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
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저자는이 연구에 대한 자금 지원을 위해 연구 및 혁신 분야의 신흥 개척지 (Award # 1332341)를 인정합니다. 저자는 또한 Andrew Grieshop 박사와 LabJack 및 DAQFactory 온라인 지원 커뮤니티가이 과정에서 제공하는 도움과 도움을 인정하고자합니다.

<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>

저자는 공개 할 것이 없습니다.

이 PBR 시스템은 벤치 규모의 조류의 운동 성장 실험을 모니터링하고 제어 할 수있는 능력을 제공하여 성장을 계량하는 데 사용되는 실험 분석에서보다 반복 가능한 결과를 허용합니다. 그러나 센서 측정의 한계와 불확실성에 대한 이해는 센서 판독 값이 원자로 조건을 정확하게 반영하도록하는 데 중요합니다. 이 이해에는 센서와 관련된 측정 원리, 교정 프로세스 및 빈도, 측정 불확도 및 센서가 측정 할 수 있고 측정 할 수없는 것에 대한 기본 지식이 포함됩니다. 예를 들어, 여기에 설명 된 광 센서에 대한 전기적 응답은 가시 스펙트럼 범위에 균등하게 분배되지 않으며이 센서 데이터가 분석되는 방법에 따라 특정 보정 요인을 센서 출력에 적용해야 할 수 있습니다. 온도 변화와 변화는 또한 매우 중요합니다.센서 응답을 강조합니다. 센서 판독 값에 영향을 줄 수있는 잠재적 인 간섭을 이해하는 것도 매우 중요합니다. 이 간섭은 건물에서 발생하는 주변의 전기 노이즈이거나 측정 환경에 기인 할 수 있습니다 ( 예 : 나트륨 이온은 pH 값이 10 이상일 때 pH 수치에 큰 영향을 줄 수 있음) 12 . 또한 여러 프로브를 용액, 특히 고 이온 및 전도성 염 용액에 담그면 잠재적 인 간섭 원이 될 수 있습니다. pH (또는 이온 강도, 용존 산소, 용존 CO 2 등 )를 측정하는 전극은 주위의 전기 소음에 특히 민감하며 쉽게 섭동 될 수 있습니다. 전극 신호를 보호하기 위해 사용되는 신호 컨디셔닝은 다른 요소가 프로브 판독 값을 간섭하지 않는다고 보장 할 수 없습니다. 품질 관리의 일환으로 휴대용 pH 프로브, 휴대용 분광계 및 온도계와 같은 다른 실험 장비를 사용하여 t센서 판독 값을 확인하고 시스템이 올바르게 설정되고 실행되는지 확인합니다. 해결해야 할 또 다른 한계는 조류 및 / 또는 배양 환경이 센서에 미칠 수있는 영향입니다. 예를 들어, 조류 파편이나 기포가 광 센서의 광 다이오드 수용체를 덮는 경우 판독 값이 영향을받습니다. 마찬가지로 pH 전극은 극도로 민감하므로 정확한 판독을 보장하기 위해 특별한주의가 필요합니다. 이 전극은 H + 이온의 축적으로 인해 내부 접합부의 전압 차를 측정하여 작동합니다. 정확한 측정을 유지하려면 프로브 내의 수화 된 버퍼층이 필요합니다 12 . 반응기 내의 조건에 따라,이 층은 마모되어 프로브가 잠긴 동안 실험 과정 동안 센서의 반응이 변할 수 있습니다. 예비 시험에서 pH 전압 출력은 20 일 실험 동안 ~ 0.2 pH 단위 이상으로 표류하지 않았다., 특히 pH 조정 / 정량화가 필요한 경우에는 센서 반응의 변화를 특성화하고 최대 실험 실행 시간을 설정하기위한 추가 평가가 수행되어야합니다. 조류 성장을 분석하기 위해 구축 된 현재 벤치 스케일의 많은 PBR 시스템은 이런 방식으로 시스템을 구성하는 것이 어려울 수 있기 때문에 다른 요인이 조류 성장에 어떻게 영향을 미치는지 식별하는 데 필요한만큼 내부 문화 환경을 모니터링하고 제어하지 않습니다. 이 프로토콜은 실시간 모니터링을 통해 PBR을 구성하기위한 단계별 지침을 제공함으로써보다 제어 된 실험을 용이하게합니다. 또한,이 라이브 데이터는 실험 조건을보다 잘 제어하는 ​​데 사용할 수있을뿐만 아니라 성장 동역학 ( 예 : 일반적인 성장 속도에 대한 참조로 광학 밀도 판독 값)을 추정하는 데 잠재적으로 활용할 수 있습니다. 통제 된 실험 시스템은 조류 연구를보다 재현 할 수있게 도와줍니다. 벤치 규모의 PBR모니터링되고 통제되는 폐수는 실험 설계에서 의도하지 않은 인공물을 최소화함으로써 실험 효율을 증가시킬 수 있으며, 조류 바이오 연료를 지속 가능한 대체 연료 원으로 만들기위한 노력을 진전시키는 데 도움이 될 수있다.

