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

Denna studie stöddes av 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 och University of Calgary. Tack riktas till Mark Toonen för det elektriska arbetet och William Richardson för löslighetsberäkningar.

1. Konstruktion av PBR-stativet
<ol><li>Skär fem 380 mm längder och två 200 mm längder av vinklat slitsat stål med en handhållen bågfil. Fäst ihop med bultar och stora hörnstöd för att skapa ett stativs bas (figur 1A). Lim på säkerhetsändkåpor.</li>
	<li>Anslut två oklippta (1220 mm) vertikala längder av vinklat slitsat stål till basen. Säkra med bultar och metallhörnvindar (figur 1B). Lim på säkerhetsändkåpor.</li>
	<li>Skär fyra 65 mm plana längder av slitsat stål. Skruva fast dessa i 90 ° vinklar på de vertikala stöden - fäst två på varje stöd, en 130 mm upp från basen (figur 1C) och en 60 mm ner från toppen.</li>
	<li>Fäst vertikala stöd över toppen med en horisontell 140 mm längd av platt slitsat stål (tvärbalk) bultat på baksidan av ramen (figur 2A).</li>
</ol>2. Konstruktion av ljuskammaren
<ol><li>Skär ett vitt polyvinylkloridrör (PVC) med en diameter på 153 mm till en längd av 1070 mm. Skär röret på mitten på längden med en bandsåg. Slipa alla kanter.</li>
	<li>Jämnt utrymme och centrum fyra aluminium kylflänskanaler vertikalt tillsammans med rörets inre. Fäst inte kanaler inom 20 mm från rörets skärkant. Med små bultar, säkra kanalerna på plats på toppen och botten (figur 2B).</li>
	<li>Skruva fast ena halvan av röret på stativet med hjälp av de horisontella stöden som utformats i steg 1.3.</li>
	<li>Lägg ner reaktorn och återförena rörhalvorna genom att tejpa ihop dem. Centrera pianogångjärnet längs en cutline. Spåra gångjärnshålen och borra röret i enlighet därmed. Använd en nitpistol och medellånga nitar för att fästa gångjärnet på röret.</li>
	<li>Använd en liten bungee-sladd (se materialtabell) för att hålla röret stängt (figur 1C).</li>
	<li>Kontakta en elektriker för att koppla in LED-lamporna och installera följande fyra komponenter: LED-drivrutin, digital multiplex (DMX) avkodare, DMX-belysningsregulator och omkopplare (se materialtabell). Fäst alla komponenter på baksidan av PBR enligt figur 2A.</li>
</ol>3. Konstruktion av flaskplattformarna
<ol><li>Skär plattformsformer (figur 3A) av hårdplast, t.ex. högdensitetspolyeten (HDPE) (se materialtabell), med hjälp av dator numerisk styrning (CNC) fräsning. Gör tre av varje form. OBS: Att skära extra topp- och bottenskikt rekommenderas.</li>
	<li>Tejpa ihop botten- och toppskiktet. Markera och borra fem små hål, 6 mm i diameter, genom båda formerna (figur 3A). Använd en större borrkrona och expandera försiktigt ytan på dessa hål så att bulthuvuden kan försänkas (figur 3B).</li>
	<li>För var och en av de tre plattformarna, bulta två små hörnstöd på den bakre halvan av röret. OBS: Avståndet mellan toppen av hängslen ska vara 350 mm.</li>
	<li>Centrera varje bottenskikt ovanpå hängslen. Markera borrhålens placering under hängslen. Borra två hål med en diameter på 6 mm. Använd en större borr, expandera försiktigt hålytan så att bultarna kan försänkas.</li>
	<li>Bulta bottenskikten i hängslen (figur 3B–C).</li>
	<li>Skär femton stycken 12 mm långa 6,35 mm ytterdiameter (OD) styva slangar. Smörgås fem stycken av det styva röret mellan varje topp- och bottenskikt. Fäst lager och slangar tillsammans med långa smala bultar enligt figur 3B–D.</li>
	<li>Borra ett stort hål i PVC-röret bakom varje plattform. Sätt i varje mikromagnetisk omrörare i sin plattform. Trä varje omrörares elektriska kabel genom dessa nyskurna hål (figur 3C–E). Anslut varje omrörare till respektive styrenhet samt ett eluttag.</li>
	<li>Placera en 1 L flaska på varje plattform. Lägg till ögonbultar i det bakre röret på flaskhalsnivå. Linda en liten bungee-sladd runt varje flaskhals för att ge stabilitet (figur 4A). OBS: Under hela protokollet kommer färgkodningsplattformar, flaskor, magnetomrörare och alla tillhörande kablar och sensorer att vara till hjälp.</li>
</ol>4. Konstruktion av vätskeprovtagningsportarna (valfritt)
<ol><li>Skär tre 60 mm längder på 6,35 mm OD styv slang. Borra hål genom varje gummipropp med en 5 mm borr. Tryck styva rörlängder genom proppen.</li>
	<li>Skär tre 60 mm längder på 3,18 mm OD styv slang. Anslut dessa med en rak reducerare till det utskjutande röret på undersidan av varje propp.</li>
