Bau und Betrieb einer kostengünstigen erhöhten Kohlendioxidwachstumskammer zur Bewertung der mikrogrünen Physiologie unter raumfahrtrelevantenCO2-Werten

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt, wie eine kleine, kostengünstige Wachstumskammer gebaut und betrieben werden kann, die in der Lage ist, extreme Kohlendioxid- (_exCO-2)-Werte für Pflanzenexperimente aufrechtzuerhalten. Die Kammer ermöglicht reproduzierbare Studien der mikrogrünen Physiologie unter raumfahrtrelevanten atmosphärischen Bedingungen unter Verwendung eines computergestützten Überwachungs- und Kontrollsystems auf einer eingeteilten Platine sowie eines passiven hydroponischen Wicking-Systems.

Zusammenfassung

Die Kohlendioxidwerte (_CO2) an Bord bemannter Raumfahrzeuge überschreiten routinemäßig 3.000 ppm, was deutlich höher ist als die atmosphärischen Konzentrationen auf der Erde. Anhaltende Exposition gegenüber extremem_CO2 (exCO₂) bei Werten über 3.000 ppm kann das Pflanzenwachstum, die Physiologie und die Nährstoffzusammensetzung verändern. Dennoch können nur wenige Laborsysteme diese ex-CO2-Konzentrationen zuverlässig reproduzieren. Dieses Protokoll beschreibt eine zugängliche und kostengünstige Methode zum Bau einer Tisch-Wachstumskammer, die stabile_CO2-Werte über 3.000 ppm für Pflanzenexperimente aufrechterhalten kann.

Die Kammer wird durch die Umrüstung eines Inkubators auf der Werkbank geschaffen, der luftdichte Kabel und Gasanschlüsse, ein automatisiertes CO2-Ableitungs- und Entlüftungssystem sowie integrierte Temperatur-, Luftfeuchtigkeits- und Drucksensoren enthält. Das System wird von einem kostengünstigen Einplatinen-Computer gesteuert, der Open-Source-Python-Code verwendet, um eine_{Ziel-CO2-Konzentration} durch Regulierung von Magnetoiden aufrechtzuerhalten, die_CO2 injizieren oder die Kammer als Reaktion auf Systemwerte entlüften. Eine maßgefertigte passive Wickingbox unterstützt das Pflanzenwachstum, ohne aktives Bewässern zu müssen, reduziert das Öffnen der Kammer und minimiert Schwankungen im_CO2-Gehalt.

Mit diesem System zogen wir erfolgreich zwei mikrogrüne Arten, Radieschen (Raphanus sativus, eine C3-Pflanze) und Amarant (Amaranthus cruentus, eine C4-Pflanze), unter "Umgebungs-CO2" (mindestens 400 ppm) und "ISS-ähnlichem exCO₂" (mindestens 3.000 ppm) Bedingungen an. Die Kammern hielten während der 10–14-tägigen Wachstumszyklen stabile CO2-Werte, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Dieses reproduzierbare, für den Weltraumflug relevante_CO-2-System bietet ein zugängliches Werkzeug zur Untersuchung der Reaktionen von Pflanzen auf extreme atmosphärische Umgebungen und zur Vorbereitung von Experimenten für den Weltraumflug.

Einleitung

Pflanzen werden eine wesentliche Rolle bei der Erhaltung des menschlichen Lebens während langfristiger Weltraummissionen spielen, indem sie zur Nahrungsproduktion beitragen, den Nährstoffbedarf decken und das psychische Wohlbefinden fördern¹. Die atmosphärische Zusammensetzung eines bemannten Raumfahrzeugs oder geplanter zukünftiger Lebensräume unterscheidet sich jedoch erheblich von der auf der Erde. Die Internationale Raumstation (ISS) erlebt routinemäßig CO2-Werte_über 3.000 Teile pro Million (ppm), fast eine Größenordnung höher als die umgebenden terrestrischen^{Konzentrationen 2}. Die Werte auf der ISS haben bis zu 6.500 ppm erreicht. Diese extremen_CO2-Werte (_exCO2) können die Pflanzenphysiologie, Morphologie und Nährstoffzusammensetzung beeinflussen. Dennoch liegen diese_Ex-CO2-Werte außerhalb des Bereichs der meisten erhöhten_{CO2-Experimente} , die sich auf_CO2-Bereiche zwischen 700 ppm und 1500 ppm konzentrieren und tatsächlich außerhalb des Bereichs der meisten terrestrischen Pflanzenwachstumskammern liegen können. Folglich bleiben die Auswirkungen solcher extremen Bedingungen schlecht charakterisiert. Das Verständnis der Pflanzenreaktionen auf raumfahrtrelevante_exCO-2-Werte ist daher entscheidend, um den Erfolg weltraumbasierter Landwirtschaft und bioregenerativer Lebenserhaltungssysteme zu sichern.

Microgreens haben sich kürzlich als vielversprechende Kandidaten für die Ernährung von Astronauten etabliert, da sie schnell wachsen, ihren kleinen Fußabdruck und ihre hohe Nährstoffdichte ^3,4 haben. Diese Kurzzyklus-Pflanzen können frische Vitamine und Antioxidantien liefern, die im Laufe der Zeit in gelagerten Raumfahrtrationen abgebaut werden. Derzeit formulierte Astronautenmahlzeiten zeigen einen erheblichen Nährstoffverlust während der längeren Lagerung. Nach drei Jahren Lagerung bei Raumtemperatur fallen Vitamin C und Vitamin B₁ unter die empfohlenen Werte, und die Vitamine A und B₆ zeigen ebenfalls moderate Abnahmen^{von 5}. Der Zugang zu frischen, nährstoffreichen Microgreens könnte daher dazu beitragen, die Gesundheit der Besatzung auf mehrjährigen Missionen zu erhalten. Frühere Studien unter moderat erhöhten_CO2-Werten (800–1.000 ppm) haben gezeigt, dass Pflanzen tendenziell kohlenstoffreichere Verbindungen ansammeln, darunter Kohlenhydrate, Flavonoide und Vitamin C, während sie stickstoffreiche Verbindungen wie Proteine^{reduzieren 6,7}. Andere Studien haben eine reduzierte Samenansammlung, Verschiebungen in der photosynthetischen Enzymexpression und Veränderungen in der elementaren Zusammensetzung beobachtet, insbesondere Reduktionen von Eisen, Zink und Magnesium⁸. Diese Zusammensetzungsverschiebungen deuten darauf hin, dass die Verfügbarkeit von Kohlenstoff (als_CO2) das Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff und Stickstoff verändert und folglich den primären und sekundären Stoffwechsel beeinflusst. Daher könnten erhöhte_CO2-Werte Auswirkungen auf den Nährwert der Pflanzen haben, ein entscheidender Bedarf für die Gesundheit der Astronauten bei Langzeit-Weltraummissionen.

Weit weniger ist darüber bekannt, wie Pflanzen auf_ExCO2-Werte reagieren, die in Raumfahrzeugumgebungen auftreten, welche auf der ISS 3.000 ppm überschreiten können. Raumfahrt- und bodengestützte analoge Studien haben unter diesen Bedingungen Wachstumsauffälligkeiten berichtet, darunter verminderte Blattausdehnung, Chlorose und veränderte Wachstumsraten ^2,9,10. Zum Beispiel zeigte Brassica rapa, die an Bord der ISS angebaut wurde, gelbe Blätter mit reduzierter Größe, die auf exCO-2-Werte und nicht auf Mikrogravitationseffekte⁹ zurückgeführt wurden. Diese Beobachtungen unterstreichen, dass Pflanzenreaktionen auf_ExCO2-Werte nicht nur eine Extrapolation der Effekte moderat erhöhter_CO2-Werte sind, sondern vielmehr auf unterschiedliche physiologische und metabolische Störungen hinweisen. Allerdings können nur wenige terrestrische Wachstumssysteme stabile_ExCO2-Werte aufrechterhalten, was es schwierig macht, die Bedingungen von Raumfahrzeugen konsistent zu replizieren oder die genotypische Variation von Pflanzen unter solch extremen Atmosphären zu testen.

