光生物反应器及其用途的制作方法

专利名称：光生物反应器及其用途的制作方法
光生物反应器及其用途交叉参考本申^青要求享有申请曰为2006年2月21曰、申i青号为 No.60/775174的美国临时专利申请的优先权，以及申请日为2006 年5月12日、申请号为No.60/799930的美国临时专利申请的优 先权，上述两篇申请的全部内容在此引入作为参考。
背景技术：
.微藻类与蓝细菌(简称为藻类)属于微型植物，它们通常需 要简单的矿物质营养素用来进行生长和繁殖。通过利用光子能 量，例如日光以及人工照明，藻类经过光合作用将水以及二氧化 碳转换为高价值的有机化合物(例如，色素，蛋白质，脂肪酸， 碳水化合物，以及次级代i射产物)。由于藻类所具有的格外高效 的光利用以及营养素利用，使得藻类表现出了比高等植物高一个 量级的生长潜力。藻类是一种存在着相当大的差异的生物体集团，已经具有超 过40000种^皮鉴定出的种类。它们自然的生产出许多新的、到目 前为止大部分种类还尚未^皮4吏用的生物产品。在全J求范围内， 2004年起源于藻类的产品(医药制品，保健制品，农用化学制品， 人类食品，以及动物祠料)的年销售量被估算为达到20亿美元。 通过利用分子生物学、代i射工程以及功能性基因研究上的最新突 破，可以将藻类作为一种优秀的基因表达媒介，用来制备重组蛋 白以及有助于人类和动物健康以及营养的其他生物活性化合物。由于藻类所具有的能够从周围环境中快速吸收营养素(例如 二氧化碳、氮、以及石粦)并将它们转化成储存于细胞之中的有才几 化合物例如蛋白质的能力，已经提议将藻类应用于自然体系以及 工程化体系中，并且已经进行了试验，将其用于从废水中以及从 燃烧化石燃料的发电机中排放出的富含二氧化碳的废气中除去并且再生废弃营养素的体系中。在上述生物fl^复(bioremediation) 过程中作为副产物而生成的藻类生物物质之后可以作为原料用 于生物燃料(例如，生物柴油，乙醇，或者曱烷)、动物饲料添 力口剂、以及有才几月巴泮+的生产当中。尽管将藻类应用于进行液体形式以及气体形式的生物燃料 的再生、高价值产品的再生、以及应用于环境的生物〗木息在科学 上以及环境学上都是合理的，但是藻类应用的经济学可行性是由 工业规模的培养罐、或者所谓的光生物反应器(简称为反应器) 的效率以及成本效益来决定的，其中所述的培养罐或者光生物反 应器是藻类在其中生长以及增殖的地方。当前工业化的光生物反应器通常被设计成开》文的通道 (raceway),即每个浅槽(shallow pond )(可以容纟内的7Jc容量是 15厘米至30厘米高)覆盖了 1000平米至5000平米的面积，所 述的浅槽被构建成 一 个环状，培养物在所述的环中^f告助 一 个浆寿仑 进行循环(参见Richmond于1986年发表的文章)。这种生产才莫 式具有的优点是在构建以及维护方面相对简单，但是它具有许多 缺点，这些缺点关系到野外生长的藻类的生产力的控制因素(参 见Richmond于1992年发表的文章；参见Tredici等人于1991年 发表的文章)。上述开放通道的总体生产力低下主要是归因于缺 乏对温度的控制以及长的光程和混合的不充分。在所迷开力文通道 中的藻类培养物是暴露于空气中的，这同样导致了培养物受到空 气传播的微生物以及灰尘的污染，通常导致培养的失败或者崩溃(crash )。所述的开放通道的这种重大缺点推动了封闭系统的发 展，所述的封闭系统即由透明管或者容器制成的光生物反应器， 在所述的光生物反应器中，可以通过泵或者空气气泡来完成培养 物的混合(参见Lee于1986年发表的文章；参见Chaumont于 1993年发表的文章；参见Richmond于1990年发表的文章；参 见Tredici于2004年发表的文章)。自Tamiya等人(于1953年)以及Pirt等人(于1983年) 进行的先驱研究之后，已经提议并且研发出了许多种管状的光生 物反应器。这类太阳能受体光生物反应器通常是蜿虫延形式的或者 是螺旋形式的，由玻璃或者塑料制成，带有一个气体交换导管 (vessel),所述的导管连接至管道系统(tubing)的两端，通过 这个导管向其中加入二氧化碳以及营养素，并且除去其中的氧 气，并且利用 一个泵(参见Gudin以及Chaumont于1983年发表 的文章)或者一个空气^是升器(参见Pirt等人于1983年发表的 文章；参见Chaumont等人于1988年发表的文章；参见Richmond 等人于1993年发表的文章)来进行培养液在所述的导管与所述 的管道系统之间的循环。由于它们在光程、培养温度、以及混合 方面进行的改进， -使得管状光生物反应器不仅相当水平的增加了 藻类生物物质的生产力，并且使得具有商业利益的更多种类的藻 类能够在更加受控制的培养条件下进行生长以及增殖。从另 一方面来看，所述的管状类型的光生物反应器具有它们 自身存在的问题。首先，管状光生物反应器具有一个明显的"黑 暗区i或或者黑暗体积"(通常占全部i咅养物体积的10-15%),所 述的"黑暗区i或或者黑暗体积"与一个脱气池/罐相互关4关，在这 里会发生过量的溶解氧与二氧化碳之间的交换。进入所述黑暗区 域的藻类细胞不能够进行光合作用，但是通过细胞的呼吸作用消 耗细胞团块(cell mass ),对于这种情形先前已经在光照条件下进行了比拟。因此，管状反应器将维持的生物物质产量为理_论最大值的85-90%。其次，管状光生物反应器可能在培养物悬浮液中 聚集通过光合作用而进化得到的高浓度的分子氧，所述的高浓度第三，管状光生物反应器中通常使用到的用于促进长管道中的细 胞培养物的混合以及循环的机械泵能够导致严重的细胞损伤。例 如，已经报道过细胞损伤中有大约15%的情况是与管状类型的生 物反应器的操作相关的(参见Shilva等人于1987年发表的文章)。 Gudin以及Chaumont (于1991年)在大规模的管状光生物反应 器中的红J求藻(Haematococcus )培养物中同才羊乂见察到其具有显 著的细胞脆性。由于许多枳4戒泵所产生的剧烈的水动力学应力 (hydrodynamic stress ),〗又〗又存在有限数量的种类的藻类能够在 管状生物反应器中存活。同样的，管状光生物反应器所具有的高 昂的资金以及维护成本也限制了它们的应用， -使它们 <又能够应用 于小数量的、高价值的特种产品的生产中。然而，在最近的十年里，注意力都聚焦在板状类型的光生物 反应器中。这种类型的反应器第 一次被描述于Samson以及Leduy (于1985年)的文章中以及Ramos de Ortega以及Roux(于1986 年)的文章中，之后在Tredici等人(于1991年、1997年)以及 Hu等人(于1996年、1998年a、 b )的文章中有了进一步的精 确描述。平板类型的设计提供了超越管状系统的更大的优点1) 在所述的平才反类型的涉及中没有相关的"黑暗区i或"，所述反应 器全部被照亮，因此提升了光合作用的生产力；2)采用通风手 段促进培养物的混合以及湍流(turbulence ),这对于藻类细胞所 施加的伤害很小，因为由空气气泡所产生的水动力学力量是最小 的；3)在平板类型的系统中没有对氧气的有害水平进行加强， 因为所述系统的反应器的高度小(即，3英尺至10英尺)；4)可 以将平板反应器设定成各种方向和/或倾斜角度，其目标在于将其最大程度暴露于一年中的太阳能之下，从而进一步增加光合作用的生物物质产量；以及5)与管状反应器相比，平板反应器需要 相对少的资金和维护成本。然而，平4反类型的反应器的应用遭ii到了主要的工考呈学障 碍，即，很难将所述的平板类型的反应器扩大规模，设计成一种 商业水平的反应器。因此，平^反反应器《又^U皮用作上游阶賴二 (bench-top )的培养装置以及用于研究藻类的生长生理学的小型 野外培养单元，并且其从来没有被应用于藻类的工业化培养当 中。