：

c1、无氰镀银液的制备方法为：将硝酸银、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钾、乙酸胺、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠在超声波搅拌下溶于去离子水中，并采用naoh或者hcl将混合溶液的ph值调节至5–6，取其上清液，该上清液即为无氰镀银液。

c2、纳米sio2分散液的制备方法为：将直径为5–10nm的纳米sio2粒子先用重蒸纯化的无水乙醇清洗，再真空干燥，然后用去离子水润湿干燥后的纳米sio2粒子；再用超声波分散润湿后的纳米sio2粒子，并向润湿后的纳米sio2粒子中加入阳离子表面活性剂，继续超声分散，该完全分散后的溶液即为纳米sio2分散液。

c3、含ag离子和纳米sio2粒子混合镀液的制备方法为：将制备好的纳米sio2分散液加入到无氰镀银液中，然后向已加入纳米sio2分散液的无氰镀银液中加入阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂；然后将混合溶液的ph值调整至5–6，并在超声波条件下继续超声分散，得到含ag离子和纳米sio2粒子的混合镀液。

c4、ag-sio2复合介质薄膜的制备方法：采用电沉积方法对已涂覆涂覆层i的空心石英管表面制备ag-sio2复合介质薄膜。

d、涂覆层iii的制作步骤如下：

d1、类球形geo2纳米粒子的制备方法：首先将geo2粉末加入到氨水与去离子水的混合液中，在机械震荡下进行反应，待geo2粉末完全溶解后，将geo2溶解液冷却至室温，然后采用液相沉积方法，将稀盐酸缓慢滴加到geo2溶解液中，当geo2溶解液的ph为1.2–1.6时，停止滴加稀盐酸，并保持滴加有稀盐酸的geo2溶解液在避光的条件下静置，使其geo2晶体自由生长；在geo2晶体生长成熟后将上清液排尽，用重蒸纯化的无水乙醇清洗geo2晶体，采用玻璃研磨棒研磨geo2晶体，最后将研磨后的geo2晶体在真空干燥箱中干燥，再次采用玻璃研磨棒研磨干燥后的geo2晶体，得到几何尺寸为50–80nm的类球形geo2纳米粒子。

d2、制备微藻培养基溶液。

d3、geo2-琼脂-微藻培养基溶胶的制备：将微藻培养基溶液加热，并向微藻培养基溶液中加入琼脂糖，在机械搅拌下至完全溶解，将溶解后的琼脂-培养基液溶液加入类球形geo2纳米粒子，在机械搅拌下使其均匀混合，即获得geo2-琼脂-微藻培养基溶胶。

d4、geo2-琼脂-微藻培养基涂覆层iii的制备：首先利用镀膜提拉方法，对已具有涂覆层i及涂覆层ii的空心石英管表面镀上geo2-琼脂-微藻培养基薄膜；然后将镀有geo2-琼脂-微藻培养基薄膜的空心石英管在真空干燥箱中干燥。

e、结束。

根据本发明所述的强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的制作方法的优选方案，步骤c1中硝酸银、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钾、乙酸胺、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠的质量比为(4～4.5)：(20～25)：(4～5)：(2～3)：(0.06～0.08)：(0.0025～0.0035)：(0.08～0.09)：(0.9～1.1)。

步骤c2中纳米sio2粒子与阳离子表面活性剂的质量比为(1000～3000)：(0.4～0.6)。

步骤c3中sio2分散液与无氰镀银液的配比比例为(40～85)：(800～1200)；在已加入sio2分散液的无氰镀银液中按(0.08～0.2)mg/l加入阳离子表面活性剂和按(70～130)mg/l加入非离子表面活性剂。

步骤d1中geo2粉末按(40～60)g/l加入到氨水与去离子水的混合液中，氨水与去离子水的配比为(2～10)：(90～98)。

步骤d3中微藻培养基溶液与琼脂糖的比例为100：(0.9～5)，琼脂-培养基液与类球形geo2纳米粒子的质量比为(8～11)：(0.09～1.2)。

本发明所述的强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤及制作方法的有益效果是，本发明结构独特，制作方法简单，微型化；具有优良的发光发热特性，同时光纤表面粗糙且含有培养基及琼脂，能增强光能、热能、底物及产物的传递，提高微藻细胞吸附能力、生物膜活性及生长速率，可广泛应用于生物、能源等领域。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明。

