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

Yazarlar, bu araştırmayı finanse etmek için Ulusal Bilim Vakfı Araştırma ve Yenilikte Ortaya Çıkan Sınırları (Ödül # 1332341) kabul etmektedir. Yazarlar ayrıca Dr. Andrew Grieshop&#39;ın yanı sıra LabJack ve DAQFactory çevrimiçi destek topluluklarından bu sürece yardım ve yardımları için teşekkür etmek istiyorlar.

<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>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Bu PBR sistemi, büyümeyi ölçmek için kullanılan deneysel tahlilden daha tekrarlanabilir sonuçlara olanak tanıyan, bench ölçekli algal kinetik büyüme deneylerini izlemek ve kontrol etme olanağı sunar. Bununla birlikte, sensör ölçümlerinin sınırlamaları ve belirsizliklerinin anlaşılması, sensör okumalarının reaktör koşullarını doğru olarak yansıtmasını sağlamak için kritik önem taşır. Bu anlayış, sensörlerle ilgili ölçüm prensipleri, kalibrasyonun süreci ve frekansı, ölçüm belirsizliği ve sensörün ölçebileceği ve ölçemediği temel bilgileri içerir. Örneğin, burada açıklanan ışık sensörü için olan elektriksel yanıt, görünür spektrum aralığında eşit olarak dağıtılmamaktadır ve bu sensör verisinin nasıl analiz edileceğine bağlı olarak, sensör çıktısına belirli düzeltme faktörlerinin uygulanması gerekebilir. Sıcaklık seviyeleri ve çeşitleri de son derece önemlidir, çünkü sıcaklıktaki değişikliklerSensör tepkisini akıcı bir şekilde uygulayın. Sensör okumalarını etkileyebilecek potansiyel parazitleri anlamak da kritik öneme sahiptir; Bu girişim, binadan gelen ortamdaki elektriksel gürültü olabilir veya ölçüm ortamından kaynaklanabilir ( örn., Sodyum iyonları, pH değerlerinde pH okumalarını büyük ölçüde etkiler) 12 . Dahası, çoklu probları bir çözeltiye daldırmak, özellikle de çok iyonik ve iletken bir tuz çözeltisi de potansiyel bir girişim kaynağıdır. PH değerini ölçen elektrodlar (veya iyonik kuvvet, çözünmüş oksijen, çözünmüş CO 2 , vb. ) Özellikle ortamdaki elektriksel gürültüye duyarlıdır ve kolayca karışabilir. Elektrot sinyalinin korunması için kullanılan sinyal koşullandırması, diğer faktörlerin prob okumalarına müdahale etmeyeceğini garanti edemez. Kalite kontrolünün bir parçası olarak elle tutulan bir pH sondası, elde tutulan bir spektrometre ve bir termometre gibi diğer laboratuvar teçhizatının tSensör okumalarını ve sistemin düzgün bir şekilde kurulduğundan ve çalışıp çalışmadığından emin olmak için kullanır. Ele alınması gereken bir diğer kısıtlama alglerin ve / veya kültür ortamının sensörler üzerindeki olası etkisidir. Örneğin, algal artıkları veya kabarcıklar ışık sensörünün fotodiyot reseptörünü kaplarsa, okumalar etkilenir. Benzer şekilde, pH elektrotları son derece hassasdır ve doğru okumaları sağlamak için ekstra bakım gerektirirler. Bu elektrotlar, H + iyonlarının birikimi nedeniyle bir iç birleşimdeki gerilim farkını ölçerek çalışır; Doğru ölçümler yapmak için prob içinde hidratlı bir tampon tabakası gerekir 12 . Reaktördeki koşullara bağlı olarak, bu tabaka aşınır ve sensörün batması sırasında deneyin seyri boyunca sensörün cevabı değişebilir. Ön testlerde, pH voltaj çıkışı, 20 günlük bir deney boyunca ~ 0.2 pH biriminden fazla sürüklenmedi, Fakat özellikle ince pH ayarlamaları / nicelikleri gerekiyorsa, sensör tepkisinde meydana gelen bu değişikliği karakterize etmek ve maksimum deneysel çalışma süreleri oluşturmak için başka değerlendirmeler yapılmalıdır. Alglerin büyümesini analiz etmek için kurulmuş birçok mevcut ölçekli PBR sistemi, sistemlerin bu şekilde kurulması zorlayıcı olabileceğinden, algal büyümeyi nasıl etkilediğini ayırt etmek için iç kültür ortamını izleyip kontrol etmez. Bu protokol, gerçek zamanlı izleme ile bir PBR oluşturmak için adım adım talimatlar vererek daha kontrollü deneyleri kolaylaştırmaya yardımcı olabilir. Dahası, bu canlı veriler yalnızca deneysel koşulları daha iyi kontrol etmek için değil, aynı zamanda büyüme kinetiğini ( ör . Genel büyüme oranları için referans olarak optik yoğunluk okumaları) tahmin etmek için de kullanılabilir. Kontrollü deney sistemleri, alg araştırmalarını tekrar üretebilmenize yardımcı olabilir. Tezgah ölçekli PBR sİzlenen ve kontrol edilen etuplar, deneysel tasarımda istenmeyen eserler en aza indirgeyerek deneysel verimliliği artırabilir ve alg biyoyakıtları sürdürülebilir, alternatif yakıt kaynağı haline getirmeye yardımcı olabilir.

