CN115851427A

CN115851427A - 一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置及方法

Info

Publication number: CN115851427A
Application number: CN202310140663.2A
Authority: CN
Inventors: 党岩; 李浩永; 徐海宇; 吴洪斌
Original assignee: Xinneng Qinglin Beijing Technology Co ltd; Beijing Forestry University
Current assignee: Qinglin Chuanneng Shanghai Technology Co ltd; Beijing Forestry University
Priority date: 2023-02-21
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2043-02-21
Also published as: WO2024174506A1; CN115851427B

Abstract

本发明公开了一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置及方法。本发明装置包括罐体、至少2个液体颜色传感器、至少2个溶解氧传感器、液位传感器和搅拌桨；罐体的顶部设置一气阀，气阀通过气泵驱动；罐体的上部设置进料口，下部设置培养基出口，底部设置出料口；至少2个液体颜色传感器中，其中一个在罐体内壁于出料口上沿设置，其余在罐体内壁设置；罐体内壁由上至下设置至少2个溶解氧传感器；罐体内壁于进料口的下沿设置液位传感器；搅拌桨设置于罐体内，通过电机驱动。本发明能循环利用柠檬酸铁，通过多次添加底物，批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌，实现相同体积中扩增培养大量金属还原地杆菌。

Description

一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置及方法

技术领域

本发明属于微生物培养技术领域，涉及一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置及方法。

背景技术

金属还原地杆菌Geobacter metallireducens是一种在生物学、生物地球化学和环境科学领域备受关注的模式微生物，可用于土壤、矿山、水体等污染的生物修复、可用于生物能量转换以及生物纳米导线这种新型绿色“电子产品”的可持续生产。

金属还原地杆菌生长有微生物纳米导线，这是一种生长于微生物膜上具有导电性的直径在纳米级别的细丝。微生物生产的蛋白质纳米导线在微生物生命活动方面和生物技术领域具有独特作用，可以用于远程电子传递，可以作为一种环保可持续的“电子材料”，如果能大规模提取微生物纳米导线将其作为导体或半导体生物材料引入电子设备，将在生物电子、生物能源和医学领域开辟新的机遇。

金属还原地杆菌是第一株被分离出来的具有纳米导线的微生物。金属还原地杆菌所产生的纳米导线的电导率为277 S/cm，其电导率是其他地杆菌纳米导线电导率的数千倍。金属还原地杆菌是提取生物纳米导线的首选菌种。生物纳米导线能够高效大量提取的前提是获得足够多的生物量，金属还原地杆菌批量培养成本很高，每百万个细胞成本约为162元，导致提取金属还原地杆菌超高电导率生物纳米导线的成本高达1200元/克。这主要是由于金属还原地杆菌纯培养需要高纯度的柠檬酸铁（如Sigma公司生产的BioReagent级别柠檬酸铁）作为电子受体才能快速生长，然而柠檬酸铁的成本高达980元/250克，柠檬酸铁的成本占到了培养基成本的99%，是金属还原地杆菌培养基成本的主要组成部分，极大限制了金属还原地杆菌的大规模工业化批量培养，从而限制了纳米生物导线的低成本大量提取。如何低成本对具有超高导电性微生物纳米导线的金属还原地杆菌进行批量培养，从而高效获取高纯度微生物纳米导线是实现生物纳米导线工程化应用的一个亟待解决的问题。

专利CN112778422A报道了一种与金属还原地杆菌生物纳米导线相似的Ⅳ型菌毛蛋白的制备方法，该方法利用蛋白质工程的方法，利用菌毛蛋白-GFP融合蛋白在原核表达系统进行表达纯化，并通过诱导菌毛蛋白组装的方法制备菌毛蛋白。该方法通过类似蛋白质结晶条件筛选的方法，评价不同沉淀剂和沉淀条件对菌毛蛋白自组装的促进能力。然而这种组装方法所制备的菌毛蛋白难以与菌体自身生长的菌毛蛋白结构保持一致，难以保证制备的菌毛蛋白可以行使其特有的生理功能，且该方法存在成本高制作周期长的问题，难以满足大规模工业化生产的需求。