发明内容在第一个方面，本发明提供了光生物反应器，其包括 (a) 适合于承载流体的容器，其包括(i) 相对的第 一侧壁以及第二侧壁，其中所述的第 一侧壁 以及第二侧壁中至少有 一 个是透明的；(ii) 相对的第一端壁(endwall)以及第二端壁；(iii) 容器底部；以及(iv) 容器表面，其中所述的第 一侧壁以及第二侧壁包括许多分离的片段，其 中所述的分离的片段是具有流体连通性的；(b ) 支撑柱，用于连接所述第 一 侧壁以及第二侧壁上的许 多分离的片段；(c) 与所述的容器具有流体连通性的至少一个进入端口 ；(d) 与所述的容器具有流体连通性的至少 一 个流出端口 ；(e) 与所述的容器具有流体连通性的一个通风系统；以及(f) 与所述的容器相连的一个温度控制系统，用于控制在 所述容器内的流体的温度。在一种优选的实施方式中，所述的光生物反应器进一步包括 一个或者一个以上挡4反(baffle),所述的4当玲反与所述第一侧壁以 及第二侧壁相连^妻，/人而形成一种障碍(barrier),并且将所述的 容器部分的分割成多个间隔。在另外一种实施方式中，本发明提供了光生物反应器模件， 包括两个或者更多个本发明第一方面所述的光生物反应器，其中 每个光生物反应器中的容器都是具有流体连通性的。也可以将每 个光生物反应器的容器"i殳置为平4于状态，并且可以通过流出端口 收集每个光生物反应器容器中的流体，其中所述的流出端口都与 一个共同的收集"非》丈层叠集管(manifold)系统相连4妻。在第二个方面，本发明提供了一种光生物反应器的控制;f反 (panel)单元，包括(a ) 适合于承载流体的容器，其包括相对的第 一 侧壁以及 第二侧壁，和相对的第一端壁以及第二端壁，其中所述的容器定 义了一种内部区i或、 一种顶端开口以及一种底端开口 ，其中所述 的第 一侧壁以及第二侧壁中至少有一个是透明的，并且其中所述 的第 一侧壁以及第二侧壁在本质上都是平的；(b) 顶端的盖子，所述的盖子安装于所述的控制板的顶端开口之上；以及(c) 底部的盖子，所述的盖子安装于所述的控制板的底端 开口之下；所述的顶端的盖子以及底部的盖子中的至少一个或者两个 进一步包括一个或者一种通道，从而提供了一种分离的光生物反 应器控制纟反单元的流动连通性。在一种优选的实施方式中，所述的光生物反应器进一步包括「 一个或者一个以上挡板，所述的挡板在所述的第一侧壁与第二侧 壁之间延伸，这才羊一来，所述的内部区i或包括、午多个间隔。在另外一种实施方式中，本发明提供了光生物反应器模件， 包括两个或者多个本发明第二方面所述的光生物反应器控制板的其他所有容器是具有流体连通性的。在第三个方面，本发明提供了制备本发明的第一方面或者第二方面的光生物反应器的方法，包括〗吏用本发明所述的第一方面 或者第二方面的光生物反应器的组成部件进行组装的步骤。在第四个方面，本发明提供了用于藻类生长的方法，包括在 存在于本发明的第一方面或者第二方面所述的光生物反应器中 的生长培养基中对藻类进行培养，并且将所述的藻类暴露于光照 之下。在一个优选的实施方式中，所述的方法进一步包括收集所 述的藻类细力包。在一个进一步优选的实施方式中，所述的方法包 括从所述的收集到的藻类细胞中分离生物产品。在一个进一步的 实施方式中，所述的用于生长藻类的方法包括在存在营养素源的条件下对所述的藻类进行培养，其中所述的营养素源选自下面的组中来自于浓缩动物饲料加工中的废水，农业灌溉用水，地下 盐水，工业废水，家庭废水，,皮污染的地下水，发电厂4非出的废 气，以及燃烧化石燃津+的发电厂排出的废气。


附图1:所述反应器的一种范例性的几何学构型。清晰透明 的材料可以是玻璃，或者是刚性/弹性塑料(例如，聚碳酸酯，聚 氯乙烯，丙烯酸，聚乙烯)。附图2:具有多个间隔的反应器单元，其中所述的间隔是由 挡4反进行部分分离的。附图3:单个的反应器单元的构型的范例，其中表示的是线 性的构型以及蜿蜒形状的构型。附图4:所述反应器的另外一种几何学构型。可以4吏用塑剩-挤出技术制备反应器单元。 一个反应器单元由三个部分组成控 制4反，以及顶端盖子和底部盖子。附图5:所述反应器的另外一种几4可学构型，其中所述的反 应器是由多个反应器单元组成的。各个单元中的培养物悬浮液是 经由顶端盖子结构以及底部盖子结构相连通的。附图6:单个的反应器单元的范例，所述的反应器单元具有 不同的光程长度(P1， Pl, P3以及Px)，用来代表具有不同光程 长度的反应器。附图7:反应器^^莫件的范例，其中所述的反应器具有不同的 光程长度。附图8:通风系统。可以将纯净的二氧化石友或者富含二氧化 碳的燃料气体与空气按照 一 定的比例进行混合，从而促进培养物 的混合，同时为藻类的光合作用4是供-友源。附图9:蒸发冷却选项。在夏天中可以将所述的反应器^f呆持 在最佳的培养温度，或者当温度高于所述的最佳温度范围时，通 过蒸发冷却使温度保持在最佳。附图10:内部温度控制选项。也可以使用一个内部温度控制 系统将所述反应器中的温度保持在最佳的培养温度。将金属管道 系统插入到反应器单元内，让温水或者冷水在所述管道中流通， 从而影响培养温度。在冬季里，或者当期望获得一个较高的温度 时，可以利用从燃烧藻渣或者来自于藻类的生物气体的发电机中 产生的余热来保持培养温度。附图11:将一个基于计算机的监控系统整合至反应器单元和 /或模件中，用来监控以及调节培养物的pH，温度，硝酸根/磷酸 根水平，以及氧气浓度和二氧化> 友浓度。作为藻类收集系统中的 一个被整合的组件，将光密度传感器插入到反应器模件中的经选 择的反应器单元中，用于在线监控藻类细胞的密度，随后将利用 这种细胞密度来控制藻类的收集。附图12:反应器相对于太阳辐射的倾斜。附图13:可以将反应器单元和/或反应器沖莫件i殳定至相同的 水平，或者不同的水平。在这种特定的情况当中，所述的反应器 单元#^殳定成阶一弟的形式。附图14: 一种室内反应器的示意图。用实线表示的反应器片 段表示的是一个单独的单元。用虚线表示的部分表示的是每个单独的反应器单元都可能被延伸至任何期望的长度。各个反应器单 元之间可以串耳关的相互连通，并且培养物的流动方向是乂人4交宽的 光程单元流向4交窄的光程单元，反之亦然。附图15: —个混合的开》文槽(open pond)的密闭反应器系 统。其中开放槽提供了多种功能a)作为承载废物的槽；b)使初 始的藻类适应周围环境的场所；以及c)初步的去除营养素以及 生物物质生产的阶l殳，而所述的密闭反应器将i)向所述的开》文 通道(open raceway)中提供种子培养物；ii)对废水进行高纯度 水处理(polish),完全除去所述废水中的营养素；iii)加强生物 物质的生产；以及iv)诱导目标产物(例如高价值的色素，脂质 /油，蛋白质，或者多糖)的细胞堆积。附图16:反应器的顶端表面的范例。所述的顶端表面优选是 透明材并+，例如玻璃或者透明塑详牛。附图17:端部支撑柱(end-strut)的顶^L图(A)以及侧一见 图(B)。所述的端部支撑柱可以是由例如不锈钢或者塑料板制成 的。附图18:夹角支撑一主(corner-strut)的顶-现图(A)以及侧 视图(B)。所述的夹角支撑柱可以是由例如金属或者高强度的塑 料材料制成的。附图19:支撑柱的构型。所述的支撑柱可以是由例如金属、 塑料、或者混凝土制成的。侧壁可以直4妄与所述的支撑柱相结合， 或者通过一个细条与所述的支撑柱相结合，所述的细条例如可以 是金属或者塑料板。在后者的情况中，所述的支撑柱仅仅起到一 种支撑的作用。附图20:固定有挡板的支撑柱的顶视图(A)以及侧视图(B)。 所述的挡板可以是由例如金属、玻璃、或者高强度塑料板制成的。附图21:反应器片段的顶^L图以及侧视图，其中所述的反应 器片段具有期望的光程长度的变化。所述的Z型连接器可以是由 例如塑料板(例如聚氯乙烯)或者金属板(例如不4秀钢)而制成 的。正如所期望的，这样的设计使得单个的反应器单元具有不同 的光程长度。附图22:可以在地面上以相同的水平i殳置光生物反应器单元 和/或光生物反应器模件。设置层叠集管系统，其目的在于提供生 长培养基/藻类以及收集和/或从反应器单元/模件中排放藻类培 养物。
