Name: operation of laboratory photobioreactors with online growth measurements and customizable light regimes
Uploaded: 2021-10-28T14:00:00
Duration: 5 min 21 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Operation of Laboratory Photobioreactors with Online Growth Measurements and Customizable Light Regimes at JoVE.com

Denne undersøgelse blev støttet af Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC), Canada Foundation for Innovation (CFI), Canada First Research Excellence Fund (CFREF), Alberta Innovates, General Sir John Monash Foundation, Albertas regering og University of Calgary. Tak til Mark Toonen for det elektriske arbejde og William Richardson for opløselighedsberegninger.

1. Opførelse af PBR-tribunen
<ol><li>Skær fem 380 mm længder og to 200 mm længder af vinklet slidset stål med en håndholdt båndsav. Fastgør sammen med bolte og store hjørnebøjler for at lave et stativs base (figur 1A). Lim på sikkerhedshætter.</li>
	<li>Tilslut to uskårne (1220 mm) lodrette længder af vinklet slidset stål til bunden. Fastgør med bolte og metalhjørnekisler (figur 1B). Lim på sikkerhedshætter.</li>
	<li>Skær fire 65 mm flade længder af slidset stål. Bolt disse i 90° vinkler på de lodrette understøtninger - fastgør to til hver understøtning, en 130 mm op fra bunden (figur 1C) og en 60 mm ned fra toppen.</li>
	<li>Fastgør lodrette understøtninger på tværs af deres top med en vandret 140 mm længde af fladt slidset stål (tværbjælke) boltet på bagsiden af rammen (figur 2A).</li>
</ol>2. Konstruktion af lyskammeret
<ol><li>Skær et hvidt polyvinylchloridrør (PVC) med en diameter på 153 mm til en længde på 1070 mm. Skær røret halvt i længderetningen med en båndsav. Slib alle kanter.</li>
	<li>Jævnt plads og midt fire aluminium kølelegeme kanaler lodret sammen med det indre af røret. Fastgør ikke kanaler inden for 20 mm fra rørets afskårne kant. Fastgør kanalerne på plads øverst og nederst med små bolte (figur 2B).</li>
	<li>Bolt halvdelen af røret til stativet ved hjælp af de vandrette understøtninger, der er udformet i trin 1.3.</li>
	<li>Læg reaktoren ned og genforene rørhalvdelene ved at tape dem sammen. Centrer klaverhængslet langs en cutline. Spor hængselhullerne, og bor røret i overensstemmelse hermed. Brug en nittepistol og mellemlange nitter til at fastgøre hængslet til røret.</li>
	<li>Brug en lille bungee-ledning (se Materialetabel) til at holde røret lukket (figur 1C).</li>
	<li>Kontakt en elektriker for at tilslutte LED-lysene og installere følgende fire komponenter: LED-driver, digital multiplex (DMX) dekoder, DMX-lysstyring og switchboks (se materialetabel). Alle komponenterne anbringes bag på PBR i henhold til figur 2A.</li>
</ol>3. Konstruktion af flaskeplatformene
<ol><li>Skær platformformer (figur 3A) ud af hård plast, f.eks. højdensitetspolyethylen (HDPE) (se materialetabel), ved hjælp af cnc-fræsning (computer numerical control). Lav tre af hver form. BEMÆRK: Det anbefales at skære ekstra top- og bundlag.</li>
	<li>Tape bund- og toplaget sammen. Marker og bor fem små huller, 6 mm i diameter, gennem begge former (figur 3A). Brug en større borekrone til forsigtigt at udvide overfladen af disse huller, så bolthoveder kan forsænkes (figur 3B).</li>
	<li>For hver af de tre platforme boltes to små hjørnebøjler på den bageste halvdel af røret. BEMÆRK: Afstanden mellem toppen af selerne skal være 350 mm.</li>
	<li>Centrer hvert bundlag oven på dets seler. Marker placeringen af borehullerne under selerne. Bor to huller med en diameter på 6 mm. Brug en større borekrone til forsigtigt at udvide overfladen af hullerne, så boltene kan forsænkes.</li>
	<li>Bolt nederste lag til deres seler (figur 3B-C).</li>
	<li>Skær femten stykker af 12 mm lange 6,35 mm udvendige diameter (OD) stive slanger. Sandwich fem stykker af det stive rør mellem hvert top- og bundlag. Fastgør lag og slanger sammen med lange smalle bolte i henhold til figur 3B-D.</li>
	<li>Bor et stort hul i PVC-røret bag hver platform. Indsæt hver mikromagnetisk omrører i sin platform. Træk hver omrørers elektriske kabel gennem disse nyskårne huller (figur 3C-E). Tilslut hver omrører til dens respektive styreenhed samt en stikkontakt.</li>
	<li>Placer en 1 L flaske på hver platform. Tilføj øjenbolte i bagrøret på flaskehalsniveau. Vikl en lille bungee-ledning rundt om hver flaskehals for at tilføje stabilitet (figur 4A). BEMÆRK: I hele protokollen vil farvekodningsplatforme, flasker, magnetiske omrørere og alle tilknyttede kabler og sensorer være nyttige.</li>
</ol>4. Konstruktion af væskeprøvetagningsporte (valgfrit)
<ol><li>Skær tre 60 mm længder af 6,35 mm OD stiv slange. Brug en 5 mm borekrone til at bore huller gennem hver gummiprop. Skub stive rørlængder gennem proppen.</li>
	<li>Skær tre 60 mm længder af 3,18 mm OD stiv slange. Tilslut disse med en lige reducering til det fremspringende rør på undersiden af hver prop.</li>
	<li>Indsæt en envejs stophaneventil (f.eks. port 1 = hunluer, port 2 = hanslip Luer) i det fremspringende rør på hver propoverflade (figur 4A).</li>
	<li>Skær tre 30 mm længder af 3,18 mm OD fleksibel slange. Indsæt Luer fittings (f.eks. han Luer til slangemodhage og kvindelig Luer til slangemodhage) i hver ende.</li>
	<li>De stykker, der er fremstillet i trin 4.4, forbindes med stophaneventilerne på overfladen af hver gummiprop (figur 4A). BEMÆRK: Mange kombinationer af stophaner og Luer fittings kan give det samme resultat. Designet skal gøre det muligt at trække væske ud eller indsættes via en sprøjte.</li>
</ol>5. Tilslutning af volumetriske gassensorer
<ol><li>Forbered gassensorer i henhold til producentens anvisninger. BEMÆRK: Dette involverer hovedsageligt påfyldning af gassensorer med emballagevæske (figur 4B).</li>
	<li>For at fremstille gasledningerne skal du skære tre 1000 mm længder på 3,18 mm OD fleksibel slange.</li>
	<li>Bor tre huller med en diameter på 4 mm i det bageste PVC-rør. Placer huller ved siden af hængslet i flaskehalsens højde. Trådgasledninger gennem disse huller (figur 4A).</li>
	<li>Til enden af gasledningen inde i PVC-røret skal du tilføje en Luer-montering (f.eks. Slangemodhage til han Luer) og tilslutte en envejs stophaneventil (f.eks. Port 1 = hun Luer, port 2 = han Luer). BEMÆRK: Ventilen er kun påkrævet, når der også er installeret væskeprøveporte.</li>
	<li>Tilslut den anden ende af gasledningen til gassensorens indløbsport ved hjælp af en lige reduktion. Fastgør denne forbindelse med et lynlås.</li>
	<li>Tilslut alle gassensorer til det digitale indgangsmodul (DIM) med jackstikkabler og DIM til en nærliggende computer.</li>
	<li>Installer dataindsamlingssoftwaren (se Materialetabel) på et Windows-operativsystem, og tilslut licensnøgledonglen. Føj sensorkalibreringsfiler til softwarens kalibreringsmappe.</li>
</ol>6. Programmering af lysregimet
<ol><li>Brug den bageste tænd / sluk-knap til at tænde PBR og tilslutte DMX-lysstyringen til en computer via et mikro-USB-kabel.</li>
	<li>Download SUT (Store Upgrade Tools) og LED-styringssoftwaren (se Materialetabel). Registrer DMX-lysstyringen online.</li>
	<li>Åbn LED-styringssoftwaren, og vælg Klik her for at arbejde med USB-DMX-grænsefladen: SUSHI-RB-RJ.</li>
	<li>Under fanen Opsætning i feltet ScanLibrary skal du vælge mappen Generic og Single Channel. Skift ScanLibrary-indstillinger til DMX-univers 1, antallet af armaturer til 4 og indeksnummeret til 1. I øverste højre hjørne skal du ændre rullemenuen til Listevisning. Til sidst skal du klikke på Patch (supplerende figur 1). BEMÆRK: I DMX-universet tester en boks hver LED-strimmels kontrol ved at skubbe lysdæmperknapperne eller indtaste en numerisk værdi i tekstboksen.</li>
	<li>Lav en standardkurve, der relaterer den digitale lysindstilling i lysstyringssoftwaren til den lysintensitet, der opleves i midten af PVC-røret (figur 5). Mål intern lysintensitet med en lille sfærisk sonde (se Materialetabel) ophængt i midten af PVC-røret.</li>
	<li>Gå videre til fanen Editor . Hvis du vil oprette et brugerdefineret lysprogram, skal du oprette en ny scene og begynde at tilføje trin. Se supplerende tabel 1 for et eksempel på 16:8 h dagligt program. Sæt scenen til at løkke. BEMÆRK: Trin opdeler scener i tidsblokke, som hver især kan indstilles til forskellig lysintensitet. Trin spænder fra 1 s til 43 min. Her er 30 minutters trin mest bekvemme. Flere scener kan indlæses på en DMX-belysningscontrollerenhed.</li>