Um diese Einschränkung zu beheben, haben wir eine kleine, kostengünstige Kammer entwickelt, die in der Lage ist, konsistente, programmierbare exCO-2-Niveaus aufrechtzuerhalten, die die Atmosphären des Raumfahrzeugs simulieren (Abbildung 1). Dieses System wird durch die Modifikation eines Benchtop-Inkubators und die Integration von Sensoren und Magnetventilen aufgebaut, die von einem kostengünstigen Einplatin-Computer (SBC) mit programmierbaren Pins gesteuert werden. Das Design ermöglicht eine automatisierte_{CO2-Regulation} und eine kontinuierliche Überwachung von Umweltparametern, einschließlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck. Um einen schnellen CO2-Verlust_durch häufiges Öffnen der Türen zu verhindern, haben wir ein passives hydroponisches Wicking-System integriert, das das Wachstum von Mikrogrünen bis zu 14 Tagen ohne zusätzliches Gießen unterstützt. Diese geschlossene Anordnung minimiert Störungen und sorgt gleichzeitig für eine gleichmäßige Atmosphäre.

Hier beschreiben wir ein detailliertes, reproduzierbares Protokoll zum Bau und Betrieb einer exCO-2-Wachstumskammer sowie zum Anbau von Microgreens unter kontrollierten, raumfahrtrelevanten atmosphärischen Bedingungen. Das Protokoll umfasst Schritte zur Installation luftdichter Kabel- und Gasdurchleitungen, ein CO2-Einspritz- und Belüftungssystem, die Verbindung von Sensoren an den SBC, die Programmierung des exCO-2-Regelungscodes und den Zusammenbau des passiven hydroponischen Wicking-Systems. Mit diesem Aufbau demonstrieren wir das erfolgreiche Wachstum von Radieschen (Raphanus sativus, eine C3-Pflanze) und Amaranth (Amaranthus cruentus, eine C4-Pflanze) unter sowohl Umgebungs- als auch ISS-ähnlichen exCO-2-Bedingungen. Die Plattform bietet einen erschwinglichen und skalierbaren Ansatz zur Untersuchung der Pflanzenreaktionen auf extreme atmosphärische Umgebungen und zur Vorbereitung von Experimenten für den Weltraumflug.

Protokoll

1. Installation von Kabeln und Sensoren durch die Rückseite des Benchtop-Inkubators und Abdichtung mit Silikondichtmittel (Abbildung 2)

1. Identifizieren Sie zwei Stellen auf der Rückseite der Kammer, die frei von Verkabelung, elektrischer Schaltung oder Lüfterkomponenten sind (siehe Kabelverschlussstellen in Abbildung 1B als Beispiel). Bohren Sie an diesen Stellen zwei Löcher, die etwas größer sind als der äußere Durchmesser der Kabelverschraubungen.
2. Mit etwa 10 mm (3/8 Zoll) Durchmesser Kabelverschraubungen wickeln Sie die Fäden jeder Verschraubung mit Rohrleitungsband. Schrauben Sie eine Verschraubung auf eine 20 mm Außendurchmesser (OD), 2,5 cm lange Edelstahlrohrverschraubung (mit Innengewinde 3/8 Zoll National Pipe Thread (NPT)). Führe durch das gebohrte Loch von der Außenwand der Kammer ein und befestige eine weitere Verschraubung von der Innenseite (Abbildung 3).
   HINWEIS: Diese Konfiguration ermöglicht einen luftdichten Durchgang durch die dicke Kammerdämmung.
3. Stellen Sie sicher, dass die Gummischeiben der Verschraubungen auf beiden Seiten der Wand fest befestigt sind, und tragen Sie dann Silikondichtmittel um die Kontaktpunkte mit den Kammerwänden jeder Kabelverschraubung auf, um Luftspalten abzudichten.
   HINWEIS: Alle Kammeröffnungen müssen luftdicht sein, um das_CO2-Leck zu verringern.
4. Führen Sie ein viersträngiges Datenkabel durch jede Kabelverschraubung und lassen Sie genügend Länge, um den SBC mit den Sensoren zu verbinden.
5. Ziehen Sie die Innendichtung der Kabelverschraubung fest, um eine luftdichte Abdichtung zu gewährleisten. Lockere und verpasse das Kabel nach Bedarf, um mehr Spielraum für die Positionsposition der Sensoren zu schaffen.
   HINWEIS: Beschriften Sie jeden Drahtstrang, um korrekte Sensorverbindungen sicherzustellen. Obwohl das Löten der Drähte an den Sensoren ausreicht, erleichtern Jumper-Plugs, Schraubklemmen oder andere Schnellverbindungsoptionen den Drahtaustausch und die Verbindung an die SBC-Pins.
6. Verbinden Sie die Temperatur-, Luftfeuchtigkeits- und Luftdrucksensoren (Abbildung 2).
   1. Verbinden Sie die Kabel von einem vierfachen Datenkabel mit einem Temperatur-/Luftfeuchtigkeitssensor und verbinden Sie dann den Luftdrucksensor mit dem Temperatursensor über 4-polige Stecker.
   2. Verbinden Sie das andere Ende des Datenkabels wie folgt mit dem SBC: PWR an einen 3,3-V-Stromstift, GND an einen Massestift, SDA an GPIO 2 (I2C_SDA1) und SCL an GPIO 3 (I2C_SCL1).
   3. Beide Sensoren werden mit ineinandergreifenden Klebestreifen an der oberen Kammerwand montiert, um eine einfache Entfernung zur Kalibrierung oder Reinigung zu ermöglichen (Abbildung 4).
7. Verbinden und positionieren Sie den_CO2-Sensor .
   1. Verbinden Sie den_CO-2-Sensor mit dem zweiten vierstrengigen Datenkabel.
   2. Verbinden Sie das andere Ende wie folgt mit dem SBC: PWR an einen 5V-Stromstift, GND an einen Erdungsstift, RxD an GPIO 14 (UART_TxD), TxD an GPIO 15 (UART_RxD).
   3. Installieren Sie den_CO2-Sensor an der oberen Rückwand oder legen Sie ihn mit Dual-Lock-Streifen sicher oben auf das Lampenregal.
8. (Optional, aber empfohlen) Schließen Sie das SBC-Netzteil an eine ständig ladende Backup-Batterie an, um Neustarts zu verhindern und eine kontinuierliche Sensordatenerfassung sicherzustellen.

2. Aufbau des CO-2-Handlingssystems (Abbildung 5)

HINWEIS: Das CO2-Handhabungssystem regelt die Gaskonzentration im Inneren der Kammer. Wenn der_CO2-Wert unter den Sollwert fällt, löst der SBC ein Magnetventil aus, das kurze CO2-Schübe in die Kammer abgibt. Wenn die_CO2-Werte den Sollwert überschreiten, öffnen sich die Entlüftungsmagnete kurzzeitig, um die Luft aus der Kammer abzulassen. Eine 2,75 L/min Membranluftpumpe zirkuliert Luft durch das System.

