一种环境DNA远程连续智能采集系统

技术领域

本发明属于水样采集技术领域，特别涉及一种环境DNA远程连续智能采集系统。

背景技术

伴随着全球生物多样性治理新战略的推进，以及联合国《生物多样性公约》的实施，生物多样性调查研究的重要性越来越凸显。随着生物多样性调查研究的发展，通常需要对水体中的环境DNA和微生物进行大规模的远程连续采集与过滤。不同于普通的采样场景，在环境DNA采样或微生物采样场景中，还需要格外注意避免样品的污染，注意控制滤膜上的压力，注意及时排出滤液，及时记录环境参数，从而确保样品的独立性和检测结果的准确性。

其它领域中使用的利用切换真空泵吸气排气方向来排出滤液的方案，需要对滤瓶和真空泵的多个阀门进行打开和关闭，操作复杂，无法连续排出滤液。

其它领域中使用的智能化采样的方案，没有考虑单个样品的独立标签，以及环境参数和过程参数的记录，无法满足大规模远程连续采样场景的应用，不利于获取有科学参考意义的数据。其它领域中的水泵抽水过滤方案，没有考虑水的浊度、温度、对滤膜的压力等，无法有针对地调整抽滤参数，不利于标准化采样。其它领域中使用的智能化采样的方案，没有考虑样品的长期妥善保存。其它领域中使用的智能化采样的方案，没有考虑气溶胶中的微生物可能对样品的污染。

也即，对于水环境的DNA采样技术而言，现有技术存在通过利用切换真空泵排气方向来进行排除滤液，操过程繁琐，以及无法对采样过程中水样的各项指标，例如浊度、滤膜压力、流量、采样时间进行监测并记录的技术问题。

可见，随时与水环境DNA采样技术而言，如何提高采样效率，并对采样过程中浊度、滤膜压力、流量、采样时间进行自动监测并储存的技术，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供的一种环境DNA远程连续智能采集系统，以至少解决上述技术问题；

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种环境DNA远程连续智能采集系统，所述采集系统用于将水环境的水样采集至滤膜，其特征在于，所述采集系统包括：换膜过滤装置；所述换膜过滤装置包括滤膜存储区和采样区，所述滤膜存储区用于存储多个待采样的所述滤膜，每一个所述滤膜均通过壳体进行固定，所述采样区用于放置单个所述滤膜以进行所述水样采集，所述采样区的一端连通进水管道，所述采样区的另一端连通出水管道；第一传感器组件；所述第一传感器组件设置在所述进水管道上，用于采集所述水样的浊度信息和/或所述滤膜的压力信息；第二传感器组件；所述第二传感器组件设置在所述出水管道上，用于采集所述水样的瞬时流量；阀体装置；所述阀体装置设置在所述进水管道上；气液两用泵，所述气液两用泵设置在所述出水管道上；控制装置；所述控制装置分别与所述第一传感器组件、所述第二传感器组件、所述气液两用泵和所述阀体装置连接，进行信号传输；其中，当进行所述水样采集时，所述控制装置控制所述气液两用泵打开，并控制所述阀体装置动作以进行水样抽取，使所述水样从进水管路进入后依次经过所述第一传感器组件、所述阀体组件、所述换膜过滤装置、所述气液两用泵、所述第二传感器组件并由所述出水管道排出。

在第一方面中，所述第一传感器组件包括：浊度传感器、所述压力传感器；其中，当所述浊度传感器检测到所述水样的浊度信息超过预设的浊度阈值时，则控制所述气液两用泵停止所述水样抽取；当所述压力传感器检测到所述滤膜的压力值大于或小于预设的压力阈值范围时，则控制所述气液两用泵调整抽取压力至所述预设的压力阈值范围。

在第一方面中，所述第二传感器组件包括:流量传感器，所述流量传感器将检测到的瞬时流量信息发送至所述控制装置，当控制装置接收到瞬时流量总和达到预设流量阈值时，则控制所述气液两用泵停止所述水样抽取。

在第一方面中，所述阀体装置包括：阀腔，所述阀腔上开设有连通于其内部的第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；所述第一阀门和所述第二阀门对应连通所述进水管道的进水方向和出水方向；所述第三阀门连通空气过滤装置，所述空气过滤装置用于向所述滤膜输入空气，使所述滤膜干燥；所述第四阀门连通固定液储存装置，所述固定液存储装置用于向所述滤膜输送固定液，使所述滤膜上的所述进行固定。