从金属还原地杆菌提取生物纳米导线是保持生物纳米导线结构与功能的首选方法。批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的金属还原地杆菌是批量提取生物纳米导线的基础，故提供一种低成本批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置和方法，对降低金属还原地杆菌生物纳米导线提取成本，推动生物纳米导线工业化应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置及制备方法。

本发明提供的一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，包括罐体、至少2个液体颜色传感器、至少2个溶解氧传感器、液位传感器和搅拌桨；

所述罐体的顶部设置一气阀，所述气阀通过气泵驱动；所述罐体的上部设置进料口，下部设置培养基出口，底部设置出料口；

至少2个所述液体颜色传感器中，其中一个在所述罐体内壁于所述出料口上沿设置，其余在所述罐体内壁设置；

所述罐体内壁由上至下设置至少2个所述溶解氧传感器；

所述罐体内壁于所述进料口的下沿设置所述液位传感器；

所述搅拌桨设置于所述罐体内，通过电机驱动。

上述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置中，制成所述罐体的材质选自玻璃、塑料或金属；

除所述出料口上沿设置的所述液体颜色传感器，每个所述液体颜色传感器和所述溶解氧传感器在所述罐体内壁上相对设置，且位于所述罐体内壁同一横截面上。

上述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置中，所述罐体底部为锥形设置，所述出料口设置于所述锥形的底部尖端；

所述进料口、所述培养基出口和所述出料口上分别设置一阀门，且分别设置一驱动泵；

所述罐体的顶部还设置一气压平衡阀门，用于在加料和排除液体时平衡气压；设置一气体收集袋，所述气体收集袋与所述气压平衡阀门相连接，用于收集排出的气体。

本发明中，所述气阀和所述气压平衡阀门的作用具体如下：

（1）所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置首次使用时通过所述气阀通入氮气置换装置中的空气；

所述气阀和所述气泵在所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置首次启动时打开，同时打开所述气压平衡阀门和所述气体收集袋，向所述的装置中充入氮气置换所述装置中存在的空气（如果不置换装置中的空气，可能会使厌氧培养基的溶解氧上升影响地杆菌生长）；后续运行时所述的装置中已经是厌氧环境就只需要打开所述气压平衡阀门；

（2）培养基的铁循环时通过所述气阀充入空气

当铁循环时将所述气阀打开通过所述气泵向装置中充入空气，利用空气中的氧气氧化二价铁。同时通过气阀和气泵共同控制充入装置种空气的量，使得通入空气中的氧气可以被二价铁消耗，且不会造成培养基中溶解氧的上升。

上述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置中，所述液体颜色传感器、所述溶解氧传感器和所述液位传感器均连接于主控电脑上，用于实时监测并记录；

所述气阀、所述气泵、所述阀门、所述驱动泵和所述气压平衡阀门均连接于所述主控电脑进行集中控制；

所述气阀、所述气压平衡阀门、所述阀门和所述气压平衡阀门均设置有0.22微米滤膜，用于过滤空气中微生物。

上述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置中，所述的装置还包括培养基储备池、乙酸钠储备池、培养基再生池、离心机和生物纳米导线提取装置；所述生物纳米导线提取装置，用于生物纳米导线的提取；

所述进料口与所述培养基储备池、所述乙酸钠储备池相连接；所述培养基出口与所述培养基再生池连接；所述出料口排出地杆菌菌体通过所述离心机收集地杆菌将所排出的地杆菌送入所述生物纳米导线提取装置。

上述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置中，所述液体颜色传感器的数量为2~6个，具体可为3个；其中，当所述液体颜色传感器的数量为2个时，其中一个在所述罐体内壁于所述出料口上沿设置，另一个在所述罐体内壁设置；当所述液体颜色传感器的数量为3~6时，其中一个在所述罐体内壁于所述出料口上沿设置，其余在所述罐体内壁由上至下依次设置；

所述溶解氧传感器的数量可为2~6个，具体可为3个；

上述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置中，所述搅拌桨伸入所述罐体底部，所述搅拌桨连接一差速器，以实现不同转速下的运行。

本发明中，所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置的各个装置部件均为本领域中公知的部件或能实现其相应功能的现有部件。

本发明还提供了一种采用上述的装置循环利用柠檬酸铁批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的方法，包括如下步骤：