具体实施方式
在第一个方面，本发明提供了一种光生物反应器，其包括 (a) 适合于承载流体的容器，其包括(i) 相对的第一侧壁以及第二侧壁，其中所述的第一侧壁 以及第二侧壁中至少有一个是透明的；(ii) 相对的第一端壁以及第二端壁；(iii) 容器底部；以及(iv ) 容器表面，其中所述的第 一侧壁以及第二侧壁包括许多分离的片段，其 中所述的分离的片羊殳是具有流体连通性的；(b ) 支撑柱，用于连接所述第 一侧壁以及第二侧壁上的许多分离的片段；(c) 与所述的容器具有流体连通性的至少一个进入端口 ；(d) 与所述的容器具有流体连通性的至少 一 个流出端口 ；(e )与所述的容器具有流体连通性的一个通风系统；以及(f) 与所述的容器相连的一个温度控制系统，用于控制在 所述容器内的流体的温度。本发明第一方面所述的光生物反应器可以4要照期望的目标 通过侧壁片段以及支撑柱的使用来进行展开，从而提供 一 种工业 化可应用的平^反控制室光生物反应器，这将实现本领域的 一 个重 大的需求，将在下面的内容中进行更加详细的描述。本发明所述的光生物反应器、以及包括许多这冲羊的光生物反 应器的模件，被设计成能够持续高效的进行藻类的大规模培养， 特别是使用太阳能照射法用于商业化生产例如可再生性生物燃 冲牛以及其他具有附加伯、值的产品当中，以及用于对例如来源于工 业、农业以及家庭中的污染水体进4亍的生物^修复当中。这里所使用的术语"与......具有流体连通性"指的是在所叙述的组件之间具有一条允许液体或者气体通过的通3各。本发明第 一方面所述的光生物反应器的一个例子的示意图 在附图1中有所表示。所述容器的所述第一侧壁以及第二侧壁中至少有一个是透 明的。在仅有一个透明侧壁的实施方式中，当使用所述的光生物反应器进行藻类的户外生长时，所述透明的侧壁应当是朝向阳光 的侧壁。所述容器的透明侧壁可以是由任何透明的材料而制成 的，包括但不局限于玻璃或者塑胶板。塑料侧壁可以是由包括但不局限于选自下述的材料而制成的，它们是聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、丙烯酸、或者聚乙烯。不透明的侧壁可以是由任何适 当的材料制成的，包括但不局限于塑料(例如聚氯乙烯、聚碳酸 酯、丙烯酸、或者聚乙烯)，3皮璃丝，不《秀钢，混;疑土以及塑剩-衬管(plastic liner )。当使用所述的光生物反应器进行藻类的户外 生长时，可以将这样的不透明的侧壁作为背离阳光的侧壁进行使 用。这里所使用的术语"许多的，，指的是两个或者更多；因此， 所述的侧壁包括至少两个分离的片段。将要朝向阳光的所述透明 侧壁("前侧壁")包括许多的片^a,而所述的"后侧壁"(其可 以是透明的或者不透明的)可以是沿着所述的光生物反应器的长 度的单个片段，或者也可以包括许多的片段。位于上述两个侧壁的内侧之间的距离是"光程"，所述的"光 程，，影响其可以维持的藻类浓度、光合作用效率、以及生物物质 的生产力。所述的光程可以在大约5毫米至40厘米的范围之内； 优选在100毫米至30厘米的范围之内，更加优选在50毫米至20 厘米的范围之内，甚至更加优选在l厘米至15厘米的范围之内， 并且最4尤选在2厘米至IO厘米的范围之内。，寸于一种《会定的应 用而言，所述的最佳的光程将取决于、至少部分取决于包括下列 因素在内的因素需要进行生长的具体的藻类的种类/菌才朱和/或 需要进行生产的具体目标产物。所述反应器侧壁的高度可以在2英尺至8英尺或者更高的范 围之内，取决于所使用的侧壁材料的类型以及厚度。例如，所述 的侧壁越高，需要侧壁材^牛的厚度越厚，并且所述材冲牛的成本越高。作为选择的，虽然低的侧壁节省了材料的成本，但需要更多数量的分离的侧壁片段，从而满足一定的总体积的要求；除此之 外，还可能需要更多l史量的进入端口以及流出端口 ，和/或更力口复 杂的通风系统以及温度控制系统。因此，对于每种不同的应用而 言，应当从工程学观点以及经济学观点出发，对所述侧壁的高度 进4亍优化。在一种实施方式中，所述的侧壁以及端壁在本质上是平的； 当使用玻璃、刚性塑料板、不锈钢或者混凝土构建所述的侧壁以 及端壁时，这种技术方案是优选的。在另外的实施方式中，特别 是当所述的侧壁和/或端壁是由弹性塑料板制成、并且所述的弹性 塑剩-板是由外部支撑柱进4亍支撑的情况中，所述的侧壁可以具有 某种弯曲率，所述的弯曲率是由单独的支撑柱所施加的。本发明第一方面所述的光生物反应器的长度可以在1米至上 百米的范围之内。取决于本发明的光生物反应器的设计特点，所 述的侧壁可以是任意长度的。所述朝阳(前)侧壁的高度与所述后侧壁的高度可以是相同 的，或者是具有略孩i差别的。例如，当所述的光生物反应器祐:"i殳 计成朝向阳光的方向倾斜某一角度时(其目的在于收集最大的太 阳能量来进行藻类的光合作用，参见下文)，在这种实施方式中， 所述的前侧壁可以略孩^氐于所述的后侧壁。所述的前侧壁与所述的后侧壁可以使用相同的透明材料制 成，也可以使用不同的透明材料，基于成本的节约、最大透光能 力、以及最大热传导效率来进行优化。例如，在寒冷的冬季区域， 由塑料制成的反应器侧壁将具有胜于玻璃板的优点，因为塑料材 料可以降低从培养物悬浮液至所述环境的热损失。作为选^t奪的， 玻璃具有更高的热传导效率，因而在气候较温暖的区域，与塑料侧壁材料相比，使用玻璃板制作所述的前侧壁和/或后侧壁将4吏得 所述的反应器能够更有效率的驱散储存的太阳光热量。在另外一个实施例中，如果一种透明材料与另外一种类型的 材料相比更加透明和/或能够维持更长久的高透明度，但所述的后 者材料更加便宜，那么，可以使用具有更高质量的材料制作前侧 壁，而所述更加^更宜的才才冲牛可以纟皮用来制作后侧壁。通过4吏用不 透明的、由具有较低成本和/或较高强度的材料制成的后侧壁可以 进一步的降^氐成本，其中所述的材^牛是例如混凝土、不《秀钢、具有期望形状的位于路堤(earth bank )顶端的("路肩")塑料村管， 以及玻璃丝。在各种不同的优选实施方式中，所述的第 一侧壁以及第二侧 壁包括2、 3、 4、 5、 10、 25、 50、 75、 100、 150、 200、 500个 或者更多个分离的片段。在这些不同的实施方式中，所述的前侧 壁可以包括2、 3、 4、 5、 10、 25、 50、 75、 100、 150、 200、 500 个或者更多个分离的片l殳，而所述的后侧壁可以包4舌单个的片 段，或者同样可以包括2、 3、 4、 5、 10、 25、 50、 75、 100、 150、 200、 500个或者更多个分离的片段。对于可以使用的分离片^:的 数量没有上限限制，只要使用了合适的支撑柱即可。在一种优选 的实施方式中，在所述光生物反应器中的支撑柱的数量是n+1, 其中"n"表示的是所述的第一侧壁和/或第二侧壁中的片^:的数 量。所述的容器底部可以是由任何材料制成的，只要能够与所述 的侧壁形成密封从而定义出所述容器的 一 个内部空间即可，其中 所述的内部空间能够容纳并且保持藻类培养物在所述光生物反 应器中进行生长。这样的材料包括但不局限于混凝土，瓷砖，玻 璃，或者塑料薄板或者不锈钢薄板。所述的容器底部不需要是透 明的，尽管其可以是透明的。在一种优选的实施方式中，制成所述的容器底部的材料与制成所述侧壁和/或端壁中的一种或者两 种的材料相同。所述的光生物反应器还包括一个容器顶部，从而阻止了空气 传播的灰尘/微生物有机体进入所述的培养物，并且防止了水分的 蒸发。所述的顶部可以由玻璃材料或者塑料材料制成，并且其优 选是透明的，乂人而允许光透过。(例如，参见附图16)。在一种最 优选的实施方式中，制成所述顶部的材料与制成所述侧壁和/或端 壁中的一种或者两种的材料相同。同样优选的是，将所述的顶部 设置成与水平呈一定的角度，或者具有弯曲率。