Kinetik Büyüme Testleri için Sıcaklık, Işık ve pH İzleme ile Bir Bench Ölçekli Algal Fotosentetik Biyoreaktörün Kurulması ve Kurulması

Bu prosedürün genel amacı, alg büyüme deneylerini izleyen, sürekli ışık, pH ve sıcaklığa sahip tezgah ölçekli bir fotosentetik biyoreaktör monte etmektir. Bu nedenle, izlenen ve kontrol edilen bir kurulum kullanarak alg büyümesini ölçmek, araştırmacıların alg büyümesini daha iyi değerlendirmelerini sağlar. Bu, alg bazlı biyoyakıtları gerçeğe dönüştürmede kilit soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir.

Bu yaklaşımın temel avantajı, alg büyüme deneylerini gerçek zamanlı olarak izlemek için özelleştirilebilir ve potansiyel olarak daha uygun fiyatlı bir kurulum olmasıdır. Alglerin dinamik kültürü ve ortamı içinde kontrolü sürdürmenin önemini fark ettiğimizde bu tür bir fotosentetik biyoreaktör geliştirmek istedik. Bu yöntemin bölgesel gösterimi kritik öneme sahiptir, çünkü elektrik mühendisliği terminolojisi ve uygulamalarına aşina değilseniz adımların çoğunun öğrenilmesi zordur.

Bu yordama başlamak için tezgah ölçeğinde bir PBR oluşturun. Metin protokolünde açıklandığı gibi PBR gövdesinin ve kapağının boyutunu, şeklini ve tasarımını belirleyin. Bir verici kablosu kullanarak, birlik kazanç amplifikatörünü pH probuna bağlayın.

Ardından, pozitif ve negatif port terminallerine sahip koaksiyel adaptörü alın. Adaptörü birim kazancının diğer ucuna bağlayın. Alçak geçiren bir filtre yapmak için, iki adet 15 santimetrelik yeşil bağlantı telini ve bir adet 30 santimetrelik siyah bağlantı telini kesmek için tel sıyırıcılar kullanın.

Yeşil tellerin her birinin bir ucundan ve siyah telin her iki ucundan yaklaşık 0,6 santimetre yalıtım soyun. Ardından, yeşil tellerin diğer ucundan yaklaşık 1,25 santimetre sıyırın. Dikkatlice, 1000 ohm'luk direncin bir bacağını yeşil konektör kablolarından birinin 1.25 santimetre soyulmuş bölümünün etrafına sarın.

Diğer direnç ayağını diğer yeşil telin 1.25 santimetre soyulmuş bölümünün etrafına sarın. Bir havya ve kurşunsuz lehim kullanarak, direnç bacaklarını tele lehimleyin. Lehimi iki ila beş dakika soğumaya bırakın.

Bundan sonra, direnci ve lehimli teli dört santimetrelik bir ısıyla daralan makaron ile örtün. Bir ısı tabancası kullanarak, plastiğin direnç ve tellerin etrafına sıkıca sarıldığından emin olarak boruyu ısıyla büzün. Ardından, siyah konektör kablosunun bir ucunu koaksiyel adaptörün negatif terminal direğine sabitleyin.

Kablonun diğer ucunu veri toplama ve kontrol ünitesinin toprak terminallerinden birine takın. Yeşil konektör kablosunun bir ucunu koaksiyel adaptörün pozitif terminal direğine bağlayın. Ardından, diğer ucunu veri toplama ve kontrol ünitesindeki boş bir analog giriş terminaline takın.

1000 mikrofarad kondansatörün pozitif ucunu aynı analog giriş terminaline takın. Kondansatörün negatif ucunu siyah konektör kablosu için kullanılan aynı toprak terminaline sabitleyin. Bundan sonra, sıcaklık sensörünü metin protokolünde belirtildiği gibi veri toplama ve kontrol ünitesine bağlayın.

Canlı veri toplama ve deney dosyasını kurduktan sonra, hem pH elektrodunu hem de sıcaklık probunu pH kalibrasyon tamponu yediye yerleştirin. Çözümün, metin protokolünde belirtildiği gibi istenen sıcaklıkta olduğunu onaylayın. pH elektrot voltaj çıkışı stabilize olduktan sonra, hem sıcaklığı hem de pH elektrik verilerini bir dosyaya kaydedin.

pH kanalına herhangi bir dönüştürme uygulanmadığından ve kanal ortalamasının kapatıldığından emin olun. Dört ve 10 numaralı tamponlar için kalibrasyonu tekrarlayın. Metin protokolünde belirtildiği gibi bir dönüştürme denklemi oluşturun ve bu denklemi deneysel dosyada güncelleyin.

Ardından, bu pH dönüşümünü pH kanalına uygulayın. Alg aşısını ve büyüme ortamını hazırladıktan sonra, deneye hazırlık olarak PBR'yi ayarlayın. Işık sensörü kablosunu kapak bağlantı noktasından geçirin.

Ardından, ışık sensörü kafasını PBR kapağı uzatma yuvasına monte edin. Ardından, kapak portunu kapalı olarak kapatmak için lastik bir tıpa kullanın. Pervane milini DC mini dişli motor milinin üzerine, PBR kapağının içine yerleştirin ve mili bir ayar vidası ve bir alyan anahtarı ile sabitleyin.

