Biology

ऑनलाइन विकास माप और अनुकूलन योग्य प्रकाश शासन के साथ प्रयोगशाला फोटोबायोरिएक्टरों का संचालन

Published: October 28, 2021 doi: 10.3791/62910

¹Department of Geoscience, University of Calgary

Summary

यह प्रकाशन अनुकूलन योग्य प्रकाश शासनों के साथ प्रयोगशाला फोटोबायोरिएक्टर (पीबीआर) के डिजाइन का वर्णन करता है। साइनोबैक्टीरिया या माइक्रोएल्गी की वृद्धि, उनके कार्बन स्रोत के रूप में बाइकार्बोनेट का उपयोग करके, वॉल्यूमेट्रिक ऑक्सीजन उत्पादन को मापकर लगातार निगरानी की जाती है। ये पीबीआर प्रयोगों के दौरान छोटे उपयोगकर्ता हस्तक्षेप के साथ तेजी से, प्रतिकृति प्रयोगशाला विकास तुलना की सुविधा प्रदान करते हैं।

Abstract

सूक्ष्मशैवाल का प्रयोगशाला अध्ययन प्रयोगात्मक रूप से चुनौतीपूर्ण हो सकता है। गैर-प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीवों की खेती की आवश्यकताओं के अलावा, फोटोट्रॉफ़्स को रोशनी की भी आवश्यकता होती है। नियमित रूप से, शोधकर्ता कस्टम प्रकाश आपूर्ति प्रदान करना चाहते हैं, अर्थात, प्रकाश की तीव्रता और समय को अलग-अलग करते हैं जिस पर इसे वितरित किया जाता है। मानक बेंचटॉप रोशनी के साथ इस तरह का लचीलापन मुश्किल है। आमतौर पर, खेती के अध्ययन में प्रयोगात्मक उपचारों के बीच विकास की तुलना की भी आवश्यकता होती है। अक्सर, विकास का मूल्यांकन एक विस्तारित अवधि में किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक सप्ताह के लंबे परीक्षण में दिन में कई बार। मैनुअल माप समय लेने वाली हो सकती है और डेटा रिज़ॉल्यूशन की कमी हो सकती है। इसलिए, स्वचालित विकास निगरानी और अनुकूलन योग्य प्रकाश आपूर्ति के साथ फोटोबायोरिएक्टर (पीबीआर) कई उपचारों के साथ दोहराए गए प्रयोगों के लिए उपयोगी हैं। वर्तमान कार्य प्रयोगशाला पीबीआर के डिजाइन, निर्माण और संचालन को प्रस्तुत करता है। सामग्री आसानी से खट्टे और अपेक्षाकृत सस्ती हैं। डिजाइन को मध्यम कौशल के साथ डुप्लिकेट किया जा सकता है। प्रत्येक संरचना में ~ 40 सेमी² का पदचिह्न होता है और ट्रिप्लिकेट प्रतिकृति के लिए तीन 1 एल कांच की बोतलें होस्ट करता है। बोतलें चुंबकीय उत्तेजक युक्त प्लेटफार्मों पर आराम करती हैं और 1 मीटर ऊंचे और 15 सेमी व्यास पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) पाइप के भीतर लंबवत रूप से व्यवस्थित होती हैं। पाइप इंटीरियर प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल ई डी) के साथ पंक्तिबद्ध है। ये एल ई डी प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएआर) के 0-200 μmol फोटॉनों एम ^-2 एस ^-1 से निरंतर प्रकाश तीव्रता का उत्पादन करते हैं। उपयोगकर्ता एक कस्टम प्रकाश कार्यक्रम डिजाइन करते हैं। प्रकाश की तीव्रता को प्रत्येक सेकंड समायोजित किया जा सकता है या लंबी अवधि के लिए स्थिर रखा जा सकता है। प्रकाश संश्लेषण से उत्पादित ऑक्सीजन एक तरफा वॉल्यूमेट्रिक गैस सेंसर के माध्यम से प्रत्येक बोतल से बाहर निकलती है। सॉफ्टवेयर का उपयोग गैस सेंसर डेटा रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है। उत्पादित ऑक्सीजन की मात्रा को बायोमास विकास से सहसंबद्ध किया जा सकता है। यदि बायोमास नमूनों की आवश्यकता होती है, तो संस्कृति निकालने के लिए एक सिरिंज का उपयोग किया जा सकता है। विधि कार्बन स्रोत के रूप में बाइकार्बोनेट के साथ उगाए जाने वाले सूक्ष्मशैवाल के लिए अनुकूल है। ये पीबीआर एक प्रयोगशाला के लिए मूल्यवान हैं जिसके लिए दोहराए गए प्रयोगों, प्रकाश शासन लचीलेपन और निरंतर उच्च-रिज़ॉल्यूशन विकास डेटा की आवश्यकता होती है।

Introduction

सूक्ष्मशैवाल और साइनोबैक्टीरिया, जिन्हें सामूहिक रूप से सादगी के लिए सूक्ष्मशैवाल कहा जाता है, को टिकाऊ जैव प्रौद्योगिकी में उनकी क्षमता के लिए चैंपियन बनाया जाता है। वे अपने तेजी से विकास, गैर-कृषि योग्य भूमि पर खेती करने की क्षमता और बायोमास ^1,2,3 में कार्बन डाइऑक्साइड के रूपांतरण को चलाने के लिए सूर्य के प्रकाश के उपयोग के कारण आकर्षक उम्मीदवार हैं। माइक्रोएल्गल बायोमास को तेल या गैस, खाद्य रंगों और पोषक तत्वों की खुराक, और बायोपॉलिमर ^1,4,5,6,7 जैसी सामग्रियों के रूप में बायोएनर्जी जैसे उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है। इसके अलावा, उनका उपयोग अपशिष्ट जल का इलाज करने या अतिरिक्त पोषक तत्वों ^8,9 का उपभोग करके जलनिकायों को ठीक करने के लिए किया जा सकता है। इसे देखते हुए, माइक्रोएल्गल अनुसंधान व्यापक और स्थापित है। यह क्षेत्र बढ़ता है क्योंकि समाज वर्तमान विनिर्माण और ऊर्जा उत्पादन दृष्टिकोणों की कार्बन तीव्रता और पर्यावरणीय स्थिरता पर पुनर्विचार करता है।

प्रयोगशाला-आधारित माइक्रोएल्गल अध्ययन की तीन मूलभूत आवश्यकताएं एक संस्कृति पोत, प्रकाश स्रोत और विकास को मापने की विधि हैं। फोटोबायोरिएक्टर (पीबीआर) शब्द एक सेट-अप का वर्णन करता है जिसमें संस्कृति वाहिकाओं को रोशन किया जाता है¹⁰. आमतौर पर, सूक्ष्मशैवाल के अध्ययन का उद्देश्य दो या दो से अधिक उपचारों के बीच विकास की तुलना करना है, उदाहरण के लिए, विभिन्न विकास मीडिया, प्रकाश शासन, या प्रजातियां 11,12,13। सांख्यिकीय प्रासंगिकता के लिए, प्रत्येक स्थिति, जैसे, उपचार और नियंत्रण, को दोहराया जाना चाहिए। यदि नियंत्रण और उपचार एक साथ चलाए जाते हैं, तो इसका मतलब है कि कई पीबीआर की निगरानी की जानी चाहिए और एक प्रयोग की अवधि के लिए नमूना लिया जाना चाहिए। कई पीबीआर के संचालन के साथ चुनौती दो गुना है। सबसे पहले, प्रत्येक पीबीआर को एक समान प्रकाश तीव्रता की आपूर्ति प्रजनन क्षमता के लिए आवश्यक है लेकिन मुश्किल हो सकती है। पोत की सतह पर प्रकाश घटना की मात्रा प्रकाश स्रोत से इसकी दूरी, आसन्न जहाजों से छायांकन और पृष्ठभूमि प्रकाश में उतार-चढ़ाव से प्रभावित होती है¹⁴. दूसरे, विकास को सटीक रूप से मापने के लिए एक विधि का चयन किया जाना चाहिए।

विकास आमतौर पर सेल गिनती, ऑप्टिकल घनत्व (ओडी), क्लोरोफिल ए सामग्री, शुष्क वजन (डीडब्ल्यू) घनत्व, और राख मुक्त शुष्क वजन (एएफडीडब्ल्यू) घनत्व¹⁵ द्वारा मापा जाता है। सेल काउंट, क्लोरोफिल ए सामग्री, और ग्रेविमेट्रिक विधियां मैनुअल प्रक्रियाएं हैं जो असतत डेटा बिंदुओं का उत्पादन करती हैं। ओडी को स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के साथ लगातार और गैर-आक्रामक रूप से मापा जा सकता है, बशर्ते कि यह एएफडीडब्ल्यू घनत्व¹⁵ जैसी किसी अन्य विधि के खिलाफ अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड हो। हालांकि, ओडी माप और क्लोरोफिल ए सामग्री अविश्वसनीय हो सकती है क्योंकि परिणाम विभिन्न संस्कृति स्थितियों के तहत भिन्न होते हैं, उदाहरण के लिए, प्रजातियों के बीच और विकास चक्र^15,16 के दौरान। क्लोरोफिल ए के लिए, निष्कर्षण विधि वर्णक उपज¹⁷ को भी प्रभावित कर सकती है। क्लोरोफिल ए सामग्री माइक्रोबियल समुदायों के भीतर सूक्ष्मशैवाल के विकास को ट्रैक करने में विशेष रूप से उपयोगी है जिसमें गैर-प्रकाश संश्लेषक जीव^17,18 भी होते हैं। विकास निर्धारित करने के लिए एक विधि चुनते समय, निलंबन की आकृति विज्ञान पर विचार करना आवश्यक है। जब जीव झुरमुटते हैं और अच्छी तरह से मिश्रित नहीं होते हैं, तो ओडी और सेल काउंट संभव नहीं^{होते हैं 15}. एक एकल विधि सभी प्रयोगात्मक अनुप्रयोगों के अनुकूल नहीं है- शोधकर्ताओं को यह तय करना चाहिए कि कौन सी विधियां व्यावहारिक हैं और उनके प्रयोगात्मक उद्देश्यों के लिए प्रासंगिक हैं।

