The authors would like to acknowledge Aspen Walker at the University of Pennsylvania for her assistance in reactor maintenance and sample collection.

1. الجمعية مفاعل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترتيب مكونات المفاعل وفقا لالتخطيطي في الشكل 1. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع مفاعل (R) على طبق من الاختلاط، إضافة بقضيب للمفاعل. وضع خزان سلة (RT) بجانب لوحة ضجة والمفاعل بحيث يتم توجيه النفايات السائلة (أعلى) ميناء للدبابات باتجاه حافة مقاعد البدلاء المختبر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع حاوية النفايات (W) تحت النفايات السائلة (أعلى) ميناء خزان سلة (RT). وضع خزان تغذية (FT) المقبل إلى خزان سلة (RT). ملاحظة: خزان تغذية لديه قدرة إجمالية قدرها 5 L. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين مفاعل (R) ضد الانقلاب مع موقف بحجم مناسب والمشبك. وبالمثل، تأمين خزان سلة (RT) لمنع الحركة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج النيوبرين تحوي مضخة الأنابيب في سلة (مضخة A) وتغذية رؤساء (مضخة B) مضخة. الرجوع إلى جدول المواد للمواصفات أنابيب إضافية. تثبيت رؤساء مضخة على محركات مضخة مع مسامير. نحن نتعاملدائرة التنمية الاقتصادية مع محركات الأقراص المضخة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل أنابيب ضخ لالمنافذ على المفاعل ودبابات سلة. إدراج نهاية أنابيب مضخة باء في خزان تغذية وخزان سلة. ربط ميناء مفاعل العلوي إلى الخزان سلة مع الأنابيب. تطبيق المشابك للأنابيب في الموانئ المفاعل. ملاحظة: قد تستفيد المجتمعات الضوئي من الإضاءة الاصطناعية التي توفرها المصابيح. </li></ol> 2. إعداد حلول الأوراق المالية، حلول مؤثر / تغذية، والطحالب قيحة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير المحلول المعدنية. إضافة ما يلي إلى الحجمي قارورة 1 لتر مع 500 مل من الماء منزوع الأيونات: 200 غرام بيكربونات الصوديوم، 40 جم فوسفات أحادي القاعدة البوتاسيوم، 4 ز كبريتات المغنيسيوم، 4 غرام كلوريد الحديديك، 4 غرام كلوريد الكالسيوم، 1 غرام من النحاس كلوريد، 1 غرام الكوبالت هيكساهيدرات كلوريد، 1 غرام كلوريد النيكل هيكساهيدرات، 1 غرام كبريتات الزنك هيبتاهيدراتي. إضافة 400 مل إضافية من الماء منزوع الأيونات. دوامة بقوة لتشجيع حل الأملاح. ديس التاليةolution من الأملاح، إضافة الماء منزوع الأيونات لتبرزي حجم الكلي للحل ل1 L. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير المحلول الأمونيا. في 1 L الحجمي قارورة، ويحل 38.214 غرام من كلوريد الأمونيوم في حوالي 900 مل من الماء منزوع الأيونات. بعد حل، إضافة الماء منزوع الأيونات، ليصبح إجمالي حجم ما يصل الى 1000 مل. ملاحظة: 1 مل من محلول المخزون المخفف إلى 1 L ينتج 10 ملغ L -1 NH 4 + -N الحل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير المحلول نترات. في 1 L الحجمي قارورة، ويحل 72.413 غرام من نترات البوتاسيوم في حوالي 900 مل من الماء منزوع الأيونات. بعد حل، إضافة الماء منزوع الأيونات، ليصبح إجمالي حجم ما يصل الى 1000 مل. ملاحظة: 1 مل من محلول المخزون المخفف إلى 1 L ينتج 10 ملغ L -1 NO 3 - -N الحل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد الأعلاف / حل مؤثر. لجعل الحل الأعلاف التي تحتوي على 20 ملغ L -1 NH 4 + -N و 20 ملغ L -1 NO 3 - -N، وتمييع 2 مل منmmonia حل سهم و 2 مل من محلول نترات الأسهم إلى 1 L الحجم الإجمالي. قبل التخفيف، إضافة 0.5 مل من محلول المعدنية / L من حل المبذولة. إعداد 5 L من مؤثر في المجموع لبدء المفاعل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد قيحة الطحالب. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جمع كمية كبيرة (لا يقل عن 10 L) من الماء من هيئة المياه التي تحتوي على الطحالب مثل تيار أو بركة. تسمح الطحالب لتسوية من خلال ترك عينات المياه دون عائق لمدة 24 ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب وتجاهل واضح (غير الطحالب التي تحتوي على) المياه في الجزء العلوي من العينات، وترك الطحالب تعليق المركزة داخل زجاجات العينة. الجمع بين تعليق الطحالب من جميع العينات في وعاء واحد وتكرار تسوية والخطوات الصب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس الكتلة الحيوية داخل العينة المركزة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجف مرشح ورقة فراغ (0.45 ميكرون MCE مرشح الفراغ) والألمنيوم تزن قارب O / N في الفرن الذي تم تعيينه إلى 103 ° C بعد للتهدئة في مجفف لمدة 30 دقيقة في RT قياس المشتركmbined كتلة تصفية ووزن القارب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرشح فراغ 20 مل من الطحالب تعليق المركزة وتعود مرشح وتزن قارب للفرن لتجفيف O / N. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس الكتلة المشتركة للتصفية ووزن القارب. حساب كثافة الكتلة الحيوية داخل العينة المركزة. ملاحظة: الحجم الكلي للعينة المياه أن المحققين سوف تحتاج إلى جمع سيعتمد على هيئة مصدر المياه. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. البذر وبدء المفاعل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 750 مل من محلول تغذية للمفاعل. ملء خزان سلة مع 500 مل من محلول تغذية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام ماصة طويلة لإضافة بلطف على تعليق تلقيح تحتوي على 1.5 غرام من الطحالب بالقرب من قاع المفاعل. السماح لقيحة لتستقر في قاع المفاعل، وضمان ذلك من خلال الملاحظة البصرية، قبل الانتقال إلى الخطوة التالية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة وقد استقر الخلايا، وإزالة المشابك الأنابيب وتشغيل مضخة A إلى معدل التدفق البطيء (10 revolutioنانوثانية دقيقة -1 / 38 مل دقيقة -1). سيتم طرد الهواء المحبوس في الأنابيب في المفاعل. ملاحظة: إضافة 750 مل للمفاعل منع أي الكتلة الحيوية منزعج من مضخة من مغادرة المفاعل. ضغط الأنابيب للتأكد من أن كل الهواء قد طرد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدريجيا إضافة محلول التغذية إلى خزان سلة كما يتم ضخ المحلول في المفاعل. مواصلة بالإضافة إلى كل من المفاعل ودبابات سلة هم في القدرات ويبدأ النفايات السائلة للخروج من دبابة سلة عبر منفذ العلوي. ملاحظة: حجم محلول التغذية التي يمكن ان تضاف إلى خزان سلة سوف تختلف مع حجم قيحة وأضاف أن المفاعل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من أجل حل الأطعمة المتبقية في خزان تغذية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط مضخة تدوير (مضخة A) إلى 19 دقيقة -1 الثورات، وإنشاء معدل التدفق إعادة تدوير 72.5 مل دقيقة -1. مراقبة الطحالب تبدأ في دور علوي من الجزء السفلي من المفاعل. باستخدام التدرج في المفاعل، وتحديد ثنائية الطحالبارتفاع منطقة omass. تأكد من أن الارتفاع المستمر قبل الانتقال إلى الخطوة التالية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على لوحة خلط على سرعة منخفضة جدا. إعداد 1 أو 2 هو المناسب للبدء. سوف شريط الاختلاط يساعد في lofting الكتلة الحيوية أبعد من ذلك، ولكن خلط العدواني يسبب الطحالب إلى ترك المفاعل، أدخل دبابات سلة، وترك في النفايات السائلة. ضبط سرعة الخلط في إعداد اللازمة لإقامة الحدود الطحالب واضح داخل المفاعل (الشكل 2A). يجب أن تكون منطقة الكتلة الحيوية الطحالب سم تقريبا 10-15 في الارتفاع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تشغيل مضخة تغذية بعد مراقبة حدود واضحة بين المكونات الطحالب وسائل المفاعل. ضبط مضخة إلى 25 دقيقة -1 الثورات، وإنشاء معدل تدفق 1.5 مل دقيقة -1. مراقبة خروج السائل مفاعل ميناء النفايات السائلة نظرا لخطورة والنزوح الناجم عن تيار مؤثر واردة. </li></ol> 4. جمع العينات وتحليل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيذ جمع العينات أنشطة الحزب الثوري المؤسسيأو لإجراء صيانة على نظام المفاعل. جمع 20 مل من العينات السائلة ومؤثر يوميا. جمع عينات من النفايات السائلة من داخل دبابة التدوير. جمع عينات مؤثر مباشرة من خزان تغذية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات مرشح فراغ لإزالة المواد الصلبة قبل تخزينها وتحليلها علقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخزين مؤثر والعينات السائلة عند درجة حرارة -20 درجة مئوية حتى إجراء مزيد من التحليل. الحد من عدد دورات ذوبان الجليد تجميد يتعرضون عينات ل. إذا لزم الأمر، والعينات ويمكن تقسيم إلى قسامات للحفاظ على سلامة العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء تحليل عينة النترات والنتريت، والأمونيا باستخدام التقنيات القياسية 17. ملاحظة: المؤلفون تستخدم ايون اللوني (IC) لإنتاج النتائج المقدمة في هذه الوثيقة. الرجوع إلى جدول المواد للمواصفات. </li></ol>

