Costruzione e messa a punto di un biotestattore fotosintetico di alghe a bilanciere a banco con monitoraggio della temperatura, della luce e del pH per test di crescita cinetica

Sommario

Questo documento descrive il processo di assemblaggio e il funzionamento di un bioreattore fotosintetico su scala a banco che può essere utilizzato, in combinazione con altri metodi, per stimare i parametri di crescita cinetici pertinenti. Questo sistema controlla costantemente il pH, la luce e la temperatura utilizzando sensori, un'unità di acquisizione e controllo di dati e un software di acquisizione dati open-source.

Abstract

Il design ottimale e il funzionamento dei bioreattori fotosintetici (PBR) per la coltivazione microalgama è essenziale per migliorare le prestazioni ambientali ed economiche della produzione di biocarburanti a base di microalga. I modelli che stimano la crescita microalgale in diverse condizioni possono contribuire a ottimizzare il design e l'operazione PBR. Per essere efficaci, i parametri di crescita utilizzati in questi modelli devono essere accuratamente determinati. Gli esperimenti di crescita delle alghe sono spesso vincolati dalla natura dinamica dell'ambiente culturale e sono necessari sistemi di controllo per determinare con precisione i parametri cinetici. Il primo passo per l'impostazione di un esperimento batch controllato è l'acquisizione e il monitoraggio dei dati in tempo reale. Questo protocollo delinea un processo per l'assemblaggio e il funzionamento di un bioreattore fotosintetico su scala a banco che può essere utilizzato per condurre esperimenti di crescita microalgale. Questo protocollo descrive come dimensionare e assemblare un piatto, banco PBR da acrilico. Inoltre descrive come configuareUn PBR con un monitoraggio continuo di pH, luce e temperatura tramite un'unità di acquisizione e controllo dati, sensori analogici e software di acquisizione dati open-source.

Introduzione

A causa delle crescenti preoccupazioni riguardanti i cambiamenti climatici globali e le risorse di combustibili fini finiti, i governi hanno sviluppato politiche per ridurre i consumi di combustibili fossili e incoraggiare lo sviluppo di nuovi e sostenibili combustibili per il trasporto. L'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti ha sviluppato lo standard per il rinnovo del combustibile (RFS), che prevede che entro il 2022, 36 dei 140 miliardi di galloni annui di combustibile per il trasporto degli Stati Uniti provengano da fonti di combustibili rinnovabili. Saranno necessarie tecnologie innovative e trasformazionali Futuri standard di energia rinnovabile ¹ .

L'utilizzo di biocombustibili a base di microalga ha il potenziale per contribuire a soddisfare le RFS nazionali riducendo le emissioni di gas a effetto serra ² . I biocarburanti a base di microalga hanno diversi vantaggi rispetto ai biocarburanti di prima generazione, basati su colture alimentari terrestri, come il mais e le soia. A differenza dei biocarburanti di prima generazione, le alghe-bI biocarburanti consumano meno risorse terrestri, acqua e alimentari, poiché le alghe possono essere coltivate tutto l'anno e su terreni sterili usando acqua salata o acque reflue. Le microalghe hanno elevati tassi di crescita rispetto alle colture terrestri e possono accumulare alti livelli di lipidi, che possono essere facilmente convertiti in biodiesel ³ . Attualmente, non esistono impianti di alghe a biocarburanti su scala industriale a causa dei costi elevati dei processi di produzione ad alta intensità energetica, che consistono nella coltivazione di alghe, nella separazione dei lipidi e nella raffinazione dei lipidi in biodiesel. Sono necessarie ulteriori ricerche per rendere questi processi più efficienti e sostenibili.

PBR, che sono impianti otticamente chiari e chiusi per la produzione di microrganismi fototrofici in un ambiente artificiale, sono considerati uno dei metodi di coltivazione più promettenti ³ . Tuttavia, i disegni attuali mancano ancora della produttività volumetrica necessaria per produrre la produzione di alghe al biocarburantePiù efficiente ed economicamente attraente ⁴ . Potenti modelli matematici che considerano l'irraggiamento e l'attenuazione leggeri, il trasporto di sostanze nutritive e CO ₂ e la crescita delle microalghe possono notevolmente facilitare l'ottimizzazione del design e del funzionamento di PBR. Sono necessari esperimenti di crescita a livello di banco per determinare parametri di crescita specifici delle specie per questi modelli di ottimizzazione.

Le prove cinetiche richiedono un attento monitoraggio e un controllo delle strutture sperimentali per impedire inibitori involontari di crescita. Data la natura fotosintetica delle alghe ( cioè il loro consumo di CO ₂ e l'assorbimento della luce), mantenendo le condizioni controllate è particolarmente difficile in PBR su scala bancaria. Come descritto nell'equazione 1 , la quantità di CO ₂ disciolta nel mezzo di crescita, comunemente indicata come ( Equazione 2 ), sarà almeno, aFunzione di: 1) la pressione parziale di CO ₂ e la costante di equilibrio di Henry, che detta la quantità di gas che si dissolve in soluzione (equazione 3 ); 2) la composizione chimica iniziale del mezzo di crescita che influenza la speciazione e l'attività degli ioni carbonati e del pH ( equazioni 4 e 5 ); E 3) la temperatura, che impatta le equazioni 3-5 ⁵ .

Le varie fasi e la speciazione chimica del carbonio creano una sfida per misurare e mantenere una concentrazione di carbonio dissolto costante all'interno di un PBR whiMantenendo le altre condizioni costanti ( ad esempio, il pH aumenta quando le alghe consumano CO ₂ e aumentando il substrato disciolto CO ₂ può portare ad un ambiente acido che inibisce la crescita) ⁶ .

Un ulteriore livello di complessità per il controllo delle condizioni durante i test cinetici algali comporta l'intensità della luce all'interno del PBR. L'intensità luminosa media all'interno di un PBR è funzione non solo dell'intensità della luce incidente, ma anche del disegno ( ad esempio, materiale, forma, profondità e miscelazione), l'assorbanza dei componenti della biomassa algale (in particolare la clorofilla) Dispersione delle cellule alghe. Mentre le alghe crescono, l'intensità media della luce diminuirà. Questo cambiamento nell'intensità della luce, sia causato da un aumento delle cellule totali e della biomassa, un aumento del contenuto di clorofilla per cella, o entrambi, può infine indurre una risposta metabolica, come un aumento dei produttori di clorofillaCazione per cellula o l'uso di prodotti per la conservazione di carboidrati e lipidi ⁷ . Il monitoraggio continuo dell'intensità luminosa all'interno del reattore fornisce informazioni preziose. Questi dati possono contribuire a garantire che le condizioni rimangano entro un intervallo specificato e possono essere utilizzate per stimare i parametri di crescita e assorbimento di alghe, se combinati con altre misurazioni ( ad esempio biomassa, concentrazione di clorofilla, profondità del reattore, luce d'incidente, ecc. ).