1. Installiere Schottanschlussschrauben.
   1. Bohren Sie zwei zusätzliche Löcher in die Rückwand der Kammer (etwa 14 mm) für die_CO2-Ein - und Luftauslassleitungen, die etwas größer sind als der breiteste Teil der Verbindung, die in Schritt 2.1.3 verwendet wurde.
   2. Modifizieren Sie die Trennwandbefestigung, indem Sie den Schlauchbarb auf der Gewindeseite abschneiden (Abbildung 6). Befestigen Sie eine Metall- und Gummiringel und wickeln Sie die Gewinde mit Klempnerband um.
   3. Schrauben Sie eine 3 cm lange, 8 mm ID-Gewindeverbindung an das Ende der modifizierten Schottwand und Isolierung durch die Kammerwand und Isolierung (Abbildung 6).
   4. Versiegeln Sie die modifizierten Schottanschlüsse mit Unterlegscheiben auf jeder Seite und tragen Sie eine zusätzliche Silikondichtung auf. Schrauben Sie fest, um eine luftdichte Abdichtung zu erzeugen.
2. Verbinden Sie Schläuche, Magnetventile, Filter und Luftpumpe mit flexiblen, aquarienfähigen Schläuchen (4,8 mm Innendurchmesser, 6,35 mm Außendurchmesser) (Abbildung 7).
   1. Für die CO-2-Eingangsleitung verbinden Sie die Komponenten mit dem Rohr wie folgt: Durchflussmesser -> _{CO-2-Magnetventil} -> T-Stecker -> T-Stecker -> Außenseite der CO-2-Eingangsschott. Schließen Sie den ersten T-Stecker am Pumpenausgang an. Schließen Sie den zweiten T-Stecker an ein Entlüftungsmagnetventil an (Abbildung 5).
   2. Verbinden Sie die Außenseite der Trennwand wie folgt: Luftauslass -> T-Anschluss -> Inline-Luftfilter -> Luftpumpeneingang. Schließen Sie ein weiteres Entlüftungsmagnetventil an diesen T-Stecker an (Abbildung 5).
   3. Im Inneren der Kammer befestigen Sie einen ~15 cm langen Schlauch an_der CO2-Eingangsseite und einen ~30 cm langen Schlauch an der Luftauslassseite.
   4. Verbindungen mit Silikondichtmittel abdichten.
3. Installieren Sie Luer-Lock-Anschlüsse. (Abbildung 7)
   1. Befestigen Sie Stachel-Leur-Lock-Anschlüsse an Schlüsselrohrverbindungen, um eine einfache Einstellung und den Austausch der Komponenten zu ermöglichen.
   2. Dichten Sie jede Schlauchbarb-Verbindung mit Silikon ab, um Lecks zu reduzieren.
      HINWEIS: Solenoide verschleißen sich typischerweise nach mehreren Monaten. Luer-Lock-Fittings ermöglichen einen einfachen Austausch und machen es überflüssig, die Rohre beim Austausch zu kürzen. Daher wird dringend empfohlen, diese Anschlüsse an den Magnetübergängen anzubringen.
4. Verbinden Sie die_{CO2-Versorgung} und die Regulatoren.
   HINWEIS: Verwenden Sie 6,4 mm (1/4 Zoll) Polyethylenrohr zwischen den Tankreglern und dem Durchflussmesser.
   1. Mit einem Schraubenschlüssel befestigt man den Hauptregler am_CO2-Tank (auf 10 psi eingestellt) und verbindet dann wie folgt: Primärregler -> Gewinde-Push-to-Fit-Stecker -> Polyethylenrohr -> (optional) Push-to-Fit-T-Stecker (für mehrere Kammern) -> Polyethylenrohr -> Gewinde-Push-to-Fit-Stecker -> Step-down-Regler (auf 1–3 psi eingestellt) -> Gewinde-Push-to-Fit-Stecker -> Polyethylenrohr -> Durchflussmesser (Abbildung 8).
      HINWEIS: Mehrere Kammern können aus einem einzelnen 22 kg (50 lb) schweren_CO2-Tank betrieben werden, wobei optionale Push-to-Fit-T-Stecker zwischen den Step-down-Regulatoren für jede Kammer verwendet werden (Abbildung 8).
5. Verbinden Sie die Magnetventile mit den SBC-gesteuerten Relais.
   1. Verbinden Sie das CO-2-Eingangsmagnetventil (+) mit dem Pluspol einer 5-V-Stromversorgung, und das Magnetventil (-) Kabel an Anschluss 3 des _CO-2-Relais. Verbinden Sie Anschluss 4 des_CO-2-Relais mit dem Erdungskabel des Netzteils. Verbinden Sie die_{CO-2-Relaisanschlüsse} 1 und 2 jeweils mit GPIO 12 und einer Masse am SBC.
   2. Verbinde beide Entlüftungsmagnetventile auf ähnliche Weise: Jedes Solenoid (+) führt zur 5-V-Stromversorgung (+) und jedes (-) Kabel zum Anschluss 3 am Lüftungsrelais. Verbinden Sie Terminal 4 dieses Relais mit der Schutzmasse der Stromversorgung und die Lüftungsrelaisanschlüsse 1 und 2 mit GPIO 17 und der Masse am SBC.
   3. Beschriften Sie jedes Relais (z. B. "CO₂ Eingang", "Vent"), um die Fehlersuche zu erleichtern.
      HINWEIS: Magnetoide können sich ein einzelnes 5-V-Netzteil teilen, wenn sie parallel verdrahtet sind. Passen Sie den Steuercode an, wenn Sie verschiedene GPIO-Pins verwenden.

3. Bau der Pflanzenlampen

1. Wählen Sie kompakte Leuchtdiodenstreifen (LED), die durch eine Silikonbeschichtung geschützt sind und ein Lichtspektrum bieten, das für Pflanzenwachstum und geringe Wärmeabgabe geeignet ist.
   HINWEIS: Die von uns verwendeten maßgefertigten Wachstumslampen liefern bis zu 550 μmol·^m-2·^s-1 photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) auf der Höhe der Oberfläche der hydroponischen Growboxes (der niedrigsten Höhe, die die keimenden Setzlinge erreichen). Die Leuchten bestehen aus 24-V-COB-LED-Streifen mit abwechselnden 2700K- und 6500K-Dioden.
2. LED-Streifen bereiten.
   1. Schneiden Sie sechs LED-Streifen (etwa 25 cm) an den vom Hersteller angegebenen Anschlüssen.
   2. Verwenden Sie eine Rasierklinge, um die Silikonbeschichtung von den Kupferpads an jedem Ende jedes Streifens zu entfernen (Abbildung 9).
      VORSICHT: Seien Sie vorsichtig, um Verletzungen oder Schäden am LED-Streifen zu vermeiden. Arbeite auf einem Schneidebrett.
   3. Tragen Sie auf jedes Kupferpad eine kleine Menge Lötzinn auf und verbinden Sie die Lichtstreifen in Reihe mit 3,5 cm langen Stücken 22-G-Draht (+ zu + und Masse zu Erde) (Abbildung 9).
   4. Löten Sie zwei 20–30 cm große Drahtstücke an einem Ende des Arrays an jedem Kupferpad, um sie mit der Stromquelle zu verbinden.
      VORSICHT: Verwenden Sie geeigneten Augenschutz und Lötzinn unter einer Abzugshaube oder in einem gut belüfteten Bereich. Arbeite auf einer hitzebeständigen Matte.
3. Mach die Lichter an.
   1. Positionieren Sie das LED-Array an der Unterseite des oberen Regals innerhalb der Kammer, um eine gleichmäßige Beleuchtung über den Wachstumsbereich zu gewährleisten (Abbildung 10).
   2. Lösen Sie die Kleberückseite der Lampen ab und drücken Sie die Streifen fest an ihren Platz (Abbildung 10).
   3. Beschichten Sie freiliegende Pads und Drähte mit elektrischem Silikon, um Korrosion und elektrische Schocks zu verhindern.
   4. Sobald das Silikon trocken ist, positioniere das leichte Regal auf der obersten eingebauten Regalhalterung der Kammer.
4. Verbinden Sie die LED-Streifen mit Strom- und Steuersystemen (Abbildung 2).
   1. Führen Sie zwei zusätzliche 22-G-Leitungen durch eine der Kabelverschraubungen. Schneiden Sie diese lange genug, um die Lampen an das Netzteil und Relais anzuschließen. Verbinden Sie diese mit den langen Drähten an einem der LED-Streifen mit einer Tonnenbuchse oder einem elektrischen Schnellanschluss.
   2. Verbinden Sie das LED-Array (+) mit dem positiven 24-V-Netzteil, die LED (-) an Anschluss 2 des Lichtrelais und Anschluss 1 des Lichtrelais an den negativen Anschluss des Netzteils (Abbildung 2).
   3. Verbinden Sie Terminal 3 des Lichtrelais mit dem SBC GPIO 21 und Terminal 4 des Relais mit einem GND-Pin am SBC (Abbildung 11).
5. Sichern Sie lange Lichtdrähte mit Klebeklammern an der Kammerwand, um Spannungen bei den Lötstellen zu vermeiden.
6. Überprüfen Sie mit einem PAR-Messgerät, ob die Lichtintensität an der Oberfläche der Anlage wie gewünscht ist. Messen Sie an 4–5 Stellen in der Höhe der Hydroponik-Grow-Systemboxen.