图1是本发明所述的强化微藻细胞吸附及生物膜生长的发光发热空心光

纤的结构示意图。

图2是发光光谱范围为400–700nm的光束在空心光纤中的传播路径。

图3是发光光谱范围为400–480nm和640–700nm的光束在空心光纤中的传播路径。

具体实施方式

参见图1，一种强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤，包括光纤纤芯1和包裹光纤纤芯1的光纤包层2；光纤纤芯1为空气；光纤包层为石英；在光纤包层2的外表面设置有涂覆层i，涂覆层i3为nd2o3透明介质薄膜；涂覆层i3的外表面设置有涂覆层ii4，涂覆层ii4为ag–sio2复合介质薄膜，ag纳米粒子的尺寸为20–50nm，sio2纳米粒子的尺寸为5–10nm；涂覆层ii的外表面设置有涂覆层iii5，外层涂覆层iii5为geo2–琼脂–微藻培养基杂化介质薄膜，geo2纳米粒子的尺寸为50–80nm，该空心光纤尾端7为半球状。

图2和图3中虚线表示入射光束在当地分界面发生反射和折射时，反射光或折射光光强小于入射光光强50％时的光传输路径；本发明发光发热原理是：光束在空心光纤中的传播路径如图2所示，入射光束i1_0的光谱范围为400–700nm。从图2中可以看出，入射光束i1_0由光纤输入端6入射进入光纤后，首先传输到达纤芯1与包层2的分界面，在该界面上发生第一次反射和折射，即形成折射光束i1_1与反射光i1_2。折射光束i1_1进入光纤包层2，传输到光纤包层2与涂覆层i3的分界面，在该界面上发生第二次反射和折射，由于涂覆层i3的折射率大于光纤包层2的折射率，且可见光透射比等于1，因此，i1_1主要折射进入涂覆层i3，即以折射光ii_3为光学路径在涂覆层i3中传输；当折射光i1_3传输到涂覆层i3与涂覆层ii4的分界面时，在该界面上发生第三次反射和折射，由于涂覆层i3为透明薄膜，且可见光透射比等于1，因此，折射光i1_3将再次被耦合进入涂覆层ii4，以折射光i1_4为光学路径在涂覆层ii4中进行传输；当折射光i1_4传输到涂覆层ii4与涂覆层iii5的分界面时，在该界面上发生第四次反射和折射，由于涂覆层iii5中geo2的折射率高于涂覆层ii4中sio2的折射率，因此，当光束i1_4由涂覆层ii4中sio2传输到涂覆层iii5中geo2时，将主要产生折射，以折射光i1_5为光学路径在涂覆层iii5中进行传输；当折射光i1_5传输到涂覆层iii5与外界环境介质的分界面时，部分光束折射进入微藻生物膜，以折射光i1_6为光学路径在生物膜中进行传输，为微藻细胞提供光能。图2中，所有界面反射光均都将沿着光纤向前传输；例如，界面反射光i1_2将沿光纤继续向前传播，当i1_2传输到光纤尾端时被再次反射回光纤，以反射光i1_7为光学路径沿着与光纤传输，但是反射光i1_7与入射光i1_0的传输方向相反；虽然反射光i1_7与入射光i1_0的传输方向相反，但是反射光i1_7也将以热辐射和光辐射的方式在光纤涂覆层iii5的表面耗散，从而增强光纤涂覆层iii5表面的光能及热能。

图2和图3的区别是：折射光i1_4入射到ag–sio2复合介质薄膜即涂敷层ii中的sio2纳米粒子，由于sio2纳米粒子对光谱范围为400–700nm的光束不产生吸收，因此，400–700nm光谱范围内的所有光将被折射进入涂敷层iii，以折射光i1_5为光学路径在涂覆层iii5中进行传输；当折射光1_5传输到涂覆层iii5与外界环境介质即与微藻生物膜的分界面时，以折射光i1_6为光学路径进入微藻生物膜，为微藻细胞提供光能，此时，i1_6包含400–480nm光谱范围内所有波长的光束。同时，由于i1_4在涂敷层ii中，未入射到ag粒子，从而不会释放热能；因此，入射光束i1_0在光纤中虽然不利于产热热辐射，但是会增强光纤表面的发光性能。