1）在所述罐体中加入柠檬酸铁培养基，使最下方所述溶解氧传感器和其中一个所述液体颜色传感器位于液面高度1/2处；位于液面高度1/2处的所述溶解氧传感器检测溶解氧量小于0.2 mg/L，位于液面高度1/2处的所述液体颜色传感器此时显示红褐色；

2）在所述柠檬酸铁培养基中接种金属还原地杆菌，开启搅拌桨混匀，然后30℃恒温培养；

在所述恒温培养过程中，所述柠檬酸铁中三价铁被还原为二价铁，设置在所述罐体内壁上的所述液体颜色传感器先显示为黑色，然后显示为黄色；

3）当所述出料口上沿设置的所述液体颜色传感器显示为黄色后，将金属还原地杆菌菌体沉淀，打开所述气阀、所述气泵，使所述二价铁被氧化，当液体1/2处被氧化相应位置的所述液体颜色传感器显示黑色，且所述溶解氧传感器检测溶解氧量不影响所述金属还原地杆菌的培养时，关闭所述气泵，加入配置好的乙酸钠储备液，静置；

4）重复上述步骤2）-3），除接种所述金属还原地杆菌的步骤，用空气氧化所述柠檬酸铁培养基中的二价铁使所述柠檬酸铁再生，以相同体积的所述柠檬酸铁培养基扩增培养所述金属还原地杆菌，自然沉淀所述金属还原地杆菌菌体，从所述出料口排出，使用离心机收集菌体进入所述生物纳米导线提取装置以提取纳米导线。

本发明中，通过所述液位传感器检测液位的高度，用于控制加入柠檬酸铁培养基的体积，当液位传感器检测到液体时停止加入柠檬酸铁培养基。

上述的方法中，步骤2）中，所述金属还原地杆菌首次接种量可为10%~20%。

上述的方法中，步骤3）中，当液体1/2处被氧化所述液体颜色传感器显示黑色，所述罐体内壁由上至下的所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量可为0~0.5 mg/L，由上至下的所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量由高到低；具体可为0~0.3 mg/L。

上述的方法中，步骤3）结束后，所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量至0.0 mg/L。

上述的方法中，当所述溶解氧传感器数量为3个时，所述罐体内壁由上至下的所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量分别可为DO<0.3 mg/L、DO<0.2 mg/L、DO=0.0＋0.05 mg/L。

本发明中，所述金属还原地杆菌为Geobacter metallireducens菌种，具体可为产品名称：Geobacter metallireducens，商购于德国DSMZ公司（网址：www.dsmz.de），产品目录号为DSM 7210。

本发明中，步骤1）中，所述液体颜色传感器此时显示红褐色，其RGB具体可为R=114±10，G=66±10，B=40±10；

步骤2）中，所述液体颜色传感器显示为黑色，其RGB具体可为R=39±10，G=29±10，B=23±10，所述液体颜色传感器显示为黄色，其RGB具体可为R=201±20，G=161±10，B=69±10。

步骤3）中，当液体1/2处被氧化所述液体颜色传感器显示黑色，其RGB具体可为R=39±10，G=29±10，B=23±10。

本发明中，步骤2）-3）中培养过程中具体机理如下：30℃恒温培养，随着金属还原地杆菌的生长唯一电子受体柠檬酸铁中的三价铁被还原为二价铁，柠檬酸铁向亚铁转化的中间态使所述液体颜色传感器显示为黑色(如RGB：R=39±10，G=29±10，B=23±10)，继续生长柠檬酸铁被进一步还原为二价铁在培养基中所有物质颜色的共同作用下所述液体颜色传感器显示为黄色(如RGB：R=201±20，G=161±10，B=69±10)；此时将微生物细胞沉淀，打开空气泵，在空气的氧化作用下，在溶解氧传感器、颜色传感器、气阀和空气泵的共同控制下二价铁逐渐被氧化，当液体1/2处被氧化液体颜色传感器显示黑色(如RGB：R=39±10，G=29±10，B=23±10)，此时罐体内壁由上至下设置的溶解氧传感器应显示溶解氧分别为DO<0.3 mg/L、DO<0.2 mg/L、DO=0.0＋0.05 mg/L时，关闭空气泵，加入配置好的乙酸钠储备液，静置；此时溶解氧将培养基中的二价铁被氧化为三价铁，将溶氧控制在上述范围可以确保不对厌氧的金属还原地杆菌的培养造成影响，并且可以在培养基剩余二价铁的作用下对溶解氧进一步利用最终使DO降低到0.0 mg/L左右；

