用于微藻生长的光生物反应器及方法技术

本公开提供了一种用于微藻生长的光生物反应器，包括：至少一个培养系统，每个培养系统均包括：养殖装置，调光装置，杀菌装置，培养箱体；该用于微藻生长的光生物反应器还包括至少一个控温系统、进气系统和控制系统。本公开中各培养系统独立控制，且调光装置可对微藻生长环境中的光照强度进行调节，具有光效高、无辐射和能耗低等优势，调光装置还可为微藻生长提供多种不同的光照强及光照颜色，以为微藻生长提供适合的生长环境，该光生物反应器系统集成度高，可同时开展多种不同藻种最适生长环境研究，也可同时开展多组平行实验，实验效率高，实验周期短。

【技术实现步骤摘要】
用于微藻生长的光生物反应器及方法
本公开涉及微藻补光领域，尤其涉及一种用于微藻生长的光生物反应器及方法。
技术介绍
光照是微藻生长及其代谢产物积累的最重要的环境影响因子，通过调节光照的强度、光质、周期等参数来调节微藻的光合作用，使微藻的生长、繁殖、细胞形态、油脂积累和水解产氢等生理生化指标发生显著变化。根据上述过程得到的生理生化指标以及微藻自然进化的特异性，进而得出微藻生长的最佳光照条件。综合国内外现有技术中，对影响微藻生长的光照条件的研究成果来看，当前技术主要集中在光照的强度、周期对微藻生长及代谢产物的影响。微藻生长光源多以荧光灯为主，由于荧光灯发光效率较低，多采用滤光片得到某一波段范围(或某一颜色)的光，易导致微藻生长过程中的光合利用率低、光照缺乏调控。现有技术中常将LED光源作为某一种藻的生长光质，而对多种微藻的生长不具普适性。而对于通过调制光谱结构、改善光质、使用转录组差异基因表达来促进微藻生长、提高光合作用效率的研究及应用还很少。此外，现有微藻生长研究装置通常以外加光源照射玻璃器皿表面为主，很少配备供气装置、搅拌装置和控温装置，且现有研究装置缺乏系统性。上述微藻生长研究装置仅按功能模块拼凑堆叠，存在集成度不高、设备分散、能耗大、操作复杂、各设备间接线复杂存在较大安全隐患等问题。因此，现有微藻生长研究装置的功能模块间不匹配、缺乏协调，常导致实验数据结果再现性较差，准确度不高，难以进行工业化推广应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提出了一种用于微藻生长的光生物反应器及方法，以至少解决上述现有技术中存在的问题。(二)技术方案为达到上述目的，本公开提供了一种用于微藻生长的光生物反应器，包括：至少一个培养系统，每个培养系统在一个培养周期内为一种微藻提供一个与微藻生长相适应的生长环境；其中，生长环境包括：生长温度、光照颜色和光照强度。培养系统包括：养殖装置，微藻在养殖装置内进行生长；调光装置，对生长环境中的光照强度进行调节；杀菌装置，对养殖装置进行杀菌；以及培养箱体，调光装置、杀菌装置和养殖装置分别设置于培养箱体内；培养箱体内的生长环境与养殖装置内的微藻相适应。至少一个控温系统，分别与一个培养系统连接；控温系统对生长环境中的生长温度进行调节。进气系统，通过管道与每个培养系统连接；进气系统为培养系统提供气源。控制系统，分别控制调光装置、杀菌装置、控温系统和进气系统，使生长环境与微藻生长相适应。可选地，调光装置包括：发光装置，发光装置的光照强度与生长环境中的光照强度相对应；发光装置的光照颜色与生长环境中的光照颜色相对应。可选地，调光装置还包括：光源散热器，与发光装置相连，光源散热器对发光装置散发的热量进行散热，发光装置散发的热量在培养箱体内循环，使培养箱体内温度与生长环境中的生长温度相对应。可选地，养殖装置包括：培养容器，放置在培养箱体内；微藻放置在培养容器内；磁力搅拌子，置于培养容器内部；搅拌驱动器，搅拌驱动器固定于培养箱体底面，培养容器放置于搅拌驱动器上，搅拌驱动器驱动磁力搅拌子运动。可选地，培养容器为高透光石英玻璃、高硼硅玻璃或是亚克力材质中的一种或几种。可选地，培养容器为底部有一平面，培养容器的形状为锥形、圆柱形或方形中的一种或多种。可选地，控温系统包括：温度传感器，设置于培养箱体内，用于检测培养箱体内部的温度数据，并将温度数据发送至控制系统；加热组件，设置于培养箱体内，加热组件接收控制系统发出的加热信号，对培养系统升温；散热组件，设置于培养箱体内，散热组件接收控制系统发出的散热信号，对培养系统降温。可选地，进气系统包括通过气体管道顺次相连的空气泵、油水分离器、空气过滤器和气体流量计。本公开还提供了一种用于微藻生长的光生物反应器进行微藻生长的方法，其中，包括操作：S1：接收控制系统的杀菌信号，启动杀菌装置，杀菌装置开始对培养系统进行杀菌，得到无菌培养系统；S2：在无菌培养系统的养殖装置内放入微藻；S3：接收控制系统的调光信号、控温信号和/或进气信号，分别启动调光装置、控温系统和进气系统，对光照颜色、光照强度、生长温度和/或进气量进行调整，使每个培养系统在一个培养周期内为一种微藻提供一个与微藻生长相适应的生长环境；S4：完成微藻的一个培养周期，关闭控制系统，得到生长完成的微藻。可选地，操作S4后还包括：对生长完成的微藻进行生物量和代谢产物测定。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开的有益效果是：(1)本公开中各培养系统独立控制，且调光装置可对微藻生长环境中的光照强度进行调节，具有光效高、无辐射和能耗低等优势。