動力学的成長試験のための温度、光およびpHモニタリングを有するベンチスケール藻類光合成バイオリアクターの構築およびセットアップ

この手順の全体的な目標は、藻類の成長実験を監視しながら、連続光、pH、および温度を備えたベンチスケールの光合成バイオリアクターを組み立てることです。したがって、監視および制御されたセットアップを使用して藻類の成長を定量化することで、研究者は藻類の成長をより適切に評価できます。これは、藻類ベースのバイオ燃料を実現するための重要な質問に答えるのに役立ちます。

このアプローチの主な利点は、藻類の成長実験をリアルタイムで監視するための、カスタマイズ可能で、より手頃な価格の可能性があるセットアップであることです。このタイプの光合成バイオリアクターを開発したいと思ったのは、藻類のダイナミックな培養と環境の中で制御を維持することの重要性に気付いたときでした。この方法の地域的なデモンストレーションは、電気工学の用語や実践に精通していないと多くの手順を学ぶのが難しいため、非常に重要です。

この手順を開始するには、ベンチスケールのPBRを構築します。テキストプロトコルで説明されているように、PBR本体と蓋のサイズ、形状、デザインを決定します。送信機のワイヤーを使用して、ユニティゲインを接続します amplifier pHプローブに

次に、プラスとマイナスのポート端子がある同軸アダプターをピックアップします。アダプターをユニティゲインのもう一方の端に接続します amplifier。ローパスフィルターを作成するには、ワイヤーストリッパーを使用して、15センチメートルの緑色のコネクタワイヤー2本と30センチメートルの黒いコネクタワイヤー1本をカットします。

緑色の各ワイヤーの一方の端と黒いワイヤーの両端から約0.6センチメートルの絶縁体を剥がします。次に、緑色のワイヤーのもう一方の端から約1.25センチメートル剥がします。1000 Ω 抵抗の片方の脚を、緑色のコネクタ ワイヤの 1.25 cm の剥がされた部分に慎重に巻き付けます。

もう一方の抵抗器の脚を、もう一方の緑色のワイヤの 1.25 cm のストリップ部分に巻き付けます。はんだごてと鉛フリーはんだを使用して、抵抗器の脚をワイヤにはんだ付けします。はんだを2〜5分間冷まします。

この後、抵抗器とはんだ付けされたワイヤを4センチメートルの熱収縮チューブで覆います。ヒートガンを使用してチューブを熱収縮させ、プラスチックが抵抗器とワイヤにしっかりと巻き付くことを確認します。次に、黒いコネクタ ワイヤの一方の端を同軸アダプタのマイナス端子ポストに固定します。

ワイヤのもう一方の端を、データ集録および制御ユニットのアース端子の1つに挿入します。緑色のコネクタ ワイヤの一方の端を同軸アダプタのプラス端子ポストに接続します。次に、もう一方の端をデータ集録および制御ユニットの空いているアナログ入力端子に挿入します。

1000マイクロファラッドコンデンサの正極リード線を同じアナログ入力端子に挿入します。コンデンサのマイナスリード線を、黒いコネクタワイヤに使用されているものと同じアース端子に固定します。この後、テキストプロトコルで説明されているように、温度センサーをデータ収集および制御ユニットに接続します。

ライブデータ取得と実験ファイルを設定した後、pH電極と温度プローブの両方をpHキャリブレーションバッファー7に挿入します。溶液がテキストプロトコルに概説されているように、目的の温度にあることを確認します。pH電極電圧出力が安定したら、温度とpH電気データの両方をファイルに記録します。

pHチャネルに変換が適用されていないこと、およびチャネル平均化がオフになっていることを確認します。バッファー4と10のキャリブレーションを繰り返します。テキスト プロトコルで説明されているように変換方程式を生成し、実験ファイルでこの方程式を更新します。

次に、このpH変換をpHチャネルに適用します。藻類の接種物と増殖培地を調製した後、実験の準備としてPBRをセットアップします。光センサーワイヤーを蓋のポートに通します。

次に、光センサーヘッドをPBRリッドエクステンションマウントに取り付けます。次に、ゴム製のストッパーを使用して、蓋のポートを閉じます。インペラシャフトをDCミニギアモーターシャフトの上、PBRリッドの内側に置き、止めネジと六角レンチでシャフトを固定します。