	<li>Sätt i en enkelriktad stoppventil (t.ex. port 1 = luerhona, port 2 = hanglidning Luer) i det utskjutande röret på varje proppyta (figur 4A).</li>
	<li>Skär tre 30 mm längder på 3,18 mm OD flexibel slang. Sätt i Luer-beslag (t.ex. manlig Luer till slangstång och kvinnlig Luer till slangstång) i vardera änden.</li>
	<li>Anslut bitarna i steg 4.4 till stoppkransventilerna på ytan av varje gummipropp (figur 4A). OBS: Många kombinationer av stoppkranar och Luer-beslag kan ge samma resultat. Konstruktionen ska göra det möjligt att dra ut vätska eller sättas in via en spruta.</li>
</ol>5. Ansluta volymetriska gassensorer
<ol><li>Förbered gassensorer enligt tillverkarens instruktioner. OBS: Detta innebär främst att fylla gassensorer med förpackningsvätska (figur 4B).</li>
	<li>För att göra gasledningarna, skär tre 1000 mm längder på 3,18 mm OD flexibel slang.</li>
	<li>Borra tre hål med en diameter på 4 mm i det bakre PVC-röret. Placera hålen bredvid gångjärnet i flaskhalshöjd. Gänga gasledningar genom dessa hål (figur 4A).</li>
	<li>Till slutet av gasledningen inuti PVC-röret, lägg till en Luer-koppling (t.ex. slangstång till hane Luer) och anslut en envägs stoppkranventil (t.ex. port 1 = kvinnlig Luer, port 2 = hane Luer). OBS: Ventilen krävs endast när vätskeprovtagningsportar också är installerade.</li>
	<li>Anslut den andra änden av gasledningen till gassensorns inloppsport med en rak reducerare. Säkra denna anslutning med en dragkedja.</li>
	<li>Anslut alla gassensorer till den digitala ingångsmodulen (DIM) med jackkontaktkablar och DIM till en dator i närheten.</li>
	<li>Installera datainsamlingsprogrammet (se Materialtabell) på ett Windows-operativsystem och anslut licensnyckeldongeln. Lägg till sensorkalibreringsfiler i programvarans kalibreringskatalog.</li>
</ol>6. Programplanering av det enklare systemet
<ol><li>Använd den bakre på / av-omkopplaren, slå på PBR och anslut DMX-belysningsregulatorn till en dator via en mikro-USB-kabel.</li>
	<li>Ladda ner Store Upgrade Tools (SUT) och LED-kontrollprogramvaran (se materialtabell). Registrera DMX-belysningsstyrenheten online.</li>
	<li>Öppna LED-kontrollprogramvaran och välj Klicka här för att arbeta med USB-DMX-gränssnittet: SUSHI-RB-RJ.</li>
	<li>Under fliken Inställningar i rutan ScanLibrary väljer du mappen Generic och Single Channel. Ändra ScanLibrary-inställningarna till DMX universe 1, antalet fixturer till 4 och indexnumret till 1. I det övre högra hörnet ändrar du listrutan till Listvy. Slutligen klickar du på Patch (kompletterande figur 1). OBS: I DMX-universum testar en ruta varje LED-remsas kontroll genom att skjuta dimmerknapparna eller ange ett numeriskt värde i textrutan.</li>
	<li>Gör en standardkurva som relaterar den digitala ljusinställningen i programvaran för belysningsstyrning till ljusintensiteten som upplevs i mitten av PVC-röret (figur 5). Mät inre ljusintensitet med en liten sfärisk sond (se materialtabell) upphängd i mitten av PVC-röret.</li>
	<li>Gå vidare till fliken Redigerare . Om du vill skapa ett anpassat ljusprogram skapar du en ny scen och börjar lägga till steg. Se tilläggstabell 1 för ett exempel på 16:8 h dagsprogram. Ställ in scenen på loop. OBS: Steg bryter ner scener i tidsblock, som var och en kan ställas in på olika ljusintensitet. Stegen sträcker sig från 1 s till 43 min. Här är 30 minuters steg mest praktiska. Flera scener kan laddas på en DMX-belysningsstyrenhet.</li>
	<li>Skapa en extra hjälpscen som är omedelbart igenkännlig, t.ex. två av de fyra lysdioderna på. OBS: Scener kan bläddras igenom manuellt med knappen på sidan av DMX-belysningskontrollen. Om det önskade ljusprogrammet börjar under natten är det omöjligt att skilja om ljusprogrammet redan har startat. Hjälpscenen fungerar som en indikator på att DMX-belysningsregulatorn fungerar korrekt.</li>
	<li>Spara scenerna och gå vidare till fliken Fristående . Skriv minnet på DMX-belysningsregulatorn och koppla bort enheten från datorn.</li>
	<li>Anslut DMX-belysningsregulatorn till strömkällan med en mikro-USB.</li>
	<li>Innan du startar ett experiment, testa ljusprogrammet genom att logga den interna ljusintensiteten under en varaktighet på 24 timmar. Om vätsketemperaturen är av intresse, logga detta samtidigt med en nedsänkt temperatursond (figur 6).</li>
</ol>7. Starta ett experiment
