CN102212471B - 微藻高通量培养设备 - Google Patents

微藻高通量培养设备 Download PDF

Info

Publication number
CN102212471B
CN102212471B CN 201110071318 CN201110071318A CN102212471B CN 102212471 B CN102212471 B CN 102212471B CN 201110071318 CN201110071318 CN 201110071318 CN 201110071318 A CN201110071318 A CN 201110071318A CN 102212471 B CN102212471 B CN 102212471B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
optical waveguide
waveguide layer
little algae
throughput
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN 201110071318
Other languages
English (en)
Other versions
CN102212471A (zh
Inventor
吴洪
王媛媛
郝玉有
袁旭军
张明
张引锋
缪寿洪
王振煜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Shanghai Cohere Electronics Tech Co Ltd
ENN Science and Technology Development Co Ltd
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Shanghai Cohere Electronics Tech Co Ltd
ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology, Shanghai Cohere Electronics Tech Co Ltd, ENN Science and Technology Development Co Ltd filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN 201110071318 priority Critical patent/CN102212471B/zh
Publication of CN102212471A publication Critical patent/CN102212471A/zh
Priority to PCT/CN2012/072364 priority patent/WO2012126328A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102212471B publication Critical patent/CN102212471B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/16—Vibrating; Shaking; Tilting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/14—Incubators; Climatic chambers

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种适于进行微藻高通量培养的设备，包括框架、振荡机构、温度控制装置、湿度控制装置、通风控制装置、载物台和照明装置，其中，载物台适于固定用于容纳藻种或藻液的培养结构，照明装置设置在载物台的下方，适于为微藻培养提供均匀的光照，并且照明装置包括光源和导光结构，导光结构包括导光层，在导光层的侧面和底面设置光反射结构，以便引导来自光源的光线主要从导光层的一个面射出，由此将来自光源的光均匀地提供至容纳有藻种或藻液的培养结构，提高用于微藻高通量培养的光照均匀度和光照强度，满足微藻生长和高通量筛选的需要。

