[发明专利]一种光纤倏逝波生物膜活性检测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器，具体涉及一种光纤倏逝波生物膜活性检测传感器。 

背景技术

在生物滴滤塔处理低浓度有机废气(VOCs)的过程中，由于生物废气处理的生化反应过程非常复杂，影响废气处理效率的因素很多，如含有微生物和营养物质的菌悬液的成分、生物量浓度、PH值、循环速度循环液流量、塔内温度等，在上述各因素将最终影响与有机废气降解率直接相关的生物膜活性。文献研究证实，细胞内的很多至关重要的生命活动过程均存在于细胞表面，细胞表面的分泌物又与细胞的生命活动有着密切的关系。因此本课题提出通过检测生物膜胞外多糖生物膜胞外分泌物来测量反应生物膜活性，其中生物膜胞外多糖主要包括蛋白质、核酸、脂类等。 

已有文献研究表明，生物处理的净化作用效果主要决定于生物量与生物活性，而生物膜量或生物膜厚度都只能反映附着生长微生物的生物量的多寡，而不能反映其活性，因此需借助于其他指标来评判悬浮生长与附着生长微生物的活性。 

目前用于生物膜活性检测方法主要是离线测量法，离线测量方法主要有：测定其脱氢酶活性法，生物膜中三磷酸腺苷(ATP)含量法，耗氧速率法。这些方法测量生物膜活性既费时又费力，最主要的是，无论是测定脱氢酶活 性还是测定三磷酸腺营(ATP)含量，都需将生物膜从附着载体如填料球上脱下，在此过程中，生物膜胞外分泌物以及细胞将受到损伤，因此该方法很难实现真正的生物膜活性检测。同时在取样过程中极易带进杂菌而感染反应塔，采用离线方法的另一个缺点是不易实施自动化控制。虽然耗氧速率法不用将生物膜从附着载体如填料球上脱落下来进行测量，但是如何准确在线检测耗氧率尚未得到解决。关于在线检测法到目前为止国内外还未有有关研究论文发表。 

虽然有一些方法可以测量生物膜活性，但是还处于较为原始的阶段。因为从事该研究领域的研究者们，通常是将脱氢酶与TTC反应生成TF，TF颜色越深表明脱氢酶的活性越高。从而用来粗略的判断生物膜活性。 

在生物法处理低浓度有机废气的环保技术进入工程应用阶段后，在工业生化反应处理过程中如何测定生物膜活性，提高废气降解率，是目前该技术进入工程应用阶段的技术难题和关键。 

综上所述，系统使用光纤倏逝波(evanescent wave，简写为：EW)能量衰减技术实现生物膜活性在线测量，通过传感器的输出数据，时时的显示生物膜活性变化情况，从而让从事该研究领域的研究者们，从微观上了解到生物菌液的生长繁殖情况，从而及时的为生物菌添加营养液和观察生物菌的活性等方面的信息。 

针对这一技术难题和关键，通过对EW的物理现象的研究，设计了一种新型EW生物膜活性测量传感器，并通过对传感器的设计原理和方法、光路的理论分析，得出了接收光的能量与生物膜胞外多糖折射率的函数关系。在此基础上，深入研究了生物膜胞外多糖在不同波长光源情况下对生物膜活性 的影响，实验结果及理论分析表明：这种方法用于测量生物膜活性是可行的，具有生物量浓度测量准确、反应灵敏、使用寿命长等优点，该传感器的设计原理和方法具有一定的普遍意义，是一种有很大实用价值的新型生物膜活性传感器，具有良好的应用前景。 

发明内容

针对现有技术存在的不能在线测量生物膜活性的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤倏逝波生物膜活性在线检测传感器。 

为了解决上述技术问题，根据本发明的技术方案，一种光纤倏逝波生物膜活性在线检测传感器，包括入射光纤，出射光纤，准直镜，聚焦镜，其特点是：在传感器内设置有第一固定镜、第一动镜、第二动镜、第二固定镜、棱镜；在传感器底部的中间开有安装孔，棱镜设置在传感器底部的安装孔内，且棱镜的底面向外凸出，棱镜的上部为长方体，棱镜的下部的正面和反面形状为上底长于下底的等腰梯形、棱镜的下部的左侧面和右侧面为长方形；所述第一固定镜的反射面与入射光纤的中心线成45度角，第一动镜与水平面成β度夹角，且第一动镜的反射面同时与第一固定镜的反射面、棱镜的一个侧面对应；所述准直镜接收入射光纤发出的入射光线，使光线全部聚焦后形成平行光线发射给第一固定镜，第一固定镜接收准直镜发射的光，并将光反射给第一动镜，第一动镜将光反射到棱镜的一个侧面，棱镜的另一个侧面将光反射给第二动镜；第二固定镜的反射面与出射光纤的中心线成45度角，第二动镜与水平面成φ度夹角，且第二动镜的反射面同时与第二固定镜的反射面、棱镜的另一个侧面对应，第二动镜将光反射给第二固定镜，第二固定镜将光反射给聚焦镜，聚焦镜聚焦后通过出射光纤发射出去。