Name: construction and setup of a bench-scale algal photosynthetic bioreactor with temperature, light, and ph monitoring for kinetic growth tests
Uploaded: 2017-06-14T12:30:00
Duration: 10 min 8 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests at JoVE.com

يقر المؤلفون المؤسسة الوطنية للعلوم الحدود الناشئة في مجال البحث والابتكار (جائزة رقم 1332341) لتمويل هذا البحث. ويود الكتاب أيضا أن يعترف الدكتور أندرو غريشوب، وكذلك لابجاك و داكفاكتوري المجتمعات الدعم على الانترنت لمساعدتهم والمساعدة المقدمة في جميع أنحاء هذه العملية.

<ol>
	<li>Liu, X., Clarens, A. F., Colosi, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algae+biodiesel+has+potential+despite+inconclusive+results+to+date.">Algae biodiesel has potential despite inconclusive results to date.</a> Bioresour. Technol. 104, 803-806 (2012).</li><li>Chisti, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodiesel+from+microalgae.">Biodiesel from microalgae.</a> Biotechnol. Adv. 25 (3), 294-306 (2007).</li><li>Lardon, L., H&#233;lias, A., Sialve, B., Steyer, J. -. P., Bernard, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life-cycle+assessment+of+biodiesel+production+from+microalgae.">Life-cycle assessment of biodiesel production from microalgae.</a> Environ. Sci. Technol. 43 (17), 6475-6481 (2009).</li><li>Henry, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+Quantity+of+Gases+Absorbed+by+Water,+at+Different+Temperatures,+and+under+Different+Pressures.">Experiments on the Quantity of Gases Absorbed by Water, at Different Temperatures, and under Different Pressures.</a> Philos. Trans. R. Soc. London. 93 (1803), 29 (1803).</li><li>Wang, X., Hao, C., Zhang, F., Feng, C., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+the+growth+of+two+blue-green+algae+species+(Microsystis+aruginosa+and+Anabaena+spiroides)+by+acidification+treatments+using+carbon+dioxide.">Inhibition of the growth of two blue-green algae species (Microsystis aruginosa and Anabaena spiroides) by acidification treatments using carbon dioxide.</a> Bioresour. Technol. 102 (10), 5742-5748 (2011).</li><li>Juneja, A., Ceballos, R. M., Murthy, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Environmental+Factors+and+Nutrient+Availability+on+the+Biochemical+Composition+of+Algae+for+Biofuels+Production:+A+Review.">Effects of Environmental Factors and Nutrient Availability on the Biochemical Composition of Algae for Biofuels Production: A Review.</a> Energies. 6 (9), 4607-4638 (2013).</li><li>Bernard, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hurdles+and+challenges+for+modelling+and+control+of+microalgae+for+CO+2+mitigation+and+biofuel+production.">Hurdles and challenges for modelling and control of microalgae for CO 2 mitigation and biofuel production.</a> J. Process Control. 21 (10), 1378-1389 (2011).</li><li>Guest, J. S., van Loosdrecht, M. C. M., Skerlos, S. J., Love, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lumped+Pathway+Metabolic+Model+of+Organic+Carbon+Accumulation+and+Mobilization+by+the+Alga+Chlamydomonas+reinhardtii.">Lumped Pathway Metabolic Model of Organic Carbon Accumulation and Mobilization by the Alga Chlamydomonas reinhardtii.</a> Environ. Sci. Technol. 47 (7), 3258-3267 (2013).</li><li>Packer, A., Li, Y., Andersen, T., Hu, Q., Kuang, Y., Sommerfeld, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+neutral+lipid+synthesis+in+green+microalgae:+A+mathematical+model.">Growth and neutral lipid synthesis in green microalgae: A mathematical model.</a> Bioresour. Technol. 102 (1), 111-117 (2011).</li><li>Oren, 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+hundred+years+of+Dunaliella+research:+1905-2005.">A hundred years of Dunaliella research: 1905-2005.</a> Saline Systems. 1, 2 (2005).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

