CN108485936B - 一种微藻实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微藻实验装置，所述微藻实验装置包括：两侧均设有开口的圆柱形筒、用于盛装微藻的锥形瓶和LED灯板；其中，所述锤形瓶位于所述圆柱形筒内，且所述锥形瓶的底部与所述圆柱形筒的内壁相切；所述LED灯板与所述锤形瓶的瓶口相对设置，且所述LED灯板与所述圆柱形筒的开口进行密封固定，所述LED灯板用于向所述圆柱形筒内发射光线，所述光线在所述圆柱形筒内进行全反射。该微藻实验装置是一种光量子数可控的微藻实验装置。
Description
技术领域
本发明涉及微藻实验技术领域，更具体地说，尤其涉及一种微藻实验装置。
背景技术
微藻是一种在陆地和海洋分布广泛、生长速度快和光合利用度高的微生物，其细胞代谢产生的多糖、蛋白质和色素等，使其在食品、医药、基因工程和液体染料等领域具有很好的开发前景。
实验室中一般使用batch方法培养微藻，并以此为基础做一系列科学研究，其中，光对微藻的影响一直是科研人员的一个探索方向。
但是，目前微藻一直被置于普通荧光灯管下进行培养，通过调节荧光灯管的光强来探究光对微藻生长的影响，但普通荧光灯管发出的光是一种广谱光源，这种方法从光学角度来说过于粗糙，无法探究不同波长的单色光或不同光谱的宽谱光对微藻生长的影响，且光强无法实现连续调节，无法从精确的光量子角度探究光强对微藻生长的影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种微藻实验装置，该微藻实验装置是一种光量子数可控的微藻实验装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微藻实验装置，所述微藻实验装置包括：两侧均设有开口的圆柱形筒、用于盛装微藻的锥形瓶和LED灯板；
其中，所述锤形瓶位于所述圆柱形筒内，且所述锥形瓶的底部与所述圆柱形筒的内壁相切；所述LED灯板与所述锤形瓶的瓶口相对设置，且所述LED灯板与所述圆柱形筒的开口进行密封固定，所述LED灯板用于向所述圆柱形筒内发射光线，所述光线在所述圆柱形筒内进行全反射。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述LED灯板上设置有多个串联连接的LED芯片。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述微藻实验装置还包括：通气管和二氧化碳钢瓶；
其中，所述LED灯板设置有通孔，所述通气管的一端与所述锥形瓶的瓶口连接，所述通气管的另一端通过所述通孔与所述二氧化碳钢瓶的瓶口连接。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述微藻实验装置还包括：LED驱动***；
其中，所述LED驱动***与所述LED灯板连接，用于控制所述LED灯板的工作状态和工作时间。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述LED驱动***包括：LED驱动电源和定时开关；
其中，所述LED驱动电源的一端与所述LED灯板连接，所述LED驱动电源的另一端与所述定时开关的一端连接，所述定时开关的另一端与市电连接。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述微藻实验装置还包括：放置于所述锥形瓶内的磁力搅拌器。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述微藻实验装置还包括：磁力搅拌台；
其中，所述磁力搅拌台用于驱动所述磁力搅拌器进行运动，以搅拌所述锥形瓶内的微藻。
优选的，在上述微藻实验装置中，所述圆柱形筒的内壁设置有全反射膜层。
通过上述描述可知，本发明提供的一种微藻实验装置包括：两侧均设有开口的圆柱形筒、用于盛装微藻的锥形瓶和LED灯板；其中，所述锤形瓶位于所述圆柱形筒内，且所述锥形瓶的底部与所述圆柱形筒的内壁相切；所述LED灯板与所述锤形瓶的瓶口相对设置，且所述LED灯板与所述圆柱形筒的开口进行密封固定，所述LED灯板用于向所述圆柱形筒内发射光线，所述光线在所述圆柱形筒内进行全反射。
由此可知，该微藻实验装置可以实现通过控制LED灯板向锥形瓶中的微藻提供定量的光量子数的目的，且LED灯板发出的光在圆柱形筒内进行全反射，也不会造成光损失，并且可以使光线均匀的照射到微藻上，促进了微藻的生长，再通过在LED灯板上设置不同光谱的LED光源可以研究不同光质比对微藻的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种微藻实验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种微藻实验装置的剖面图；