具有倾斜角度或 者弯曲形状的表面将防止带有或者不带有藻类细胞的水滴在所述表面(cover)的内部表面(inner surface)上发生聚集。？Jc滴 和/或生长的藻类细l包在所述表面的内部表面上发生的可能的堵 塞(build up)将减少光在培养物中的渗透。因此，所述的表面 优选被设计成很容易进行移动以及重新放置，使得能够在需要的 情况下对反应器的内部表面进行清洁。在本发明的第一个方面，使用支撑柱来提供一种框架结构， 从而连接所述第 一 侧壁和/或第二侧壁中的分离的片,殳。所述的支 撑柱可以是适合于达到这种目的的任何材料，包括但不局限于金 属以及高强度的塑料，混凝土，或者陶瓷。如上所述，所述支撑 柱可以提供一种支撑功能，并且也为侧壁的接合(join)提供了 表面积。支撑柱也可以定义所述反应器的光程长度(深度)以及 反应器单元的构型(例如，线性或者蜿虫延的形状)。通常而言， 所述的支撑柱为侧壁提供了支撑以及用于进行接合的表面积，或 者在所述的支撑柱上具有接合好的侧壁。由侧壁形成的内部结构 之间相互4妻合，由所述的前侧壁以及后侧壁在所述容器内形成了 一个单个的内部空间，可以通过^f吏用挡板将所述的内部空间分割成间隔，这将在下面的内容中进4亍更加完整的描述。因此，支撑柱是用来将侧壁一片一片进行接合、 一侧一侧进 行接合的方式，这使得单个的光生物反应器单元可以具有任意的 长度或者构型。 一 些支撑柱还可以为固定于其上的挡板提供框架 结构(参见下文)，从而在一个单独的光生物反应器单元中形成 许多内部的间隔。支撑柱同才羊可以一皮用来为端壁以及夹角4是供支 撑，其中所述的端壁可以是线性构型或者蜿^1形构型的(参见附图17-附图18,其中对用来支撑端壁或者夹角的支撑柱进行了范例性的描述)。在一种优选的实施方式中，所述的支撑柱位于所述容器的外 部，用来提供支撑作用，从而承载所述的容器，并且也为各个侧 壁的接合提供了表面。在一种优选的实施方式中，对于纟会定lt量(n)的侧壁而言， 包括端部支撑柱(end-strut)在内的所述支撑柱的数量是"n+l"。有很多种设计的选4奪，可以用来提供支撑柱，从而连接所述 第 一侧壁和/或第二侧壁中的i午多分离的片,殳，包括^旦不局限于(1 )所述的支撑柱不仅为两个侧壁的边缘能够接合其上而 提供表面积，而且能够从外部方向上提供重量的支撑。在这种实 施方式中，优选所述支撑柱的所述表面是光滑的并且是平的，并 且能够与用来接合所述侧壁材料与所述支撑柱的接合剂的类型 (包括但不局限于胶水，硅树脂，环氧树脂，等等)发生兼容。 例如看参见附图19。(2)所述的支撑柱提供了支撑作用，并且为两个侧壁的边 》彖4是供了接触的表面积。然而，所述的侧壁并不是直4妄4妄合于所 述支撑柱之上的，而是接合于 一个塑料薄板或者金属薄板之上 (例如，与所述支撑柱的内部表面具有相同大小的一个薄的塑并牛板条或者不锈钢板条)，其中所述的塑料薄板或者金属薄板是插 入到所述侧壁与所述支撑柱之间的。由于所述的支撑柱并没有直4妻才妻触以及^妄合于所述的侧壁之上，因而对于所述支撑柱材^r牛的 性质和/或所述支撑柱的内部表面的质量的要求不那么严格。同样 的，当需要对一个侧壁进行替换时，可以容易的将其从所述支撑 柱的结构中移开。将所述的侧壁接合于一种高质量的、薄的塑料 条或者不锈钢条之上能够确保在所述侧壁的接合区域4是供更好的密封性。例如可以参见附图19。(3)可以在所述的侧壁与所述支撑4主的内部表面之间、或者在薄的塑料条或者金属条的内部表面之间放置一个衬垫(任何 适当的材料，包括橡胶，塑料，或者类似的材料)，/人而防止或 者减轻户外条件下所产生的热收缩/膨胀。基于同样的原因，也可以 一夺所述的S于垫置于所述侧壁的边纟彖与所述反应器的底部盖 子或者底部基底之间。如上所述，使用到的接合剂的类型取决于在侧壁构造中所使 用的材料的类型以及所述支撑柱的设计。本领域技术人员能够基 于本发明的教导对接合剂的类型进行优化。这类接合剂的非限制 性例子包4舌，^旦不局限于，各种"交水，环氧初M旨，以及石圭4对月交。基于本发明的教导，对于本领域:技术人员而言显而易见的 是，可以对支撑所述容器片段的支撑柱进行许多其他的类似设 计。所述的光生物反应器含有至少一个进入端口 ，所述的进入端 口与所述的容器具有流体连通性，用于将流体导入所述的容器当 中，其中流体包括j旦不局限于培养基，藻类悬浮液，水/废水，以 及营养素溶液。在一种优选的实施方式中，所述的进入端口位于 所述光生物反应器的一个端壁上，优选靠近所述容器的顶部。在所述的端壁上或者靠近所述端壁的位置上可以存在一个或者多 个进入端口，用于运送培养基，藻类悬浮液，水/废水，或者营养 素溶液。不同的溶液也可以经由一个进口进入所述的反应器。将 进口设定于所述端壁的位置上或者靠近端壁的位置上的目的在 于建立一个营养素梯度，在所述的梯度中，最高的营养素浓度靠 近所述的进口，而最低的浓度在所述反应器的远端。不同的营养 素浓度影响着藻类细胞的生长及其生物化学组成。例如，富含营 养素的培养基可以刺激并JU呆持高的生长速率以及生物物质的 生产力，而缺乏营养素的培养基可以刺激中性脂质、长链脂肪酸、 和/或次生类胡萝卜素的生物合成以及细胞聚集。因此，在具备这 一设计的反应器中建立的营养素梯度使得藻类从高度的生物物 质生产模式至高度的具体目标产物的聚集模式进行一种连续的 转换。位于所述反应器的远端之上或者靠近所述反应器的远端的 出口将确保对藻类细胞的收集，其中所述的藻类细胞中具有最高 含量的目标化合物/产物。作为选择的，可以按照彼此间保持一定的间距来设置多个进 入端口 ，从而确保在所述反应器单元中的营养素浓度和/或藻类细 胞浓度变得或多或少的均一。在这种情况中，在一个《会定的反应 器单元或者才莫件中生长的细;9包将具有相同的、令人满意的生理学 情形，能够用于特定的用途中。如上所述，当所述的反应器单元 是一种线性的反应器单元时，当需要时，可以沿所述反应器的长 度i殳置多个进入端口 。可以4十^f一种^合定的用途只十进入端口之间 的间距进行优化。可以将所述的进入端口i殳置在相对于所述侧壁或者支撑牙主 的任意高度上。当多个光生物反应器单元以串联形式存在，并且 培养物悬浮液从一 个反应器单元流向下 一 个位于其下游位点的反应器单元时，优选将所述的进入端口设置在靠近所述光生物反 应器的顶端。本发明第一方面所述的光生物反应器包4舌至少一个与所述 容器具有流体连通性的流出端口 ，用于^f吏流体^v所述的容器中流 出，包括对藻类培养物悬浮液进行收集。在一种优选的实施方式 中，所述的流出端口位于与所述的进入端口相对的所述光生物反 应器的端壁之上。对于所述流出端口的安置是基于使用者的特定 需求的。例如，当^f吏用溢流原理作为收集以及i咅养水平控制的方 式时，优选将所述的流出端口设置在靠近所述光生物反应器顶端 的位置，或者将其设置在能够保持一种理想的培养水平的位置 上。在这种实施方式中，优选将所述的流出端口设置在所述的远 端端壁上或者靠近所述远端端壁的位置上(远离所述的进入端 口 )。或者，如果是通过例如一个电》兹阀调节的出口对收集工作 进行控制，那么优选将所述的流出端口设置在靠近所述反应器底 部的位置上。在这种实施方式中，所述的流出端口被设计成既用 来进行收集也用来进行反应器的排放。当所述的流出端口被放置 于靠近所述光生物反应器的顶部，则需要在所述端壁的底部上或 者靠近所述端壁底部的位置处i殳置一个单独的出口 ，用来进4亍反应器的排放。对于单个的光生物反应器而言，在相对于所述端壁的特定位 置处设置出口不是至关重要的。然而，当存在多个以平行状态存 在的光生物反应器作为 一个模件时，如果全部的流出端口都位于 所述端壁上并且都连接至一个共同的层叠管道系统上时，可以降低管道/连接材料的资金成本/维护成本(附图22)。本发明第一方面所述的光生物反应器还包括一个与所述容 器具有流体连通性的通风系统。