एएफडीडब्ल्यू एक विश्वसनीय तरीका है जो विभिन्न संस्कृति स्थितियों के बीच विकास की तुलना को सक्षम बनाता है, विशेष रूप से, प्रजातियों और संस्कृति मीडिया ^15,19,20 ^के बीच। एएफडीडब्ल्यू की गणना करने के लिए, माइक्रोएल्गल संस्कृति का एक नमूना पहले केंद्रित होता है, या तो निस्पंदन या सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा, और सूख जाता है। इस स्तर पर, डॉयचे वेले का निर्धारण किया जा सकता है. आमतौर पर, डॉयचे वेले के नमूने में कम से कम 8-10% राख-अकार्बनिक पदार्थ जैसे लवण और पार्टिकुलेट मैटर¹⁵ होते हैं. डॉयचे वेले विकास के रुझानों पर नज़र रखता है, लेकिन अगर अकार्बनिक का योगदान भिन्न होता है तो इसे तिरछा किया जा सकता है. एएफडीडब्ल्यू घनत्व निर्धारित करने के लिए, शुष्क बायोमास उच्च तापमान पर दहन किया जाता है; यह¹⁹ के पीछे राख (अकार्बनिक) छोड़ते हुए कार्बनिक या उपयोगी हिस्से को वाष्पीकृत करता है। एएफडीडब्ल्यू की गणना करने के लिए, राख अंश का वजन डीडब्ल्यू अंश से घटाया जाता है। आमतौर पर, माइक्रोएल्गल निलंबन में, एएफडीडब्ल्यू 0.1-3 ग्राम / एल ^12,21,22 से होता है। पतला निलंबन की छोटी मात्रा में थोड़ा शुष्क बायोमास, <10 मिलीग्राम पैदा होता है। दहन के बाद, राख का वजन केवल 1 मिलीग्राम हो सकता है। इसलिए, संस्कृति घनत्व के आधार पर, इस विधि को 5-100 एमएल और विश्लेषणात्मक तराजू के बीच 0.1 मिलीग्राम ^12,15,19,22 के बीच वॉल्यूम ^की आवश्यकता होती है। प्रयोगशाला पीबीआर आमतौर पर छोटे होते हैं, कुछ लीटर अधिक से अधिक होते हैं, इसलिए प्रत्येक तरल नमूना संस्कृति की मात्रा को कम करता है। इसके अलावा, एएफडीडब्ल्यू विधि मैनुअल है और इसमें 2-3 दिन लगते हैं। प्रतिकृति और दोहराए जाने वाले प्रयोगों के लिए, एक स्वचालित और निरंतर प्रक्रिया बेहतर है।

कार्बन स्रोत के रूप में बाइकार्बोनेट का उपयोग करने वाले सूक्ष्मशैवाल के लिए, दो अतिरिक्त विकास मीट्रिक को लगातार मापा जा सकता है। प्रकाश संश्लेषण बाइकार्बोनेट का उपभोग करता है और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है। बाइकार्बोनेट की खपत मध्यम पीएच²³ को बढ़ाती है। एक विसर्जित पीएच जांच इस परिवर्तन को माप सकती है। प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन उत्पादन माध्यम की भंग ऑक्सीजन (डीओ) एकाग्रता को बढ़ाता है जब तक कि माध्यम संतृप्त न हो जाए। संतृप्ति से परे, ऑक्सीजन बुलबुले के रूप में मौजूद है। ऑक्सीजन उत्पादन को कई अलग-अलग तकनीकों द्वारा मापा जाता है: जांच गेज डीओ एकाग्रता, मैनोमेट्रिक डिवाइस हेडस्पेस दबाव का आकलन करते हैं, गैस क्रोमैटोग्राफी हेडस्पेस संरचना को मापता है, और वॉल्यूमेट्रिक सेंसर गैस बहिर्वाह ^24,25,26,27 रिकॉर्ड करते ^हैं। जब ऑक्सीजन का उपयोग विकास प्रॉक्सी के रूप में किया जाता है, तो संस्कृति वाहिकाओं को पूरी तरह से सील कर दिया जाना चाहिए या केवल गैस बहिर्वाह की अनुमति देनी चाहिए। पीएच और ऑक्सीजन माप के लिए, कार्बन को बाइकार्बोनेट के रूप में आपूर्ति की जानी चाहिए, न कि सीओ₂ स्पैर्जिंग द्वारा। सीओ₂ स्पैर्जिंग मध्यम पीएच²³ को कम करता है और, गैस के रूप में, ऑक्सीजन माप को परेशान कर सकता है। ऑप्टिकल घनत्व पर पीएच और ऑक्सीजन का एक फायदा यह है कि यदि माइक्रोएल्गी क्लंप बनाते हैं तो विधि से समझौता नहीं किया जाता है। हालांकि अप्रत्यक्ष, पीएच और ऑक्सीजन दोनों उपचार के बीच विकास की तुलना करने में प्रभावी हैं।

आज उपयोग में पीबीआर जटिलता में हैं। प्रयोगशालाएं सरल बेंचटॉप फ्लास्क, कस्टम प्रोटोटाइप या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उत्पादों का उपयोग कर सकती हैं। फ्लास्क से अपग्रेड करने की मांग करने वाले अनुसंधान समूहों के लिए, कई प्रोटोटाइप बनाने के लिए आवश्यक वाणिज्यिक पीबीआर या तकनीकी कौशल और भाग निर्माण की लागत एक बाधा हो सकती है। इस पांडुलिपि का उद्देश्य प्रयोगशाला पीबीआर के चरण-दर-चरण डिजाइन, निर्माण और संचालन का वर्णन करना है जो इस अंतर को पाटते हैं। इन पीबीआर में एक अनुकूलन योग्य प्रकाश शासन है और वॉल्यूमेट्रिक ऑक्सीजन उत्पादन रिकॉर्ड करके लगातार वृद्धि की निगरानी करता है। इस डिजाइन में ट्रिप्लिकेट प्रतिकृति के लिए तीन संस्कृति जहाजहैं और इसे मध्यम कौशल और आसानी से सुलभ सामग्री के साथ बनाया जा सकता है। यह पीबीआर एक प्रयोगशाला के लिए एक मूल्यवान अतिरिक्त है जो बहुत तकनीकी या महंगे उत्पादों में निवेश किए बिना माइक्रोएल्गल अनुसंधान के लिए अपनी क्षमता का विस्तार करना चाहता है। पीबीआर प्राप्त करने या बनाने का चयन करते समय, शोधकर्ताओं को अपनी संस्कृति की स्थिति, वित्तीय स्थिति और अनुसंधान प्रश्नों के लिए डिजाइन की उपयुक्तता पर विचार करना चाहिए।

Protocol

1. पीबीआर स्टैंड का निर्माण

एक हैंडहेल्ड हैकसॉ के साथ, पांच 380 मिमी लंबाई और कोण वाले स्लॉटेड स्टील की दो 200 मिमी लंबाई काट लें। एक स्टैंड का आधार (चित्रा 1 ए) बनाने के लिए बोल्ट और बड़े कोने ब्रेसिज़ के साथ एक साथ जकड़ें। सुरक्षा अंत टोपी पर गोंद।
कोण वाले स्लेटेड स्टील की दो बिना खतना के (1220 मिमी) ऊर्ध्वाधर लंबाई को आधार से कनेक्ट करें। बोल्ट और धातु कोने गसेट (चित्रा 1 बी) के साथ सुरक्षित। सुरक्षा अंत टोपी पर गोंद।
स्लॉटेड स्टील की चार 65 मिमी फ्लैट लंबाई काटें। ऊर्ध्वाधर समर्थन पर 90 ° कोणों पर इन्हें बोल्ट करें- प्रत्येक समर्थन के लिए दो संलग्न करें, आधार से एक 130 मिमी ऊपर (चित्रा 1 सी) और ऊपर से एक 60 मिमी नीचे।
फ्रेम (चित्रा 2 ए) के पीछे बोल्ट फ्लैट स्लेटेड स्टील (क्रॉसबीम) की क्षैतिज 140 मिमी लंबाई के साथ अपने शीर्ष पर ऊर्ध्वाधर समर्थन करें।

2. प्रकाश कक्ष का निर्माण

एक सफेद 153 मिमी व्यास पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) पाइप को 1070 मिमी की लंबाई तक काटें। एक बैंडसॉ के साथ पाइप को आधी लंबाई में काटें। सभी किनारों को रेत दें।
समान रूप से अंतरिक्ष और केंद्र चार एल्यूमीनियम गर्मी सिंक चैनल पाइप के इंटीरियर के साथ लंबवत रूप से। पाइप के कटे हुए किनारे से 20 मिमी के भीतर चैनल संलग्न न करें। छोटे बोल्ट के साथ, उनके ऊपर और नीचे (चित्रा 2 बी) पर जगह में चैनलों को सुरक्षित करें।
क्षैतिज समर्थन का उपयोग कर स्टैंड के लिए पाइप का एक आधा बोल्ट चरण 1.3 में फैशन का समर्थन करता है।
रिएक्टर को नीचे रखें और पाइप के हिस्सों को एक साथ टैप करके फिर से मिलाएं। एक कटलाइन के साथ पियानो काज को केंद्र में रखें। काज छेद का पता लगाएं और तदनुसार पाइप ड्रिल करें। पाइप को काज जकड़ने के लिए एक कीलक बंदूक और मध्यम लंबाई वाले रिवेट्स का उपयोग करें।
पाइप बंद रखने के लिए एक छोटी बंजी कॉर्ड ( सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग करें (चित्रा 1 सी)।
एलईडी रोशनी में तार करने के लिए एक इलेक्ट्रीशियन से परामर्श करें और निम्नलिखित चार घटक स्थापित करें: एलईडी ड्राइवर, डिजिटल मल्टीप्लेक्स (डीएमएक्स) डिकोडर, डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक और स्विच बॉक्स ( सामग्री की तालिका देखें)। चित्रा 2 ए के अनुसार पीबीआर के पीछे सभी घटकों को ठीक करें।