Description

微藻高通量培养设备
技术领域
本发明涉及微藻产业化应用领域，且具体地，涉及用在藻种的高通量筛选中的适于进行微藻高通量培养的设备。
背景技术
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物。许多微藻能够在细胞中积累大量的油脂，有些藻类在氮元素缺乏时脂肪酸含量可达细胞干重的80％，通过生物炼制的方法可从这类微藻中提取油脂，用于制备食用油和生物柴油；微藻还可用于废水处理等工业处理过程中，以减少环境污染。
微藻的环境友好特性、对人和动物的保健特性及其生物能源的良好应用性，引发了全球微藻生物能源研发热潮，并逐渐朝规模化、产业化靠近，但是商业化开发还有许多技术瓶颈需要突破，其中微藻藻种的改良最为重要，而优良微藻藻株的筛选又是重中之重。优良微藻藻株的筛选必须通过它们不同性能进行比较，如生长速度、细胞中的生化组成成分、对环境的抗性等，进而综合考虑选出适用于规模化培养的藻株。
高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是20世纪80年代发展起来的一种用于新化合物开发及目的菌种选育等方面的高新技术。它的基本特点是以微孔板为载体，采用高密度、微量自动化加样的方法，能快速平行地测试大量样本。高通量技术兼具平行化、自动化、微量化及集约化的优点。高通量筛选成为药物开发和微生物领域有很多较为成功的应用。
在利用微藻制备生物柴油及高附加值产品的研究中，藻种的筛选占据重要的位置，其中高通量筛选将发挥重要的作用，大大地降低研究过程中对于人力、物力和时间的消耗。另外，还可以为发展潜力较大的基因工程育种提供强有力的技术保障，推进微藻相关产业化的进程。合理有效的培养方法及条件控制对于藻种高通量培养具有重要的作用。
目前，实验室用于藻种高通量培养的体系相对比较简单，藻株的培养一般都是在三角瓶***置于人工气候箱中，不通气培养或简单的***通气管通气培养，光照和温度均由人工气候箱来调控，温度控制较均匀，但是这种方式难以实现光照和通气效果的一致。另外还有一种培养***就是置于摇床中，光照和温度均由摇床来调控，通过摇动加速气体交换，这种方式的通气效果和温度相对一致，但是同样面临光照不均匀、光照强度无法满足藻类生长和高通量筛选需要的问题。另外，上述两种方式还存在体系大和微藻生长缓慢的问题。
并且，现有的光照培养箱或光照摇床是采用日光灯管进行光照，不仅存在光照不均匀、光照度衰减明显等问题外，还存在产热大、寿命短、光照度调节不连续等缺陷。这样的培养装置目前只适合采用三角瓶培养方式，如果用于培养微型化实验样品，这些问题会更加突出。此外，传统摇床的顶部光照和器皿固定方式也限制了微孔板的使用，特别在解决通气、混合、交叉污染、蒸发和光照方面，无法满足微型化高通量的实验技术实施。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
本发明的目的之一在于提供一种适于进行微藻高通量培养的设备，其能够改善用于微藻高通量培养的光照均匀度和光照强度，满足微藻生长和高通量筛选的需要。
根据本发明的一个方面，提供了一种适于进行微藻高通量培养的设备，包括框架、振荡机构、温度控制装置、湿度控制装置、通风控制装置、载物台和照明装置，其中，载物台适于固定用于容纳藻种或藻液的培养结构，照明装置设置在载物台的下方，适于为微藻培养提供均匀的光照，并且照明装置包括光源和导光结构，并且导光结构构造为适于将来自光源的光均匀地提供至容纳有藻种或藻液的培养结构。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，该导光结构可以为多层结构，包括：导光层，适于将来自光源的光向各个方向均匀地反射，来自光源的光从导光层的一对侧面入射到导光层中；底面反射膜，覆盖导光层的底面，适于将由导光层向所述底面反射的光反射回导光层；和侧面反射膜，覆盖导光层的另一对侧面，适于将由导光层向所述另一对侧面反射的光反射回导光层。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备，导光层的顶面的面积与所述一对侧面中的每一个侧面的面积之比可以大于10∶1。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，在导光层的靠近边缘的顶面部分上，还可以设置有上反射膜，上反射膜适于将从顶面周边倾斜出射的光线反射回导光层。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，所述底面反射膜和侧面反射膜中的至少一个可以为全反射膜。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，导光层可以由基底材料和均匀地分布在基底材料中的导光粉或导光颗粒构成，进入导光层的光在与导光粉或导光颗粒相遇时发生折射、反射和透射中的至少一种，并且基底材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯材料，导光粉或导光颗粒可以包括纳米结构。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，该多层结构还可以包括位于导光层顶面上的均光膜，适于将从导光层的顶面出射的光向上均匀地发射。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，该多层结构还可以包括上均光板，设置在导光层的上方，适于将从导光层的顶面出射的光向上均匀地发射到容纳有藻种或藻液的培养结构。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，上均光板和均光膜之间可以隔开预定的距离，以在上均光板和均光膜之间形成预定的空间。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，在上均光板和均光膜之间可以设置有支撑装置，该支撑装置适于调整所述隔开预定的距离，以调整所述预定的空间的体积。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，所述光源可以包括LED阵列，并且在LED阵列和导光结构之间可以设置有透镜，该透镜适于将来自LED阵列的光会聚后投射到导光层中。