Küresel iklim değişikliği ve sonlu fosil yakıt kaynakları ile ilgili endişeler arttığı için, hükümetler fosil yakıt tüketimini azaltmak ve yeni, sürdürülebilir ulaştırma yakıtlarının geliştirilmesini teşvik etmek için politikalar geliştirmektedir. Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı, yıllık 200 milyar galon ABD nakliye yakıtının 36&#39;sının 2022 yılına kadar yenilenebilir yakıt kaynaklarından sağlanmasını gerektiren Yenilenebilir Yakıt Standardı&#39;nı (RFS) geliştirdi. Yenilikçi ve dönüşüm teknolojileri bu ve Gelecekteki yenilenebilir enerji standartları 1 . Mikroalg esaslı biyoyakıtların kullanımı sera gazı emisyonlarını azaltarak ulusal RFS&#39;yi karşılama potansiyeline sahiptir 2 . Mikroalj esaslı biyoyakıtların mısır ve soya fasulyesi gibi karasal gıda ürünlerine dayalı birinci nesil biyoyakıtlara kıyasla birçok avantajları vardır. Birinci nesil biyoyakıtların aksine algler-bYosunların tuzlu su veya atık su kullanarak yılın her mevsiminde ve çorak topraklarda yetiştirilebilmesinden dolayı, biyoyakıtlar daha az toprak, su ve gıda kaynaklı kaynak tüketiyor. Mikroalgler, karasal ürünlere kıyasla yüksek büyüme oranlarına sahiptirler ve kolayca biyodizele dönüştürülebilen yüksek lipid seviyeleri biriktirebilirler 3 . Halen, alg yetiştiriciliğinden, lipid ayrımından ve biyodizele lipit arıtımından oluşan enerji yoğun üretim proseslerinin maliyetinin yüksek olması nedeniyle, endüstriyel ölçekli algler-biyoyakıtlı bitkiler mevcut değildir. Bu süreçleri daha verimli ve sürdürülebilir kılmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Yapay bir ortamda fototrofik mikroorganizmaların üretimi için optik açıdan temiz, kapalı tesisler olan PBR&#39;ler en umut verici ekim yöntemlerinden biri olarak düşünülmektedir 3 . Bununla birlikte, mevcut tasarımlar hala yosunları biyoyakıt üretim procesine dönüştürmek için gerekli olan hacimsel verimlilikten yoksundur.Daha etkin ve ekonomik açıdan çekici 4 . Işık ışınımını ve zayıflamasını, besin maddeleri ve CO2&#39;nin taşınmasını ve mikroalgelerin büyümesini göz önüne alan güçlü matematiksel modeller, PBR tasarımının ve operasyonunun optimizasyonunu büyük ölçüde kolaylaştırabilir. Bu optimizasyon modelleri için türe özgü büyüme parametrelerini belirlemek için tez ölçekli büyüme deneyleri gereklidir. Kinetik testler, istenmeyen büyüme inhibitörlerini önlemek için deneysel kurulumların dikkatli bir şekilde izlenmesini ve kontrol edilmesini gerektirir. Yosunların fotosentetik doğası ( yani, CO 2 tüketimi ve ışığın emilmesi) göz önüne alındığında, kontrollü koşulların sürdürülmesi, tezgah ölçekli PBR&#39;lerde özellikle zordur. Denklem 1&#39;de gösterildiği üzere, büyüme ortamındaki çözünmüş CO 2 miktarı, yaygın olarak <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq1.jpg" /> ( Eşitlik 2 ), en azından birFonksiyonu: 1) çözeltide çözülecek olan gaz miktarını belirleyen ( Eşitlik 3 ) CO 2 kısmi basıncı ve Henry denge sabiti; 2) karbonat iyonlarının ve pH&#39;sının türlenmesini ve aktivitesini etkileyen büyüme ortamının başlangıç ​​kimyasal bileşimi ( Denklem 4 ve 5 ); Ve 3) Denklemler 3-5&#39;i etkileyen