3. बोतल प्लेटफार्मों का निर्माण

कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) मिलिंग का उपयोग करके, हार्ड प्लास्टिक से प्लेटफ़ॉर्म आकार (चित्रा 3 ए) काटें, उदाहरण के लिए, उच्च घनत्व पॉलीथीन (एचडीपीई) ( सामग्री की तालिका देखें)। प्रत्येक आकृति के तीन बनाएं।
नोट: अतिरिक्त ऊपर और नीचे की परतों को काटने की सिफारिश की जाती है।
नीचे और ऊपरी परत को एक साथ टेप करें। मार्क और ड्रिल पांच छोटे छेद, व्यास में 6 मिमी, दोनों आकार (चित्रा 3 ए) के माध्यम से। एक बड़े ड्रिल बिट का उपयोग करके, ध्यान से इन छेदों की सतह का विस्तार करें ताकि बोल्ट सिर को अवकाश दिया जा सके (चित्रा 3 बी)।
तीन प्लेटफार्मों में से प्रत्येक के लिए, पाइप के पीछे के आधे हिस्से में दो छोटे कोने ब्रेसिज़ बोल्ट करें।
नोट: ब्रेसिज़ के शीर्ष के बीच की दूरी 350 मिमी होनी चाहिए।
प्रत्येक निचली परत को उसके ब्रेसिज़ के ऊपर रखें। ब्रेसिज़ के नीचे से ड्रिल छेद के स्थान को चिह्नित करें। दो 6 मिमी व्यास छेद ड्रिल करें। एक बड़े ड्रिल बिट का उपयोग करके, छेद की सतह को सावधानीपूर्वक विस्तारित करें ताकि बोल्ट को अवकाश दिया जा सके।
उनके ब्रेसिज़ (चित्रा 3 बी-सी) के लिए बोल्ट नीचे की परतें।
12 मिमी लंबे 6.35 मिमी व्यास (ओडी) कठोर टयूबिंग के पंद्रह टुकड़े काट लें। प्रत्येक ऊपर और नीचे की परत के बीच कठोर ट्यूब के पांच टुकड़े सैंडविच करें। चित्रा 3 बी-डी के अनुसार लंबे संकीर्ण बोल्ट के साथ परतों और ट्यूबिंग को जकड़ें।
प्रत्येक प्लेटफ़ॉर्म के पीछे पीवीसी पाइप में एक बड़ा छेद ड्रिल करें। प्रत्येक सूक्ष्म चुंबकीय उत्तेजक को अपने मंच में डालें। इन नए कट छेद (चित्रा 3 सी-ई) के माध्यम से प्रत्येक उत्तेजक के विद्युत केबल को थ्रेड करें। प्रत्येक उत्तेजक को अपने संबंधित नियंत्रण इकाई के साथ-साथ एक पावर आउटलेट से कनेक्ट करें।
प्रत्येक प्लेटफ़ॉर्म पर 1 एल की बोतल रखें। बोतल गर्दन के स्तर पर पीछे के पाइप में आंखों के बोल्ट जोड़ें। स्थिरता (चित्रा 4 ए) जोड़ने के लिए प्रत्येक बोतल गर्दन के चारों ओर एक छोटी बंजी कॉर्ड लपेटें।
नोट: प्रोटोकॉल के दौरान, रंग कोडिंग प्लेटफ़ॉर्म, बोतलें, चुंबकीय उत्तेजक, और सभी संबंधित केबल और सेंसर सहायक होंगे।

4. तरल नमूना बंदरगाहों का निर्माण (वैकल्पिक)

6.35 मिमी आयुध डिपो कठोर टयूबिंग की तीन 60 मिमी लंबाई काट लें। 5 मिमी ड्रिल बिट का उपयोग करके, प्रत्येक रबर स्टॉपर के माध्यम से छेद ड्रिल करें। डाट के माध्यम से कठोर ट्यूब लंबाई पुश करें।
3.18 मिमी आयुध डिपो कठोर टयूबिंग की तीन 60 मिमी लंबाई काट लें। इन्हें प्रत्येक स्टॉपर के नीचे की ओर उभरी हुई ट्यूब में सीधे रेड्यूसर से कनेक्ट करें।
प्रत्येक डाट सतह (चित्रा 4 ए) पर उभरा ट्यूब में एक तरफा स्टॉपकॉक वाल्व (जैसे, पोर्ट 1 = महिला लुअर, पोर्ट 2 = पुरुष पर्ची लुअर) डालें।
3.18 मिमी आयुध डिपो लचीला टयूबिंग की तीन 30 मिमी लंबाई काट लें। दोनों छोर पर लुएर फिटिंग डालें (उदाहरण के लिए, नर लुएर को नली बार्ब और मादा लुएर को नली बार्ब में) डालें।
प्रत्येक रबर डाट (चित्रा 4 ए) की सतह पर स्टॉपकॉक वाल्व के लिए चरण 4.4 में बने टुकड़ों कनेक्ट करें।
नोट: स्टॉपकॉक और लुअर फिटिंग के कई संयोजन एक ही परिणाम उत्पन्न कर सकते हैं। डिजाइन को तरल को सिरिंज के माध्यम से खींचने या डालने की अनुमति देनी चाहिए।

5. वॉल्यूमेट्रिक गैस सेंसर को हुक करना

निर्माता के निर्देशों के अनुसार गैस सेंसर तैयार करें।
नोट: इसमें मुख्य रूप से पैकिंग तरल (चित्रा 4 बी) के साथ गैस सेंसर भरना शामिल है।
गैस लाइनों को बनाने के लिए, 3.18 मिमी आयुध डिपो लचीला टयूबिंग की तीन 1000 मिमी लंबाई काट लें।
रियर पीवीसी पाइप में तीन 4 मिमी व्यास छेद ड्रिल करें। बोतल गर्दन की ऊंचाई पर काज के बगल में छेद की स्थिति। इन छेदों के माध्यम से थ्रेड गैस लाइनें (चित्रा 4 ए)।
पीवीसी पाइप के अंदर गैस लाइन के अंत में, एक लुअर फिटिंग (उदाहरण के लिए, नर लुएर के लिए नली बार्ब) जोड़ें और एक तरफा स्टॉपकॉक वाल्व कनेक्ट करें (उदाहरण के लिए, पोर्ट 1 = महिला लुएर, पोर्ट 2 = पुरुष लुअर)।
नोट: वाल्व केवल तभी आवश्यक होता है जब तरल नमूनाकरण बंदरगाह भी स्थापित होते हैं।
सीधे रेड्यूसर का उपयोग करके गैस सेंसर के इनलेट पोर्ट में गैस लाइन के दूसरे छोर में शामिल हों। एक ज़िप टाई के साथ इस कनेक्शन को सुरक्षित करें।
जैक प्लग केबल के साथ डिजिटल इनपुट मॉड्यूल (डीआईएम) और पास के कंप्यूटर पर डीआईएम के लिए सभी गैस सेंसर कनेक्ट करें।
विंडोज ऑपरेटिंग सिस्टम पर डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर ( सामग्री की तालिका देखें) स्थापित करें और लाइसेंसिंग कुंजी डोंगल में प्लग करें। सॉफ़्टवेयर की अंशांकन निर्देशिका में सेंसर अंशांकन फ़ाइलें जोड़ें।

6. प्रकाश शासन की प्रोग्रामिंग

रियर ऑन/ऑफ स्विच का उपयोग करके, पीबीआर चालू करें और डीएमएक्स लाइटिंग कंट्रोलर को माइक्रो-यूएसबी केबल के माध्यम से कंप्यूटर से कनेक्ट करें।
डाउनलोड स्टोर अपग्रेड टूल्स (एसयूटी) और एलईडी नियंत्रण सॉफ्टवेयर ( सामग्री की तालिका देखें)। डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक को ऑनलाइन पंजीकृत करें।
एलईडी नियंत्रण सॉफ्टवेयर खोलें और यूएसबी-डीएमएक्स इंटरफ़ेस के साथ काम करने के लिए यहां क्लिक करें का चयन करें: सुशी-आरबी-आरजे।
स्कैनलाइब्रेरी बॉक्स में सेट-अप टैब के अंतर्गत, जेनेरिक फ़ोल्डर और एकल चैनल का चयन करें। स्कैनलाइब्रेरी सेटिंग्स को डीएमएक्स ब्रह्मांड 1 में बदलें, जुड़नार की संख्या 4 में, और इंडेक्स संख्या 1 में। ऊपरी-दाएँ कोने में, ड्रॉप-डाउन बॉक्स को सूची दृश्य में परिवर्तित करें. अंत में, पैच (पूरक चित्रा 1) पर क्लिक करें।
नोट: डीएमएक्स ब्रह्मांड में, एक बॉक्स डिमर बटन को फिसलने या टेक्स्ट बॉक्स में संख्यात्मक मान दर्ज करके प्रत्येक एलईडी स्ट्रिप के नियंत्रण का परीक्षण करता है।
पीवीसी ट्यूब (चित्रा 5) के केंद्र में अनुभवी प्रकाश तीव्रता के लिए प्रकाश नियंत्रण सॉफ्टवेयर में डिजिटल प्रकाश सेटिंग से संबंधित एक मानक वक्र बनाओ। पीवीसी पाइप के केंद्र में निलंबित एक छोटी गोलाकार जांच ( सामग्री की तालिका देखें) के साथ आंतरिक प्रकाश तीव्रता को मापें।
संपादक टैब पर अग्रिम करें। कस्टम लाइट प्रोग्राम बनाने के लिए, एक नया दृश्य बनाएँ और चरण जोड़ना शुरू करें। एक उदाहरण के लिए पूरक तालिका 1 देखें 16: 8 घंटे दैनिक कार्यक्रम। दृश्य को लूप पर सेट करें।
नोट: चरण समय के ब्लॉक में दृश्यों को तोड़ते हैं, जिनमें से प्रत्येक को अलग-अलग प्रकाश तीव्रता पर सेट किया जा सकता है। चरण 1 एस से 43 मिनट तक होते हैं। यहां, 30 मिनट के कदम सबसे सुविधाजनक हैं। कई दृश्यों को एक डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक डिवाइस पर लोड किया जा सकता है।
एक अतिरिक्त सहायक दृश्य बनाएं जो तुरंत पहचानने योग्य है, उदाहरण के लिए, चार एल ई डी में से दो।
नोट: दृश्यों को डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक के किनारे बटन का उपयोग करके मैन्युअल रूप से चक्रित किया जा सकता है। यदि वांछित प्रकाश कार्यक्रम रात के दौरान शुरू होता है, तो यह भेद करना असंभव होगा कि प्रकाश कार्यक्रम पहले ही शुरू हो चुका है या नहीं। सहायक दृश्य एक संकेतक के रूप में कार्य करता है कि डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक सही ढंग से काम कर रहा है।
दृश्यों को सहेजें और स्टैंड अलोन टैब पर आगे बढ़ें। DMX प्रकाश नियंत्रक की स्मृति लिखें और डिवाइस को कंप्यूटर से डिस्कनेक्ट करें।
माइक्रो-यूएसबी का उपयोग करके डीएमएक्स लाइटिंग कंट्रोलर को अपने पावर स्रोत से कनेक्ट करें।
एक प्रयोग शुरू करने से पहले, 24 घंटे की अवधि के लिए आंतरिक प्रकाश तीव्रता लॉग इन करके प्रकाश कार्यक्रम का परीक्षण करें। तरल तापमान ब्याज की है, तो एक जलमग्न तापमान जांच (चित्रा 6) के साथ एक साथ यह लॉग इन करें।