所述的通风系统包括可以完成下述任务的任何适当的系统(a)向所述容器内导入二氧化石灰的供给；以及(b)导入压缩空气从而实现培养物的混合。这样的通 风系统可以包括，例如，由弹性塑并牛或者刚性塑并+制成的空气管 道(例如硅树脂管道或者聚氯乙烯管道)，或者由金属(例如不 锈钢)制成的空气管道。例如，可以使压缩空气流经穿孔的管道 #1送至所述容器的底部，/人而达到通风效果(附图8)。如果反应 器的侧壁非常高(例如，6英尺或者更高)，则可以导入第二条通 风管道，例如在所述反应器的顶端与底部中间，从而促进培养物 的混合。沿所述的管道4安照一定的间隔(优选10毫米至50毫米) 设置一些具有某种直径(优选在0.1毫米至2.0毫米之间)的孔， 以便提供空气气泡来实现培养物的混合。可以按照 一 定的百分比 (优选含有0.1%至20%的二氧化碳)将二氧化碳与压缩空气进 行混合，从而为藻类的光合作用提供碳源。在某些情况中，如果 需要的话可以将有冲几石友(例如，以醋酸和/或葡萄糖的形式)加入 到培养基当中，用来支持藻类的生长。可以使用任何适当来源的 二氧化碳，包括^旦不局限于工业级、食品级、以煤为燃并+的发电 机散发出的富含二氧化碳的燃料气体、生物物质(包括藻类生物 物质和/或经过高1^介值产物4€取之后的生物物质残留物)、天然气、 沼气(例如，乙醇，甲烷，来自于藻类生物物质或者生物物质残 留物的厌氧消化/发酵和/或废水的厌氧消化)、以及液体化石燃料 或者生物燃料(包括基于藻类的生物柴油)。本发明第 一方面以及第二方面所述的光生物反应器可以是 线性形状的，或者是蜿虫延形状的；例如可参见附图3。在所述第一方面的一个进一步的实施方式中，所述的光生物 反应器进一步包4舌至少一个排;改出口 。在一种优选的实施方式 中，所述的排放出口位于与所述的进入端口相对的端壁之上，并 且靠近所述端壁的底部。如上所述，当利用溢流才莫式进^f亍收集时， 那么所述的排;故装置具有一个单独的端口 ，优选位于所述反应器的底部或者4姿近底部，义人而在最小的能量需求条件下促进水/i咅养 物的排放。通常而言，每个反应器单元都将具有一个单独的排》文 出口。然而，对于具有延长长度的反应器单元而言，多个排放出 口是优选的。例如，对于一个蜿虫延形状的反应器单元而言，可以 在每个端壁侧设置排放端口 。在所述第一方面的一个进一步的实施方式中，所述的容器进 一步包4舌一个或者多个挡^反，所述的挡^反与所述第一侧壁以及第 二侧壁相连接，从而形成一个障碍，并且部分的将所述容器分割成多个间隔。当所述的侧壁;f艮长时(例如，io米长至1000米长)，挡板是特别优选的，部分的将所述容器分割成多个间隔。对挡板进4亍i殳计，佳j寻每个间隔的上半部分(upper portion )可以通向 另外的间隔。虽然所述的挡板可以是使用者所期望的任何高度， 但优选所述挡板的高度为所述侧壁高度的60%至90%,更优选为 所述侧壁高度的70%至80%。当使用这样的挡板时，在每个间隔 中的培养物悬浮液可以/人一个间隔流入另外一个间隔，尽管每个 间隔的下半部分是隔离的(附图2)。这样设计的目的在于，当某 一个特定的间隔损坏的时候，所述容器的其余间隔将仍然能够容 纳大部分的i咅养物悬浮液。所述的挡板可以由适合于与容器相融合(inclusion)的任何 材料制成，其中所述的容器是用于支持藻类生长的容器，这些材 料包括但不局限于玻璃、不锈钢板、以及刚性塑料板。 一般而言， 用于制造侧壁和/或端壁中的一种或者两种的材料也同样可以用 来制造挡板结构。所述挡板的厚度取决于材料的类型及其机械强 度，以及所述挡板的高度。对于与挡板进行接合的支撑柱而言， 所述的支撑柱不仅要提供用于使侧壁进行接合的表面，还需要提 供用于安装所述挡板的表面。所述挡板的侧边以及底边都可以与 所述的支撑柱框架进4于4妻合，/人而在下半部分对每个间隔进4亍分离，使上半部分开放，使得每个间隔中的培养物悬浮液之间能够 进行流通以及混合。在一种实施方式中，在所述挡才反的底部或者 靠近底部的位置上》文置一个由电》兹控制的阀门，当需要时，所述的阀门可以开启或者关闭(参见附图20)。当所述的阀门开启时， 在一个反应器单元之内的所有间隔都是内部相连通的，这种连通 不仅仅是经由上半部分的连通，而是整个阀门的开启。当所述的 阀门关闭时，每个间隔之间仅上半部分是内部相连通的。在正常 的情况下，位于所述挡斧反上的电》兹阀门是处于开启状态的。当意 外发生时(例如，容器渗漏，侧壁破损)，或者当操作者需要时， 上述阀门是可以被关闭的。^4居本发明第 一方面所述的光生物反应器，在一个非限制性 实施例中，一个单个的线性光生物反应器单元具有100米的长度。 按照相等的间距(10米的间距)插入九个挡板，从而在所述的容 器中形成了 IO个间隔。所述挡板的高度略微低于侧壁的高度或 者支撑柱的高度，在每个单独间隔中的细胞培养物悬浮液通过顶 端部分进行混合。存在于所述的反应器单元中的所述挡板结构的 目的在于当一个侧壁由于某种原因发生石皮损时，可以防止全部 培养物的流失。这样一来，流失的培养物的量仅〗又来自于所述石皮 损的间隔之中位于所述挡板结构的高度之上的一'J、部分培养物。 在每个挡板之间的适当距离建议为10米至50米。换句话说，在 两个挡板之间形成的反应器间隔应当提供5000升至100000升的 内部空间。在另外一种实施方式中，本发明提供了光生物反应器模件， 包括两个或者更多个本发明第一方面所述的光生物反应器，其中 所述的光生物反应器的容器之间是具有流体连通性的。在这种实 施方式中，在所述模件中的各个光生物反应器的容器可以在其进 口处(即供应培养基等物质的进口 )与每个光生物反应器容器具有直接的流体连通性；当所述的光生物反应器是以平行状态存 在时，它们之间可以具有流体连通性，可以经由流出端口对来自 于每个光生物反应器容器中的流体进行收集，这些流出端口与一 个共同的收集/排放层叠集管系统相连接；将每个光生物反应器容 器中的流体进行合并，或者每个光生物反应器容器经由某些其他 方式而具有;危体连通寸生。在一个模件中的所述两个或者更多个光生物反应器可以具 有相同的或者不同的光程。本发明还提供了光生物反应器群 (cluster),包4舌两个或者更多个本发明所述的光生物反应器才莫 件。在一个群中的所述两个或者更多个光生物反应器模件也可以 具有相同的或者不同的光程。附图7描述的是一个特定的反应器 群的例子，其中每个反应器模件具有的光程长度不同。在这种情 况中，可以在每个反应器模件的端点处进行藻类悬浮液的收集， 或者在多个串联的反应器群的端点处进行藻类悬浮液的收集。附 图13表示的是阶梯式设置每个光生物反应器的例子，这样一来， 藻类培养物可以凭借重力作用从顶端的光生物反应器向下流至 最低水平上的光生物反应器中。所有的光生物反应器、光生物反 应器模件或者光生物反应器群也可以被设置在相同的水平之上。 附图3表示的是将每个光生物反应器设置在相同水平上的情况。每个光生物反应器"单元"正如本发明第一方面中所描述的， 即为单个的光生物反应器。按照其长度，它可以具有相同的或者 不同的光程长度，可以是线性形状或者是蜿蜒形状，通常在所述 反应器的一个端点上具有一个或者多个进口 ，并且在所述反应器 的对立面上具有一个或者多个出口 。参见附图21,描述的是在一所述的"光生物反应器模件"包括多个光生物反应器单元， 这些光生物反应器单元是平行放置的。当所述的反应器单元具有线性构型时，每个反应器单元的所有进口朝向同一个方向，而每 个反应器单元的出口朝向相反的方向。如果反应器单元具有蜿虫延 形状的构型，所有的进口以及出口可以在相同的方向上，或者在 相反的方向上。在一种优选的实施方式中，具有相同的生理学状 态或者营养学状态的藻类细胞被保持在 一 个反应器模件中。"光生物反应器群，，包括多个反应器模件。每个模件可以具 有相同的或者不同的光程长度。优选的，培养物从具有最大反应 器光程和/或具有最高营养的生长培养基的反应器模件中流向具 有减小的光程的反应器才莫件再流向具有最窄光程以及具有营养 素缺失的生长培养基的反应器模件。