Hazırlanan alglere özgü büyüme ortamını ekleyin. Bundan sonra, kapağı PBR'nin üzerine yerleştirin ve vidalarla sabitleyin. 25 santigrat derecede bir inkübatöre yerleştirin.

Sıcaklık probunu belirlenen bağlantı noktasına yerleştirin ve lastik bir tıpa ile sabitleyin. Ardından, pH probunu reaktör kapağının PG 13.5 dişli yuvasına sabitleyin. Işık sensörünün, metin protokolünde açıklandığı gibi alçak geçiren bir filtre ile veri toplama ve kontrol ünitesine bağlı olduğundan emin olun.

Ardından, mikser çarkını istenen hıza getirin. PBR'nin yanındaki değişken DC güç kaynağını ayarlayın. Güç kaynağını açın ve voltaj değeri sıfır volt okuyana kadar voltajı ayarlayın.

Bundan sonra, güç kaynağını kapatın. Pervane motoru güç hatlarını değişken güç kaynağının pozitif ve negatif çıkış terminallerine bağlayın. Güç kaynağını açın ve istenen karıştırma hızına ulaşılana kadar voltajı yavaşça artırın.

Ardından, büyüme lambasını PBR'nin ön yüzü boyunca ortalayın ve ışık yolunun ışık sensörüne doğru yönlendirildiğinden emin olun. Büyüme lambasını açın ve lambayı reaktöre doğru veya reaktörden uzaklaştırarak ışık yoğunluğunu gerektiği gibi ayarlayın. Sensör verilerini, metin protokolünde belirtildiği gibi altı ila 24 saat boyunca izleyin ve günlüğe kaydedin.

Bundan sonra, numune alma portundan yosun aşısı eklemek için bir transfer pipeti kullanın. Koşulları izledikten sonra, aralık içinde kaldıklarından emin olmak için, gerektiğinde numune alma portundan analiz için kültürleri çıkarmak için bir pipet kullanın. Veri ekranını kullanarak su sıcaklığını izleyin.

Su sıcaklığını sabit tutmak için inkübatör hava sıcaklığı ayar noktasını manuel olarak ayarlayın. pH, %99 CO2 tankı ile aynı hizada 12 voltluk bir solenoid valf ile kontrol edilir. Vana, veri toplama ve kontrol ünitesi üzerinden açılır.

Bu çalışmada, laboratuvar ölçekli alg kinetik büyüme deneylerini izlemek ve kontrol etmek için bir fotosentetik biyoreaktör inşa edilmiştir. Günlük sıcaklık verileri, alg büyümesiyle ilişkili ışık aydınlatmasının, inkübatör hava sıcaklığının ve enerji dağılımının biyoreaktör içindeki sıcaklığı nasıl değiştirebileceğini gösterir. Bu gerçek zamanlı veriler, dinamiği, kültürü ve ortamı kontrol etmek için inkübatör kontrollerini gerektiği gibi ayarlamak için kullanılır.

Ölçülen ışık, bu büyüyen ortamın dinamik doğasını daha da vurgulamaktadır. Işık sensörü okuması yaklaşık 100 PPFD iken, alglerden önce, reaktör aşılandıktan sonra hemen 85'e düşer. Işık düşmeye devam ediyor ve yedinci günde beş PPFD'nin altına ulaşıyor.

Işık yoğunluğundaki azalma, biyokütle ve hücre sayısındaki artışa veya artan klorofil içeriğine bağlı olarak emilimdeki artışa bağlı olabilir. Her iki senaryoda da, bu, düşük ışık seviyelerine rağmen alglerin yedinci güne kadar hala aktif olduğunu gösterir. Sürekli olarak kaydedilen veriler, uygulanan kontrol algoritması kullanılarak genel olarak pH'ın yeterince kontrol edildiğini göstermektedir.

PBR'yi alglerle aşıladıktan hemen sonra beklenen bir pH artışı olsa da, sistem tarafından hızlı bir şekilde kontrol edilir. Bununla birlikte, canlı veriler, pH elektrotlarının harici elektriksel gürültüye karşı ne kadar hassas olduğunu vurgulamaktadır, bu da aşırı aykırı değerlere yol açabilir ve potansiyel olarak kontrol sistemlerini bozabilir. Bu yöntem bir alg PBR için uygulanmış olsa da, bu canlı izleme teknikleri, pH ve/veya sıcaklık izleme gerektiren diğer mikrobiyal reaktörlere de uygulanabilir.

PBR oluşturulduktan ve veri toplama tamamlandıktan sonra, bir ila iki saat içinde deney için canlı izleme için bir PBR kurulabilmelidir. Bu prosedürü denerken, sensörlerinizin nasıl çalıştığının arkasındaki ölçüm ilkelerini okuyup anlamayı ve ölçümlerinizi diğer el cihazlarıyla doğrulamayı unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takip etmek için, otomatik pH kontrolü gibi diğer geliştirmeler PBR kurulumunuza eklenebilir.

Bu talimatlar, bu daha karmaşık kontrol geri bildirimlerini uygulamadan önce gerekli olan veri toplama çerçevesi için bir temel sağlar. Elektrik, florür iyonu ve akrilik silikon ile çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın. Bu yüzden her zaman önlem alınmalıdır.

Bu videoyu izledikten sonra, canlı pH, sıcaklık ve ışık izleme için tezgah ölçeğinde bir PBR oluşturabilmeli ve kurabilmelisiniz.