7. एक प्रयोग शुरू करना

मीडिया, बोतलें, हलचल सलाखों, रबर स्टॉपर्स, नमूना बंदरगाहों, थ्रेडेड एपर्चर स्क्रू कैप्स और टयूबिंग को निष्फल करें।
नोट: इस डिजाइन में उपयोग किए जाने वाले सभी घटक वाल्व और ल्यूर फिटिंग को छोड़कर आटोक्लेवेबल हैं- अन्य निर्माताओं से आटोक्लेवेबल विकल्प हैं।
डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर खोलें और कॉन्फ़िगरेशन पृष्ठ (पूरक चित्रा 2) भरें। उनके संबंधित सेंसर के लिए अंशांकन फ़ाइलें असाइन करें।
निर्देशिका फ़ाइल नाम के अंतर्गत संबंधित DIM पोर्ट नंबर फ़ोल्डर का चयन करें। वर्तमान फ़ोल्डर पर क्लिक करें और सभी बंदरगाहों के लिए दोहराएं।
लॉगिंग पृष्ठ पर जाने के लिए ओके पर क्लिक करें।
खेती माध्यम के साथ वांछित मात्रा में बोतलें भरें (पूरक तालिकाएं 2,3)।
नोट: इनमें से प्रत्येक बोतल एक छोटे हेडस्पेस (~ 80 एमएल, गैस लाइन सहित) के साथ अधिकतम ~ 1.1 एल रखेगी।
तीन छर्रों उपज करने के लिए 4500 x g पर 15 मिनट के लिए तीन संतुलित 50 एमएल ट्यूबों में स्टॉक संस्कृति अपकेंद्रित्र। एक सीरोलॉजिकल पिपेट और ताजा माध्यम के साथ छर्रों में प्रत्येक बोतल-धोने के लिए एक गोली जोड़ें।
नोट: दिन 0 की संस्कृति घनत्व को प्रारंभिक बायोमास एकाग्रता (आईबीसी) के रूप में भी जाना जाता है। जी_{एएफडीडब्ल्यू} में आईबीसी को मापने के लिए। एल ^-1, एक अतिरिक्त 50 एमएल ट्यूब को चरण 7.6 में सेंट्रीफ्यूज किया जा सकता है। परिणामी गोली को तब सुखाया जा सकता है और^15,19 दहन किया जा सकता है। चरण 7.6 को उपयोगकर्ताओं के व्यक्तिगत उद्देश्यों और उनके प्रयोगों के आधार पर संशोधन की आवश्यकता होगी।
प्रत्येक बोतल में एक चुंबकीय उत्तेजक, 25 x 8 मिमी ड्रॉप करें।
एक रबर डाट और थ्रेडेड एपर्चर पेंच टोपी (चित्रा 4 ए) के साथ खोलने वाली प्रत्येक बोतल सील करें। यदि वैकल्पिक नमूनाकरण पोर्ट स्थापित हैं, तो वाल्व बंद करें।
पीवीसी पाइप (चरण 5.4 में निर्मित) के अंदर प्रत्येक गैस लाइन के अंत का पता लगाएं और वाल्व के पुरुष लुएर बंदरगाह पर एक सुई संलग्न करें।
संबंधित सुई के साथ प्रत्येक रबर डाट भेदी द्वारा प्रत्येक बोतल को अपने गैस सेंसर से कनेक्ट करें।
स्क्रीन के बाईं ओर टिक बॉक्स की जांच करके, स्टार्ट पर क्लिक करके और फ़ाइल नाम इनपुट करके प्रत्येक गैस सेंसर को व्यक्तिगत रूप से लॉन्च करें। ठीक क्लिक करें और सभी सेंसर (पूरक चित्रा 3) के लिए दोहराएँ।
नोट:: लॉगिंग करते समय, डेटा अधिग्रहण विंडो से बाहर न निकलें। कंप्यूटर की पावर और स्लीप सेटिंग्स को कभी नहीं सेट करें और प्रयोग की अवधि के लिए कंप्यूटर अपडेट स्थगित करें।
पीबीआर पर स्विच करें और सुनिश्चित करें कि डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक बिजली की आपूर्ति में प्लग किया गया है। पहला क्रमादेशित दृश्य स्वचालित रूप से शुरू हो जाएगा। DMX प्रकाश नियंत्रक ठीक से काम कर रहा है कि पुष्टि करने के लिए चरण 6.7 देखें।

8. बोतल नमूना (वैकल्पिक)

प्रयोग शुरू करने से पहले ताजा माध्यम का एक अतिरिक्त 500 मिलीलीटर तैयार करें (पूरक तालिका 2)।
नोट: यदि 16: 8 घंटे के दैनिक चक्र के साथ 24 घंटे का प्रकाश कार्यक्रम सुबह 9 बजे शुरू किया गया था, तो शाम और सुबह से पहले नमूनाकरण समय सुबह 8 बजे और शाम 4 बजे गिर जाएगा (पूरक तालिका 1)। यहां, सुबह और शाम 30 मिनट के चरणों को संदर्भित करते हैं जो चालू से बंद और इसके विपरीत संक्रमण रोशनी करते हैं।
गैस लाइन पर वाल्व बंद करें।
नमूना बंदरगाह वाल्व (चित्रा 4 ए) के लिए एक सिरिंज (10 एमएल) कनेक्ट करें।
नमूना बंदरगाह वाल्व खोलें और संस्कृति के 8 एमएल वापस ले लो।
नोट: 5-10 एमएल के बीच की सिफारिश की जाती है। तरल को हटाने से हेडस्पेस में एक वैक्यूम उत्पन्न होता है, जिससे वॉल्यूम >10 एमएल निकालना मुश्किल हो जाता है।
नमूना पोर्ट वाल्व बंद करें और सिरिंज डिस्कनेक्ट करें।
नमूना बंदरगाह वाल्व के लिए ताजा माध्यम (चरण 8.1 से) के 8 एमएल युक्त एक सिरिंज कनेक्ट करें।
नमूना बंदरगाह वाल्व खोलें और ताजा माध्यम इंजेक्ट करें।
नोट: ताजा माध्यम के साथ नमूना संस्कृति की मात्रा को बदलना एक समान हेडस्पेस वॉल्यूम और दबाव बनाए रखने और नमूना पोर्ट लाइन को फ्लश करने के लिए कार्य करता है।
सिरिंज को डिस्कनेक्ट करने से पहले नमूना पोर्ट वाल्व बंद करें।
प्रत्येक नमूना समय पर चरण 8.2-8.8 दोहराएँ।

9. एक प्रयोग को समाप्त करना

डेटा अधिग्रहण विंडो में सभी सक्रिय पोर्ट टिक बॉक्स की जांच करें और स्टॉप पर क्लिक करें।
डेटा निर्यात करने के लिए, फ़ाइल और ऑफ़लाइन डेटा का चयन करें. सभी प्रासंगिक लॉग फ़ाइलों का चयन करें। स्प्रेडशीट सॉफ़्टवेयर और सहेजने के लिए डेटा निर्यात करें।
प्रत्येक बोतल के लिए, आदर्श गैस कानून का उपयोग करके मोल्स में मापा गया ऑक्सीजन की कुल मात्रा को परिवर्तित करें। यदि उत्पादित बायोमास के प्रत्येक तिल के लिए ओ₂ का 1.05 तिल उत्पन्न होता है तो बायोमास उगाए गए (जीएएफडीडब्ल्यू) के वजन की भविष्यवाणी करें। बायोमास के दाढ़ वजन को 24.6 ग्राम मोल ^-1 के रूप में लें।
मैन्युअल रूप से प्रवाह दर डेटा क्यूरेट करें। घंटा और 3-पॉइंट मूविंग एवरेज की इकाइयों का उपयोग करें।

Representative Results

यहां ऑक्सीजन प्रवाह दर संस्कृति की प्रकाश संश्लेषक दर का एक उपाय है। प्रकाश संश्लेषण की उच्च दर, और इसलिए कार्बन निर्धारण, उच्च विकास दर में अनुवाद करते हैं। इसका मतलब है कि उपयोगकर्ता विकास के लिए प्रॉक्सी के रूप में विभिन्न उपचारों और परिचालन दिनों के बीच ऑक्सीजन प्रवाह दरों की तुलना कर सकता है। संक्षेप में, गैस सेंसर एक दोहरे कक्ष माप सेल (चित्रा 4 बी) में गैस बुलबुले को फंसाने और जारी करके काम करता है। सेंसर के आधार पर इनलेट से गैस बुलबुले पैकिंग तरल के माध्यम से यात्रा करते हैं। बुलबुले ~ 3.2 एमएल की मात्रा के लिए माप सेल के एक कक्ष में जमा होते हैं। एक बार जब यह दहलीज माप सेल युक्तियों तक पहुंच जाता है। यह गैस जारी करता है और सिस्टम को रीसेट करता है। प्रत्येक टिप डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर द्वारा दर्ज की जाती है।

