一种炭纤维载体的微生物固着强度的测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种炭纤维载体表面所固着微生物的固着强度的测试方法。本发明的炭纤维载体的微生物固着强度测试方法，包括以下步骤，（1）称取炭纤维，将所述炭纤维与微生物进行固着处理；（2）将已固着微生物的炭纤维超声震动处理；（3）将炭纤维清洗，烘干，再次称量炭纤维重量；计算单位质量炭纤维的残余微生物固着率，表征微生物在炭纤维表面的固着强度。本发明可有效保证固着强度测试过程中微生物的活性及受力均匀性，可准确的测试出纤维状载体表面微生物固着强度，具有很好的可靠性。
【专利说明】一种炭纤维载体的微生物固着强度的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及炭纤维(CF)生物膜载体材料，特别涉及一种测试炭纤维载体表面微生物的固着强度的方法。
【背景技术】
[0002]生物膜法污水处理技术作为高效污水处理工艺之一，已被广泛应用于生活污水等有机污水处理中。该技术中生物膜载体表面微生物的固着强度是影响载体对微生物固着能力的关键，直接决定了载体表面生物膜的形成，是生物膜法污水处理工艺能否高效、稳定运行的主要因素之一。
[0003]通常情况下，在固着了微生物的载体表面施加流动剪切力，并观察微生物的剥落程度是表征微生物固着力的传统方法A, Harada H.A novel concept forevaluation of biofilm adhesion strength by applying tensile force and shearforce [J].Water Science and Technology, 1996，34(5):)? CF 虽具有良好的生物相容性，可使微生物在短时间内大量粘附在其表面，相对于其他生物膜载体而言优势^MLiInagaki Μ.New Carbons - Control of Structure and Functions [M], Oxford:Elsevier Science, 2--?),但由于炭纤维载体通常为束状,规格6k根左右,且纤维表面有沟槽，无法保证在每根炭纤维上施加均匀的流动剪切力，故可能导致同一束炭纤维的不同表面上微生物的剥落情况不同，从而影响微生物固着强度的表征精度。[0004]此外，Fang等人曾运用原子力显微镜(AFM)，通过扫描并测定探针、细胞与载体间的相互作用力的方法，表征细胞的在载体表面的固着力(/?/^汉Chan K, Xu L.Quantification of bacterial adhesion forces using atomic force microscopy [J],Journal of microbiological methods, 2000, 40 (I): 89-97、。但在 AFM 扫面过程中，由于样品含水量对检测的精准度会有较大影响，样品均需提前进行烘干处理，导致细胞失活，故通过AFM表征的固着力实为失活细胞在载体表面的固着强度，并不能有效体现细胞的实际固着强度。
[0005]已有不少研究通过对CF进行表面改性改善其微生物亲和性，选择适用于CF载体的微生物固着强度测试方法，则可较可靠的体现CF对微生物的固着能力。所以寻找合适的微生物固着强度测试方法是准确评价CF载体的微生物亲和性的主要问题。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供一种适用于测试炭纤维载体表面微生物固着强度的方法，从而准确评价炭纤维载体的微生物固着能力，与微生物亲和性。
[0007]本发明所提供炭纤维载体微生物固着强度测试方法包括以下步骤:
称取炭纤维，将其与过量的微生物进行固着处理。固着完成后，超声处理，脱除未固着稳定的微生物；然后，洗净，烘干，再次称重，比较得炭纤维的重量增加率，即为微生物固着率或残余微生物固着率。[0008]残余微生物固着率为单位质量炭纤维经超声处理后的残余微生物固着量。微生物的固着处理方法可以采用现有技术中任意一种已知的固着方法，均不影响本发明的测试方法的进行。本发明采用超声震动处理，超声震动处理具有全方位性，超声条件下的空化作用可对水中微生物细胞壁或细胞膜间产生强大的水力剪切力，炭纤维载体的各个方向上都能够受到的剪切力作用，没有剪切处理死角，避免了因为处理过程中方法因素造成的检测结果之间的误差。而且在超声震荡过程中，所产生的水力剪切力从炭纤维各个方向上均是相同，具有独特的均一性。不会出现微生物附着在纤维束内侧，剪切力度变小，微生物保留时间增长的缺陷。检测结果准确可靠，适用于各种纤维状的微生物载体的测试分析，具有极高的普适性。
[0009]具体的来说，超声震动处理按以下步骤进行:
(1)将未固着微生物的炭纤维载体烘干称重，质量记为W0;将炭纤维进行微生物固着处
理；
(2)将已固着微生物的炭纤维载体浸入标准磷酸盐缓冲液(PBS)，放入输出功率为20-30W的超声震荡器内，超声处理10-20 min ;优选的，在在室温条件下进行超声处理。
[0010](3)将超声处理后炭纤维载体用无菌蒸馏水缓慢冲洗，并烘干称重，质量记为r;比较得出炭纤维的重量增加率。
[0011]炭纤维的重量增加率a = (W-W0) / W0。
[0012]上述PBS缓冲液能够平衡固着在CF载体上的微生物自身渗透压，防止微生物细胞涨破失活，保证测试精度。对于不同的微生物品种，可以考虑使用相应的缓冲液，控制微生物的自身渗透压平衡，达到相同的效果。将超声的功率控制在20-30W内，可以在保证水力剪切力的大小不对微生物造成致命的破坏，因为微生物的细胞壁结构仅能承受较小的剪切力，一旦剪切力超出了微生物胞壁最大耐受力，细胞就会损伤或破裂，使得测试结果失准，测试的重量增加率不能反应出附着微生物的实际重量。同时，超声功率亦不宜过小，过小的超声功率产生的剪切力太小，无法有效的将未固着微生物除去，严重影响后续测试的精度。