<ol><li>Sterilisera media, flaskor, omrörare, gummiproppar, provtagningsportar, gängade skruvlock och slangar. OBS: Alla komponenter som används i denna design är autoklaverbara utom ventilerna och Luer-beslagen - det finns autoklaverbara alternativ från andra tillverkare.</li>
	<li>Öppna datainsamlingsprogrammet och fyll i konfigurationssidan (kompletterande figur 2). Tilldela kalibreringsfiler till deras respektive sensorer.</li>
	<li>Under Katalogfilnamn väljer du motsvarande DIM-portnummermapp. Klicka på Aktuell mapp och upprepa för alla portar.</li>
	<li>Klicka på OK för att gå vidare till loggningssidan.</li>
	<li>Fyll flaskorna till önskad volym med odlingsmedium (tilläggstabellerna 2,3). OBS: Var och en av dessa flaskor rymmer högst ~ 1.1 L med ett litet huvudutrymme (~ 80 ml, inklusive gasledningen).</li>
	<li>Centrifugera stamkulturen i tre balanserade 50 ml rör i 15 minuter vid 4500 x g för att ge tre pellets. Tillsätt en pellet till varje flaska - tvätta i pellets med en serologisk pipett och färskt medium. OBS: Odlingstätheten för dag 0 är också känd som den initiala biomassakoncentrationen (IBC). För att mäta IBC i gAFDW. L-1 kan ytterligare ett rör på 50 ml centrifugeras i steg 7.6. Den resulterande pelleten kan sedan torkas och förbrännas 15,19. Steg 7.6 kommer sannolikt att kräva modifiering baserat på användarnas individuella mål och deras experiment.</li>
	<li>Släpp en magnetomrörare, 25 x 8 mm, i varje flaska.</li>
	<li>Försegla varje flasköppning med en gummipropp och gängat bländarskruvlock (figur 4A). Om valfria provtagningsportar är installerade, stäng ventilerna.</li>
	<li>Leta reda på änden av varje gasledning inuti PVC-röret (inbyggt i steg 5.4) och fäst en nål på ventilens Luer-port för hanen.</li>
	<li>Anslut varje flaska till dess gassensor genom att genomborra varje gummipropp med motsvarande nål.</li>
	<li>Starta varje gassensor individuellt genom att markera kryssrutan till vänster på skärmen, klicka på Start och mata in ett filnamn. Klicka på OK och upprepa för alla sensorer (kompletterande bild 3). När du loggar ska du inte lämna datainsamlingsfönstret. Ställ in datorns ström- och viloinställningar på aldrig och skjut upp datoruppdateringar under experimentets varaktighet.</li>
	<li>Slå på PBR och se till att DMX-belysningsregulatorn är ansluten till en strömförsörjning. Den första programmerade scenen börjar automatiskt. Se steg 6.7 för att bekräfta att DMX-belysningsregulatorn fungerar korrekt.</li>
</ol>8. Flaskprovtagning (valfritt)
<ol><li>Bered ytterligare 500 ml av det färska mediet innan försöket påbörjas (tilläggstabell 2). OBS: Om ett 24-timmars ljusprogram med en 16: 8-timmars dygnscykel startades klockan 9, skulle provtagningstiderna före skymning och gryning falla klockan 8 och 16 (tilläggstabell 1). Här hänvisar gryning och skymning till 30 min steg som övergår ljus från ON till OFF och vice versa.</li>
	<li>Stäng ventilen på gasledningen.</li>
	<li>Anslut en spruta (10 ml) till provtagningsportventilen (bild 4A).</li>
	<li>Öppna provtagningsportventilen och dra ut 8 ml kultur. OBS: Mellan 5–10 ml rekommenderas. Att ta bort vätska genererar ett vakuum i huvudutrymmet, vilket gör volymer > 10 ml svåra att extrahera.</li>
	<li>Stäng provtagningsportventilen och koppla bort sprutan.</li>
	<li>Anslut en spruta som innehåller 8 ml färskt medium (från steg 8.1) till provtagningsportventilen.</li>
	<li>Öppna provtagningsportventilen och injicera färskt medium. OBS: Att ersätta volymen av provkulturen med färskt medium tjänar till att bibehålla en lika stor volym och tryck i huvudutrymmet och spola provtagningsportledningen.</li>
	<li>Stäng provtagningsportventilen innan du kopplar bort sprutan.</li>
	<li>Upprepa steg 8.2–8.8 vid varje provtagningstidpunkt.</li>
</ol>9. Avsluta ett experiment
<ol><li>Markera alla aktiva portrutor i datainsamlingsfönstret och klicka på Stopp.</li>
	<li>Om du vill exportera data väljer du Fil- och offlinedata. Välj alla relevanta loggfiler. Exportera data till kalkylprogram och spara.</li>
	<li>För varje flaska, konvertera den totala volymen syre mätt i ml till mol med hjälp av den ideala gaslagen. Förutsäga vikten av odlad biomassa (gAFDW) om 1,05 molO2 genereras för varje mol biomassa som produceras. Ta molvikten av biomassa som 24,6 g mol-1.</li>
	<li>Hantera flödeshastighetsdata manuellt. Använd enheter av ml/h och ett 3-punkts glidande medelvärde.</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>