sıcaklık . <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq2.jpg" /> <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq3.jpg" /> <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq4.jpg" /> <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq5.jpg" /> <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55545/55545eq6.jpg" /> Karbonun çeşitli safhaları ve kimyasal türleşmesi, bir PBR içerisinde tutarlı bir çözünmüş karbon konsantrasyonunun ölçülmesi ve sürdürülmesi için zorluk yaratmaktadırLe, diğer koşulları sabit tutar ( örn., Yosun CO 2&#39;yi tüketirken pH artar ve çözünmüş CO2 substratının arttırılması muhtemelen büyümeyi engelleyen asidik bir ortama neden olabilir) 6 . Algal kinetik testler sırasında koşulların kontrol edilmesi için ilave bir karmaşıklık katmanı, PBR içindeki ışık yoğunluğunu içerir. Bir PBR içerisindeki ortalama ışık yoğunluğu, yalnızca olay ışığı yoğunluğunun değil aynı zamanda tasarımın ( örn. Malzeme, şekil, derinlik ve karıştırma), algal biyokütle bileşenlerinin (özellikle klorofilin) ​​absorbsiyonunun bir fonksiyonudur ve ışık- Algal hücrelerin dağılma özellikleri. Algler büyüdükçe, ortalama ışık yoğunluğu azalacaktır. Toplam hücre ve biyokütlenin artması, hücre başına klorofil içeriğinin artması veya her ikisinin birden ortaya çıkmasına bağlı olsun, ışık yoğunluğundaki bu değişiklik sonunda klorofil üretiminde bir artış gibi metabolik bir tepkiye neden olabilirHücre başına veya enerji için karbonhidrat ve lipid depolama ürünlerinin kullanımı 7 . Reaktör içinden ışık yoğunluğunun sürekli izlenmesi paha biçilmez bilgiler sağlar. Bu veriler, koşulların belirli bir aralıkta kalmasını sağlamak için yardımcı olabilir ve diğer ölçümlerle ( yani , biyokütle, klorofil konsantrasyonu, reaktör derinliği, olay ışığı, vb. ) Birleştirildiğinde alglerin büyüme ve emilim parametrelerinin tahmin edilmesine yardımcı olmak için kullanılabilir. Yosunların belirli koşullar altında nasıl büyüdüğünü anlamak, pH, çözünmüş CO 2 , ışık şiddeti ve sıcaklığın bench-scale kinetik deneylerde izlenmesini gerektirir. Birçok alg büyüme düzeneği, kinetik modellerin kalibre edilmesi için gerekli olan koşulları izlemek için donanımlı değildir ve modelleme sürecini son derece zorlayıcı hale getirir 8 . Birçok şirket otomasyon ve kontrol ile tez ölçekli PBR&#39;ler sunsa da, bu tezgah ölçekliKurulumlar son derece pahalı olabilir (~ $ 20,000) ve belirli bir araştırma sorusunun deneysel tüm hususlarını karşılayamayabilir. Bir toplu deney için bir kontrol-geribildirim sistemi kurmanın ilk adımı, canlı veri toplama yöntemidir. Bu makale, sürekli ışık, pH ve sıcaklık denetimi ile donatılmış bir tezgah ölçekli PBR&#39;nin nasıl kurulacağını ve kurulacağını göstermeyi amaçlıyor. Bu gerçek zamanlı izleme ayarı, deneysel koşulların araştırmacının takdirine bağlı olarak arzulanan aralıklarda kalmasını sağlamaya yardımcı olabilir. Bu protokol, spesifik kontrol mekanizmalarını ayrıntılı olarak anlatmamakla birlikte, bu adım adım talimatlar daha karmaşık kontrol geri bildirimleri uygulanmadan önce gerekli olan veri toplama çerçevesi için temel bir temel sağlar.