[0013]炭纤维上残余微生物固着率等于炭纤维的重量增加率，即固着率等于a =(W-W0)/ %，其中W0为未固着微生物的CF载体干重，r为已固着微生物的CF载体经超声震动处理后的干重。因为，微生物的固着强度越高，则残余微生物固着率越大，炭纤维的重量增加也就越大。
[0014]进一步，所述炭纤维(CF)载体是指聚丙烯腈炭纤维，或改性的聚丙烯腈炭纤维。优选的，所述聚丙烯腈纤维是高强度聚丙烯腈纤维，所述改性的聚丙烯腈纤维是高强度聚丙烯腈纤维。现有技术的关于聚丙烯腈纤维研究较多，聚丙烯腈纤维具有极高的环境耐候性，做为微生物载体降解缓慢，性质稳定，尤其是高强度的聚丙烯腈纤维环境耐候性特点尤为关出。
[0015]优选的，所述改性的高强度聚丙烯腈炭纤维是指经过硝酸氧化处理，或次氯酸氧化处理的聚丙烯腈炭纤维。由于聚丙烯腈纤维的结构中的官能团与微生物结合强度相对较弱，对聚丙烯腈纤维改性处理后增加活性亲水基团，微生物与聚丙烯腈纤维载体的亲合力增加，所以改性聚丙烯腈纤维在CF载体中更为常见。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果:本发明对固着了微生物的CF载体进行超声震荡处理，通过残余微生物固着率的计算表征微生物的固着强度。该发明基本保证了固着强度表征过程中CF表面微生物的活性及受力均匀性，是评价CF载体的微生物亲和性与微生物固着能力的可靠表征方法，可以精确的表征出微米级纤维束状载体表面的微生物固着强度，在生物膜法污水处理领域有比较大的发展前景。
【具体实施方式】
[0017]下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。所述室温是指10°C-3(TC。
[0018]下述实施例中CF样品的微生物固着方法参照Bao等人的研究Uao V L, Dai GZ.Time-gradi en t Ni trie Acid Modification of CF Bi ofi lm-carri er and SurfaceNature Effects on Microorganism ImmobiIization Behavior in Wastewater [J],Biotechnology & Biotechnological Equipment, 2013，27(4):激丨友-激艺?)，固着微生物过程保持相同条件因素，优选微生物的固着用量超过炭纤维的负载量。标准PBS缓冲液的配制为:氯化钠8.5 g/L，磷酸氢二钠2.2 g/L，磷酸二氢钠0.4 g/L，pH值7.0。
[0019]实施例1
将高强型聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF，T300)作为CF载体，烘干称重，质量为75 mg； CF载体经微生物固着后，浸入标准PBS缓冲液，在室温条件下放入输出功率为30 W的超声震荡器内超声处理20 min ;将超声处理后CF载体用无菌蒸馏水缓慢冲洗，并烘干称重，质量为81.9 mg。经计算得该CF载体的残余微生物固着率值较低，为9.2 %，表明该CF载体的微生物固着强度较差。
[0020]实施例2
将经硝酸氧化改性的高强型聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF，T300)作为CF载体，烘干称重，质量为100 mg ；CF载体经微生物固着后，浸入标准PBS缓冲液，在室温条件下放入输出功率为30 W的超声震荡器内超声处理10 min ;将超声处理后CF载体用无菌蒸馏水缓慢冲洗，并烘干称重，质量为132 mg。经计算得该CF载体的残余微生物固着率值较高，为32 %，表明该CF载体的微生物固着强度较好。
[0021] 实施例3
将经次氯酸氧化改性的高强型聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF，T300)作为CF载体，烘干称重，质量为97 mg ;CF载体经微生物固着后，浸入标准PBS缓冲液，在室温条件下放入输出功率为20 W的超声震荡器内超声处理20 min ;将超声处理后CF载体用无菌蒸馏水缓慢冲洗，并烘干称重，质量为121 mg。经计算得该CF载体的残余微生物固着率值较高，为24.7 %，表明该CF载体的微生物固着强度较好。
【权利要求】
1.一种炭纤维载体的微生物固着强度测试方法，其特征在于， (1)称取炭纤维，将所述炭纤维进行微生物固着处理； (2)将已固着微生物的炭纤维超声震动处理； (3)将炭纤维清洗，烘干，再次称量炭纤维重量；比较炭纤维的重量的增加率，即为微生物固着强度。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于， (1)将未固着微生物的炭纤维载体烘干称重，质量记为W0;将所述炭纤维进行微生物固着处理； (2)将已固着微生物的炭纤维载体浸入标准磷酸盐缓冲液，放入输出功率为20-30W的超声震荡器内，超声处理10-20 min ； (3)将超声处理后炭纤维载体用无菌蒸馏水缓慢冲洗，并烘干称重，质量记为r;比较炭纤维的重量增加率。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于， 炭纤维的重量增加率a = (W-W0) / W0。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述炭纤维载体是指聚丙烯腈炭纤维，或改性的聚丙烯腈炭纤维。
【文档编号】G01N5/02GK103940695SQ201410147847
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】戴光泽, 包艳玲 申请人:四川城际轨道交通材料有限责任公司, 西南交通大学