調製した藻類特異的増殖培地を添加する。この後、PBRに蓋をしてネジで固定します。摂氏25度のインキュベーターに入れます。

温度プローブを指定されたポートに挿入し、ゴム栓で固定します。次に、pHプローブをリアクターの蓋のPG13.5ネジマウントに固定します。光センサーがデータ収集および制御ユニットに、テキストプロトコルで説明されているように、ローパスフィルターで接続されていることを確認してください。

次に、ミキサーインペラを希望の速度にパワーオンします。PBRの隣に可変DC電源をセットアップします。電源をオンにし、電圧値にゼロボルトが示されるまで電圧を調整します。

この後、電源を切ってください。インペラモーターの電力線を可変電源の正と負の出力端子に接続します。電源をオンにし、ゆっくりとボリュームを上げますtage希望の混合速度に達するまで。

次に、グローランプをPBRの前面の中央に配置し、光路が光センサーに向けられることを確認します。グローランプをオンにし、必要に応じてランプをリアクターに近づけたり離したりして、光の強度を調整します。テキスト プロトコルで説明されているように、センサー データを 6 時間から 24 時間監視およびログに記録します。

この後、トランスファーピペットを使用して、サンプリングポートを介して藻類の接種物を追加します。条件をモニタリングした後、条件が範囲内に収まるように、必要に応じてピペットを使用して、サンプリングポートから培養物を取り出して分析します。データディスプレイを使用して、水温を監視します。

水温を一定に保つために、インキュベーターの空気温度設定値を手動で調整します。pH は、99%CO2 タンクに沿った 12 ボルトの電磁弁で制御されます。バルブは、データ収集および制御ユニットを介して開きます。

この研究では、ベンチスケールの藻類動態成長実験を監視および制御するために、光合成バイオリアクターが構築されています。ログ温度データは、藻類の成長に関連する光照明、インキュベーターの空気温度、およびエネルギー散逸がバイオリアクター内の温度をどのように変化させるかを示しています。このリアルタイムデータは、必要に応じてインキュベーターの制御を調整し、ダイナミクス、培養、環境を制御するために使用されます。

測定された光は、この成長環境のダイナミックな性質をさらに強調します。光センサーの読み取り値は約100 PPFDですが、藻類が発生する前は、原子炉に接種するとすぐに85に低下します。光は低下し続け、7日目には5PPFD未満に達します。

光強度の低下は、バイオマスおよび細胞数の増加によるものであってもよいし、またはクロロフィル含有量の増加による吸収の増加によるものであってもよい。どちらのシナリオでも、これは、光レベルが低いにもかかわらず、藻類が7日目までまだ活動していることを示しています。連続的に記録されたデータは、実装された制御アルゴリズムを使用して、全体的なpHが適切に制御されていることを示しています。

PBRに藻類を接種した直後はpHの上昇が予想されますが、システムによって迅速に制御されます。しかし、ライブデータでは、pH電極が外部の電気ノイズに対してどれほど敏感であるかが浮き彫りになり、極端な外れ値を引き起こし、制御システムを混乱させる可能性があります。この方法は藻類PBRに実装されていますが、これらのライブモニタリング技術は、pHまたは温度モニタリングを必要とする他の微生物リアクターにも適用できます。

PBRが構築され、データ取得が完了すると、1〜2時間で実験用のライブモニタリング用のPBRをセットアップできるようになります。この手順を試行する際には、センサの動作の背後にある測定原理を読んで理解し、他のハンドヘルドデバイスで測定を検証することを忘れないでください。この手順に従うために、自動pH制御などの他の拡張機能をPBRセットアップに追加できます。

これらの手順は、これらのより高度な制御フィードバックを実装する前に必要なデータ集録フレームワークの基礎を提供します。電気、フッ化物イオン、アクリルシリコーンを扱う作業は非常に危険であることを忘れないでください。したがって、常に予防策を講じる必要があります。

このビデオを見れば、pH、温度、光のライブモニタリングのためのベンチスケールPBRを組み立ててセットアップできるようになるはずです。