每个反应器模件之间的连接 是灵活的，取决于具体的藻类种类/菌抹和/或生产的具体产物。 例如，当通过某种蓝细菌或者微藻类生产高价值的藻胆蛋白或者 长链高不饱和脂肪酸时，包括具有长光程的反应器单元/才莫件的反 应器群是优选的。相反，为了最大量的生产中性脂质以及次生类 胡萝卜素，所述的反应器群优选包括多个反应器模件，对这些反 应器模件进行安排，使得培养物从大光程的反应器模件中流向光 程较窄的反应器模件中。在第二个方面，本发明提供了一种光生物反应器控制板单元，包括(a) 适合于承载流体的容器，其包括相对的第一侧壁以及 第二侧壁，和相对的第一端壁以及第二端壁，其中所述的容器定 义了内部区i成、顶端开口以及底端开口，其中所述的第一侧壁以 及第二侧壁中至少有一个是透明的，并且其中所述的第 一侧壁以 及第二侧壁在本质上都是平的；(b) 顶端的盖子，所述的盖子安装于所述的控制^1的顶端 开口之上；以及(C) 底部的盖子，所述的盖子安装于所述的控制板的底端开口之下；所述的顶端的盖子以及底部的盖子中的至少一个或者两个 可以进一步包括一个或者多个通道，乂人而^是供了到达一个分离的 光生物反应器的控制板单元的流动连通性。本发明第二方面所述的光生物反应器控制板单元是一个单 独的单元，这些单元可以经由所述的通道连4妄在一起，形成一个 多个单元的光生物反应器模件，如下文中所述。照这样，它将平 板类型的反应器的规模扩大，设计成商业化的水平，并且因此满 足了本领域的 一个重大需求。在所述第二方面的一种优选的实施方式中，所述的容器、所 述的底部盖子以及所述的顶端盖子是塑料的，并且所述的光生物 反应器控制板单元是利用塑料挤出技术来制备的，其中通过一个 沖模(die)对塑料进行推进和/或拉出，从而生成具有固定横截 面的长物体。可以通过例如在所述的沖模上放置一个栓(pin)或 者心轴(mandrel)来形成空心截面。可以进行连续的挤出从而产 生无限长的物质，或者进行半连续挤出，重复的生产出多个略短 的片段。塑料挤出技术的优点在于能够以相当低的价钱生产出大量 的标准的反应器单元。反应器单元所具有的标准尺寸也将使得能 够简单、快速的将反应器单元组装成^f莫件或者排列。这种方法还 可能将所述反应器的高度增加至10米至20米，从而减少反应器 单元的数量，并且因此降^f氐资金成本/维护成本。本发明第二方面所述的第 一侧壁以及第二侧壁，以及关于这 些内容的各种实施方式，与本发明第一方面中描述的内容相似。将所述的顶端盖子安装于所述控制板的顶端开口之上，防止 空气传播的灰尘/樣史生物有机体进入所述的培养物中，防止水分蒸 发、经由藻类光合作用而产生的空气以及过量氧气的释放，并且将相邻的每个控制板连接在一起。例如，在附图5中所示的顶端盖子实际上包括多个4妄合在一起的单独的顶端盖子。底部盖子以 及顶端盖子都被设计成很容易进行所期望的加长连接。因此，在 每个平板控制板单元中的藻类培养物悬浮液能够发生混合，并且从一个控制板流向另一个控制板中(附图5)。所述的底部盖子安 装于所述控制板的底端开口之下，与所述的控制板形成一个整 体，从而承载流体，并且因此4是供了作为藻类光生物反应器的能 力。所述顶端盖子以及所述底部盖子的实施方式与如上对于所 述容器底端以及顶端的描述相类似。在所述的第二方面，所述顶端盖子以及所述底部盖子中的一 个或者两个可以进一步包4舌一个或者多个通道，从而才是供了到达 一个分离的光生物反应器的控制才反单元的流动连通性，允许;告养 物悬浮液从一个控制板流入另外一个控制板中。在一种优选的实 施方式中，所述的一个或者多个通道存在于所述的顶端盖子上。在所述第二方面的一种优选的实施方式中，内部包4舌延伸于 所述第一侧壁与第二侧壁之间的一个或者多个挡寿反，这样一来， 所述内部包括许多个间隔。挡板之间的距离可以依据使用者的具 体需求而改变，如附图4中所示。挡板及其实施方式如前文中针 对本发明第一方面所进;f亍的描述。在另外一种优选的实施方式中，所述的底部盖子进一步包括 一个通风系统，如前文中针对本发明第一方面所进行的描述。在 一种优选的实施方式中，所述的通风系统包4舌空气气泡管道，所述的空气气泡管道沿所述底部盖子的底端插入，乂人而提供通风环 境，促进培养物的混合并且提供二氧化碳的供给。通风系统及其 实施方式如前文中針-对本发明第一方面所进^f亍的描述。在另外一种优选的实施方式中，所述顶端盖子以及底部盖子 中的一个或者两个进一步包4舌一个与所述内部具有流体连通性 的进入端口，用于导入流体，将流体导入到所述光生物反应器控 制4反单元的内部，所述流体包括 f旦不局限于培养基，藻类悬浮液， 以及营养素溶液。在一种优选的实施方式中，所述的进入端口位 于所述的顶端盖子之上。可以理解的是，当本发明第二方面所述 的多个光生物反应器控制板单元相互连接时，仅仅需要一个这样 的进入端口 ，因而不是所有的个体单元都需要包括一个这样的端 口。然而，这些个体单元中的4壬<可一个或者全部渚卩可以包4舌一个 进入端口 。进入端口及其优选的实施方式如前文中针对本发明第 一方面所进4于的描述。在所述第二方面的另外一种优选的实施方式中，所述顶端盖 子以及底部盖子中的一个或者两个进一步包4舌至少一个与所述 内部具有流体连通性的流出端口 ，用于排出所述容器内的流体， 包括需要收集的藻类培养物悬浮液。在一种优选的实施方式中， 所述的流出端口位于所述的顶端盖子之上。可以理解的是，当本 发明第二方面所述的多个光生物反应器控制板单元相互连接时，仅仅需要一个这样的流出端口 ，因而不是所有的个体单元都需要 包括一个这样的端口。然而，这些个体单元中的任何一个或者全 部老P可以包4舌一个流出端口 。流出端口及其^尤选的实施方式长口前 文中针对本发明第 一 方面所进行的描述。在所述第二方面的一个进一步的实施方式中，所述顶端盖子以及底部盖子中的至少一个进一步包4舌至少一个氺M文出口 。在一 种优选的实施方式中，排放出口位于所述的底端盖子之上。排放出口及其优选的实施方式如前文中针对本发明第一方面所进4亍 的描述。下面的实施方式将应用于本发明的第一方面以及第二方面 中的一个或者两个。在一种进一步的实施方式中，在所述光生物 反应器中的不同位置上，所述第 一侧壁与第二侧壁之间的距离是 变化的。如前文所述，所述第一侧壁与第二侧壁的内表面之间的 距离构成了所述光生物反应器的光程。在这个实施方式中，所述 的光生物反应器可以具有或者长或者短的相同长度的光程，也可 以沿其水平轴具有变化的光程，即，在一端具有长的光程，当朝 向所述光生物反应器的相对 一端进4于移动时，光程的长度逐渐减小。附图6中表示的是在所述第一侧壁与第二侧壁之间具有不同 距离(即，光程不同)的光生物反应器的例子。这种变化的光程可以被用在例如在光生物反应器的不同位 置处培养特定的藻类菌林和/或生产特定的目标终产物(例如，高 价值类胡萝卜素，总脂质，以及蛋白质)的情况中，正如前文所 述以及本领域中已知的情形(参见Hu等人于1996年发表于 "Biotechnology and Bioengineering (生物技术与生物工程)"51: 51-60中的文章；参见Hu等人于1998年发表于"European Journal of Phycology (欧洲藻类学杂志)"33: 165-171中的文章)。在一 个非限制性实施例中， 一种光生物反应器在一端具有100毫米的 光程，而在另外一端具有20厘米的光程；可以应用<壬4可所期望 的变化类型，依据本发明的教导，这种变化对于本领域技术人员 而言4寻是显而易见的。在本发明第一方面或者第二方面中的一种进一步的实施方 式中，所述的光生物反应器进一步包括一个温度控制系统。可以 使用任何适当的温度控制系统。 一种范例性的方式是应用外部温 度控制(附图9)。某一温度下的水可以从所述反应器一侧的靠近顶端处沿所述的外部表面(即， 一个或者两个侧壁的外侧面)向 下流，从而保-持一种期望的内部温度水平，用于进行藻类的生长 或者特定的细胞代谢。