	<li>Opret en ekstra hjælperscene, der er umiddelbart genkendelig, f.eks. to af de fire lysdioder på. BEMÆRK: Scener kan bladres igennem manuelt ved hjælp af knappen på siden af DMX-lysstyringen. Hvis det ønskede lysprogram begynder om natten, vil det være umuligt at skelne mellem, om lysprogrammet allerede er startet. Hjælperscenen fungerer som en indikator for, at DMX-lysstyringen fungerer korrekt.</li>
	<li>Gem scenerne, og gå videre til fanen Stand Alone . Skriv hukommelsen til DMX-lysstyringen, og frakobl enheden fra computeren.</li>
	<li>Tilslut DMX-lysstyringen til strømkilden ved hjælp af en mikro-USB.</li>
	<li>Før du starter et eksperiment, skal du teste lysprogrammet ved at logge den interne lysintensitet i en varighed på 24 timer. Hvis væsketemperaturen er af interesse, skal du logge dette samtidigt med en nedsænket temperatursonde (figur 6).</li>
</ol>7. Start af et eksperiment
<ol><li>Steriliser medier, flasker, rørestænger, gummipropper, prøveudtagningsporte, gevindskårne skruelåg og slanger. BEMÆRK: Alle komponenter, der anvendes i dette design, kan autoklaveres undtagen ventiler og Luer-fittings - der er autoklaverbare alternativer fra andre producenter.</li>
	<li>Åbn dataindsamlingssoftwaren, og udfyld konfigurationssiden (supplerende figur 2). Tildel kalibreringsfiler til deres respektive sensorer.</li>
	<li>Under Mappefilnavn skal du vælge den tilsvarende DIM-portnummermappe. Klik på Aktuel mappe og gentag for alle porte.</li>
	<li>Klik på OK for at gå videre til logningssiden.</li>
	<li>Flaskerne fyldes til det ønskede volumen med dyrkningsmedium (tillægstabel 2,3). BEMÆRK: Hver af disse flasker kan maksimalt rumme ~ 1,1 L med et lille frirum (~ 80 ml, inklusive gasledningen).</li>
	<li>Stamkulturen centrifugeres i tre afbalancerede 50 ml rør i 15 minutter ved 4500 x g for at give tre pellets. Tilsæt en pille til hver flaske - vask i pellets med en serologisk pipette og frisk medium. BEMÆRK: Kulturtætheden på dag 0 er også kendt som den oprindelige biomassekoncentration (IBC). At måle IBC i gAFDW. L-1, kan yderligere 50 ml rør centrifugeres i trin 7.6. Den resulterende pellet kan derefter tørres og forbrændes 15,19. Trin 7.6 vil sandsynligvis kræve ændringer baseret på brugernes individuelle mål og deres eksperimenter.</li>
	<li>Slip en magnetisk omrører, 25 x 8 mm, i hver flaske.</li>
	<li>Forsegl hver flaskeåbning med en gummiprop og gevindskåret skruelåg (figur 4A). Hvis der er installeret valgfri prøveudtagningsporte, skal du lukke ventilerne.</li>
	<li>Forenden af hver gasledning placeres inde i PVC-røret (indbygget i trin 5.4), og fastgør en nål til ventilens hanport.</li>
	<li>Tilslut hver flaske til dens gassensor ved at gennembore hver gummiprop med den tilsvarende nål.</li>
	<li>Start hver gassensor individuelt ved at markere afkrydsningsfeltet i venstre side af skærmen, klikke på Start og indtaste et filnavn. Klik på OK , og gentag for alle sensorer (supplerende figur 3). BEMÆRK: Under logføring skal du ikke afslutte dataindsamlingsvinduet. Indstil computerens strøm- og dvaleindstillinger til aldrig og udsæt computeropdateringer i løbet af eksperimentet.</li>
	<li>Tænd for PBR, og sørg for, at DMX-lysstyringen er tilsluttet en strømforsyning. Den første programmerede scene begynder automatisk. Se trin 6.7 for at bekræfte, at DMX-lysstyringen fungerer korrekt.</li>
</ol>8. Flaskeprøvetagning (valgfrit)
<ol><li>Der forberedes yderligere 500 ml af det friske substrat, inden forsøget påbegyndes (supplerende tabel 2). BEMÆRK: Hvis et 24 timers lysprogram med en 16:8 timers daglig cyklus blev startet kl. 9, ville prøveudtagningstider før skumring og daggry falde kl. 8 og 16 (supplerende tabel 1). Her henviser daggry og skumring til 30 minutters trin, der skifter lys fra ON til OFF og omvendt.</li>
	<li>Luk ventilen på gasledningen.</li>
	<li>Tilslut en sprøjte (10 ml) til prøveudtagningsportventilen (figur 4A).</li>
	<li>Åbn prøveudtagningsportventilen, og træk 8 ml kultur ud. BEMÆRK: Mellem 5-10 ml anbefales. Fjernelse af væske genererer et vakuum i headspace, hvilket gør volumener >10 ml vanskelige at udtrække.</li>
	<li>Luk prøveudtagningsportventilen, og frakobl sprøjten.</li>
	<li>Tilslut en sprøjte indeholdende 8 ml frisk medium (fra trin 8.1) til prøveudtagningsportventilen.</li>
	<li>Åbn prøveudtagningsportventilen, og injicer frisk medium. BEMÆRK: Udskiftning af volumenet af prøvekultur med frisk medium tjener til at opretholde et lige stort headspace-volumen og tryk og skylle prøveudtagningsportlinjen.</li>
	<li>Luk prøveudtagningsportventilen, inden sprøjten frakobles.</li>
	<li>Trin 8.2-8.8 gentages ved hvert prøvetagningstidspunkt.</li>
</ol>9. Afslutning af et eksperiment
<ol><li>Kontroller alle aktive portafkrydsningsfelter i dataindsamlingsvinduet, og klik på Stop.</li>
	<li>Hvis du vil eksportere data, skal du vælge Filer og offlinedata. Vælg alle relevante logfiler. Eksporter dataene til regnearkssoftware og gem.</li>
	<li>For hver flaske konverteres det samlede iltvolumen målt i ml til mol ved hjælp af den ideelle gaslov. Forudsig vægten af dyrket biomasse (gAFDW), hvis der genereres 1,05 molO2 for hver produceret mol biomasse. Tag molvægten af biomasse som 24,6 g mol-1.</li>
	<li>Organiser flowhastighedsdataene manuelt. Brug enheder af ml / h og et 3-punkts glidende gennemsnit.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Benemann, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Opportunities and challenges in algae biofuels production. A position paper in line with Algae World. , (2008).</li><li>Laurens, L. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State+of+technology+review+-+algae+bioenergy.+An+IEA+bioenergy+inter-task+strategic+project.">State of technology review - algae bioenergy. An IEA bioenergy inter-task strategic project.</a> IEA Bioenergy. , (2017).</li><li>Robertson, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+dawn+for+industrial+photosynthesis.">A new dawn for industrial photosynthesis.</a> Photosynthesis Research. 107, 269-277 (2011).</li><li>Troschl, C., Meixner, K., Drosg, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyanobacterial+PHA+production-review+of+recent+advances+and+a+summary+of+three+years'+working+experience+running+a+pilot+plant.">Cyanobacterial PHA production-review of recent advances and a summary of three years' working experience running a pilot plant.</a> Bioengineering. 4 (2), (2017).</li><li>Rizwan, M., Mujtaba, G., Memon, S. A., Lee, K., Rashid, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+the+potential+of+microalgae+for+new+biotechnology+applications+and+beyond:+a+review.">Exploring the potential of microalgae for new biotechnology applications and beyond: a review.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 92, 394-404 (2018).</li><li>Niesa, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Phormidium+lacuna+strains+from+the+North+Sea+and+the+Mediterranean+Sea+for+biotechnological+applications.">Characterization of Phormidium lacuna strains from the North Sea and the Mediterranean Sea for biotechnological applications.</a> Process Biochemistry. 59, 194-206 (2017).</li><li>Laurens, L. M. L., Chen-Glasser, M., McMillan, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+perspective+on+renewable+bioenergy+from+photosynthetic+algae+as+feedstock+for+biofuels+and+bioproducts.">A perspective on renewable bioenergy from photosynthetic algae as feedstock for biofuels and bioproducts.</a> Algal Research. 24, 261-264 (2017).</li><li>Barreiro-Vescovo, S., Barbera, E., Bertucco, A., Sforza, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+microalgae+cultivation+in+a+biogas+production+process+from+organic+municipal+solid+waste:+From+laboratory+to+pilot+scale.">Integration of microalgae cultivation in a biogas production process from organic municipal solid waste: From laboratory to pilot scale.</a> ChemEngineering. 4 (2), 26 (2020).</li><li>Zurano, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Year-long+assessment+of+a+pilot-scale+thin-layer+reactor+for+microalgae+wastewater+treatment.