उदाहरण डेटा में, अलग-अलग दिन की रोशनी तीव्रता और प्रारंभिक बायोमास सांद्रता (आईबीसी) के साथ तीन उपचारों की वृद्धि दर की तुलना की गई थी। इन उपचारों को प्रदर्शनकारी उद्देश्यों के लिए मनमाने ढंग से चुना गया था। वे (ए) 300 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और 0.03 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1, (बी) 600 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और 0.13 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1, और (सी) 600 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और 0.40 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1 थे। इन विकिरणों को प्लेटफार्मों पर बोतलों को रखने से पहले पीवीसी पाइप के केंद्र में एक गोलाकार जांच के साथ मापा गया था। संस्कृति की गहराई और घनत्व प्रकाश क्षीणन को प्रभावित करते हैं। इसलिए सूक्ष्मशैवाल द्वारा अनुभव की गई वास्तविक प्रकाश तीव्रता रिपोर्ट किए गए लोगों से भिन्न हो सकती है। प्रत्येक उपचार तीन बोतलों वाले एक पीबीआर के भीतर ट्रिप्लिकेट में किया गया था।

यहां, एक सफल प्रयोग को गैस उत्पादन (चित्रा 7 ए-सी) के बारीकी से दोहराए गए दैनिक पैटर्न की विशेषता थी। प्रबुद्ध घंटों (दिन) के दौरान, गैस उत्पादन में लगातार वृद्धि हुई, और गैर-प्रबुद्ध घंटों (रात) में, गैस उत्पादन बंद हो गया (चित्रा 7 ए-सी)। दो गैसों का उत्पादन सूक्ष्मशैवाल द्वारा किया जाता है, प्रकाश संश्लेषण से ऑक्सीजन और श्वसन से कार्बन डाइऑक्साइड²⁸. प्रकाश संश्लेषण प्रबुद्ध घंटों तक सीमित है, जबकि श्वसन लगातार होता है लेकिन रात²⁸ में सबसे अधिक सक्रिय होता है। प्रकाश संश्लेषण बनाता है, जबकि श्वसन बायोमास²⁸ को अपचय करता है। प्रारंभ में, हेडस्पेस गैस की संरचना वायुमंडल के समान होती है। माप सेल के प्रत्येक फ्लिप के साथ, ओ₂ वायुमंडलीय गैस को विस्थापित करता है। इसलिए, गैस सेंसर रीडिंग को ओ 2 के उत्पादन के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था_, भले ही आउटगोइंग गैस शुद्ध ओ₂ न हो। गैस सेंसर के लिए न्यूनतम गैस इनलेट दबाव बेहद कम है, 8-9 एमबार, वायुमंडलीय (समुद्र तल पर 1.01 बार) पर बोतल हेडस्पेस दबाव केवल थोड़ा सा प्रतिपादन करता है। इसलिए, गैस सेंसर रीडिंग ओ₂ बुलबुले माध्यम छोड़ने के तुरंत बाद शुरू होती है।

श्वसन से जारी सीओ₂ दो कारणों से गैस सेंसर रीडिंग में योगदान नहीं देता है। सबसे पहले, क्षारीय माध्यम में, सीओ₂ बाइकार्बोनेट पर प्रतिक्रिया करता है, पीएच (चित्रा 8) को कम करता है। दूसरे, यदि सीओ₂ बच जाता है, तो गैस सेंसर पैकिंग तरल, सिलॉक्स, माप सेल तक पहुंचने से पहले सीओ₂ बुलबुले को भंग कर देता है, तरल सतह₂₉ पर सीओ² को बाहर निकालता है। यह रातोंरात गैस सेंसर रीडिंग की कमी से समर्थित है। जो लोग हुए थे, उन्हें रोशनी बंद करने के तुरंत बाद दर्ज किया गया था, यह दर्शाता है कि रीडिंग अवशिष्ट दिन ऑक्सीजन रिलीज (चित्रा 7) का प्रतिनिधित्व करती है।

प्रयोगात्मक सेटअप (स्थानीय तापमान और दबाव डेटा का उपयोग करके) में, परिवेश के दबाव पर एक 80 एमएल हेडस्पेस को 99% के ओ₂ आंशिक दबाव को स्थापित करने के लिए 340 एमएल एक्सोल्व्ड ओ₂की आवश्यकता होती है। यहां, 4 दिनों में उत्पादित ऑक्सीजन की कुल मात्रा उपचार ए में 316 (एसईएम ± 11) एमएल से लेकर उपचार सी (तालिका 1) में 902 (एसईएम ± 51) एमएल तक थी। इसलिए, प्रयोग के अंत तक, सभी बोतलों के हेडस्पेस में मुख्य रूप से ओ₂ होता। हेडस्पेस ओ₂ की बढ़ी हुई एकाग्रता, और इस प्रकार एन₂ की एकाग्रता में कमी आई, इन गैसों के आंशिक दबाव और संतृप्ति को प्रभावित किया होगा। 99% ओ₂ हेडस्पेस के साथ, डीओ में 5x वृद्धि की गणना की गई थी। 1.1 एल संस्कृतियों के लिए, यह डीओ के अतिरिक्त 23 एमएल में अनुवादित था इसके विपरीत, यह अनुमान लगाया गया था कि 1% एन₂ हेडस्पेस में बदलाव से एन₂के 15 एमएल को बाहर निकाला जा सकता था। इसका मतलब यह है कि निकट शुद्ध ऑक्सीजन हेडस्पेस के तहत, एन₂ की तुलना में अधिक ओ₂ भंग हो गया था। इस प्रकार, क्योंकि अधिक ओ₂ माध्यम में रहता है, इस प्रभाव से उत्पादित प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन की मात्रा में मामूली कमी आई होगी।

इस पद्धति की प्रमुख चुनौती तब उत्पन्न हुई जब संस्कृतियां घनी हो गईं। अधिक बायोमास के साथ, और इसलिए अधिक श्वसन, ओ₂की मांग में वृद्धि हुई। रात के समय ओ₂ खपत ने दबाव में एक हेडस्पेस उत्पन्न किया। इससे गैस सेंसर पैकिंग तरल गैस लाइन के माध्यम से यात्रा करने के लिए प्रेरित हुआ। जब ओ₂ उत्पादन फिर से शुरू हुआ, तो पैकिंग तरल को गैस सेंसर में वापस चलाना पड़ा। इससे पहले गैस सेंसर रीडिंग में देरी हुई। हालांकि, चौथी रात को, इस अंडर-प्रेशर की भयावहता ने पैकिंग तरल को उपचार बी के तीन प्रतिकृतियों में से दो में पहुंचने और ड्रिप करने का कारण बना, जिससे सतह का तेल चालाक पैदा हुआ। कम पैकिंग तरल स्तर के कारण, गैस सेंसर शॉर्ट-सर्किट हो गए, जिससे अनियंत्रित ओ₂ सीधे वायुमंडल में जारी हो गया। इससे डेटा संग्रह फ्लैटलाइन (चित्रा 7 बी) हो गया।

अंडर-प्रेशर हेडस्पेस वॉल्यूम के तापमान-प्रेरित संकुचन के कारण भी हो सकता है। हालांकि, यहां इसका असर बहुत कम था। हीट सिंक चैनल और एयरफ्लो ने अतिरिक्त गर्मी को पर्याप्त रूप से नष्ट कर दिया। परीक्षण किए गए दो प्रकाश शासनों में से, अधिकतम तापमान परिवर्तन ने हेडस्पेस वॉल्यूम को 1% या उससे कम कर दिया, जो 80 एमएल हेडस्पेस में 800 μL पैकिंग तरल विस्थापन के बराबर था। अधिकतम दैनिक तापमान स्विंग 300 μmol_{फोटॉनों} के लिए 1.4 डिग्री सेल्सियस था एम ^-2 एस ^-1 शासन (चित्रा 6) और 600 μmol_{फोटॉनों} के लिए 3.2 डिग्री सेल्सियस एम ^-2 एस ^-1 शासन। 300 और 600 μmol_{फोटॉनों} के लिए औसत दिन के तापमान में वृद्धि एम ^-2 एस ^-1 शासन क्रमशः 0.7 और 1.8 डिग्री सेल्सियस थी। संस्कृति तापमान रात भर बेसलाइन पर लौट आया (चित्रा 6)।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन वृद्धि दर डेटा उन रुझानों को प्रकट कर सकता है जो अन्यथा किसी का ध्यान नहीं जा सकते हैं। उपचार बी और सी पर विचार करें। उनके अलग-अलग आईबीसी के बावजूद, दोनों ने कुल बायोमास (जी_{एएफडीडब्ल्यू}) की समान मात्रा उत्पन्न की, जिससे मध्यम पीएच (तालिका 1) में एक समान बदलाव हुआ। केवल शुरुआती और अंतिम डेटा बिंदुओं को देखते हुए, एक व्यक्ति दो उपचारों (तालिका 1) के बीच औसत वृद्धि दर में कोई अंतर नहीं मान सकता है। हालांकि, ऑनलाइन ऑक्सीजन प्रवाह दर डेटा से पता चला कि प्रत्येक उपचार में दैनिक विकास दर अलग-अलग थी। इन विविधताओं को दो बार दैनिक पीएच माप (चित्रा 8) में भी परिलक्षित किया गया था। पहले दिन, उपचार बी की वृद्धि दर उपचार सी की तुलना में कम थी। तीसरे दिन तक, यह उपचार बी की वृद्धि दर के साथ उलट गया जो उपचार सी (चित्रा 7 बी, सी) से अधिक हो गया। ऑक्सीजन प्रवाह दर डेटा ने संकेत दिया कि उपचार बी (चित्रा 7 बी) में तीसरे दिन उच्चतम वृद्धि दर हुई।