上述适于进行微藻高通量培养的设备还可以包括光强度控制装置，其通过控制提供至LED阵列的电流控制从LED阵列出射的光的强度。
在上述适于进行微藻高通量培养的设备中，框架适于形成进行微藻培养的微藻培养环境，其中载物台和照明装置设置在该框架内，温度控制装置适于控制微藻培养环境中的温度，湿度控制装置适于控制微藻培养环境中的湿度，通风控制装置适于控制微藻培养环境中的通气，并且振荡机构在微藻培养过程中适于进行振荡，其中照明装置设置在振荡机构上。
附图说明
参阅后续的图示与描述将可更好地了解本发明的上述和其它特征和优点。文中未详列暨非限制性的实施例则请参考该后续图示的描述。图示中的组成元件并不一定符合比例，而系以强调的方式描绘出本发明的原理。在各图示中，相同的元件在不同图示中用相同的附图标记表示。在附图中：
图1为示出根据本发明的适于进行微藻高通量培养的设备的构成部分的示意图；
图2示出了其中设置有根据本发明的适于进行微藻高通量培养的设备的照明装置的摇床平台；
图3A为图2中的A部分的放大示意图；
图3B为图2中的B部分的放大示意图；
图3C为图2中的C部分的放大示意图；
图3D为图2中的D部分的放大示意图；
图4为示出来自光源的光线在导光结构中的行进方向的示意图；以及
图5图示了利用本发明的高通量培养设备的藻细胞微型化培养和常规培养方式下的相关性。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明。
图1示出了根据本发明的适于进行微藻高通量培养的设备。如图1所示，适于进行微藻高通量培养的设备100包括箱体或框架结构1。箱体结构1分为两部分，在图1中的左侧部分中，设置有摇床平台2和支撑摇床平台2并适于对摇床平台2进行振荡的传动机构3，由此能够实现微藻的振荡培养。其中，在摇床平台2上设置有照明装置5，其用于向放置在摇床平台2上方的接种有微藻的微孔板或多孔板10提供光照。多孔板10可以包括96孔板、48孔板、24孔板和12孔板等。根据本发明的一种实施方式，多孔板10可以由其它微藻培养承载结构代替，如摇瓶或三角瓶等。
在一种实施方式中，多孔板10通过载物台(未图示)固定在箱体结构1中，照明装置5位于多孔板10的下方，从其底部供给光源，从而便于将多孔板上部密封，能够防止交叉污染、保证通气、蒸发一致性、增加转速、增加通气效果等。
在箱体结构1中，还可以设置有温度传感器6、加湿孔7、加热风机8、制冷风机9、蒸发器和压缩机(未图示)等，在图1中的左侧部分中设置有控制装置4，由此对箱体结构1内培养微藻的环境，包括温度、湿度、通风等进行控制，实现适于微藻培养的良好环境。
图2A示出了其中设置有根据本发明的适于进行微藻高通量培养的设备中的照明装置的摇床平台。其中在图2中，左下方为摇床平台的俯视图，左上方为沿其中的I-I线截取的剖视图，右下方为沿其中的II-II线截取的剖视图。根据本发明的一种实施方式，照明装置5设置在摇床平台2中，能够随摇床平台2一起摇动，并向摇床平台2上方的接种有微藻的多孔板10提供光照，由此能够对微藻进行摇动培养。
如图2所示，摇床平台2表面上设置有多个开孔201，如方形孔，使得来自设置在摇床平台2表面下的照明装置5的光线可以穿过开孔201投射向多孔板。摇床平台2和其下的照明装置5之间可以通过螺钉202等组装在一起。根据本发明的实施方式，照明装置5位于上盖板203和底板204之间。上盖板203仅覆盖照明装置5的角部部分，以便于光线出射。底板204完全覆盖照明装置5并向其提供支撑。
如图2所示，照明装置5包括光源501和导光结构，其设置在导光结构的两侧，优选设置在导光结构的相对的两侧，向导光结构中入射光线。根据本发明的一种实施方式，光源501采用LED阵列，这可以克服诸如日光灯管等常规光源的散热大、光照不均匀、光照度衰减明显、寿命短、光照度调节不连续等缺陷。通过调节供给至LED阵列的电流，可以调节其光照强度。
在本发明中，导光结构构造为适于将来自光源的光均匀地提供至接种有微藻的多孔板10。本发明的实施方式采用底部供光方式，照明装置5设置在多孔板10的下方，导光结构引导来自光源501的光向上向着多孔板10均匀地投射。
图3A-3D详细示出了根据本发明的照明装置的结构，其中图3A为图2中的A部分的放大示意图，图3B为图2中的B部分的放大示意图，图3C为图2中的C部分的放大示意图，以及图3D为图2中的D部分的放大示意图。
根据本发明的实施方式，如图3A和3B所示，导光结构为多层结构，包括导光层或导光板503和覆盖导光层503底面的底面反射膜504，导光层503适于将从光源501入射的光线均匀地向各个方向反射、折射或透射，底面反射膜504适于将射向导光层503底面的光线反射回导光层503中。在底面反射膜504的下方还可以设置反射板506，其能够进一步将射向导光层503底面的光线和射出底面反射膜503的光线反射回导光层503中。
根据本发明的一种实施方式，在导光层503的顶面上还可以设置有均光膜507，均光膜507可以对从导光层503出射的光线进行均化。在本发明的另一种实施方式中，在导光层503的靠近边缘的顶面部分上，还可以设置上反射膜509，上反射膜509适于将试图从顶面周边倾斜出射的光线反射回导光层503。
在本发明中，反射板506、底面反射膜504、导光层503、均光膜507、上反射膜509顺次设置在底板204和上盖板203之间，且上盖板203中形成有适于从导光层503出射的光线通过的开口。根据本发明的一种实施方式，在导光层503的上方还可以设置有上均光板508，其位于上盖板203的下面并支撑上盖板203，且适于进一步均化从导光层503出射的光线。