La comprensione di come le alghe crescono in un determinato insieme di condizioni richiede che il pH, la CO ₂ disciolta, l'intensità della luce e la temperatura siano monitorati in esperimenti cinetici su scala bancaria. Molte strutture di crescita delle alghe non sono equipaggiate per monitorare le condizioni nella misura necessaria per calibrare i modelli cinetici, rendendo il processo di modellazione estremamente impegnativo ⁸ . Anche se molte aziende offrono PBR a banco di dimensioni ridotte con l'automazione e il controllo, questi bench-scalLe impostazioni possono essere estremamente costose (~ $ 20.000) e potrebbero non ospitare tutte le considerazioni sperimentali di una data domanda di ricerca.

Il primo passo per l'impostazione di un sistema di controllo-feedback per un esperimento batch è l'acquisizione di dati in tempo reale. Questo documento mira a dimostrare come costruire e installare una PBR a banco di dimensioni dotate di monitoraggio continuo di luce, pH e temperatura. Questa impostazione di monitoraggio in tempo reale può contribuire a garantire che le condizioni sperimentali rimangano entro i campi desiderati, a discrezione del ricercatore. Mentre questo protocollo non specifica i meccanismi di controllo specifici, queste istruzioni passo-passo forniscono una base fondamentale per il framework di acquisizione dati richiesto prima che possano essere implementati ulteriori feedback sofisticati di controllo.

Protocollo

1. Costruisci il corpo e il coperchio PBR su scala del banco

NOTA: A scopo illustrativo , Dunaliella sp. , Una microalga halotolerante di ~ 10 μm priva di una parete cellulare, è stata utilizzata come organismo modello per la costruzione di questo PBR.

1. Determinare il volume PBR richiesto per le esigenze di ricerca.
   1. Determinare gli obiettivi sperimentali di questo PBR.
   2. Decidere quali test di misurazione algale, M , sono necessari per caratterizzare la crescita delle specie di alghe di interesse, compreso il volume richiesto per saggio; Il numero di repliche tecniche, n ; La frequenza di campionamento, f ; E la durata degli esperimenti, t .
      NOTA: le domande di ricerca specifiche del progetto, le specie di alghe e le attrezzature disponibili dettano le proprietà algate misurate, i metodi utilizzati per queste misurazioni e la frequenza di queste misurazioni. biomassa; Conta delle cellule; E totaleI pigmenti di clorofilla, le proteine, i lipidi, i carboidrati e le misurazioni di concentrazione di nitrati esterni sono modi comuni per valutare la crescita e il campionamento giornaliero di 5-14 giorni è un approccio comune per i test di crescita ^{9 , 10} .
   3. Calcolare il volume totale della cultura, V _s , richiesto per il campionamento per un esperimento utilizzando l'equazione 6 .
      
   4. Utilizzare l'equazione 7 per stimare un volume PBR di destinazione, V _p , usando V _s dal punto 1.1.3 e una frazione di rimozione massima del volume, F.
      
      NOTA: rimuovendo meno di una frazione pre-specificata del volume della coltura totale ( ad esempio, ~ 20%) può contribuire a garantire che le condizioni all'interno del PBR cioè (potenza di miscelazione, distribuzione della luce, ecc. ) Non drasticaVengono variati nel corso dell'esperimento poiché il volume della cultura viene rimosso.
      1. Assumendo un esperimento di dieci giorni in cui la biomassa; Conta delle cellule; E la concentrazione totale di clorofilla, proteine, lipidi, carboidrati e nitrati vengono misurati giornalmente in triplice copia, utilizzare un volume totale di campionamento di ~ 600 mL. Se si desidera eliminare non più del 18,75% del volume totale della coltura, utilizzare un volume totale del reattore di lavoro di almeno 3,2 L.
2. Selezionare sensori e accessori per gli esperimenti PBR.
   1. Selezionare sonde di pH, di luce e di temperatura da utilizzare per il monitoraggio continuo.
      NOTA: i sensori devono essere compatibili con l'unità di acquisizione dati e devono resistere alle condizioni di coltura interna ( ad es., Gamma di pH, luce, calore, detriti di alghe, sale, ecc. ). Sono state selezionate sonde in acciaio inossidabile e tolleranti al sale da quando Dunaliella sp. Sono microalghe marine.
   2. Selezionare un disegno della girante e un motore per soddisfare l'exRequisiti di miscelazione perimetrali.
      NOTA: Per esempio, una girante assiale a basso taglio è una buona scelta per le alghe di Dunaliella , in quanto mancano di una parete cellulare e possono facilmente tagliare ¹¹ . Queste alghe hanno locomozione flagellare e non hanno bisogno di una miscelazione intensa ¹¹ . Possono essere ottenute basse velocità di miscelazione usando un motore mini-ingranaggio da 12 V. La girante e l'albero possono essere stampati in 3D (informazioni sulla stampa 3D possono essere trovate nell'elenco dei materiali).
3. Montare il corpo e il coperchio PBR.
   1. Determinare le dimensioni del reattore, sulla base dei calcoli di volume nel punto 1.1, tenendo conto degli obiettivi sperimentali e dei vincoli potenziali ( ad es. Spazio).
      NOTA: è preferibile un design PBR con un rapporto tra superficie e volume più basso, poiché questa forma minimizza l'attenuazione della luce durante il PBR, fornendo una distribuzione più uniforme della luce durante l'esperimento.
   2. Tagliare cinque pezzi di getto otticamente chiaroLamiere acriliche (~ 0,25-0,5 in spessore) utilizzando una sega a tavola, secondo la progettazione PBR e le dimensioni stabilite al punto 1.3.1.
   3. Assicurarsi che i bordi dei giunti siano lisciati, ma non arrotondati, utilizzando carta da smerigliatrice da 200 a 400 fogli.
   4. Fissare i bordi dei pezzi acrilici con nastro e / o morsetti.
      NOTA: Il cemento acrilico non è una colla. Se le superfici di legame acrilico sono ruvide o le parti acriliche non sono allineate uniformemente, questo cemento di legame non sarà efficace.
   5. In una zona ben ventilata, applicare il cemento acrilico lungo le articolazioni usando un dispensatore ad ago. Le superfici di plastica si aderiscono immediatamente insieme. Lasciare che i pezzi restino per 24 ore.
      AVVERTENZA: Una maschera e guanti devono essere indossati per evitare l'inalazione e l'esposizione alla pelle quando si utilizza il cemento acrilico.
   6. Applicare il cemento acrilico viscoso alle giunture per assicurare che il PBR sia impermeabile. Lasciare il cemento a secco per 24-48 h, secondo le istruzioni di cemento; I tempi di essiccazione possono variare.
   7. Riempi ilReattore con acqua per controllare perdite visibili. Se non si verificano perdite, posizionare il reattore sugli asciugamani e ricontrollare per segni di perdita dopo 24-36 h.
      NOTA: i fogli acrilici non meno di ~ 0,5 in spessore devono essere utilizzati per assemblare PBR che detengono più di ~ 2 L; I fogli più sottili possono piegarsi sotto pressione dell'acqua e causare perdite. Le guarnizioni e le viti di reinserimento possono essere utilizzate come un'alternativa più robusta al cemento acrilico ( Figura 1 ). Questo tipo di montaggio richiede macchine di precisione e deve essere fatto con estrema attenzione, in quanto l'acrilico può facilmente rompere.
   8. Utilizzare un negozio di macchine per progettare il coperchio PBR, con porte per accomodare sensori e altri accessori e necessità PBR ( vale a dire, girante, linee di gas, porte di campionamento, ecc. ). Assicurarsi che i componenti interni non interferiscano tra loro.
      NOTA: La configurazione e la progettazione del coperchio PBR e PBR dipenderanno dagli accessori del reattore e dagli obiettivi sperimentali. Vedere la Figura 1Per esempio di un reattore PBR e di un disegno del coperchio (ulteriori dettagli possono essere trovati nella sezione dei materiali). Questo progetto PBR verrà indicato per il resto del protocollo.