तीन उपचारों में प्रत्येक बोतल द्वारा उत्पन्न ऑक्सीजन की कुल मात्रा का उपयोग कुल बायोमास (जी_{एएफडीडब्ल्यू}) में उनके संबंधित परिवर्तन का अनुमान लगाने के लिए किया गया था। यह प्रकाश संश्लेषक बायोमास संश्लेषण के लिए एक सामान्य समीकरण का उपयोग करके प्राप्त किया गया था: सीओ₂ + 0.2 एनएच₃ + 0.6 एच₂ओ = सीएच_1.8ओ_0.5 एन_0.2+ 1.05 ओ₂। हेडस्पेस ओ₂ आंशिक दबाव में वृद्धि और डीओ संतृप्ति में बाद में वृद्धि से बायोमास वृद्धि का थोड़ा कम अनुमान लगाने की उम्मीद थी। यह सात उदाहरणों में से पांच के लिए सच था (तालिका 2)। औसतन, अनुमानित बायोमास वृद्धि मापा बायोमास वृद्धि के 10% के भीतर थी। कुछ अनुमान मापा वृद्धि से केवल 1-3 मिलीग्राम से भिन्न थे। दो उदाहरणों ने वृद्धि को कम करके आंका, अर्थात, बायोमास वृद्धि की तुलना में अधिक ऑक्सीजन का उत्पादन किया गया था। रात भर श्वसन द्वारा खपत किसी भी ओ₂ को अगले दिन ओ₂ उत्पादन में अंतराल में परिलक्षित किया जाना चाहिए। यहां, रात के अंत में प्रयोगों को समाप्त कर दिया गया था। इस तरह, प्रत्येक प्रयोग के अंतिम 8 घंटे के दौरान रातोंरात बायोमास अपचय अनियंत्रित हो जाता है। यह बायोमास वृद्धि के अतिरंजित होने का कारण बन सकता है, खासकर घने संस्कृतियों में। इस प्रकार, यह अनुशंसा की जाती है कि प्रयोगों को प्रबुद्ध घंटों के अंत में समाप्त कर दिया जाए।

चित्रा 1: रिएक्टर स्टैंड बेस( ए) मिमी में आधार घटकों के आयाम (बी) धातु कोने गसेट का अभिविन्यास जो दो ऊर्ध्वाधर समर्थन को सुरक्षित करता है। (सी) चार छोटी स्टील लंबाई में से एक पीवीसी पाइप के पीछे के आधे हिस्से को रिएक्टर स्टैंड से जोड़ता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 2: विद्युत घटकों ( ए ) पीबीआर का रियरव्यू शीर्ष क्रॉस बीम और विद्युत घटकों के विन्यास को दर्शाता है। (बी) प्रकाश स्थापना के बाद पीबीआर का सामने का दृश्य। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 3: बोतल प्लेटफ़ॉर्म विवरण( ए) मिमी में ऊपर और नीचे की परत के आयाम (बी) दोनों परतों में बोल्ट सिर को पुनरावृत्त करना। (सी) ब्रेसिज़ नीचे की परत को सीधे पीवीसी पाइप के पीछे के आधे हिस्से से जोड़ते हैं। (डी) संकीर्ण बोल्ट पर फिट कठोर ट्यूबिंग के पांच छोटे टुकड़े ऊपर और नीचे की परतों को अलग रखते हैं। (ई) जब बोतल प्लेटफ़ॉर्म पूरा हो जाता है, तो सतह फ्लश होनी चाहिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4: गैस लाइन और वैकल्पिक नमूना बंदरगाह (ए) गैस लाइनें प्रत्येक बोतल हेडस्पेस को बाहरी गैस सेंसर से जोड़ती हैं। यदि नमूना बंदरगाह की आवश्यकता होती है, तो गैस लाइनों में सुई के तुरंत नीचे की ओर एक तरफा वाल्व शामिल होना चाहिए। (बी) वॉल्यूमेट्रिक गैस सेंसर। तरल पैकिंग स्तर अनुरेखण पेंच को छूना चाहिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5: आंतरिक प्रकाश तीव्रता के लिए एलईडी नियंत्रण सॉफ्टवेयर सेटिंग्स से संबंधित मानक वक्र। सफेद वृत्त और ग्रे त्रिकोण प्रत्येक एक व्यक्तिगत पीबीआर का प्रतिनिधित्व करते हैं। प्रत्येक प्रकाश सेटिंग के लिए, सभी चार जुड़नार एक समान मूल्य पर सेट किए गए थे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6: 300 μmol_{फोटॉनों} के लिए संस्कृति तापमान परिवर्तन एम ^-2 एस ^-1 प्रकाश शासन। 24 घंटे, 16: 8-एच दैनिक कार्यक्रम के दौरान, एल ई डी ने दिन की संस्कृति के तापमान में वृद्धि की। नीला तीर न्यूनतम और अधिकतम तापमान के बीच अंतर को इंगित करता है। एक प्रकाश कार्यक्रम त्रुटि ने शाम से पहले तापमान डुबकी का कारण बना; प्रयोग शुरू होने से पहले इसे ठीक किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7: तीन अद्वितीय प्रयोगात्मक स्थितियों के लिए ऑक्सीजन उत्पादन। प्रत्येक रिएक्टर को प्रकाश तीव्रता और प्रारंभिक बायोमास एकाग्रता (आईबीसी) का एक अलग संयोजन प्राप्त हुआ; (ए) 300 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और आईबीसी 0.03 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1, (बी) 600 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और आईबीसी 0.13 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1, (सी) 600 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और आईबीसी 0.40 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1। शीर्ष रेखांकन संचयी ऑक्सीजन उत्पादन (एमएल) और गैस प्रवाह दर (एमएल / ठोस काली रेखाएं, धराशायी नीली रेखाएं, और बिंदीदार लाल रेखाएं प्रतिकृतियां हैं। प्रत्येक प्रयोग के लिए रनटाइम 104 घंटे था, जिसमें चार पूर्ण 16: 8 घंटे दिन-रात चक्र शामिल थे। डार्क ऑरेंज छायांकन रात के घंटों और हल्के नारंगी दिन के घंटों का प्रतिनिधित्व करता है। ध्यान दें कि उपचार बी में, तीन प्रतिकृतियों में से दो के लिए दिन 4 पर ऑक्सीजन उत्पादन फ्लैटलाइन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 8: पीएच प्रतिक्रिया। प्रत्येक रिएक्टर को प्रकाश तीव्रता और आईबीसी का एक अलग संयोजन प्राप्त हुआ; (हरे हीरे) 300 μmol_{फोटॉन} एम ^-2 एस ^-1 और आईबीसी 0.03 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1, (लाल त्रिकोण) 600 μmol_{फोटॉन} एम² एस ^-1 और आईबीसी 0.13 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1, (बैंगनी हलकों) 600 μmol_{फोटॉन}एम ^-2 एस ^-1 और आईबीसी 0.40 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1 . डार्क ऑरेंज छायांकन रात के घंटों और हल्के नारंगी दिन के घंटों का प्रतिनिधित्व करता है। त्रुटि पट्टियाँ माध्य की मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

उपचार	प्रकाश तीव्रता (μmol _{फोटॉन}एम ^-2एस ^-1)	आईबीसी (जी_{एएफडीडब्ल्यू}एल ^-1)	Δ कुल बायोमास (जी_{एएफडीडब्ल्यू})	Δ पीएच	उत्पादित कुल ऑक्सीजन (एमएल)
एक	300	0.031	0.289 (± 0.01)	0.15 (± 0.01)	316.2 (±11.4)
B	600	0.130	0.674 (± 0.02)	0.52 (± 0.27)	834.6*
C	600	0.400	0.675 (± 0.02)	0.55 (± 0.03)	902.2 (±50.5)
* तीन प्रतिकृतियों में से केवल एक सफल रहा

तालिका 1: घंटे 0 से 104 तक ग्रोथ मीट्रिक शिफ्ट। कोष्ठक माध्य की मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करते हैं।

उपचार	प्रकाश तीव्रता (μmol_{फोटॉन}एम ^-2एस ^-1)	आईबीसी (जी_{एएफडीडब्ल्यू}एल ^-1)	बायोमास वृद्धि मापा (जी_{एएफडीडब्ल्यू})	बायोमास वृद्धि की भविष्यवाणी की (जी_{एएफडीडब्ल्यू})	कम करके आंकना (%)
एक	300	0.031	0.289	0.288	0.5
एक	300	0.031	0.311	0.270	13.1
एक	300	0.031	0.268	0.247	7.9
B	600	0.13	0.708	0.705	0.4
C	600	0.4	0.718	0.796	-10.9
C	600	0.4	0.640	0.830	-29.7
C	600	0.4	0.668	0.659	1.3

तालिका 2: कुल मापा ऑक्सीजन के आधार पर विकास अनुमान। 300 μmol_{फोटॉनों} से केवल एक प्रतिकृति एम ^-2 एस ^-1 और आईबीसी = 0.13 ग्राम_{एएफडीडब्ल्यू} एल ^-1 उपचार पूरा होने के लिए चला गया।

पूरक चित्रा 1: एलईडी नियंत्रण सॉफ्टवेयर से स्क्रीनशॉट। चार प्रकाश जुड़नार में से प्रत्येक को डिमर बटन को स्लाइड करके या टेक्स्ट बॉक्स में संख्यात्मक मान दर्ज करके स्वतंत्र रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 2: डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन विंडो का स्क्रीनशॉट। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 3: डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर लॉगिंग विंडो का स्क्रीनशॉट। उज्ज्वल हरे रंग के आयत ऑनलाइन गैस सेंसर का संकेत देते हैं। डेटा वास्तविक समय में प्रदर्शित किया जाता है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक तालिका 1: उदाहरण 24 घंटे प्रकाश शासन। 16: 8 घंटे के दैनिक कार्यक्रम के लिए, प्रत्येक 30 मिनट के 48 सेट हैं। तारांकन सुझाए गए नमूनाकरण समय को इंगित करते हैं। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक तालिका 2: उच्च क्षारीयता उच्च पीएच मध्यम संरचना। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक तालिका 3: ट्रेस तत्व समाधान। आधार माध्यम में 1 एमएल / एल की अंतिम एकाग्रता में जोड़ें। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