根据本发明的一种实施方式，如图3A-3C所示，上均光板508与导光层503之间可以隔开预定距离，以便在上均光板508与导光层503之间形成一定的空间510。从导光层503出射的光线在该空间510内与例如空气之类的空气碰撞，发生漫反射，使得出射的光更加均匀。在一种实施方式中，在上均光板508与导光层503之间设置有高度可调的支撑装置，如图3B所示的支撑铜柱511，其能够调整上述预定距离的大小，以便调整所述空间510的容积，从而可调整从导光层503出射的光线发生漫反射的程度，即所述空间越大，漫反射进行的越充分，出射的光越均匀。
根据本发明的实施方式，如图3A和3B所示，LED阵列501设置在基板502上，如铝基板。基板502固定至侧基板205上，LED阵列501向导光层503的两个光入射侧面投射光线。侧基板205可以为L形状，完全覆盖导光结构的侧面，并在导光结构下面延伸一定长度。导光结构下面延伸的侧基板205与底板204通过诸如螺钉206之类的连接装置固定一起，以形成框架结构。在导光层503和侧基板205之间以及上均光板508和导光层503之间可以设置诸如垫圈之类的支撑装置208和209。
在本发明中，如图3C所示，在导光结构的另外两个侧面处，即在导光层503的非受光的两个侧面(例如，垂直于光入射侧面的两个侧面)，还设置有侧面反射膜505。来自其中LED阵列501的光经透镜511(如图3D所示)会聚后入射到导光层503中，经过底面反射膜504和侧面反射膜505反射后从导光层503的顶面出射，均匀地投射到接种有微藻的多孔板10上。
图3D示出了光源的详细结构。其中，LED阵列501电连接至基板502，在每个LED单元的上面设置有透镜511，透镜511用于将从LED阵列射出的光会聚到导光层503中。
图4更详细地图示了来自LED阵列的入射光在导光结构中的光路或行进方向。如图4所示，导光层503由基底材料5030和均匀地分布在基底材料5030中的导光粉或导光颗粒5031构成。基底材料5030例如可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料，其通常具有高折射率。导光粉或导光颗粒5031可以为纳米导光粉或颗粒。
根据本发明的实施方式，LED阵列501发出的光束经透镜511会聚后投射进入导光层503中，由于导光颗粒5031在基底材料5030中均匀地分布，因此每束光线进入导光层后必然有两种可能，一是沿原来的路线前行，另一种则是与导光颗粒5031相遇发生折射、反射或透射。进入导光层503的光线在经历了多次折射、反射之后，均匀地射向导光层的六个面。由于在导光层的非受光的两个侧面和底面处分别设置了反射膜或反射板，如504、506和505，覆盖导光层503底面的底面反射膜504将试图从导光层503底面射出的光线再次反射回导光层503，侧面反射膜505将试图从导光层503的非受光的两个侧面射出的光线再次反射回导光层503，最终光线只能从导光层503的顶面和两个光入射侧面出射。根据本发明，将导光层503的顶面的面积设置为远大于光入射侧面的面积，则所有的光线几乎全部从导光层503的顶面侧均匀地出射。根据本发明的一种实施方式，导光层的顶面与所述另一对侧面中的每一个侧面的面积之比设置为大于约10∶1，使得从光源进入导光结构的光几乎全部从导光层的顶面侧均匀出射至接种有微藻的多孔板10，从而提高光照效率。
从导光层505的顶面侧出射的光线在经均光膜507和上均光板508以及其间空间中的气体均化后投射到上方的接种有微藻的多孔板10，对微藻藻种进行光照培养。根据本发明的一种实施方式，为了避免入射光线在导光结构内的损失，底面反射膜504和侧面反射膜505可以由全反射层或全反射膜构成。以下将通过具体实施例来验证设置有本发明的用于微藻高通量培养的照明装置的摇床的性能。
实施例1
在本实施例中，通过测定不同位置处的光强来评价所设计的摇床的光强分布是否达到微藻高通量筛选的要求。
实验步骤为，设定摇床的温度为25℃，光强为4000lux，用照度计测定所设计的摇床左上角、右上角、左下角、右下角和中心位置处的光照强度。测定时以96微孔板作为测量基准。
数据处理采用SPSS Statistics 17.0软件。通过对各微孔板中的每个孔处光照强度的变异系数(CV)的计算和单因素方差分析(ANOVA)来评价每个微孔板的各孔之间的光照均一性。通过对不同位置的5个微孔板中光强平均值的变异系数(CV)的计算和单因素方差分析(ANOVA)来评价不同位置处的光照均一性。以上数据处理中以误差P＜0.05作为显著水平的衡量。
通过计算得到每个微孔板各孔间的CV分别为：左上角9.32％，右上角9.85％，左下角9.43％，右下角10.22％，中心8.34％。通过单因素方差分析得到各微孔板各孔间的自由度F＞F0.05，误差P＜0.05，因此说明各孔间的藻株的生长差异未达到显著水平，即说明各位置处的微孔板各孔间的光强分布较均一，可以满足微藻的高通量筛选。
通过计算得到各位置处微孔板间的CV为9.58％，方差分析得到F＞F0.05，P＜0.05，因此说明各微孔板间光强间的差异未达到显著水平，即整个载物台不同位置处的光强分布是均一的，可以满足微藻的高通量筛选。
实施例2
在本实施例中，分别选择96孔板、48孔板、24孔板、12孔板，采用本发明中的照明装置提供光照，对藻株Chlorella vulgaris(购于中科院水生生物研究所淡水藻种库，编号为1068)进行培养，采用BG11培养基(见下表1-3)。
表1  BG11培养基的组成及其含量
  序号   成分   量(/L)
  1   NaNO3   1.5g
  2   MgSO4·7H2O   0.075g
  3   CaCl2·2H2O   0.036g
  4   Citric acid   0.006g
  5   Fe-EDTA储液   1mL
  6   Na2CO3   0.02g
  7   A5 Trace element   1.0ml
表2  A5 Trace element组成及其含量
