[发明专利]一种基于微流控装置的产电微生物筛选平台及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及产电微生物筛选领域，具体涉及一种基于微流控装置的产电微生物筛选平台及其制备方法。

背景技术

微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能转化为电能的装置，这种装置在废水处理，新的清洁能源开发，以及生物传感器方面都有广泛的应用。而产电微生物则是这个装置中最重要阳极催化剂，微生物在生物代谢中产生的电子转化成电流，从而获得能量。电子从有机物传递到电极有两种方式，一是直接在电极上发生氧化还原反应，二是电子在电解溶液中产生，通过中间电子介体传递到电极的间接电子传递形式。三是通过产电微生物形成纳米导线，电子通过纳米导线传递到电极。不同的产电微生物产电的原理和效率均不相同。为了培养和筛选高产电率的微生物种类和高产电的微生物组合，大量的实验组合需要同时进行。因此，开发一种能够满足高通量筛选产电微生物的平台对微生物燃料电池的发展具有重要意义。

发明内容

本发明目的是提供一种基于微流控装置的产电微生物筛选平台，具有高通量，占地小，能同时进行多组平行实验，同时方便在线检测等优点。本发明还提供了该产电微生物筛选平台的制备方法。

本发明采用以下技术方案：

一种基于微流控装置的产电微生物筛选平台，为层状结构，由上到下依次由膜电极层、培养室层、半导体电极层、多孔支撑架组成，或者由半导体电极层、培养室层、膜电极层、多孔支撑架组成；所述膜电极层是在质子交换膜上按照微阵列排布碳电极，碳电极上连接导线，上面再覆盖防水透气膜，所述碳电极为导电碳片；所述培养室层基于微流控设计，是在高分子绝缘材料上按照微阵列排布设置培养室，每列培养室间以微孔道相连，在每列培养室的两端分别设有高于培养室层面的进样孔和出样孔；所述半导体电极层是在透明衬底上按照微阵列排布设置半导体电极，半导体电极上连接导线和固定微生物细胞聚集片，所述半导体电极为掺锡氧化铟薄膜，所述微生物细胞聚集片为导电碳片；所述培养室一侧为质子交换膜，另一侧为半导体电极，半导体电极、碳电极和培养室一一对应，尺寸相同。

所述半导体电极、碳电极和培养室均为圆形，直径为2～5㎜，每列直径相等，每行直径呈梯度递增。

所述培养室层所用高分子绝缘材料为聚二甲基硅氧烷；每列培养室间以宽为0.5～1.5㎜微孔道相连，设有一个进样孔和一个出样孔。

所述透明衬底为玻璃。

所述微生物细胞聚集片为直径100～500μm、厚度500～1000μm的柱状导电碳片，所述柱状导电碳片3～5个环状排列固定在半导体电极上。

所述多孔支撑架上设置有透光孔，所述透光孔与半导体电极一一对应，多孔支撑架非进出样两侧各有一根平行的用于固定各层的条状板，多孔支撑架下部设有支撑垫。

上述基于微流控装置的产电微生物筛选平台的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制备半导体电极层

用光刻方法制备，在透明衬底上溅射镀膜一层掺锡氧化铟薄膜，在掺锡氧化铟薄膜上涂光刻胶，曝光，将半导体电极阵列形状制作在光刻胶上，再用离子束刻蚀将光刻胶上图形转移到掺锡氧化铟薄膜上，有机溶剂除去残存光刻胶，得到半导体电极阵列；在半导体电极上连接导线和固定微生物细胞聚集片；

步骤二、制备培养室层

在高分子绝缘材料上打孔，所述孔与步骤一所述半导体电极一一对应，尺寸相同；每列孔之间以微通道连通，设有进样孔和出样孔；

步骤三、制备膜电极层

将碳电极与质子交换膜压合，所述碳电极与步骤二所述孔一一对应，尺寸相同；所述碳电极上连接导线，外面覆盖防水透气膜；

步骤四、组装

将膜电极层放在多孔支撑架上，质子交换膜朝上，将培养室层覆盖在膜电极层上，压合在质子交换膜上的碳电极对准培养室；半导体电极层覆盖在培养室层上部，排布半导体电极的一面朝下，半导体电极对准培养室；用夹具压住所有层非进出样的侧面两端，得到所述基于微流控的产电微生物筛选平台；

或将半导体电极层放在多孔支撑架上，排布半导体电极的一面朝上，将培养室层覆盖在半导体电极层上，半导体电极对准培养室；膜电极层覆盖在培养室层上部，质子交换膜朝下，碳电极对准培养室；用夹具压住所有层非进出样的侧面两端，得到所述基于微流控的产电微生物筛选平台。

步骤一所述微生物细胞聚集片用导电胶粘合固定在半导体电极上。

步骤四所述多孔支撑架上设置有透光孔，所述透光孔与半导体电极一一对应；所述多孔支撑架非进出样两侧各有一根平行的用于固定各层的条状板，夹具固定在条状板上；所述多孔支撑架下部设有支撑垫。

本发明的有益效果：