Figura 1: Immagine della configurazione personalizzata PBR con bilanciere con sensori e un mixer. Questa impostazione mostra un mixer, un elettrodo fissato al coperchio attraverso una porta filettata nel coperchio e un sensore di luce collegato ad un coperchio appositamente progettato. Questo disegno del coperchio include anche l'attacco di un motore a mini-ingranaggio a 12 V DC. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Impostare e configurare i sensori con l'unità Acquisizione e controllo dati

NOTA: i sensori tradurranno le modificheIl mondo fisico in un segnale analogico misurabile, spesso tensione. Le unità di acquisizione dati servono come un'interfaccia tra il mondo digitale e fisico e possono essere utilizzate per leggere questi segnali analogici e convertirli in valori discreti, come indicato da un computer. L'unità di acquisizione dati qui descritta ha una risoluzione di ingresso analogico di 16 bit, può leggere fino a 14 segnali analogici (± 10 V) e può fornire la potenza richiesta da alcuni sensori (fino a 5 V). Queste istruzioni forniscono una panoramica su come impostare questa unità di acquisizione e controllo dati per convertire un segnale analogico in valori più significativi per la luce, il pH e la temperatura all'interno di un PBR. Queste istruzioni non contengono concetti importanti ( cioè quantizzazione, precisione, tempo di risposta, ecc. ) Necessari per interpretare completamente questi valori misurati e per quantificare l'incertezza.

Figura 2: Diagramma di connessione dell'unità di acquisizione e di controllo del sensore. Questo diagramma illustra come impostare sensori di pH, luce e temperatura nell'unità di acquisizione e di controllo dei dati utilizzati per questo protocollo. Sono mostrati componenti di elaborazione del segnale per il pH e il sensore di luce. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

