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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811114303.0 (22)申请日 2018.09.25 (71)申请人 青岛理工大学 地址 266033 山东省青岛市市北区抚顺路 11号 (72)发明人 李捷黄建涛于淑亭 (74)专利代理机构 青岛清泰联信知识产权代理 有限公司 37256 代理人 李祺张洁 (51)Int.Cl. C12N 11/08(2006.01) C12N 11/10(2006.01) G01N 27/26(2006.01) G01N 27/327(2006.01) (54)发明名称 用于B。
2、OD传感器的包埋剂、 其制备方法及其 测定方法 (57)摘要 本发明提出一种用于BOD传感器的包埋剂、 其制备方法及其测定方法， 属于生物工程领域， 能够解决现有的包埋剂复合物成型效果不好、 机 械性能较差、 易溶胀等技术问题。 该用于BOD传感 器的包埋剂由聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶组 成。 本发明提供的包埋剂可包埋足够多的菌种， 能够应用于BOD含量的测定中。 权利要求书1页 说明书5页 CN 109207465 A 2019.01.15 CN 109207465 A 1.一种用于BOD传感器的包埋剂， 其特征在于， 所述包埋剂由聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄 原胶组成。 2.根据权利要求1所。
3、述的包埋剂， 其特征在于， 所述聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶的质 量比为1:1:2-1:2:4。 3.根据权利要求2所述的包埋剂， 其特征在于， 所述聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶的质 量比为1:1:2。 4.如权利要求1-3任一项所述的包埋剂的制备方法， 其特征在于， 包括如下步骤： 室温下将按比例称取的包埋剂中的各组分放入溶于盛有1L去离子水的反应容器中， 于 加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至30-50， 得到所 述包埋剂。 5.利用如根据权利要求1-3任一项所述的包埋剂测定BOD含量的方法， 其特征在于， 包 括如下步骤： 将包有菌种的包埋剂投入待测。
4、液体中， 通过分别测定体系的初始电流值以及微生物耗 氧分解水中有机物后体系的最终电流值， 计算得到待测液体中的BOD含量。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 初始电流值和最终电流值通过BOD传感器 中的电极探头检测。 7.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 可包埋的菌种包括兼性好氧菌和好氧菌。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109207465 A 2 用于BOD传感器的包埋剂、 其制备方法及其测定方法 技术领域 0001 本发明属于生物工程领域， 尤其涉及一种用于BOD传感器的包埋剂、 其制备方法及 其测定方法。 背景技术 0002 BOD传感器具有结构简单、 灵敏度高、。
5、 响应时间短等优点， 受到广泛的研究和应用。 对于BOD传感器而言， 生物敏感元件是其核心部分， 在生物敏感元件的制作过程中所选用的 菌株、 实验培养条件及其固定化方法均对传感器的特性与使用寿命有影响。 0003 其中， 固定化方法的研究成为大热门， 其通常情况下采用物理或化学方法将微生 物限制在一定的空间里， 使微生物保持活性并且具有良好的透气性和机械强度。 国内外常 用的微生物固定化方法主要有： 包埋法、 吸附法、 夹层法和交联法， 而本申请则主要是研究 其中的包埋法。 包埋剂作为包埋法的核心， 其选取以及比例的配比对包埋效果都具有重大 的意义。 0004 相比于以往生物膜法受生物膜的制备。
6、以及菌种的影响较大， 包埋剂法制作更为简 单， 成本更低， 同时可以包埋足够多的微生物， 减小了误差， 使实验结果更为精确。 因此研究 包埋剂法作为生物传感器敏感元件已势在必行。 目前国内外对包埋剂的研究甚少， 并且研 究的主要是采用单一试剂作为包埋剂， 例如聚乙烯醇(PVA)、 聚丙烯酰胺等,其虽具有良好 的强力粘结性、 耐生物降解性以及机械性能， 但并不具有良好的成型效果。 因此研究混合试 剂作为包埋剂， 使其在具有良好的成型效果以及物理化学稳定性的同时可以包埋足够多的 微生物， 这对于包埋剂法的进一步研究将很有意义。 发明内容 0005 本发明提出一种用于BOD传感器的包埋剂、 其制备方。