<ol>
	<li>Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+an+aerobic/anaerobic+hybrid+bioreactor+under+the+nitrogen+deficient+and+low+F/M+conditions.">Performance of an aerobic/anaerobic hybrid bioreactor under the nitrogen deficient and low F/M conditions.</a> Water Res. 40 (7), 1442-1448 (2006).</li><li>Nootong, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Performance and kinetic evaluations of a novel bioreactor system in the low-oxygen/low-fluid shear reaction environments. , 3225514 (2006).</li><li>Nootong, K., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+an+upflow+bioreactor+system+for+nitrogen+removal+via+autotrophic+nitrification+and+denitrification.">Analysis of an upflow bioreactor system for nitrogen removal via autotrophic nitrification and denitrification.</a> Bioresour Technol. 99 (14), 6292-6298 (2008).</li><li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment.">Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Sci Technol. 70 (4), 729-735 (2014).</li><li>Rittmann, B. E., McCarty, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Environmental Biotechnology: Principles and Applications. , (2001).</li><li>Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. , (2002).</li><li>Palm, J. C., Jenkins, D., Parker, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+Organic+Loading,+Dissolved-Oxygen+Concentration+and+Sludge+Settleability+in+the+Completely-Mixed+Activated-Sludge+Process.">Relationship between Organic Loading, Dissolved-Oxygen Concentration and Sludge Settleability in the Completely-Mixed Activated-Sludge Process.</a> Journal Water Pollution Control Federation. 52 (10), 2484-2506 (1980).</li><li>Jenkins, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+Comprehensive+Model+of+Activated-Sludge+Bulking+and+Foaming.">Towards a Comprehensive Model of Activated-Sludge Bulking and Foaming.</a> Water Science and Technology. 25 (6), 215-230 (1992).</li><li>Shieh, W., Keenan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+5+Advances+in+Biochemical+Engineering/Biotechnology.">Ch. 5 Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology.</a> Bioproducts. 33, 131-169 (1986).</li><li>Shieh, W. K., Li, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+and+Kinetics+of+Aerated+Fluidized-Bed+Biofilm+Reactor.">Performance and Kinetics of Aerated Fluidized-Bed Biofilm Reactor.</a> Journal of Environmental Engineering-Asce. 115 (1), 65-79 (1989).</li><li>Alvarez-Vazquez, H., Jefferson, B., Judd, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+bioreactors+vs+conventional+biological+treatment+of+landfill+leachate:+a+brief+review.">Membrane bioreactors vs conventional biological treatment of landfill leachate: a brief review.</a> Journal of Chemical Technology &amp; Biotechnology. 79 (10), 1043-1049 (2004).</li><li>Fenu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activated+sludge+model+(ASM)+based+modelling+of+membrane+bioreactor+(MBR)+processes:+a+critical+review+with+special+regard+to+MBR+specificities.">Activated sludge model (ASM) based modelling of membrane bioreactor (MBR) processes: a critical review with special regard to MBR specificities.</a> Water Res. 44 (15), 4272-4294 (2010).</li><li>Liu, Y., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+essential+role+of+hydrodynamic+shear+force+in+the+formation+of+biofilm+and+granular+sludge.">The essential role of hydrodynamic shear force in the formation of biofilm and granular sludge.</a> Water Res. 36 (7), 1653-1665 (2002).</li><li>Chudoba, J., Grau, P., Ottov&#225;, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+activated-sludge+filamentous+bulking-II.+Selection+of+microorganisms+by+means+of+a+selector.">Control of activated-sludge filamentous bulking-II. Selection of microorganisms by means of a selector.</a> Water Research. 7 (10), 1389-1406 (1973).</li><li>Christenson, L., Sims, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+harvesting+of+microalgae+for+wastewater+treatment,+biofuels,+and+bioproducts.">Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts.</a> Biotechnol Adv. 29 (6), 686-702 (2011).</li><li>Henderson, R., Parsons, S. A., Jefferson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+algal+properties+and+pre-oxidation+on+solid-liquid+separation+of+algae.">The impact of algal properties and pre-oxidation on solid-liquid separation of algae.</a> Water Res. 42 (8-9), 8-9 (2008).</li><li>Jackson, P. E., Meyers, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Encyclopedia of Analytical Chemistry. , (2000).</li><li>Wilkinson, G. N., Rogers, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbolic+descriptions+of+factorial+models+for+analysis+of+variance.">Symbolic descriptions of factorial models for analysis of variance.</a> Applied Statistics. 22, 392-399 (1973).</li><li>Chambers, J. M., Chambers, J. M., Hastie, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+4.">Ch. 4.</a> Statistical Models in S. , (1992).</li><li>R Core Team. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> R: A Language and Environment for Statistical Computing. , (2015).</li><li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apendix:Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment.">Apendix:Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Science &amp; Technology. 