一种基于声表面波活化电化学微生物装置与方法

本发明涉及生物传感，尤其涉及一种基于声表面波活化电化学微生物的装置与方法。

背景技术：

1、电化学活性微生物(eab)是一种独特的环境微生物，具备胞外电子传递功能。它已成功应用于多个领域，如空间科学、污水处理和水质监测等。电化学微生物水质预警技术是一种新型生物预警技术。毒性物质会抑制电化学微生物的代谢活性，进而引起输出电信号的变化，通过评估信号的波动情况，评估水质综合毒性，达到水质预警的目的。

2、随着对水环境监测要求的提高，现场实时进行水质监测提出了更多需求，由于传感器内部物质传输速度限制，电化学微生物在电极表面成膜，生物膜厚度增加也进一步给物质传递增加了难度，现场应急水质综合毒性监测，要求检测响应速度快、检测精度高等要求；数小时的响应时间，是基于电化学微生物水质传感检测技术在现场应用的一大瓶颈，通过声表面波激励微生物，可加快改变电化学微生物活性，加快物质传递，有助于提高检测精度、缩短响应时间；声表面波(surface acoustic wave，简称saw)是指在固体表面上通过声波产生的一种机械波，其波长在毫米到微米级别之间。声表面波利用压电材料的压电效应和固体表面的弹性性质，在固体表面上产生和传播特定频率的声波，从而进行信息传递或信号处理。声表面波具有频率高、速度快、传输距离远、功耗小、抗干扰能力强等优点，在无线通讯、传感器、滤波器、天线等领域有着广泛的应用。近年来在生物医学领域，与声表面波技术结合成为一个研究切入点；声表面波能量耦合到液体中，通过声致微流效应作用于微生物，通过调节声表面波功率、频率等参数，达到提高微生物代谢活性、加速细胞分化等效果，将声表面波技术应用于基于电化学微生物的水质检测领域，将对水质检测起到积极作用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于声表面波活化的电化学微生物活化装置及活化方法。

2、本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

3、一种基于声表面波活化的电化学微生物活化装置，包括：

4、包括电解池主体、工作电极、声表面波激励模块；

5、所述工作电极，附着电化学微生物；

6、所述声表面波激励模块，通过施加交变信号产生声表面波，声表面波传播到工作电极区域，并作用于工作电极上附着的电化学微生物。

7、一种基于声表面波活化的电化学微生物活化方法，包括：

8、a、将参比电极、工作电极、对电极接入电化学工作站；

9、b、启动声表面波激励模块，并对该声表面波激励模块中的叉指换能器施加交变信号，用于产生瑞利波；

10、c、通过蠕动泵将菌液置入装置中，并流经工作电极后排出至无菌容器中，循环该步骤3-5次。

11、与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

12、通过将声表面波激励模块与电化学微生物电解池相结合，在电化学微生物在工作电极成膜过程中，施加声表面波激励，可以增加微生物活性，缩短活化时间，对改善微生物电化学水质传感器的检出限和灵敏度具有重要意义和推广价值。

技术特征：

1.一种基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，包括电解池主体、工作电极、声表面波激励模块；

2.如权利要求1所述的基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，所述电解池主体通过设置的上端盖和下端盖进行封闭。

3.如权利要求1所述的基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，所述工作电极设置于声表面波激励模块，该模块还包括压电晶片和叉指换能器；所述工作电极位于压电晶片的一端，并嵌入到压电晶片的阶梯孔位置；所述叉指换能器位于压电晶片的另一端。

4.如权利要求3所述的基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，所述叉指换能器，通过信号发生器输出的交变信号进行激励，产生声表面波，所述声表面波沿压电晶片传播至黏附于压电晶片表面的附着有电化学微生物的工作电极。

5.如权利要求3所述的基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，所述声表面波激励模块和叉指换能器均包括一个或多个。

6.如权利要求1所述的基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，所述装置还包括对电极、参比电极、溶液入口和溶液出口，所述溶液入口和溶液出口用于输入和输出电化学微生物菌液。

7.如权利要求3所述的基于声表面波活化电化学微生物装置，其特征在于，所述叉指换能器产生的声表面波为瑞利波，通过实时测量电解池输出的电流信号，并根据电流信号判断电化学微生物的活化状态，同时，调整信号发生器输出的信号参数，并与电解池输出时序电流信号的波动关联，探究基于声表面波激励电化学微生物的激励模式。

8.一种基于声表面波活化电化学微生物方法，其特征在于，所述方法包括：

9.如权利要求8所述的基于声表面波活化电化学微生物方法，其特征在于，执行c之前包括：将制备好的待活化菌液装入无菌容器中，将蠕动泵的入口水管放入菌液容器中，将蠕动泵出口连接活化电化学微生物装置的入口后，启动蠕动泵将菌液置入装置中。

10.如权利要求8所述的基于声表面波活化电化学微生物方法，其特征在于，所述c包括：菌液循环流经工作电极的过程中，追踪电流信号变化情况，并通过电流信号评估电化学微生物活性水平，待电流信号达到预定区间且稳定时，结束基于声表面波活化电化学活性微生物过程。

技术总结
本发明公开了一种基于声表面波活化电化学微生物装置及方法，所述装置包括电解池主体、工作电极、声表面波激励模块；所述工作电极，附着电化学微生物；所述声表面波激励模块，通过施加交变信号产生声表面波，声表面波传播到工作电极区域，并作用于工作电极上附着的电化学微生物。所述方法包括将参比电极、工作电极、对电极接入电化学工作站；启动声表面波激励模块，并对该声表面波激励模块中的叉指换能器施加交变信号，用于产生瑞利波；通过蠕动泵将菌液置入装置中，并流经工作电极后排出至无菌容器中，循环该步骤3‑5次。

技术研发人员：刘桂雄,崔怀丰,戈燕红
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15