一种微藻培养反应器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及生物【技术领域】，具体地说是一种可以设置不同浓度CO2培养环境的微藻培养反应器，包括培养箱、紫外灯管、进气管路和出气管路,其中培养箱的箱体为透明箱体，在培养箱的前端下侧设有进气口，在培养箱的后端上侧设有出气口，分别与培养箱的进气口和出气口相连的进气管路和出气管路上均设有气体流量计和阀门，在培养箱外部设有检测所述进气口和出气口处的二氧化碳浓度的CO2气体分析仪，在培养箱的进气口和出气口处分别安装有气体过滤装置，在培养箱内还设有加湿系统，多个培养箱可并联设置。本发明通过设置不同浓度CO2的培养环境筛选野生型微藻或相应突变体，整个装置结构简单、便于操作。
【专利说明】一种微藻培养反应器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物【技术领域】，具体地说是一种可以设置不同浓度co2培养环境的微 藻培养反应器。
【背景技术】
[0002] 微藻是一种遍布全球的低等浮游植物，广泛分布于海洋、淡水湖泊和淡盐水等环 境，是全球水生态系统中初级生产力的重要组成部分。每年由微藻光合作用固定的C0 2占 全球〇)2固定量的40%以上，在能量转化和碳元素循环中起到举足轻重的作用，微藻的光合 生产率最高可达到50g/m 2/d，相当于森林固碳能力的10-50倍，理论上讲，养殖1吨微藻可 以减排二氧化碳约1. 83吨，因此在所有减排C02的技术中，利用微藻的光合作用减碳是最 具可持续性和绿色友好的途径。在养殖微藻时，气体的残硫、残氮可以成为微藻生长的硫源 和氮源，微藻生长所需的其它营养也可以用营养废水提供，达到净化废水的目的。因此，在 我国发展微藻减排C0 2技术，可以同时达到"减少C02排放、替代化石能源、净化废气与污水" 三个目的，具有广阔的工业和环境应用前景。
[0003] 然而，不同环境的微藻具有不同的固定co2的能力，这主要是因为微藻能够生长 在不同的co 2浓度环境下，在实际应用中我们需要筛选能够耐受高co2浓度的微藻，通常是 15 %?20% C02浓度，因为烟道气中C02浓度最高可以达到20%。另外，大多数的微藻在长 期的进化过程中都形成了一个〇) 2浓缩机制去协助提高固碳能力，但是这个机制只有在空 气水平或低于空气水平的co2浓度下启动，因此为了研究co 2浓缩机制，我们就需要在低co2 浓度下培养微藻。在实验室条件下，为了模拟微藻在高co2或低co2浓度下的培养筛选，就 需要特殊的co 2培养反应器，要使微藻处于特定的co2浓度下生长。
[0004] 目前，使用较多的co2光生物反应器主要是用于植物或动物细胞培养研究的co2培 养箱，其中用于动物细胞培养的co 2培养箱通常不带光源，而用于植物光照co2培养箱一般 很难保证培养室的无菌状态。此外，无论是用于植物还是用于动物培养的co 2培养箱，它们 共同之处是造价相对较高，占用空间较大，具有很高的运行成本，另外它在实际操作过程中 很容易造成细菌、霉菌等的污染，因此在微藻的相关研究中应用较少，也受到以上诸多因素 的限制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种微藻培养反应器，能够有效控制气体流量以及二氧化 碳浓度，以达到设置不同浓度co 2的培养环境筛选野生型微藻或相应突变体目的，整个装置 结构简单、便于操作。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007] -种微藻培养反应器，包括培养箱、紫外灯管、进气管路和出气管路，其中与气源 相连的进气管路与培养箱上的进气口相连，出气管路与培养箱上的出气口相连，用于在使 用前对培养箱进行消毒的紫外灯管设置于所述培养箱中，在所述进气管路和出气管路上均 设有用于保持培养箱内气体浓度均衡的气体流量计和阀门。
[0008] 所述培养箱外部设有通过检测所述进气口和出气口处二氧化碳浓度来调节或关 闭气体流量计的C0 2气体分析仪。
[0009] 所述培养箱的进气口和出气口处分别安装有气体过滤装置。
[0010] 所述培养箱前端设有用于取放固体平板、多孔培养板或三角瓶等培养装置的开 口，所述开口通过法兰盖密封关闭。
[0011] 所述紫外灯管安装在所述法兰盖上。
[0012] 所述培养箱内设有加湿系统。
[0013] 所述加湿系统为一个内盛有无菌纯水的水盘。
[0014] 所述培养箱的箱体为透明箱体，所述进气口设置于所述培养箱的前端下侧，所述 出气口设置于所述培养箱的后端上侧。
[0015] 多个培养箱通过在进气管路上安装三通并联设置。
[0016] 本发明的优点与积极效果为：