图3为本发明实施例提供的另一种微藻实验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，所述微藻实验装置包括：两侧均设有开口的圆柱形筒11、用于盛装微藻的锥形瓶13和LED灯板12。
其中，所述锤形瓶13位于所述圆柱形筒11内，且所述锥形瓶13的底部与所述圆柱形筒11的内壁相切，也就是说，所述锥形瓶13的底部的最大尺寸位置与所述圆柱形筒11的内壁相切；所述LED灯板12与所述锤形瓶13的瓶口相对设置，且所述LED灯板12与所述圆柱形筒11的开口进行密封固定，所述LED灯板12用于向所述圆柱形筒11内发射光线，所述光线在所述圆柱形筒11内进行全反射。
也就是说，该微藻实验装置可以实现通过控制LED灯板12向锥形瓶13中的微藻提供定量的光量子数的目的，且LED灯板12发出的光在圆柱形筒11内进行全反射，也不会造成光损失，并且可以使光线均匀的照射到微藻上，促进了微藻的生长，再通过在LED灯板12上设置不同光谱的LED光源可以研究不同光质比对微藻的影响。
进一步的，所述圆柱形筒11的内壁设置有全反射膜层。
具体的，所述圆柱形筒11的内壁也可以涂覆高反射率镜面膜，用于提高光的利用率。
进一步的，如图2所示，所述LED灯板12上设置有多个串联连接的LED芯片16。
具体的，所述LED灯板12的形状与所述圆柱形筒11的开口形状相匹配设置，用于提高光的密封性。
通过上述描述可知，所述圆柱形筒11的顶部通过所述LED灯板12进行密封，所述圆柱形筒11的底部由于与锥形瓶13的底部相切也进行了密封，锥形瓶13的底部密布有微藻，所述圆柱形筒11的内壁设置有全反射膜层，避免了光的损失，进而可以实现通过控制LED灯板12向锥形瓶13中的微藻提供定量的光量子数的目的。
进一步的，如图2和图3所示，所述微藻实验装置还包括：通气管17和二氧化碳钢瓶18。
其中，所述LED灯板12设置有通孔，所述通气管17的一端与所述锥形瓶13的瓶口连接，所述通气管17的另一端通过所述通孔与所述二氧化碳钢瓶18的瓶口连接。
具体的，通过设置通气管17用于为微藻提供培养环境。
进一步的，所述微藻实验装置还包括：LED驱动***。
其中，所述LED驱动***与所述LED灯板12连接，用于控制所述LED灯板12的工作状态和工作时间。
具体的，可以通过控制所述LED驱动***，改变LED灯板的工作时间以提供定量的光量子总数。
进一步的，如图2所示，所述LED驱动***包括：LED驱动电源14和定时开关15。
其中，所述LED驱动电源14的一端与所述LED灯板12连接，所述LED驱动电源14的另一端与所述定时开关15的一端连接，所述定时开关15的另一端与市电连接。
具体的，例如通过控制所述定时开关15，以控制所述LED灯板12使LED灯板每天均为微藻提供定量的光量子数。
进一步的，如图3所示，所述微藻实验装置还包括：放置于所述锥形瓶13内的磁力搅拌器和磁力搅拌台19。
其中，所述磁力搅拌台19用于驱动所述磁力搅拌器进行运动，以搅拌所述锥形瓶内的微藻。
具体的，为了防止微藻沉入锥形瓶的瓶底无法均匀受光，通过设置磁力搅拌器和结合磁力搅拌台19的方式，搅拌微藻，以使其均匀受光。
并且，如图3所示，在相同环境下该微藻实验装置在每个实验单元中设置不同的LED芯片类型，即可以同时基于不同参数进行实验，例如可以进行验证不同波长、不同光量子数、不同光谱和不同光周期等的多种对比实验，极大程度的提高了实验效率。
基于该微藻实验装置，其光量子数的计算方法如下：
其中，PQ为LED灯板发出的波长大于等于λ1且小于等于λ2的光量子数，单位为μmols-1；λ为波长，单位为nm；Pe(λ)为波长为λ的光子发出的辐射通量，即光谱辐射通量，单位为W·nm-1；nA为阿伏伽德罗常数，单位为μmol-1，nA＝6.02×1023；h为普朗克常数，h＝6.626×10-34Js-1；c为光速，c＝2.9792458×10-8ms-1；令v＝nAhc，则可得v＝119.8W·s·nm·μmol-1，对公式(1)化简后为：
其中，Pe(λ)可由分布式光度计测得，带入上述公式(2)可计算出所述LED灯板发出的光量子数。假设，圆柱形筒内壁的反射率为R，R≥90％，则该微藻实验装置在单位时间内为生长在锥形瓶中的微藻提供的光量子数P为：
P＝PQ×R (3)
其中，所述光量子数P的单位为μmol s-1。
假设，一天时间内(24小时)所述定时开关控制的开启时间为T，则该微藻实验装置一天时间内为生长在锤形瓶中的微藻提供的光量子总数PT为：
PT＝P×T (4)
其中，所述光量子总数PT的单位为μmol。
同样，还可以计算该微藻实验装置提供的红蓝光量子数比例(即红蓝光质比)Pr/Pb为：
下面以具体实施例对本发明的微藻实验装置进行说明。
