Это исследование поддерживается при поддержке Министерства сельского хозяйства США через Национальный институт сельского хозяйства и продовольствия (НИФА), грант № 2007-35504-05381; гранта нет. 58872 от NYSERDA и Нью-123444 через федеральный формула Корнельского университета сельскохозяйственных опытная станция фондов от USDA НИФА.

<ol>
	<li>Dague, R. R., McKinney, R. E., Pfeffer, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solids+retention+in+anaerobic+waste+treatment+systems.">Solids retention in anaerobic waste treatment systems.</a> J. Water Pollut. Control Fed. 42, R29-R46 (1970).</li><li>McCarty, P. L., Smith, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+wastewater+treatment.">Anaerobic wastewater treatment.</a> Environ. Sci. Technol. 20, 1200-1206 (1986).</li><li>Lettinga, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+digestion+and+wastewater+treatment+systems.">Anaerobic digestion and wastewater treatment systems.</a> Antonie Van Leeuwenhoek. 67, 3-28 (1995).</li><li>De Baere, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+digestion+of+solid+waste:+state-of-the-art.">Anaerobic digestion of solid waste: state-of-the-art.</a> Water Sci. Technol. 41, 283-290 (2000).</li><li>Angenent, L. T., Karim, K., Al-Dahhan, M. H., Wrenn, B. A., Dom&#237;nguez-Espinosa, 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+of+bioenergy+and+biochemicals+from+industrial+and+agricultural+wastewater.">Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater.</a> Trends Biotechnol. 22, 477-485 (2004).</li><li>Jewell, W. J., Cummings, R. J., Richards, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methane+fermentation+of+energy+crops+-+maximum+conversion+kinetics+and+in-situ+biogas+purification.">Methane fermentation of energy crops - maximum conversion kinetics and in-situ biogas purification.</a> Biomass &#38; Bioenergy. 5, 261-278 (1993).</li><li>Weiland, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomass+digestion+in+agriculture:+A+successful+pathway+for+the+energy+production+and+waste+treatment+in+Germany.">Biomass digestion in agriculture: A successful pathway for the energy production and waste treatment in Germany.</a> Eng. Life Sci. 6, 302-309 (2006).</li><li>Zaks, D. P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+anaerobic+digesters+to+emissions+mitigation+and+electricity+generation+under+U.S.+climate+policy.">Contribution of anaerobic digesters to emissions mitigation and electricity generation under U.S. climate policy.</a> Environ. Sci. Technol. 45, 6735-6742 (2011).</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: Metcalf &#38; Eddy. , (2003).</li><li>Speece, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters. , (1996).</li><li>Kleerebezem, R., van Loosdrecht, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixed+culture+biotechnology+for+bioenergy+production.">Mixed culture biotechnology for bioenergy production.</a> Curr. Opin. Biotechnol. 18, 207-212 (2007).</li><li>Angenent, L. T., Wrenn, B. A., Wall, J., Harwood, C. S., Demain, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chp.+15.">Chp. 15.</a> Bioenergy. , (2008).</li><li>Werner, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+community+structures+are+unique+and+resilient+in+full-scale+bioenergy+systems.">Bacterial community structures are unique and resilient in full-scale bioenergy systems.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 4158-4163 (2011).</li><li>Holm-Nielsen, J. B., Al Seadi, T., Oleskowicz-Popiel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+future+of+anaerobic+digestion+and+biogas+utilization.">The future of anaerobic digestion and biogas utilization.</a> Bioresour. Technol. 100, 5478-5484 (2009).</li><li>Hoffmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+shear+on+performance+and+microbial+ecology+of+completely-stirred+anaerobic+digesters+treating+animal+manure.">Effect of shear on performance and microbial ecology of completely-stirred anaerobic digesters treating animal manure.</a> Biotechnol. Bioeng. 100, 38-48 (2008).</li><li>Clesceri, L. S., Greenberg, A. E., Eaton, A. 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> Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. , (1998).</li><li>Amani, T., Nosrati, M., Sreekrishnan, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+digestion+from+the+viewpoint+of+microbiological,+chemical,+and+operational+aspects:+a+review.">Anaerobic digestion from the viewpoint of microbiological, chemical, and operational aspects: a review.</a> Environmental Reviews. 18, 255-278 (2010).</li></ol>

Нет конфликта интересов объявлены.