在第一方面中，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和/或所述第四阀门为电磁阀。

在第一方面中，所述采集系统还包括：

低温储存装置，所述低温储存装置用于接收已采集所述水样的所述滤膜。

在第一方面中，所述采集系统还包括：标签和读取装置，所述标签设置在所述用于固定所述滤膜的所述壳体上，所述标签为可被计算机识别的用于标识所述滤膜采样信息的电子标签；所述读取装置设置在所述低温储存装置上；其中，当所述低温储存装置接收已采集所述水样的所述滤膜时，所述读取装置对所述标签进行读取。

在第一方面中，所述第一传感器组件还包括：温盐深传感器，所述温盐深传感器用于获取所述被采集所述水样的温度、盐度和深度并传输至所述控制装置。

在第一方面中，所述采集系统还包括：定位装置和信号传输装置；所述定位装置与所述控制装置连接，用于实时获取所述滤膜所采取的水样对应的位置信息；所述信号传输装置与所述控制装置和远程控制终端连接，所述信号传输装置用于将所述控制装置获取的信号传输至所述远程控制终端。

在第一方面中，所述采集系统还包括：粗过滤装置，所述粗过滤装置设置在所述进水管道的入口处，用于对进入所述进水管道内的水样的大颗粒物进行过滤。

有益效果：本发明提出了一种环境DNA远程连续智能采集系统，通过在换膜过滤装置的装有滤膜的采样区设置进水管路和出水管路，以对水样进行采集以及对采样完成的滤液进行排放，且进水管道上设置有第一传感器组件、和阀体装置，第一传感器组件用于采集水样的浊度信息和/或滤膜的压力信息，阀体装置用于控制进水管路的通断；出水管路上设置有第二传感器组件和气液两用泵，第二传感器用于检测水样的瞬时流量，气液两用泵用于将水样由进水管路抽取至出水管路进行排除。在抽取过程中，水样经过滤膜，通过滤膜以对水样中的微生物进行富集，还包括控制装置，其分别于第一传感器组件、第二传感器组件、气液两用泵和阀体装置连接，以控制上述组件或装置进行动作执行，达到自动采样的技术目的，进而大大提高了采样的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中环境DNA远程连续智能采集系统的连接示意图；

附图标记说明：

1、滤膜；

2、换膜过滤装置；

3、进水管道；

4、出水管道；

5、浊度传感器；

6、阀体装置；

7、压力传感器；

8、控制装置；

9、低温储存装置；

10、读取装置；

11、空气过滤装置；

12、固定液储存装置；

13、气液两用泵；

14、流量传感器；

15、定位装置；

16、温盐深传感器；

17、粗过滤装置；

18、电源装置；

19、信号传输装置。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。

实施例一：

如图1所示，本实施例一提供了一种环境DNA远程连续智能采集系统，采集系统用于将水环境的水样采集至滤膜1，采集系统包括：换膜过滤装置2、第一传感器组件、第二传感器组件、阀体装置6、气液两用泵13和控制装置8；

换膜过滤装置2包括滤膜存储区和采样区，滤膜存储区用于存储多个待采样的滤膜1，每一个滤膜1均通过壳体进行固定，采样区用于放置单个滤膜1以进行水样采集，采样区的一端连通进水管道3，采样区的另一端连通出水管道4；

第一传感器组件设置在进水管道3上，用于采集水样的浊度信息和/或滤膜1的压力信息；

第二传感器组件设置在出水管道4上，用于采集水样的瞬时流量；

阀体装置6设置在进水管道3上，用于控制进水管道的通断；

气液两用泵13设置在出水管道4上，用于为抽取水样提供动力；

控制装置8分别与第一传感器组件、第二传感器组件、气液两用泵13和阀体装置6连接，进行信号传输；

其中，当进行水样采集时，控制装置8控制气液两用泵13打开，并控制阀体装置6动作以进行水样抽取，使水样从进水管路进入后依次经过第一传感器组件、阀体组件、换膜过滤装置2、气液两用泵13、第二传感器组件并由出水管道4排出；

在上述实施例一的技术方案中，通过在换膜过滤装置2的装有滤膜1的采样区设置进水管路和出水管路，以对水样进行采集以及对采样完成的滤液进行排放，且进水管道3上设置有第一传感器组件、和阀体装置6，第一传感器组件用于采集水样的浊度信息和/或滤膜1的压力信息，阀体装置6用于控制进水管路的通断；出水管路上设置有第二传感器组件和气液两用泵13，第二传感器用于检测水样的瞬时流量，气液两用泵13用于将水样由进水管路抽取至出水管路进行排除。在抽取过程中，水样经过滤膜1，通过滤膜1以对水样中的微生物进行富集，还包括控制装置8，其分别于第一传感器组件、第二传感器组件、气液两用泵13和阀体装置6连接，以控制上述组件或装置进行动作执行，达到自动采样的技术目的，进而大大提高了采样的效率。