지구 기후 변화와 유한 화석 연료 자원에 대한 우려가 커지면서 정부는 화석 연료 소비를 줄이고 새롭고 지속 가능한 운송 연료 개발을 장려하는 정책을 개발해 왔습니다. 미국 환경 보호국 (US Environmental Protection Agency)은 재생 가능한 연료 표준 (RFS)을 개발했습니다.이 연료 시스템은 2022 년까지 연간 1400 억 갤런의 미국 운송 연료 혼합물 중 36 개를 재생 가능 연료 원에서 생산할 것을 요구합니다.이를 충족시키기 위해서는 혁신적이고 혁신적인 기술이 필요합니다. 미래의 신 재생 에너지 표준 1 . 미세 조류 기반 바이오 연료의 사용은 온실 가스 배출을 줄이면서 국가 RFS를 충족시킬 수있는 가능성을 제공합니다 2 . Microalgae 기반의 바이오 연료는 옥수수와 대두와 같은 육식 식품 작물을 기반으로하는 1 세대 바이오 연료에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 1 세대 바이오 연료와 달리 해조류 - b해조류 바이오 연료는 해수와 폐수를 사용하여 일년 내내 그리고 불모의 땅에서 재배 될 수 있기 때문에 적은 토지, 물 및 식품 관련 자원을 소비합니다. Microalgae는 육상 작물에 비해 높은 성장률을 보이며 높은 수준의 지질을 축적 할 수 있으며 이는 쉽게 바이오 디젤 3 으로 전환 될 수 있습니다. 현재 조류 재배, 지질 분리 및 바이오 디젤로의 지질 정제로 구성된 에너지 집약적 인 생산 공정의 높은 비용 때문에 산업 규모의 조류 - 바이오 연료 플랜트가 존재하지 않습니다. 이러한 프로세스를보다 효율적이고 지속 가능하게 만들기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 인공 환경에서 광 영양 미생물을 생산하기위한 광학적으로 투명한 PBR은 가장 유망한 재배 방법 중 하나이다. 그러나 현재의 설계는 여전히 조류 - 바이오 연료 생산 과정을 만드는데 필요한 체적 생산성이 부족하다더 효율적이고 경제적으로 매력적인 4 . 광 조사량과 감쇠, 영양염과 이산화탄소의 수송 및 미세 조류의 성장을 고려한 강력한 수학적 모델은 PBR 설계 및 작동의 최적화를 크게 촉진 할 수 있습니다. 벤치 스케일 성장 실험은 이러한 최적화 모델의 종별 성장 파라미터를 결정하는 데 필요합니다. 운동 학적 테스트는 의도하지 않은 성장 억제제를 방지하기 위해 실험 설정을 신중하게 모니터링하고 제어해야합니다. 조류의 광합성 특성 ( 즉, 이산화탄소의 소비와 빛의 흡수)을 감안할 때 통제 된 조건을 유지하는 것은 벤치 규모의 PBR에서 특히 어렵습니다. 수학 식 1 에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq1.jpg" /> ( 방정식 2 ), 적어도 a함수 : 1) CO 2 분압과 헨리의 평형 상수. 이는 용액에 용해 될 가스의 양을 지시합니다 ( 식 3 ). 2) 탄산 이온 및 pH의 종 분화 및 활성에 영향을주는 성장 배지의 초기 화학적 조성 ( 식 4 및 5 ); 3) 식 3-5에 영향을주는 온도 . <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq2.jpg" /> <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq3.jpg" /> <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq4.jpg" /> <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq5.jpg" /> <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq6.jpg" /> 다양한 단계와 탄소의 화학적 특성은 PBR 내의 일정한 용존 탄소 농도를 측정하고 유지하는 데 어려움을 낳습니다( 예, 조류가 이산화탄소를 소비함에 따라 pH가 증가하고, 용해 된 이산화탄소 기질을 증가 시키면 성장을 억제하는 산성 환경으로 이어질 수있다) 6 . 해조 동력 시험 중 조건을 제어하기위한 추가 복잡성 계층은 PBR 내의 광 강도를 포함합니다. PBR 내부의 평균 광도는 입사광 강도뿐 아니라 설계 ( 예 : 재질, 모양, 깊이 및 혼합), 조류 바이오 매스 구성 요소 (특히 엽록소)의 흡광도, 조류 세포의 산란 특성. 조류가 자라면서 평균 광도가 감소합니다. 총 세포와 바이오 매스의 증가, 세포 당 엽록소 함량의 증가 또는 둘 모두에 기인 한 빛의 강도의 변화는 결국 엽록소 생산의 증가와 같은 대사 반응을 유도 할 수있다세포 당 탄수화물 또는 에너지를위한 탄수화물 및 지질 저장 제품의 사용 7 . 원자로 내에서 광 강도를 지속적으로 모니터링하면 매우 중요한 정보를 얻을 수 있습니다. 이 데이터는 조건이 특정 범위 내에 머무르도록 도와 주며 다른 측정 ( 예 : 바이오 매스, 엽록소 농도, 반응기 깊이, 입사광 등 )과 결합하여 조류 성장 및 흡광도 매개 변수를 추정하는 데 사용될 수 있습니다. 특정 조건 하에서 조류가 자라는 방법을 이해하기 위해서는 pH, 용존 CO 2 , 광도 및 온도를 벤치 규모의 운동 실험에서 모니터링해야합니다. 많은 조류 성장 설정은 동역학 모델을 보정하는 데 필요한 정도로 조건을 모니터링 할 수있는 기능이 없으므로 모델링 프로세스가 매우 어려워집니다. 많은 기업들이 자동화 및 제어 기능을 갖춘 벤치 규모의 PBR을 제공하지만 벤치 스케일셋업은 극도로 비싸며 (~ 20,000 달러) 주어진 연구 문제에 대한 실험적 고려 사항을 모두 수용하지 못할 수도 있습니다. 배치 실험을위한 제어 피드백 시스템을 설정하는 첫 번째 단계는 실시간 데이터 수집입니다. 이 백서는 지속적인 광, pH 및 온도 모니터링이 가능한 벤치 스케일 PBR을 구축하고 설정하는 방법을 보여줍니다. 이 실시간 모니터링 설정은 연구자의 재량에 따라 실험 조건이 원하는 범위 내에서 유지되도록하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 프로토콜은 특정 제어 메커니즘을 자세히 설명하지는 않지만보다 정교한 제어 피드백을 구현하려면 데이터 수집 프레임 워크의 기본 토대를 제공해야합니다.