假设，所述LED灯板上设置的LED芯片为波长是660nm的红光LED芯片，其额定功率为18W，通过使用远方SIPC分布式光度计测量其Pe(λ)的值，带入上述公式(2)计算，可得到LED灯板单位时间内发出的光量子数PQ等于24.36μmol s-1，测得圆柱形筒的内壁的反射率R为98％，带入上述公式(3)，则该微藻实验装置为锥形瓶中微藻单位时间提供的光量子数P为23.87μmol，将定时开关开启时间设定为每天8:00至22:00，即T＝14h，带入上述公式(4)，则该微藻实验装置每天为锥形瓶中微藻提供的光量子总数PT为1.20μmol。
或，假设，所述LED灯板上设置的LED芯片为色温是3000K的白光LED芯片，其额定功率为18W，通过使用远方SIPC分布式光度计测量其Pe(λ)的值，带入上述公式(2)计算，可得到LED灯板单位时间内发出的光量子数PQ等于23.40μmol s-1，测得圆柱形筒的内壁的反射率R为98％，带入上述公式(3)，则该微藻实验装置为锥形瓶中微藻单位时间提供的光量子数P为22.93μmol，将定时开关开启时间设定为每天8:00至22:00，即T＝14h，带入上述公式(4)，则该微藻实验装置每天为锥形瓶中微藻提供的光量子总数PT为1.16μmol。同时，将所测得的Pe(λ)带入上述公式(5)，可得该微藻实验装置的红蓝光量子数比例(即红蓝光质比)Pr/Pb为3.74。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种微藻实验装置，其特征在于，所述微藻实验装置包括：两侧均设有开口的圆柱形筒、用于盛装微藻的锥形瓶和LED灯板；
其中，所述锥形瓶位于所述圆柱形筒内，且所述锥形瓶的底部与所述圆柱形筒的内壁相切；所述LED灯板与所述锥形瓶的瓶口相对设置，且所述LED灯板与所述圆柱形筒的开口进行密封固定，所述LED灯板用于向所述圆柱形筒内发射光线，所述光线在所述圆柱形筒内进行全反射；
所述微藻实验装置还包括：磁力搅拌台、放置于所述锥形瓶内的磁力搅拌器；
其中，所述磁力搅拌台用于驱动所述磁力搅拌器进行运动，以搅拌所述锥形瓶内的微藻；
其中，在相同环境下包括多个所述微藻实验装置，在每个所述微藻实验装置中设置不同的LED芯片类型，以同时基于不同参数进行实验；
其中，还包括：通气管和二氧化碳钢瓶；多个所述微藻实验装置共用一个二氧化碳钢瓶，每个微藻实验装置的所述LED灯板设置有通孔，所述通气管的一端与对应的所述锥形瓶的瓶口连接，所述通气管的另一端通过所述通孔与所述二氧化碳钢瓶的瓶口连接；
基于所述微藻实验装置，其光量子数的计算方法如下：
其中，PQ为LED灯板发出的波长大于等于λ1且小于等于λ2的光量子数，单位为μmol s-1；λ为波长，单位为nm；Pe(λ)为波长为λ的光子发出的辐射通量，单位为W·nm-1；nA为阿伏伽德罗常数，单位为μmol-1，nA＝6.02×1023；h为普朗克常数，h＝6.626×10-34J s-1；c为光速，c＝2.9792458×10-8m s-1；令ν＝nAhc，则可得ν＝119.8W·s·nm·μmol-1，对公式(1)化简后为：
其中，Pe(λ)可由分布式光度计测得，通过上述公式(2)可计算出所述LED灯板发出的光量子数；
所述微藻实验装置在单位时间内为生长在锥形瓶中的微藻提供的光量子数P为：
P＝PQ×R (3)
其中，R为圆柱形筒内壁的反射率，所述光量子数P的单位为μmol s-1；
所述微藻实验装置一天时间内为生长在锥形瓶中的微藻提供的光量子总数PT为：
PT＝P×T (4)
其中，T为一天时间内的开启时间，所述光量子总数PT的单位为μmol；
计算所述微藻实验装置提供的红蓝光量子数比例Pr/Pb为：
。
2.根据权利要求1所述的微藻实验装置，其特征在于，所述LED灯板上设置有多个串联连接的LED芯片。
3.根据权利要求1所述的微藻实验装置，其特征在于，所述微藻实验装置还包括：LED驱动***；
其中，所述LED驱动***与所述LED灯板连接，用于控制所述LED灯板的工作状态和工作时间。
4.根据权利要求3所述的微藻实验装置，其特征在于，所述LED驱动***包括：LED驱动电源和定时开关；
其中，所述LED驱动电源的一端与所述LED灯板连接，所述LED驱动电源的另一端与所述定时开关的一端连接，所述定时开关的另一端与市电连接。
5.根据权利要求1所述的微藻实验装置，其特征在于，所述圆柱形筒的内壁设置有全反射膜层。
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| 微藻气肥光生物反应器研究进展;孙芝兰等;中国农业科技导报;第16卷(第06期);117-123 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108485936A (zh) | 2018-09-04 |
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