1. Impostare e configurare il sensore di luce con l'unità di acquisizione e controllo dati utilizzando un filtro passa-basso.
   NOTA: Fare riferimento alla Figura 2 per gli schemi generali di riferimento. Le specifiche del sensore del produttore indicano la differenza tra i segnali, il potere e i cavi di massa in base al colore. Un filtro a basso passaggio è un semplice circuito che utilizza una resistenza e un condensatore per filtrare i rumori indesiderati dai segnali elettrici. Questo tipo di filtro attenua segnali elettrici con frequenze più elevateN la frequenza di taglio determinata dalla resistenza e dalla capacità. Questo filtro aiuta a rimuovere o ad eliminare rumori elettrici dal segnale del sensore.
   1. Utilizzando spogliatrici, tagliare un pezzo di filo di connettore verde da 2 pollici; Striscia 0,25 in di isolamento da un'estremità e ~ 0,5 in da l'altra estremità di entrambi i pezzi.
   2. Identificare il filo di uscita del segnale analogico sul sensore di luce. Assicurarsi che almeno ~ 0,25-0,50 pollici di filo metallico siano esposti oltre l'isolamento del filo.
   3. Avvolgere attentamente una gamba della resistenza di 1000 Ω attorno all'estremità di circa 0,5 pollici estratta del filo del connettore. Avvolgere l'altra gamba della resistenza attorno alla sezione esposta del filo del segnale analogico del sensore di luce.
   4. Usare un saldatore e una saldatura senza piombo per saldare le gambe della resistenza al filo. Lasciare raffreddare la saldatrice per 2-5 min.
      AVVERTENZA: I ferri da saldare e saldanti sono molto caldi e possono essere molto pericolosi se gli utenti non sono adeguatamente addestrati. I video didattici possono essere trovati online. Occhiali di sicurezza e altre precauzioni sono estremamente importanti. Durante questo processo i fili non devono essere collegati ad un alimentatore o ad altri dispositivi.
   5. Far scivolare un pezzo da 1,5 pollici di tubo termoretraibile su una estremità del filo del connettore e far scorrere il pezzo fino a coprire il filo saldato e la resistenza. Assicurarsi che tutti i pezzi di metallo siano completamente coperti.
   6. Riscaldare il calore utilizzando una pistola a caldo. Assicurarsi che il tubo avvolge strettamente intorno alla resistenza e ai fili; Nessun filo spogliato deve essere esposto.
   7. Collegare il filo di terra del sensore di luce ad un morsetto di massa libero (GND) sull'unità di acquisizione e controllo tramite un cacciavite.
   8. Fissare l'estremità libera del filo del connettore del segnale ad un terminale libero di ingresso analogico (AIN) usando un cacciavite.
   9. Fissare il conduttore positivo del condensatore da 1000 μF ( cioè la gamba più lunga) allo stesso terminale AIN come nel punto 2.1.8 e il cavo negativo ( cioè la gamba più breve) allo stesso terminale GND come nel punto 2.1.7.Assicurarsi che sia la gamba del condensatore sia il filo siano ben collegate al terminale.
   10. Identificare il cavo di alimentazione per il sensore di luce e fissare questo filo ad un terminale di alimentazione di tensione (VS) sull'unità di acquisizione e controllo.
2. Impostare e configurare l'elettrodo pH con l'unità di acquisizione dati utilizzando un amplificatore di guadagno di unità e un filtro passa-basso.
   NOTA: A causa della natura delle misure di pH ( ad esempio , ad alta impedenza e bassa tensione), spesso è necessario un buffer di amplificazione di guadagno di unità tra la sonda pH e il dispositivo di acquisizione dati. Un filtro passa-basso è anche utile per misurare il pH, per proteggere il segnale dal rumore elettrico ambientale.
   1. Collegare l'amplificatore di unità di guadagno alla sonda pH utilizzando il filo del trasmettitore.
   2. Collegare l'adattatore coassiale, con terminali di porta positivi e negativi, all'altra estremità dell'amplificatore di guadagno unitario.
   3. Tagliare due pezzi da 6 pezzi di verde e un piec da 12 polliciE del filo di connettore nero utilizzando spelacavi. Striscia ~ 0,25 pollici di isolamento dalle due estremità del filo del connettore nero.
   4. Striscia ~ 0,25 pollici e ~ 0,5 pollici di isolamento dalle estremità dei fili del connettore verde utilizzando spelacavi.
   5. Avvolgere attentamente una gamba della resistenza di 1000 Ω attorno alla sezione spoglia di circa 0,5 pollici di un filo di connettore verde. Avvolgere l'altra gamba della resistenza attorno alla sezione sporgente da 0,5 pollici dell'altro filo del connettore verde.
   6. Usare un saldatore e una saldatura senza piombo per saldare le gambe della resistenza al filo. Lasciare raffreddare la saldatrice per 2-5 min.
   7. Far scivolare un pezzo da 1,5 pollici di tubo termoretraibile su una estremità del filo del connettore e far scorrere il pezzo fino a coprire il filo saldato e la resistenza. Assicurarsi che tutti i pezzi di metallo siano completamente coperti.
   8. Riscaldare il calore utilizzando una pistola a caldo. Assicurarsi che la plastica si avvolge strettamente intorno alla resistenza e ai fili; Nessun filo spogliato deve essere esposto.
   9. Assicurare un'estremità del nero cIl filo di accensione al morsetto negativo (nero) sull'adattatore coassiale. Inserire l'altra estremità di questo filo in un terminale GND dell'unità di acquisizione e controllo dati e fissare con un cacciavite.
   10. Assicurare un'estremità del cavo del connettore verde (con il resistore in serie) al morsetto positivo (rosso) sull'adattatore coassiale. Inserire l'altra estremità di questo cavo del connettore in un terminale libero AIN sull'unità di acquisizione e controllo dati.
   11. Identificare il cavo positivo del condensatore da 1000 μF ( cioè la gamba più lunga) e fissare questo cavo allo stesso terminale AIN come al punto 2.2.9; Assicurarsi che sia la gamba del condensatore sia il filo del segnale siano saldamente collegati al terminale.
   12. Fissare il cavo negativo del condensatore da 1000 μF ( cioè la gamba più corta) allo stesso terminale GND come nel punto 2.2.8.
3. Collegare il sensore di temperatura all'unità di acquisizione e controllo dei dati collegando il segnale, la terra e la tensione wDella sonda per liberare i terminali AIN, GND e VS.

3. Impostare l'acquisizione dati e il file sperimentale

NOTA: Il software di acquisizione e controllo dati qui descritto comunica con l'unità di acquisizione e controllo dati per monitorare e registrare i dati del sensore agli intervalli di tempo specificati dall'utente. Le istruzioni seguenti spiegano come impostare un file di controllo in questo software per monitorare e registrare il pH, la temperatura e la luce. Queste istruzioni sono specifiche per il software e l'unità di acquisizione e controllo dei dati elencati nella sezione dei materiali. Ulteriori istruzioni possono essere trovate nei manuali utente del prodotto.

1. Collegare l'unità di acquisizione e controllo dati a un computer vicino all'installazione sperimentale utilizzando un cavo USB e scaricare tutti i driver necessari.
2. Scaricare e aprire il software di acquisizione e controllo dei dati.
3. Imposta 'Conversioni' per ogni sensore nel software.
   NOTA: per convertire il volt fisicoSegnale di età in un valore significativo, deve essere applicato un certo fattore di conversione stabilito dalla calibrazione. Molti sensori sono dotati di fattori di calibrazione della fabbrica presenti all'interno di schede specifiche del prodotto. Le equazioni di conversione sono specifiche per l'impostazione e per i sensori. Molti parametri di equazione di conversione, in particolare quelli per gli elettrodi, devono essere aggiornati regolarmente tramite la calibrazione. La durata di un sensore e la frequenza di calibrazione dipenderanno dalle specifiche specifiche del prodotto e dall'ambiente di lavoro.
   NOTA: Gli utenti devono leggere e comprendere in modo completo queste specifiche. La tabella 1 mostra le conversioni dei sensori presenti nell'elenco dei materiali. Una conversione di esempio per la sonda di temperatura è mostrata di seguito.
   1. Passare a "Conversioni" nell'area di lavoro del software, sul lato destro della home page principale.
   2. Aggiungere un nome di conversione, ad esempio "volts_to_celsius" e digitare l'equazione di conversione: (55.56 x value) + 255.37 - 273.15.

nome del canale	Nome di conversione	Equazione	Gli appunti
Temperatura	volts_to_celsius	(55,56 x valore) + 255,37 - 273,15	L'equazione di conversione del produttore per convertire i volts al celsius.
Leggero	volts_to_PPFD	Valore x 500	Fattore di conversione del produttore per convertire i volts alla densità di flusso fotonico fotonico (μmol m -2 s -1 ), fabbricante correzione LED non applicata.
pH	volts_to_pH	(-17,05 x valore) + 6,93	Equazione di conversione dipendente dalla calibrazione (Figura 4b) per convertire le letture di tensione dell'elettrodo di pH nei valori di pH. Applicare solo la conversione nel canale pH aCalibrazione fter.