<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

미세 조류 배양을위한 광합성 생물 반응기 (PBR)의 최적 설계 및 작동은 미세 조류 기반 바이오 연료 생산의 환경 및 경제적 성능을 향상 시키는데 필수적이다. 다른 조건에서 미세 조류 성장을 추정하는 모델은 PBR 설계 및 작동을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 효과적이기 위해서는 이러한 모델에 사용 된 성장 매개 변수가 정확하게 결정되어야합니다. 조류 성장 실험은 종종 문화 환경의 역동적 인 특성에 의해 제한되며, 제어 시스템은 동역학 매개 변수를 정확하게 결정하는 데 필요합니다. 제어 배치 실험을 설정하는 첫 번째 단계는 실시간 데이터 수집 및 모니터링입니다. 이 프로토콜은 미세 조류 성장 실험을 수행하는 데 사용할 수있는 벤치 스케일 광합성 생물 반응기의 조립 및 작동 과정을 설명합니다. 이 프로토콜은 아크릴에서 플랫 플레이트, 벤치 스케일 PBR의 크기를 결정하고 조립하는 방법을 설명합니다. 또한 구성하는 방법을 자세히 설명합니다.데이터 수집 및 제어 장치, 아날로그 센서 및 오픈 소스 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 지속적으로 pH, 빛 및 온도 모니터링 기능을 갖춘 PBR을 제공합니다.

이 실시간 모니터링 시스템의 데이터는 벤치 스케일 PBR 내에서 조류에 대한 동적 인 배양 환경을 보여 주며 시스템 모니터링 및 제어의 필요성을 강조합니다. 기록 된 온도 데이터 ( 그림 6 )는 빛의 조명, 인큐베이터 공기 온도 및 조류 성장과 관련된 에너지 소산이 PBR 내의 온도를 어떻게 바꿀 수 있는지, 필요에 따라 실시간 데이터를 인큐베이터 온도 컨트롤을 조정하는 데 어떻게 사용할 수 있는지를 보여줍니다. 실험 과정에서 측정 된 빛은이 성장 환경의 역동적 인 성격을 더욱 강조합니다. 그림 7 에서 볼 수 있듯이, 광합성 광자 자속 밀도 (PPFD, μE-m -2 s -1 )로 측정 된 광 센서 판독 값은 조류가 추가되기 전에 ~ 100 PPFD이었고 즉시 85 PPFD로 떨어졌습니다. af반응조에 조류 배양 물을 접종하는 것. 빛은 7 일째에 5 PPFD 미만으로 계속 떨어졌습니다.이 빛의 강도 감소는 바이오 매스와 세포 수 증가 및 / 또는 증가 된 엽록소 함량에 의한 흡수 증가에 기인합니다. 빛 수준. 추가적인 추론을 위해서는 추가의 생물학적 측정이 필요합니다. 연속적으로 기록 된 pH 데이터는 전반적으로 pH가 구현 된 pH 제어 알고리즘 ( 그림 8 )으로이 실험 동안 적절하게 제어되었음을 보여줍니다. 분별 판독 값과 시간별 평균값을 보여주는이 데이터는 조류를 배양하고 실시간으로 pH를 모니터링하는 데 대한 몇 가지 핵심 포인트를 보여줍니다. 먼저, PBR에 해조류를 접종 한 직후 원하는 pH 7.6 이상으로 pH가 상승했다. 이 변화는 PBR에 추가 된 문화 종자가H 값은 설정 값보다 높았다. 왜냐하면 접종 물을 성장 시키는데 사용 된 플라스크는 pH 조절되지 않았기 때문이다. 둘째,이 생생한 데이터는 민감한 pH 전극이 외부 전기 노이즈에 얼마나 민감한지를 강조합니다. 이 민감도는 1 일부터 2 일 사이에 전극 값이 급격히 증가함에 따라 나타납니다.이 pH 값의 급격한 변화는 인접한 실험 장치의 솔레노이드 밸브에서 발생하는 전기 노이즈로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 전기적 교란은 조기에 pH 제어 알고리즘이 CO2를 PBR에 주입하도록 촉발시켰다. 결과적으로, pH는 원하는 설정 점 이하로 떨어졌습니다. pH 전극의 감도는 극단적 인 특이 치를 유발할 수 있으며 잠재적으로 제어 시스템을 방해 할 수 있습니다. <img alt="그림 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig3.jpg" /> 그림 3 : pH 반응 및 보정 예제 그래프. ( a ) th의 응답 그래프의 예e pH 센서 ( b ) pH 센서의 보정 그래프의 예. 변환에 사용할 수식이 나와 있습니다. 회귀 분석은 95 % 신뢰 구간을 보여줍니다. 오류 막대는 표시되지 않습니다 (표준 오류 0.03 % 미만). 이 그래프는 pH 센서가 적절히 연결되었고 신호가 매우 안정했다는 것을 보여줍니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig6.jpg" /> 그림 6 : 7 일간의 실험 동안 PBR 내의 온도 측정. 진한 파란색 점은 센서 데이터의 1h 평균을 나타내며 옅은 파란색 점은 1 분 (획득 타이밍 1 초, 평균 길이 60) 동안 획득 한 센서 판독 값을 나타내며 제조업체가 제공 한 변환 계수를 사용하여 온도로 변환합니다. 검은 화살 쏘<html> w 인큐베이터 온도 설정이 배양 온도 약 25 ℃를 유지하도록 조정되었을 때 (이 원하는 설정 포인트는 빨간색 점선으로 표시됨). 온도의 변동은 조류의 성장과 인큐베이터 온도의 변화로 인한 것입니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig7.jpg" /> 그림 7 : 7 일간의 실험 동안 PBR 내에서의 가벼운 측정. 진한 파란색 점은 센서 데이터의 평균 1 시간을 나타내며 옅은 파란색 점은 1 분 (획득 시간 1 초, 평균 길이 60)에 획득 된 센서 판독 값을 나타내며 기본 광 센서 공장 보정 값을 사용하여 PPFD로 변환됩니다.&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig8.jpg" /> 그림 8 : 7 일 실험 동안 PBR 내 pH 측정. 진한 파란색 점은 센서 데이터의 1-h 평균을 나타내고 밝은 파란색 점은 보정을 통해 설정된 변환 방정식을 사용하여 1 분마다 수집 된 센서 판독 값 (획득 시간 0.1 초, 평균 길이 600)을 나타내며 pH로 변환됩니다. 99 % CO 2 기체 주입을 사용하여 pH를 7.6 내지 7.5로 유지시켰다. 빨간색 점선은 원하는 pH 범위를 나타냅니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</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

이 논문은 다른 방법과 관련하여 적절한 운동 성장 매개 변수를 추정하기 위해 사용할 수있는 벤치 규모의 광합성 생물 반응기의 조립 공정 및 작동에 대해 설명합니다. 이 시스템은 센서, 데이터 수집 및 제어 장치 및 오픈 소스 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 pH, 빛 및 온도를 지속적으로 모니터링합니다.

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