इस प्रोटोकॉल के भीतर, निम्नलिखित चरणों पर ध्यान केंद्रित करने से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, उच्च गुणवत्ता वाले डेटा उत्पन्न करने की संभावना बढ़ जाती है। रिएक्टर स्टैंड (चरण 1) का निर्माण करते समय, आधार को अच्छी तरह से संरेखित ऊर्ध्वाधर समर्थन के साथ मजबूत होना चाहिए। स्लेटेड स्टील में तेज किनारे होते हैं, इसलिए सुरक्षा कैप्स के अलावा आवश्यक है। बोतल प्लेटफ़ॉर्म सतहों को पूरी तरह से सपाट होने की आवश्यकता होती है, चुंबकीय उत्तेजक और बोल्ट सिर दोनों को शीर्ष परत की सतह (चरण 3.2-3.6) के नीचे बैठना चाहिए। निर्माता के निर्देश के अनुसार, गैस सेंसर पैकिंग तरल को सटीक ऑक्सीजन माप के लिए "तरल स्तर के लिए ट्रेसिंग स्क्रू" में भरा जाना चाहिए। इस तरल स्तर को नियमित रूप से जांचा जाना चाहिए क्योंकि पैकिंग तरल का वाष्पीकरण माप सेल को शॉर्ट-सर्किट कर सकता है। चरण 5.2 में बनाई गई सभी तीन गैस लाइनें समान लंबाई होनी चाहिए; प्रतिकृतियों में समान हेडस्पेस वॉल्यूम होते हैं। एक प्रयोग शुरू करने से पहले, 24 घंटे की अवधि (चरण 6.11) में प्रकाश की तीव्रता लॉगिंग करके क्रमादेशित प्रकाश शासन का परीक्षण करने की सलाह दी जाती है। यदि तरल तापमान में वृद्धि चिंता का विषय है, तो इस परीक्षण में आंतरिक तापमान जांच (चरण 6.11) के साथ एक सीलबंद बोतल भी शामिल होनी चाहिए। लॉगिंग करते समय, डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर विंडो से बाहर न निकलें; यह लॉगिंग को समाप्त कर देगा। यदि संस्कृति के नमूने ले रहे हैं, तो सावधान रहें कि गलत अनुक्रम में वाल्व खोलकर हेडस्पेस गैस जारी न करें (चरण 8.2-8.8)। प्रायोगिक डेटा की समीक्षा करते समय सलाह दी जानी चाहिए कि डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से प्रवाह दर का चलती औसत उत्पन्न करता है। यह रात भर उत्पन्न एक या दो प्रवाह दर रीडिंग के मूल्य को फुलाता है। इसे ठीक करने के लिए मैन्युअल रूप से क्यूरेट गैस सेंसर लॉग करता है।

इस विधि के साथ सबसे आम झटका गैस सेंसर को शॉर्ट सर्किट करने की क्षमता है यदि तरल पैकिंग स्तर में गिरावट आती है। ऐसा होने के दो तरीके हैं। सबसे पहले, वाष्पीकरण धीरे-धीरे तरल स्तर को कम कर सकता है। हालांकि, यह एक अल्पकालिक (<7 दिन) प्रयोग²⁹ पर संभावना नहीं है। दूसरे, उच्च श्वसन दर समाधान में ऑक्सीजन खींच सकती है और दबाव में हेडस्पेस उत्पन्न कर सकती है। जब प्रकाश ऊर्जा अनुपलब्ध होती है, तो सूक्ष्मशैवाल सेलुलर रखरखाव और मरम्मत के लिए आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए एरोबिक श्वसन^{का उपयोग करते हैं}। इसलिए, गैर-प्रबुद्ध घंटों के दौरान घने संस्कृतियों में, ऑक्सीजन की खपत, और परिणामस्वरूप दबाव में, पर्याप्त हो सकता है। यह गैस सेंसर से गैस लाइन में तरल पैकिंग बेकार है। पैकिंग तरल यात्रा की दूरी रात के श्वसन की मात्रा के आनुपातिक है। यदि पैकिंग तरल बोतलों में प्रवेश करता है, तो यह तरल सतह पर एक तेल चालाक उत्पन्न करता है।

यदि उच्च रात के श्वसन दर की उम्मीद है, तो प्रोटोकॉल में संशोधन किए जा सकते हैं। दबाव से बचने का सबसे आसान तरीका बोतल हेडस्पेस को रात भर खुला छोड़ना है। इसमें ओ 2 के आंशिक हेडस्पेस दबाव को कम करके डीओ स्तरों को आसान बनाने का लाभ भी_है। उच्च डीओ सांद्रता को विकास के लिए हानिकारक माना जाता है क्योंकि ओ₂ रुबिस्को की गतिविधि को बाधित कर सकता है और ऑक्सीडेटिव तनाव^30,31 को ट्रिगर कर सकता ^है। संस्कृति निलंबन के लिए वायुमंडल^25,32 के संपर्क में होने पर भी 4x ओवरसैचुरेशन तक पहुंचना असामान्य नहीं ^है। हेडस्पेस खोलने के लिए, रबर स्टॉपर में फैली सुई से गैस लाइन को डिस्कनेक्ट करें। रात के समय के घंटे गैस सेंसर पैकिंग तरल को ऊपर उठाने या डेटा संग्रह पर थोड़ा प्रभाव के साथ निरंतर प्रयोगों में हेरफेर करने के लिए एक खिड़की के रूप में काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, कोई संस्कृति घनत्व को बदल सकता है, पोषक तत्वों को ताज़ा कर सकता है, एक संशोधन जोड़ सकता है, या एक रोगज़नक़ पेश कर सकता है। बोतलों को फिर से सील किया जाना चाहिए, और रोशनी वापस चालू होने से पहले गैस सेंसर लाइन को फिर से जोड़ा जाना चाहिए। बंद बनाम खुले रात के हेडस्पेस के साथ प्रयोगों से एकत्र किए गए ऑक्सीजन माप अलग-अलग होंगे।

जब बोतलें सील रहती हैं, तो रात के समय ऑक्सीजन की खपत हेडस्पेस में ओ 2 के मोल्स की संख्या को कम कर_देती है। यह हेडस्पेस दबाव को बनाए रखने के लिए गैस सेंसर लाइन को रेंगने के लिए पैकिंग तरल का कारण बनता है। जब रोशनी चालू होती है, तो ऑक्सीजन उत्पादन फिर से शुरू होता है। प्रवाह दर रीडिंग शुरू होने से पहले पैकिंग तरल को गैस सेंसर में वापस धकेल दिया जाना चाहिए। इसलिए यह अंतराल रात के श्वसन की डिग्री के आनुपातिक है। इस तरह, जब हेडस्पेस बंद रहता है, तो ओ₂ रीडिंग शुद्ध ओ₂ उत्पादन (प्रकाश संश्लेषक उत्पादन - श्वसन खपत) का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके विपरीत, जब हेडस्पेस रात में खुला होता है, तो वायुमंडलीय गैस हेडस्पेस ओ₂ का उपभोग करने की जगह लेती है, और कोई पैकिंग तरल गैस लाइन में प्रवेश नहीं करता है। नतीजा यह है कि श्वसन ओ₂ खपत ओ₂ उत्पादन डेटा में जिम्मेदार नहीं है। यह एएफडीडब्ल्यू बायोमास विकास अनुमानों की सटीकता को कम कर सकता है। हालांकि, उपचार के बीच वृद्धि की तुलना करने के लिए मीट्रिक के रूप में दिन के ओ₂ उत्पादन का उपयोग करने की उपयोगिता को प्रभावित नहीं करना चाहिए।

सभी प्रयोगशाला पीबीआर एक ही सीमा से पीड़ित हैं; कृत्रिम रोशनी सौर स्पेक्ट्रम को दोहरा नहीं सकती है। सूक्ष्मशैवाल प्रकाश संश्लेषण के लिए 400-700 एनएम के बीच प्रकाश की तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं। इस क्षेत्र को प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएआर) ³³ के रूप में जाना जाता है। सूर्य के प्रकाश और कृत्रिम प्रकाश इस सीमा के भीतर तरंग दैर्ध्य के अपने सापेक्ष योगदान में भिन्न होते हैं। यह, अनुकूल तापमान और निरंतर प्रकाश आपूर्ति के साथ, इसका मतलब है कि प्रयोगशाला विकास डेटा को अक्सर बाहरी परिस्थितियों में मज़बूती से एक्सट्रपलेशन नहीं किया जा सकता है। हालांकि, ये पीबीआर प्रयोगशाला पीबीआर प्रकाश आपूर्ति की सीमाओं में से एक को संबोधित कर सकते हैं। सूरज की रोशनी की तीव्रता पूरे दिन अत्यधिक परिवर्तनशील होती है, जिसमें क्लाउड कवर घटना पीएआर में क्षणिक उतार-चढ़ाव पैदा करता है। प्रकाश नियंत्रण सॉफ्टवेयर और डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक 0 से 2400 μmol फोटॉन एम ^-2 एस ^-1 और उससे आगे प्रकाश तीव्रता प्रदान कर सकते_हैं। प्रकाश शासन को 1 एस के रूप में कम से कम व्यक्तिगत वेतन वृद्धि में तोड़ा जा सकता है। ट्यून करने योग्य प्रकाश तीव्रता उपयोगकर्ता को मानक पीबीआर सेटअप की तुलना में बाहरी प्रकाश पैटर्न की अधिक बारीकी से नकल करने की अनुमति देती है। यहां, नकली 30 मिनट सुबह और शाम के अंतराल दिन और रात के चक्रों को एक साथ फीका करते हैं (पूरक तालिका 1)।

