إنشاء وتركيب مقياس حيوي مفاعل حيوي متعدد الطحالب مع درجة الحرارة والضوء ودرجة الحموضة رصد اختبارات النمو الحركية

الهدف العام من هذا الإجراء هو تجميع مفاعل حيوي لعملية التمثيل الضوئي على نطاق مقاعد البدلاء مع الضوء المستمر ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة ، ومراقبة تجارب نمو الطحالب. لذا فإن تحديد نمو الطحالب باستخدام إعداد خاضع للمراقبة والرقابة يسمح للباحثين بتقييم نمو الطحالب بشكل أفضل. والتي يمكن أن تساعد في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في جعل الوقود الحيوي القائم على الطحالب حقيقة واقعة.

الميزة الرئيسية لهذا النهج هي أنه إعداد قابل للتخصيص وربما يكون بأسعار معقولة ، لمراقبة تجارب نمو الطحالب في الوقت الفعلي. أردنا تطوير هذا النوع من المفاعلات الحيوية الضوئية عندما أدركنا أهمية الحفاظ على السيطرة داخل الثقافة والبيئة الديناميكية للطحالب. يعد العرض الإقليمي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية ، حيث يصعب تعلم العديد من الخطوات إذا لم تكن معتادا على مصطلحات وممارسات الهندسة الكهربائية.

لبدء هذا الإجراء ، قم ببناء PBR على نطاق مقاعد البدلاء. حدد حجم وشكل وتصميم جسم وغطاء PBR ، كما هو موضح في بروتوكول النص. باستخدام سلك جهاز إرسال ، قم بتوصيل مضخم كسب الوحدة بمسبار الأس الهيدروجيني.

بعد ذلك ، التقط المحول المحوري ، الذي يحتوي على أطراف منفذ موجبة وسالبة. قم بتوصيل المحول بالطرف الآخر من مضخم كسب الوحدة. لعمل مرشح تمرير منخفض ، استخدم أدوات تقشير الأسلاك لقطع قطعتين بطول 15 سم من سلك الموصل الأخضر ، وقطعة واحدة بطول 30 سم من سلك الموصل الأسود.

قم بإزالة ما يقرب من 0.6 سم من العزل من أحد طرفي كل من الأسلاك الخضراء ، ومن طرفي السلك الأسود. بعد ذلك ، قم بتجريد ما يقرب من 1.25 سم من الطرف الآخر من الأسلاك الخضراء. بعناية ، لف ساق واحدة من المقاوم 1000 أوم حول القسم المجرد 1.25 سم من أحد أسلاك الموصل الخضراء.

لف ساق المقاوم الأخرى حول الجزء المجرد الذي يبلغ طوله 1.25 سم من السلك الأخضر الآخر. باستخدام مكواة لحام ولحام خال من الرصاص ، قم بلحام أرجل المقاوم بالسلك. دع اللحام يبرد لمدة دقيقتين إلى خمس دقائق.

بعد ذلك ، قم بتغطية المقاوم والسلك الملحوم بقطعة من أنابيب الانكماش الحراري بطول أربعة سنتيمترات. باستخدام مسدس حراري ، قم بتقليص الأنبوب بالحرارة ، وتأكد من أن البلاستيك يلتف بإحكام حول المقاوم والأسلاك. بعد ذلك ، قم بتأمين أحد طرفي سلك الموصل الأسود بالعمود الطرفي السالب للمحول المحوري.

أدخل الطرف الآخر من السلك في أحد الأطراف الأرضية لوحدة الحصول على البيانات والتحكم. قم بتوصيل أحد طرفي سلك الموصل الأخضر بالعمود الطرفي الموجب للمحول المحوري. بعد ذلك ، أدخل الطرف الآخر في طرف إدخال تناظري مجاني في وحدة الحصول على البيانات والتحكم فيها.