Анаэробные системы пищеварения, представленные в этой статье содержится общее введение и некоторые основные руководящие принципы для лечения большинства субстратов в экспериментальных условиях. Разнообразие типов подложки, реактор конфигурации, рабочие параметры, а также уникальн?...

Анаэробные пищеварения (AD) является зрелой технологией, связанных с биологически опосредованных преобразования сложных органических субстратов отходов в биогаз с полезным метана в качестве энергоносителя. Есть много преимуществ анаэробной очистки, в том числе минимальной энергии и питательных веществ и снижение производства твердых веществ биологического происхождения по сравнению с аэробной очистки 10. Кроме того, универсальность смешанной микрофлорой, присущие этим системам оказывает широкий спектр органических субстратов подходит в качестве сырья 11,12. Действительно, именно из-за этих преимуществ, что все большее число приложений для AD, которые принимаются за пределами обычных городских сточных вод, особенно в промышленных, бытовых (например, пищевые отходы) и сельскохозяйственный сектор 4,7,13. Н.э. испытал свой первый крупный начала распространение в 1980-х годов в ответ на национальный энергетический кризис в предыдущее десятилетие. Так как мир сталкивается с растущим глобальным энергетическим кризисом,в сочетании с деградацией окружающей среды, больше внимания теперь уделяется технологии и биотопливо отходов в энергетической концепции, в частности. Например, в США, анаэробного сбраживания может генерировать 5,5% от общей электрической мощности необходимо 8. Это привело к росту спроса на хорошо контролируемых экспериментальных исследований в пилотных и лабораторных для оценки пригодности новых органических материалов, отходов и смесей для анаэробного сбраживания 14. Мы намерены обеспечить общую модель для строительства, прививки, эксплуатации и контроля лабораторных анаэробного реактора, которые будут пригодны для надежных оценок. Анаэробных реакторов существует в различных конфигурациях. Несколько распространенных конфигураций включают в себя: непрерывно мешалкой реактор (CSTR) с непрерывным влиятельных питания; непрерывно перемешивают анаэробного реактора (ČSAD) с периодическими влиятельных питания; вытеснения (PF), восходящего анаэробного осадка одеяло (UASB), анаэробных реакторов одеяло миграции (AMBR); анаэробные тупик реактора (ABR) и анаэробных реакторов партии последовательности (ASBR) конфигураций 9,15. CSTR и ČSAD конфигурации были широко приняты для лабораторных экспериментов благодаря своей простоте установки и благоприятные условия работы. Из-за непрерывного смешивания, гидравлические время удержания (HRT) равна времени удержания шлама (СТО). СТО является важным параметром для разработки реклами. Конфигурация также способствует контролируемые эксперименты из-за большей пространственной однородности параметров, таких как химические вещества концентрации, температуры и скорости диффузии. Следует отметить, однако, что оптимальное полномасштабной конфигурации для анаэробного реактора зависит от конкретных физических и химических свойств органического субстрата среди других нетехнических аспектов, таких как цель качества сточной воды. Например, развести потоки отходов с относительно высоким содержанием растворимых органических и Литтлэлектронных частиц, таких, как пивоваренный завод сточных вод, как правило, испытывают больший преобразования энергии в высокой скорости восходящего потока биореактор конфигурации (например, UASB), а не ČSAD конфигурации. Несмотря на это, существуют фундаментальные параметры работы, которые необходимы для успешного пищеварения и актуальны для всех конфигураций, которые оправдывают общее объяснение использования этой конфигурации. Действительно, в каждом объявлении система, содержащая разнообразные, открытым анаэробных микробов будет серийно метаболизма субстрата метана (последний конечный продукт с низкой доступной свободной энергии на один электрон). Метаболизма вовлечены в этот процесс представляет собой сложную пищевую свободно разделить на четыре стадии трофических: гидролиз, acidogenesis; acetogenesis и метаногенеза. В гидролиза сложных органических полимеров (например, углеводов, липидов и белков) с