70 (4), 729-735 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wastewater Management Fact Sheet - Energy Conservation. 832F06024, 1-7 (2006).</li><li>Curtis, T. P., Mitchell, R., Gu, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+13.">Ch 13.</a> Environmental Biotechnology. , (2010).</li><li>Asada, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=THE+WATER-WATER+CYCLE+IN+CHLOROPLASTS:+Scavenging+of+Active+Oxygens+and+Dissipation+of+Excess+Photons.">THE WATER-WATER CYCLE IN CHLOROPLASTS: Scavenging of Active Oxygens and Dissipation of Excess Photons.</a> Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 50, 601-639 (1999).</li><li>Mullineaux, P., Karpinski, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+transduction+in+response+to+excess+light:+getting+out+of+the+chloroplast.">Signal transduction in response to excess light: getting out of the chloroplast.</a> Curr Opin Plant Biol. 5 (1), 43-48 (2002).</li><li>Mallick, N., Mohn, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+species:+response+of+algal+cells.">Reactive oxygen species: response of algal cells.</a> Journal of Plant Physiology. 157 (2), 183-193 (2000).</li><li>Fridovich, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+toxicity:+a+radical+explanation.">Oxygen toxicity: a radical explanation.</a> J Exp Biol. 201 ((Pt 8)), 1203-1209 (1998).</li><li>Doyle, S. M., Diamond, M., McCabe, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chloroplast+and+reactive+oxygen+species+involvement+in+apoptotic-like+programmed+cell+death+in+Arabidopsis+suspension+cultures.">Chloroplast and reactive oxygen species involvement in apoptotic-like programmed cell death in Arabidopsis suspension cultures.</a> J Exp Bot. 61 (2), 473-482 (2010).</li><li>Eisma, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suspended-matter+particle+size+in+some+West-European+estuaries;+part+II:+A+review+on+floc+formation+and+break-up.">Suspended-matter particle size in some West-European estuaries; part II: A review on floc formation and break-up.</a> Netherlands Journal of Sea Research. 28 (3), 215-220 (1991).</li><li>Thomas, D. N., Judd, S. J., Fawcett, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flocculation+modelling:+A+review.">Flocculation modelling: A review.</a> Water Research. 33 (7), 1579-1592 (1999).</li><li>Harris, R. H., Mitchell, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+polymers+in+microbial+aggregation.">The role of polymers in microbial aggregation.</a> Annu Rev Microbiol. 27, 27-50 (1973).</li><li>Raszka, A., Chorvatova, M., Wanner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+and+significance+of+extracellular+polymers+in+activated+sludge.">The role and significance of extracellular polymers in activated sludge.</a> Part I: Literature review. Acta Hydrochimica Et Hydrobiologica. 34 (5), 411-424 (2006).</li><li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Dunaliella+tertiolecta+and+associated+bacteria+in+photobioreactors.">Growth of Dunaliella tertiolecta and associated bacteria in photobioreactors.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (9), 1357-1365 (2012).</li><li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Chlorella+vulgaris+and+associated+bacteria+in+photobioreactors.">Growth of Chlorella vulgaris and associated bacteria in photobioreactors.</a> Microb Biotechnol. 5 (1), 69-78 (2012).</li><li>Natrah, F. M. I., Bossier, P., Sorgeloos, P., Yusoff, F. M., Defoirdt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Significance+of+microalgal-bacterial+interactions+for+aquaculture.">Significance of microalgal-bacterial interactions for aquaculture.</a> Reviews in Aquaculture. 6 (1), 48-61 (2014).</li><li>Dittami, S. M., Eveillard, D., Tonon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+metabolic+approach+to+study+algal-bacterial+interactions+in+changing+environments.">A metabolic approach to study algal-bacterial interactions in changing environments.</a> Mol Ecol. 23 (7), 1656-1660 (2014).</li><li>Watanabe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbiotic+association+in+Chlorella+culture.">Symbiotic association in Chlorella culture.</a> FEMS Microbiol Ecol. 51 (2), 187-196 (2005).</li><li>Burke, C., Thomas, T., Lewis, M., Steinberg, P., Kjelleberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition,+uniqueness+and+variability+of+the+epiphytic+bacterial+community+of+the+green+alga+Ulva+australis.">Composition, uniqueness and variability of the epiphytic bacterial community of the green alga Ulva australis.</a> ISME J. 5 (4), 590-600 (2011).</li><li>Krohn-Molt, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metagenome+survey+of+a+multispecies+and+alga-associated+biofilm+revealed+key+elements+of+bacterial-algal+interactions+in+photobioreactors.">Metagenome survey of a multispecies and alga-associated biofilm revealed key elements of bacterial-algal interactions in photobioreactors.</a> Appl Environ Microbiol. 79 (20), 6196-6206 (2013).</li><li>Cooper, E. D., Bentlage, B., Gibbons, T. R., Bachvaroff, T. R., Delwiche, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metatranscriptome+profiling+of+a+harmful+algal+bloom.">Metatranscriptome profiling of a harmful algal bloom.</a> Harmful Algae. 37, 75-83 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose and declare that they have no competing financial interests.

