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

著者らは、この研究資金のために、研究とイノベーションの新興フロンティア（受賞番号1332341）を認めています。著者はまた、Andrew Grieshop博士と、LabJackとDAQFactoryのオンラインサポートコミュニティを支援し、このプロセス全体を通じて提供されている支援に感謝したいと思います。

<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>

著者は何も開示することはない。

このPBRシステムは、ベンチスケールの藻類の動力学的成長実験を監視および制御する能力を提供し、増殖を定量化するために用いられる実験的アッセイからのより反復可能な結果を​​可能にする。しかしながら、センサの測定値が反応器の状態を正確に反映することを保証するためには、センサ測定の限界と不確実性を理解することが重要です。この理解には、センサに関わる測定原理、校正のプロセスと頻度、測定の不確実性、およびセンサが測定できないものについての基本的な知識が含まれます。例えば、ここで説明した光センサの電気的応答は、可視スペクトル範囲にわたって均等に分配されず、このセンサデータがどのように分析されるかによって、特定の補正係数をセンサ出力に適用する必要があります。 温度の変化や変動も非常に重要です。センサー応答をフルエンスします。センサの読み値に影響を与える潜在的な干渉を理解することも非常に重要です。この干渉は、建物からの周囲の電気ノイズであるか、測定環境から生じる可能性があります（ 例えば、ナトリウムイオンはpH値が10を超えるとpHの読み取りに大きな影響を与える可能性があります） 12 。さらに、複数のプローブを溶液、特に高イオン伝導性の塩溶液に浸漬することも潜在的な干渉源である。 pH（またはイオン強度、溶存酸素、溶存CO 2 など ）を測定する電極は、周囲の電気ノイズに特に敏感であり、容易に摂動することができます。電極信号を保護するために使用される信号調整は、他の要因がプローブの読みを妨げないことを保証するものではありません。品質管理の一環として、ハンドヘルドpHプローブ、ハンドヘルド分光計、温度計などの他の実験装置を使用して、tセンサーの読み取り値を確認し、システムが正しくセットアップされ、正しく作動していることを確認してください。 取り組まなければならないもう1つの限界は、センサー上の藻類および/または培養環境の可能性のある影響である。例えば、藻類の破片または泡が光センサのフォトダイオードレセプタを覆う場合、測定値に影響が及ぶ。同様に、pH電極は非常に敏感で、正確な測定値を保証するために特別な注意が必要です。これらの電極は、H +イオンの蓄積による内部接合部の両端の電圧差を測定することによって機能する。正確な測定を維持するためには、プローブ内の水和バッファー層が必要です12 。反応器内の条件に依存して、この層は消耗し、プローブが沈んだ間にセンサの応答は実験の経過にわたって変化し得る。予備試験では、pH電圧出力は、20日間の実験の間に〜0.2pH単位を超えてドリフトしなかった、特にpHの微調整/定量が必要な場合には、センサ応答におけるこの変化を特徴づけ、最大の実験実行時間を確立するために、さらなる評価を実施すべきである。 藻類の成長を分析するために構築された現在のベンチスケールのPBRシステムの多くは、藻類の成長にどのような影響を与えているかを識別するために、必要に応じて内部培養環境を厳密に監視および制御していません。このプロトコルは、リアルタイムモニタリングを使用してPBRを構築するための段階的な指示を与えることにより、より制御された実験を容易にするのに役立ちます。さらに、このライブデータは、実験条件をよりよく制御するためだけでなく、潜在的に成長速度（ 例えば、一般的な成長速度の基準としての光学密度の読み）を推定するために利用することができる。 制御された実験システムは、藻類の研究をより再現性のあるものにするのに役立ちます。ベンチスケールのPBRモニタリングされ、制御されているエープルは、実験設計における意図しないアーチファクトを最小限に抑えることによって実験効率を高めることができ、藻類バイオ燃料を持続可能な代替燃料源にする努力を促進するのに役立つ。