разбивкой по их мономеров (например, сахара, длинной цепи жирных кислот и аминокислот) на гидравлическиеrolyzing, ферментативных бактерий. В acidogenesis этих мономеров ферментированного кислотопродуцирующий бактерий летучих жирных кислот (VFAs) и спирты, которые в acetogenesis, далее окисляется до уксусной кислоты и водорода homoacetogenic и обязательных водородных бактерий, почтительно 5. На заключительном этапе метаногенеза, ацетат и водород метаболизируется до метана и ацетокластическим hydrogenotrophic метан. Важно признать, что общий процесс AD, опираясь на серию взаимосвязанных обменом веществ различных групп микробов, будет зависеть от успешного функционирования каждого участника, прежде чем система в целом будет работать оптимально. Проектирование и строительство системы биореактора AD всегда должны принимать во внимание требования, чтобы полностью запечатать в биореактор. Небольшие утечки в верхней части биореактора (разделение свободном пространстве) или в газовой системе обработки может быть трудно обнаружить, и поэтому система должна быть давлениеУбедитесь проверены перед использованием. Убедившись утечек установки, сбоев с анаэробный реактор исследования часто возникают из-за ошибок во время прививки, культивирование, и изо дня в день операции. В результате реакторы имеют репутацию как внутренне нестабильна и склонна к неожиданным недостаточности. Почему же тогда полномасштабную реакторы были работать в стабильных условиях десятилетия 13? Отказ, скорее всего, происходят от неправильного обращения с оператором, особенно во время запуска, в течение которого микробное сообщество должно постепенно привыкнуть к органическим составом отходов и силы. Таким образом, наша цель не только обеспечить методологию для построения системы ПВО, а также выяснить процессы прививки, эксплуатации и мониторинга этих систем. В первой части статьи будет рассказано, как построить CSTR или ČSAD системы, а второй раздел содержит процедуры для реактора с активной прививкой methanogENIC биомассы. Это более практичный и менее трудоемким привить реакторы с активной метаногенных биомассы из смешанных напитков или стоков операционной реактора, который лечения подобного субстрата, чем пытаться развивать достаточно биомассы: от начала культуры. В третьей части статьи будут рассмотрены операционные соображения, такие как кормление подложки, переливание сточных вод, и устранение различных проблем реактора. Кормление подложки и переливание стоков для этой системы будет проводиться на полу-постоянной основе (например, периодическая подача и переливание в то время как большая часть биомассы и смешанная жидкость остается в биореакторе). Частот, в котором реактор подается / сливают является прерогативой оператора. В общем, питание / декантации чаще и на регулярной основе будет способствовать большей стабильности реактора и согласованность в работе между кормления циклов. В четвертом разделе представит базовый протокол контроля, которые будут использоваться во время experimental период. Несколько стандартных анализов, которые изложены в Стандартные методы экспертизы воды и сточных вод 16 (1 стол, 2), будут необходимы для характеристики субстрата и надлежащего мониторинга системы. В дополнение к измеряемых переменных, важным аспектом мониторинга является проверка компонентов реактора система функционирует должным образом. Регулярное техническое обслуживание системы реактора будет вытеснять основные проблемы системы, которые могли бы поставить под угрозу долгосрочную производительность и стабильность реактора. Например, отказ от нагревательного элемента, что приводит к снижению температуры, может привести к накоплению летучих жирных кислот за счет снижения обмена веществ в метан. Эта задача была бы усугубляется, если в системе не хватало для поддержания щелочной рН выше тормозных уровни метан. Важно также, чтобы обнаружить и закрыть возможные утечки после неожиданного падения крыса производства биогазах годов. Таким образом, дублирования усилий в рамках опытно-конструкторских, например, запуск двух биореакторов бок о бок под точные условия работы, важно, чтобы обнаружить неожиданные потери производительности из-за сбоев в работе системы, такие как небольшие утечки.

