本技術涉及微生物富集，特別是涉及一種富集微生物的濾芯及其制備方法、裝置。

背景技術：

1、微生物富集是現代生物技術流程的關鍵起始環節，通過富集，能夠使微生物濃度較低的原始樣本，得到微生物濃度更高的樣本，以更好地滿足后續的檢測或分析等需求。

2、目前，微生物富集手段包括離心法、過濾法、吸附法和化學沉淀法等。離心法依賴離心機設備，且高速旋轉產生的強大剪切力可能會破壞微生物細胞結構，致使微生物活性減弱甚至喪失，進而影響后續的培養、鑒定工作。過濾法一般以微濾膜、超濾膜等為主，但過濾時間長，且濾膜極易被雜質堵塞，需頻繁更換，中斷操作流程，降低整體效率，且濾膜反復利用的能力有限，成本相對較高。吸附法由于吸附材料的再生比較繁瑣，影響吸附材料的多次重復利用。化學沉淀法使用各類化學試劑促使微生物聚集沉淀，后續清洗工序繁雜且難以徹底清除殘留試劑，這些雜質混入樣本，可能干擾微生物的正常生理狀態，進而可能影響后續的培養、分析工作。

3、因此，亟需一種既能高效富集微生物，又能減少影響微生物活性，且操作便捷的微生物富集手段。

技術實現思路

1、為克服現有技術的不足，有效解決現有技術的富集微生物方法效率低、影響微生物活性等的問題，本技術提供一種富集微生物的濾芯及其制備方法和應用。本技術采用了以下技術方案：

2、本技術的第一方面公開了一種富集微生物的濾芯，所述濾芯的芯體內部具有孔隙結構，所述孔隙結構的孔徑為0.5μm～50μm，所述濾芯用于對待富集的微生物樣本液進行過濾以進行富集。需要說明的是，本技術中采用具有孔隙結構的濾芯進行微生物富集，孔隙結構的孔徑為0.5μm～50μm，能夠截留不同大小的微生物，例如細菌、真菌、孢子等。本技術的濾芯，富集過程無需高速離心旋轉、無需使用化學沉淀劑，相較于片狀的過濾膜具有良好的通透性，能夠高效地對微生物進行富集，并減少對微生物活性或后續檢測分析的影響。

3、本技術的一種實現方式中，所述濾芯的材質包括以下聚合物中的至少一種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯。需要說明的是，聚乙烯(pe)材料具備良好的化學穩定性，耐酸堿腐蝕，制得的濾芯能適應多種復雜樣本環境，從酸性的工業廢水到堿性的土壤浸提液燈都可適用；其次，聚乙烯材料表面攜帶的靜電電荷能夠與微生物表面電荷相互吸引，促使微生物靠近濾芯表面；聚乙烯材料還具有一定疏油性，待富集微生物樣本液中油性污染物難以黏附至濾芯，由此能夠減少雜質干擾，保障富集樣本的純凈度。

4、本技術的一種實現方式中，所述聚合物為聚乙烯。

5、本技術的一種實現方式中，所述芯體為由所述聚合物的顆粒燒結得到的具有孔隙結構的芯體。

6、本技術的一種實現方式中，沿著過濾方向，所述孔隙結構的孔徑逐漸減小。需要說明的是，濾芯中孔隙結構的孔徑逐漸減小，能夠有利于實現分級富集，提高富集效率。

7、本技術的一種實現方式中，所述濾芯包括多個芯體，沿著所述過濾方向，所述多個芯體的孔隙結構的孔徑依次減小。需要說明的是，可以通過多個具有不同孔徑孔隙結構的芯體組合得到整體濾芯。

8、本技術的一種實現方式中，所述多個芯體沿著所述過濾方向依次排布。

9、本技術的一種實現方式中，所述多個芯體一體成型。

10、本技術的一種實現方式中，所述孔隙結構的孔徑為0.5μm～30μm。

11、本技術的一種實現方式中，所述孔隙結構的表面附著有親水物。需要說明的是，通過使孔隙結構的表面附著有親水物，能夠增強孔隙結構對微生物的吸附親和力，讓微生物更易附著，提升富集效率。

12、本技術的一種實現方式中，所述孔隙結構的表面具有由所述親水物構成的親水膜層。

13、本技術的一種實現方式中，所述親水物包括表面活性劑。

14、本技術的一種實現方式中，所述表面活性劑包括以下的至少一種：吐溫、、十二烷基硫酸鈉。需要說明的是，吐溫是一種非離子型表面活性劑，主要由聚氧乙烯鏈和脂肪酸酯組成。由于其分子結構的特性，吐溫具有良好的親水性和一定的疏油性，典型代表包括吐溫20(tween?20)、吐溫40(tween?40)、吐溫60(tween?60)、吐溫80(tween?80)。