Tabella 1: Tabella di conversione dei canali per il file di acquisizione dati. Esempi di come immettere informazioni sul canale e sulla conversione dei sensori nel software di acquisizione dati.

4. Impostare i canali appropriati per ogni sensore all'interno del software per acquisire i dati del sensore.
   NOTA: Ogni sensore ha bisogno del proprio canale analogico-digitale nel software e di un terminale di ingresso analogico designato nell'unità di acquisizione e controllo dati.
   1. Passare alla pagina "Canale" all'interno del software.
   2. Aggiungere un nome del canale del sensore. Non sono consentiti caratteri spaziali.
   3. Selezionare il dispositivo appropriato per raccogliere dati per il canale corrispondente; Questo dispositivo corrisponderà al dispositivo di acquisizione dati.
   4. Inserisci il numero di dispositivo usato per fare riferimento all'unità di acquisizione dati e di controllo o altroDispositivo di acquisizione dati; Se viene utilizzata solo una unità, il numero predefinito è spesso zero.
   5. Selezionare analogico-digitale, da "A a D", per il tipo di ingresso / uscita (tipo "I / O") e immettere il numero del canale corrispondente al numero di terminale AIN sull'unità di acquisizione e controllo
   6. Immettere il campionamento desiderato "Timing" (s); Questo valore indica la frequenza di lettura del segnale del sensore. Inserisci 1.0 per acquisire una lettura ogni 1 s. Per i dati medi di intervalli di 1 min prima della registrazione, controllare la casella "Avg" e specificare 60 per la lunghezza della media.
   7. Selezionare la conversione appropriata dal menu a discesa, se applicabile (vedere la fase 3.3 per generare conversioni); Altrimenti, tutti i dati del canale verranno visualizzati / registrati come tensione.
5. Impostare il "Set di registrazione" per registrare i dati sperimentali.
   1. Passare al "Pannello di Logging" nell'area di lavoro del software, aggiungere unImpostare la registrazione ew e specificare il set di conseguenza. Selezionare il tipo e la posizione del file di output; Il tipo di file ASCII fornirà un file di valori separati da virgole se l'estensione ".csv" è specificata nel nome del file di output.
   2. Aggiungere tutti i canali desiderati per accedere a questo set.
   3. Avviare e arrestare la registrazione come desiderato facendo clic con il pulsante destro del mouse sulla sequenza di registrazione nell'area di lavoro e selezionando l'opzione appropriata.
      NOTA: non tentare di accedere al file durante la registrazione attiva dei dati. Questa azione può interrompere il processo di registrazione. La posizione del file per file continuamente registrati non deve essere salvata / scritta all'interno di una directory cloud.
6. Impostare la "Pagina" per visualizzare i dati ei grafici.
   1. Passare alla visualizzazione "Pagine" nell'area di lavoro del software. Fare clic su una delle pagine vuote predefinite.
   2. Per visualizzare un'uscita del sensore numericamente in pagina, aggiungere una pagina "Valore variabile" alla pagina.
      1. impiantoFare clic su qualsiasi punto all'interno della pagina vuota, selezionare "Visualizza" e fare clic sull'opzione "Valore variabile"; Sullo schermo apparirà una piccola casella.
      2. Fare clic con il pulsante destro del mouse su questa casella appena creata e selezionare "Proprietà". Digitare la didascalia del display (es. "Temperatura in reattore"), il riferimento del canale (ad esempio "Temperatura [0]") e le unità associate (ad esempio, "Celsius"). Fare clic su "OK" e tornare alla pagina di visualizzazione.
   3. Per visualizzare graficamente e in tempo reale i dati dei sensori, aggiungere un grafico 2D alla pagina di visualizzazione.
      1. Fare clic con il pulsante destro del mouse ovunque all'interno della pagina vuota e selezionare "Grafici" e poi "grafici a 2 grafici"; Sullo schermo apparirà una piccola trama.
      2. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul grafico appena creato e selezionare "Proprietà". All'interno della scheda "Tracce" digitare il nome desiderato del canale del sensore (es. "Temperatura") nella casella "Y Expression:" e assicurarsi che "Time" sia writteN nella casella per "X Expression :." Fare clic su "OK" e tornare alla pagina di visualizzazione.

4. Calibrare la sonda pH

NOTA: la calibrazione del pH deve essere effettuata prima di ogni esperimento, alla temperatura di sperimentazione prevista e le conversioni del canale pH devono essere aggiornate di conseguenza. Le letture dell'elettrodo di pH possono muoversi durante gli esperimenti; Per determinare l'entità di questa deriva, ripetere il processo di calibrazione dopo aver eseguito l'installazione sperimentale e confrontare le letture. Gli elettrodi pH devono essere immagazzinati correttamente nella soluzione di conservazione appropriata prima e dopo la sperimentazione, come indicato dal produttore.

1. Collegare i sensori di pH e temperatura, come descritto nel passaggio 2.
2. Inserire sia l'elettrodo pH che la sonda di temperatura nel tampone di calibrazione pH 7.
3. Controllare lo schermo grafico per accertarsi che la lettura della temperatura della sonda corrisponda alla temperatura desiderataPer eseguire esperimenti (punto 3.6.2.2).
4. Lasciare stabilizzare la tensione di uscita dell'elettrodo pH ( cioè le letture di tensione non cambiano più in una direzione). Utilizzare un display grafico per confermare la stabilizzazione.
5. Registrare entrambi i dati elettrici di temperatura e pH in un file (passo 3.5) per 30-60 s. Durante questo processo, il canale pH non dovrebbe avere alcuna conversione applicata o includere alcuna media.
   Nota: poiché gli elettrodi pH sono sensibili ai rumori elettrici, potrebbe essere preferibile una minima temporizzazione di acquisizione (cioè un campionamento più rapido) per il canale pH ( ad es. "Timing" = 0,1 s). Tieni presente che un minore tempismo richiede più risorse di elaborazione.
6. Ripetere la calibrazione per i buffer 4 e 10. Confermare che la risposta del sensore sia compresa tra -57 e -59 mV / pH ( figura 3a ).
7. Generare un'equazione di conversione plottando il valore del buffer pH rispetto alla tensione e adattando una linea ( Figura 3b >). Aggiornare l'equazione di conversione come descritto nel passaggio 3.3.
8. Applicare questa conversione al canale pH e aggiornare le impostazioni del canale per includere la media desiderata per la registrazione.

5. Impostare il PBR per l'esperimento Algal

NOTA: i passaggi che seguono sono specifici per Dunaliella e il PBR su misura, mostrato in Figura 1 . Inoltre, queste istruzioni di installazione non sono conformi ai protocolli sterili, poiché questo sistema non è stato progettato in tal modo.