具体来说，对于上述实施例一中第一传感器组件而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：浊度传感器5和压力传感器7；其中，当浊度传感器5检测到水样的浊度信息超过预设的浊度阈值时，则控制气液两用泵13停止水样抽取；当压力传感器7检测到滤膜1的压力值大于或小于预设的压力阈值范围时，则控制气液两用泵13调整抽取压力至预设的压力阈值范围；

具体来说，在海上取样时，海水的盐分分布、温度以及深度等也会影响取样过程的实施，基于此，本实施例一还提出一种实施方式，该实施方式包括：第一传感器组件还包括温盐深传感器16，温盐深传感器16与控制装置8通讯连接，温盐深传感器16设置在所述进水管道3上，当进水管道3进水时，可通过该温盐深传感器16对水样的盐度、温度和深度进行测量；

具体来说，对于上述实施例一中的第二传感器而言，本实施例一还提出一种实施方式，该实施方式包括：流量传感器14，流量传感器14将检测到的瞬时流量信息发送至控制装置8，当控制装置8接收到瞬时流量总和达到预设流量阈值时，则控制气液两用泵13停止水样抽取；

具体来说，对于上述实施例一中的阀体装置6而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：阀腔，阀腔上开设有连通于其内部的第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；第一阀门和第二阀门对应连通进水管道3的进水方向和出水方向；第三阀门连通空气过滤装置11，空气过滤装置11用于向滤膜1输入空气，使滤膜1干燥；第四阀门连通固定液储存装置12，固定液存储装置用于向滤膜1输送固定液，使滤膜1上的进行固定。

具体而言，为了对水样采集完成后滤膜1进行分辨，以及为了获取滤膜1在水样采集过程中的过程参数，例如水样的浊度、滤膜1的压力、水样的瞬时流量等，基于此，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：设置标签和读取装置10，且将标签设置在用于固定滤膜1的壳体上，标签为可被计算机识别的用于标识滤膜1采样信息的电子标签；读取装置10设置在低温储存装置9上；其中，当低温储存装置9接收已采集水样的滤膜1时，读取装置10对标签进行读取。

同时，在移动的采集场景应用中，例如，在长江上，想要实施定点自动采集，则本实施例一提出一种实施方式，以便于水样的定点采集，该实施方式包括：设置一定位装置15，该定位装置15与控制装置8通讯连接，例如可提前在系统的电子地图上设置不同的采集点，当定位装置15定位到预设的采集点就会向控制装置8发送定位信息，控制装置8则可以控制进行自动采样指令；

在进行户外采样时，例如在船上进行采样时，为了满足长时间的作业需求，就需要各个电器装置保持充足的电量，基于此，本实施例一提出了一种实施方式，该实施方式包括：设置电源装置18，并使电源装置18与浊度传感器5、阀体装置6、压力传感器7气液两用泵13、流量传感器14、读取装置10、空气过滤装置11、固定液存储装置、温盐深传感器16和控制装置8电连接并供电。

进一步地，对于电源装置18来说，本实施例一提出一种优选实施方式，该实施方式包括，电源装置18可选用可充电的移动电源，这样就可以在需要充电时进行及时充电；具体地，移动电源可采用锂电池。

具体来说，对于低温储存装置9而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：冰箱，且读取装置10设置在冰箱的入口处，用于当滤膜1进行低温储存时，读取滤膜1上的标签；

具体来说，对于阀体装置6而言，可采用电磁阀；

同时，为了及时将户外获取的水样参数及时传达至工控中心或者实验时等固定站点，本实施例一提出用一种实施方式，该实施方式包括：设置一信号传输装置19，且该信号传输装置19与控制装置8和远程终端连接，当控制装置8获取被采样的水样参数后可通过该信号传输装置19将水样参数传输至远程控制终端，以便于保存以及远程终端的试验人员的观测；

具体来说，在某些杂物比较多的水域，水中大颗粒杂质比较多的情况下，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：设置一粗过滤装置17，将该粗过滤装置17设置在进水管道3的入口处，以将进入进水管道3内水样中的大颗粒杂质进行过滤；

具体而言，当控制装置8获取的信息未达到预设的参数标准时，例如当控制装置8检测到所述水样的浊度超过了预设的浊度阈值时，或当控制装置8检测到滤膜1的压力超过预设的压力阈值范围时，则需要第一时间发出警报，以终止水样进水或者及时提醒工作人员，优选地，警报装置可选用蜂鸣器和警报灯。

由于该实施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。

最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。