4. Installation von Software für Kammersteuerung und Alarmanlage auf einem SBC

1. Laden Sie den Kammersteuerungscode (Control_chamber_JoVE.py, Supplementary File 1) herunter und speichern Sie ihn in einem speziellen Ordner auf dem SBC (z. B. /home/pi/chamber/). Siehe https://www.raspberrypi.org/ für Details zur Anfangskonfiguration des SBC und zur Navigation im Betriebssystem.
2. Installiere die erforderlichen Bibliotheken, die oben im Control_chamber_JoVE.py-Skript aufgeführt sind (Serial, Datetime, CSV, Board usw.), sowie die Bibliotheken für jeden Sensor. Siehe https://projects.raspberrypi.org/en/projects/generic-python-installing-with-pip für Details zur Installation von Bibliotheken auf dem SBC.
3. Öffnen Sie Control_Chamber.py in Thonny (oder einer ähnlichen Python-IDE), um Sensor- und Relaisparameter zu konfigurieren. Aktualisieren Sie die Pin-Zuweisungen im oberen Abschnitt des Control_chamber_JoVE.py-Skripts so, dass sie mit der Verkabelung der Temperatur-/Luftfeuchtigkeits-, Druck- und CO2-Relaisverbindungen aus den Abschnitten 1 und 2 übereinstimmen (sofern wie vorgeschlagen verkabelt, sind keine Änderungen erforderlich). Siehe https://thonny.org/ für Details zur Nutzung von Thonny.
4. Definieren Sie den Mindest-CO-2-Sollwert und stellen Sie die Parameter für Photoperiode, Temperatur und Alarmschwellenwerte im Konfigurationsblock oben im Control_chamber_JoVE.py-Skript ein. Speichere die Datei.
   HINWEIS: Alle Set-Points können durch Bearbeitung des Konfigurationsblocks geändert werden, ohne eine Software-Neuinstallation erforderlich zu machen.
5. Richte das E-Mail-basierte Alarmsystem ein.
   1. Erstellen Sie ein eigenes E-Mail-Konto (z. B. MyPiAlarm@gmail.com) für automatisierte Benachrichtigungen.
   2. Geben Sie die Zugangsdaten und Empfängeradressen in den Bereichen "CO2-Alarm" und "Temperaturalarm" des Control_Chamber.py-Skripts ein und speichern Sie.
      VORSICHT: Verwenden Sie keine persönliche oder berufliche E-Mail-Adresse, um Nachrichten zu senden. Verwenden Sie ein dediziertes Konto, um Sicherheitsdaten zu schützen, und verwenden Sie ein app-spezifisches Passwort.
6. Bedienung der Testkammer.
   1. Klicken Sie auf das Ausführen-Symbol in Thonny, um den Code auszuführen.
   2. Bestätigen Sie, dass die Sensoren gültige Messwerte melden, und Relais schalten korrekt um, wenn sich die_CO-2-Werte ändern.
   3. Simuliere niedrige und hohe_CO2 - und Temperaturbedingungen, indem du die Strömungs- und Kammereinstellungen änderst. Stellen Sie sicher, dass eine automatische Injektion und Entlüftung erfolgt und dass E-Mail-Alarme ausgelöst werden.
   4. Wenn die_CO2-Werte schwanken, prüfen Sie auf Lecks um Kabelverschraubungen oder Schottanschlüsse und dichten Sie bei Bedarf erneut mit Silikondichtmittel ab.
7. Fernüberwachung aktivieren
   HINWEIS: Während der SBC "headless" laufen kann, vereinfacht das Anschließen eines Monitors per HDMI die Fehlerbehebung.
   1. Installieren Sie den RealVNC Viewer oder eine ähnliche Remote-Desktop-Anwendung auf einem Gerät, das mit demselben Netzwerk wie der SBC verbunden ist. Siehe https://www.realvnc.com/en/connect/download/viewer/raspberrypi/ für Anleitungen, wie man RealVNC installiert.
   2. Aktivieren Sie den VNC-Server auf dem SBC und bestätigen Sie die Konnektivität. Siehe https://help.realvnc.com/hc/en-us/articles/360002249917-RealVNC-Connect-and-Raspberry-Pi#setting-up-your-raspberry-pi-0-0 für Anweisungen zur Aktivierung des VNC-Servers.
   3. Nutzen Sie die Fernbedienung, um den Status zu überwachen, Einstellungen anzupassen oder das Programm neu zu starten.

5. Aufbau eines passiven hydroponischen Wicking-Systems (Abbildung 12)

HINWEIS: Jedes passive hydroponische Wicking-System verwendet eine sterile 1.000 μL Pipettenspitzenbox mit einem abnehmbaren Einsatz, der mit einem gefransten Filzdocht ausgestattet ist und die Nährstofflösung vom unteren Reservoir zu den Samen zieht.

1. Bereite das Boxgehäuse vor.
   1. Wählen Sie eine leere 1.000 μL Pipettenspitzenbox mit abnehmbarem Einsatz.
   2. Mit einem Dremel-Werkzeug, einer Drehkreissäge oder einer Bohrmaschine und Kappsäge schneiden Sie eine rechteckige Öffnung ~ 11 cm mal 7 cm im oberen Deckel.
2. Schneiden und bereiten Sie den Filzdocht vor.
   1. Schneiden Sie Bambusfilz in 34 cm lange, 7,5 cm große Streifen. Drei Einsätze mit Spitzenhaltern können als Schablone dienen.
   2. Schneiden Sie acht gleichmäßig verteilte 14 cm große Fransen entlang jeder langen Kante des Filzstreifens.
   3. Fädeln Sie jeden Fransen mit einer Pinzette durch die Löcherreihe an den kurzen Enden des Tip-Halter-Einsatzes, sodass die Fransen nach unten hängen und das ungeschnittene Zentrum oben flach bleibt.
   4. Stellen Sie sicher, dass die Fransen den unteren Behälter erreichen, wenn der Einsatz in der Box ist. Lagern die Kartons trocken, bis sie sie benutzen.

6. Vorbereitung von Materialien für das Microgreen-Experiment

1. Desinfizieren Sie die Kammer, indem Sie alle nicht-elektronischen Oberflächen (Wände, Decke, Tür usw.) mit SA-20-Desinfektionsmittel (7,8 mL/L Wasser) abwischen. Lassen Sie die Kammer über Nacht mit offener Tür an der Luft trocknen.
   HINWEIS: Dieser Schritt ist entscheidend, um das Risiko von Krankheitserregern zu verringern, die in feuchten Umgebungen wachsen.
2. Bereite 0,25x Murashige und Skoog (MS) Basalsalz ohne Agar vor. Lösen Sie 4,3 g MS-Salze und 1 g 2-(N-morpholino)ethansulfonsäure (MES) in 1 L deionisiertes (DI) Wasser auf und stellen Sie den pH-Wert auf 5,7 mit einer 1M KOH-Lösung an. Verdünnen Sie auf 4 L. Geben Sie 700 ml Aliquots (genug für eine Hydroponikbox) in 1-Liter-Flaschen ab.
3. Füllen Sie autoklavierbare Flaschen mit destilliertem oder deionisiertem Wasser zur Sterilisation und Spülung der Samen.
4. Autoklaven sowohl das MS-Medium als auch das Wasser mit einem Flüssigkeitszyklus für 30 Minuten.
5. Wickle Hydroponik-Boxen, Werkzeuge und Behälter in Alufolie ein. Autoklaven in einem Trockenzyklus mit 30 Minuten Trocknungszeit und Materialien umwickelt, bis sie in eine laminare Flusshaube gelegt werden.
   HINWEIS: Die Schritte 6.6–6.8 müssen in einer laminaren Flusshaube durchgeführt werden, um eine Verunreinigung zu verhindern.
6. Samen sterilisieren
   HINWEIS: Dieses Protokoll muss je nach Pflanzenart angepasst werden. Im Folgenden wird ein Protokoll beschrieben, das für Radieschen- und Amaranthsamen funktioniert.
   VORSICHT: Verwenden Sie Handschuhe, Augenschutz und einen Laborkittel, wenn Sie mit Bleichlösung arbeiten.
   1. In einer laminaren Flusshaube geben Sie die Samen zu einer 2%igen Bleichlösung mit 0,05% Triton X-100.
   2. Sanft 5 Minuten bei Zimmertemperatur schütteln.
   3. Geben Sie die Bleichlösung ab und spülen Sie dreimal mit sterilem Wasser.
   4. Nach dem Abspülen werden die Samen über Nacht in sterilem Wasser eingeweicht, um die gleichmäßige Keimung zu fördern.
      HINWEIS: Für diese Studie reichten 8 ml 7,5 % Bleichmittel, 22 ml DI H₂O und 15 μL Triton X-100 Tensid in einem 50 mL Zentrifugenröhrchen aus, um vier Schachteln Radieschen- oder Amaranth-Mikrogrün zu sterilisieren.
7. Fülle hydroponische Boxen und pflanze Samen in eine laminare Flusshaube.
   1. Füllen Sie jede hydroponische Box mit sterilem 0,25 MS Medium, bis die Filzoberfläche mit ein bis zwei mm Flüssigkeit (~650 ml) bedeckt ist. Überprüfen Sie, dass kein Luftspalt zwischen Filz und Flüssigkeit besteht; Lücken verringern die Setzlingsbildung.
   2. Mit steriler Pinzette pflanzen Sie bis zu 60 Amaranth oder 30 Rettichkörner pro Packung. Drücken Sie die Samen vorsichtig mit einer Pinzette in den Filz, wobei sie über den Spitzenlöchern des Einsatzes zentriert sind.
   3. Decken Sie jede bepflanzte Kiste mit Frischhaltefolie oder sterilen Deckeln ab, um die Luftfeuchtigkeit während der Keimung zu erhalten. Sobald sie abgedeckt sind, können die Kisten aus der sterilen Haube entfernt werden.