1. Preparare l'inoculo di alghe e il mezzo di crescita, come necessario per l'esperimento e gli obiettivi sperimentali.
2. Collegare i cavi di pH e temperatura all'unità di acquisizione e controllo dei dati, come descritto nei passaggi 2.2-2.3.
3. Calibrare e aggiornare l'equazione di conversione per il canale pH , come descritto nei passaggi 3.3 e 4.

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Figura 4: Diagramma di cablaggio per il mixer. Questo diagramma mostra come impostare un dispositivo di miscelazione per un PBR usando un motore a mini-ingranaggio, un alimentatore e una girante e albero stampati in 3D. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. Impostare il PBR all'interno di un incubatore a temperatura controllata con accessori e sensori. Fare riferimento alla Figura 4 per la visualizzazione.
   1. Impostare il sensore di luce all'interno del PBR inserendo il filo del sensore di luce attraverso la porta del coperchio e quindi montando la testa del sensore sul supporto di estensione del coperchio utilizzando la vite fornita. Usare un tappo o una guarnizione di gomma per mantenere la porta chiusa all'atmosfera.
   2. Fissare e fissare la girante del miscelatore sul coperchio PBR posizionando l'albero girante sul motore mini-cambio DCAlbero all'interno del coperchio PBR; Fissare l'albero con una vite di fissaggio e una chiave a brugola.
   3. Aggiungere un mezzo di crescita specifico per alghe, posizionare il coperchio e fissare il coperchio con le viti. Posizionare il PBR all'interno dell'incubatore (impostato a 25 ° C o la temperatura desiderata).
   4. Inserire la sonda di temperatura nella relativa porta e fissarla nella porta utilizzando un tappo in gomma.
   5. Fissare la sonda pH nella porta del coperchio del reattore utilizzando un supporto filettato PG-13.5.
   6. Collegare i cavi dei sensori di luce all'unità di acquisizione dati, come descritto nel punto 2.1.
5. Azionare la girante del miscelatore alla velocità desiderata.
   1. Impostare l'alimentatore DC variabile adiacente all'impostazione. Accendere l'alimentazione e regolare la manopola di tensione fino a quando il valore della tensione legge 0 volt. Spegnere l'alimentazione.
   2. Collegare le linee elettriche del motore girante ai morsetti di uscita positivi e negativi dell'alimentazione variabile ( Figura 5) ).
      AVVERTENZA: non collegare né toccare filo o circuiti in tensione. Assicurarsi che tutti gli alimentatori siano spenti prima di collegare i cavi. Leggere sempre le istruzioni del produttore / le specifiche per assicurare la compatibilità tra motore, alimentazione e fili.
   3. Accendere l'alimentazione e aumentare lentamente la tensione ruotando la manopola di tensione fino a raggiungere la velocità di miscelazione desiderata; Calcolare la velocità di miscelazione misurando le rotazioni per min.

Figura 5: Diagramma di installazione sperimentale del reattore. Visualizzazione di una configurazione sperimentale PBR all'interno di un incubatore a temperatura controllata. Questa configurazione include una lampada di crescita e un PBR, con sensori e un mixer fissato all'interno del coperchio PBR. Fare clic qui perVisualizzare una versione più grande di questa figura.

6. Impostare la lampada di crescita per illuminare la PBR.
   NOTA: è stata scelta una lampada a coltura a LED ad alta potenza emessa nello spettro blu e rosso per raggiungere i livelli di intensità luminosa fotosensiale necessaria per questa ricerca Dunaliella -specifica. La dimensione e la forma dell'apparecchio devono essere selezionati in modo che la luce illumini uniformemente la superficie d'incidente del PBR. Verificare che l'incubatore possa gestire una fonte di calore interna. Non farlo potrebbe ridurre la durata dell'incubatore e / o causare danni o eccessivi riscaldi all'interno dell'incubatore.
   1. Centrare la lampada di crescita lungo la faccia anteriore del PBR. Assicurarsi che il percorso della luce sia orientato direttamente verso il sensore di luce montato sul retro del reattore.
   2. Accendere la luce e regolare l'intensità della luce, se necessario, spostando la lampada di crescita direttamente o verso lontano dal reattore. Controllare la visualizzazione della variabile del sensore per la luceletture.
7. Monitorare e registrare i dati del sensore per 6 - 24 h per garantire che le letture di luce, temperatura e pH all'interno del PBR siano stabili e all'interno del campo desiderato. Regolare come necessario.
   NOTA: Il rumore elettrico può spesso essere osservato rimbalzando, letture instabili e / o bruschi spostamenti dei valori, senza apparenti modifiche nell'ambiente PBR.
8. Rimuovere il tappo di gomma sulla porta di campionamento per aggiungere l'inoculo di alghe tramite pipetta di trasferimento.
9. Rimuovere i campioni e controllare le condizioni per assicurare che essi restino nell'intervallo desiderato per l'esperimento.
   1. Rimuovere le culture da analizzare se necessario dalla porta di campionamento usando una pipetta.
      NOTA: Il volume, la frequenza e la durata del campione dell'esperimento dipenderanno dal punto 1.1.2.
   2. Monitorare la temperatura dell'acqua all'interno del PBR controllando il display dei dati nel software e regolando manualmente il set point della temperatura dell'aria incubatrice per mantenere il tempo dell'acquaCostante costante.
      NOTA: Questa regolazione dipenderà dalle istruzioni del produttore dell'incubatore.
   3. Monitorare e regolare il pH all'interno del PBR, come si desidera, per assicurare che il pH rimanga entro l'intervallo previsto per gli esperimenti.
      NOTA: Qui il pH è stato controllato con una valvola a solenoide da 12 V (normalmente chiusa) in linea con un serbatoio di CO2 compresso (99,99%). La valvola è stata aperta come richiesto usando la funzionalità di controllo dell'unità di acquisizione e controllo e del software. Questa configurazione richiede una scheda relè accessorio e moduli DC ed è stata implementata usando la programmazione personalizzata su misura per specifici obiettivi di ricerca.

Risultati

I dati provenienti da questo sistema di monitoraggio in tempo reale mostrano l'ambiente dinamico di coltura per le alghe all'interno di una PBR a banco di dimensioni e evidenzia la necessità di monitorare e controllare il sistema. I dati di temperatura registrati ( Figura 6 ) mostrano come l'illuminazione luminosa, la temperatura dell'aria incubatrice e la dissipazione energetica associata alla crescita algale possono cambiare la temperatura all'interno del PBR e come i dati in tempo reale possono essere utilizzati per regolare i controlli della temperatura dell'incubatore, se necessario.