  序号   成分   量(g/L)
  1   H3BO3   2.86
  2   MnCl2·4H2O   1.81
  3   ZnSO4·7H2O   0.222
  4   Na2MoO4·2H2O   0.39
  5   CuSO4·5H2O   0.079
  6   Co(NO3)2·6H2O   0.0494
表3  Fe-EDTA储液的组成及其含量
  序号   成分   量(g/L)
  1   FeCl3·6H2O   3.15
  2   Na2EDTA·2H2O   4.36
将一定数量的指数生长期的藻株按20％的接种量接种于300mL已灭菌的培养基中，混合均匀后用8通道移液器，按下述的加液量取相应藻液加入到各微孔板中：96微孔板、48微孔板、24微孔板、12微孔板的装液量分别为200μL、500μL、1000μl、2000μl。每种类型的板做3个平行，最后盖上板盖密封(以上实验均在无菌条件下进行)。其它实验条件为：温度25℃，光照30μmol·m-2·s-1，光周期12hL/12hD，摇床转速180rpm。培养14天后分别测定各孔中的OD750(表示藻细胞密度)。
分析同一类型微孔板各孔中的藻株生物量，得到各孔板的孔间CV数据见下表。从下表4中数据可见，无论采用哪种类型的微孔板(96孔板、48孔板、24孔板、12孔板)，各孔间藻细胞生物量的平行性都非常好，这表明设置有本发明中的照明装置的高通量培养设备的适用于市场上各种类型的微孔板。
表4
  孔板类型   孔间CV   交叉污染率
  96孔   10.2％   0
  48孔   7.6％   0
  24孔   6.4％   0
  12孔   6.3％   0
实施例3
在实施例中，将对利用本发明的高通量培养设备的藻细胞微型化培养和常规培养方式下的相关性进行分析。通过三种不同藻种在一定的实验条件下，在摇瓶和微孔板中的生长能力的比较来评价用本发明的高通量培养设备通过微孔板来培养微藻和用摇瓶培养微藻间是否具有较高的相关性。
实验所用的藻种分别为：Chlorella vulgaris，Scenedesmus quadricauda，Oscillatoria sp(上述藻种均购于中科院水生生物研究所淡水藻种库)，均采用BG11培养基(见表1)，选用的微孔板类型为48孔，通过硅胶板盖密封微孔板。
实验步骤为：将一定数量处于对数生长期的藻液按20％的接种量接种于已灭菌的培养基中，摇瓶的装液量为100mL/250mL，48微孔板的装液量为500μL，摇瓶用8层纱布封口，微孔板用硅胶板盖密封(以上实验均在无菌条件下进行)。实验设定的培养条件为：温度25℃，光照30μmol·m-2·s-1，光周期12hL/12hD，摇床转速180rpm，培养周期为14天。培养中每天定时从摇瓶中取2mL的藻液，从48微孔板中取5个孔的藻液进行OD750(表示藻细胞密度)的测定。最后以时间为横坐标，OD750为纵坐标绘制出各藻种的生长曲线，如图5所示，再对摇瓶和微孔板中各时间点处的OD750进行曲线估计和线性回归处理。其中，在图5中，Cv，Sq，Os分别代表藻种Chlorella vulgaris，Scenedesmus quadricauda，Oscillatoria sp，MTP表示微孔板中的生长曲线。
通过上述数据处理可以从图5得到各藻种在摇瓶和微孔板上生长曲线的变化趋势都表现出各自的特点，说明所用藻种高通量筛选装置对各藻种自身的特征不会有影响。而通过对摇瓶和微孔板中各时间点处的OD750线性回归处理可以得到各藻种在二种培养方式下的相关性R值分别为RCv＝0.986，RSq＝0.991，ROs＝0.985，即在所用藻种高通量筛选装置中这两种培养方式表现出较高的相关性。
根据以上描述可以看出，在本发明中，通过在导光层的侧面反射膜和底面反射膜，以便引导来自光源的光线主要从导光层的顶面射出，提高用于微藻高通量培养的光照均匀度和光照强度，满足微藻生长和高通量筛选的需要。并且，采用LED阵列作为光源，可以克服诸如日光灯管等常规光源的散热大、光照不均匀、光照度衰减明显、寿命短、光照度调节不连续等缺陷，通过调节供给至LED阵列的电流，可以容易地调节其光照强度，从而实现藻种在均一光照条件下培养。另外，通过调节具有不同光波段的LED灯的数量和排布，调整出适合微藻生长的光照条件。根据本发明的照明装置，可以将整个摇床台面设置为均匀的发光体，能够同时满足各种形式微孔板或多孔板的使用，不受孔板形态构造的限制。而且，本发明采用底部供光方式，便于将多孔板的上部密封，能够防止交叉污染、保证通气、蒸发一致性、增加转速、增加通气效果等。
目前，尚未有微藻高通量培养的装置，本领域技术人员为实现微藻的高通量培养，曾尝试将光源安装在微生物培养箱中，为不影响实验操作，只能安装在微生物培养箱的顶部或侧面，但是，顶部或侧面供光导致培养箱内部受光不均匀，影响筛选结果，而且光程较长，光照度衰减高，光利用率底，光照调节不敏感。通过本发明人设计多种方案的尝试实现在载物台底部供光，实现了微藻高通量培养中光照均匀，降低光照度衰减，提高光利用率，光照调节敏感，能满足微藻高通量培养的需求。本发明的照明装置采用的LED阵列没有普通日光灯管散热多的缺点。
根据本发明的照明装置可以常规摇床相结合，能够实现微藻在摇动状态下控光照、控温、控湿和控气的高通量培养，在适合藻株高通量培养的条件范围内，温度、湿度、速度、光照度连续可调。并且，本发明的高通量培养设备可以采用模块叠加方式，可叠加多组，每组模块可独立控温、控湿、控速、控光，进一步提高其用于筛选对比研究的灵活性。进一步，本发明中的照明装置采用侧光照射、漫反射、匀光等手段能够实现更均匀的光照度。由此，根据本发明的适于进行微藻高通量培养的设备能够应用于自然界大量藻种的筛选、诱变育种和基因工程育种等育种技术。
虽然以上已经参照较佳实施例描述了本发明，本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的精髓或范围的前提下，可在形式和细节上进行改变。