(2)本公开中调光装置为微藻生长提供多种不同的光照强及光照颜色，以为微藻生长提供适合的生长环境。(3)本公开中模块化设计，可根据实验对生长温度、光照颜色、光照强度和光照均匀性分别单独考察、组合考察或交互考察，系统集成度高，可同时开展多种不同藻种最适生长环境研究，也可同时开展多组平行实验，实验效率高，实验周期短。(4)本公开设置光源散热器一方面可为发光装置散热延长其使用寿命，另一方面使发光装置的热量在培养箱体内循环，可为反应器的使用节约能源、降低能耗。(5)本公开在养殖装置中设置搅拌功能，可使微藻培养过程中接受充分均匀光照。(6)本公开通过温度传感器、加热组件、散热组件的配合控制，为微藻生长提供恒定可控的温度环境。附图说明图1是本公开实施例中的用于微藻生长的光生物反应器三维模型的主视图；图2是图1中光生物反应器三维模型的左视图；图3是图1光生物反应器三维模型的右视图；图4是图1光生物反应器三维模型的轴测图；图5是本公开实施例利用用于微藻生长的光生物反应器进行微藻生长方法的流程图；图6是实施例二提供的光生物反应器逻辑控制流程图。【符号说明】100：培养系统；101：养殖装置；1011：培养容器；1012：磁力搅拌子；1013：搅拌驱动器；102：调光装置；1021：发光装置；1022：光源散热器；103：杀菌装置；1031：杀菌装置开关；104：培养箱体；200：控温系统；201：加热组件；2011：PTC陶瓷加热器；202：散热组件；2021：制冷机风扇；2022：制冷机散热翘片；2023：制冷压缩机；2024：循环水箱；2025：水泵；2026：散热水排；2027：电磁阀；300：进气系统；301：空气泵；302：油水分离器；303：空气过滤器；304：气体流量计；400：控制系统；401：LED调光器；402：温控仪；403：时间控制器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微藻生长的光生物反应器，包括：/n至少一个培养系统，每个所述培养系统在一个培养周期内为一种微藻提供一个与所述微藻生长相适应的生长环境；其中，所述生长环境包括：生长温度、光照颜色和光照强度；所述培养系统包括：/n养殖装置，所述微藻在所述养殖装置内进行生长；/n调光装置，对所述生长环境中的所述光照强度进行调节；/n杀菌装置，对所述养殖装置进行杀菌；以及/n培养箱体，所述调光装置、所述杀菌装置和所述养殖装置分别设置于所述培养箱体内；所述培养箱体内的所述生长环境与所述养殖装置内的所述微藻相适应；/n至少一个控温系统，分别与一个所述培养系统连接；所述控温系统对所述生长环境中的所述生长温度进行调节；/n进气系统，通过管道与每个所述培养系统连接；所述进气系统为所述培养系统提供气源；以及/n控制系统，分别控制所述调光装置、所述杀菌装置、所述控温系统和所述进气系统，使所述生长环境与所述微藻生长相适应。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微藻生长的光生物反应器，包括：
至少一个培养系统，每个所述培养系统在一个培养周期内为一种微藻提供一个与所述微藻生长相适应的生长环境；其中，所述生长环境包括：生长温度、光照颜色和光照强度；所述培养系统包括：
养殖装置，所述微藻在所述养殖装置内进行生长；
调光装置，对所述生长环境中的所述光照强度进行调节；
杀菌装置，对所述养殖装置进行杀菌；以及
培养箱体，所述调光装置、所述杀菌装置和所述养殖装置分别设置于所述培养箱体内；所述培养箱体内的所述生长环境与所述养殖装置内的所述微藻相适应；
至少一个控温系统，分别与一个所述培养系统连接；所述控温系统对所述生长环境中的所述生长温度进行调节；
进气系统，通过管道与每个所述培养系统连接；所述进气系统为所述培养系统提供气源；以及
控制系统，分别控制所述调光装置、所述杀菌装置、所述控温系统和所述进气系统，使所述生长环境与所述微藻生长相适应。


2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中，所述调光装置包括：
发光装置，所述发光装置的光照强度与所述生长环境中的所述光照强度相对应；所述发光装置的光照颜色与所述生长环境中的所述光照颜色相对应。


3.根据权利要求2所述的光生物反应器，其中，所述调光装置还包括：
光源散热器，与所述发光装置相连，所述光源散热器对所述发光装置散发的热量进行散热，所述发光装置散发的热量在所述培养箱体内循环，使所述培养箱体内温度与所述生长环境中的所述生长温度相对应。


4.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中，所述养殖装置包括：
培养容器，放置在所述培养箱体内；所述微藻放置在所述培养容器内；
磁力搅拌子，置于所述培养容器内部；
搅拌驱动器，所述搅拌驱动器固定于所述培养箱体底面，所述培养容器放置于所述搅拌驱动器上...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚然，杨华，宋昌斌，郑怀文，吕小鸿，王军喜，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，深圳华大三生园科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11