图3中，折射光i2_4入射到ag–sio2复合介质薄膜即涂敷层ii中的ag纳米粒子，由于ag粒子对折射光i2_4光谱中480–640nm的光会产生表面等离子激元共振吸收，吸收光子的光子会促使ag粒子中的电子从基态跃迁到激发态，不稳定的电子将由激发态跃迁回基态，从而释放热能，产生热辐射，从而为微藻细胞提供热能。因此，当折射光i2_4传输到涂覆层ii4与涂覆层iii5界面时，折射光i2_4中不再包含有480–640nm的光谱，而只剩下400–480nm和640–700nm的光谱。由于折射光i2_4中不再包含有480–640nm的光谱，因此，折射光i2_5及折射光i2_6中也不再包含有480–640nm的光谱，即入射光束i2_0在光谱范围为600–700nm进入光纤之后，实现了光分频利用，将480–640nm光谱范围内的光束用于热辐射，为微藻细胞提供热能，将400–480nm及640–700nm光谱范围内的光束用于光辐射，为微藻细胞提供光能。由于入射光束i2_0中部分光束产生了热辐射，因此，入射光束i2_0在光纤中虽然不利于光辐射，但是会增强光纤表面的热辐射强度。

此外，从图2和图3中还可以看出，光纤发热强度主要受涂敷层ii4中ag粒子和sio2粒子的含量控制；此外，光纤表面发光强度除受涂敷层ii4中ag粒子和sio2粒子的含量控制以外，还受涂敷层iii5中geo2粒子的含量控制。因此，通过调节涂敷层ii4中ag粒子和sio2粒子的含量，可调控光纤表面的热辐射强度及光纤表面温度；通过调节涂敷层ii4中ag粒子和sio2粒子的含量及涂敷层iii5中geo2粒子的含量，可调控光纤表面的发光强度，从而获得高性能表面发光发热的空心光纤。

实施例1：一种强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、选取空心石英管作为空心光纤的基材，该空心石英管的后端密封。

b、涂覆层i3的制作

b1、在真空环境下,通过蒸发沉积方法在空心石英管表面上沉积稀土nd薄膜。

b2、对沉积的稀土nd薄膜进行加热氧化，稀土nd薄膜完全氧化后成为nd2o3薄膜。

c、涂覆层ii4的制作步骤如下：

c1、无氰镀银液的制备：将硝酸银、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钾、乙酸胺、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠在超声波搅拌下溶于去离子水中，并采用naoh或者hcl将混合溶液的ph值调节至5–6，取其上清液，该上清液即为无氰镀银液；阴离子表面活性剂可以选用烷基苯磺酸盐、烷基磺酸酯盐、烷基磺酸盐、烷基硫酸盐等，如烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠和烷基磺酸钠等；非离子表面活性剂可以选用有聚氧乙烯型和多元醇型两类，如烷基酚聚氧乙烯醚和聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚(乙二醇)等。

c2、纳米sio2分散液的制备：将直径为5–10nm的纳米sio2粒子先用重蒸纯化的无水乙醇清洗，再真空干燥，然后用去离子水润湿干燥后的纳米sio2粒子；再用超声波分散润湿后的纳米sio2粒子，并向润湿后的纳米sio2粒子中加入阳离子表面活性剂，继续超声分散，该完全分散后的溶液即为纳米sio2分散液。

c3、含ag离子和纳米sio2粒子混合镀液的制备：将制备好的纳米sio2分散液加入到无氰镀银液中，然后向已加入纳米sio2分散液的无氰镀银液中加入阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂；再将混合溶液的ph值调整至5–6，并在超声波条件下继续超声分散，得到含ag离子和纳米sio2粒子的ag-sio2混合镀液；阳离子表面活性剂可以选用含氮的有机衍生物，如十二烷基三甲基溴化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵等。

c4、ag-sio2复合介质薄膜的制备方法：利用步骤c3得到的ag-sio2混合镀液，采用电沉积方法对已具有涂覆层i3的空心石英管表面制备ag-sio2复合介质薄膜。

d、涂覆层iii5的制作步骤如下：

d1、类球形geo2纳米粒子的制备：首先将geo2粉末加入到氨水与去离子水的混合液中，在机械震荡下进行反应，待geo2粉末完全溶解后，将geo2溶解液冷却至室温，然后采用液相沉积方法，将稀盐酸缓慢滴加到geo2溶解液中，当geo2溶解液的ph为1.2–1.6时，停止滴加稀盐酸，并保持滴加有稀盐酸的geo2溶解液在避光的条件下静置，使其geo2晶体自由生长；在geo2晶体生长成熟后将上清液排尽，用重蒸纯化的无水乙醇清洗geo2晶体，采用玻璃研磨棒研磨geo2晶体，最后将研磨后的geo2晶体在真空干燥箱中干燥，再次采用玻璃研磨棒研磨干燥后的geo2晶体，得到几何尺寸为50–80nm的类球形geo2纳米粒子。