上述的方法中，步骤4）中重复的次数可为3~20次，具体可为10次；多次重复有利于培养出更多的生物量，以降低后续提取菌毛的成本，重复次数越多成本越低。

本发明中，所述搅拌桨连接所述差速器，以速率可为5~20 r/min的转速搅拌1~2min，目的是使氧化的三价铁和菌体均匀分布装置中使金属还原地杆菌可以更快的生长，但搅拌转速不应过大，剧烈搅拌可能使菌体破裂不利于细菌生长。

本发明由于采用以上方法，具有以下优点：

1、本发明使用可控的空气氧化二价铁重新生成三价铁，三价铁可以和柠檬酸络合重新生成柠檬酸铁作为电子受体参与金属还原地杆菌的生长。控制空气氧化二价铁重新生成三价铁的速度和程度，先经过沉淀将菌体沉淀于装置底部，空气逐渐氧化二价铁，当氧化到液体高度的一半时停止，既重新生成三价铁又不会因溶解氧的上升造成菌体死亡。由此以极低的成本完成了昂贵电子受体柠檬酸铁的重复利用。

2、通过反复多次添加底物，实现了相同体积中扩增培养大量金属还原地杆菌，极大的提高了超高导电性纳米导线的浓度，使得后续的提取步骤可以获取更多的超高导电性纳米导线，在降低成本的同时提升超高导电性纳米导线的提取效率。

附图说明

图1是本发明实施例培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置的结构示意图。

图中各标记如下：

1 气泵；2 气阀；3 进料口；4 进料阀门；5 进料水泵；6-1、6-2、6-3、6-4 液体颜色传感器；7 培养基出口；8 培养基出水水泵；9 出水阀门；10 菌体出料泵；11 出料阀门；12搅拌桨；13 电机；14 差速器；15 气压平衡阀门；16 液位传感器；17-1、17-2、17-3 溶解氧传感器；18 出料口；23 气体收集袋。

图2为本发明的装置循环利用柠檬酸铁批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的方法与传统培养方法地杆菌生长状态对比图，图2中（a）为传统方法培养地杆菌生长状态，图2中（b）为使用本专利方法培养地杆菌生长状态。

图3为本发明所提取的金属还原地杆菌超高电导率生物纳米导线冷冻电镜图。

图4为本发明柠檬酸铁循环次数与生物量及单位细胞培养成本关系图，图4中（a）为循环次数与细胞数量关系图，图4中（b）为循环次数与单位细胞培养成本关系图。

实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明中采用的反应原理包括：

1、金属还原地杆菌还原三价铁

CH₃COOH+2H₂O→2CO₂+8e^-+8H⁺

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺

2、空气氧化二价铁为三价铁继续作为电子受体

4Fe²⁺+O₂+4H⁺→4Fe³⁺+2H₂O

本发明实施例提供的低成本批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的方法利用可控的空气氧化金属还原地杆菌的代谢产物二价铁为三价铁，三价铁可继续作为金属还原地杆菌生长所必须的电子受体，对金属还原地杆菌进行进一步扩大培养，以极低的成本实现了三价铁的一次投入多次循环利用，从而极大的降低了金属还原地杆菌扩增培养及超高导电性微生物纳米导线提取的成本。

结合图1对本发明提供的低成本批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的金属还原地杆菌的实例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实例提供一种金属还原地杆菌的批量培养装置工作容积具体为1升，包括气泵1，气阀2，进料水泵5，培养基出水水泵8，菌体出料泵10，搅拌桨12，电机13，差速器14，气压平衡阀门15，液体颜色传感器6-1、6-2、6-3、6-4，液位传感器16，溶解氧传感器17-1、17-2、17-3，气体收集袋23。

首次运行，关闭出料口18、出水阀门9、进料阀门4以及气阀2。打开气压平衡阀门15，打开气泵1和气阀2向装置中充入氮气，使空气从气压平衡阀门15排出，装置内部为厌氧环境。