وسيبدأ هذا القسم بمناقشة الاختلافات بروتوكول اللازمة لمعالجة القضايا التشغيلية الممكنة فضلا عن استخدام المجتمعات الميكروبية المختلفة. وسيتم مناقشة نقاط القوة في هذا التصميم المفاعل، بما في ذلك القدرة على الحكم السيطرة على تدفق الأكسجين وتشكيل ندف عالية الكثافة د?...

يتم التعامل مع مياه الصرف الصحي البلدية عادة مع عمليات الحمأة المنشطة من أجل الحد من المواد الصلبة العالقة (SS)، والطلب البيولوجي الأكسجين (BOD) والنيتروجين العضوي وغير العضوي، والفسفور 5،6. عملية الحمأة المنشطة، وسيلة لمعالجة مياه الصرف الصحي الثانوية، يستتبع أكسدة الكربون العضوي في أحواض التهوية مليئة الخمور مختلطة من مياه الصرف الصحي الواردة والمعاد تدويرها الكائنات الحية الدقيقة غيرية (يشار إلى الحمأة المنشطة) 5-7. الخمور مختلطة ثم يدخل الترسيب كبير نسبيا (تسوية خزان) حيث تستقر الحمأة لتسهيل جمع وإما أن يتم التخلص أو إعادة تدويرها مرة أخرى إلى أحواض التهوية، في حين أن ومياه الصرف الصحي المعالجة وأوضح أن يستمر في المعالجة الثلاثية أو التطهير قبل أن يطلق سراحه في المياه المستقبلة 5-7. الفصل الفعال لمياه الصرف الصحي المعالجة والمواد الصلبة (الحمأة) في الترسيب الثانوي ضروري لوظيفة المناسبة من كاننظام معالجة tewater، لأن أي الحمأة المنشطة مستمرة إلى ما بعد الترسيب سيزيد من BOD وSS في النفايات السائلة 5-8. ويوجد عدد من العمليات البيولوجية بديلة عن المعالجة الثانوية للمياه العادمة، والتي تقلل أو تلغي الحاجة إلى توضيح الدبابات الكبيرة، بما في ذلك المرفق النمو (بيوفيلم) المفاعلات، المفاعلات الحيوية الغشائية (MBRs)، ومفاعلات الحمأة الحبيبية. في المفاعلات بيوفيلم، وتشكيل الأغشية الحيوية، التي الميكروبات بشكل طبيعي مجموع المباراتين ونعلق على شكل طبقة على سطح صلب، ويسمح للاحتفاظ الكتلة الحيوية وتراكم دون الحاجة لخزان توضيح. ويمكن تصنيف المفاعلات بيوفيلم إلى ثلاثة أنواع: مفاعل معبأة، المفاعلات مميعة، وتدور الملامسات البيولوجية. مفاعل معبأة، مثل خرير الفلاتر وأبراج البيولوجية، والاستفادة من الثابت سطح نموا قويا 5،6. المفاعلات مميعة (FBRs) تعتمد على المرفق من الكائنات الحية الدقيقة إلى جزيئات،مثل الرمل وتنشيط الحبيبية الكربون (GAC)، أو الخرز الزجاجي، التي يتم الاحتفاظ بها في التعليق من ارتفاع معدل التدفق الصاعد 9،10. الدورية المفاعلات البيولوجية تعتمد على الأغشية الحيوية التي شكلت في وسائل الإعلام تعلق على رمح الدورية السماح للبيوفيلم أن تتعرض بالتناوب في الهواء والسائل يعالجون 5،6. MBRs تستخدم وحدات الترشيح الغشائي، سواء داخل (التكوين المغمورة) مفاعل حيوي أو خارجيا عن طريق إعادة تدوير (التكوين الجانب تيار) 5،11. الأغشية تعمل على تحقيق فصل جيد من الكتلة الحيوية والجسيمات الصلبة من السائل تعامل 11،12. مفاعلات الحمأة الحبيبية هي مفاعلات upflow التي يحدث فيها تشكيل حبيبات كثيفة للغاية وتسوية جيدا من الكائنات الدقيقة عندما يتعرضون لارتفاع upflow الهواء السطحي سرعات 13. كما بديل آخر لعملية الحمأة المنشطة، ونظام مفاعل upflow الرواية، التي تسمى الآن مفاعل حيوي عالي الكثافة (HDBR)، وكان المصممد وبناها المبيعات وShieh (2006) لدراسة إزالة COD قبل الحمأة المنشطة من مجاري النفايات الصناعية في ظروف F / M المنخفضة التي يعرف عنها التسبب في تشكيل الفقيرة الحمأة تصفية (أي يستكثر الحمأة) 1،7،14. نظام HDBR الاستفادة تعديل مفاعل المميعة التي تتكون عادة من مفاعل upflow ودبابة سلة الخارجي. عادة يتم تشغيل المفاعلات قاعدة مميعة مع تيار سلة معدلات تدفق عالية بما فيه الكفاية للحفاظ على قوام نمو بيوفيلم مع وقف التنفيذ ولكن منخفضة بما فيه الكفاية بحيث يتم الاحتفاظ الركيزة المغطاة بيوفيلم. على عكس المفاعلات مميعة، وصفت HDBR في المبيعات وShieh (2006) المستخدمة منخفضة نسبيا معدلات تدفق تيار سلة التي، جنبا إلى جنب مع التهوية الخارجية، منع اختلال المنطقة الكتلة الحيوية شكلت داخل المفاعل 1. وقد أثبتت الدراسات اللاحقة قدرة هذا التصميم المفاعل لعلاج بنجاح مجموعة من تدفقات النيتروجين باستخدام الآزوتية / نازع للنترات البكتيريا 3،4. في كل مسمارالمنشأ تشكيل مستقرة، منطقة كثيفة الكتلة الحيوية داخل HDBR القضاء على الحاجة إلى التلبد عملية / الترسيب الخارجية 1-4. ونحن هنا التقرير، كما تم اختبار استخدام HDBR أن تنمو الثقافات كثيفة في photobioreactor (PBR) تكوين لزراعة الطحالب. ونحن نناقش مزايا وعيوب هذا النظام مفاعل رواية لزراعة الطحالب وقدرته على التغلب على عقبة كبيرة في تسويق الوقود الحيوي الطحالب المرتبطة حصاد الكتلة الحيوية (أي جيدة فصل الصلبة والسائلة 15،16). يحدد البروتوكول باتباع الخطوات اللازمة لتجميع وبدء التشغيل، عينة من، والحفاظ على HDBR مع الطحالب المجتمع الميكروبي من الفائدة. كما سيتم ذكر الاختلافات في بدء التشغيل وتشغيل بروتوكول الثقافات متغايرة والآزوتية / نازع للنترات. وأخيرا، سيتم تسليط الضوء المزايا العامة والمساوئ، والمجاهيل هذا التصميم مفاعل الرواية.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="686">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Aeration stone</td>
