一种微生物培养板及微生物培养系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种微生物培养板及包括此微生物培养板的微生物培养系统。
【背景技术】
[0002]光合微生物是一类以光为唯一的或主要能量来源而生活的微生物，包括微藻、蓝细菌等含有叶绿素可进行光合作用的微生物，微生物有着重要生物利用价值。特别是微藻(如螺旋藻)，富含蛋白质，可以作为水产饵料或畜禽饲料；更重要的，某些微藻在特定条件下能够大量合成次生代谢物，如油脂、类胡萝卜素、多糖、多种生物活性物质和微量元素等，这些物质具有高经济价值，可以被用在功能食品、食品添加剂、制药等领域。特别是通过微藻大规模培养获得富含油脂的微藻生物质，经过提取和转化形成生物液体燃料(如:生物柴油、航空煤油和汽油)，如生物液体燃料被认为是解决生物能源生产与固碳减排的最重要途径之一。
[0003]目前的微生物培养方式包括跑道池式、管道式等开放式或封闭式微生物培养方式。长期以来，本领域内的技术人员已经对这些培养方式研发出多种变型，然而，微生物培养的单位面积产率和培养成本等方面仍没有突破性进展，培养过程中耗水量大，能耗高，不能实现在最大限度地提升微藻单位面积产率的同时降低能耗的目的。
[0004]例如:跑道池式微生物培养系统培养效率低，光源利用率不足，搅拌等均质化处理的能耗大，培养条件难以控制，容易产生杂菌污染，占地面积大，受气候影响大，同时由于自然蒸发，培养体系中的水散失严重，造成培养液盐度过高，导致微藻生长缓慢，难以实现高密度培养，单位面积产率低，后处理能耗大，藻体收集成本高。
[0005]管道式微生物培养系统建立成本较高；培养液中溶解氧分离效果差，溶解氧积累到一定程度会抑制藻体生长；存在一定程度的贴壁生长，不易清洗；需要较多的土地资源，单位面积产率不高，运行和维护成本较高。
[0006]无论是跑道池式等开放式微生物培养方式，还是管道式等封闭式微生物培养方式，在提高单位面积产率和降低成本方面没有突破性的进展，近几年新发展起来一种半干式固态培养方式，该种培养方式的培养载体一般为具有一定保水性的材料，例如纤维材料，一般的机理为:纤维以一定方式竖直悬挂，培养液从上至下补充，储存在纤维内部，纤维内部储存的培养液从内部向外表面渗透，渗透速率和渗透量由材料本身和供液量等共同决定。该方式的特点在于整个培养过程不依赖于水作为支撑体系，纤维本身为微藻提供一定的培养液，在一定程度上降低能耗、提高产率、提高空间利用率，但是在一定高度范围内，纤维本身对于微藻培养所释放的液量在竖直高度内不可控，满足顶端耗液量时，下方供液量不足，不能满足微藻的生长需要；满足下方耗液量时，上方液量过大，导致外表面的微藻被冲刷掉。因此液量的控制是目前半干式固态培养方式无法突破的难点。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是提高微生物培养板的微生物单位面积产率、降低微生物培养系统能耗以及节省和精密控制培养微生物所需培养液。
[0008]为此，根据本申请的一个方面，提供了一种微生物培养板，所述微生物培养板具有在竖向方向上供应液体的顶端和排出液体的底端，以及连接顶端和底端的在垂直于所述竖向方向的横向方向上第一侧和第二侧，并且包括第一膜层和第二膜层，还包括分别由所述第一膜层和第二膜层提供的相反的第一外表面和第二外表面，待培养的目标微生物被附着和生长于所述第一外表面和第二外表面上，所述第一膜层和所述第二膜层具有适于液体透过的微孔，其中，所述第一膜层和第二膜层在第一侧和第二侧密封地连接在一起而形成中空的内部空间，被从顶端供应到所述内部空间内的液体透过所述第一膜层和第二膜层到达所述第一外表面和第二外表面。
[0009]根据一个可行实施例，所述微生物培养板包括将所述内部空间分割为多个竖向廊道的多个竖向密封线，所述多个竖向廊道沿所述横向方向并排布置。在本文中，“竖向”包括竖直方向和近似竖直方向横向”包括水平方向和近似的水平方向。
[0010]根据一个可行实施例，各竖向廊道以及各竖向密封线从顶端延伸到底端。
[0011 ] 根据一个可行实施例，所述微生物培养板还包括横断各竖向廊道和各竖向密封线设置的彼此间隔开的多个横向廊道，所述多个横向廊道中的每一个都与所述多个竖向廊道中的每一个连通。
[0012]根据一个可行实施例，每一个横向廊道都从微生物培养板的第一侧延伸到微生物培养板的第二侧。
[0013]根据一个可行实施例，每一个横向廊道与其顶端侧的竖向廊道段通过上侧孔连通。
[0014]根据一个可行实施例，每一个横向廊道与其底端侧的竖向廊道段通过下侧孔连通。