+Variation+in+the+microalgae-bacteria+consortium+and+the+impact+of+environmental+conditions.">Year-long assessment of a pilot-scale thin-layer reactor for microalgae wastewater treatment. Variation in the microalgae-bacteria consortium and the impact of environmental conditions.</a> Algal Research. 50, (2020).</li><li>Depr&#225;, M. C., Severo, I. A., Dias, R. R., Zepka, L. Q., Jacob-Lopes, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photobioreactor+design+for+microalgae+culture.">Photobioreactor design for microalgae culture.</a> Microalgae. , 35-61 (2021).</li><li>Osburn, F. S., Wagner, N. D., Scott, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+stoichiometry+and+growth+dynamics+of+a+diazotrophic+cyanobacteria+in+nitrogen+sufficient+and+deficient+conditions.">Biological stoichiometry and growth dynamics of a diazotrophic cyanobacteria in nitrogen sufficient and deficient conditions.</a> Harmful Algae. 103, (2021).</li><li>Eustance, E., Badvipour, S., Wray, J. T., Sommerfeld, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomass+productivity+of+two+Scenedesmus+strains+cultivated+semi-continuously+in+outdoor+raceway+ponds+and+flat-panel+photobioreactors.">Biomass productivity of two Scenedesmus strains cultivated semi-continuously in outdoor raceway ponds and flat-panel photobioreactors.</a> Journal of Applied Phycology. 28 (3), 1471-1483 (2016).</li><li>Qiang, H., Richmond, A., Zarmi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+effects+of+light+intensity,+light-path+and+culture+density+on+output+rate+of+spirulina+platensis+(cyanobacteria).">Combined effects of light intensity, light-path and culture density on output rate of spirulina platensis (cyanobacteria).</a> European Journal of Phycology. 33 (2), 165-171 (1998).</li><li>Ooms, M. D., Dinh, C. T., Sargent, E. H., Sinton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+management+for+augmented+photosynthesis.">Photon management for augmented photosynthesis.</a> Nature Communications. 7, 1-13 (2016).</li><li>Moheimani, N. R., Borowitzka, M. A., Isdepsky, A., Sing, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+methods+for+measuring+growth+of+algae+and+their+composition.">Standard methods for measuring growth of algae and their composition.</a> Algae for biofuels and energy. , 265-284 (2013).</li><li>Griffiths, M. J., Garcin, C., van Hille, R. P., Harrison, S. T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+by+pigment+in+the+estimation+of+microalgal+biomass+concentration+by+optical+density.">Interference by pigment in the estimation of microalgal biomass concentration by optical density.</a> Journal of Microbiological Methods. 85 (2), 119-123 (2011).</li><li>Schumann, R., H&#228;ubner, N., Klausch, S., Karsten, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chlorophyll+extraction+methods+for+the+quantification+of+green+microalgae+colonizing+building+facades.">Chlorophyll extraction methods for the quantification of green microalgae colonizing building facades.</a> International Biodeterioration and Biodegradation. 55 (3), 213-222 (2005).</li><li>Pinckney, J. L., Richardson, T. L., Millie, D. F., Paerl, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+photopigment+biomarkers+for+quantifying+microalgal+community+composition+and+in+situ+growth+rates.">Application of photopigment biomarkers for quantifying microalgal community composition and in situ growth rates.</a> Organic Geochemistry. 32 (4), 585-595 (2001).</li><li>Van Wychen, S., Laurens, L. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+total+solids+and+ash+in+algal+biomass:+laboratory+analytical+procedure+(LAP).">Determination of total solids and ash in algal biomass: laboratory analytical procedure (LAP).</a> National Renewable Energy Laboratory. , (2015).</li><li>Davis, R., Laurens, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algal+biomass+production+via+open+pond+algae+farm+cultivation:+2019+state+of+technology+and+future+research.">Algal biomass production via open pond algae farm cultivation: 2019 state of technology and future research.</a> National Renewable Energy Laboratory. , (2020).</li><li>Borovkov, A. B., Gudvilovich, I. N., Avsiyan, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scale-up+of+Dunaliella+salina+cultivation:+from+strain+selection+to+open+ponds.">Scale-up of Dunaliella salina cultivation: from strain selection to open ponds.</a> Journal of Applied Phycology. 32 (3), 1545-1558 (2020).</li><li>Davies, F. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbiota+associated+with+the+large-scale+outdoor+cultivation+of+the+cyanobacterium+Synechococcus+sp.+PCC+7002.">Microbiota associated with the large-scale outdoor cultivation of the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002.</a> Algal Research. 58, (2021).</li><li>Ataeian, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+capture+and+conversion+of+CO2+from+air+by+growing+a+cyanobacterial+consortium+at+pH+up+to+11.2.">Direct capture and conversion of CO2 from air by growing a cyanobacterial consortium at pH up to 11.2.</a> Biotechnology and Bioengineering. 116 (7), 1604-1611 (2019).</li><li>Fu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustained+photosynthesis+and+oxygen+generation+of+microalgae-embedded+silk+fibroin+hydrogels.">Sustained photosynthesis and oxygen generation of microalgae-embedded silk fibroin hydrogels.</a> ACS Biomaterials Science &amp; Engineering. , (2021).</li><li>Rearte, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthetic+performance+of+Chlorella+vulgaris+R117+mass+culture+is+moderated+by+diurnal+oxygen+gradients+in+an+outdoor+thin+layer+cascade.">Photosynthetic performance of Chlorella vulgaris R117 mass culture is moderated by diurnal oxygen gradients in an outdoor thin layer cascade.</a> Algal Research. 54, (2021).</li><li>Poughon, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limnospira+indica+PCC8005+growth+in+photobioreactor:+model+and+simulation+of+the+ISS+and+ground+experiments.">Limnospira indica PCC8005 growth in photobioreactor: model and simulation of the ISS and ground experiments.</a> Life Sciences in Space Research. 25, 53-65 (2020).</li><li>Yen, U. C., Huang, T. C., Yen, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+the+circadian+photosynthetic+rhythm+in+cyanobacteria+with+a+dissolved-oxygen+meter.">Observation of the circadian photosynthetic rhythm in cyanobacteria with a dissolved-oxygen meter.</a> Plant Science. 166 (4), 949-952 (2004).</li><li>Vermaas, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthesis+and+respiration+in+cyanobacteria.">Photosynthesis and respiration in cyanobacteria.</a> eLS. , (2001).</li><li>Ritter, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> MilliGascounter Type MGC-1 Operation Instructions V 3.4. , (2017).</li><li>Sousa, C., De Winter, L., Janssen, M., Vermu&#235;, M. H., Wijffels, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+the+microalgae+Neochloris+oleoabundans+at+high+partial+oxygen+pressures+and+sub-saturating+light+intensity.">Growth of the microalgae Neochloris oleoabundans at high partial oxygen pressures and sub-saturating light intensity.</a> Bioresource Technology. 104, 565-570 (2012).</li><li>Latifi, A., Ruiz, M., Zhang, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidative+stress+in+cyanobacteria.">Oxidative stress in cyanobacteria.</a> FEMS microbiology reviews. 33 (2), 258-278 (2009).</li><li>Morillas-Espa&#241;a, A., Lafarga, T., G&#243;mez-Serrano, C., Aci&#233;n-Fern&#225;ndez, F. G., Gonz&#225;lez-L&#243;pez, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Year-long+production+of+Scenedesmus+almeriensis+in+pilot-scale+raceway+and+thin-layer+cascade+photobioreactors.">Year-long production of Scenedesmus almeriensis in pilot-scale raceway and thin-layer cascade photobioreactors.</a> Algal Research. 51, (2020).</li><li>Melis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solar+energy+conversion+efficiencies+in+photosynthesis:+minimizing+the+chlorophyll+antennae+to+maximize+efficiency.">Solar energy conversion efficiencies in photosynthesis: minimizing the chlorophyll antennae to maximize efficiency.</a> Plant Science. 177 (4), 272-280 (2009).</li></ol>