La luce misurata nel corso dell'esperimento sottolinea ulteriormente la natura dinamica di questo ambiente in crescita. Come osservato in Figura 7 , la lettura del sensore di luce misurata come densità di flusso fotonico fotonico (PPFD; μE-m ^-2 s ^-1 ) era ~ 100 PPFD prima che le alghe venissero aggiunte e abbassate immediatamente a 85 PPFD afInoculare il reattore con la coltura algale. La luce ha continuato a scendere a meno di 5 PPFD il giorno 7. Questa diminuzione dell'intensità di luce è dovuta all'aumento della biomassa e dei conteggi delle cellule e / o al crescente assorbimento con un aumento del contenuto di clorofilla, mostrando che le alghe sono attive durante il giorno 7, Livelli di luce. Ulteriori misure biologiche sono necessarie per fare ulteriori inferenze.

I dati pH continuamente registrati mostrano che, in generale, il pH è stato adeguatamente controllato durante questo esperimento con l'algoritmo di controllo del pH implementato ( Figura 8 ). Questi dati, mostrando le letture minuto per ogni minuto e le medie orarie, mostrano alcuni punti fondamentali sulla coltura delle alghe e sul monitoraggio del pH in tempo reale. In primo luogo, il pH è aumentato al di sopra del set point desiderato di 7.6 immediatamente dopo inoculando la PBR con le alghe. Questo cambiamento è stato previsto, come il seme di coltura che è stato aggiunto al PBR aveva apH più alto rispetto al set point, in quanto il pallone utilizzato per coltivare l'inoculo non era controllato dal pH. In secondo luogo, questi dati in tensione evidenziano come gli elettrodi pH sensibili siano al rumore elettrico esterno. Questa sensibilità è nota da un salto drastico nei valori dell'elettrodo tra il giorno 1 e il giorno 2. Questi improvvisi cambiamenti nei valori di pH sono stati probabilmente generati da rumori elettrici provenienti da un'elettrovalvola da una configurazione sperimentale adiacente. Questo disturbo elettrico ha innescato prematuramente l'algoritmo di controllo del pH per iniettare CO ₂ nel PBR. Di conseguenza, il pH è sceso al disotto del set point desiderato. La sensibilità degli elettrodi pH può portare a estremi estremi e può potenzialmente disturbare i sistemi di controllo.

Figura 3: Grafici di esempio di risposta e calibrazione del pH. ( A ) Grafico di risposta dell'esempio di thE Sensore di pH ( b ) Esempio di grafico di calibrazione del sensore di pH, con un'equazione da utilizzare per la conversione. L'analisi di regressione mostra un intervallo di confidenza del 95%. Le barre di errore non sono visibili (errore standard inferiore allo 0,03%). Questi grafici mostrano che i sensori di pH sono stati collegati correttamente e che il suo segnale è stato molto stabile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Misurazioni della temperatura all'interno della PBR durante un esperimento di 7 giorni. I punti blu scuro rappresentano le medie 1-h dei dati del sensore e i punti azzurri rappresentano le letture dei sensori acquisite per un minuto (tempi di acquisizione di 1 s, lunghezza media 60) e convertiti in temperatura utilizzando i fattori di conversione forniti dal produttore. Frecce nere W quando l'impostazione della temperatura dell'incubatore è stata regolata per mantenere la temperatura di coltura intorno ai 25 ° C (questo setpoint desiderato è indicato con una linea rossa punteggiata). Le fluttuazioni della temperatura sono dovute alla crescita delle alghe e ai cambiamenti nella temperatura dell'incubatore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Misurazioni luminose all'interno della PBR durante un esperimento di 7 giorni. I punti blu scuro rappresentano le medie di 1h di dati dei sensori e i punti di luce blu rappresentano le letture dei sensori acquisite in più di 1 min (tempi di acquisizione di 1 s, lunghezza media 60) e convertiti in PPFD usando i valori di calibrazione di fabbrica."> Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8: Misurazioni del pH all'interno della PBR durante un esperimento di 7 giorni. I punti blu scuro rappresentano le medie 1-h dei dati dei sensori e i punti azzurri rappresentano le letture dei sensori registrate ogni 1 min (tempi di acquisizione di 0,1 s, lunghezza media di 600) e convertiti in pH utilizzando l'equazione di conversione stabilita tramite la calibrazione. Il pH è stato mantenuto tra 7,6 e 7,5 utilizzando una iniezione 99% di CO ₂ gas. Le linee rosse punteggiate indicano la gamma di pH desiderata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussione

Questo sistema PBR offre la possibilità di monitorare e controllare gli esperimenti di crescita cinetica di alghe di banco, consentendo risultati più ripetibili di saggi sperimentali utilizzati per quantificare la crescita. Tuttavia, una comprensione delle limitazioni e delle incertezze delle misurazioni dei sensori è fondamentale per garantire che le letture del sensore riflettano in modo preciso le condizioni del reattore. Questa comprensione comprende la conoscenza di base dei principi di misurazione coinvolti con i sensori, il processo e la frequenza della calibrazione, l'incertezza di misura e ciò che il sensore può e non può misurare. Ad esempio, la risposta elettrica per il sensore di luce descritto qui non è distribuita equamente nell'intervallo di spettro visibile e potrebbe essere necessario applicare alcuni fattori di correzione all'uscita del sensore, a seconda di come saranno analizzati i dati del sensore.

Anche i livelli di temperatura e le variazioni sono estremamente importanti, in quanto i cambiamenti di temperatura possono essere drasticiInfluenza la risposta del sensore. La comprensione delle potenziali interferenze che possono influenzare le letture dei sensori è altrettanto importante; Questa interferenza può essere il rumore elettrico ambientale dell'edificio o potrebbe derivare dall'ambiente di misurazione ( ad esempio, gli ioni di sodio possono influenzare drasticamente le letture del pH a valori di pH superiore a 10) ¹² . Inoltre, sommersione di sonde multiple in una soluzione, in particolare una soluzione salina altamente ionica e conduttiva, è anche una potenziale fonte di interferenza. Gli elettrodi che misurano pH (o resistenza ionica, ossigeno disciolto, CO ₂ disciolto, ecc. ) Sono particolarmente sensibili al rumore elettrico ambientale e possono essere facilmente perturbati. Il condizionamento del segnale usato per proteggere il segnale dell'elettrodo non può garantire che altri fattori non interferiscano con le letture della sonda. Nell'ambito del controllo qualità, altre apparecchiature di laboratorio, come una sonda pH a mano, uno spettrometro a mano e un termometro, dovrebbero essere utilizzati per verificare laLetture del sensore e per assicurarsi che il sistema sia configurato e funzionato correttamente.