在某些实施方式中，仅仅对朝向阳光的侧 壁进行冷却。例如，在所述反应器的向阳侧面的底端或者靠近底 端的位置上i文置一条或者多条水管。可以在所述的水管上以一定 的角度连续固定一些喷水头，通过这些喷水头，可以将调节水温 的水喷洒到所述反应器的向阳表面上。在一种伊G选的实施方式 中，带有这一类型的温度控制系统的光生物反应器可以进一步包括一个水盘(water tray)，所述的水盘位于所述底部盖子或者容 器底端之下，用来收集冷却水。在一种更加优选的实施方式中， 所述的外部温度控制系统包括 一 根从蓄水池中收集水的管子；所 述的水盘随后将水归还至所述蓄水池中，其中所述的水温可以才艮 据需要进行升高或者降低，用于进行水循环。另外一种可供选才奪的温度控制系统包4舌内部温度控制系统， 在该系统中，管道优选沿所述光生物反应器的底端进4亍;故置，所 述的管道优选为金属管道(因为与塑料或者玻璃相比，金属材料 具有更高的热传导效率)，经过温度调节的水通过上述管道进行 循环，从而将培养温度保持在一个期望的水平上(附图10)。在一种进一步的实施方式中，所述的温度控制系统包括一个 温度控制的压缩空气来源。向所述的培养物悬浮液中通入温度控 制的压缩空气。在这种实施方式中，在空气集装箱中加入一个温 度控制元件，/人而对压缩空气进4于加热或者冷却。所述的冷却元 件可以是一个制冷单元， 一个蒸发冷却单元，或者是它们的等l介 物。所述的加热元件可以是商业可购买的产品，或者是可以利用 发电才几所产生的余热的单元。在本发明所述第一方面以及第二方面的各种进一步的实施 方式中，所述的光生物反应器进一步包括用来控制pH、硝酸才艮/磷酸根水平、以及氧气浓度和二氧化碳浓度的系统以及传感器。例^口，可以,人Aquatic Eco國System 乂>司(Apopka， FL32703 )购买获得一种监控系统。通过利用自动控制系统以及方法论，可以实现上述控制系统 以及传感器中的4壬4可一种。在一种优选的实施方式中，将一个基 于计算机的监测系统整合至所述光生物反应器和/或光生物反应 器才莫件中，从而监测并且调节培养pH，温度，硝酸根/磷S臾才艮7jc 平，氧气浓度以及二氧化碳浓度。作为藻类收集系统中被整合的 一个组件，将光密度传感器插入到反应器模件中的经选择的光生 物反应器单元中，用于在线监测藻类细胞的密度，随后将利用这 种细胞密度来控制藻类的收集(附图11)。在本发明所述第一方面以及所述第二方面的一种进一步的 实施方式中，所述光生物反应器进一步包括一种用于^f吏所述的光 生物反应器发生倾斜的手段。在太阳光能量与生产力之间观察到 一种直接的关系根据季节改变所述反应器的倾斜角度，所接收 到的太阳光能量越多，在所述培养物中所持续的生产力就越强。 所述反应器的倾斜角度对最佳种群密度以及由此得来的细胞生 物物质的生产力表现出一种显著的作用，其原因在于所述的倾斜 角度影响了碰撞在所述反应器表面上的太阳光辐射的量。对于一个纟会定的季节性温度而言，生物物质的生产力耳又决于 所述光生物反应器接收到的太阳光辐射的量。 一般来说，对于一 个朝向赤道的单面光生物反应器而言，能够最大限度的进行全年 能量的收集的最佳倾斜角是接近于地理绵度的倾斜角。地理纬度 越高，光生物反应器的定向所产生的效果就越发显著，因为与才妄 近赤道的情况相比，地理纬度越高则可以利用的光线就越有限。 由于这类原因，在夏季选择10°至30°的小倾斜角、在冬季选 择接近60°的较大角度能够达到最大的生产力(附图12)。每天并且一整年里朝向太阳以各种角度对反应器进行定向 以及倾斜，其好处在于收获与太阳光能量的生物转化相关联的最大潜能(potential )。针对所述倾斜角进行的优化频率对全部年生 产力的影响的研究表明，在一整年里频繁的调整所述优化的反应 器角度将产生最高的全部年生产力。以季节为基础朝向太阳以各 种适当的角度对光生物反应器进行定向以及倾斜所产生的一个 潜在的好处在于在年生物物质产量方面可以达到40%的^是升。 从实际的立场出发，每年对所述的倾斜角进行两次调整将显著的 提升总生产力。当生产位点位于更高的纬度上时，这一理论格外 有效。可以使用能使所述的光生物反应器发生倾杀牛的任4可方式，例 ^口那些在Hu等人(于1998年)在"Journal of Fermentation and Biotechnology (发酵与生物才支术杂志)"85: 230-236中发表的文 章中所描述的。在另外一种实施方式中，可以将本发明所述的光 生物反应器放置于崖径(berm)上，例如土堆或者土堤上，其中 所述的崖径是凸起的并且其尺寸恰好能够为所述的光生物反应 器提供相对于太阳的适当的倾斜。在这个实施方式中，朝向所述 崖径的侧壁不必须是透明的。在这个实施方式中，所述的崖径也起到了隔离作用，并且能够帮助在所述的光生物反应器中保持适 当的培养温度。对于 一 个大范围的地理绵度而言，应当将所述的光生物反应 器》文置在一个朝南的方位上，乂人而4妻收最大量的太阳光辐射。然 而，对于某些地理炜度而言(例如以色列)，在夏季月^f分中，垂 直朝东/西的光生物反应器能够接收到更多的太阳光输入，甚至比 最优化的朝南倾斜的反应器接收到的更多。对于这些因素进行系 统的使用，能够使得在任何地理纬度上都可以识別出反应器的优 化构型，允i午对于东-西方向的相对好处进^亍评估。在某些实施方式中，所述的光生物反应器可以净皮用来进行室 内的藻类培养。在这种情况中，可以提供人工照明，并且一种特定的光线来源是荧光灯管(附图14)。具有这种设计的室内反应 器与室外反应器之间唯 一 的区别就在于光线的来源。所述的反应 器本身可以是相同的。在一个进一步的实施方式中，本发明第一方面和/或第二方面 所述的光生物反应器可以与一个开;^丈的槽(pond)系统结合l吏用 (附图15)。其中所述的开放槽可以提供多种功能a)作为承载 废物的槽；b)〗吏初始的藻类适应周围环境的场所；以及c)初步 的去除营养素以及生物物质生产的阶,殳，而本发明所述的密闭的 光生4勿反应器可以#1用来i)向戶斤述的开》丈通道(open raceway ) 中才是供种子培养物；ii)对废水进4亍高纯度水处理(polish),完 全除去所述废水中的营养素；iii)力口强生物物质的生产；以及iv) 诱导目标产物(例如高价值的色素，脂质/油，蛋白质，或者多糖) 的细力包堆积。可以在生产环节中将本发明第一方面或者第二方面所述的 光生物反应器作为完整的独立的反应器进行制备，并且将其运输 至反应器应用环节中进4亍安装以及运4亍，也可以作为分离出的某 些部分进行制备以及运输，运送至所述应用环节中进行组装以及 运行，行现场(on-site)制备因此，在第三个方面，本发明提供了用于制造本发明第一方 面或者第二方面所述的光生物反应器的方法，包括对本发明第一 方面或者第二方面所述的光生物反应器的组件部分进行组装的 步骤。基于如上所述的对本发明第一方面以及第二方面所进^亍的在第一个实施方式中，所述的方法包括通过将一个适合于承 载流体的容器组装至支撑柱上的步骤来组装一个光生物反应器，其中所述的容器包4舌(a )相对的第 一侧壁以及第二侧壁，其中所述的第 一侧壁 以及第二侧壁中至少有一个是透明的；(b) 相对的第一端壁以及第二端壁；(c) 容器底部；以及(d) 容器表面，其中所述的第 一侧壁以及第二侧壁包括许多分离的片段，并 且其中所述的分离的片段是具有流体连通性的；其中所述的支撑柱经过了组装，将所述第一侧壁以及第二侧 壁上的许多分离的片段连接起来。在上述第一个实施方式的范例性的优选实施方式中，所述的 光生物反应器进一步包括至少一个与所述容器具备流体连通性 的进入端口 ；至少一个与所述容器具备流体连通性的流出端口 ； 一个与所述容器具备流体连通性的通风系统；以及一个与所述容 器进行连4妄的温度控制系统，乂人而控制所述容器内的流体的温 度。