Forfatterne har intet at afsløre.

Inden for denne protokol øger fokus på følgende trin sandsynligheden for at generere reproducerbare data af høj kvalitet. Ved konstruktion af reaktorstativet (trin 1) skal basen være robust med veljusterede lodrette understøtninger. Slidset stål har skarpe kanter, så tilføjelsen af sikkerhedshætter er afgørende. Flaskeplatformens overflader skal være helt flade, magnetomrøreren og bolthovederne skal begge sidde under det øverste lags overflade (trin 3.2-3.6). I henhold til producentens anvisninger skal gassensorens emballagevæske fyldes til "sporingsskruen for væskeniveau" for nøjagtige iltmålinger. Dette væskeniveau bør kontrolleres regelmæssigt, da fordampning af emballagevæsken kan kortslutte målecellen. Alle tre gasledninger lavet i trin 5.2 skal have samme længde; dette sikrer, at replikater har identiske headspace-volumener. Før et forsøg påbegyndes, anbefales det at teste det programmerede lysregime ved at registrere lysintensiteten over en periode på 24 timer (trin 6.11). Hvis stigninger i væsketemperaturen giver anledning til bekymring, skal denne test også omfatte en forseglet flaske med en indvendig temperatursonde (trin 6.11). Når du logger, skal du ikke afslutte softwarevinduet til dataindsamling; dette vil afslutte logning. Hvis der udtages kulturprøver, skal du passe på ikke at frigive headspace-gas ved at åbne ventiler i den forkerte rækkefølge (trin 8.2-8.8). Når du gennemgår eksperimentelle data, skal du være opmærksom på, at dataindsamlingssoftwaren automatisk genererer et glidende gennemsnit af strømningshastigheden. Dette oppuster værdien af en eller to strømningshastighedsaflæsninger, der genereres natten over. Organiser gassensorlogfiler manuelt for at rette op på dette.
Det mest almindelige tilbageslag med denne metode er potentialet til at kortslutte gassensoren, hvis væskepakningsniveauet falder. Der er to måder, dette kan ske på. For det første kan fordampning langsomt reducere væskeniveauet. Dette er dog usandsynligt over et kortvarigt (<7 dage) eksperiment29. For det andet kan høje respirationshastigheder trække ilt ind i opløsningen og generere et headspace-undertryk. Når lysenergi ikke er tilgængelig, bruger mikroalger aerob respiration til at levere den energi, der kræves til cellulær vedligeholdelse og reparation28. Derfor kan iltforbruget og det resulterende undertryk i tætte kulturer i ikke-belyste timer være betydeligt. Dette suger emballagevæske fra gassensorerne ind i gasledningen. Den afstand, som pakkevæsken bevæger sig, er proportional med mængden af respiration om natten. Hvis pakningsvæsken kommer ind i flaskerne, genererer dette en olieglat på væskeoverfladen.
Hvis der forventes høje respirationshastigheder om natten, kan der foretages ændringer i protokollen. Den enkleste måde at undgå undertryk på er at lade flaskehovedrummet være åbent natten over. Dette har også den fordel, at det letter DO-niveauerne ved at reducere det delvise headspace-tryk påO2. Høje DO-koncentrationer menes at være skadelige for væksten, daO2 kan hæmme aktiviteten af Rubisco og kan udløse oxidativ stress30,31. Det er ikke ualmindeligt, at dyrkningssuspensioner når 4x overmætning, selv når de er i kontakt med atmosfæren25,32. For at åbne headspace skal du frakoble gasledningen fra nålen, der spænder over gummiproppen. Nattetimer kan tjene som et vindue til at fylde gassensorens pakningsvæske eller manipulere kontinuerlige eksperimenter med ringe indflydelse på dataindsamlingen. For eksempel kan man ændre kulturtætheden, opdatere næringsstoffer, tilføje en ændring eller introducere et patogen. Flasker skal forsegles igen, og gassensorledningen tilsluttes igen, før lysene tændes igen. Iltmålingerne indsamlet fra forsøg med lukkede versus åbne natlige headspaces vil variere.
Når flasker forbliver forseglede, reducerer iltforbruget om natten antallet af molO2 i headspace. Dette får pakningsvæske til at krybe op ad gassensorledningen for at opretholde headspace-trykket. Når lyset tændes, genoptages iltproduktionen. Emballagevæske skal skubbes tilbage i gassensoren, før strømningshastighedsaflæsninger påbegyndes. Denne forsinkelse er derfor proportional med graden af respiration om natten. På denne måde, når headspace forbliver lukket, repræsenterer O 2-aflæsninger netto O2-produktion (fotosyntetisk produktion - respirationsforbrug). Omvendt, når headspace er åbent om natten, erstatter atmosfærisk gas, hvad headspace O2 forbruges, og ingen pakningsvæske kommer ind i gasledningen. Resultatet er, at respiratoriskO2-forbrug ikke tages i betragtning i O2-produktionsdata. Dette kan reducere nøjagtigheden af AFDW-biomassevækstestimater. Det bør dog ikke påvirke nytten af at brugeO2-produktion i dagtimerne som en måling til at sammenligne vækst mellem behandlinger.
Alle PBR-laboratorier er omfattet af den samme begrænsning. kunstige lys kan ikke replikere solspektret. Mikroalger bruger bølgelængder af lys mellem 400-700 nm til fotosyntese. Denne region kaldes fotosyntetisk aktiv stråling (PAR)33. Sollys og kunstigt lys varierer i deres relative bidrag af bølgelængder inden for dette område. Dette sammen med gunstige temperaturer og en konstant lysforsyning betyder, at laboratorievækstdata ofte ikke kan ekstrapoleres pålideligt til udendørs forhold. Disse PBR'er kan dog løse en af begrænsningerne ved laboratoriets PBR-lysforsyning. Sollysintensiteten er meget variabel hele dagen, hvor skydækket genererer forbigående udsving i hændelse PAR. Lysstyringssoftwaren og DMX-lysstyringen kan give lysintensiteter fra 0 til 2400 μmolfotoner m-2 s-1 og derover. Lysregimer kan opdeles i individuelle trin så korte som 1 s. Justerbar lysintensitet giver brugeren mulighed for at efterligne udendørs lysmønstre tættere end standard PBR-opsætninger. Her falmer simulerede 30 minutters daggry- og skumringsintervaller dag og nat cyklusser sammen (supplerende tabel 1).
Selvom AFDW-tæthed er blevet standardmålet for vækst, kan denne metode kræve betydelige kulturvolumener, en 2-3-dages behandlingsperiode og genererer et datapunkt ad gangen. Yderligere, hvis forholdene bliver ugunstige, og celler dør, skelner AFDW-densitet ikke mellem aktivt fotosyntetiserende celler og dem, der nedbrydes. Kvantificering af hastigheden af fotosyntetisk iltproduktion tjener som en alternativ vækstproxy. Dette PBR-design kan registrere iltproduktion kontinuerligt med lidt brugerintervention, samtidig med at kulturvolumen bevares. Dataopløsningen kan forbedres ved at vælge en gassensor med et lavere målecellevolumen, f.eks. 1 ml. Hvis kulturer er godt blandede, kan brugerne desuden beslutte at installere et spektrofotometer til kontinuerlig optisk densitetsaflæsninger. Hvis temperaturregulering af mediet ønskes, kan der tilsættes en recirkulerende køler. Disse PBR'er er en værdifuld tilføjelse til et laboratorium, der ønsker at udvide sin mikroalgeforskningskapacitet uden store økonomiske investeringer. De er særligt velegnede til dem, der arbejder med høj alkalinitet, høj pH-art som Spirulina. Disse PBR'er tilbyder let regimefleksibilitet og er gyldige til hurtige, replikerede laboratorievækstsammenligninger.