<table border="1"><tbody><tr><td> Реакторного оборудования </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td><td> Комментарии </td></tr><tr><td> Подогрев рециркулятор </td><td> VWR Научные </td><td> 13271-063 VWR </td><td> Для использования с реакторной системы отопления куртки </td></tr><tr><td> Переменная скорость электрического Лаборатории мешалки </td><td> Кливленд Смеситель Ко </td><td> (Модель 5VB) </td><td> Этот смеситель модели облегчает монтаж с кольцом стенд </td></tr><tr><td> Мокрого типа Precision Счетчик газа </td><td> Риттер Gasmeters </td><td> (Модель TG-01) </td><td> Эта модель нуждается в минимальном расходе (0,1 л / ч) и может работать с максимальным расходом 30 л / ч </td></tr><tr><td> Газ Bubbler </td><td> Chemglass </td><td> (Модель AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> Труба отбора проб газа </td><td> Chemglass </td><td> (Модель CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;TD&gt; осевой крыльчатки </td><td> Lightnin &#39; </td><td> R04560-25 Кол-Parmer </td><td> Рабочее колесо с лопастями 7,9375 мм диаметр отверстия </td></tr><tr><td> Рабочее колесо Вал </td><td> Грейнджер </td><td> 2EXC9 Грейнджер </td><td> 1,83 м из нержавеющей стальной стержень с 7,9375 мм OD (должно быть сокращено до соответствующего размера) </td></tr><tr><td> Поддержка чугунные подставки </td><td> Американская образовательных продуктов </td><td> (Модель 7-G16) </td><td> Для монтажа смесителя </td></tr><tr><td> Тройного расширения клещи </td><td> Коготь </td><td> 21572-803 VWR </td><td> Для монтажа смесителя </td></tr><tr><td> Регулярные держатель зажим </td><td> Коготь </td><td> 21572-501 VWR </td><td> Для монтажа смесителя </td></tr><tr><td> Перистальтический насос </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80-Коул Parmer </td><td> Для стоков декантации </td></tr><tr><td> L / S Стандартная головка насоса </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21-Коул Parmer </td><td> Для стоков переливатьING-аксессуар для перистальтического насоса </td></tr><tr><td> L / S прецизионные трубы насоса </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18-Коул Parmer </td><td> Для стоков декантации - аксессуар для перистальтического насоса </td></tr><tr><td> Оборудование анализ / Реагенты </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td><td> Комментарии </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Анализ рН </td></tr><tr><td> рН-метр </td><td> Thermo Fisher Scientific - Orion </td><td> 1212000 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Всего и летучих твердых анализа (стандартные методы: 2540-B, E) </td></tr><tr><td> Эксикатор стеклянных вакуумных </td><td> Kimax </td><td> WU-06536-30-Коул Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Фарфор кипения посуды </td><td> VWR </td><td> 89038-082 VWR </td><td></td></tr><tr><td> Лаборатория печи </td><td> Thermo Fisher Scientific </td><td> (Модель 13-246-516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> Средний муфельной печи палаты </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 Thermo Scientific </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Всего летучих анализа жирных кислот (стандартные методы: 5560-C) </td></tr><tr><td> Большая емкость переменной скорости центрифуги </td><td> Сигма </td><td> WU-17451-00-Коул Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Лаборатория Hot Plate </td><td> Thermo Scientific </td><td> (Модель HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> Большой конденсатор </td><td> Kemtech Америки </td><td> (Модель C150190) </td><td></td></tr><tr><td> Уксусная кислота реагент [CAS: 64-19-7] </td><td> Alfa Aesar </td><td> AA33252-AK </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> &lt;TD&gt; химического потребления кислорода (стандартные методы: 5520-C) </td></tr><tr><td> Нагреватель ХПК Блок </td><td> HACH </td><td> (Модель DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> Боросиликатное Трубы культуры </td><td> Пирекс </td><td> (Модель 9825-13) </td><td></td></tr><tr><td> Калия дихромата реагентов [CAS: 7778-50-9] </td><td> Материалы Avantor производительности </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> Mercury II сульфат реагентов [CAS: 7783-35-9] </td><td> Материалы Avantor производительности </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ферроина Индикатор решение [CAS: 14634-91-4] </td><td> Рикка Химическая </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> Аммоний железо (II) сульфат гексагидрат [CAS: 7783-85-9] </td><td> Alfa Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Состав газа по Gas Analysis хроматографии </td></tr><tr><td> Газовый хроматограф </td><td> SRI Instruments </td><td> Модель 8610C </td><td> Должно быть оснащен термодатчиком проводимость (ДТП), с помощью перечисленных ниже столбца и газа-носителя работают на изотермические температуры 105 ° C </td></tr><tr><td> Гелий </td><td> Airgas </td><td> Он HP300 </td><td> Для использования в качестве газа-носителя </td></tr><tr><td> Упакованные-колонки </td><td> Рестэк </td><td> 80484-800 </td><td> Чтобы быть использованы для N 2, CH 4 и CO 2 отделение </td></tr></tbody></table>