يوفر هذا النظام بر القدرة على رصد والتحكم على نطاق واسع الطحالب التجارب النمو الحركية، مما يسمح لمزيد من النتائج للتكرار من المقايسات التجريبية المستخدمة لقياس النمو. ومع ذلك، فهم القيود وعدم اليقين من قياسات أجهزة الاستشعار أمر بالغ الأهمية لضمان أن قراءات أجهزة الاستشعار تعكس بدقة ظروف المفاعل. ويشمل هذا الفهم المعرفة الأساسية لمبادئ القياس المعنية مع أجهزة الاستشعار، وعملية وتواتر المعايرة، وعدم اليقين القياس، وما يمكن استشعار لا يمكن قياس. على سبيل المثال، الاستجابة الكهربائية لمستشعر الضوء الموصوفة هنا ليست موزعة بالتساوي عبر نطاق الطيف المرئي، وقد تحتاج بعض عوامل التصحيح إلى تطبيقها على خرج المستشعر، وهذا يتوقف على كيفية تحليل بيانات الاستشعار هذه. مستويات درجة الحرارة والاختلافات هي أيضا في غاية الأهمية، والتغيرات في درجة الحرارة يمكن بشكل كبير فيفلوينس استجابة الاستشعار. فهم التداخلات المحتملة التي يمكن أن تؤثر على قراءات أجهزة الاستشعار أمر بالغ الأهمية أيضا؛ يمكن أن يكون هذا التداخل ضوضاء كهربائية محيطة من المبنى أو يمكن أن ينبع من بيئة القياس (على سبيل المثال، يمكن أن تؤثر أيونات الصوديوم بشكل كبير على قراءات الرقم الهيدروجيني عند قيم الرقم الهيدروجيني أكثر من 10) 12 . وعلاوة على ذلك، غمر تحقيقات متعددة في حل، وخاصة محلول الملح الأيونية للغاية وموصل، هو أيضا مصدر محتمل للتدخل. الأقطاب الكهربائية التي تقيس الرقم الهيدروجيني (أو القوة الأيونية، الأوكسجين المذاب، الذائب CO2، الخ ) حساسة بشكل خاص للضوضاء الكهربائية المحيطة ويمكن بسهولة المضطربة. تكييف إشارة المستخدمة لحماية إشارة القطب لا يمكن أن تضمن أن عوامل أخرى لن تتداخل مع قراءات التحقيق. وكجزء من مراقبة الجودة، ينبغي استخدام معدات مختبرية أخرى، مثل مسبار الرقم الهيدروجيني الذي يديره باليد، ومقياس الطيف باليد، ومقياس الحرارة للتحقق من tوقال انه الاستشعار قراءات وضمان أن يتم إعداد النظام وتشغيلها بشكل صحيح. ومن القيود الأخرى التي يجب معالجتها التأثير المحتمل للطحالب و / أو بيئة الاستزراع على أجهزة الاستشعار. على سبيل المثال، إذا غطت الحطام أو الفقاعات الطحلبية مستقبلات الصمام الضوئي لمستشعر الضوء، سوف تتأثر القراءات. وبالمثل، الأقطاب درجة الحموضة حساسة للغاية وتتطلب المزيد من الرعاية لضمان قراءات دقيقة. تعمل هذه الأقطاب عن طريق قياس فرق الجهد عبر تقاطع داخلي بسبب تراكم الأيونات H + . مطلوب طبقة عازلة رطبة داخل التحقيق للحفاظ على قياسات دقيقة 12 . اعتمادا على الظروف داخل المفاعل، سوف تختفي هذه الطبقة، وقد تتغير استجابة جهاز الاستشعار على مدار التجربة أثناء غمر المجس. في الاختبارات الأولية، خرج الجهد الرقم الهيدروجيني لم ينجرف من قبل أكثر من 0.2 ~ وحدة درجة الحموضة على مدى تجربة لمدة 20 يوما، ولكن ينبغي إجراء المزيد من التقييمات لتوصيف هذا التغيير في استجابة أجهزة الاستشعار ولتحديد أقصى زمن تشغيل تجريبي، خاصة إذا كانت هناك حاجة إلى تعديلات / كميات حموضة دقيقة. العديد من النظم الحالية على نطاق واسع بر التي بنيت لتحليل نمو الطحالب لا رصد ومراقبة بيئة الثقافة الداخلية كما هو محكم عند الضرورة لمعرفة كيف تؤثر العوامل المختلفة النمو الطحالب، منذ وضع نظم بهذه الطريقة يمكن أن يكون تحديا. هذا البروتوكول يمكن أن تساعد في تسهيل التجارب أكثر تسيطر من خلال إعطاء تعليمات خطوة بخطوة لبناء بر مع رصد في الوقت الحقيقي. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام هذه البيانات الحية ليس فقط لتحسين السيطرة على الظروف التجريبية، ولكن يمكن أن تستخدم لتقدير حركية النمو (على سبيل المثال، قراءات الكثافة البصرية كمرجع لمعدلات النمو العامة). يمكن أن تساعد النظم التجريبية التي تسيطر عليها لجعل البحوث الطحالب أكثر استنساخه. مقعد مقياس بر sإتوبس التي يتم مراقبتها والسيطرة عليها يمكن أن تزيد من الكفاءة التجريبية من خلال التقليل من القطع الأثرية غير المقصودة في التصميم التجريبي ويمكن أن تساعد على دفع الجهود المبذولة لجعل الوقود الحيوي الطحالب مصدر الوقود البديل المستدام.