打开进料阀门4，打开进料水泵5，向装置中加入配置好的厌氧培养基，该培养基以柠檬酸铁为唯一电子受体以乙酸钠为唯一电子供体。当液位传感器16检测到液体，关闭进料阀门4，关闭进料水泵5。

此时溶解氧传感器17-1、17-2、17-3应显示溶解氧小于0.2 mg/L，全部颜色传感器6-1、6-2、6-3、6-4显示为红褐色（RGB：R=114，G=66，B=40）。

打开进料阀门4，进料水泵5向装置中接种金属还原地杆菌约100 ml（具体接种量百分含量为10%），关闭进料阀门4，进料水泵5。

打开电机13，调整差速器14，使搅拌桨12以10 r/min的转速搅拌5 min，使接种的菌体在培养基中分布均匀。

该装置30℃恒温培养，每12 h打开电机13一次，调整差速器14，使搅拌桨12以10r/min的转速搅拌5 min。

随着金属还原地杆菌的生长作为唯一电子受体的柠檬酸铁被逐渐还原，液体颜色传感器6-1、6-2、6-3显示为黑色（RGB：R=39，G=29，B=23），金属还原地杆菌持续生长柠檬酸铁中的三价铁被还原为二价铁在和培养基中其他成分的共同作用下液体颜色传感器6-1、6-2、6-3显示为黄色（RGB：R=201，G=161，B=69）。此时电子受体柠檬酸铁被消耗殆尽，金属还原地杆菌无法继续生长。

关闭搅拌桨12，静置12 h，使菌体沉淀到装置底部。

打开气阀2，气泵1，气压平衡阀门15向装置中缓慢泵入空气，空气与培养基接触，二价铁被逐渐氧化，此时液体颜色传感器6-1、6-2、6-3将依次从黄色（RGB：R=201，G=161，B=69）显示为黑色（RGB：R=39，G=29，B=23），溶解氧传感器17-1、17-2、17-3读数也依次升高，当溶解氧传感器17-1显示DO<0.3 mg/L，17-2显示DO<0.2 mg/L，17-3显示DO=0.0 mg/L时关闭气阀2，气泵1。

打开进料阀门4，打开进料水泵5加入配置配制好的厌氧乙酸钠溶液，关闭气压平衡阀门15。

静置1 h，等待装置中的二价铁将顶空中的氧气完全利用，打开电机13，调整差速器14，使搅拌桨12以10 r/min的转速搅拌2 min。

重复上述恒温培养过程，等待液体颜色传感器6-1，6-2，6-3显示为黄色（RGB：R=201，G=161，B=69）。此时电子受体三价铁被再次消耗，金属还原地杆菌无法继续生长。

重复上述菌体沉淀、泵入空气、添加厌氧乙酸钠和恒温培养的步骤3~20次（具体可为10次）。由此，使用相同量的培养基扩增培养出数倍于前的菌体数量，极大减少扩增培养的成本。

待液体颜色传感器6-1、6-2、6-3显示为黄色（RGB：R=201，G=161，B=69），停止搅拌，使菌体自然沉淀24 h。

当液体颜色传感器6-4显示为红色（RGB：R=150，G=80，B=60），打开出料阀门11，气压平衡阀门15，菌体出料泵10，排出沉淀于锥形收集池底部的菌体，排出30 ml（约为锥形池容积的二分之一）。剩余金属还原地杆菌可以作为继续运行接种的微生物。排出的菌液使用离心机8000 g离心1 min收集菌体，收集的菌体进入生物纳米导线提取装置，离心后的上清液收集进入培养基再生池再生后可以重复使用。

采用此方法循环10次，可以显著富集培养的金属还原地杆菌。如图2所示，图2中（a）为传统培养方式金属还原地杆菌生长情况，每毫升菌液中约有1.66×10⁸个金属还原地杆菌细胞，培养每一亿个细胞成本约为340元。如图2中（b）所示为使用本发明方法金属还原地杆菌生长情况，红色的金属还原地杆菌大量富集，每毫升菌液中约有2.78×10¹⁰个金属还原地杆菌细胞；如图4中（b）所示，每一亿个细胞成本降低到约2元。