Författarna har inget att avslöja.

Inom detta protokoll ökar sannolikheten för att generera reproducerbara data av hög kvalitet genom att fokusera på följande steg. Vid konstruktion av reaktorstativet (steg 1) måste basen vara robust med väljusterade vertikala stöd. Slitsat stål har skarpa kanter, så det är viktigt att lägga till säkerhetslock. Flaskplattformens ytor måste vara helt plana, magnetomröraren och bulthuvudena ska båda sitta under det övre lagrets yta (steg 3.2–3.6). Enligt tillverkarens instruktion bör gassensorns förpackningsvätska fyllas till "spårningsskruven för vätskenivå" för noggranna syremätningar. Denna vätskenivå bör kontrolleras regelbundet eftersom avdunstning av förpackningsvätskan kan kortsluta mätcellen. Alla tre gasledningar som tillverkas i steg 5.2 bör vara lika långa; Detta säkerställer att replikerar har identiska huvudutrymmesvolymer. Innan du påbörjar ett experiment är det lämpligt att testa den programmerade ljusregimen genom att logga ljusintensiteten under en 24-timmarsperiod (steg 6.11). Om det är oroande att vätsketemperaturen ökar bör detta test även omfatta en förseglad flaska med en inre temperatursond (steg 6.11). När du loggar, lämna inte programvarufönstret för datainsamling. detta kommer att avsluta loggningen. Om du tar odlingsprover, var försiktig så att du inte släpper ut gas i huvudutrymmet genom att öppna ventilerna i fel ordning (steg 8.2-8.8). När du granskar experimentella data bör du informera om att datainsamlingsprogramvaran automatiskt genererar ett glidande medelvärde av flödeshastigheten. Detta blåser upp värdet på de en eller två flödeshastighetsavläsningar som genereras över natten. Kurera gassensorloggar manuellt för att åtgärda detta.
Det vanligaste bakslaget med denna metod är potentialen att kortsluta gassensorn om vätskeförpackningsnivån sjunker. Det finns två sätt detta kan ske på. För det första kan avdunstning långsamt minska vätskenivån. Detta är dock osannolikt under ett kortvarigt (<7 dagar) experiment29. För det andra kan höga andningshastigheter dra syre in i lösningen och generera ett huvudutrymme under tryck. När ljusenergi inte är tillgänglig använder mikroalger aerob andning för att leverera den energi som krävs för cellulärt underhåll och reparation28. Därför kan syreförbrukningen och det resulterande undertrycket vara betydande i täta kulturer under icke-upplysta timmar. Detta suger packvätska från gassensorerna in i gasledningen. Avståndet som förpackningsvätskan färdas är proportionellt mot mängden andning nattetid. Om förpackningsvätskan kommer in i flaskorna genererar detta ett oljeläckage på vätskeytan.
Om höga andningsfrekvenser nattetid förväntas kan ändringar i protokollet göras. Det enklaste sättet att undvika undertryck är att lämna flaskhuvudena öppna över natten. Detta har också fördelen att lätta på DO-nivåerna genom att minska det partiella huvudutrymmestrycket förO2. Höga DO-koncentrationer tros vara skadliga för tillväxten eftersom O2 kan hindra aktiviteten hos Rubisco och kan utlösa oxidativ stress30,31. Det är inte ovanligt att kultursuspensioner når 4x övermättnad även vid kontakt med atmosfären25,32. För att öppna huvudutrymmet, koppla bort gasledningen från nålen som spänner över gummiproppen. Nattetid kan fungera som ett fönster för att fylla på gassensorförpackningsvätska eller manipulera kontinuerliga experiment med liten inverkan på datainsamlingen. Till exempel kan man ändra odlingstätheten, uppdatera näringsämnen, lägga till en ändring eller införa en patogen. Flaskorna måste förseglas igen och gassensorledningen anslutas igen innan lamporna tänds igen. Syremätningarna som samlats in från experiment med stängda kontra öppna nattliga huvudutrymmen kommer att skilja sig åt.