وبسبب المخاوف المتزايدة بشأن تغير المناخ العالمي وموارد الوقود الأحفوري المحدودة، تقوم الحكومات بوضع سياسات للحد من استهلاك الوقود الأحفوري وتشجيع تطوير أنواع جديدة من وقود النقل المستدام. وقد وضعت وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة معيار الوقود المتجددة (رفس)، الذي يتطلب أن 36 من 140 مليار غالون السنوية من مزيج الوقود النقل الأمريكية تأتي من مصادر الوقود المتجددة بحلول عام 2022. سوف تكون التكنولوجيات المبتكرة والتحويلية اللازمة لتلبية هذه و معايير الطاقة المتجددة في المستقبل 1 . إن استخدام الوقود الحيوي القائم على الطحالب الدقيقة لديه القدرة على المساعدة في تلبية الطلب على الطاقة الوطنية مع تقليل انبعاثات غازات الدفيئة 2 . والوقود الحيوي القائم على الطحالب الدقيقة له مزايا عديدة مقارنة بالجيل الأول من الوقود الحيوي استنادا إلى المحاصيل الغذائية الأرضية مثل الذرة وفول الصويا. خلافا للجيل الأول من الوقود الحيوي، الطحالب بحيث يستهلك الوقود الحيوي أقل كمية من الأراضي والمياه والموارد ذات الصلة بالأغذية، حيث يمكن زراعة الطحالب على مدار السنة وعلى الأراضي الجرداء التي تستخدم المياه المالحة أو مياه الصرف الصحي. الطحالب الدقيقة لديها معدلات نمو عالية مقارنة المحاصيل الأرضية ويمكن أن تتراكم مستويات عالية من الدهون، والتي يمكن تحويلها بسهولة إلى وقود الديزل الحيوي 3 . وفي الوقت الراهن، لا توجد مصانع على نطاق صناعي من الطحالب إلى الوقود الحيوي بسبب ارتفاع تكاليف عمليات الإنتاج كثيفة الاستهلاك للطاقة، والتي تتكون من زراعة الطحالب، وفصل الدهون، وتكرير الدهون في وقود الديزل الحيوي. ويلزم إجراء المزيد من البحوث لجعل هذه العمليات أكثر كفاءة واستدامة. وتعتبر بر، التي هي واضحة بصريا، المنشآت المغلقة لإنتاج الكائنات الحية الدقيقة فوتوتروفيك في بيئة اصطناعية، واحدة من أكثر الطرق الواعدة زراعة 3 . ومع ذلك، فإن التصاميم الحالية لا تزال تفتقر إلى الإنتاجية الحجمية اللازمة لجعل إنتاج الطحالب إلى الوقود الحيويإس أكثر كفاءة وجاذبية اقتصاديا 4 . النماذج الرياضية القوية التي تأخذ في الاعتبار الإشعاع الخفيف والتوهين، ونقل المواد الغذائية و CO2، ونمو الطحالب الدقيقة يمكن أن يسهل إلى حد كبير تحسين تصميم بر وتشغيلها. ويلزم إجراء تجارب نمو على نطاق المقياس لتحديد بارامترات النمو الخاصة بالنوع بالنسبة إلى نماذج التحسين هذه. الاختبارات الحركية تتطلب الرصد الدقيق والسيطرة على الاجهزة التجريبية لمنع مثبطات غير مقصودة للنمو. وبالنظر إلى طبيعة التمثيل الضوئي للطحالب ( أي استهلاكها من ثاني أكسيد الكربون وامتصاص الضوء)، فإن الحفاظ على الظروف الخاضعة للرقابة أمر صعب بوجه خاص في عمليات بر على نطاق المقعد. كما هو مبين في المعادلة 1 ، وكمية من ثاني أكسيد الكربون المذاب في وسط النمو، وعادة ما يشار إليها باسم <img alt="معادلة" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq1.jpg" /> ( المعادلة 2 )، على الأقل، أوظيفة: 1) الضغط الجزئي كو 2 والتوازن هنري، الذي يملي كمية الغاز التي سوف تذوب في حل ( المعادلة 3 ). 2) التركيب الكيميائي الأولي لمتوسط ​​النمو، مما يؤثر على انماء ونشاط أيونات الكربونات ودرجة الحموضة ( المعادلات 4 و 5 )؛ و 3) درجة الحرارة، مما يؤثر على المعادلات 3-5 5 . <img alt="معادلة" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq2.jpg" /> <img alt="معادلة" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq3.jpg" /> <img alt="معادلة" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq4.jpg" /> <img alt="معادلة" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq5.jpg" /> <img alt="معادلة" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq6.jpg" /> إن المراحل المختلفة والكيميائية من الكربون خلق تحديا لقياس والحفاظ على تركيز الكربون المذاب ثابت داخل بر وي(على سبيل المثال، يزيد الرقم الهيدروجيني مع الطحالب تستهلك ثاني أكسيد الكربون، وزيادة الركيزة ثاني أكسيد الكربون المذاب يمكن أن يؤدي إلى بيئة حمضية التي تمنع النمو) 6 . طبقة إضافية من التعقيد للسيطرة على الظروف أثناء الاختبارات الحركية الطحالب ينطوي على شدة الضوء داخل بر. متوسط ​​شدة الضوء داخل بر هو وظيفة ليس فقط كثافة الضوء الساقط، ولكن أيضا التصميم (على سبيل المثال، المواد والشكل والعمق، والاختلاط)، وامتصاص مكونات الكتلة الحيوية الطحلبية (وخاصة الكلوروفيل) نثر خصائص الخلايا الطحالب. كما تنمو الطحالب، فإن متوسط ​​شدة الضوء تنخفض. هذا التغيير في شدة الضوء، سواء الناجمة عن زيادة في إجمالي الخلايا والكتلة الحيوية، وزيادة في محتوى الكلوروفيل في الخلية، أو كليهما، يمكن أن تحفز في نهاية المطاف الاستجابة