أدخل السلك الموجب لمكثف 1000 ميكروفاراد في نفس طرف الإدخال التناظري. قم بتأمين السلك السالب للمكثف بنفس الطرف الأرضي المستخدم لسلك الموصل الأسود. بعد ذلك ، قم بتوصيل مستشعر درجة الحرارة بوحدة الحصول على البيانات والتحكم فيها ، كما هو موضح في بروتوكول النص.

بعد إعداد الحصول على البيانات الحية والملف التجريبي ، أدخل كل من قطب الأس الهيدروجيني ومسبار درجة الحرارة في المخزن المؤقت لمعايرة الأس الهيدروجيني سبعة. تأكد من أن المحلول في درجة الحرارة المطلوبة، كما هو موضح في بروتوكول النص. بعد استقرار خرج جهد قطب الأس الهيدروجيني ، قم بتسجيل كل من درجة الحرارة والبيانات الكهربائية للأس الهيدروجيني في ملف.

تأكد من عدم تطبيق أي تحويلات على قناة الأس الهيدروجيني وإيقاف تشغيل متوسط القناة. كرر المعايرة للمخازن المؤقتة أربعة و10. قم بإنشاء معادلة تحويل، كما هو موضح في بروتوكول النص، وقم بتحديث هذه المعادلة في الملف التجريبي.

بعد ذلك ، قم بتطبيق تحويل الأس الهيدروجيني هذا على قناة الأس الهيدروجيني. بعد تحضير لقاح الطحالب ووسط النمو ، قم بإعداد PBR استعدادا للتجربة. قم بربط سلك مستشعر الضوء عبر منفذ الغطاء.

بعد ذلك ، قم بتركيب رأس مستشعر الضوء على حامل تمديد غطاء PBR. بعد ذلك ، استخدم سدادة مطاطية لإغلاق منفذ الغطاء. ضع عمود المكره فوق عمود محرك التروس الصغير DC ، داخل غطاء PBR ، وقم بتأمين العمود ببرغي مثبت ومفتاح ألين.

أضف وسط النمو المحدد للطحالب المحضرة. بعد ذلك ، ضع الغطاء على PBR وثبته بمسامير. ضعها في حاضنة على حرارة 25 درجة مئوية.

أدخل مسبار درجة الحرارة في المنفذ المخصص له ، وقم بتثبيته بسدادة مطاطية. بعد ذلك ، قم بتأمين مسبار الأس الهيدروجيني في حامل PG 13.5 الملولب لغطاء المفاعل. تأكد من توصيل مستشعر الضوء بوحدة الحصول على البيانات والتحكم فيها، باستخدام مرشح التردد المنخفض، كما هو موضح في بروتوكول النص.

ثم قم بتشغيل المكره الخلاط بالسرعة المطلوبة. قم بإعداد مصدر طاقة التيار المستمر المتغير ، بجوار PBR. قم بتشغيل مصدر الطاقة واضبط الجهد ، حتى تقرأ قيمة الجهد صفر فولت.

بعد ذلك ، قم بإيقاف تشغيل مصدر الطاقة. قم بتوصيل خطوط طاقة محرك المكره بأطراف الإخراج الموجبة والسالبة لمصدر الطاقة المتغير. قم بتشغيل مصدر الطاقة وقم بزيادة الجهد ببطء حتى يتم الوصول إلى سرعة الخلط المطلوبة.

بعد ذلك ، قم بتوسيط مصباح النمو على طول الوجه الأمامي ل PBR ، مع التأكد من أن مسار الضوء موجه نحو مستشعر الضوء. قم بتشغيل مصباح النمو واضبط شدة الضوء حسب الحاجة ، عن طريق تحريك المصباح باتجاه المفاعل أو بعيدا عنه. راقب بيانات المستشعر وسجلها لمدة ست إلى 24 ساعة ، كما هو موضح في بروتوكول النص.

بعد ذلك ، استخدم ماصة نقل لإضافة لقاح الطحالب من خلال منفذ أخذ العينات. بعد مراقبة الظروف ، للتأكد من بقائها ضمن النطاق ، استخدم ماصة لإزالة المزارع لتحليلها ، حسب الحاجة ، من خلال منفذ أخذ العينات. باستخدام عرض البيانات ، راقب درجة حرارة الماء.