Claims (12)

1.一种适于进行微藻高通量培养的设备，包括框架、振荡机构、温度控制装置、湿度控制装置、通风控制装置、载物台和照明装置，其中，
载物台适于固定用于容纳藻种或藻液的培养结构，
照明装置设置在载物台的下方，适于为微藻培养提供均匀的光照，并且
照明装置包括光源和导光结构，并且导光结构构造为适于将来自光源的光均匀地提供至容纳有藻种或藻液的培养结构，
其中该导光结构为多层结构，包括：
导光层，适于将来自光源的光向各个方向均匀地反射，来自光源的光从导光层的一对侧面入射到导光层中；
底面反射膜，覆盖导光层的底面，适于将由导光层向所述底面反射的光反射回导光层；和
侧面反射膜，覆盖导光层的另一对侧面，适于将由导光层向所述另一对侧面反射的光反射回导光层。
2.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中
导光层的顶面的面积与所述一对侧面中的每一个侧面的面积之比大于10∶1。
3.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中在导光层的靠近边缘的顶面部分上，还设置有上反射膜，上反射膜适于将从顶面周边倾斜出射的光线反射回导光层。
4.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中
所述底面反射膜和侧面反射膜中的至少一个为全反射膜。
5.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中
导光层由基底材料和均匀地分布在基底材料中的导光粉或导光颗粒构成，进入导光层的光在与导光粉或导光颗粒相遇时发生折射、反射和透射中的至少一种，并且
基底材料包括聚甲基丙烯酸甲酯材料，导光粉或导光颗粒包括纳米结构。
6.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中该多层结构还包括：
位于导光层顶面上的均光膜，适于将从导光层的顶面出射的光向上均匀地发射。
7.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中该多层结构还包括：
上均光板，设置在导光层的上方，适于将从导光层的顶面出射的光向上均匀地发射到容纳有藻种或藻液的培养结构。
8.根据权利要求7所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中上均光板和均光膜之间隔开预定的距离，以在上均光板和均光膜之间形成预定的空间。
9.根据权利要求8所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中在上均光板和均光膜之间设置有支撑装置，该支撑装置适于调整所述隔开预定的距离，以调整所述预定的空间的体积。
10.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中
所述光源包括LED阵列，并且
在LED阵列和导光结构之间设置有透镜，该透镜适于将来自LED阵列的光会聚后投射到导光层中。
11.根据权利要求10所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中该设备还包括：
光强度控制装置，通过控制提供至LED阵列的电流控制从LED阵列出射的光的强度。
12.根据权利要求1所述的适于进行微藻高通量培养的设备，其中
框架适于形成进行微藻培养的微藻培养环境，其中载物台和照明装置设置在该框架内，
温度控制装置适于控制微藻培养环境中的温度，
湿度控制装置适于控制微藻培养环境中的湿度，
通风控制装置适于控制微藻培养环境中的通气，并且
振荡机构在微藻培养过程中适于进行振荡，其中照明装置设置在振荡机构上。
CN 201110071318 2011-03-15 2011-03-15 微藻高通量培养设备 Active CN102212471B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110071318 CN102212471B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 微藻高通量培养设备
PCT/CN2012/072364 WO2012126328A1 (zh) 2011-03-15 2012-03-15 照明装置、包括该装置的高通量培养设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110071318 CN102212471B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 微藻高通量培养设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102212471A CN102212471A (zh) 2011-10-12
CN102212471B true CN102212471B (zh) 2013-08-21