När flaskorna förblir förseglade minskar syreförbrukningen nattetid antalet molO2 i huvudutrymmet. Detta gör att packningsvätska kryper upp i gassensorledningen för att bibehålla huvudutrymmets tryck. När lamporna tänds återupptas syreproduktionen. Förpackningsvätska måste tryckas tillbaka in i gassensorn innan flödeshastighetsavläsningarna börjar. Denna fördröjning är därför proportionell mot graden av andning nattetid. På detta sätt, när huvudutrymmet förblir stängt, representerarO2-avläsningar nettoO2-produktion (fotosyntetisk produktion - andningsförbrukning). Omvänt, när huvudutrymmet är öppet på natten, ersätter atmosfärisk gas vilket huvudutrymme O2 förbrukas, och ingen förpackningsvätska kommer in i gasledningen. Resultatet är attandnings-O2-förbrukningen inte redovisas iO2-produktionsdata . Detta kan minska noggrannheten i uppskattningarna av tillväxt av AFDW-biomassa. Det bör dock inte påverka nyttan av att använda O2-produktion dagtid som ett mått för att jämföra tillväxt mellan behandlingar.
Alla laboratorie-PBR drabbas av samma begränsning; konstgjorda lampor kan inte replikera solspektrumet. Mikroalger använder våglängder av ljus mellan 400–700 nm för fotosyntes. Denna region kallas fotosyntetiskt aktiv strålning (PAR)33. Solljus och artificiellt ljus varierar i deras relativa bidrag av våglängder inom detta intervall. Detta, tillsammans med gynnsamma temperaturer och en konstant ljustillförsel, innebär att laboratorietillväxtdata ofta inte kan extrapoleras på ett tillförlitligt sätt till utomhusförhållanden. Dessa PBR kan dock ta itu med en av begränsningarna för pbr-ljusförsörjning i laboratorium. Solljusintensiteten är mycket varierande under hela dagen, med molntäcke som genererar övergående fluktuationer i incident PAR. Programvaran för belysningsstyrning och DMX-belysningsregulatorn kan ge ljusintensiteter från 0 till 2400 μmolfotoner m-2 s-1 och därefter. Lätta regimer kan delas upp i enskilda steg så korta som 1 s. Avstämbar ljusintensitet gör det möjligt för användaren att efterlikna utomhusljusmönster närmare än vanliga PBR-inställningar. Här bleknar simulerade 30 min grynings- och skymningsintervaller dag- och nattcykler tillsammans (tilläggstabell 1).
Även om AFDW-densitet har blivit standardmåttet på tillväxt, kan denna metod kräva betydande odlingsvolymer, en 2–3-dagars bearbetningsperiod och genererar en datapunkt i taget. Vidare, om förhållandena blir ogynnsamma och celler dör, diskriminerar AFDW-densiteten inte mellan aktivt fotosyntetiserande celler och de som sönderdelas. Kvantifiering av hastigheten för fotosyntetisk syreproduktion fungerar som en alternativ tillväxtproxy. Denna PBR-design kan registrera syreproduktion kontinuerligt med liten användarintervention samtidigt som odlingsvolymen bevaras. Dataupplösningen kan förbättras genom att välja en gassensor med en lägre mätcellvolym, t.ex. 1 ml. Vidare, om kulturer är väl blandade, kan användare välja att installera en spektrofotometer för kontinuerliga optiska densitetsavläsningar. Om temperaturreglering av mediet önskas kan en återcirkulerande kylare tillsättas. Dessa PBR är ett värdefullt tillskott till ett laboratorium som vill utöka sin mikroalgala forskningskapacitet utan stora ekonomiska investeringar. De är särskilt lämpliga för dem som arbetar med hög alkalinitet, högt pH-arter som Spirulina. Dessa PBR erbjuder lätt regimflexibilitet och är giltiga för snabba, replikerade, laboratorietillväxtjämförelser.