<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

Mikroalgal ekimi için fotosentetik biyoreaktörlerin (PBR) optimum tasarımı ve işletilmesi, mikroalg esaslı biyoyakıt üretiminin çevresel ve ekonomik performansının geliştirilmesi için gereklidir. Farklı koşullar altında mikroalgal büyümesini tahmin eden modeller, PBR tasarımını ve operasyonunu optimize etmeye yardımcı olabilir. Etkili olabilmesi için, bu modellerde kullanılan büyüme parametreleri doğru bir şekilde belirlenmelidir. Algal büyüme deneyleri sıklıkla kültür ortamının dinamik doğası ile sınırlanır ve kinetik parametreleri doğru bir şekilde tespit etmek için kontrol sistemleri gereklidir. Kontrollü bir toplu deney hazırlamanın ilk adımı, canlı veri toplama ve denetleme işlemidir. Bu protokol, mikroalgal büyüme deneyleri yapmak için kullanılabilecek bir tezgah ölçekli fotosentetik biyoreaktör montajı ve işletimi için bir süreci özetlemektedir. Bu protokol, akrilikten tezgah ölçekli bir PBR malzemesinin nasıl boyutlandırılacağını ve monte edileceğini açıklamaktadır. Ayrıca yapılandırmanın nasıl yapıldığı ayrıntılarıBir veri toplama ve kontrol ünitesi, analog sensörler ve açık kaynaklı veri toplama yazılımı kullanarak sürekli pH, ışık ve sıcaklık izleme özelliğine sahip bir PBR.

Bu gerçek zamanlı izleme sisteminden elde edilen veriler, alçı ölçekli bir PBR içerisinde algler için dinamik kültür ortamını gösterir ve sistemin izlenmesi ve kontrol edilmesi ihtiyacını vurgular. Kaydedilen sıcaklık verileri ( Şekil 6 ), ışık yayan aydınlatma, inkübatör hava sıcaklığı ve alg büyümesiyle ilişkili enerji dağılımının PBR içindeki sıcaklığı nasıl değiştirebildiğini ve gerçek zamanlı verilerin inkübatör sıcaklık kontrollerini nasıl ayarlayabileceğini gerektiğinde göstermektedir. Deney boyunca ölçülen ışık, büyüyen bu çevrenin dinamik doğasını daha da vurguluyor. Şekil 7&#39;de görüldüğü gibi, fotosentetik foton akı yoğunluğu (PPFD; μE-m -2 s -1 ) olarak ölçülen ışık sensörü okuması, algler eklenmeden önce ~ 100 PPFD idi ve derhal 85 PPFD af&#39;ya düşürüldüReaktörü algal kültür ile aşılamak. Işık 7. günde 5 PPFD&#39;nin altına düşmeye devam etti. Işık yoğunluğundaki bu azalma, biyokütle ve hücre sayılarının artması ve / veya klorofil içeriğinin artması nedeniyle emiliminin artması nedeniyle yosunların 7. günde aktif olduğunu gösteriyor. Işık seviyeleri. İlave biyolojik ölçümler, başka çıkarımlar yapmak için gereklidir. Kesintisiz olarak kaydedilen pH verileri, genel olarak, pH&#39;ın bu deney sırasında uygulanan pH kontrol algoritması ile yeterince kontrol edildiğini göstermektedir ( Şekil 8 ). Dakika bazında okumalar ve saatlik ortalamalar gösteren bu veriler, yosunların kültürlenmesi ve pH&#39;nın gerçek zamanlı olarak izlenmesiyle ilgili birkaç önemli hususu göstermektedir. Önce, PBR&#39;nin yosunlarla aşılanmasından hemen sonra pH, istenen istenen 7,6 değerinin üzerine çıkmıştır. PBR&#39;ye eklenen kültür tohumu ap ihtiva ettiği için bu değişiklik bekleniyorduH değeri ayar noktasından daha yüksektir, çünkü aşı büyütmek için kullanılan şişe pH kontrolü altında değildir. İkincisi, bu canlı veri, pH elektrotlarının harici elektriksel gürültüye ne kadar duyarlı olduğunu vurgular. Bu hassasiyet, 1. günden 2. güne kadar elektrot değerlerinde sert bir sıçramayla kaydedildi. Bu pH değerlerindeki ani değişiklikler muhtemelen, bitişik deney düzeneğindeki bir solenoid valfın elektriksel gürültüsü nedeniyle oluştu. Bu elektriksel bozulma PBR&#39;ye CO 2 enjekte etmek için pH kontrol algoritmasını erken tetikledi. Sonuç olarak pH, istenen ayar noktasının altına düştü. PH elektrodlarının hassaslığı aşırı aşırılıklara neden olabilir ve kontrol sistemlerini potansiyel olarak aksatabilir. <img alt="Şekil 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig3.jpg" /> Şekil 3: pH Tepkisi ve Kalibrasyon Örneği Grafikleri. ( A ) Örneklemin tepki grafiğiE pH sensörü ( b ) pH sensörünün örnek kalibrasyon grafiği, dönüşüm için kullanılacak bir denklemle. Regresyon analizi,% 95 güven aralığını göstermektedir. Hata çubukları görünmüyor (standart hata% 0,03&#39;ten az). Bu grafikler, pH sensörlerinin doğru şekilde bağlandığını ve sinyalinin çok sabit olduğunu göstermektedir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig6.jpg" /> Şekil 6: 7 Günlük Deney Sırasında PBR İçerisinde Sıcaklık Ölçümleri. Koyu mavi noktalar, sensör verisinin 1 saatlik ortalamalarını temsil eder ve açık mavi noktalar, 1 dakika boyunca edinilen sensör okumalarını (1 s kazanım zamanlaması, 60 ortalama uzunluk) temsil eder ve üreticiden tedarik edilen dönüştürme faktörleri kullanılarak sıcaklığa dönüştürülür. Siyah oklar sho<html> Kültür sıcaklığını 25 ° C civarında tutmak için inkübatör sıcaklığı ayarı yapıldığında (bu istenen ayar noktası kırmızı, noktalı çizgi ile gösterilir). Sıcaklık dalgalanmaları, algal büyüme ve kuluçka makinesi sıcaklığındaki değişikliklerden kaynaklanmaktadır. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig7.jpg" /> Şekil 7: 7 Günlük Deney Sırasında PBR İçindeki Işık Ölçümleri. Koyu mavi noktalar, sensör verisinin 1 saat ortalamasını temsil eder ve açık mavi noktalar, 1 dakika boyunca edinilen sensör okumalarını (1 s kazanım zamanlaması, 60 ortalama uzunluk) temsil eder ve varsayılan ışık sensörü fabrika ayar değerlerini kullanarak PPFD&#39;ye dönüştürülür.&quot;&gt; Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. <img alt="Şekil 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55545/55545fig8.jpg" /> Şekil 8: 7 Günlük Deney Sırasında PBR İçindeki pH Ölçümleri. Koyu mavi noktalar, sensör verilerinin 1 saatlik ortalamalarını temsil eder ve açık mavi noktalar, 1 dakikada bir kaydedilen sensör okumalarını (0.1 saniyelik edinim zamanlaması, ortalama uzunluk 600) temsil eder ve kalibrasyon yoluyla kurulan dönüşüm denklemi kullanılarak pH&#39;a dönüştürülür. PH,% 99 CO2 gazı enjeksiyonu kullanılarak 7.6 ila 7.5 arasında tutuldu. Kırmızı noktalı çizgiler istenen pH aralığını göstermektedir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55545/55545fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</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