Un'altra limitazione che deve essere affrontata è il possibile impatto delle alghe e / o dell'ambiente di coltura sui sensori. Ad esempio, se i residui di alghe o le bolle coprono il recettore fotodiodo del sensore di luce, le letture saranno interessate. Allo stesso modo, gli elettrodi pH sono estremamente sensibili e richiedono un'attenzione particolare per garantire una lettura accurata. Questi elettrodi funzionano misurando una differenza di tensione attraverso una giunzione interna dovuta all'accumulo di ioni H ⁺ ; È necessario uno strato di tampone idrato all'interno della sonda per mantenere misurazioni precise ¹² . A seconda delle condizioni all'interno del reattore, questo livello si spegnerà e la risposta del sensore può cambiare nel corso dell'esperimento mentre la sonda è sommersa. Nei test preliminari, l'uscita di tensione del pH non è scivolata da più di ~ 0,2 unità di pH durante un esperimento di 20 giorni, Ma ulteriori valutazioni dovrebbero essere effettuate per caratterizzare questa modifica della risposta del sensore e per stabilire i tempi di esercizio sperimentali, soprattutto se sono necessari adeguamenti / quantificazioni del pH.

Molti sistemi PBR su scala a banco costruiti per analizzare la crescita delle alghe non controllano e controllano l'ambiente culturale interno in modo strettamente necessario per discernere come fattori diversi influenzano la crescita delle alghe, poiché la creazione di sistemi in questo modo può essere impegnativa. Questo protocollo può aiutare a facilitare esperimenti controllati fornendo istruzioni passo-passo per la costruzione di un PBR con monitoraggio in tempo reale. Inoltre, questi dati in tensione possono essere utilizzati non solo per meglio controllare le condizioni sperimentali, ma possono essere utilizzate per stimare la cinetica di crescita ( ad es. Letture di densità ottica come riferimento per i tassi di crescita generali).

I sistemi sperimentali controllati possono contribuire a rendere la ricerca algale più riproducibile. PBR a scala da bancoLe etuphe controllate e controllate possono aumentare l'efficienza sperimentale riducendo al minimo gli artifici non intenzionali nel disegno sperimentale e possono contribuire a promuovere gli sforzi per rendere i biocarburanti algali una fonte di combustibile sostenibile e alternativa.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Lastre acriliche colate	McMaster Carr	8560K244	7/8'' di spessore, 12 x 36'', otticamente trasparenti, la dimensione delle lastre acquistate dipenderà dalle dimensioni del reattore.
Cemento acrilico	McMaster Carr	7517A4	Cemento per tubi in plastica Scigrip, #4SC non sbiancante per acrilico. Non necessario se si utilizzano guarnizioni e viti per il montaggio PBR.
Ago applicatore di cemento acrilico	McMaster Carr	75165A136	Ago applicatore di cemento acrilico, calibro 25, 1", acciaio inossidabile, rivestito in PTFE.
Flacone erogatore in plastica per cemento acrilico	McMaster Carr	7544A67	Flacone erogatore in plastica, formato 2 once, confezioni da 5.
Cemento acrilico viscoso	McMaster Carr	7515A11	Cemento plastico per tubi Scigrip. Cemento acrilico di medio corpo per sigillare eventuali fessure all'interno del corpo in PBR.
Maschio filettato PG-13.5	McMaster Carr	2485A14	Può essere utilizzato per fissare l'elettrodo pH al coperchio (se applicabile).
PBR e coperchio	NCSU Officina meccanica di precisione Karam	Algae 3.2L Reactor Revision E	Questa officina meccanica è aperta al pubblico per affari. Contatta il responsabile del negozio.
Sensore di pH	Hamilton	238643	EasyFerm Plus 120, autoclavabile, uscita in millivolt.
Sensore di luce	Apogee Instruments	SQ-225	Sensore quantistico di calibrazione elettrica 0-5 volt amplificato, impermeabile.
Sensore di temperatura	LabJack	EI1034	Sensore di temperatura in acciaio inox, impermeabile.
Cavo del trasmettitore di pH con estremità BNC	Sigma-Aldrich	HAM355173-1EA	Questo cavo varia a seconda del tipo di sonda di pH. Assicurarsi che il cavo sia compatibile con la sonda pH e che abbia l'estremità del connettore BNC.
Preamplificatore a guadagno unitario	Omega Engineering	PHTX-21	Amplificatore di elaborazione del segnale per elettrodo pH necessario per letture di pH ad alta impedenza.
Adattatore coassiale, BNC femmina-perno di legame	Amazon	SMAKN B00NGD5K80	Per il collegamento del segnale pH dal preamplificatore al microcontrollore.
Condensatore (1000 uF)	Amazon	Nichicon BCBI4950	Per filtro passa-basso.
Resistenza (1000 ohm)	Radio Shack	2711321	Per filtro passa-basso.
Cavo di collegamento	RadioShack	2781222	Per realizzare filtri passa-basso, collegare i sensori al microcontrollore e cablare il motore.
Guaina termorestringente	RadioShack	2781611	Per il montaggio del filtro passa-basso.
Unità di acquisizione e controllo dati	LabJack	LabJack U6	Per elaborare il segnale elettrico proveniente dai sensori e comunicare con il software di acquisizione e controllo dei dati.
DAQFactory software di acquisizione dati	DAQFactory	DAQFactory Express Release 5.87c Build: 2050	Scaricabile gratuitamente, per un massimo di 10 canali.
Mini motoriduttore DC	McMaster Carr	6331K31	Motore per girante miscelatore.
Girante e albero	N/A	N/A	Autori di e-mail per file 3D.
Alimentatore CC variabile	Amazon	Tekpower HY1803D	Alimentatore CC variabile, 0-18V @ 0-3A.
Lampada da coltivazione	HydroGrow	SOL-1	Questo modello esatto non è più disponibile.
Incubatrice	Thermo Scientific	Precision Modello 818	Questa particolare incubatrice è in grado di resistere a una fonte di calore interna poiché i compressori di raffreddamento di questa unità funzionano senza interruzioni indipendentemente dall'impostazione della temperatura.