Mikroalger och cyanobakterier, gemensamt kallade mikroalger för enkelhetens skull, förespråkas för sin potential inom hållbar bioteknik. De är attraktiva kandidater på grund av deras snabba tillväxt, förmåga att odlas på icke-åkermark och för deras användning av solljus för att driva omvandlingen av koldioxid till biomassa 1,2,3. Mikroalgal biomassa kan omvandlas till produkter som bioenergi i form av olja eller gas, livsmedelsfärger och näringstillskott och material som biopolymerer 1,4,5,6,7. Dessutom kan de användas för att rena avloppsvatten eller sanera vattendrag genom att konsumera överskott av näringsämnen 8,9. Med tanke på detta är mikroalgalforskning utbredd och etablerad. Fältet växer när samhället omprövar koldioxidintensiteten och den miljömässiga hållbarheten i nuvarande tillverknings- och energiproduktionsmetoder.
Tre grundläggande krav för laboratoriebaserade mikroalgalstudier är ett odlingskärl, ljuskälla och metod för att kvantifiera tillväxt. Termen fotobioreaktor (PBR) beskriver en uppsättning där odlingskärl belyses10. Vanligtvis syftar studier av mikroalger till att jämföra tillväxt mellan två eller flera behandlingar, t.ex. olika tillväxtmedier, ljusregimer eller arter 11,12,13. För statistisk relevans bör varje tillstånd, t.ex. behandling och kontroll, replikeras. Om kontroll och behandling körs samtidigt innebär detta att många PBR måste övervakas och provtas under ett experiment. Utmaningen med att driva flera PBR är tvåfaldig. För det första är det viktigt för reproducer att tillhandahålla en enhetlig ljusintensitet till varje PBR men kan vara svårt. Mängden ljus som inträffar på kärlytan påverkas av dess avstånd från ljuskällan, skuggning från intilliggande kärl och bakgrundsljusfluktuationer14. För det andra måste en metod för att exakt kvantifiera tillväxten väljas.
Tillväxten mäts vanligtvis med cellantal, optisk densitet (OD), klorofyll A-innehåll, torrvikt (DW) densitet och askfri torrvikt (AFDW) densitet15. Cellantal, klorofyll A-innehåll och gravimetriska metoder är manuella processer som producerar diskreta datapunkter. OD kan mätas kontinuerligt och icke-invasivt med en spektrofotometer, förutsatt att den är välkalibrerad mot en annan metod såsom AFDW-densitet15. OD-mätningar och klorofyll A-innehåll kan dock vara opålitliga eftersom resultaten varierar under olika odlingsförhållanden, t.ex. mellan arter och under hela tillväxtcykeln 15,16. För klorofyll A kan extraktionsmetoden också påverka pigmentutbytet17. Klorofyll A-innehåll är särskilt användbart för att spåra tillväxten av mikroalger inom mikrobiella samhällen som också innehåller icke-fotosyntetiska organismer17,18. När man väljer en metod för att bestämma tillväxten är det viktigt att överväga suspensionens morfologi. När organismer klumpar sig och inte blandas väl är OD och cellantal inte möjligt15. En enda metod är inte lämplig för alla experimentella tillämpningar - forskare måste bestämma vilka metoder som är praktiska och relevanta för deras experimentella mål.
AFDW är en tillförlitlig metod som möjliggör tillväxtjämförelser mellan olika odlingsförhållanden, särskilt mellan arter och kulturmedier 15,19,20. För att beräkna AFDW koncentreras först ett prov av mikroalgalkultur, antingen genom filtrering eller centrifugering, och torkas. I detta skede kan DW bestämmas. Vanligtvis innehåller DW-provet minst 8–10% ask-oorganiskt material såsom salter och partiklar15. DW spårar tillväxttrender men kan vara skev om bidraget från oorganiska ämnen varierar. För att bestämma AFDW-densitet förbränns torr biomassa vid hög temperatur; detta förångar den organiska eller användbara delen medan den lämnar aska (oorganiska ämnen) efter19. För att beräkna AFDW subtraheras askfraktionens vikt från DW-fraktionen. I mikroalgala suspensioner varierar AFDW vanligtvis från 0,1–3 g/L 12,21,22. Små volymer utspädda suspensioner ger lite torr biomassa, <10 mg. Efter förbränning får aska endast väga 1 mg. Beroende på odlingstätheten kräver denna metod därför volymer mellan 5–100 ml och analytiska skalor som är exakta till 0,1 mg 12,15,19,22. Laboratorie-PBR är vanligtvis små, högst ett par liter, varför varje flytande prov tappar odlingsvolymen. Vidare är AFDW-metoden manuell och tar 2-3 dagar. För replikerade och repetitiva experiment är en automatiserad och kontinuerlig process att föredra.
För mikroalger som använder bikarbonat som kolkälla kan ytterligare två tillväxtmått mätas kontinuerligt. Fotosyntes förbrukar bikarbonat och producerar syre. Bikarbonatförbrukning driver upp medium pH23. En nedsänkt pH-sond kan mäta denna förändring. Fotosyntetisk syreproduktion ökar mediets koncentration av upplöst syre (DO) tills mediet är mättat. Utöver mättnad finns syre som bubblor. Syreproduktion mäts med många olika tekniker: sonder mäter DO-koncentration, manometriska enheter bedömer huvudutrymmestryck, gaskromatografi mäter huvudrymdskompositionen och volymetriska sensorer registrerar gasutflöde 24,25,26,27. När syre används som tillväxtproxy måste odlingskärlen vara helt förseglade eller endast tillåta gasutflöde. För pH- och syremätningar måste kol tillföras i form av bikarbonat, inte genomCO2-sparging. CO2-sparging minskar mediet pH23 och kan som gas störa syremätningar. En fördel med pH och syre jämfört med optisk densitet är att metoden inte äventyras om mikroalger bildar klumpar. Även om det är indirekt är både pH och syre effektiva för att jämföra tillväxt mellan behandlingar.
PBR som används idag varierar i komplexitet. Laboratorier kan använda enkla bänkkolvar, anpassade prototyper eller kommersiellt tillgängliga produkter. För forskargrupper som vill uppgradera från kolvar kan kostnaden för kommersiella PBR eller teknisk skicklighet och deltillverkning som krävs för att bygga många prototyper vara ett hinder. Detta manuskript syftar till att beskriva steg-för-steg-design, konstruktion och drift av laboratorie-PBR som överbryggar detta gap. Dessa PBR har en anpassningsbar ljusregim och övervakar tillväxten kontinuerligt genom att registrera volymetrisk syreproduktion. Denna design rymmer tre kulturkärl för trefaldig replikering och kan byggas med måttlig skicklighet och lättillgängliga material. Denna PBR är ett värdefullt tillskott till ett laboratorium som vill utöka sin kapacitet för mikroalgal forskning utan att investera i mycket tekniska eller dyra produkter. När forskare väljer att förvärva eller bygga en PBR måste de överväga lämpligheten av en design för deras kulturförhållanden, ekonomiska ställning och forskningsfrågor.