Family

ID=44744012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110071318 Active CN102212471B (zh) 2011-03-15 2011-03-15 微藻高通量培养设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN102212471B (zh)
WO (1) WO2012126328A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102212471B (zh) * 2011-03-15 2013-08-21 新奥科技发展有限公司 微藻高通量培养设备
CN103131638A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种生物培养方法及所使用的光生物反应器***
KR101304599B1 (ko) * 2012-02-23 2013-10-07 박승민 이산화탄소 제거율을 극대화한 광생물학적 앨지 배앙기 및 이를 이용한 앨지 제조방법
CN102618445A (zh) * 2012-04-13 2012-08-01 暨南大学 利用类波氏真眼点藻生产微藻油脂的方法及其培养方法
CN104017726A (zh) * 2014-06-30 2014-09-03 张玟籍 一种内置光源生物反应器及微藻养殖方法
CN106771029A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 常州市环境监测中心 一种用于大型蚤急性毒性检测试剂盒
CN111108185A (zh) * 2017-08-16 2020-05-05 日本曹达株式会社 微生物培养***
CN110106064B (zh) * 2019-06-03 2020-06-16 中国矿业大学 一种微藻快速筛选装置及微藻快速筛选方法
CN111437716B (zh) * 2020-04-03 2021-11-26 北京航空航天大学 一种基于自然环境调控的微藻固碳方法
CN112920952A (zh) * 2021-03-25 2021-06-08 广东轻工职业技术学院 光合生物培养装置
CN113214961A (zh) * 2021-05-10 2021-08-06 东台市赐百年生物工程有限公司 一种基于led光源的微藻养殖装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202139240U (zh) * 2011-03-15 2012-02-08 新奥科技发展有限公司 微藻高通量培养设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3950526B2 (ja) * 1997-10-17 2007-08-01 次郎 近藤 光合成培養装置及び集合光合成培養装置
JP3726772B2 (ja) * 2002-04-30 2005-12-14 オムロン株式会社 光学装置、被測定体載置部品、光出射位置制御装置、分析システム、本人照合方法及びアレルギー・副作用検査方法
CN2677383Y (zh) * 2004-02-10 2005-02-09 李勇 往复式自动恒温摇瓶机
CN2824090Y (zh) * 2005-01-21 2006-10-04 谢剑斌 航天级加固液晶显示器用背光模组
CN2862099Y (zh) * 2005-12-21 2007-01-24 上海铂美自动化有限公司 电子设备上超薄导光型led背光源装置
JP4458133B2 (ja) * 2007-02-27 2010-04-28 ソニー株式会社 核酸増幅装置
FR2918387B1 (fr) * 2007-07-03 2009-09-18 Dominique Patrick Delobel Systeme de production de micro organismes
CN201162013Y (zh) * 2007-10-30 2008-12-10 陈禹保 大规模筛选培养板
CN101748054B (zh) * 2008-12-17 2013-06-19 新奥科技发展有限公司 微藻培养的光生物反应器
CN102212471B (zh) * 2011-03-15 2013-08-21 新奥科技发展有限公司 微藻高通量培养设备