			<td style="width:96px;">Alita</td>
			<td style="width:119px;">AS-3015C</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Aerator</td>
			<td style="width:96px;">Top Fin</td>
			<td style="width:119px;">Air-1000</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Ammonium chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">A9434</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Anion analysis column</td>
			<td style="width:96px;">Shodex</td>
			<td style="width:119px;">IC SI-52 4E</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:213px;">Beaker (600 mL)</td>
			<td style="width:96px;">Corning Pyrex</td>
			<td style="width:119px;">1000-600</td>
			<td style="width:259px;">Used as mixing vessel (MV). Addition of hose barbs at the bottom and 500 mL levels. Outside diameter of hose barbs 3/8&#34;.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Calcium chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">C5670</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Cation analysis column</td>
			<td style="width:96px;">Shodex</td>
			<td style="width:119px;">IC YS-50</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Cobalt chloride hexahydrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">C8661</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Copper chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">222011</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Ferric chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">157740</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:213px;">Filter (vacuum)</td>
			<td style="width:96px;">Fisherbrand</td>
			<td style="width:119px;">09-719-2E</td>
			<td style="width:259px;">0.45 um membrane filter, MCE, 47 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:213px;">Graduated cylinder (1000 mL)</td>
			<td style="width:96px;">Corning Pyrex</td>
			<td style="width:119px;">3025-1L</td>
			<td style="width:259px;">Used as reactor vessel (R). Addition of hose barbs at bottom, 500 mL, and 1 L levels. Outside diameter of hose barbs 3/8&#34;.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">HPLC/IC</td>
			<td style="width:96px;">Shimadzu</td>
			<td style="width:119px;">Prominence</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Magnesium sulfate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">M2643</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:213px;">Masterflex L/S variable speed drive</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">07553-50</td>
			<td style="width:259px;">Drive for recycle and feed pumps (2 needed)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Nickel chloride hexahydrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">N6136</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Potassium nitrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P8291</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:213px;">(Monobasic) Potassium phosphate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P5655</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump head</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">07018-20</td>
			<td style="width:259px;">Recycle pump head</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump head</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">07013-20</td>
			<td style="width:259px;">Feed pump head</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump tubing</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">6404-18</td>
			<td style="width:259px;">Recycle pump tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump tubing</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">6404-13</td>
			<td style="width:259px;">Feed pump tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Sodium bicarbonate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S5761</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Zinc sulfate heptahydrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">Z0251</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a novel bioreactor for high density cultivation of diverse microbial communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.