<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

Laboratoriestudien av mikroalger kan vara experimentellt utmanande. Förutom odlingskraven för icke-fotosyntetiska mikroorganismer kräver fototrofer också belysning. Rutinmässigt försöker forskare tillhandahålla anpassade ljusförråd, dvs variera ljusintensiteten och tiden över vilken den levereras. Sådan flexibilitet är svår med vanliga bänkskivor. Vanligtvis kräver odlingsstudier också tillväxtjämförelser mellan experimentella behandlingar. Ofta bedöms tillväxten under en längre tid, t.ex. flera gånger om dagen under en veckolång prövning. Manuella mätningar kan vara tidskrävande och sakna dataupplösning. Därför är fotobioreaktorer (PBR) med automatisk tillväxtövervakning och anpassningsbar ljustillförsel användbara för replikerade experiment med flera behandlingar. Det aktuella arbetet presenterar design, konstruktion och drift av laboratorie-PBR. Materialen är lättköpta och relativt billiga. Designen kan dupliceras med måttlig skicklighet. Varje struktur har ett fotavtryck på ~ 40 cm2 och är värd för tre 1 L glasflaskor för tredubbla replikering. Flaskor vilar på plattformar som innehåller magnetiska omrörare och är anordnade vertikalt inom ett 1 m högt och 15 cm diameter polyvinylkloridrör (PVC). Rörets inre är fodrat med lysdioder (lysdioder). Dessa lysdioder producerar kontinuerliga ljusintensiteter från 0–2400 μmolfotoner m-2 s-1 av fotosyntetiskt aktiv strålning (PAR). Användare utformar ett anpassat belysningsprogram. Ljusintensiteten kan justeras varje sekund eller hållas konstant under längre perioder. Syre som produceras från fotosyntesen lämnar varje flaska via en enkelriktad volymetrisk gassensor. Programvara används för att registrera gassensordata. Mängden syre som produceras kan korreleras till biomassatillväxt. Om biomassaprover krävs kan en spruta användas för att extrahera odling. Metoden lämpar sig för mikroalger odlade med bikarbonat som kolkälla. Dessa PBR är värdefulla för ett laboratorium som kräver replikerade experiment, lätt regimflexibilitet och kontinuerliga högupplösta tillväxtdata.

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

Denna publikation beskriver utformningen av laboratoriefotobioreaktorer (PBR) med anpassningsbara ljusregimer. Tillväxten av cyanobakterier eller mikroalger, med bikarbonat som kolkälla, övervakas kontinuerligt genom mätning av volymetrisk syreproduktion. Dessa PBR underlättar snabba, replikerade laboratorietillväxtjämförelser med liten användarintervention under experiment.

Drift av laboratoriefotobioreaktorer med online-tillväxtmätningar och anpassningsbara ljusregimer