continuously-stirred anaerobic digester to convert organic wastes into biogas: system setup and basic operation

Anaerobic digestion (AD) is a bioprocess that is commonly used to convert complex organic wastes into a useful biogas with methane as the energy carrier 1-3. Increasingly, AD is being used in industrial, agricultural, and municipal waste(water) treatment applications 4,5. The use of AD technology allows plant operators to reduce waste disposal costs and offset energy utility expenses. In addition to treating organic wastes, energy crops are being converted into the energy carrier methane 6,7. As the application of AD technology broadens for the treatment of new substrates and co-substrate mixtures 8, so does the demand for a reliable testing methodology at the pilot- and laboratory-scale.
Anaerobic digestion systems have a variety of configurations, including the continuously stirred tank reactor (CSTR), plug flow (PF), and anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) configurations 9. The CSTR is frequently used in research due to its simplicity in design and operation, but also for its advantages in experimentation. Compared to other configurations, the CSTR provides greater uniformity of system parameters, such as temperature, mixing, chemical concentration, and substrate concentration. Ultimately, when designing a full-scale reactor, the optimum reactor configuration will depend on the character of a given substrate among many other nontechnical considerations. However, all configurations share fundamental design features and operating parameters that render the CSTR appropriate for most preliminary assessments. If researchers and engineers use an influent stream with relatively high concentrations of solids, then lab-scale bioreactor configurations cannot be fed continuously due to plugging problems of lab-scale pumps with solids or settling of solids in tubing. For that scenario with continuous mixing requirements, lab-scale bioreactors are fed periodically and we refer to such configurations as continuously stirred anaerobic digesters (CSADs).
This article presents a general methodology for constructing, inoculating, operating, and monitoring a CSAD system for the purpose of testing the suitability of a given organic substrate for long-term anaerobic digestion. The construction section of this article will cover building the lab-scale reactor system. The inoculation section will explain how to create an anaerobic environment suitable for seeding with an active methanogenic inoculum. The operating section will cover operation, maintenance, and troubleshooting. The monitoring section will introduce testing protocols using standard analyses. The use of these measures is necessary for reliable experimental assessments of substrate suitability for AD. This protocol should provide greater protection against a common mistake made in AD studies, which is to conclude that reactor failure was caused by the substrate in use, when really it was improper user operation 10.

Watch this Scientific Journal Video about Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation at JoVE.com

Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation

Лабораторный анаэробных реакторов позволит ученым исследовать новые способы оптимизации существующих приложений анаэробной биотехнологии и оценить метана потенциал различных органических отходов. Эта статья представляет обобщенную модель для строительства, прививки, эксплуатации и контроля лабораторных непрерывно перемешивают анаэробных реактора.

Непрерывно перемешивают Анаэробные Digester Преобразование органических отходов в биогаз: настройки системы и основные операции

Anaerobic digestion (AD) is a bioprocess that is commonly used to convert complex organic wastes into a useful biogas with methane as the energy carrier ...

continuously-stirred-anaerobic-digester-to-convert-organic-wastes

Research

JoVE Journal

Bioengineering

33.7K Views.  Cornell University. Лабораторный анаэробных реакторов позволит ученым исследовать новые способы оптимизации существующих приложений анаэробной биотехнологии и оценить метана потенциал различных органических отходов. Эта статья представляет обобщенную модель для строитель?...

Video: Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

Дизайн Циклические биореактора давление для Ex Vivo Изучение аортального клапанов сердца

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

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.

Эксплуатация настольной биореактора

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

Sensing of Barrier Tissue Disruption with an Organic Electrochemical Transistor

The gastrointestinal tract is an example of barrier tissue that provides a physical barrier against entry of pathogens and toxins, while allowing the passage of necessary ions and molecules. A breach in this barrier can be caused by a reduction in the extracellular calcium concentration. This reduction in calcium concentration causes a conformational change in proteins involved in the sealing of the barrier, leading to an increase of the paracellular flux. To mimic this effect the calcium chelator ethylene glycol-bis(beta-aminoethyl ether)-N,N,N&#39;,N&#39;-tetra acetic acid (EGTA) was used on a monolayer of cells known to be representative of the gastrointestinal tract. Different methods to detect the disruption of the barrier tissue already exist, such as immunofluorescence and&#160;permeability assays. However, these methods are time-consuming and costly and not suited to dynamic or high-throughput measurements. Electronic methods for measuring barrier tissue integrity also exist for measurement of the transepithelial resistance (TER), however these are often costly and complex. The development of rapid, cheap, and sensitive methods is urgently needed as the integrity of barrier tissue is a key parameter in drug discovery and pathogen/toxin diagnostics. The organic electrochemical transistor (OECT) integrated with barrier tissue forming cells has been shown as a new device capable of dynamically monitoring barrier tissue integrity. The device is able to measure minute variations in ionic flux with unprecedented temporal resolution and sensitivity, in real time, as an indicator of barrier tissue integrity. This new method is based on a simple device that can be compatible with high throughput screening applications and fabricated at low cost.

The Organic Electrochemical Transistor is integrated with live cells and used to monitor ion flux across the gastrointestinal epithelial barrier. In this study, an increase in ion flux, related to disruption of tight junctions, induced by the presence of the calcium chelator EGTA (ethylene glycol-bis(beta-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetra acetic acid), is measured.

Зондирование Барьерного ткани Срыв с транзистора Органическая Электрохимический

The gastrointestinal tract is an example of barrier tissue that provides a physical barrier against entry of pathogens and toxins, while allowing the ...

Wet Chemistry and Peptide Immobilization on Polytetrafluoroethylene for Improved Cell-adhesion

Endowing materials surface with cell-adhesive properties is a common strategy in biomaterial research and tissue engineering. This is particularly interesting for already approved polymers that have a long standing use in medicine because these materials are well characterized and legal issues associated with the introduction of newly synthesized polymers may be avoided. Polytetrafluoroethylene (PTFE) is one of the most frequently employed materials for the manufacturing of vascular grafts but the polymer lacks cell adhesion promoting features. Endothelialization, i.e., complete coverage of the grafts inner surface with a confluent layer of endothelial cells is regarded key to optimal performance, mainly by reducing thrombogenicity of the artificial interface.
This study investigates the growth of endothelial cells on peptide-modified PTFE and compares these results to those obtained on unmodified substrate. Coupling with the endothelial cell adhesive peptide Arg-Glu-Asp-Val (REDV) is performed via activation of the fluorin-containing polymer using the reagent sodium naphthalenide, followed by subsequent conjugation steps. Cell culture is accomplished using Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) and excellent cellular growth on peptide-immobilized material is demonstrated over a two-week period.

Cell-adhesiveness is key to many approaches in biomaterial research and tissue engineering. A step-by-step technique is presented using wet-chemistry for the surface modification of the important polymer PTFE with peptides.

Влажные химии и пептидный иммобилизации на политетрафторэтилена для улучшенного клеточной адгезии

Endowing materials surface with cell-adhesive properties is a common strategy in biomaterial research and tissue engineering. This is particularly ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

Сухой пленки фоторезиста на основе электрохимический биодатчик Microfluidic платформа: Изготовление устройств, на чипе Assay подготовка и работы системы

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps compared to standard metallographic sample preparation procedures. The paper proposes a novel bespoke rig for dynamic domain imaging with in situ BH (magnetic hysteresis) measurements and elaborates the protocols for the sensor preparation and the use of the rig to ensure accurate BH measurement. The protocols for static and ordinary dynamic domain imaging (without in situ BH measurements) are also presented. The reported method takes advantage of the convenience and high sensitivity of the traditional Bitter method and enables in situ BH measurement without interrupting or interfering with the domain wall movement processes. This facilitates establishing a direct and quantitative link between the domain wall movement processes&#8211;microstructural feature interactions in ferritic steels with their BH loops. This method is anticipated to become a useful tool for the fundamental study of microstructure&#8211;magnetic property relationships in steels and to help interpret the electromagnetic sensor signals for non-destructive evaluation of steel microstructures.

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample and sensor preparation procedures and the protocols for using the test rig particularly for dynamic domain imaging with in situ BH measurements in order to achieve optimal domain pattern quality and accurate BH measurements.