الأيضية، مثل زيادة في بروتين الكلوروفيلكتيون لكل خلية أو استخدام الكربوهيدرات والدهون تخزين المنتجات للطاقة 7 . ويوفر الرصد المستمر لشدة الضوء من داخل المفاعل معلومات لا تقدر بثمن. ويمكن أن تساعد هذه البيانات في ضمان بقاء الظروف ضمن نطاق محدد، ويمكن استخدامها للمساعدة في تقدير نمو الطحالب ومعلمات الامتصاصية إذا ما تم دمجها مع قياسات أخرى ( أي الكتلة الحيوية، وتركيز الكلوروفيل، وعمق المفاعل، والضوء الحادث، وما إلى ذلك ). فهم كيفية نمو الطحالب تحت مجموعة محددة من الظروف يتطلب أن يتم رصد الرقم الهيدروجيني، ذوبان كو 2 ، شدة الضوء، ودرجة الحرارة في التجارب الحركية على نطاق مقاعد البدلاء. العديد من الإعدادات الطحالب النمو ليست مجهزة لمراقبة الظروف إلى الحد المطلوب لمعايرة النماذج الحركية، مما يجعل عملية النمذجة صعبة للغاية 8 . على الرغم من أن العديد من الشركات تقدم مقاعد بر على نطاق واسع مع الأتمتة والسيطرة، وهذه مقاعد البدلاءيمكن أن تكون الأجهزة الإلكترونية مكلفة للغاية (~ 20،000 دولار أمريكي) وقد لا تستوعب جميع الاعتبارات التجريبية لمسألة بحثية معينة. الخطوة الأولى في إنشاء نظام مراقبة ردود الفعل لتجربة الدفعة هي الحصول على البيانات الحية. وتهدف هذه الورقة إلى إظهار كيفية بناء وإنشاء بر على نطاق مقاعد البدلاء مجهزة ضوء المستمر، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة الرصد. هذا الإعداد رصد في الوقت الحقيقي يمكن أن تساعد على ضمان أن تبقى الظروف التجريبية ضمن النطاقات المطلوبة، وفقا لتقدير الباحث. في حين أن هذا البروتوكول لا تفاصيل آليات مراقبة محددة، وهذه التعليمات خطوة بخطوة توفر الأساس الأساسي لإطار الحصول على البيانات المطلوبة قبل تنفيذ التغذية المرتدة السيطرة أكثر تطورا.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="782">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Cast acrylic sheets</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">8560K244</td>
			<td style="width:345px;">7/8&#39;&#39; thick, 12x36&#39;&#39;, optically-clear, the size of sheets purchased will depend on reactor dimensions.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">Acrylic cement</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">7517A4</td>
			<td style="width:345px;">Scigrip plastic pipe cement, #4SC nonwhitening for acrylic. Not needed if gaskets and screws are used for PBR assembly.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Acrylic cement applicator needle</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">75165A136</td>
			<td style="width:345px;">Acrylic cement applicator needle, 25 Gauge, 1&#34;, Stainless steel, PTFE lined.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Plastic dispensing bottle for acrylic cement</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">7544A67</td>
			<td style="width:345px;">Plastic dispensing bottle, 2-oz size, packs of 5.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Viscous acrylic cement</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">7515A11</td>
			<td style="width:345px;">Scigrip plastic pipe cement. Medium-bodied acrylic cement to seal in any gaps within PBR body.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">PG-13.5 thread tap</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">2485A14</td>
			<td style="width:345px;">Can be used to help secure pH electrode to lid (if applicable).</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">PBR and lid</td>
			<td style="width:133px;">NCSU Precision Machine Shop</td>
			<td style="width:135px;">Karam Algae 3.2L Reactor Revision E</td>
			<td style="width:345px;">This machine shop is open to public for business. Contact shop manager.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">pH sensor</td>
			<td style="width:133px;">Hamilton</td>
			<td style="width:135px;">238643</td>
			<td style="width:345px;">EasyFerm Plus 120, autoclavable, millivolt output.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Light sensor</td>
			<td style="width:133px;">Apogee Instruments</td>
			<td style="width:135px;">SQ-225</td>
			<td style="width:345px;">Amplified 0-5 volt electric calibration quantum sensor, water-proof.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Temperature sensor</td>