Mikroalger og cyanobakterier, samlet kaldet mikroalger for enkelhed, er forkæmper for deres potentiale inden for bæredygtig bioteknologi. De er attraktive kandidater på grund af deres hurtige vækst, evne til at blive dyrket på ikke-agerjord og for deres brug af sollys til at drive omdannelsen af kuldioxid til biomasse 1,2,3. Mikroalgebiomasse kan omdannes til produkter som bioenergi i form af olie eller gas, fødevarefarvestoffer og kosttilskud og materialer som biopolymerer 1,4,5,6,7. Derudover kan de bruges til at behandle spildevand eller afhjælpe vandområder ved at forbruge overskydende næringsstoffer 8,9. I betragtning af dette er mikroalgeforskning udbredt og etableret. Feltet vokser, efterhånden som samfundet genovervejer kulstofintensiteten og den miljømæssige bæredygtighed af de nuværende fremstillings- og energiproduktionsmetoder.
Tre grundlæggende krav til laboratoriebaserede mikroalgeundersøgelser er en kulturbeholder, lyskilde og metode til kvantificering af vækst. Udtrykket fotobioreaktor (PBR) beskriver en opsætning, hvor kulturkar er belyst10. Almindeligvis sigter undersøgelser af mikroalger mod at sammenligne vækst mellem to eller flere behandlinger, fx forskellige vækstmedier, lysregimer eller arter 11,12,13. Af hensyn til statistisk relevans bør hver tilstand, f.eks. behandling og kontrol, replikeres. Hvis kontrol og behandling gennemføres samtidigt, betyder det, at mange PBR-stoffer skal overvåges og udtages i løbet af et forsøg. Udfordringen med at betjene flere PBR'er er todelt. For det første er det vigtigt for reproducerbarheden at levere en ensartet lysintensitet til hver PBR, men det kan være vanskeligt. Mængden af lysindfald på fartøjets overflade påvirkes af dens afstand fra lyskilden, skygge fra tilstødende fartøjer og baggrundslysudsving14. For det andet skal der vælges en metode til nøjagtig kvantificering af væksten.
Vækst måles almindeligvis ved celletal, optisk densitet (OD), klorofyl A-indhold, tørvægt (DW) densitet og askefri tørvægt (AFDW) densitet15. Celletællinger, klorofyl A-indhold og gravimetriske metoder er manuelle processer, der producerer diskrete datapunkter. OD kan måles kontinuerligt og ikke-invasivt med et spektrofotometer, forudsat at det er godt kalibreret mod en anden metode såsom AFDW-densitet15. OD-målinger og klorofyl A-indhold kan dog være upålidelige, da resultaterne varierer under forskellige dyrkningsforhold, f.eks. mellem arter og gennem hele vækstcyklussen 15,16. For klorofyl A kan ekstraktionsmetoden også påvirke pigmentudbyttet17. Klorofyl A-indhold er særligt nyttigt til sporing af væksten af mikroalger inden for mikrobielle samfund, som også indeholder ikke-fotosyntetiske organismer17,18. Når man vælger en metode til bestemmelse af vækst, er det vigtigt at overveje suspensionens morfologi. Når organismer klumper sig sammen og ikke blandes godt, er OD og celletal ikke mulige15. En enkelt metode er ikke egnet til alle eksperimentelle anvendelser - forskere skal beslutte, hvilke metoder der er praktiske og relevante for deres eksperimentelle mål.
AFDW er en pålidelig metode, der muliggør vækstsammenligninger mellem forskellige kulturforhold, især mellem arter og kulturmedier 15,19,20. For at beregne AFDW koncentreres en prøve af mikroalgekultur først, enten ved filtrering eller centrifugering, og tørres. På dette stadium kan DW bestemmes. Normalt indeholder DW-prøven mindst 8-10% aske-uorganisk materiale såsom salte og partikler15. DW sporer væksttendenser, men kan skæves, hvis uorganiske stoffers bidrag varierer. For at bestemme AFDW-densitet forbrændes tør biomasse ved høj temperatur; dette fordamper den organiske eller nyttige del, mens aske (uorganiske stoffer) efterlades19. For at beregne AFDW trækkes vægten af askefraktionen fra vægten af DW-fraktionen. I mikroalge suspensioner varierer AFDW typisk fra 0,1-3 g / L 12,21,22. Små mængder fortyndede suspensioner giver lidt tør biomasse, <10 mg. Efter forbrænding må aske kun veje 1 mg. Afhængigt af kulturtætheden kræver denne metode derfor volumener mellem 5-100 ml og analytiske skalaer nøjagtige til 0,1 mg 12,15,19,22. Laboratorie PBR'er er typisk små, højst et par liter, hvorfor hver flydende prøve udtømmer kulturvolumen. Endvidere er AFDW-metoden manuel og tager 2-3 dage. For replikerede og gentagne eksperimenter foretrækkes en automatiseret og kontinuerlig proces.
For mikroalger, der bruger bicarbonat som kulstofkilde, kan to yderligere vækstmålinger måles kontinuerligt. Fotosyntese forbruger bicarbonat og producerer ilt. Forbruget af bikarbonat øger middelpH-værdien 23. En nedsænket pH-sonde kan måle denne ændring. Fotosyntetisk iltproduktion øger mediets koncentration af opløst ilt (DO), indtil mediet er mættet. Ud over mætning eksisterer ilt som bobler. Iltproduktion måles ved hjælp af mange forskellige teknikker: sonder måler DO-koncentration, manometriske enheder vurderer headspace-tryk, gaskromatografi måler headspace-sammensætning, og volumetriske sensorer registrerer gasudstrømning 24,25,26,27. Når ilt anvendes som vækstproxy, skal kulturbeholdere være fuldt forseglede eller kun tillade gasudstrømning. Til pH- og iltmålinger skal kulstof tilføres i form af bicarbonat, ikke ved CO2 -sparging. CO2 -sparging reducerer medium pH23 og kan som gas forstyrre iltmålinger. En fordel ved pH og ilt i forhold til optisk densitet er, at metoden ikke kompromitteres, hvis mikroalger danner klumper. Selvom det er indirekte, er både pH og ilt effektive til at sammenligne vækst mellem behandlinger.
PBR'er, der er i brug i dag, varierer i kompleksitet. Laboratorier kan bruge enkle bordkolber, brugerdefinerede prototyper eller kommercielt tilgængelige produkter. For forskergrupper, der søger at opgradere fra kolber, kan omkostningerne ved kommercielle PBR'er eller teknisk færdighed og delfremstilling, der kræves for at bygge mange prototyper, være en barriere. Dette manuskript har til formål at beskrive det trinvise design, konstruktion og drift af laboratorie-PBR'er, der bygger bro over dette hul. Disse PBR'er har et tilpasseligt lysregime og overvåger væksten kontinuerligt ved at registrere volumetrisk iltproduktion. Dette design huser tre kulturfartøjer til tredobbelt replikation og kan bygges med moderat dygtighed og let tilgængelige materialer. Denne PBR er en værdifuld tilføjelse til et laboratorium, der ønsker at udvide sin kapacitet til mikroalgeforskning uden at investere i meget tekniske eller dyre produkter. Når forskere vælger at erhverve eller bygge en PBR, skal de overveje et designs egnethed til deres kulturforhold, økonomiske stilling og forskningsspørgsmål.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum channels 
			Imperial: 0.90&#8221; x 39.37&#8221; 
			Metric: 2.3 cm x 100 cm 
			Quantity: 4</td>
			<td>LED World</td>
			<td>AC-AR1-1M</td>
			<td>Required as a heat sink</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bungee cords, small 
			Quantity: 5</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>To secure bottles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer - desktop/laptop 
			Quantity: 1</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Logger, HOBO U30 USB Weather Station 
			Quantity: 1</td>
			<td>HOBO, Hoskin</td>
			<td>U30-NRC-VIA-10-S100-000</td>
			<td>Records light sensor information</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital interface module, Rigamo, 4-channel 
			Quantity: 1</td>
			<td>Ritter</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is to transmit gas sensor data to the computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMX decoder, 12~24 VDC, DMX-CV-4X5A 
			Quantity: 1</td>
			<td>LITECH, LED World</td>
			<td>LT-840-6A</td>
			<td>Transmit messages which alter the light pattern</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMX lighting controller, SUSHI-RB-RJ 
			Quantity: 1</td>
			<td>Arcolis, Nicolaudie America Inc.</td>
			<td>SUSHI-RB-RJ DMX</td>
			<td>Encodes the lighting program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas sensor packing liquid (Silox) 
			Quantity: 1 L</td>
			<td>Ritter</td>
			<td>https://www.ritter.de/en/data-sheets/silox</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas sensor, volumetric 
			Quantity: 3</td>
			<td>Ritter</td>
			<td>MGC-1 V3.4 PMMA (https://www.ritter.de/downloads/mgc-milligascounter-en)</td>
			<td>Measures oxygen production</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass bottles, round 1 L with GL45 neck 
			Quantity: 3</td>
			<td>Corning, Capitol Scientific</td>