Оптимизированные настройки и протокол для визуализации магнитных доменов с в местах измерений Гистерезис

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of sophisticated microelectrodes with greater resolution and expanded capabilities. The progress in fabrication technology has supported the development of biomimetic electrodes, which aim to seamlessly integrate into the brain parenchyma, reduce the neuroinflammatory response observed after electrode insertion and improve the quality and longevity of electrophysiological recordings. Here we describe a protocol to employ a biomimetic approach recently classified as nano-architecture. The use of focused ion beam lithography (FIB) was utilized in this protocol to etch specific nano-architecture features into the surface of non-functional and functional single shank intracortical microelectrodes. Etching nano-architectures into the electrode surface indicated possible improvements of biocompatibility and functionality of the implanted device. One of the benefits of using FIB is the ability to etch on manufactured devices, as opposed to during the fabrication of the device, facilitating boundless possibilities to modify numerous medical devices post-manufacturing. The protocol presented herein can be optimized for various material types, nano-architecture features, and types of devices. Augmenting the surface of implanted medical devices can improve the device performance and integration into the tissue.

We have shown that the etching of nano-architecture into intracortical microelectrode devices may reduce the inflammatory response and has the potential to improve electrophysiological recordings. The methods described herein outline an approach to etch nano-architectures into the surface of non-functional and functional single shank silicon intracortical microelectrodes.

Сосредоточенная литография Ионного Луча для наноархитектур etch в микроэлектроды

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has been challenged. Here, we fabricate iron oxide nanoparticle shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform. Iron oxide nanoparticles serve as both magnetic and photothermal agents. Once intravenously injected, NSMs can be magnetically guided to the tumor site. Ultrasound triggers the release of iron oxide nanoparticles, facilitating the penetration of nanoparticles deep into the tumor due to the cavitation effect of microbubbles. Thereafter, magnetic hyperthermia and photothermal therapy can be performed on the tumor for combinational cancer therapy, a solution for cancer resistance due to the tumor heterogeneity. In this protocol, the synthesis and characterization of NSMs including structural, chemical, magnetic and acoustic properties were performed. In addition, the anti-cancer efficacy by thermal therapy was investigated using in vitro cell cultures. The proposed delivery strategy and combination therapy holds great promise in cancer treatment to improve both delivery and anticancer efficacies.

Presented here is a protocol for the fabrication of iron oxide nanoparticle-shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform for magnetic hyperthermia and photothermal combination cancer therapy.

Магнитные, акустические и оптические тройные микропузырьки для магнитной гипертермии и пототермической комбинированной терапии рака

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

Self-Assembly of Gamma-Modified Peptide Nucleic Acids into Complex Nanostructures in Organic Solvent Mixtures

Current strategies in DNA and RNA nanotechnology enable the self-assembly of a variety of nucleic acid nanostructures in aqueous or substantially hydrated media. In this article, we describe detailed protocols that enable the construction of nanofiber architectures in organic solvent mixtures through the self-assembly of uniquely addressable, single-stranded, gamma-modified peptide nucleic acid (&#947;PNA) tiles. Each single-stranded tile (SST) is a 12-base &#947;PNA oligomer composed of two concatenated modular domains of 6 bases each. Each domain can bind to a mutually complimentary domain present on neighboring strands using programmed complementarity to form nanofibers that can grow to microns in length. The SST motif is made of 9 total oligomers to enable the formation of 3-helix nanofibers. In contrast with analogous DNA nanostructures, which form diameter-monodisperse structures, these &#947;PNA systems form nanofibers that bundle along their widths during self-assembly in organic solvent mixtures. Self-assembly protocols described here therefore also include a conventional surfactant, Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), to reduce bundling effects.

This article provides protocols for the design and self-assembly of nanostructures from gamma-modified peptide nucleic acid oligomers in organic solvent mixtures.

Самосвечение гамма-модифицированных пептидных нуклеиновых кислот в сложные наноструктуры в органических растворителях

Current strategies in DNA and RNA nanotechnology enable the self-assembly of a variety of nucleic acid nanostructures in aqueous or substantially hydrated ...

Непрерывно перемешивают Анаэробные Digester Преобразование органических отходов в биогаз: настройки системы и основные операции

Резюме

Смотреть дополнительные видео

PLAYLIST