d2、制备微藻培养基溶液。具体应用时，针对不同的微藻，配备不同的微藻培养基。

d3、geo2-琼脂-微藻培养基溶胶的制备：将微藻培养基溶液加热，并向微藻培养基溶液中加入琼脂糖，在机械搅拌下至完全溶解，将溶解后的琼脂-培养基液溶液加入类球形geo2纳米粒子，在机械搅拌下使其均匀混合，即获得geo2-琼脂-微藻培养基溶胶。

d4、geo2-琼脂-微藻培养基涂覆层iii5的制备：用步骤d3获得的geo2-琼脂-微藻培养基溶胶，采用镀膜提拉方法，对已具有涂覆层i3及涂覆层ii4的空心石英管表面镀上geo2-琼脂-微藻培养基薄膜；然后将镀有geo2-琼脂-微藻培养基薄膜的空心石英管放在真空干燥箱中干燥后，即获得强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤。

e、结束。

实施例2：按实施例1的步骤，其中：步骤c1中硝酸银、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钾、乙酸胺、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠的质量比为(4～4.5)：(20～25)：(4～5)：(2～3)：(0.06～0.08)：(0.0025～0.0035)：(0.08～0.09)：(0.9～1.1)。

步骤c2中纳米sio2粒子与阳离子表面活性剂的质量比为(1000～3000)：(0.4～0.6)。

步骤c3中sio2分散液与无氰镀银液的配比比例为(40～85)g：(800～1200)ml；在已加入sio2分散液的无氰镀银液中按(0.08～0.2)mg/l加入阳离子表面活性剂和按(70～130)mg/l加入非离子表面活性剂。

步骤d1中geo2粉末按(40～60)g/l加入到氨水与去离子水的混合液中，氨水与去离子水的配比为(2～10)：(90～98)。

步骤d3中微藻培养基溶液与琼脂糖的比例为100：(0.9～5)，琼脂-培养基液与类球形geo2纳米粒子的质量比为(8～11)：(0.09～1.2)。

实施例3：一种强化微藻细胞吸附及生物膜生长的空心光纤的制作方法，包括如下步骤

a、选取空心石英管作为空心光纤的基材，该空心石英管的后端密封。

b、涂覆层i3的制作

b1、在优于4.0×10^–4pa的真空环境下,通过蒸发沉积方法在空心石英管表面上沉积稀土nd薄膜；当沉积nd薄膜后光纤对可见光透射比降至0.45–5.5时，停止对光纤表面nd的沉积，沉积后光纤表面nd薄膜的膜厚约为150–200nm。

b2、通入纯o2，在10pa，200–220℃环境下对沉积的nd薄膜进行加热氧化，氧化时间为25–35min，nd薄膜完全氧化后成为nd2o3薄膜，可见光透射比恢复到1.00。

c、涂覆层ii4的制作步骤如下：

c1、无氰镀银液的制备方法为：将40–45g硝酸银，200–250g硫代硫酸钠，40–50g焦亚硫酸钾，20–30g乙酸胺，0.6–0.8g硫代氨基脲，0.025–0.035g阴离子表面活性剂，0.85–0.9g非离子表面活性剂，9.5–10.5g苯亚磺酸钠在超声功率为180w、超声频率为20hz的超声波搅拌下溶于温度为25℃的1l去离子水中，并采用naoh或者hcl将其溶液ph调节至5–6，取其上清液，该上清液即为无氰镀银液。

c2、纳米sio2分散液的制备方法为：将10–30g直径为5–10nm的纳米sio2粒子先用重蒸纯化的无水乙醇清洗2–3次，并在45℃真空干燥180–240min，然后用30–50ml去离子水润湿干燥后的纳米sio2粒子，再用超声功率为180w、超声频率为20hz的超声波分散润湿后的纳米sio2粒子20–30min，并向润湿后的纳米sio2粒子中加入0.45–0.55mg的阳离子表面活性剂，继续超声分散60–80min，该完全分散后的溶液即为纳米sio2分散液。