15、本技術的第二方面公開了一種富集微生物的濾芯的制備方法，包括：將粒徑為3μm～100μm的濾芯基材顆粒填入模具中，進行升溫程序，燒結得到具有孔隙結構的所述濾芯。需要說明的是，孔隙結構的形成原理可以理解如下：由于在燒結前濾芯基材顆粒是離散分布的，顆粒之間存在空隙，在升溫程序下逐漸熔化，顆粒間部分融合，由此，逐步構建起三維連通的孔隙結構；此外，在燒結過程中，顆粒接觸點會優先軟化并形成“燒結頸”，燒結頸的生長速度有限，尤其是在低溫燒結條件下，導致顆粒間的空隙無法完全消除；此外，在燒結過程中，可能存在一些氣體，形成氣孔。通過使用適宜粒徑的濾芯基材顆粒進行燒結，能夠得到含有孔徑在0.5～50μm的孔隙結構的濾芯，這種多尺度的孔徑設計能適配不同大小的微生物，小至常見的細菌，大到真菌孢子，都能被有效截留。

16、本技術的一種實現方式中，所述濾芯基材顆粒的材質包括以下聚合物中的至少一種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯。

17、本技術的一種實現方式中，燒結溫度不高于所述聚合物的熔化溫度。需要說明的是，由此，顆粒不會完全熔化，而是通過表面擴散、粘性流動等機制實現部分融合，進而形成孔隙結構。

18、本技術的一種實現方式中，所述濾芯基材為聚乙烯，所述升溫程序為：以5℃～10℃的速率升溫至120℃～140℃后保持2小時～3小時。需要說明的是，燒結溫度和燒結時間對于孔隙結構的孔隙率、孔徑等相關，例如燒結溫度較高或燒結時間較久，顆粒間可能較多地熔融，形成較少的孔隙。

19、本技術的一種實現方式中，在所述升溫程序中，還包括施加5mpa～10mpa的壓力。需要說明的是，施加適當的壓力能夠促使濾基材芯顆粒充分熔融黏連，進行燒結形成穩固的濾芯基體。

20、本技術的一種實現方式中，包括：將所述濾芯基材顆粒按照粒徑分為大顆粒和小顆粒，所述大顆粒的粒徑為50～100μm，所述小顆粒的粒徑為3～50μm。

21、本技術的一種實現方式中，所述制備方法包括：依次將所述大顆粒和所述小顆粒填入所述模具中，進行所述升溫程序，燒結得到所述濾芯。

22、本技術的一種實現方式中，依次將所述大顆粒、所述大顆粒和所述小顆粒的混合物、所述小顆粒填入所述模具中，進行所述升溫程序，燒結得到所述濾芯。

23、本技術的一種實現方式中，所述升溫程序后，還包括親水化處理，所述親水化處理包括：使親水物附著于所述孔隙結構的表面。

24、本技術的一種實現方式中，所述親水化處理包括：使所述孔隙結構的表面形成由所述親水物構成的親水膜層。

25、本技術的一種實現方式中，所述親水化處理包括：使所述親水物溶于乙醇得到親水物溶液，在50℃～80℃的條件下將所述濾芯浸泡于所述親水物溶液中20min～60min，浸泡過程中采用超聲處理。需要說明的是，由于聚乙烯具有疏水性，因此將親水物溶于乙醇而不是水中，由此能夠使親水物進入孔隙結構中，并附著于孔隙結構表面；超聲的作用是消除孔隙結構中的氣泡，進一步保障親水化處理的效果。

26、本技術的一種實現方式中，所述親水化處理包括：通過氣相沉積法使所述孔隙結構的表面形成由所述親水物構成的親水膜層。

27、本技術的一種實現方式中，所述親水物包括以下的至少一種：吐溫、十二烷基硫酸鈉。

28、本技術的第三方面公開了一種富集微生物的裝置，所述裝置包括如本技術第一方面公開的濾芯、以及連接所述濾芯的進樣口和出樣口，待富集的微生物樣本液經由所述進樣口進入所述濾芯，剩余濾液從所述出樣口流出。

29、本技術的有益效果在于：

30、本技術中采用具有孔隙結構的濾芯進行微生物富集，孔隙結構的孔徑為0.5μm～50μm，能夠截留不同大小的微生物，例如細菌、真菌、孢子等。本技術的濾芯，富集過程無需高速離心旋轉、無需使用化學沉淀劑，相較于過濾膜具有良好的通透性，能夠高效地對微生物進行富集，并減少對微生物活性或后續檢測分析的影響。