7、法及其测定方法， 该包埋剂具 有良好的成型效果， 且成型后具有良好的弹性， 同时， 由于其黏性降低且保水性良好， 因此 可以包埋足够多的菌种。 0006 为了达到上述目的， 本发明提供了一种用于BOD传感器的包埋剂， 所述包埋剂由聚 乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶组成。 0007 作为优选， 所述聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶的质量比为1:1:2-1:2:3。 0008 作为优选， 所述聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶的质量比为1:1:2。 0009 本发明还提供了一种如上述技术方案所述的包埋剂的制备方法， 包括如下步骤： 0010 室温下将按比例称取的包埋剂中的各组分放入溶于盛有1L去离子水的反应容器。
8、 中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至30-50， 得 到所述包埋剂。 0011 本发明还提供了一种利用上述技术方案所述的包埋剂测定BOD含量的方法， 包括 如下步骤： 0012 将包有菌种的包埋剂投入待测液体中， 通过分别测定体系的初始电流值以及微生 说明书 1/5 页 3 CN 109207465 A 3 物耗氧分解水中有机物后体系的最终电流值， 计算得到待测液体中的BOD含量。 0013 作为优选， 初始电流值和最终电流值通过BOD传感器中的电极探头检测。 0014 作为优选， 可包埋的菌种包括兼性好氧菌和好氧菌。 0015 与现有技术相比， 。
9、本发明的优点和积极效果在于： 0016 本申请提供的包埋剂在30以上即可完美成型， 且成型后具有良好的弹性， 同时， 由于其黏性降低且保水性良好， 可以为菌种提供更良好的生存环境， 因此可以包埋足够多 的菌种。 利用该包埋剂的包埋菌种的方法受外界条件影响较小， 且具有以下优点(1)具有良 好的生物相容性， 即对微生物正常生命代谢没有影响或影响很小； (2)物理稳定性具有足够 的机械强度； (3)良好的耐生物降解性及化学稳定性； (4)能够包埋足够多的微生物； (5)廉 价易得。 具体实施方式 0017 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施 例仅仅是本发。
10、明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范 围。 0018 本发明实施例提供了一种用于BOD传感器的包埋剂， 所述包埋剂由聚乙烯醇、 海藻 酸钠和黄原胶组成。 0019 现有的由聚乙烯醇和海藻酸钠复合形成的包埋剂化学性质如耐生物降解性等虽 好， 但物理性质较差， 经试验发现， 其固定成型较慢， 并且， 由于聚乙烯醇熔点较高， 溶解较 难， 需高温处理， 但待其溶解之后， 随着温度的下降， 该包埋剂也不易凝结， 凝结之后用手挤 压也不具有良好的弹性。 为了克服现有包埋剂的上述缺陷， 。
11、本实施例改进了包埋剂的配方， 改进后的包埋剂由聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶组成， 由该配方形成的包埋剂在30以上 可完美成型， 尤其是在配方中加入黄原胶后， 可使成型后的包埋剂更具良好的弹性， 同时， 由于该包埋剂的黏性降低且保水性良好， 可为菌种提供更良好的生存环境， 因此可以包埋 足够多的菌种。 0020 在一可选实施例中， 所述聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶的质量比为1:1:2-1:2:4。 本实施例进一步对配方中的3种组成成分的质量比进行限定， 在该范围内， 可使制备得到的 包埋剂具有良好的弹性、 含水量较高、 保水性较好， 将成型的固态胶体暴露在空气中， 经过 24h基本保持原状； 耐。
12、生物降解性良好， 将成品置于污水中搅拌， 不会被消解。 在一优选实施 例中， 所述聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶的质量比为1:1:2。 0021 本发明实施例还提供了一种包埋剂的制备方法， 包括如下步骤： 0022 室温下将按比例称取的包埋剂中的各组分放入溶于盛有1L去离子水的反应容器 中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至30-50， 得 到所述包埋剂。 0023 上述实施例中， 将包埋剂溶液在加热溶解后于30以上冷却， 此时会慢慢凝固成 型， 通过在包埋剂凝固之前将所需菌种包埋进去， 这样不仅可使菌种存活， 而且菌种还可以 进行正常的新陈代谢活动。 。
13、具体的， 所包埋菌种包括兼性好氧菌和好氧菌， 其中， 所述兼性 好氧菌选自落酸菌、 大肠杆菌等； 好氧菌例如枯草芽孢杆菌以及解淀粉芽孢杆菌等。 说明书 2/5 页 4 CN 109207465 A 4 0024 本发明实施例还提供了一种利用上述包埋剂测定BOD含量的方法， 包括如下步骤： 0025 将包有菌种的包埋剂投入待测液体中， 通过分别测定体系的初始电流值以及微生 物耗氧分解水中有机物后体系的最终电流值， 计算得到待测液体中的BOD含量。 其中， 初始 电流值和最终电流值通过BOD传感器中的电极探头检测。 0026 上述实施例中， 包埋剂包埋菌种主要是通过人工挑出转移， 具体的， 将临时。