اضبط نقطة ضبط درجة حرارة هواء الحاضنة يدويا ، للحفاظ على درجة حرارة الماء ثابتة. يتم التحكم في الأس الهيدروجيني بصمام الملف اللولبي 12 فولت ، بما يتماشى مع خزان CO2 بنسبة 99٪. الصمام مفتوح عبر وحدة الحصول على البيانات والتحكم.

في هذه الدراسة ، تم إنشاء مفاعل حيوي ضوئي لمراقبة تجارب النمو الحركي للطحالب على نطاق مقاعد البدلاء والتحكم فيها. توضح بيانات درجة حرارة السجل كيف يمكن لإضاءة الضوء ودرجة حرارة هواء الحاضنة وتبديد الطاقة المرتبط بنمو الطحالب أن تغير درجة الحرارة داخل المفاعل الحيوي. تستخدم هذه البيانات في الوقت الفعلي لضبط عناصر التحكم في الحاضنة ، حسب الحاجة ، للتحكم في الديناميكية والثقافة والبيئة.

الضوء المقاس أيضا على الطبيعة الديناميكية لهذه البيئة المتنامية. في حين أن قراءة مستشعر الضوء تبلغ حوالي 100 PPFD ، قبل الطحالب ، تنخفض على الفور إلى 85 ، بعد تلقيح المفاعل. يستمر الضوء في الانخفاض ، ليصل إلى أقل من خمسة PPFD ، في اليوم السابع.

يكون الانخفاض في شدة الضوء بسبب الزيادة في الكتلة الحيوية وعدد الخلايا ، أو إلى زيادة الامتصاص ، بسبب زيادة محتوى الكلوروفيل. في أي من السيناريوهين ، يظهر هذا أن الطحالب لا تزال نشطة حتى اليوم السابع ، على الرغم من مستويات الإضاءة المنخفضة. تظهر البيانات المسجلة باستمرار أن الأس الهيدروجيني بشكل عام يتم التحكم فيه بشكل كاف ، باستخدام خوارزمية التحكم المنفذة.

في حين أن هناك زيادة متوقعة في الأس الهيدروجيني فور تلقيح PBR بالطحالب ، إلا أنه يتم التحكم فيها بسرعة بواسطة النظام. ومع ذلك ، فإن البيانات الحية تسلط الضوء على مدى حساسية أقطاب الأس الهيدروجيني ، للضوضاء الكهربائية الخارجية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى قيم متطرفة للغاية ، وربما تعطل أنظمة التحكم. على الرغم من أن هذه الطريقة يتم تنفيذها للطحالب PBR ، إلا أنه يمكن أيضا تطبيق تقنيات المراقبة الحية هذه على المفاعلات الميكروبية الأخرى التي تتطلب درجة الحموضة ، أو مراقبة درجة الحرارة.

بمجرد إنشاء PBR واكتمال الحصول على البيانات ، يجب أن يكون المرء قادرا على إعداد PBR للمراقبة الحية للتجربة في غضون ساعة إلى ساعتين. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر قراءة وفهم مبادئ القياس ، وراء كيفية عمل المستشعرات الخاصة بك ، والتحقق من صحة قياساتك باستخدام الأجهزة المحمولة الأخرى. لاتباع هذا الإجراء، يمكن إضافة تحسينات أخرى، مثل التحكم التلقائي في الأس الهيدروجيني، إلى إعداد PBR.

توفر هذه التعليمات أساسا لإطار عمل الحصول على البيانات ، المطلوب قبل تنفيذ ملاحظات التحكم الأكثر تعقيدا. لا تنس أن العمل بالكهرباء وأيون الفلورايد والسيليكون الأكريليكي يمكن أن يكون خطيرا للغاية. لذلك يجب دائما اتخاذ الاحتياطات.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن تكون قادرا على تجميع وإعداد PBR على نطاق مقاعد البدلاء لمراقبة درجة الحموضة ودرجة الحرارة والضوء الحية.