7. Durchführung des Microgreen-Experiments

HINWEIS: Betreiben Sie mindestens zwei Kammern gleichzeitig, eine unter exCO₂ und die andere unter Umgebungsbedingungen als Kontrolle. Wechseln Sie die Behandlungen zwischen den Kammern über Replikaten hinweg ab, um die Kammervorspannung zu minimieren. Weisen Sie jeder Kammer zufällig eine Behandlung zu (mit einem Münzwurf oder Zufallszahlengenerator). Für das folgende Experiment tauschen Sie die Behandlungen in verschiedene Kammern.

1. Stellen Sie den primären_CO2-Regler auf etwa 10 psi und die sekundären "Step-down"-Regler auf 1–3 psi ein. Öffnen Sie das Hauptventil des_CO2-Tanks langsam.
   VORSICHT: Luftdrücke über 5 psi beschädigen die Magnetventile. Stellen Sie den "Step Down"-Regler nicht über 4 psi ein.
2. Starte die Kammer und verifiziere die Funktionalität.
   1. Schalten Sie die Inkubatoren auf der Werkbank ein und stellen Sie die Innentemperatur auf 23 °C oder die gewünschte Temperatur ein.
   2. Überprüfen Sie, ob der interne Lüfter funktioniert und frei ist, um die Luftzirkulation zu gewährleisten. Stellen Sie sicher, dass jede Kammereinheit vor dem Pflanzen auf 2 °C der eingestellten Temperatur ausgleicht.
3. Öffne Control_chamber_JoVE.py Code in Thonny, überprüfe die_CO2 - und Lichteinstellungen (Abschnitt 4.7) und starte dann das Programm. Überprüfen Sie, ob Magnetoide, Sensoren und Lichter richtig reagieren. Speichere die Datei und führe das Steuerprogramm aus, indem du auf das Ausführen-Symbol klickst.
4. Laden und keimen Sie die Pflanzkästen.
   1. Sobald die Umgebung stabil ist, platziere die abgedeckten Hydroponikboxen in jede Kammer. Schließen Sie die Tür und bestätigen Sie, dass die_{CO2-Konzentrationen} innerhalb von 3–5 Minuten zu den Stellenwerten zurückkehren.
   2. Lassen Sie die Samen mit den Feuchtigkeitsabdeckungen 3–4 Tage keimen, bis das Auskommen der Keimblätter sichtbar ist, und entfernen Sie dann die Feuchtigkeitsabdeckungen, sobald die meisten Wurzeln des Setzlings in den Filzboden eingedrungen sind.
      HINWEIS: Wenn Sie andere Arten als Rettich oder Amarant verwenden, passen Sie die Keimdauer bei Bedarf an, um eine gleichmäßige Wurzelpenetration in die Filzoberfläche vor dem Freilegen sicherzustellen.
5. Halten Sie den Zustand der Kammer aufrecht und überwachen Sie sie.
   1. Halten Sie die Kammern während des gesamten Experiments geschlossen, um stabile_CO2-Werte zu erhalten.
   2. Decken Sie die Türverkleidungen mit Alufolie oder Verdunkelungsfolie ab, um Lichtstörungen zu vermeiden. Öffne täglich die Folie, um den Zustand der Pflanze zu überprüfen, und klebe den Deckel mit Klebeband wieder auf.
   3. Monitor zeigt ein- bis dreimal täglich mit RealVNC oder lokal über ein HDMI-Display an.
   4. Reagieren Sie schnell auf E-Mail-Benachrichtigungen und dokumentieren Sie Anomalien oder manuelle Eingriffe.
      VORSICHT: Umgebungstemperaturen unterhalb des Kammer-Sollwerts können Kondensation im Schlauch verursachen. Wenn Kondensation auftritt, trocknen und versiegeln Sie die Leitungen und Anschlüsse vor dem Neustart, um Luftstromversperrungen zu vermeiden. Schließe das_{CO2-Tankventil} , bevor du die Leitungen öffnest.
6. Ernte Pflanzen und sammle Daten.
   1. Am Ende des Wachstumszyklus öffnen Sie die Kammer und entfernen und verarbeiten Sie die Pflanzen nach Bedarf für experimentelle Ziele (z. B. Biomasse-, Chlorophyll- oder Nährstoffanalyse).
   2. Stoppe das Steuerungsskript und schalte den Inkubator und die Lichter auf der Werkbank aus.
   3. Benennen Sie chamber_data.csv, die Umweltdatendatei (z. B. Date_Species_3000vs400ppm.csv) und kopieren Sie sie auf einen USB-Stick.
      VORSICHT: Das Programm protokolliert jede Minute Daten in der chamber_data.csv-Datei im Home-Verzeichnis. Benenne diese Datei beim Speichern immer um, um frühere Datensätze nicht zu ändern.
   4. Dokumentieren Sie alle Abweichungen oder Gerätestörungen während der Fahrt.
7. Reinigung nach dem Experiment.
   1. Entferne Kondensat und wische die nicht-elektronischen Innenflächen mit 70 % Ethanol ab.
   2. Lassen Sie die Kammertür offen und lassen Sie die Luftpumpe laufen, bis Kammer und Schlauch trocken sind.
   3. Schalte die Steckdosenleiste ab und schließe das_{CO2-Tankventil} , um Leckage zu verhindern und Gas zu sparen.

Ergebnisse

Zwei Labor-Inkubatoren wurden erfolgreich modifiziert, um programmierbare_{CO2-Konzentrationen} aufrechtzuerhalten, die für Mikrogrünwachstumsexperimente geeignet sind. Für jeden Versuchslauf wurde eine Kammer so programmiert, dass sie "ISS-ähnliche exCO₂"-Bedingungen (mindestens 3000 ppm) aufrechterhielt, die andere auf "Innenraum-Umgebungs-CO2"-Bedingungen (mindestens 400 ppm). Wir bauten Radieschen- und Amaranth-Mikrogrün jeweils 10 bzw. 14 Tage lang an (...

Diskussion

Dieses Protokoll bietet eine reproduzierbare und kosteneffiziente Methode zum Anbau von Pflanzen unter extremen CO2_-(exCO2)-Konzentrationen von etwa 3.000 ppm, vergleichbar mit denen auf der Internationalen Raumstation². Das System modifiziert einen Benchtop-Inkubator und kombiniert SBC-basierte Umweltsteuerung mit einem passiven hydroponischen Wachstumssystem, um das Pflanzenwachstum bis zu zwei Wochen lang zu unterstützen, ohne manuelles Gi...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
1/4 Zoll Polyethylenrohr	Lowes	https://www.lowes.com/pd/EZ- FLO-1-4-in-Inner-Diameter-x-25 -ft-Polyethylen-Rohr/1000180497	Benutze sie, um einen CO2 Tankregler anzubringen, um die Regler herunterzustufen.
2-(N-morpholino)Ethanesulfonsäure (MES)	Fisher Scientific	BP300-100	Puffermittel in Düngemittellösung.
24-V-Stromversorgung für Lichter	Mean Well	LPV-35-24	Verwende das Netzteil für die Lampen, je nach Lichtspezifikation.
25 mL Graduierter Zylinder	Cole Parmer	UX-34502-70	Um Flüssigkeiten für die Sterilisationslösung zu messen.
250 mL Glas-Graduierter Zylinder – Autoklav zur Sterilisation	Fisher Scientific	https://www.fishersci.com/shop/ Produkte/Pyrex-Zylinder-einzel -weiß-emaille-metrisch-graduatio ns-18/085524D	Zum Messen von MS-Medien beim Beladen von hydroponischen Boxen. Die Marke spielt keine Rolle.
388 Elektrisches Siliziumdichtmittel	American Sealants, Inc	https://meridianadhesives. com/products/asi-388/	Wird verwendet, um Lichter zu isolieren und die Kammer abzudichten. Andere Marken sind in Ordnung, aber achte darauf, dass es elektrisch ist, wenn es bei Lampen verwendet wird.   Nicht-elektrischer Typ ist für den Rest der Kammer in Ordnung.
70 % Ethanol	Avantor	71002-508	Wird zum Desinfizieren der Motorhaube und der Wachstumskammer verwendet.
8K-Membranpumpe – 110 V/60 Hz Version	Boxer	8K	Wird verwendet, um Luft zwischen Kammer, CO2 Eingang und Belüftungssystem zirkulieren zu lassen. 120 Dollar zum Zeitpunkt des Kaufs.
Netzkabel für  Pumpe	GE	https://www.homedepot.com /p/GE-8-ft-Ersatz-Kabel -Set-mit-Polarisierter-Stecker-an- 1-End-Schwarz-54435/203735885	Marke und Unternehmen spielen keine Rolle
Adafruit LPS35HW Wasserwiderstandsdrucksensor	Adafruit	Produkt #:4258	Wird verwendet, um den Luftdruck zu messen.
Adafruit Sensirion SHT40 Präzisionssensor für Temperatur und Luftfeuchtigkeit	Adafruit	Produkt #:4885	Wurde verwendet, um Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu messen.
Verstellbare Schraubenschlüssel	Ace Hardware	https://www.acehardware.com /Abteilungen/Werkzeuge/Handwerkzeuge/ Schraubenschlüssel/2299329	Verwendet zum Anbringen von Reglern
Alufolie	Costco	https://www.costco.com/p/-/ kirkland-signature-reynolds- foodservice-foil-12-in-x-100 0-ft/100116721?langId=-1	Zum Abdecken von Behältern während des Autoklavierens.
Aquarienschlauch – 1/4" Außendurchmesser, 3/16" Innendurchmesser	Amazon	https://www.amazon.com/dp/B0DLNH81LJ/	Verwendung zum Transport von CO2 in die Kammer
Verschiedene Aquarienschläuchenverbinder – Polypropylen	Amazon	https://www.amazon.com/AQU ANEAT-Aquarium-Airline-Conn Ector-Plastic/dp/B08LMZ86QC/	Wurde verwendet, um Aquarienschläuche zu teilen und zu verbinden
Verschiedene Maschinenschrauben	Amazon	https://www.amazon.com/AETTL- Assortment-Stainless-Assorted- Phillips/dp/B0B428NP2L/ref=sr_ 1_2_sspa?crid=FQ8XLSW2WZE6 & keywords=assorted%2Bmetric% 2Bbolts%2Band%2Bnuts& qid=16 92727621& s=Industriell& sprefix= assorted%2Bmetri%2Cindustria l%2C159& sr=1-2-spons& sp_cs d=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY& th=1	Wurde verwendet, um Bauteile am Stiftbrett zu befestigen.
Backup-Batterie mit USB-Ausgang	Voltaiksysteme	V25	Wurde verwendet, um Pi-Systeme mit Strom zu versorgen, um während kurzer Stromausfälle den Strom aufrechtzuerhalten.  Jeder USB-Akku, der Durchgehensladung ermöglicht, funktioniert.
Bambusfilz-Mikrogrün wächst Mattenrolle (10" x 100 ft)	VegBed	https://www.vegbed.com/products /Gemüse-Bambus-Mikrogrün-Rolle-10 Zoll x 30 Fuß	Verwendet für Growbox-Docht.
Barrel-Jack-Stecker – 10er-Pack	Amazon	https://www.amazon.com/dp/B079RBL339/	Wird verwendet, um elektrische Bauteile mit Strom zu verbinden.  Die genaue Marke spielt keine Rolle.
Becher - 2 L	Fisher	CLS10002L	Verwendet zur Herstellung von Medien.  Du brauchst zwei, um insgesamt 4 L zu machen.
Benchmark Scientific H2200-HC MyTemp Mini Inkubator	Benchmark Scientific	H2200-HC	Kammer für dieses Protokoll modifiziert. Stelle sicher, dass du die Version mit Heiz- und Kühlregelung bekommst. 850 Dollar zum Zeitpunkt des Kaufs.
Bleichmittel – 7,5 % & nbsp;	Chlorox	https://www.clorox.com/ Produkte/Clorox-Performance -Bleichmittel-mit-Cloromax/	Verwendet zur Sterilisation von Samen.  Die Marke spielt keine Rolle, aber nimm eine Variante ohne Parfüms oder Gießmittel.
Schottbefestigung – 3/16 Zoll	ANPPTGHT	https://www.amazon.com/AN PTGHT-Durch-Bulkhead-Bulkhead-F ittings-Aquarium/dp/B08SCDC28R/	Wurde verwendet, um Rohre durch die Kammer zu führen
Tablett in der Cafeteria	Amazon	https://www.amazon.com/Carlisl e-CT121605-Caf%C3%A9-Stan dard-Cafeteria/dp/B008BLINFE/	Unter jeder Kammer wurde ein Tablett platziert, um Kondenswasser aufzufangen, das beim Öffnen austritt. Die genaue Marke spielt keine Rolle.  Es muss nur größer als der Grundriss der Kammer sein, aber die Tür nicht verdecken.
Zentrifugenröhre – 50 mL, steril	Fisher Scientific	339653	Früher wurden während und nach der Sterilisation Samen enthalten.
CO2 Alarm (optional)	Amazon	https://www.amazon.com/ DP/B09MRX4F12/	Optional, aber empfohlen, um externe Lecks im CO2 System zu erkennen.  Verhindert unsichere CO2 im Kammerraum.
CO2 Regulator  - Niederdruck	Amazon	https://www.amazon.com/gp/ aw/d/B01BPQDG62	Die genaue Marke spielt keine Rolle.  Sollte aber in der Lage sein, den Druck irgendwo zwischen 1 und 4 psi zu reduzieren.
CO2 Tank - 50 Pfund	AirGas	https://www.airgas.com/product/ Gase/Kohlendioxid/p/CD%2050S	Ein kleineres Aquarium als dieses könnte wahrscheinlich verwendet werden.  Es müsste nur öfter ausgetauscht werden.
Crimper	Grainger	806FA9	Um Crimp-Stecker an Drähten zu befestigen