			<td style="width:133px;">LabJack</td>
			<td style="width:135px;">EI1034</td>
			<td style="width:345px;">Stainless steel, water-proof temperature sensor.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">pH transmitter wire with BNC end</td>
			<td style="width:133px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:135px;">HAM355173-1EA</td>
			<td style="width:345px;">This wire will vary with type of pH probe. Make sure wire is compatible with pH probe and has BNC connector end.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Unity gain pre-amplifier</td>
			<td style="width:133px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:135px;">PHTX-21</td>
			<td style="width:345px;">Signal processing amplifier for pH electrode needed for high-impedance pH readings.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Coaxial adapter, BNC female-to-binding post</td>
			<td style="width:133px;">Amazon</td>
			<td style="width:135px;">SMAKN B00NGD5K80</td>
			<td style="width:345px;">For connecting pH signal from pre-amplifier to microcontroller.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Capacitor (1000 uF)</td>
			<td style="width:133px;">Amazon</td>
			<td style="width:135px;">Nichicon BCBI4950</td>
			<td style="width:345px;">For low-pass filter.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Resistor (1000 ohm)</td>
			<td style="width:133px;">Radio Shack</td>
			<td style="width:135px;">2711321</td>
			<td style="width:345px;">For low-pass filter.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Hookup wire</td>
			<td style="width:133px;">RadioShack</td>
			<td style="width:135px;">2781222</td>
			<td style="width:345px;">For making low-pass filters, connecting sensors to microcontroller, and wiring motor.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Heat shrink tubing</td>
			<td style="width:133px;">RadioShack</td>
			<td style="width:135px;">2781611</td>
			<td style="width:345px;">For low-pass filter assembly.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">Data acquisition and control unit</td>
			<td style="width:133px;">LabJack</td>
			<td style="width:135px;">LabJack U6</td>
			<td style="width:345px;">To process electrical signal from sensors and communicate with data acquisition and control software.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">DAQFactory data acquisition software</td>
			<td style="width:133px;">DAQFactory</td>
			<td style="width:135px;">DAQFactory Express Release 5.87c Build: 2050</td>
			<td style="width:345px;">Free to download, for up to 10 channels.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Mini DC-gearmotor</td>
			<td style="width:133px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:135px;">6331K31</td>
			<td style="width:345px;">Motor for mixer impeller.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Impeller and shaft</td>
			<td style="width:133px;">N/A</td>
			<td style="width:135px;">N/A</td>
			<td style="width:345px;">Email authors for 3D files.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Variable DC power supply</td>
			<td style="width:133px;">Amazon</td>
			<td style="width:135px;">Tekpower HY1803D</td>
			<td style="width:345px;">Variable DC power supply, 0-18V @ 0-3A.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Grow Lamp</td>
			<td style="width:133px;">HydroGrow</td>
			<td style="width:135px;">SOL-1</td>
			<td style="width:345px;">This exact model is no longer available.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">Incubator</td>
			<td style="width:133px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:135px;">Precision Model 818</td>
			<td style="width:345px;">This particular incubator can withstand an internal heat source since this unit&#39;s cooling compressors run non-stop regardless of temperature setting.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction and setup of a bench-scale algal photosynthetic bioreactor with temperature, light, and ph monitoring for kinetic growth tests

إن التصميم الأمثل والتشغيل الأمثل للمفاعلات الحيوية التمثيلية لزراعة الميكروغرال أمر ضروري لتحسين الأداء البيئي والاقتصادي لإنتاج الوقود الحيوي القائم على الطحالب الدقيقة. النماذج التي تقدر النمو الجزئي في ظروف مختلفة يمكن أن تساعد على تحسين تصميم بر وتشغيلها. ولكي تكون فعالة، يجب تحديد معايير النمو المستخدمة في هذه النماذج بدقة. وغالبا ما تقيد تجارب نمو الطحالب بالطبيعة الدينامية للبيئة الثقافية، وهناك حاجة لأنظمة التحكم لتحديد المعلمات الحركية بدقة. الخطوة الأولى في إعداد تجربة دفعة تسيطر عليها هو حيازة البيانات الحية والرصد. هذا البروتوكول يحدد عملية لتجميع وتشغيل مفاعل حيوي الضوئي على نطاق مقاعد البدلاء التي يمكن استخدامها لإجراء تجارب النمو ميكروغرغال. يصف هذا البروتوكول كيفية حجم وتجميع لوحة مسطحة، بر على نطاق مقاعد البدلاء من الاكريليك. كما أنها تفصل كيفية تكوينإعادة بر مع المستمر درجة الحموضة، والضوء، ودرجة الحرارة الرصد باستخدام وحدة الحصول على البيانات والتحكم، وأجهزة الاستشعار التناظرية، وبرامج الحصول على البيانات مفتوحة المصدر.

البيانات من هذا النظام رصد في الوقت الحقيقي تظهر بيئة زراعة ديناميكية للطحالب ضمن بر على نطاق مقاعد البدلاء وتسليط الضوء على الحاجة إلى مراقبة ومراقبة النظام. وتظهر بيانات درجة الحرارة المسجلة ( الشكل 6 ) كيف الإضاءة الخفيفة، ودرجة حرارة الهواء الحاضنة، وتبديد الطاقة المرتبطة نمو الطحالب يمكن أن تغير درجة الحرارة داخل بر وكيف يمكن استخدام البيانات في الوقت الحقيقي لضبط ضوابط درجة حرارة الحاضنة، حسب الحاجة. الضوء المقاس على مدى التجربة يؤكد كذلك على الطبيعة الديناميكية لهذه البيئة المتنامية. وكما لوحظ في الشكل 7 ، فإن قراءة مستشعر الضوء، المقاسة ككثافة تدفق الفوتون الضوئي (بفد؛ μE-m -2 s -1 ) كانت 100 ~ بفد قبل إضافة الطحالب وإسقاطها على الفور إلى 85 بفد أفتر بتطعيم المفاعل مع ثقافة الطحالب. استمر انخفاض الضوء إلى أقل من 5 بفد في اليوم 7. ويعزى هذا الانخفاض في شدة الضوء إلى زيادة الكتلة الحيوية وتعداد الخلايا، و / أو زيادة الامتصاص عن طريق زيادة محتوى الكلوروفيل، مما يدل على أن الطحالب نشطة من خلال يوم 7، على الرغم من انخفاض وعلى ضوء مستويات. وهناك حاجة إلى قياسات بيولوجية إضافية لإجراء مزيد من الاستدلالات. وتظهر بيانات الرقم الهيدروجيني المسجلة باستمرار أنه بشكل عام، تم التحكم في الرقم الهيدروجيني بشكل كاف خلال هذه التجربة مع خوارزمية التحكم في درجة الحموضة المنفذة ( الشكل 8 ). هذه البيانات، والتي تظهر على حد سواء قراءات دقيقة تلو الأخرى ومتوسطات ساعة، تظهر بضع نقاط رئيسية حول زراعة الطحالب ورصد درجة الحموضة في الوقت الحقيقي. أولا، ارتفع الرقم الهيدروجيني فوق نقطة مجموعة المطلوب من 7.6 مباشرة بعد تطعيم بر مع الطحالب. وكان من المتوقع حدوث هذا التغيير، حيث أن بذور الثقافة التي أضيفت إلى بر كانت أبH قيمة أعلى من نقطة مجموعة، منذ قارورة المستخدمة في نمو اللقاح لم يتم التحكم في درجة الحموضة. ثانيا، هذه البيانات الحية يسلط الضوء على كيفية أقطاب حساسية الرقم الهيدروجيني هي الضوضاء الكهربائية الخارجية. ويلاحظ هذه الحساسية من خلال قفزة جذرية في قيم القطب بين يوم 1 واليوم 2. هذه التغيرات المفاجئة في قيم الرقم الهيدروجيني من المرجح أن تنشأ عن الضوضاء الكهربائية من صمام الملف اللولبي من الإعداد التجريبي المجاور. أدى هذا الاضطراب الكهربائي قبل الأوان خوارزمية السيطرة الرقم الهيدروجيني لحقن كو 2 في بر. ونتيجة لذلك، انخفض الرقم الهيدروجيني أقل من نقطة مجموعة المطلوب. حساسية أقطاب الرقم الهيدروجيني يمكن أن يؤدي إلى المتطرفة المتطرفة ويمكن أن يحتمل أن تعطل أنظمة التحكم. <img alt="الشكل 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig3.jpg" /> الشكل 3: استجابة الرقم الهيدروجيني والمعايرة مثال الرسوم البيانية. ( أ ) مثال على الرسم البياني للاستجابة ل( ب ) مثال الرسم البياني المعايرة لمستشعر الرقم الهيدروجيني، مع معادلة لاستخدامها للتحويل. يظهر تحليل الانحدار فاصل الثقة 95٪. أشرطة الخطأ غير مرئية (خطأ قياسي أقل من 0.03٪). وتظهر هذه الرسوم البيانية أن أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني متصلة بشكل صحيح وأن إشارة لها كانت ثابتة جدا. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig6.jpg" /> الشكل 6: قياسات درجة الحرارة داخل بر خلال تجربة لمدة 7 أيام. وتمثل النقاط الزرقاء الداكنة متوسطات ساعة واحدة لبيانات الاستشعار، وتمثل النقاط الزرقاء الفاتحة قراءات أجهزة الاستشعار المكتسبة خلال دقيقة واحدة (توقيت اقتناء 1 ثانية، ومتوسط ​​طول 60)، وتحويلها إلى درجة حرارة باستخدام عوامل التحويل التي توفرها الشركة المصنعة. السهام السوداء شو<html> ث عندما تم ضبط إعداد درجة حرارة الحاضنة للحفاظ على درجة حرارة الاستزراع حول 25 درجة مئوية (يتم تعيين هذه النقطة المطلوبة مع خط أحمر، منقط). وتعود التقلبات في درجة الحرارة إلى نمو الطحالب والتغيرات في درجة حرارة الحاضنة. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig7.jpg" /> الشكل 7: القياسات الخفيفة ضمن بر خلال تجربة لمدة 7 أيام. تمثل النقاط الزرقاء الداكنة معدل 1 h من بيانات أجهزة الاستشعار، وتمثل النقاط الزرقاء الفاتحة قراءات أجهزة الاستشعار المكتسبة على مدى دقيقة واحدة (توقيت اقتناء 1 ثانية، ومتوسط ​​طول 60)، وتحويلها إلى بفد باستخدام قيم المعايرة الافتراضية لجهاز استشعار الضوء.&quot;&gt; الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. <img alt="الشكل 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig8.jpg" /> الشكل 8: قياسات الرقم الهيدروجيني داخل بر خلال تجربة 7 أيام. تمثل النقاط الزرقاء الداكنة متوسطات ساعة واحدة من بيانات أجهزة الاستشعار، وتمثل النقاط الزرقاء الفاتحة قراءات أجهزة الاستشعار المسجلة كل دقيقة واحدة (توقيت اقتناء 0.1 ثانية، متوسط ​​طول 600) وتحويلها إلى الرقم الهيدروجيني باستخدام معادلة التحويل المنشأة عبر المعايرة. تم الحفاظ على الرقم الهيدروجيني بين 7.6 و 7.5 باستخدام 99٪ كو 2 حقن الغاز. وتشير الخطوط الحمراء المنقطة إلى مدى درجة الحموضة المرغوبة. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig8large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests at JoVE.com

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

وتصف هذه الورقة عملية التجميع وتشغيل مفاعل حيوي ضوئي يمكن استخدامه، بالاقتران مع أساليب أخرى، لتقدير بارامترات النمو الحركي ذات الصلة. هذا النظام يراقب باستمرار الرقم الهيدروجيني، والضوء، ودرجة الحرارة باستخدام أجهزة الاستشعار، والحصول على البيانات وحدة التحكم، وبرامج الحصول على البيانات مفتوحة المصدر.

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 ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Mass Cytometry: Protocol for Daily Tuning and Running Cell Samples on a CyTOF Mass Cytometer

الخلوي الجماعي: بروتوكول لضبط اليومية وعينات الخلايا تشغيل عداد الكريات الشامل على CyTOF

In recent years, the rapid analysis of single cells has commonly been performed using flow cytometry and fluorescently-labeled antibodies. However, the ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

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 ...

Operation of a Benchtop Bioreactor

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

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 ...

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

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

الإعداد الأمثل وبروتوكول لتصوير المجال المغناطيسي مع القياس التباطؤ في الموقع

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

Construction of a Multilayered Mesenchymal Stem Cell Sheet with a 3D Dynamic Culture System

بناء ورقة الطبقات الوسيطة من الخلايا الجذعية مع نظام 3D دينامية الثقافة

Stem cell therapy shows a promising future in regenerating injured organ and tissues, and the cell sheet technique has been developed to improve the low ...

Construction of a Wireless-Enabled Endoscopically Implantable Sensor for pH Monitoring with Zero-Bias Schottky Diode-based Receiver

بناء جهاز استشعار قابل للزرع بالمنظار يعمل لاسلكيا لمراقبة الرقم الحموضة مع جهاز استقبال قائم على ثنائي الثنائي صفر التحيز

Ambulatory pH monitoring of pathological reflux is an opportunity to observe the relationship between symptoms and exposure of the esophagus to acidic or ...

A Friction Testing-Bioreactor Device for Study of Synovial Joint Biomechanics, Mechanobiology, and Physical Regulation

جهاز اختبار الاحتكاك - المفاعل الحيوي لدراسة الميكانيكا الحيوية للمفصل الزليلي ، وعلم الأحياء الميكانيكي ، والتنظيم الفيزيائي

In primary osteoarthritis (OA), normal 'wear and tear' associated with aging inhibits the ability of cartilage to sustain its load-bearing and lubrication ...

Multi-Stream Perfusion Bioreactor Integrated with Outlet Fractionation for Dynamic Cell Culture

مفاعل حيوي متعدد التيار للتروية مدمج مع تجزئة المخرج لزراعة الخلايا الديناميكية

Certain cell and tissue functions operate within the dynamic time scale of minutes to hours that are poorly resolved by conventional culture systems. This ...