c3、含ag离子和纳米sio2粒子混合镀液的制备方法为：将制备好的60gsio2分散液加入到1000ml的无氰镀银液中，然后向已加入sio2分散液的无氰镀银液中加入0.1–0.15mg阳离子表面活性剂和80–120mg的非离子表面活性剂，并将该混合溶液的ph调整至5–6，并在温度为25–40℃，超声功率为180w、超声频率为20hz的超声波条件下继续超声分散180–240min，即得到含ag离子和纳米sio2离子混合镀液。

c4、ag-sio2复合介质薄膜的制备方法：采用电沉积方法对已具有涂覆层i3的空心石英管表面制备ag-sio2复合介质薄膜；在电沉积过程中采用空气搅拌方式对含ag离子和sio2纳米离子的混合镀液进行搅拌，搅拌强度为中等；在电沉积过程中相关参数设置为：脉宽0.5ms，占空比40％，脉冲平均电流密度0.8–1.1a/dm²；沉积好的ag-sio2复合介质薄膜的厚度为200–300nm，ag纳米粒子的尺寸为20–50nm。

d、涂覆层iii5的制作步骤如下：

d1、类球形geo2纳米粒子的制备方法：首先将4.5–5.5ggeo2粉末加入到100ml温度为70–75℃的氨水与去离子水的混合液中，氨水与去离子水的比例为3:97，在机械震荡下反应180–240min，待geo2粉末完全溶解后，将geo2溶解液冷却至室温。然后采用液相沉积方法，将浓度为1mg/l的稀盐酸缓慢滴加到geo2溶解液中，当geo2溶解液的ph为1.2–1.6时，停止滴加稀盐酸，并保持滴加有稀盐酸的geo2溶解液在25℃、避光的条件下静置48–36h，使其geo2晶体自由生长，在geo2晶体生长成熟后将上清液排尽，用重蒸纯化的无水乙醇清洗geo2晶体2–3次。其次采用玻璃研磨棒研磨geo2晶体30–40min。最后将研磨后的geo2晶体在125℃的真空干燥箱中干燥240–360min，再次采用玻璃研磨棒研磨干燥后的geo2晶体30–40min，得到几何尺寸为50–80nm的类球形geo2纳米粒子。

d2、制备微藻培养基溶液；本实施例以配制普通小球藻(chlorellavulgaris，fachb-31)培养基为例说明微藻培养基溶液的制备方法。在制备普通小球藻培养基溶液时，将1.5g硝酸钠、0.04g磷酸氢二钾、0.075g七水硫酸镁、0.036g氯化钙、0.006g柠檬酸、0.006g柠檬酸铁铵、0.001g乙二胺四乙酸、0.02g碳酸钠、以及1.0ml的a5溶液加入到1000ml的蒸馏水中，其中a5溶液的配置方法为：分别取286mg硼酸、181mg氯化锰、22.2mg七水硫酸锌、39mg钼酸钠、7.9mg五水硫酸铜、4.9mg六水合硝酸钴溶于100ml蒸馏水中；然后在25℃，采用180w、20hz的超声波扰动混合液240–360min至各物质完全溶解；然后，采用0.45μm的滤纸过滤该混合液3次，得到上过滤液，该滤液即为微藻培养基溶液。

d3、geo2-琼脂-微藻培养基溶胶的制备：首先采用恒温水域将49g微藻培养基溶液加热至90–95℃，并向微藻培养基溶液中加入0.5–2g琼脂糖在机械搅拌下至完全溶解，将溶解后的琼脂-培养基液保存在45–55℃的恒温水浴中避免凝固；然后在温度为45–55℃的环境中取琼脂-培养基液9.5–10g，加入0.1–1g类球形geo2纳米粒子，在机械搅拌下使其均匀混合，即获得geo2-琼脂-微藻培养基溶胶，并将该溶胶密封保存在45–55℃的水域中备用。

d4、geo2-琼脂-微藻培养基涂覆层iii5的制备：首先利用镀膜提拉方法，在45–55℃的环境中对具有涂覆层i3及涂覆层ii4的光纤表面镀上一层geo2-琼脂-微藻培养基薄膜，geo2-琼脂-微藻培养基薄膜的厚度由镀膜提拉次数及提拉速度控制；然后将镀有geo2-琼脂-微藻培养基薄膜的光纤在105℃的真空干燥箱中干燥360–480min，干燥后的geo2-琼脂-微藻培养基薄膜厚度为100–150μm。

e、结束。