[0017] 1、本发明在进气管路和出气管路上分别设有气体流量计，可根据需要控制调整二 氧化碳浓度，进而通过设置不同浓度C0 2的培养环境筛选野生型微藻或相应突变体，整个装 置结构简单、便于操作，并且本发明采用密闭式的培养箱培养和筛选微藻，避免了空气中杂 菌等的污染。
[0018] 2、本发明培养箱采用树脂材料，可以保证光照时的透光度，同时，便于观察藻落在 整个培养过程中的生长情况，并且在培养箱内设有紫外灯管，有利于在使用前用紫外消毒， 避免培养过程中细菌、霉菌等污染。
[0019] 3、本发明在培养箱外部设有C02气体浓度分析仪测量培养箱进出气口的二氧化碳 浓度，能够有效控制调整培养箱内的二氧化碳浓度。通过co 2气体浓度分析仪测定培养箱 出气口的co2浓度，当达到需要co2浓度时，也可同时关闭进气口和出气口的气体流量计来 维持箱体内部〇) 2气体浓度，根据不同微藻的生长周期（或生长代时），每天进行2-3次气 体的置换，这样可以大量节省〇)2气体的使用量。
[0020] 4、本发明在培养箱的进气口和出气口设有气体过滤除菌装置，用来过滤气体中的 杂菌，避免在培养过程中微藻受杂菌等的污染，而且设置于培养箱出气口的气体过滤除菌 装置还可以防止气体倒吸。
[0021] 5、本发明沿培养箱对角线方向设有进气口和出气口，此种布置方式有利于气体在 培养箱内部充分扩散后再排出，使培养箱内co 2浓度尽量一致，避免了反应系统内气体浓度 不均一的情况。
[0022] 6、本发明在培养箱内放有加湿系统，本发明采用被动控湿法，即在培养箱内放置 一个水盘，内盛无菌纯水，依靠水的自然蒸发，使箱体内相对湿度达到85% -95%。这样也 可以防止用于固体平板筛选时，平板上的固体琼脂过早地被干涸。
[0023] 7、本发明通过在进气管路上安装三通实现多个培养箱并联设置，用于大规模筛 选。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的结构示意图。
[0025] 其中，1为气体流量计；2为阀门；3为法兰盖；4为紫外灯开关；5为进气口；6为出 气口；7为培养箱；8为紫外灯管；9为进气管路；10为出气管路。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0027] 如图1所示，本发明包括培养箱7、紫外灯管8、进气管路9和出气管路10,其中在 培养箱7的前端下侧设有进气口 5,在培养箱7的后端上侧设有出气口 6,进气管路9即与 培养箱7上的进气口 5相连，出气管路10即与培养箱7上的出气口 6相连，所述进气口 5和 出气口 6分别设置于培养箱7的前端下侧和后端上侧有利于气体在培养箱7内部充分扩散 后再排出，使培养箱7内气体浓度均匀。紫外灯管8设置于所述培养箱7中，用于在使用前 对培养箱7进行紫外消毒，防止细菌、霉菌等污染，所述紫外灯管8通过安装在培养箱7外 侧的紫外灯开关4控制开启关闭。在培养箱7前端设有用于取放固体平板、多孔板或三角 瓶等培养装置的开口，所述开口通过一个法兰盖3密封关闭，紫外灯管8安装在所述法兰盖 3上，法兰盖3打开时紫外灯管8可随所述法兰盖3移动。所述培养箱7由透光材料制成， 本实施例中，所述培养箱7由透明的树脂材料制成，透光度可达90 %。
[0028] 在进气管路9和出气管路10上分别设有控制气体流速的气体流量计1和控制管 路启闭及调整气体流量的阀门2,本实施例中，所述气体流量计1的型号为红旗LZB-10,生 产厂家为常州双波仪表有限公司，在培养箱7外部设有用于检测所述培养箱7的进气口 5 和出气口 6处二氧化碳浓度的C02气体分析仪，当培养箱7内的二氧化碳浓度不满足要求 时，所述C02气体分析仪可发出信号调节气体流量计1，防止培养箱7中二氧化碳浓度和通 入气体的二氧化碳浓度相差过大，保证微藻在预设的二氧化碳浓度下培养，当所述培养箱 7的出气口 6处C02浓度达到需要的浓度时，所述C02气体分析仪也可以同时关闭进气管路 9和出气管路10上的的气体流量计1来维持培养箱7内部的C0 2气体浓度，然后根据不同 微藻的生长周期（或生长代时），每天进行2?3次气体的置换，这样可以大量节省C0 2气 体的使用量。本实施例中，所述C02气体分析仪的型号为C150型C02浓度分析仪，生产厂家 为英国Geotech公司。
[0029] 在培养箱7的进气口 5和出气口 6处分别设有气体过滤装置，其中安装在进气口 5 处的气体过滤装置用于过滤除菌，安装在出气口 6处的气体过滤装置在过滤同时还用于防 止外部气体倒吸入培养箱7中，本实施例中，安装在培养箱7的进气口 5处的气体过滤装置 为微孔滤膜，利用微孔滤膜过滤气体为本领域公知技术，安装在培养箱7的出气口 6处的气 体过滤装置为空气过滤器，所述空气过滤器型号为Sartorius Midisart200017805,生产厂 家为德国Sartorius/赛多利斯公司。