Digitaler Druckmesser (optional)	Amazon	https://www.amazon.com/Pressure -Stecker-Schutz-Uharbour-0- 200 psi/dp/B0783PYQ27	Um die Druckeinstellung des Niederdruck-Stepdown-Reglers zu lesen.  Benötigt AAA-Batterie. Alternativ kannst du einen nicht mit Strom versorgten analogen Meter verwenden.
Dissektion der Pinzette – Autoklav zur Sterilisation	Fisher Scientific	13-812-39	Um sterilisierte Samen zu manipulieren.  Die Marke spielt keine Rolle.
Dual Lock ineinandergreifende Klebestreifen	3M	SJ3560	Wird verwendet, um Sensoren an der Seite der Kammer zu befestigen.
Empty 1000 & Micro; L-Pipettentippboxen	Genesee	24-160R	Verwenden Sie einen Dremel, um den Großteil des oberen Rechtecks des Deckels zu entfernen. Die Marke spielt keine Rolle, aber manche enthalten mehr Flüssigkeit als andere. Neuere Genesee-Boxen halten weniger Flüssigkeit als ältere.
Gabelanschluss-Crimp-Steckverbinder – 22-16 AWG	Amazon	https://www.amazon.com/Baomain -Isoliert-Terminal-22-18-Spur/ DP/B01B17DL0G/	Wird verwendet, um Drähte mit Relais zu verbinden.  Die genaue Marke spielt keine Rolle.
Glasflasche – 1 L	Millipore Sigma	CLS13951L-1EA	Früher enthielt es Aliquots steriler 0,25x MS-Medien.
Harris CO2-Tankregulator	Grainger	5KZ48	Auf 10 psi.  eingestellt; Beachten Sie, dass dieser Regulator vom zweiten "Step Down"-Regulator getrennt ist.
HDMI-Kabel zu Micro-HDMI-Kabel (optional)	Amazon	https://www.amazon.com/KELink- Aluminium-kompatibel-Camcorde r-Raspberry/dp/B0C3LR54C3/	(Optional) Um den Pi an den HDMI-Monitor anzuschließen, um die Senor-Messungen anzuzeigen
Heißluftpistole	Amazon	https://www.amazon.com/MAXXH ESS-Handheld-Prägung-Umwicklung -MF300L/dp/B09P66LLMW/	Zum Schmelzen ist ein Schrumpf zur Isolierung von Drähten eingebaut. Die Marke spielt keine Rolle.
Schrumpf	Amazon	https://www.amazon.com/560PCS- Heat-Shrink-Tubing-Eventronic/dp/ B072PCQ2LW/ref=sr_1_4?crid=21 4VBYLN60TGD& Schlüsselwörter=Hitze+ Schrumpf+Schläuche& qid=1685586705& s Präfix=heat+sh%2Caps%2C143& sr=8-4	Musste die Drähte isolieren. Die genaue Marke spielt keine Rolle.  Wir empfehlen, ein Paket mit verschiedenen Durchmessern zu besorgen.
Inline-Filter zum Schutz der Pumpe	Grainger	794F21	Installieren Sie die Membranpumpe stromaufwärts, um sie vor Schmutz und Kondensation zu schützen
Jumper-Kabel	Amazon	https://www.amazon.com/Elegoo- EL-CP-004-Multicolored-Breadbo ard-arduino/dp/B01EV70C78/ref= sr_1_1?keywords=raspberry+pi+j umper+wires& qid=1685586340& sr=8-1	Benötigt, um Elemente mit pi.  zu verbinden; Die genaue Marke spielt keine Rolle.
K30 FR CO2 Sensor	Sensair	030-8-0010	Wird verwendet, um CO2 Werte in der Kammer zu erkennen. 60 Dollar zum Zeitpunkt des Kaufs.
Laborband	Millipore Sigma	BAF134620300	Zum Beschriften von Behältern und dem Ankleben von Folie an der Kammertür
LED-Streifen – COB, 24 V	Superhelle LEDs	https://www.superbrightleds.com /LED-Streifen-und-Stangen/Cob-Serie-L Ed-Streifen-und-Klebeband-Lichter/5m-Thunfisch Ble-White-Cob-LED-Streifen-Licht- -Serien-LED-Tape-Light-2700k-6500 K-IP20-24V	Verwendung für benutzerdefiniertes Wachstumslicht.  Andere Arten von weißen LED-Streifen würden wahrscheinlich gut funktionieren, aber man kann ein PAR-Messgerät verwenden, um die Dichte der Streifen so anzupassen, dass die gewünschte Lichtintensität erreicht wird.
Luer-Verriegelung zu 3/16-Schlauch-Barb-Anschlüssen – Polypropylen – weiblich	Amazon	https://www.amazon.com/Femal e-Luer-Lock-4-8mm-Schlauch/dp/B08GQDBY46/	Früher befestigte häufig ersetzte Teile an Rohren.
Luer Lock an 3/16 Schlauch-Barb-Fittings – Polypropylen – männlich	Amazon	https://www.amazon.com /Spritzen-Adapter-Male-Lue r-Zoll-Luer-Stecker-Kit/d p/B0C1FV8NGL/	Früher befestigte häufig ersetzte Teile an Rohren.
Magnetischer Rührstab (optional)	Millipore Sigma	Z282456	Verwendet mit der Rührplatte, um MS-Medien zu mischen. Alternativ kann man auch einen Löffel verwenden.
Magnetische Rührplatte (optional)	Fisher	S194615	Verwendet zum Auflösen von Salzen in media.  Man kann auch einen Löffel verwenden.
MS Salts	Caisson	MSP01	Wird als hydroponische Lösung verwendet. Verdünnen zu 0,25 x.
Nadelnasen-Zinken	Grainger	2078216	Früher hielt er beim Löten die Drähte fest
Nitrilhandschuhe	Genesee	https://www.geneseesci.com/ Produkt/x-gen-nitril-handschuhe- pulverfrei/	Um die Hände beim Arbeiten mit Bleichmittel zu schützen und für die sterile Technik. Die Marke spielt keine Rolle.
O2-Durchflussmessgerät	JIAWANSHUN	https://www.amazon.com/JIAW ANSHUN-0-1-1-5LPM-Durchflussmesser -Steckverbinder-Verbindung/dp/B01N0UWZ2T	Wird verwendet, um den CO2 Fluss in die Kammer zu kontrollieren.
Pipettor - 20 & Mikro; L und Trinkgelder	Millipore Sigma	EP3124000040-1EA	Um TritonX für die Samensterilisation zu messen.  Die Marke spielt keine Rolle.
Frischhaltefolie	Costco	https://www.costco.com/p/-/kirkl Und-Signatur-Stretch-Tite-Plasti C-Food-Wrap-12-Zoll-3000-Fuß/100300513	Wird verwendet, um Kisten während der Keimung der Samen abzudecken, um die Luftfeuchtigkeit zu erhöhen und die Pflanzenentwicklung zu verbessern.
Kunststoff-Stiftbrett (19"D x 5"B x 12"H)	Amazon	https://www.amazon.com/SWAN LAKE-Kunststoff-Pegboard-Paneele -Garage/dp/B0BGS3C41N/	Komponenten, Drähte und Rohre wurden an der Pegboard befestigt, um das Bewegen und die Organisation zu erleichtern. Die genaue Marke spielt keine Rolle.
Netzteil mit Zylinderanschluss – 5V 2A	Amazon	https://www.amazon.com/Acloro l-100-240V-Universal-Converter -Transformer/dp/B099RBBTWY /ref=sr_1_4?crid=XKSME1C2 86OE& Schlüsselwörter=5v%2Bpower %2Bsupply& qid=1683217539& s=hi& sprefix=5v%2Bpower%2 Bsupply%2Ctools%2C93& sr= 1-4& th=1	Wurde verwendet, um Magnetventile mit Strom zu versorgen. Die genaue Marke spielt keine Rolle.
Präzisions-Digitalwaage	Fisher	FB30786159	Verwendet zur Messung von MS-Salzen und MES.
Push-to-connect von 1/4 Zoll zu 1/4 Zoll NPT	Amazon	https://www.amazon.com/CE KER-Connect-Fittings-Pneu matic-Connectors/dp/B07XBHYP3B/	Verwendet zum Anschluss eines 1/4-Zoll-Rohrs an den Tankregler