			<td>1395-1L</td>
			<td>Culture vessels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - end caps for slotted steel 
			Quantity: 10</td>
			<td>Paulin, Home Depot</td>
			<td>142-612</td>
			<td>To cover sharp edges of slotted steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - eye hooks 
			Quantity: 6</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>To secure bottles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - metal corner braces (large) 
			Imperial: 4&#34; x 4&#34; 
			Metric: 10 cm x 10 cm 
			Quantity: 8</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Larger brackets to construct metal stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - metal corner braces (small) 
			Imperial: 2 1/2&#34; x 2 1/2&#34; 
			Metric: 6.4 cm x 6.4 cm 
			Quantity: 6</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Small brackets to connect bottle platforms to PVC pipe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - metal corner gussets 
			Imperial: 3&#34; x 3&#34; 
			Metric: 7.6 cm x 7.6 cm 
			Quantity: 6</td>
			<td>Paulin, Home Depot</td>
			<td>142-616</td>
			<td>Flat brackets to construct metal stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - piano hinge 
			Imperial: 36&#34; 
			Metric: 91 cm 
			Quantity: 1</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Connects two halves of PVC pipe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - rivets 
			Quantity: 40</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>To attach piano hinge to PVC tubing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - set of bolts, nuts, washers 
			Quantity: 60</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Long thin bolts are required to secure bottle platforms around magentic stirrers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardware - set of bolts, nuts, washers 
			Quantity: 30</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Larger shorter bolts are required to build the metal stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED driver, constant voltage, 96W 24VDC UL Listed IP65 Driver Class 2 regulated power supply 
			Quantity: 1</td>
			<td>Magnitude Lighting, LED World</td>
			<td>CVN96L24DC</td>
			<td>Regulates power to the lights</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED lights, Cinco Bright LED Flex Strip 
			Quantity: 4 m roll</td>
			<td>EvenBright, LED World</td>
			<td>FA128M57-4M-24V-X</td>
			<td>Roll is trimmed into 4 x 1 m lengths and secured inside the PVC tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light meter, handheld with submersible sperical probe 
			Quantity: 1</td>
			<td>LI-COR</td>
			<td>LA-250A</td>
			<td>Calibrate the reactors light intensity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light sensors Photosynthetic Light (PAR) Smart Sensor 
			Quantity: 2</td>
			<td>HOBO, Hoskin</td>
			<td>S-LIA-M003</td>
			<td>Only one is required however two would be good practice in case one malfunctioned</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrers (MIXdrive 1 XS) with external control units and power supply (MIXcontrol eco) 
			Quantity: 3</td>
			<td>2Mag, 2MAG USA</td>
			<td>MF 40300</td>
			<td>Stirrers sit sandwiched in bottle platforms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal plate 
			Imperial: 24&#34; x 8&#34; 
			Metric: 61 cm x 20.3 cm 
			Quantity: 1</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>This is a surface on which to secure electronics, it is attached to the back of the reactor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipe, white PVC 
			Imperial: 6&#34; diameter x 42&#34; high 
			Metric: 15.2 cm x 106.7 cm 
			Quantity: 1</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Cut lengthwise in two halves, used to house lights and bottles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic (HDPE) sheets 
			Imperial: 4&#34; x 4&#34; x 1/4&#34; 
			Metric: 10 cm x 10 cm x 1 cm 
			Quantity: 6</td>
			<td>Inventables</td>
			<td>30291-01</td>
			<td>For bottle platforms which house magentic stirrers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber stoppers - GL45 size 
			Quantity: 3</td>
			<td>Duran, VWR</td>
			<td>76289-760</td>
			<td>Seals culture vessels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw caps - with aperture and GL45 neck 
			Quantity: 3</td>
			<td>Corning, Capitol Scientific</td>
			<td>1395-45HTSC</td>
			<td>Generates seal of culture vessels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slotted angle steel lengths 
			Imperial: 1-1/2&#34; X 48&#34; x 0.074&#34; 
			Metric: 3.8 cm x 122 cm x 0.19 cm 
			Quantity: 6</td>
			<td>Paulin, Home Depot</td>
			<td>142-202</td>
			<td>Makes up the body of the metal stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slotted flat steel lenghts 
			Imperial: 1-3/8&#34; x 48&#34; x 0.074&#34; 
			Metric: 3.5 cm x 122 cm x 0.19 cm 
			Quantity: 3</td>
			<td>Paulin, Home Depot</td>
			<td>142-222</td>
			<td>Makes up the body of the metal stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software - Easy Stand Alone (ESA)</td>
			<td></td>
			<td>https://www.dmxsoft.com/#apps</td>
			<td>AKA LED control software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software - Rigamo v3.1</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>AKA data acquisition software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software - Storage Upgrade Tools (SUT)</td>
			<td></td>
			<td>https://store.dmxsoft.com//</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bar 
			Imperial: 1&#34; x 5/16&#34; 
			Metric: 2.5 cm x 0.8 cm 
			Quantity: 3</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>14-513-59</td>
			<td>Stirs culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Switch box 
			Quantity: 1</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Turns power on/off to reactor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe, 10 mL 
			Quantity: Multiple</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Optional if you wish to extract culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube adaptor fittings, plastic - Stopcock 1-way 
			Quantity: 6</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-12023-33</td>
			<td>Close/open culture vessel line</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube adaptor fittings, plastic - variety of male and female luer lock fittings 
			Imperial: to fit 1/16&#34; and 1/8&#34; ID tubing 
			Metric: to fit 1.59 mm and 3.18 mm tubing 
			Quantity: Multiple packets</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-30800-16; RK-30800-18; RK-45518-26; RK-45501-00; RK-45501-04</td>
			<td>Many different combinations can achieve the same end result, best to order a variety of fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube adaptor fittings, plastic - variety of straight connectors 
			Imperial: to fit 1/16&#34; and 1/8&#34; ID tubing 
			Metric: to fit 1.59 mm and 3.18 mm tubing 
			Quantity: Multiple packets</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-40616-04</td>
			<td>Many different combinations can achieve the same end result, best to order a variety of fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing, flexible, transparent 
			Imperial: ID=1/16&#34;, OD=1/8&#34; 
			Metric: ID = 1.59 mm, 0D = 3.18 mm 
			Quantity: 4 m</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-06422-02</td>
			<td>Line from culture vessel to gas sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing, flexible, transparent 
			Imperial: ID=1/8&#34;, OD=1/4&#34; 
			Metric: ID = 3.18 mm, 0D = 6.35 mm 
			Quantity: 2 m</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-06422-05</td>
			<td>Gas sensor standard tubing size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing, rigid, transparent 
			Imperial: ID=1/16&#34;, OD=1/8&#34; 
			Metric: ID = 1.59 mm, 0D = 3.18 mm 
			Quantiy: 1 m</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-06605-27</td>
			<td>Spans rubber stopper allowing gas to exit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing, rigid, transparent 
			Imperial: ID=1/8&#34;, OD=1/4&#34; 
			Metric: ID = 3.18 mm, 0D = 6.35 mm 
			Quantity: 1 m</td>
			<td>Masterflex, Cole Palmer</td>
			<td>RK-06605-30</td>
			<td>Spans rubber stopper allowing gas to exit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zip ties, small 
			Quantity: 1 packet</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Secure tube fittings</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