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

Detta protokoll möjliggör replikerade mikroalgexperiment med liten användarinmatning. Den är utformad för forskare som vill uppgradera från manuellt övervakade till bänkkolvar utan att köpa tekniska och dyra kommersiella fotobioreaktorer. Denna fotobioreaktor möjliggör ljusförhållande och flexibilitet, kontinuerlig tillväxtövervakning och tredubbel replikering.För att börja, öppna datainsamlingsprogramvaran. Fyll i konfigurationssidan och tilldela kalibreringsfiler till deras respektive sensorer. Under katalogfilnamnet väljer du motsvarande portnummermapp för digital inmatningsmodul.Klicka på den aktuella mappen och upprepa för alla portar. Klicka sedan på okej för att gå vidare till loggningssidan. Fyll sedan glasflaskorna till önskad volym med odlingsmediet och centrifugera lagerkulturen i tre balanserade 50 milliliterrör för att ge tre pellets.Tillsätt en pellet till varje flaska med en serologisk pipett och ett nytt medium. Släpp sedan en 25 x åtta millimeter magnetomrörare i varje flaska innan du förseglar flasköppningen med ett gummipropp och gängat bländarskruvlock. Om några valfria provtagningsportar är installerade, stäng ventilerna.När du har lokaliserat änden av varje gasledning inuti PVC-röret, fäst en nål på ventilens postlockport. Anslut varje flaska till dess gassensor genom att genomborra varje gummipropp med motsvarande nål. Starta sedan varje gassensor individuellt genom att markera kryssrutan till vänster på skärmen, klicka på start och mata in ett filnamn.Klicka på okej och upprepa för alla sensorer. Slå sedan på fotobioreaktorn och se till att den digitala multiplexbelysningsregulatorn är ansluten till en strömförsörjning. Använd knappen på den digitala multiplexkontrollen och växla mellan hjälpscenen och den anpassade ljusscenen för att säkerställa att enheten fungerar korrekt.För flaskprovtagning, förbered ytterligare 500 ml av det färska mediet innan du påbörjar experimentet. För att samla provet, stäng ventilen på gasledningen och anslut en 10 ml spruta till provtagningsportventilen. När du har anslutit sprutan öppnar du provtagningsportventilen och drar ut åtta milliliter kultur.Stäng sedan provtagningsportventilen och koppla bort sprutan. Anslut sedan till sprutan som innehåller åtta milliliter färskt medium till provtagningsportventilen. Öppna sedan ventilen och injicera det färska mediet.Stäng slutligen provtagningsportens ventil och koppla bort sprutan. Om du vill exportera data väljer du fil- och offlinedata. När du har valt alla relevanta loggfiler exporterar du data till kalkylprogrammet och sparar.Ett framgångsrikt experiment kännetecknas av ett nära replikerat dagligt mönster av syreproduktion. Syreflödeshastigheten fungerar som en proxy för en kulturs tillväxthastighet. Under upplysta timmar ökar gasproduktionen stadigt och under icke-upplysta timmar stannar gasproduktionen.Den totala volymen syre som producerades under fyra dagar varierade från 316 milliliter i behandling A till 902 milliliter vid behandling C.In 300 mikromol per meter kvadrat per sekund ljusregim, temperaturen ökade med högst 1,4 grader Celsius under dagen. Kulturtemperaturerna återvände till baslinjen över natten. Trots att de ursprungliga biomassakoncentrationerna varierade genererade behandlingarna B och C samma mängd total biomassa, vilket orsakade identiska förändringar i medelhögt pH.Online-syreflödesdata avslöjade att varje behandling hade varierande dagliga tillväxthastigheter, vilket också återspeglades i pH-mätningarna två gånger dagligen. På dag ett var behandling B: s tillväxthastighet lägre än för behandling C.Medan dag tre överträffade behandling B: s tillväxthastigheter den för behandling C.Syreflödesdata indikerade att den högsta tillväxten inträffade på dag tre i behandling B.Tillväxtuppskattningar baserade på totalt uppmätt syre förväntades något underskatta biomassatillväxten vilket var giltigt för fem av sju exempel. Två exempel överskattade tillväxten.Detta kan ha påverkats av att experiment bestämdes i slutet av natten. Betydande andning på natten ökar syreförbrukningen, genererar ett vakuum för flaskhuvudutrymme och suger in förpackning med vätska från gassensorer. Om andningen kan vara hög öppnar vi huvudutrymmet över natten.

Research

JoVE Journal

Biology

Presynaptically Silent Synapses Studied with Light Microscopy

Presynaptically Silent synapser studeras med ljusmikroskop

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

Aseptiska Laboratory Tekniker: Volym Överför med serologiska pipetter och 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 Klon Spårning av hematopoetiska stam och progenitorceller märkta med fem fluorescerande proteiner med hjälp Konfokal och multifoton 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 anpassningsbar avdelningen för mätcell 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

Analys av Gap Junction-beroende överföring av miRNA med 3D-FRAP-mikroskopi

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

Cystometriska och externa Urethral Sphincter mätningar i vaken råttor med inopererad kateter och elektroder som möjliggör upprepade mätningar

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

Analys av Arabidopsis thaliana tillväxt beteende i olika ljus 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 metod för att utföra TEER mätningar med hjälp av en egentillverkad volt-amperemeter med programmerbara utdata frekvens

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 analys av Aspergillus nidulans tillväxttakt med hjälp av livemikroskopi och programvara med öppen källkod

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

Tillämpning av passiv huvudrörelse för att generera definierade accelerationer vid gnagarnas huvuden

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