14、制备离 心好或者业已经制备好的的菌种通过移液枪、 玻璃棒等将菌种转移至包埋剂中， 搅拌混合 至均匀。 可以理解的是， 对于上述实施例中具体使用何种仪器视菌种量的多少而定， 对此并 不做具体限定。 0027 为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的用于BOD传感器的包埋剂、 其制备 方法及其测定方法， 下面将结合具体实施例进行描述。 0028 实施例1 0029 室温下将质量比为1:1:2的聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶依次放入溶于盛有1L去 离子水的反应容器中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至30。 0030 实施例2 0031 室温下将质量比为1:1。
15、:3的聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶依次放入溶于盛有1L去 离子水的反应容器中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至40。 0032 实施例3 0033 室温下将质量比为1:2:3的聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶依次放入溶于盛有1L去 离子水的反应容器中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至45。 0034 实施例4 0035 室温下将质量比为1:2:4的聚乙烯醇、 海藻酸钠和黄原胶依次放入溶于盛有1L去 离子水的反应容器中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至50。 0036 。
16、对比例1(生物膜法) 0037 室温下将质量比为1:1的聚乙烯醇和海藻酸钠依次放入溶于盛有1L去离子水的反 应容器中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至30 。 0038 对比例2(单一包埋剂) 0039 室温下将质量比为1:1的聚乙烯醇依次放入溶于盛有1L去离子水的反应容器中， 于加热装置上加热至100以上， 同时快速搅拌使其完全溶解， 静置、 冷却至30。 0040 性能测试 0041 1、 从黏度、 硬度、 饱和度、 弹性、 耐生物降解性方面评价对实施例1-4以及对比例1- 2提供的包埋剂的成型效果， 具体测试方法如下， 成型效果如表1所示： 0。
17、042 硬度的测定方法:用玻璃棒挤压， 人眼观察 0043 保水性测定方法:将包埋剂暴露在空气中,经过12-24h观察其大致含水状态. 0044 弹性测定方法:用玻璃板挤压， 静置一段时间看其会不会恢复原状。 说明书 3/5 页 5 CN 109207465 A 5 0045 耐生物降解性测定方法:将成品置于水或污水中， 搅拌或者震荡后观察会不会被 消解。 0046 测试包埋剂耐降解性时， 形态观察法为： 将已成型的包埋剂用生理盐水洗涤三次 之后放入盛有无菌水的锥形瓶中， 放在恒温振荡器上之后在温度为20、 转速为150转的条 件下震荡48h。 0047 表1成型效果说明 0048 0049 。
18、0050 由表1效果可知， 对比例1采用生物膜法包埋的成型效果一般， 稍微变型后不会恢 复原状， 并且因为不具有良好的保水性， 使得成品在空气中放置后较为干瘪； 对比例2采用 单一包埋剂在包埋后因仍为可流动的粘液体， 因此并不具备成型可能性。 相比对比例1和2， 本申请实施例1-4所制备得到的包埋剂具有良好的弹性； 含水量较高、 保水性较好， 将成型 的固态胶体暴露在空气中， 经过24h基本保持原状； 耐生物降解性良好， 将成品置于污水中 搅拌， 不会被消解。 0051 2、 利用本发明实施例1和对比例1制备的包埋剂分别测定水体中BOD含量 0052 将实施例1(聚乙烯醇： 海藻酸铵： 黄原胶。
19、为1:1:2的组合)与对比例1(聚乙烯醇:海 藻酸钠为1:1的组合)分别溶解于30ml蒸馏水中， 然后将混合液分别置于加热装置上加热至 100以上， 待其成分完全溶解， 之后将其静置一旁冷却， 在35-50时将已离心好的菌种 (微生物)分别加入到两种混合液中， 然后待其完全冷却。 0053 冷却后， 实施例1所得包埋剂为类似果冻状的固体， 而对比例1所得包埋剂仍可以 说明书 4/5 页 6 CN 109207465 A 6 轻微流动， 未能完美成型。 分别用玻璃板轻轻挤压两种包埋剂， 观察两种包埋剂受挤压后的 状态， 实施例1所得包埋剂在挤压后一段时间即可基本恢复原状， 而对比例1所得包埋剂在。
20、 挤压后不可恢复原状。 0054 将实施例1所得包埋剂加入到待测液中时， 经过3秒钟左右即可通过探头正常读取 电信号数据， 且随着时间的增加， 其电信号亦会随之呈现一种规律的变化趋势， 规律视包埋 剂中的微生物的种类以及微生物的数量而变化。 0055 对比例1所得包埋剂在用移液枪注入到待测液中后会彼此产生黏结现象， 即抱团 现象， 会阻碍搅拌的结果， 需配置专门的交联剂来抑制这种黏结现象， 在加入交联剂之后， 黏结现象得以缓解。 开始测试之后10秒钟之后才开始有电信号， 此处的电信号指的是稳定 的电信号， 对比例1所得包埋剂的电信号不太稳定， 上下浮动较多。 采用对比例1所得包埋剂 得到的结果或者从中找出的规律曲线也会有相对的误差， 影响最后的测定结果。 说明书 5/5 页 7 CN 109207465 A 7 。