operation of laboratory photobioreactors with online growth measurements and customizable light regimes

Laboratorieundersøgelsen af mikroalger kan være eksperimentelt udfordrende. Ud over dyrkningskravene til ikke-fotosyntetiske mikroorganismer kræver fototrofer også belysning. Rutinemæssigt søger forskere at levere brugerdefinerede lysforsyninger, dvs. variere lysintensiteten og tiden, hvormed den leveres. En sådan fleksibilitet er vanskelig med standard bordlamper. Normalt kræver dyrkningsundersøgelser også vækstsammenligninger mellem eksperimentelle behandlinger. Ofte vurderes væksten over en længere varighed, f.eks. flere gange om dagen i løbet af en uges prøveperiode. Manuelle målinger kan være tidskrævende og mangle dataopløsning. Derfor er fotobioreaktorer (PBR'er) med automatisk vækstovervågning og tilpasselig lysforsyning nyttige til replikerede eksperimenter med flere behandlinger. Det nuværende arbejde præsenterer design, konstruktion og drift af laboratorie PBR'er. Materialerne er let fremskaffede og relativt billige. Designet kunne duplikeres med moderat dygtighed. Hver struktur har et fodaftryk på ~ 40 cm2 og er vært for tre 1 L glasflasker til tredobbelt replikation. Flasker hviler på platforme, der indeholder magnetiske omrørere og er anbragt lodret inden for et 1 m højt og 15 cm diameter polyvinylchlorid (PVC) rør. Rørinteriøret er foret med lysemitterende dioder (lysdioder). Disse lysdioder producerer kontinuerlige lysintensiteter fra 0-2400 μmol fotoner m-2 s-1 af fotosyntetisk aktiv stråling (PAR). Brugere designer et brugerdefineret belysningsprogram. Lysintensiteten kan justeres hvert sekund eller holdes konstant i længere tid. Oxygen produceret fra fotosyntese forlader hver flaske via en envejs volumetrisk gassensor. Software bruges til at registrere gassensordata. Mængden af produceret ilt kan korreleres med biomassevækst. Hvis der kræves biomasseprøver, kan en sprøjte bruges til at ekstrahere kultur. Metoden er velegnet til mikroalger dyrket med bicarbonat som kulstofkilde. Disse PBR'er er værdifulde for et laboratorium, der kræver replikerede eksperimenter, let regimefleksibilitet og kontinuerlige vækstdata i høj opløsning.

Watch this Scientific Journal Video about Operation of Laboratory Photobioreactors with Online Growth Measurements and Customizable Light Regimes at JoVE.com

Operation of Laboratory Photobioreactors with Online Growth Measurements and Customizable Light Regimes

Denne publikation beskriver designet af laboratoriefotobioreaktorer (PBR'er) med tilpassede lysregimer. Væksten af cyanobakterier eller mikroalger, der bruger bicarbonat som deres kulstofkilde, overvåges kontinuerligt ved at måle volumetrisk iltproduktion. Disse PBR'er letter hurtige, replikerede laboratorievækstsammenligninger med lidt brugerintervention under eksperimenter.

Drift af laboratoriefotobioreaktorer med online vækstmålinger og tilpassede lysregimer

The laboratory study of microalgae can be experimentally challenging. In addition to the cultivation requirements of non-photosynthetic microorganisms, ...