目前，未见有报道低成本获得过高纯度的金属还原地杆菌纳米导线。有文献报道了提取硫还原地杆菌纳米导线的方法，每克纳米导线成本约5.3万元。本发明可以以低成本获得大量金属还原地杆菌，循环2次每升菌液可提取超高导电性纳米导线0.046 g，极大的提高了超高导电性纳米导线的提取率。使用本发明所提供的柠檬酸铁循环使得的方法可以极大的降低生物纳米导线的提取成本，按照上述方法经过20次循环纳米导线的成本可以降低到约12元/克，且根据图3冷冻电镜图片显示所提取的纳米导线纯度良好。

对比例

与本发明实施例1中装置和方法相同，不同之处为本对比例为传统培养方式，即为不打开气泵1，不打开气阀2，取消向装置中缓慢泵入空气这个步骤，没有空气与培养基接触，培养过程中观察，液体颜色传感器6-1，6-2，6-3仍为黄色，没有变黑，即证明不出现二价铁被逐渐氧化的过程，且溶解氧传感器17-1，17-2，17-3读数也保持不变，因此，没有柠檬酸铁循环利用培养的过程。结果如图2中（a）所示，金属还原地杆菌生长情况，每毫升菌液中约有1.66×10⁸个金属还原地杆菌细胞，如图4中（b）培养每一亿个细胞成本约为340元。

Claims

1.一种培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，其特征在于，包括罐体、至少2个液体颜色传感器、至少2个溶解氧传感器、液位传感器和搅拌桨；

所述罐体内壁由上至下设置至少2个所述溶解氧传感器；

所述罐体内壁于所述进料口的下沿设置所述液位传感器；

所述搅拌桨设置于所述罐体内，通过电机驱动。

2.根据权利要求1所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，其特征在于，制成所述罐体的材质选自玻璃、塑料或金属；

3.根据权利要求2所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，其特征在于，所述罐体底部为锥形设置，所述出料口设置于所述锥形的底部尖端；

所述罐体的顶部还设置一气压平衡阀门，设置一气体收集袋，所述气体收集袋与所述气压平衡阀门相连接。

4.根据权利要求3所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，其特征在于，所述液体颜色传感器、所述溶解氧传感器和所述液位传感器均连接于主控电脑上，用于实时监测并记录；

5.根据权利要求4所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，其特征在于，所述的装置还包括培养基储备池、乙酸钠储备池、培养基再生池、离心机和生物纳米导线提取装置；所述生物纳米导线提取装置，用于生物纳米导线的提取；

6.根据权利要求1所述培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的装置，其特征在于，所述液体颜色传感器的数量为2~6个；其中，当所述液体颜色传感器的数量为2个时，其中一个在所述罐体内壁于所述出料口上沿设置，另一个在所述罐体内壁设置；当所述液体颜色传感器的数量为3~6时，其中一个在所述罐体内壁于所述出料口上沿设置，其余在所述罐体内壁由上至下依次设置；

所述溶解氧传感器的数量为2~6个；

所述搅拌桨伸入所述罐体底部，所述搅拌桨连接一差速器，以实现不同转速下的运行。

7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的装置循环利用柠檬酸铁批量培养生长有超高电导率生物纳米导线的地杆菌的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在所述罐体中加入柠檬酸铁培养基，使所述溶解氧传感器和其中一个所述液体颜色传感器位于液面高度1/2处；位于液面高度1/2处的所述溶解氧传感器检测溶解氧量小于0.2 mg/L，位于液面高度1/2处的所述液体颜色传感器此时显示红褐色；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述金属还原地杆菌首次接种量为10%~20%；

步骤3）中，当液体1/2处被氧化所述液体颜色传感器显示黑色，所述罐体内壁由上至下的所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量为0~0.5 mg/L；

步骤3）结束后，所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量至0.0 mg/L。

9. 根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，当所述溶解氧传感器数量为3个时，当液体1/2处被氧化所述液体颜色传感器显示黑色，所述罐体内壁由上至下的所述溶解氧传感器检测显示溶解氧量分别为DO<0.3 mg/L、DO<0.2 mg/L、DO=0.0＋0.05 mg/L。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4）中重复的次数为3~20次。