[0030] 气源通过进气管路9与培养箱7的内部相通，所述气源为气泵（用于向培养箱7 内通入压缩空气）或者气瓶（用于向培养箱7内通入预先按不同比例配置好气体），气体 的流量和流速可以通过管路上的气体流量计1和阀门2调节。本发明也可以设置单独的纯 C02气瓶管路和压缩空气管路，将上述两个气体管路通过一个三通与一个气体缓冲瓶相连， 气体缓冲瓶再通过管路与培养箱7相连，在所述纯C0 2气瓶管路和压缩空气管路上分别设 置气体流量计调节气体流速，气体缓冲瓶则用于预混气体。
[0031] 在培养箱7内设有加湿系统，因为除了保证培养箱7内准确的C02含量外，稳 定而精确的湿度也是理想的生理学环境的一个重要指标，本发明采用被动控湿法，即在 培养箱7内放置一个的水盘，内盛无菌纯水，依靠水的自然蒸发，使箱体内相对湿度达到 85%-95%。这样也可以防止用于固体平板筛选时，平板上的固体琼脂过早地被干涸。本实 施例在培养箱7内放置一个容量1L水盘，内盛0. 5L无菌纯水。
[0032] 本发明的工作原理为：
[0033] 本发明在使用前，可以先通过内置的紫外灯管8进行消毒，消毒3小时完毕后，关 闭紫外灯管8,然后打开法兰盖3,放入预先涂布好的固体平板或液体培养多孔板（24孔或 96孔），同时放入装有已灭菌纯水的水盘，然后关闭法兰盖3并拧紧螺丝。气源通过进气管 路9输入空气和二氧化碳混合气，通气速率由进气管路9上的气体流量计1测量，并通过进 气管路9上的阀门2调节流量，气体经过进气口 5处的气体过滤装置过滤后进入培养箱7 中，同时出气管路10上的阀门2和气体流量计1也做好相应调节，以保证培养箱7内二氧 化碳浓度恒定且气流稳定。
[0034] 培养箱7外部设有C02浓度分析仪，用于分别测量进入和排出培养箱7的二氧化碳 的气体浓度，也可测定培养箱内〇2浓度和相对湿度，并通过测量出气口 6二氧化碳的浓度， 调节进气管路9和出气管路10上的气体流量计1，以保证微藻在预设的二氧化碳浓度下培 养，并保证相对湿度恒定。
[0035] 当在微藻固体平板长到足够大藻落，肉眼可见，或在液体培养24孔板上（或三角 瓶中）肉眼能够明显看到绿色时候，先关闭气源阀门，然后关闭进气管路9上的阀门2,然 后打开法兰盖3,取出固体平板样品或多孔板液体培养样品，挑选感兴趣的藻落进行扩大培 养，进行其他生物学方面的研究。
[0036] 本发明还可以通过在进气管路9上安装三通实现多个培养箱7并联设置，用于大 规模筛选。
【权利要求】
1. 一种微藻培养反应器，其特征在于：包括培养箱（7)、紫外灯管（8)、进气管路（9)和 出气管路（10)，其中与气源相连的进气管路（9)与培养箱（7)上的进气口（5)相连，出气 管路（10)与培养箱（7)上的出气口（6)相连，用于在使用前对培养箱（7)进行消毒的紫 外灯管（8)设置于所述培养箱（7)中，在所述进气管路（9)和出气管路（10)上均设有用于 保持培养箱（7)内气体浓度均衡的气体流量计（1)和阀门（2)。
2. 根据权利要求1所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述培养箱（7)外部设有通 过检测所述进气口（5)和出气口（6)处二氧化碳浓度来调节或关闭气体流量计（1)的C02 气体分析仪。
3. 根据权利要求1或2所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述培养箱（7)的进气 口（5)和出气口（6)处分别安装有气体过滤装置。
4. 根据权利要求1所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述培养箱（7)前端设有用 于取放固体平板、多孔培养板或三角瓶等培养装置的开口，所述开口通过法兰盖（3)密封 关闭。
5. 根据权利要求4所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述紫外灯管（8)安装在所 述法兰盖（3)上。
6. 根据权利要求1所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述培养箱（7)内设有加湿 系统。
7. 根据权利要求7所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述加湿系统为一个内盛有 无菌纯水的水盘。
8. 根据权利要求1所述的微藻培养反应器，其特征在于：所述培养箱（7)的箱体为透 明箱体，所述进气口（5)设置于所述培养箱（7)的前端下侧，所述出气口（6)设置于所述培 养箱（7)的后端上侧。
9. 根据权利要求1所述的微藻培养反应器，其特征在于：多个培养箱（7)通过在进气 管路（9)上安装三通并联设置。
【文档编号】C12R1/89GK104109631SQ201410339234
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】徐健, 魏力, 路延笃 申请人:中国科学院青岛生物能源与过程研究所