Bu makale, ilgili kinetik büyüme parametrelerini tahmin etmek için diğer yöntemlerle birlikte kullanılabilen bir tez ölçekli fotosentetik biyoreaktörün montaj işlemi ve çalışmasını açıklamaktadır. Bu sistem, sensörleri, veri toplama ve kontrol birimi ve açık kaynaklı veri toplama yazılımı kullanarak pH, ışık ve sıcaklığı sürekli olarak izler.

Kinetik Büyüme Testleri için Sıcaklık, Işık ve pH İzleme ile Bir Bench Ölçekli Algal Fotosentetik Biyoreaktörün Kurulması ve Kurulması

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

Kütle Sitometri: Bir CyTOF Kütle Sitometre Daily Tuning ve Koşu Hücre Örnekleri için protokol

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

Doku Mühendisliği için iki eksenli Mekanik Yükleniyor Biyoreaktör tasarımı

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

Bir Benchtop Biyoreaktör Operasyonu

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

Bir Roman Vokal Fold Bioreactor İnşaatı ve Karakterizasyonu

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

En iyi duruma getirilmiş kurulum ve manyetik etki alanı görüntüleme ile Situ histeresis ölçüm için iletişim kuralı

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

3D dinamik kültür sistemi ile bir çok katmanlı mezenkimal kök hücre levha inşaatı

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

Zero-Bias Schottky Diyot Tabanlı Alıcı ile pH İzleme için Kablosuz Özellikli Endoskopik Olarak Yerleştirilebilir Sensör yapımı

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

Sinovyal Eklem Biyomekaniği, Mekanobiyoloji ve Fiziksel Regülasyon Çalışmaları için Bir Sürtünme Testi-Biyoreaktör Cihazı

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

Dinamik Hücre Kültürü için Çıkış Fraksiyonasyonu ile Entegre Çok Akışlı Perfüzyon Biyoreaktörü

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