Denne protokol muliggør replikerede mikroalgeeksperimenter med lidt brugerinput. Det er designet til forskere, der ønsker at opgradere fra manuelt overvåget til bænkekolber uden at købe tekniske og dyre kommercielle fotobioreaktorer. Denne fotobioreaktor muliggør lysforhold og fleksibilitet, kontinuerlig vækstovervågning og tredobbelt replikation.For at begynde skal du åbne dataindsamlingssoftwaren. Udfyld konfigurationssiden, og tildel kalibreringsfiler til deres respektive sensorer. Under katalogfilnavnet skal du vælge den tilsvarende digitale inputmodulportnummermappe.Klik på den aktuelle mappe og gentag for alle porte. Klik derefter på okay for at gå videre til logningssiden. Fyld derefter glasflaskerne til det ønskede volumen med dyrkningsmediet og centrifuger lagerkulturen i tre afbalancerede 50 milliliter rør for at give tre pellets.Tilsæt en pellet til hver flaske ved hjælp af en serologisk pipette og et frisk medium. Slip derefter en 25 x otte millimeter magnetisk omrører i hver flaske, før du forsegler flaskeåbningen med en gummiprop og gevindskruehætte. Hvis der er installeret valgfri prøveudtagningsporte, skal ventilerne lukkes.Når du har fundet enden af hver gasledning inde i PVC-røret, skal du fastgøre en nål til ventilens postlokkeport. Tilslut hver flaske til dens gassensor ved at gennembore hver gummiprop med den tilsvarende nål. Start derefter hver gassensor individuelt ved at markere afkrydsningsfeltet i venstre side af skærmen, klikke på start og indtaste et filnavn.Klik på OK, og gentag for alle sensorer. Tænd derefter fotobioreaktoren og sørg for, at den digitale multiplexbelysningsregulator er tilsluttet en strømforsyning. Brug knappen på den digitale multiplex-controller til at skifte mellem hjælperscenen og den tilpassede lysscene for at sikre, at enheden fungerer korrekt.Til flaskeprøvetagning skal du forberede yderligere 500 ml af det friske medium, inden eksperimentet påbegyndes. For at indsamle prøven skal du lukke ventilen på gasledningen og tilslutte en 10 ml sprøjte til prøveudtagningsportventilen. Efter tilslutning af sprøjten skal du åbne prøveudtagningsportventilen og trække otte ml kultur ud.Luk derefter prøveudtagningsportventilen, og frakobl sprøjten. Tilslut derefter til sprøjten indeholdende otte milliliter frisk medium til prøveudtagningsportventilen. Åbn derefter ventilen og injicer det friske medium.Til sidst lukkes prøveudtagningsportens ventil, og sprøjten frakobles. Hvis du vil eksportere dataene, skal du vælge fil- og offlinedata. Når du har valgt alle relevante logfiler, skal du eksportere dataene til regnearkssoftware og gemme.Et vellykket eksperiment er kendetegnet ved et tæt replikeret dagligt mønster af iltproduktion. Iltstrømningshastigheden fungerer som en proxy for en kulturs vækstrate. I de oplyste timer stiger gasproduktionen støt, og i ikke-oplyste timer stopper gasproduktionen.Den samlede mængde ilt produceret over fire dage varierede fra 316 ml i behandling A til 902 ml under behandling C.In 300 mikromol pr. meter kvadreret pr. sekund lysregime steg temperaturen med maksimalt 1,4 grader Celsius i løbet af dagen. Kulturtemperaturer vendte tilbage til baseline natten over. På trods af forskelle i deres oprindelige biomassekoncentrationer genererede behandlingerne B og C den samme mængde samlet biomasse, hvilket forårsagede identiske skift i medium pH.Online iltstrømningshastighedsdata afslørede, at hver behandling havde varierende daglige vækstrater, hvilket også blev afspejlet i pH-målingerne to gange dagligt. På dag ét var behandling B's vækstrate lavere end væksten i behandling C.Mens behandling B's vækstrater på dag tre overgik væksten for behandling C.Oxygenstrømningshastighedsdata viste, at den højeste vækst fandt sted på dag tre i behandling B.Vækstestimater baseret på total målt ilt forventedes at undervurdere biomassevæksten lidt, hvilket var gyldigt for fem ud af syv eksempler. To eksempler overvurderede væksten.Dette kan have været påvirket af eksperimenter, der blev bestemt i slutningen af natten. Betydelig respiration om natten øger iltforbruget, genererer et vakuum med flaskehovedrum og suger pakning med væske fra gassensorer. Hvis åndedrættet kan være højt, åbner vi hovedrummet natten over.

Research

JoVE Journal

Biology

Presynaptically Silent Synapses Studied with Light Microscopy

Synaptic plasticity likely underlies the nervous system's ability to learn and remember and may also represent an adaptability that prevents otherwise ...

Aseptic Laboratory Techniques: Volume Transfers with Serological Pipettes and Micropipettors

Aseptiske Laboratorieteknikker: Volume overførsler med Serologiske pipetter og Micropipettors

Microorganisms are everywhere - in the air, soil, and human body as well as on inanimate surfaces like laboratory benches and computer keyboards. The ...

In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

In vivo Klonale Sporing af hæmatopoietisk stamcelletransplantation og progenitorceller Præget af Fem fluorescerende proteiner ved hjælp af konfokal og multiphoton mikroskopi

We developed and validated a fluorescent marking methodology for clonal tracking of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) with high spatial and ...

A Customizable Chamber for Measuring Cell Migration

En tilpasses Chamber til måling Cell Migration

Cell migration is a vital part of immune responses, growth, and wound healing. Cell migration is a complex process that involves interactions between ...

Analysis of the Gap Junction-dependent Transfer of miRNA with 3D-FRAP Microscopy

Analyse af Gap Junction-afhængig Overførsel af miRNA med 3D-FRAP Microscopy

Small antisense RNAs, like miRNA and siRNA, play an important role in cellular physiology and pathology and, moreover, can be used as therapeutic agents ...

Cystometric and External Urethral Sphincter Measurements in Awake Rats with Implanted Catheter and Electrodes Allowing for Repeated Measurements

Cystometric og ekstern urethrae Sphincter målinger i vågen rotter med indopereret kateter og elektroder giver mulighed for gentagne målinger

Lower urinary tract function is mainly assessed by means of cystometric bladder function analysis in rodents. Conventional cystometries are usually ...

Analysis of Arabidopsis thaliana Growth Behavior in Different Light Qualities

Analysis of Arabidopsis thaliana Growth Behavior in Different Light Qualities

Analyse af Arabidopsis thaliana vækst adfærd i forskellige lys kvaliteter

Plant biologists often need to observe the growth behavior of their chosen species. To this end, the plants need constant environmental and stable light ...

A Simple Approach to Perform TEER Measurements Using a Self-Made Volt-Amperemeter with Programmable Output Frequency

En enkel tilgang til at udføre TEER målinger ved hjælp af en selv lavet volt-amperemeter med programmerbar Udgangsfrekvens

Transepithelial/endothelial electrical resistance (TEER) has been used since the 1980s to determine confluency and permeability of in vitro barrier model ...

Quantitative Analysis of Aspergillus nidulans Growth Rate using Live Microscopy and Open-Source Software

Quantitative Analysis of Aspergillus nidulans Growth Rate using Live Microscopy and Open-Source Software

Kvantitativ analyse af Aspergillus nidulans vækstrate ved hjælp af Live Microscopy og Open Source Software

It is well established that colony growth of filamentous fungi, mostly dependent on changes in hyphae/mycelia apical growth rate, is macroscopically ...

Application of Passive Head Motion to Generate Defined Accelerations at the Heads of Rodents

Anvendelse af passiv hovedbevægelse til at generere definerede accelerationer ved gnaverhovederne på gnavere

Exercise is widely recognized as effective for various diseases and physical disorders, including those related to brain dysfunction. However, molecular ...