地球規模の気候変動と有限の化石燃料資源への懸念が高まるにつれて、政府は化石燃料消費を削減し、新しい持続可能な輸送燃料の開発を促進する政策を策定している。米国環境保護庁（EPA）は、再生可能燃料規格（RFS）を策定しました。これは、米国輸送用燃料の年間混合物140億ガロンのうち36％が2022年までに再生可能な燃料源から得られることを要求しています。これらを満たすためには、将来の再生可能エネルギー基準1 。 微細藻類に基づくバイオ燃料の使用は、温室効果ガス排出量を削減しながら国内のRFSを満たすのに役立つ可能性を秘めている2 。 Microalgaeベースのバイオ燃料は、トウモロコシや大豆などの陸生食品作物に基づく第一世代のバイオ燃料に比べ、いくつかの利点があります。第一世代バイオ燃料とは異なり、藻類-b藻類は海水や排水を利用して年間を通じて耕作でき、不毛な土地で耕作することができるため、陸上、水、食糧関連の資源をほとんど消費しません。微細藻類は陸生作物と比較して高い成長率を有し、高レベルの脂質を蓄積する可能性があり、容易にバイオディーゼル3に変換することができる。現在、藻類の栽培、脂質分離、およびバイオディーゼルへの脂質精製からなる、エネルギー集約的な生産プロセスの高いコストのために、工業スケールの藻類 - バイオ燃料植物は存在しない。これらのプロセスをより効率的かつ持続可能にするためには、より多くの研究が必要です。 人工環境で光合成微生物を生産するための光学的に透明なPBRは、最も有望な栽培方法の1つと考えられている3 。しかし、現在の設計では、藻類からバイオ燃料への生産プロセスを行うために必要な容積生産性が依然として不十分であるより効率的かつ経済的に魅力的な4 。光の照射と減衰、栄養素とCO 2の輸送、微細藻類の成長を考慮する強力な数学モデルは、PBRの設計と操作の最適化を大幅に促進します。これらの最適化モデルの種特異的増殖パラメータを決定するためには、ベンチ規模の増殖実験が必要である。 運動学的試験は、意図しない増殖阻害剤を防ぐために、実験装置の注意深い監視および制御を必要とする。藻類の光合成特性（ すなわち、 CO 2の消費と光の吸収）を考慮すると、制御された条件を維持することはベンチスケールのPBRにおいて特に困難である。 式1に示すように、成長培地中の溶存CO 2の量は、一般に<img alt="式" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq1.jpg" /> （ 方程式2 ）は、少なくとも、a1）CO 2分圧および溶液中に溶解するガスの量を決定するヘンリー平衡定数（ 式3 ）。 2）炭酸イオンおよびpHの種生成および活性に影響を及ぼす増殖培地の初期化学組成（ 式4および5 ）。 3） 式3-5 5に影響を与える温度 。 <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq2.jpg" /> <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq3.jpg" /> <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq4.jpg" /> <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq5.jpg" /> <img alt="式" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq6.jpg" />炭素の様々な段階および化学種別は、PBR内の一貫した溶存炭素濃度を測定および維持するための課題を生じさせる（ 例えば、藻類がCO 2を消費するにつれてpHが上昇し、溶解したCO 2基質を増加させると、成長を阻害する酸性環境につながる可能性がある） 6 。 藻類動態試験中の条件を制御するための追加の複雑さの層は、PBR内の光強度を含む。 PBR内の平均光強度は、入射光強度だけでなく、設計（ 例えば、材料、形状、深さ、混合）、藻類バイオマス成分（特にクロロフィル）の吸光度、藻類細胞の散乱特性を改善する。藻類が成長するにつれて、平均光度は減少する。このような光強度の変化は、全細胞およびバイオマスの増加、細胞あたりのクロロフィル含量の増加、またはその両方によって増加するかどうかにかかわらず、最終的にはクロロフィル生産の増加1細胞あたりの量、または炭水化物および脂質貯蔵物のエネルギー使用7 。原子炉内から光強度を連続的に監視することは、貴重な情報を提供する。このデータは、条件が特定の範囲内にあることを確実にするのに役立ち、他の測定値（バイオマス、クロロフィル濃度、反応器深さ、入射光など ）と組み合わされた場合、藻類増殖および吸光度パラメーターの推定に役立ちます。 特定の条件下で藻類がどのように増殖するかを理解するためには、pH、溶存CO 2 、光強度および温度をベンチスケールの動力学実験でモニターする必要がある。多くの藻類の生育設定は、動態モデルを較正するのに必要な程度まで条件を監視するために装備されておらず、モデリングプロセスは非常に困難です8 。多くの企業がベンチスケールのPBRを自動化および制御で提供していますが、ベンチスケールセットアップは非常に高価（〜20,000ドル）になる可能性があり、特定の研究課題の実験的な考慮事項すべてに対応できない可能性があります。 バッチ実験のためのコントロールフィードバックシステムを構築するための最初のステップは、ライブデータ取得です。本書では、連続光、pHおよび温度モニタリングを備えたベンチスケールのPBRを構築および設定する方法を示すことを目的としています。このリアルタイムのモニタリング設定は、実験者の裁量で、実験条件が所望の範囲内に留まることを確実にするのに役立つ。このプロトコルでは特定の制御メカニズムは詳しく説明されていませんが、これらのステップバイステップの手順は、より高度な制御フィードバックを実装する前に必要なデータ集録フレームワークの基礎を提供します。

<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

微細藻類栽培のための光合成バイオリアクター（PBR）の最適な設計および操作は、微細藻類ベースのバイオ燃料生産の環境および経済的性能を改善するために不可欠である。異なる条件下で微細藻類の成長を推定するモデルは、PBRの設計と操作を最適化するのに役立ちます。効果的であるために、これらのモデルで使用される成長パラメータは正確に決定されなければならない。藻類の増殖実験は、培養環境の動的性質によって制限されることが多く、動力学的パラメーターを正確に決定するためには制御システムが必要である。制御されたバッチ実験を設定するための最初のステップは、生データの収集とモニタリングです。このプロトコルは、微小藻類増殖実験の実施に使用できるベンチスケールの光合成バイオリアクターの組み立ておよび操作のためのプロセスを概説している。このプロトコルでは、アクリル製の平板型、ベンチスケールのPBRのサイズおよび組み立て方法を説明します。また、設定方法についても詳しく説明していますデータ取得および制御ユニット、アナログセンサー、およびオープンソースのデータ収集ソフトウェアを使用して、pH、光、および温度を連続的に監視するPBRを提供します。

このリアルタイムモニタリングシステムのデータは、ベンチスケールのPBR内で藻類の動的培養環境を示し、システムの監視と制御の必要性を強調しています。記録された温度データ（ 図6 ）は、藻類の生育に伴う光照射、インキュベーターの空気温度、エネルギー散逸がPBR内の温度をどのように変化させるか、リアルタイムデータをインキュベーターの温度制御を調整するために使用する方法を示しています。 実験の過程で測定された光は、この成長する環境の動的性質をさらに強調する。 図7で観察されるように、光合成光子束密度（PPFD;μE-m -2 s -1 ）として測定された光センサーの読み取り値は、藻類が添加されてすぐに85 PPFDに落ちる前に約100 PPFDであった反応器に藻類培養物を接種する。光は、7日目に5PPFD未満に低下し続けた。この光度の減少は、バイオマスおよび細胞数の増加、および/またはクロロフィル含有量の増加による吸収の増加によるものであり、藻類は7日目まで活性が低い光レベル。さらなる推論を行うには、追加の生物学的測定が必要である。 連続的に記録されたpHデータは、全体として、実施されたpH制御アルゴリズム（ 図8 ）を用いてこの実験中にpHが適切に制御されたことを示している。このデータは、分ごとの示度と1時間の平均値を示しており、藻類の培養とリアルタイムでのpHのモニタリングに関する重要なポイントを示しています。最初に、PBRに藻類を接種した直後に、pHを所望の設定値7.6を上回って上昇させた。この変化は、PBRに添加された培養種子が、H値は、接種材料を増殖させるために使用されたフラスコがpH制御されていないため、設定値より高い。第2に、このライブデータは、どのように敏感なpH電極が外部電気ノイズに重大であるかを強調する。この感度は、1日目と2日目との間の電極値の急激な上昇によって示される。これらの突然のpH値の変化は、隣接する実験装置からの電磁弁からの電気的ノイズによって生じた可能性が高い。この電気的外乱は、pH制御アルゴリズムを早期に起動してCO 2をPBRに注入した。その結果、pHは所望の設定値以下に低下した。 pH電極の感度は極端な異常値をもたらし、制御システムを破壊する可能性があります。 <img alt="図3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig3.jpg" /> 図3：pH応答および較正の例グラフ。 （ a ）thの応答グラフの例e pHセンサー（ b ）pHセンサーの較正グラフの例。変換に使用する式があります。回帰分析は95％の信頼区間を示す。エラーバーは表示されません（標準エラーは0.03％未満です）。これらのグラフは、pHセンサが適切に接続され、その信号が非常に安定していることを示している。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig6.jpg" /> 図6：7日間の実験中のPBR内の温度測定濃い青色の点はセンサーデータの1時間の平均を表し、淡い青色の点は1分（取得タイミング1秒、平均長さ60）で得られたセンサー読み取り値を表し、メーカーが提供する変換係数を使用して温度に変換します。黒い矢<html>培養温度を25℃付近に保つようにインキュベーターの温度設定を調整したとき（この所望の設定点は赤い点線で示されている）。温度の変動は、藻類の成長およびインキュベーター温度の変化に起因する。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig7.jpg" /> 図7：7日間の実験中にPBR内の光の測定濃い青色の点はセンサーデータの1時間の平均を表し、淡い青色の点は1分（取得タイミング1秒、平均長さ60）で取得し、デフォルトの光センサー工場較正値を使用してPPFDに変換したセンサー読み取り値を表します。&quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 <img alt="図8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig8.jpg" /> 図8：7日間の実験中のPBR内のpH測定。濃い青色の点はセンサーデータの1時間の平均を表し、淡い青色の点は1分ごとに記録されたセンサーの読み取り値（0.1秒の獲得タイミング、平均長さ600）を表し、較正によって確立された変換式を使用してpHに変換される。 99％CO 2ガス注入を用いてpHを7.6〜7.5に維持した。赤い点線は、所望のpH範囲を示す。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>

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

本稿では、他の方法と組み合わせて、適切な動態パラメータを推定するために使用できるベンチスケールの光合成バイオリアクターの組み立てプロセスと操作について説明します。このシステムは、センサー、データ収集および制御ユニット、およびオープンソースのデータ収集ソフトウェアを使用してpH、光および温度を連続的に監視します。

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