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202139240U (zh) * 2011-03-15 2012-02-08 新奥科技发展有限公司 微藻高通量培养设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012126328A1 (zh) 2012-09-27
CN102212471A (zh) 2011-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102212471B (zh) 微藻高通量培养设备
Grobbelaar Factors governing algal growth in photobioreactors: the “open” versus “closed” debate
CN102580794B (zh) 可定位细胞及生物体的微流控芯片及其应用
CN102307985B (zh) 用半渗透膜大规模养殖海微藻的光生物反应器
CN102947710B (zh) 悬滴装置、***和/或方法
Huesemann et al. Simulation of outdoor pond cultures using indoor LED-lighted and temperature-controlled raceway ponds and Phenometrics photobioreactors
Combe et al. Long‐term adaptive response to high‐frequency light signals in the unicellular photosynthetic eukaryote Dunaliella salina
Masojídek et al. Thin-layer systems for mass cultivation of microalgae: flat panels and sloping cascades
US20120115217A1 (en) Device and method for photosynthetic culture
CN103598150B (zh) 大型蚤实验室快速培养装置和培养方法
Quinn et al. Scale‐Up of flat plate photobioreactors considering diffuse and direct light characteristics
Ippoliti et al. Outdoor production of Tisochrysis lutea in pilot-scale tubular photobioreactors
Morschett et al. Design and validation of a parallelized micro‐photobioreactor enabling phototrophic bioprocess development at elevated throughput
Cochet-Escartin et al. Hypoxia triggers collective aerotactic migration in Dictyostelium discoideum
CN202139240U (zh) 微藻高通量培养设备
CN203947101U (zh) 微藻高通量培养装置
CN101748060B (zh) 将多种细胞排列于同一平面并对其进行操控的装置及方法
KR101471270B1 (ko) 돌연변이가 유발된 단세포 생물체의 선별방법 및 이에 사용되는 미세유체 장치
CN104450492B (zh) 一种梯度光照的光生物反应器及其应用
CN204434602U (zh) 一种浮游藻类细胞微孔阵列培养装置
Klyuchka et al. New methods of seeds functional state and activity control for the development of the biotechnical feedback concept
US20130140425A1 (en) Device and method for deployment of photosynthetic culture panel array
US20130146741A1 (en) Device and method for deployment of photosynthetic culture panel array
CN104789451A (zh) 一种光合生物培养装置
CN106467888B (zh) 栅板式光生物反应器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent for invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wu Hong

Inventor after: Wang Yuanyuan

Inventor after: Hao Yuyou

Inventor after: Yuan Xujun

Inventor after: Zhang Ming

Inventor after: Zhang Yinfeng

Inventor after: Jiu Shouhong

Inventor after: Wang Zhenyu

Inventor before: Wu Hong

Inventor before: Wang Yuanyuan

Inventor before: Hao Yuyou

Inventor before: Yuan Xujun

Inventor before: Zhang Ming

Inventor before: Zhang Yinfeng

Inventor before: Liu Feng

Inventor before: Zhao Zhengqun

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WU HONG WANG YUANYUAN HAO YUYOU YUAN XUJUN ZHANG MING ZHANG YINFENG LIU FENG ZHAO ZHENGQUN TO: WU HONG WANG YUANYUAN HAO YUYOU YUAN XUJUN ZHANG MING ZHANG YINFENG MIAO SHOUHONG WANG ZHENYU

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant