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

המחברים מודים הקרן הלאומית למדע מתעוררים גבולות במחקר וחדשנות (פרס # 1332341) למימון מחקר זה. המחברים היו גם רוצים להודות ד&quot;ר אנדרו Grieshop, כמו גם LabJack ו DAQfactory קהילות תמיכה מקוונות על העזרה שלהם וסיוע המוצעים לאורך כל התהליך הזה.

<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>

למחברים אין מה לחשוף.

מערכת PBR זו מציעה את היכולת לפקח ולשלוט בקנה מידה הספסל אצות קינטי ניסויים הצמיחה, המאפשר תוצאות חוזרות יותר מן מבחני ניסיוני המשמש לכמת צמיחה. עם זאת, הבנה של מגבלות ואי וודאויות של מדידות חיישן הוא קריטי כדי להבטיח את קריאות חיישן לשקף במדויק את תנאי הכור. הבנה זו כוללת ידע בסיסי בעקרונות המדידה הכרוכים בחיישנים, בתהליך ובכיול של הכיול, באי הוודאות של המדידה, ומה החיישן יכול ולא ניתן למדוד. לדוגמה, התגובה החשמלית של חיישן האור המתואר כאן אינה מופצת באופן שווה על פני טווח הספקטרום הגלוי, ויש צורך ליישם גורמי תיקון מסוימים על פלט החיישן, בהתאם לאופן ניתוח נתוני החיישן. רמות טמפרטורה וריאציות הם גם מאוד חשוב, כמו שינויים בטמפרטורה יכול באופן דרסטי פנימהשוטפים את תגובת החיישן. הבנת הפרעות פוטנציאליות שעלולות להשפיע על קריאות החיישנים חשובה אף היא. הפרעה זו יכולה להיות רעש חשמלי סביב הבניין או עלולה לנבוע מסביבת המדידה ( למשל, יונים נתרן יכול להשפיע באופן דרסטי על קריאות pH בערכי pH מעל 10) 12 . יתר על כן, הטמנת בדיקות מרובות לפתרון, במיוחד תמיסת מלח יונית ומוליכה, היא גם מקור פוטנציאלי להפרעה. אלקטרודות למדידת ה- pH (או כוח יונית, חמצן מומס, מומס CO 2 , וכו &#39; ) רגישים במיוחד רעש חשמל הסביבה יכול להיות מוטרד בקלות. מיזוג אותות המשמש להגנה על אות האלקטרודה אינו יכול להבטיח כי גורמים אחרים לא יפריעו לקריאה בדיקה. במסגרת בקרת איכות, ציוד מעבדה אחר, כגון בדיקה הידנית pH, ספקטרומטר ביד, ומדחום, יש להשתמש כדי לאמתהוא קריאות חיישן כדי להבטיח כי המערכת היא להגדיר ולהפעיל כראוי. מגבלה נוספת שיש לטפל בה היא ההשפעה האפשרית של אצות ו / או הסביבה culturing על החיישנים. לדוגמה, אם פסולת אגל או בועות לכסות את הקולטן photodiode של חיישן האור, הקריאות יושפעו. באופן דומה, אלקטרודות pH רגישים מאוד ודורשים טיפול נוסף כדי להבטיח קריאה מדויקת. אלקטרודות אלה פועלות על ידי מדידת הפרש מתח על פני צומת פנימית עקב הצטברות של יונים H; שכבת חיץ hydrated בתוך בדיקה נדרש לשמור על מדידות מדויקות 12 . בהתאם לתנאים בתוך הכור, שכבה זו תתפוגג, ותגובת החיישן עשויה להשתנות במהלך הניסוי בזמן שהשקע שקוע. בבדיקות מקדימות, התפוקה של מתח ה- pH לא נסחפה על ידי יותר מ -0 ~ 0.2 יחידות pH במהלך הניסוי של 20 יום, אך יש לבצע הערכות נוספות כדי לאפיין את השינוי בתגובת החיישן ולהקים זמני ריצה ניסיוניים מקסימליים, במיוחד אם יש צורך בהתאמות / כימות עדינות. רבים מהמערכות הנוכחיות של ספקטרום ה- PBR שנבנו כדי לנתח את התפתחות האצות, אינם מפקחים על סביבת התרבות הפנימית ומבקרים אותה, כפי שנדרש כדי להבחין בין גורמים שונים המשפיעים על צמיחת האצות, שכן הקמת מערכות בדרך זו יכולה להיות מאתגרת. פרוטוקול זה יכול לסייע בניסויים מבוקרים יותר על ידי מתן הוראות שלב אחר שלב לבניית PBR עם ניטור בזמן אמת. יתר על כן, נתונים אלה חיים ניתן להשתמש לא רק כדי לשלוט טוב יותר בתנאים ניסיוניים, אבל זה יכול להיות מנוצל כדי להעריך קינטיקה הצמיחה ( למשל, קריאות צפיפות אופטית כמו התייחסות לשיעורי צמיחה כללית). מערכות ניטור מבוקר יכול לעזור לעשות מחקר אצות לשעתקו יותר. ספסל PBR בקנה מידה של sEtups כי הם בפיקוח ומבוקר יכול להגביר את היעילות הניסויית על ידי מזעור חפצים לא רצויים בעיצוב ניסיוני יכול לעזור לקדם את המאמצים להפוך דלק ביולוגי אלק, מקור דלק חלופי בר קיימא.

בשל חששות גוברים על שינוי האקלים העולמי ומשאבים דלק מאובנים סופית, ממשלות כבר בפיתוח מדיניות להפחתת צריכת הדלקים המאובנים ולעודד את הפיתוח של דלקי תחבורה חדשים, בר קיימא. הסוכנות האמריקאית להגנת הסביבה פיתחה את תקן הדלקים המתחדשים (RFS), הדורש ש -36 מתוך 140 מיליארד הגלונים בשנה של דלק התחבורה בארה&quot;ב יגיעו ממקורות דלק מתחדשים עד שנת 2022. טכנולוגיות חדשניות וטרנספורמטיביות יידרשו כדי לעמוד בהן תקנים עתידיים של אנרגיה מתחדשת. השימוש ביו דלקים מבוססי מיקרואורגני יש פוטנציאל לעזור לפגוש את RFS הלאומי תוך הפחתת פליטת גזי החממה 2 . דלקים ביולוגיים המבוססים על מיקרואלגה הם בעלי מספר יתרונות בהשוואה לדלקים ביולוגיים מהדור הראשון המבוססים על גידולי מזון יבשתיים, כגון תירס ופולי סויה. שלא כמו בדלקים מהדור הראשון, אצות-בכמו דלקים ביולוגיים צורכים פחות מים, מים, ומשאבים הקשורים למזון, שכן אצות יכול להיות מעובד כל השנה על קרקע צחיחה באמצעות מים מלוחים או שפכים. Microalgae יש שיעורי צמיחה גבוהים לעומת יבולים יבשתיים יכול לצבור רמות גבוהות של שומנים, אשר ניתן להמיר בקלות ביודיזל 3 . נכון לעכשיו, אין בקנה מידה תעשייתי צמחים אצות אל דלק ביולוגי קיימים בשל עלויות גבוהות של תהליכי ייצור עתירי אנרגיה, אשר מורכבים טיפוח אצות, הפרדת שומנים, זיקוק השומנים לתוך ביו דיזל. נדרש מחקר נוסף כדי להפוך את התהליכים הללו ליותר יעילים וברי קיימא. PBRs, אשר אופטית ברור, מתקנים סגורים לייצור מיקרואורגניזמים phototrophic בסביבה מלאכותית, נחשבים אחת שיטות טיפוח המבטיחים ביותר 3 . עם זאת, עיצובים הנוכחי עדיין חסרים את הפרודוקטיביות volumetric הדרושים כדי להפוך את אצות לייצור דלק ביולוגיEss יעיל יותר ומושך מבחינה כלכלית 4 . מודלים מתמטיים רבי עוצמה, המשקפים את קרינת האור ואת הנחתה, את ההובלה של חומרים מזינים ו- CO 2 , ואת הצמיחה של המיקרואלגאזות יכול מאוד להקל על האופטימיזציה של תכנון PBR ותפעול. ניסויים בקנה מידה ספסל הצמיחה נדרשים לקבוע מינים ספציפיים צמיחה פרמטרים עבור מודלים אלה אופטימיזציה. בדיקות קינטית דורשות ניטור זהיר ושליטה של ​​setups ניסיוני כדי למנוע מעכבי לא רצויות של צמיחה. בהתחשב בטבע הפוטוסינתטי של אצות ( כלומר, צריכתם של CO 2 וקליטת האור), שמירה על תנאים מבוקרים היא קשה במיוחד ב PBRs בקנה מידה הספסל. כפי שמתואר משוואה 1 , כמות של CO 2 מומס במדיום הצמיחה, המכונה בדרך כלל <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq1.jpg" /> ( משוואה ) 2 תהיה, לכל הפחות, אהפונקציה של: 1) הלחץ החלקי CO2 ושיווי המשקל של הנרי, אשר מכתיב את כמות הגז כי יתמוסס פתרון ( משוואה 3 ); 2) ההרכב הכימי הראשוני של המדיום הצמיחה, אשר משפיע על speciation ופעילות של יוני פחמתי pH ( משוואות 4 ו - 5 ); ו 3) הטמפרטורה, אשר משפיע על משוואות 3-5 5 . <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq2.jpg" /> <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq3.jpg" /> <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq4.jpg" /> <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq5.jpg" /> <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq6.jpg" /> השלבים השונים והייחוס הכימי של הפחמן יוצרים אתגר למדידת ושמירה על ריכוז פחמימות מומס עקבי בתוך PBR whiLe מחזיק תנאים אחרים קבוע ( למשל, ה- pH עולה כמו אצות צורכים CO 2 , והגדלת המצע CO 2 מומס יכול להוביל בסביבה חומצית המעכב צמיחה). שכבה נוספת של המורכבות לשליטה בתנאים במהלך בדיקות קינטית אצות כרוך בעוצמת האור בתוך PBR. עוצמת האור הממוצעת בתוך PBR היא פונקציה של עוצמת האור לא רק, אלא גם את העיצוב ( למשל, חומר, צורה, עומק וערבוב), ספיגת רכיבי ביומסה של אצות (במיוחד כלורופיל) פיזור המאפיינים של תאי האצות. כמו האצות לגדול, עוצמת האור הממוצע יקטן. שינוי זה בעוצמת האור, בין אם נגרם על ידי עלייה בתאים הכולל ביומסה, עלייה בתוכן כלורופיל לכל תא, או שניהם, יכול בסופו של דבר לגרום לתגובה מטבולית, כגון גידול chlorophyll produCtion לכל תא או שימוש של פחמימות ושומנים אחסון מוצרים עבור אנרגיה 7 . ניטור רציף של עוצמת האור מתוך הכור מספק מידע רב ערך. נתונים אלה יכולים לסייע להבטיח שהתנאים יישארו בטווח נתון וניתן להשתמש בהם כדי לסייע בהערכת פרמטרים של צמיחה ושל הפרעות ספיגה אם הם משולבים עם מדידות אחרות ( כלומר, ביומסה, ריכוז כלורופיל, עומק כורים, אור תקלות וכו &#39; ). הבנת איך אצות לגדול תחת קבוצה מסוימת של תנאים מחייב את ה- pH, מומס CO 2 , עוצמת האור, ואת הטמפרטורה להיות פיקוח בספסל בקנה מידה ניסויים קינטיים. רבים setups אצות אינם מצוידים כדי לפקח על התנאים במידה הנדרשת לכיול מודלים קינטיים, מה שהופך את תהליך הדוגמנות מאתגר מאוד 8 . למרות שחברות רבות מציעות PBRs בקנה מידה הספסל עם אוטומציה ושליטה, אלה ספסל-ספסלE setups יכול להיות יקר מאוד (~ 20,000 $), וייתכן שלא להתאים את כל השיקולים הניסיוניים של שאלת מחקר מסוימת. הצעד הראשון בהגדרת מערכת בקרת משוב עבור ניסוי אצווה הוא רכישת נתונים חיים. מאמר זה נועד להדגים כיצד לבנות ולהגדיר PBR בקנה מידה הספסל מצויד אור מתמשך, pH, וניטור טמפרטורה. זה ניטור בזמן אמת ההתקנה יכולה לעזור להבטיח כי תנאי הניסוי להישאר בטווחי הרצוי, על פי שיקול דעתו של החוקר. בעוד פרוטוקול זה אינו מפרט מנגנוני בקרה ספציפיים, אלה הוראות צעד אחר צעד לספק בסיס בסיסי למסגרת רכישת הנתונים הנדרשת לפני משוב משוכלל יותר יכול להיות מיושם.

<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

תכנון ותפעול אופטימלי של bioreactors פוטוסינתטית (PBRs) עבור טיפוח microalgal הוא חיוני לשיפור הביצועים הסביבתיים והכלכליים של ייצור דלק ביולוגי מבוסס microalgae. מודלים המעריכים צמיחה במיקרוגאל בתנאים שונים יכולים לסייע באופטימיזציה של תכנון PBR ותפעולו. כדי להיות יעיל, הפרמטרים הצמיחה המשמשים מודלים אלה יש לקבוע במדויק. ניסויים בגידול אלגל מוגבלים לעיתים קרובות על ידי הטבע הדינמי של סביבת התרבות, ומערכות בקרה נדרשים כדי לקבוע במדויק את הפרמטרים הקינטיים. הצעד הראשון בהגדרת ניסוי אצווה מבוקרת היא רכישת נתונים חיים ניטור. פרוטוקול זה מתאר תהליך להרכבה ותפעול של bioreactor פוטוסינתטית ספסל בהיקף הספציפי שניתן להשתמש בהם כדי לערוך ניסויים הצמיחה microalgal. פרוטוקול זה מתאר כיצד גודל להרכיב שטוח צלחת, ספסל PBR בקנה מידה של אקריליק. זה גם מפרט כיצד configuRe PBR עם רציף pH, אור, ניטור טמפרטורה באמצעות רכישת נתונים יחידת הבקרה, חיישנים אנלוגיים, וקוד פתוח נתונים רכישת תוכנה.

נתונים אלה מערכת ניטור בזמן אמת להראות את הסביבה culturing דינמי עבור אצות בתוך ספסל בקנה מידה PBR ו להדגיש את הצורך במעקב ובקרה על המערכת. נתוני הטמפרטורה המחוברים ( איור 6 ) מדגימים כיצד התאורה האור, טמפרטורת האוויר של החממה ופיזור האנרגיה הקשורים לצמיחת האצות יכולים לשנות את הטמפרטורה בתוך ה- PBR וכיצד ניתן להשתמש בנתונים בזמן אמת כדי לכוונן את בקרת הטמפרטורה בחממה, לפי הצורך. האור הנמדד במהלך הניסוי מדגיש עוד יותר את האופי הדינמי של סביבה הולכת וגדלה זו. כפי שניתן לראות בתרשים 7 , קריאת חיישן האור, הנמדדת כצפיפות השטף פוטוסינתטית פוטון (PPFD, μE-m -2 s -1 ), היה ~ 100 PPFD לפני אצות נוספה ו ירד מיד ל 85 PPFD afטר מחסן את הכור עם תרבות האצות. האור המשיך לרדת לפחות מ 5 PPFD ביום 7. ירידה זו בעוצמת האור נובעת מגידול ביומסה וספירת תאים, ו / או הגדלת הספיגה על ידי תוכן מוגבר כלורופיל, מראה כי אצות פעילים עד יום 7, למרות נמוך רמות האור. נדרשות מדידות ביולוגיות נוספות כדי להסיק מסקנות נוספות. נתוני ה- pH שנרשמו ברציפות מראים כי, באופן כללי, ה- pH היה בשליטה מספקת במהלך הניסוי הזה עם אלגוריתם בקרת ה- pH המיושם ( איור 8 ). נתונים אלה, המראים שתי קריאות של דקות ודקות וממוצעים ארוכי-שעה, מדגימים כמה נקודות מפתח על אצות מתרבית ועל ניטור ה- pH בזמן אמת. ראשית, ה- pH עלה מעל נקודת המוצא הרצויה של 7.6 מיד לאחר חיסון ה- PBR עם אצות. שינוי זה היה צפוי, שכן זרע התרבות שנוסף ל- PBR היה apH ערך גבוה יותר מאשר נקודת מוגדר, מאז הבקבוק המשמש לגדל את inoculum לא נשלט pH. שנית, נתונים אלה חיים מדגיש כיצד רגישים אלקטרודות pH הם רעש חשמלי חיצוני. רגישות זו נצפתה על ידי קפיצה דרסטית בערכים אלקטרודה בין יום 1 לבין יום 2. אלה שינויים פתאומיים בערכי ה- pH נוצרו ככל הנראה על ידי רעש חשמלי מתוך שסתום סולנואיד מן ההתקנה הניסוי הסמוך. זה הפרעה חשמלית בטרם עת מופעלת אלגוריתם בקרת pH להזריק CO 2 לתוך PBR. כתוצאה מכך, pH ירד מתחת לנקודת להגדיר הרצוי. הרגישות של האלקטרודות pH יכול להוביל חריגים קיצוניים יכול לשבש מערכות בקרה. <img alt="איור 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig3.jpg" /> איור 3: תגובת pH וגרפים לדוגמה כיול. ( א ) תרשים תגובה לדוגמה שלE pH חיישן ( ב ) דוגמה כיול גרף של חיישן pH, עם משוואה לשימוש עבור ההמרה. ניתוח רגרסיה מראה רווח סמך של 95%. ברים שגיאה אינם גלויים (שגיאת תקן פחות מ 0.03%). גרפים אלה מראים כי חיישנים pH היה מחובר כראוי וכי האות שלה היה יציב מאוד. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig6.jpg" /> איור 6: מדידות טמפרטורה בתוך PBR במהלך ניסוי 7 יום. נקודות כחולות כהות מייצגות ממוצעים של 1 שעות של נתוני חיישן, ונקודות כחולות בהירות מייצגות קריאות חיישנים שנרכשו במשך דקה אחת (תזמון רכישה של 1 s, אורך ממוצע של 60) והוסבו לטמפרטורה באמצעות גורמי המרה שסופקו על ידי היצרן. חצים שחורים<html> W כאשר ההגדרה טמפרטורת חממה הותאם כדי לשמור על טמפרטורת התרבות סביב 25 מעלות צלזיוס (נקודה זו הרצוי מוגדר עם קו אדום מנוקד). תנודות הטמפרטורה נובעות מגידול אצות ושינויים בטמפרטורת החממה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig7.jpg" /> איור 7: מדידות אור בתוך PBR במהלך ניסוי 7 יום. נקודות כחולות כהות מייצגות ממוצעים של 1 שעות של נתוני חיישן, ונקודות כחולות בהירות מייצגות קריאות חיישנים שנרכשו במשך דקה אחת (תזמון רכישה של 1 s, אורך ממוצע של 60) והוסבו ל- PPFD באמצעות ערכי ברירת מחדל לכיול חיישן אור.&quot;&gt; אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="הספרה 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig8.jpg" /> איור 8: מדידות pH בתוך PBR במהלך ניסוי של 7 ימים. נקודות כחולות כהות מייצגות ממוצעים של 1 שעות של נתוני חיישן, ונקודות כחולות בהירות מייצגות קריאות חיישנים שנרשמו מדי דקה אחת (תזמון רכישה של 0.1 s, אורך ממוצע של 600) והוסבו ל- pH באמצעות משוואת המרה שהוקמה באמצעות כיול. ה- pH נשמר בין 7.6 ל -7.5 באמצעות הזרמת גז של 99% CO2. הקווים האדומים, המנוקדים, מציינים את טווח ה- pH הרצוי. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</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

מאמר זה מתאר את תהליך ההרכבה והפעלה של bioreactor פוטוסינתטית בקנה מידה הספסל, שניתן להשתמש בהם, בשילוב עם שיטות אחרות, כדי להעריך את הפרמטרים הצמיחה הקינטית הרלוונטי. מערכת זו עוקבת ברציפות אחר ה- pH, האור והטמפרטורה באמצעות חיישנים, רכישת נתונים ויחידת בקרה, וקוד פתוח.

בנייה והתקנה של אלגורית מידה של אלגוריה ביאוריאקטור פוטוסינתטי עם טמפרטורה, אור, וניטור pH עבור בדיקות צמיחה קינטית

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

Cytometry המוני: פרוטוקול לכוונון יומי ודגימות תאים פועלים על Cytometer המוני 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

עיצוב של Bioreactor טוען מכונות Biaxial להנדסת רקמות

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

מבצע של Bioreactor Benchtop

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

בנייה ואפיון של Bioreactor פולד רומן וקאלי

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

פרוטוקול עבור הדמיה מגנטית תחום עם בחיי עיר היסטרזיס מדידת וההתקנה ממוטבת

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

בניית גיליון מרובה שכבות תאי גזע Mesenchymal עם מערכת תרבות דינמית תלת-ממד

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

בניית חיישן אנדוסקופי התומך באנדוסקופיה לניטור pH עם מקלט מבוסס דיודת סטוקי עם אפס הטיה

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

בדיקת חיכוך- התקן ביוריאקטור לחקר ביומכניקה של מפרקים סינוביאליים, מכניוביולוגיה וויסות פיזיקלי

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

ביוריאקטור פרפוזיה מרובה זרמים משולב עם פיצול מוצא לתרבית תאים דינמית

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