[0015]根据一个可行实施例，所述上侧孔与所述下侧孔在竖向方向上错开布置。
[0016]根据一个可行实施例，每一个横向廊道与其顶端侧的竖向廊道段通过两个上侧孔连通，每一个横向廊道与其底端侧的竖向廊道段通过一个下侧孔连通，所述一个下侧孔与每个上侧孔之间的距离相等。
[0017]根据一个可行实施例，所述微生物培养板包括将所述内部空间分割为多个横向廊道的多个横向密封线，所述多个横向廊道沿所述竖向方向并排布置且相互连通。
[0018]根据一个可行实施例，所述多个横向密封线中的第奇数个横向密封线从内部空间的一侧延伸至距该内部空间的另一侧第一距离的位置，所述多个横向密封线中的第偶数个横向密封线从内部空间的所述另一侧延伸至距所述内部空间的所述一侧第二距离的位置。
[0019]根据一个可行实施例，所述微生物培养板包括将每个竖向廊道分割为沿所述竖向方向并排布置且相互隔开的多个横向廊道的多个横向密封线，多个横向廊道相互连通。
[0020]根据一个可行实施例，对于所述多个竖向廊道中的一个竖向廊道而言，该竖向廊道的所述多个横向密封线中的第奇数个横向密封线从该竖向廊道的一侧延伸至距该竖向廊道的另一侧第一距离的位置，该竖向廊道的所述多个横向密封线中的第偶数个横向密封线从该竖向廊道的所述另一侧延伸至距该竖向廊道的所述一侧第二距离的位置。
[0021]根据一个可行实施例，对于与所述多个竖向廊道中的一个竖向廊道相邻的竖向廊道而言，该竖向廊道的所述多个横向密封线中的第奇数个横向密封线从该竖向廊道的所述另一侧延伸至距该竖向廊道的所述一侧第三距离的位置，该竖向廊道的所述多个横向密封线中的第偶数个横向密封线从该竖向廊道的所述一侧延伸至距该竖向廊道的所述另一侧第四距离的位置。
[0022]根据一个可行实施例，所述第一距离等于所述第二距离。
[0023]根据一个可行实施例，所述第三距离等于所述第四距离。
[0024]根据一个可行实施例，所述微生物培养板包括在所述内部空间内从第一侧开始沿横向方向以朝向顶端倾斜的第一斜率延伸至超过所述内部空间半途但未至第二侧的第一末端位置的多个第一斜密封线，从而形成多个第一侧斜廊道，以及包括在所述内部空间内从第二侧开始沿横向方向以朝向顶端倾斜的第二斜率延伸至超过所述内部空间半途但未至第一侧的第二末端位置的多个第二斜密封线，从而形成多个第二侧斜廊道，第一侧斜廊道和第二侧斜廊道相互连通。
[0025]根据一个可行实施例，对于每一个竖向廊道来说，所述微生物培养板包括从相应竖向廊道的第一侧开始沿横向方向以朝向顶端倾斜的第一斜率延伸至超过该相应竖向廊道的半途但未至该相应竖直廊道的第二侧的第一末端位置的多个第一斜密封线，从而形成多个第一侧斜廊道，以及包括从该竖向廊道的第二侧开始沿横向方向以朝向顶端倾斜的第二斜率延伸至超过该竖向廊道半途但未至该相应竖直廊道的第一侧的第二末端位置的多个第二斜密封线，从而形成多个第二侧斜廊道，第一侧斜廊道和第二侧斜廊道相互连通。
[0026]根据一个可行实施例，在竖向方向上在各第一斜密封线的第一末端位置和各第二斜密封线的第二末端位置之间形成重叠区域，在该重叠区域内，所述多个第一斜密封线和所述多个第二斜密封线交替布置。
[0027]根据一个可行实施例，所述第一末端位置距第二侧的距离与所述第二末端位置距第一侧的距离相等。
[0028]根据一个可行实施例，所述第一斜率等于所述第二斜率。
[0029]根据一个可行实施例，所述中空的内部空间内设有由疏水性材料或亲水性材料制成的夹层。
[0030]根据一个可行实施例，所述第一膜层和所述第二膜层的制成材料包括有机材料或无机材料，有机材料包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PS)、聚丙烯晴(PAN)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯(PP)、壳聚糖膜(CS)、聚电解质复合物(PEC)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVAL)、聚苯基-1，2，4三嗪(PPT)，无机材料包括陶瓷膜、多孔玻璃或分子筛。
[0031]根据一个可行实施例，所述微孔具有适于液体透过而目标微生物细胞不能透过的孔径尺寸，优选地，微孔孔径尺寸为0.01-2微米。
[0032]根据一个可行实施例，所述液体为培养目标微生物所需的培养液。
[0033]根据一个可行实施例，各密封的形成方式包括粘接或热熔。
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