यद्यपि एएफडीडब्ल्यू घनत्व विकास का मानक उपाय बन गया है, इस विधि को पर्याप्त संस्कृति मात्रा, 2-3-दिवसीय प्रसंस्करण अवधि की आवश्यकता हो सकती है, और एक समय में एक डेटा बिंदु उत्पन्न करता है। इसके अलावा, यदि परिस्थितियां प्रतिकूल हो जाती हैं और कोशिकाएं मर जाती हैं, तो एएफडीडब्ल्यू घनत्व सक्रिय रूप से प्रकाश संश्लेषण कोशिकाओं और विघटित होने वाले लोगों के बीच भेदभाव नहीं करता है। प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन उत्पादन की दर को निर्धारित करना एक वैकल्पिक विकास प्रॉक्सी के रूप में कार्य करता है। यह पीबीआर डिज़ाइन संस्कृति की मात्रा को संरक्षित करते हुए कम उपयोगकर्ता हस्तक्षेप के साथ लगातार ऑक्सीजन उत्पादन रिकॉर्ड कर सकता है। कम माप सेल वॉल्यूम के साथ गैस सेंसर का चयन करके डेटा रिज़ॉल्यूशन में सुधार किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, 1 एमएल। इसके अलावा, यदि संस्कृतियां अच्छी तरह से मिश्रित हैं, तो उपयोगकर्ता निरंतर ऑप्टिकल घनत्व रीडिंग के लिए स्पेक्ट्रोफोटोमीटर स्थापित करने का निर्णय ले सकते हैं। यदि माध्यम का तापमान नियंत्रण वांछित है, तो एक पुन: परिसंचारी चिलर जोड़ा जा सकता है। ये पीबीआर भारी वित्तीय निवेश के बिना अपनी सूक्ष्म शैवाल अनुसंधान क्षमता का विस्तार करने के लिए एक प्रयोगशाला के लिए एक मूल्यवान अतिरिक्त हैं। वे विशेष रूप से उच्च क्षारीयता, उच्च पीएच प्रजातियों जैसे स्पिरुलिना के साथ काम करने वालों के लिए उपयुक्त हैं। ये पीबीआर प्रकाश शासन लचीलापन प्रदान करते हैं और तेजी से, प्रतिकृति, प्रयोगशाला विकास तुलना के लिए मान्य हैं।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस अध्ययन को प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (एनएसईआरसी), कनाडा फाउंडेशन फॉर इनोवेशन (सीएफआई), कनाडा फर्स्ट रिसर्च एक्सीलेंस फंड (सीएफआरईएफ), अल्बर्टा इनोवेट्स, जनरल सर जॉन मोनाश फाउंडेशन, अल्बर्टा सरकार और कैलगरी विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित किया गया था। विद्युत कार्य के लिए मार्क टूनेन और घुलनशीलता गणना के लिए विलियम रिचर्डसन को धन्यवाद दिया जाता है।

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aluminum channels Imperial: 0.90” x 39.37” Metric: 2.3 cm x 100 cm Quantity: 4	LED World	AC-AR1-1M	Required as a heat sink
Bungee cords, small Quantity: 5	-	-	To secure bottles
Computer - desktop/laptop Quantity: 1	-	-	-
Data Logger, HOBO U30 USB Weather Station Quantity: 1	HOBO, Hoskin	U30-NRC-VIA-10-S100-000	Records light sensor information
Digital interface module, Rigamo, 4-channel Quantity: 1	Ritter	N/A	This is to transmit gas sensor data to the computer
DMX decoder, 12~24 VDC, DMX-CV-4X5A Quantity: 1	LITECH, LED World	LT-840-6A	Transmit messages which alter the light pattern
DMX lighting controller, SUSHI-RB-RJ Quantity: 1	Arcolis, Nicolaudie America Inc.	SUSHI-RB-RJ DMX	Encodes the lighting program
Gas sensor packing liquid (Silox) Quantity: 1 L	Ritter	https://www.ritter.de/en/data-sheets/silox
Gas sensor, volumetric Quantity: 3	Ritter	MGC-1 V3.4 PMMA (https://www.ritter.de/downloads/mgc-milligascounter-en)	Measures oxygen production
Glass bottles, round 1 L with GL45 neck Quantity: 3	Corning, Capitol Scientific	1395-1L	Culture vessels
Hardware - end caps for slotted steel Quantity: 10	Paulin, Home Depot	142-612	To cover sharp edges of slotted steel
Hardware - eye hooks Quantity: 6	-	-	To secure bottles
Hardware - metal corner braces (large) Imperial: 4" x 4" Metric: 10 cm x 10 cm Quantity: 8	-	-	Larger brackets to construct metal stand
Hardware - metal corner braces (small) Imperial: 2 1/2" x 2 1/2" Metric: 6.4 cm x 6.4 cm Quantity: 6	-	-	Small brackets to connect bottle platforms to PVC pipe
Hardware - metal corner gussets Imperial: 3" x 3" Metric: 7.6 cm x 7.6 cm Quantity: 6	Paulin, Home Depot	142-616	Flat brackets to construct metal stand
Hardware - piano hinge Imperial: 36" Metric: 91 cm Quantity: 1	-	-	Connects two halves of PVC pipe
Hardware - rivets Quantity: 40	-	-	To attach piano hinge to PVC tubing
Hardware - set of bolts, nuts, washers Quantity: 60	-	-	Long thin bolts are required to secure bottle platforms around magentic stirrers
Hardware - set of bolts, nuts, washers Quantity: 30	-	-	Larger shorter bolts are required to build the metal stand
LED driver, constant voltage, 96W 24VDC UL Listed IP65 Driver Class 2 regulated power supply Quantity: 1	Magnitude Lighting, LED World	CVN96L24DC	Regulates power to the lights
LED lights, Cinco Bright LED Flex Strip Quantity: 4 m roll	EvenBright, LED World	FA128M57-4M-24V-X	Roll is trimmed into 4 x 1 m lengths and secured inside the PVC tube
Light meter, handheld with submersible sperical probe Quantity: 1	LI-COR	LA-250A	Calibrate the reactors light intensity
Light sensors Photosynthetic Light (PAR) Smart Sensor Quantity: 2	HOBO, Hoskin	S-LIA-M003	Only one is required however two would be good practice in case one malfunctioned
Magnetic stirrers (MIXdrive 1 XS) with external control units and power supply (MIXcontrol eco) Quantity: 3	2Mag, 2MAG USA	MF 40300	Stirrers sit sandwiched in bottle platforms
Metal plate Imperial: 24" x 8" Metric: 61 cm x 20.3 cm Quantity: 1	-	-	This is a surface on which to secure electronics, it is attached to the back of the reactor
Pipe, white PVC Imperial: 6" diameter x 42" high Metric: 15.2 cm x 106.7 cm Quantity: 1	-	-	Cut lengthwise in two halves, used to house lights and bottles
Plastic (HDPE) sheets Imperial: 4" x 4" x 1/4" Metric: 10 cm x 10 cm x 1 cm Quantity: 6	Inventables	30291-01	For bottle platforms which house magentic stirrers
Rubber stoppers - GL45 size Quantity: 3	Duran, VWR	76289-760	Seals culture vessels
Screw caps - with aperture and GL45 neck Quantity: 3	Corning, Capitol Scientific	1395-45HTSC	Generates seal of culture vessels
Slotted angle steel lengths Imperial: 1-1/2" X 48" x 0.074" Metric: 3.8 cm x 122 cm x 0.19 cm Quantity: 6	Paulin, Home Depot	142-202	Makes up the body of the metal stand
Slotted flat steel lenghts Imperial: 1-3/8" x 48" x 0.074" Metric: 3.5 cm x 122 cm x 0.19 cm Quantity: 3	Paulin, Home Depot	142-222	Makes up the body of the metal stand
Software - Easy Stand Alone (ESA)		https://www.dmxsoft.com/#apps	AKA LED control software
Software - Rigamo v3.1			AKA data acquisition software
Software - Storage Upgrade Tools (SUT)		https://store.dmxsoft.com//
Stir bar Imperial: 1" x 5/16" Metric: 2.5 cm x 0.8 cm Quantity: 3	Fisherbrand	14-513-59	Stirs culture
Switch box Quantity: 1	-	-	Turns power on/off to reactor
Syringe, 10 mL Quantity: Multiple	-	-	Optional if you wish to extract culture
Tube adaptor fittings, plastic - Stopcock 1-way Quantity: 6	Masterflex, Cole Palmer	RK-12023-33	Close/open culture vessel line
Tube adaptor fittings, plastic - variety of male and female luer lock fittings Imperial: to fit 1/16" and 1/8" ID tubing Metric: to fit 1.59 mm and 3.18 mm tubing Quantity: Multiple packets	Masterflex, Cole Palmer	RK-30800-16; RK-30800-18; RK-45518-26; RK-45501-00; RK-45501-04	Many different combinations can achieve the same end result, best to order a variety of fittings
Tube adaptor fittings, plastic - variety of straight connectors Imperial: to fit 1/16" and 1/8" ID tubing Metric: to fit 1.59 mm and 3.18 mm tubing Quantity: Multiple packets	Masterflex, Cole Palmer	RK-40616-04	Many different combinations can achieve the same end result, best to order a variety of fittings
Tubing, flexible, transparent Imperial: ID=1/16", OD=1/8" Metric: ID = 1.59 mm, 0D = 3.18 mm Quantity: 4 m	Masterflex, Cole Palmer	RK-06422-02	Line from culture vessel to gas sensor
Tubing, flexible, transparent Imperial: ID=1/8", OD=1/4" Metric: ID = 3.18 mm, 0D = 6.35 mm Quantity: 2 m	Masterflex, Cole Palmer	RK-06422-05	Gas sensor standard tubing size
Tubing, rigid, transparent Imperial: ID=1/16", OD=1/8" Metric: ID = 1.59 mm, 0D = 3.18 mm Quantiy: 1 m	Masterflex, Cole Palmer	RK-06605-27	Spans rubber stopper allowing gas to exit
Tubing, rigid, transparent Imperial: ID=1/8", OD=1/4" Metric: ID = 3.18 mm, 0D = 6.35 mm Quantity: 1 m	Masterflex, Cole Palmer	RK-06605-30	Spans rubber stopper allowing gas to exit
Zip ties, small Quantity: 1 packet			Secure tube fittings