تم استخدام HDBR لزراعة الطحالب على مدى عدة نسب تركيزات الأمونيا ونترات مؤثر، مع الحفاظ على نسبة النيتروجين الكلي في تغذية في 40 ملغ -NL -1. اتخذت مؤثر وعينات النفايات السائلة يوميا؛ تم أخذ عينات كثافة الكتلة الحيوية في بداية ونهاية كل حالة. استغرق المفاعل في المتوسط ...

Watch this Scientific Journal Video about A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities at JoVE.com

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

مفاعل حيوي رواية لزراعة ارتفاع كثافة المجتمعات الميكروبية متنوعة

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

a-novel-bioreactor-for-high-density-cultivation-diverse-microbial

Research

JoVE Journal

Bioengineering

16.8K Views.  Drexel University. A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

Video: A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

Density Gradient Multilayered Polymerization (DGMP): A Novel Technique for Creating Multi-compartment, Customizable Scaffolds for Tissue Engineering

Complex tissue culture matrices, in which types and concentrations of biological stimuli (e.g. growth factors, inhibitors, or small molecules) or matrix structure (e.g. composition, concentration, or stiffness of the matrix) vary over space, would enable a wide range of investigations concerning how these variables affect cell differentiation, migration, and other phenomena. The major challenge in creating layered matrices is maintaining the structural integrity of layer interfaces without diffusion of individual components from each layer1. Current methodologies to achieve this include photopatterning2-3, lithography4, sequential functionalization5, freeze drying6, microfluidics7, or centrifugation8, many of which require sophisticated instrumentation and technical skills. Others rely on sequential attachment of individual layers, which may lead to delamination of layers9. 
DGMP overcomes these issues by using an inert density modifier such as iodixanol to create layers of varying densities10. Since the density modifier can be mixed with any prepolymer or bioactive molecule, DGMP allows each scaffold layer to be customized. Simply varying the concentration of the density modifier prevents mixing of adjacent layers while they remain aqueous. Subsequent single step polymerization gives rise to a structurally continuous multilayered scaffold, in which each layer has distinct chemical and mechanical properties. The density modifier can be easily removed with sufficient rinsing without perturbation of the individual layers or their components. This technique is therefore well suited for creating hydrogels of various sizes, shapes, and materials.
A protocol for fabricating a 2D-polyethylene glycol (PEG) gel, in which alternating layers incorporate RGDS-350, is outlined below. We use PEG because it is biocompatible and inert. RGDS, a cell adhesion peptide11, is used to demonstrate spatial restriction of a biological cue, and the conjugation of a fluorophore (Alexa Fluor 350) enables us to visually distinguish various layers. This procedure can be adapted for other materials (e.g. collagen, hyaluronan, etc.) and can be extended to fabricate 3D gels with some modifications10.

Density Gradient Multilayered Polymerization DGMP: A Novel Technique for Creating Multi-compartment, Customizable Scaffolds for Tissue Engineering

Here we describe a unique strategy for creating biocompatible, layered matrices with continuous interfaces between distinct layers for tissue engineering. Such a scaffold could provide an ideal customizable environment to modulate cell behavior by various biological, chemical or mechanical cues

التدرج الكثافة متعدد الطبقات البلمرة (DGMP): تقنية جديدة لإنشاء موضوع متعدد المقصورة، السقالات للهندسة الأنسجة تخصيص

Complex tissue culture matrices, in which types and concentrations of biological stimuli (e.g. growth factors, inhibitors, or small molecules) or matrix ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

تصميم مفاعل حيوي ذو محورين الميكانيكية جار للهندسة الأنسجة

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Operation of a Benchtop Bioreactor

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to carefully control temperature, pH, and dissolved oxygen concentrations in particular makes them essential to efficient large scale growth and expression of fermentation products. This video will briefly describe the advantages of the fermentor over the shake flask. It will also identify key components of a typical benchtop fermentation system and give basic instruction on setup of the vessel and calibration of its probes. The viewer will be familiarized with the sterilization process and shown how to inoculate the growth medium in the vessel with culture. Basic concepts of operation, sampling, and harvesting will also be demonstrated. Simple data analysis and system cleanup will also be discussed.

Fermentors are used to increase culture yield and productivity of bioengineered cells. After screening multiple microbial or animal cell culture candidates in shake flasks, the next logical step is to increase the selected culture&#x2019;s biomass with the fermentor. This video demonstrates the setup and operation of a typical benchtop bioreactor system.

تشغيل الفوق تفاعلات الاحيائية

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To emulate the dynamic environment of vocal folds, a novel vocal fold bioreactor capable of producing vibratory stimulations at fundamental phonation frequencies is constructed and characterized. The device is composed of a function generator, a power amplifier, a speaker selector and parallel vibration chambers. Individual vibration chambers are created by sandwiching a custom-made silicone membrane between a pair of acrylic blocks. The silicone membrane not only serves as the bottom of the chamber but also provides a mechanism for securing the cell-laden scaffold. Vibration signals, generated by a speaker mounted underneath the bottom acrylic block, are transmitted to the membrane aerodynamically by the oscillating air. Eight identical vibration modules, fixed on two stationary metal bars, are housed in an anti-humidity chamber for long-term operation in a cell culture incubator. The vibration characteristics of the vocal fold bioreactor are analyzed non-destructively using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The utility of the dynamic culture device is demonstrated by culturing cellular constructs in the presence of 200-Hz sinusoidal vibrations with a mid-membrane displacement of 40 &#181;m. Mesenchymal stem cells cultured in the bioreactor respond to the vibratory signals by altering the synthesis and degradation of vocal fold-relevant, extracellular matrix components. The novel bioreactor system presented herein offers an excellent in vitro platform for studying vibration-induced mechanotransduction and for the engineering of functional vocal fold tissues.

A novel vocal fold bioreactor capable of delivering physiologically relevant, vibratory stimulation to cultured cells is constructed and characterized. This dynamic culture device, when combined with a fibrous poly(&#949;-caprolactone) scaffold, creates a vocal fold-mimetic environment that modulates the behaviors of mesenchymal stem cells.

البناء وتوصيف من طية تفاعلات الاحيائية الرواية الصوتية

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor&#8217;s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.

Using a pneumatic bioreactor, we demonstrate the assembly, operation, and performance of this single-use bioreactor system for the growth of mammalian cells.

زراعة خلايا الثدييات عن طريق استخدام المفرد نظام هوائي تفاعلات الاحيائية

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized ...

Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic performance of microalgae-based biofuel production. Models that estimate microalgal growth under different conditions can help to optimize PBR design and operation. To be effective, the growth parameters used in these models must be accurately determined. Algal growth experiments are often constrained by the dynamic nature of the culture environment, and control systems are needed to accurately determine the kinetic parameters. The first step in setting up a controlled batch experiment is live data acquisition and monitoring. This protocol outlines a process for the assembly and operation of a bench-scale photosynthetic bioreactor that can be used to conduct microalgal growth experiments. This protocol describes how to size and assemble a flat-plate, bench-scale PBR from acrylic. It also details how to configure a PBR with continuous pH, light, and temperature monitoring using a data acquisition and control unit, analog sensors, and open-source data acquisition software.

This paper describes the assembly process and operation of a bench-scale photosynthetic bioreactor that can be used, in conjunction with other methods, to estimate pertinent kinetic growth parameters. This system continuously monitors the pH, light, and temperature using sensors, a data acquisition and control unit, and open-source data acquisition software.

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

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic ...

Process Optimization using High Throughput Automated Micro-Bioreactors in Chinese Hamster Ovary Cell Cultivation

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain selection and by developing bioprocess parameters. Shake flasks have been used for this purpose. They, however, lack the capability to control the process parameters such as pH and dissolved oxygen (DO). This limitation can be overcome with the help of an automated micro-bioreactor. These bioreactors mimic cultivation at a larger scale. One of the major advantages of this system is the integration of the Design of Experiment (DOE) in the software. This integration enables establishing a design where multiple process parameters can be varied simultaneously. The critical process parameters and optimum bioprocess conditions can be analyzed within the software. The focus of the work presented here is to introduce the user to the steps involved in process design in the software and incorporation of the DOE within the cultivation run.

Here, we present a detailed procedure to run a Design of Experiment in an automated micro-bioreactor followed by cell harvest and protein quantification using a Protein A column.

عملية التحسين باستخدام الإنتاجية العالية الإنتاجية المفاعلات الحيوية الدقيقة الآلية في زراعة الخلايا المبيض الهامستر الصينية

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain ...

High-Throughput Identification of Resistance to Pseudomonas syringae pv. Tomato in Tomato using Seedling Flood Assay

Tomato is an agronomically important crop that can be infected by Pseudomonas syringae, a Gram-negative bacterium, resulting in bacterial speck disease. The tomato-P. syringae pv. tomato pathosystem is widely used to dissect the genetic basis of plant innate responses and disease resistance. While disease was successfully managed for many decades through the introduction of the Pto/Prf gene cluster from Solanum pimpinellifolium into cultivated tomato, race 1 strains of P. syringae have evolved to overcome resistance conferred by the Pto/Prf gene cluster and occur worldwide.
Wild tomato species are important reservoirs of natural diversity in pathogen recognition, because they evolved in diverse environments with different pathogen pressures. In typical screens for disease resistance in wild tomato, adult plants are used, which can limit the number of plants that can be screened due to their extended growth time and greater growth space requirements. We developed a method to screen 10-day-old tomato seedlings for resistance, which minimizes plant growth time and growth chamber space, allows a rapid turnover of plants, and allows large sample sizes to be tested. Seedling outcomes of survival or death can be treated as discrete phenotypes or on a resistance scale defined by amount of new growth in surviving seedlings after flooding. This method has been optimized to screen 10-day-old tomato seedlings for resistance to two P. syringae strains and can easily be adapted to other P. syringae strains.

High-Throughput Identification of Resistance to Pseudomonas syringae pv. Tomato in Tomato using Seedling Flood Assay

The seedling flood assay facilitates rapid screening of wild tomato accessions for the resistance to the Pseudomonas syringae bacterium. This assay, used in conjunction with the seedling bacterial growth assay, can assist in further characterizing the underlying resistance to the bacterium, and can be used to screen mapping populations to determine the genetic basis of resistance.

تعريف عالي الإنتاجية للمقاومة لـ Pseudomonas syringae pv. الطماطم في الطماطم باستخدام الشتلات الفيضانات أساي

Tomato is an agronomically important crop that can be infected by Pseudomonas syringae, a Gram-negative bacterium, resulting in bacterial speck disease. ...

Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and organs are either highly expensive, like robotics, or lack nanoliter volume and millisecond time accuracy in liquid manipulation. We herein present the design and fabrication of a microfluidic system, which consists of 1,500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. To demonstrate the capacities of the microfluidic device, neural stem cell (NSC) spheres are maintained in the proposed system. We observed that when the NSC sphere is exposed to CXCL in day 1 and EGF in day 2, the round-shaped conformation is well maintained. Variation in the input order of 6 drugs causes morphological changes to the NSC sphere and the expression level representative marker for NSC stemness (i.e., Hes5 and Dcx). These results indicate that dynamic and complex environmental conditions have great effects on NSC differentiation and self-renewal, and the proposed microfluidic device is a suitable platform for high throughput studies on the complex life machinery.

We present a microfluidic system for high throughput studies on complex life machinery, which consists of 1500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. The microfluidic chip allows for the analysis of the highly complex and dynamic micro-environmental conditions in vivo.

توليد الظروف البيئية الديناميكية باستخدام جهاز Microfluidic عالي الإنتاجية

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and ...