Push-to-connect Ellbogen an 3/8 Zoll NPT	Amazon	https://www.amazon.com/Q olekog-Pneumatic-Connec t-PL-3-8-N2/dp/B0B59JXMRW/	Früher wurde verwendet, um ein 1/4-Zoll-Rohr mit dem Step-Down-Regler zu verbinden (je nach Setup-Konfiguration könnte man alternativ einen geraden Anschluss verwenden).
Push-to-connect T-Stecker – 1/4 Zoll	Amazon	https://www.amazon.com /dp/B07TV3JS9Q/	(optional) wird verwendet, wenn eine 1/4-Zoll-Leitung vom CO2 Tank zwischen zwei Kammern aufgeteilt wird.
Schnellverbinder für große Leitungen	XHF	B086J49D1J	Optional, aber nützlich, um Drähte vorübergehend zu verbinden.
Raspberry Pi 4 2 GB Starterkit – 32 GB	Canakit	PI4-2GB-STR32F-C4-BLK	Steuerung von Sensoren und Relais.  110 Dollar zum Zeitpunkt des Kaufs für das Kit.
Raspberry Pi OS	Raspberry Pi Stiftung	https://www.raspberrypi. com/software/	Betriebssystem für Pi.
RealVNC Viewer	RealVNC	https://www.realvnc.com/en/ verbinden/herunterladen/ansehen/raspberrypi/	Wird zur Fernüberwachung der Pi-Anzeigen verwendet.
Seed für Red Garnet Amaranth	Marias Erbstück-Samen	https://www.marysheirloomseeds .com/products/red-granet-amaranth	Stelle sicher, dass die Samen aus einem aktuellen Samen-Batch stammen.
Red King F1 Radieschensamen	Johnnys Samen	https://www.johnnyseeds.com/ Gemüse/Radieschen/Daikon-Ko Rean-Radieschen/Red-King-2-F1-Ra dish-seed-4173.html	Stelle sicher, dass die Samen aus einem aktuellen Samen-Batch stammen.
Relais	Uxcell	ASH-10 DD	Steuert Magnetventile und Stromversorgung.
SA-20 Desinfektionsmittel	Südliche Ag	#10501	Fungizidreiniger für die Wachstumskammer.  Vermeiden Sie es, elektronische Teile zu sprühen.
Sicherheitsbrille	Fisher Scientific	19-130-2089	Empfohlen zum Augenschutz. Die Marke spielt keine Rolle.
Schraubenzieher – mehrere Bohrer	Grainger	6XW12	Früher wurde die Kammer auseinandergebaut und die Teile während des Baus zusammengeschraubt.
Silikonmatte	Amazon	https://www.amazon.com/K aisi-Isolierung-Löten-Ma Intentanz-Elektronik/dp/B073RFB6BX/	(Optional, aber empfohlen) Um Arbeitsflächen beim Löten vor Hitze zu schützen
Kleiner Monitor mit HDMI-Anschluss (optional)	Amazon	https://www.amazon.com/LON CEVON-7-Raspberry-1024X6 00-Lautsprecher-Kopfhörer/dp/B06XQJVXHL/	Optional, aber manchmal hilfreich beim Einrichten oder Überwachen eines Pi. Wir empfehlen, einen bestehenden HDMI-Computermonitor zu verwenden, den Sie vielleicht bereits besitzen, aber stellen Sie einen Link zu einer günstigen Option bereit, falls Sie einen benötigen.
Kleines Schraubenzieher-Set	Amazon	https://www.amazon.com/Screw driver-FIXITOK-Screwdrivers-Pe ntalobe-Different/dp/B093372MGD/	Verwendet zum Entbespannen kleiner Schrauben
Steckdosen-Header für Raspberry Pi Pico	Adafruit	Produkt #:5583	Optional anstelle von Jumper-Kordeln zu verwenden.
Lötzinn – bleifrei, Kolophoniumkern	Amazon	https://www.amazon.com/Dia0 -032in-0-11lb-Precision-Electric onics-Löten/dp/B07Q167J 98/ref=sr_1_5?crid=17RNDW GBX6X5O& Keywords=lead+f ree+lot& qid=1692729157 & sprefix=lead+free+loter% 2Caps%2C160& sr=8-5	Musste Drähte an Lampen befestigen. Jedes bleifreie Kolophonen-Kern-Lötzinn funktioniert dafür.
Lötkolben	Amazon	https://www.amazon.com/Wel ler-120V-Lötkolben-Halo/ dp/B0962SX47X/ref=sr_1_4?c rid=NE9BVDKLETUL& keyw ords=weller+löten+kolben& qi d=1692727772& s=Industriell& s Präfix=weller+soldiering+iron% 2Cindustrial%2C190& sr=1-4	Musste Kabel an Lampen anschließen.
Edelstahlrohrverschraubung – 20 mm Außendurchmesser, 16 mm Innendurchmesser, 2,5 cm lang (3/8 Zoll x 3/8 Zoll Innengewinde NPT)	Amazon	https://www.amazon.com/ GP/AW/D/B08SCL8VRS	Wird verwendet, um Kabelverschraubungen durch die Isolierung der Box zu verlängern.
Edelstahlrohrverkleidung – 8 mm Innendurchmesser/12 mm Außendurchmesser, 3 cm lang (M8 Innengewinde auf beiden Seiten)	Amazon	https://www.amazon.com/ GP/aw/d/B09ZS17WYB	Verwendet zum Verlängern der Schottfassung durch die Boxisolierung
STEMMA QT / Qwiic JST SH 4-poliges Kabel – 50 mm lang	Adafruit	Produkt #: 4399	Wurde verwendet, um Sensoren miteinander zu verbinden.
STEMMA QT / Qwiic JST SH 4-poliger zu Premium männlichen Header-Kabel – 150 mm lang	Adafruit	Produkt #: 4209	Wurde verwendet, um Sensoren mit Pi zu verbinden.
Steriles DI-Wasser	Vor Ort produziert	Vor Ort produziert	Autoklav-DI-Wasser im L30-Zyklus.
Überspannungsschutz/Steckdosenleiste	Amazon	https://www.amazon.com/GE- Steckdosen-Schutz-Verlängerung- 14092/dp/B00DOMYL24/	Verwendet sie zum Schutz der Kammerkomponenten vor Stromüberspannungen.
Teflon-Rohrklebeband	Amazon	https://www.amazon.com/ Zoll-Klempner-Sanitär- Klempner-Versiegelung/dp/B091913Z7F/	Um Gewinde von Steckverbindern abzudichten
Thonny (Python-IDE) – sollte auf dem Pi vorinstalliert sein	Thonny	https://thonny.org/	Wurde verwendet, um Kammersteuerungssoftware zu bearbeiten und auszuführen.
TritonX-Tensid	Fisher Scientific	https://www.fishersci.com/ Shop/Products/triton-x-100 -thermowissenschaftlich/AAA16046AE	Zur Verbesserung der Beschichtung der Samen mit Bleichwasser während der Oberflächensterilisation.
uxcell Miniatur-Magnetventil 2-Wege, normalerweise geschlossen, DC5V 0,22A Wasser-Luft-Magnetventil	Uxcell	a19051000ux0811	Drei werden für die Kammer benötigt, und wir empfehlen, ein paar Ersatzteile vorrätig zu haben.
Wasserdichtes Kabeldurchführungspaket	MAKERELE	‎ NPT(38)Box4A-B	Es wurde verwendet, um einen luftdichten Durchgang für die Drähte in die Kammer zu schaffen. Ich habe 3/8-Zoll-Kabelverschraubungen verwendet.
Draht – Mehrfach, silikonisoliert, 22 G	Amazon	https://www.amazon.com/Fermerry -Stranded-Electric-Tinned-Copper/ dp/B089CQHRDT/ref=sr_1_1? crid=PEFEI7BQBPNB& Schlüsselwörter =22%2Bgauge%2Bwire& qid=168 5586908& sprefix=22%2Bguage% 2Bwire%2Caps%2C144& sr=8-1& th=1	Benötigt, um Elemente mit pi.  zu verbinden; Die genaue Marke spielt keine Rolle.
Drahtabzieher	Amazon	https://www.amazon.com/Southwire -Geräte-S1626STR-Stranged-Stripping/DP/B00LQMRS7O/	Wurde verwendet, um die Isolierung von Drähten für Lampen und andere elektrische Verbindungen zu durchtrennen und abzuziehen
Kabelbinder	Amazon	https://www.amazon.com/HAVE -ME-TD-Kabelbinder/dp/B08TVLYB3Q/	Früher, um Drähte zu organisieren und Schläuche an Magnetventile zu befestigen. Die genaue Marke spielt keine Rolle, aber man braucht verschiedene kleine Größen.