所述的方法可以进一步包4舌加入如上在本发明所述第一种实 施方式以及第二种实施方式中所描述的光生物反应器的其他实施方式o在第四个方面，本发明提供了用于进行藻类生长的方法，特 别是微藻类，包括在存在营养素来源以及光线的条件下，在本发 明第一方面或者第二方面所述的光生物反应器中对藻类进行培养的步骤，其中光线优选为日光。；微藻类(简称为藻类)属于孩吏 型植物，它们通常需要简单的矿物质营养素用来进行生长和繁 殖。通过利用光子能量，例如日光以及人工照明，藻类经过光合 作用将水以及二氧化碳转换为高价值的有机化合物(例如，色素，蛋白质，脂肪酸，碳水化合物，以及次级代谢产物)。伴随着光合作用的发生，废水中的氮和好u也^皮吸收，并且在藻类细J包中发生同化。由于藻类所具有的格外高效的光利用以及营养素利用， 使得藻类表现出了比高等植物高一个量级的生长潜力。用于这类藻类生长的营养素来源包括，yf旦不局限于，标准藻 类培养基，动物废水，来自于浓缩动物饲料加工中的废水，含有 营养素污染的地下水和/或农业灌溉用水可以;陂用作生长培养基， 前提是在对某些化学试剂进行平4軒之后，所述的化学试剂包括4旦 不局限于磷以及痕量元素，掺入某些化学试剂的地下盐水，其中 所述的化学试剂包括但不局限于硝酸盐以及磷酸盐，工业废水， 家用废水，以及被污染的地下水，还有发电厂排放出的废气，其 中所述的发电厂以藻类生物物质残余物为燃料，这些残余物是经 过目标产物的提取和再生之后得到的，燃烧化石燃料的发电厂排放出的废气，含有高浓度氨以及磷酸盐的乳制品废水，以及高硝 酸盐水平的i也下水。如前文中所述，使用不同的营养素浓度会影响藻类细胞的生 长以及生化组成。例如，富含营养素的培养基可以刺^t并且维持 高的生长速率以及生物物质的生产力，而缺乏营养素的培养基可 以刺激中性脂质、长链脂肪酸、和/或次生类胡萝卜素的生物合成 以及细胞聚集。因此，本发明第一方面或者第二方面所述的光生 物反应器中建立的营养素梯度使得藻类从高度的生物物质生产 模式至高度的具体目标产物的聚集模式进行一种连续的转换。在本发明所述第四方面的方法中所4吏用到的 一种优选的实 施方式中，使用本发明第一方面或者第二方面所述的光生物反应 器，并且将其放置于崖径上，例如土堆或者土i是上，其中所述的 崖径是凸起的并且其尺寸恰好能够为所述的光生物反应器纟是供 相乂于于太阳的适当的倾杀牛，^前文中所述。所述第四方面进一步包括"使用各种方法(例3口，离心法，溶 气浮选法，或者膜过滤法)从存在于本发明所述光生物反应器中 的培养物悬浮液中收集藻类细月包的方法。可以4吏用几种类型的工 业用离心积J人所述的光生物反应器中收集藻类细月包。可以4吏用这 些方法来生产高Y介值的藻类产品，例如长链不饱和脂肪酸，类胡 萝卜素，藻胆蛋白，叶绿素以及多糖。也可以使用溶气浮选法从 反应器中收集藻类纟田胞。(Hoffland Environmental, Inc. 10391 Silver Springs Road , Conroe TX 77303-1602 ; SAMCO Technologies, Inc. 160 Wales Avenue, PO Box 906， Tonawanda, NY.14150)。对于将废水(例如浪费的营养素以及二氧化碳)的 处理与藻类生物物质的生产相结合的情况而言，这种方法是才各外有效的。同才羊可以4吏用月莫过滤的方法来4文集藻类细月包(例3口， US Membranes Corp.)。本发明第四方面所述的方法可以用于各种目的，包纟舌<旦不局 限于来源于藻类的产品(医药制品，保健制品，农用化学制品， 人类食品，以及动物饲料)的生产；重组蛋白的生产；环境修复， 包括但不局限于废营养素的去除和再生，其中所述的废营养素来 自于废水以及燃烧化石燃并牛的发电站排;改出的富含二氧化石友的 废气；以及藻类生物物质的生产，其中所述的藻类生物物质可以 作为原料应用于生物燃料(例如生物柴油，乙醇，或者甲烷)、 动物飼料添加剂以及有机肥料的生产之中。本领域技术人员熟知利用光生物反应器进行标准的藻类培养的方法。例如，可参见Gitelson等人(于1996年)发表于"Applied and Environmental Microbiology (应用微生物学和环境微生物 学)，，62: 1570-1573中的文章；Hu以及Richmond (于1994年) 发表于"Journal of Applied Phycology (应用藻类学杂志)"6: 391-396中的文章；Hu等人(于1998年)发表于"Journal of Fermentation and Biotechnology (发酵和生物4支术杂志)"85: 230-236中的文章；Hu等人(于1996年)发表于"Biotechnology andBioengineering(生物技术与生物工程)'，51: 51-60中的文章； Hu等人(于1996年)发表于"Journal of Phycology (藻类学杂 志)"32: 1066-1073中的文章；Hu等人(于1998年)发表于"Applied Microbiology and Biotechnology (应用4鼓生物学和生物4支术)，，49: 655-662中的文章；Hu等人(于1998年)发表于"European Journal of Phycology (欧洲藻类学杂志)，，33: 165-171中的文章；以及 Hu 的文章 Industrial production of microalgal cell-mass and secondary products - major industrial species: Arthrospira (Spirulina) platensis (微藻类细胞物质以及次级产物的工业化生产-主要的工 业化种类钝顶节旋藻)，发表于Richmond A.(编辑)Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied Phycology (微藻类培 养手册生物冲支术与应用藻类学)264-272页，Blackwell Science 有限公司，牛津，英国。引用的参考文献Chaumont D. (1993) Biotechnology of algal biomass production: a review of systems for outdoor mass culture (藻类生物 物质生产的生物4支术户外生物物质i咅养系统的回顾)。J Appl Phycol (应用藻类学杂志)5: 593-604Chaumont D., Thepenier C. and Gudin C. (1988) Scaling up a tubular photobioreactor for continuous culture of Porphyridium cruentum-from laboratory to pilot plant (用于连续培养紫；求藻的管 状光生物反应器的扩大-从实-验室到试—验工厂)，pp. 199-208. In Stadler T5 Morillon J, Verdus MS, Karamanos W, Morvan H, Christiaen D(eds.), Algal Biotechnology (藻类生物技术),Elsevier Applied Science, London.Cornwell， D. A. (1990). Air Stripping and Aeration, in Water Quality and Treatment ( 7Jc质处理中的空气气^是和通风)，McGraw Hill Inc.， New York, pg. 229-268.Fernandez, F.G" Camacho, F.G" Perez, J.A., Sevilla, J.M., Grima , E.M. (1998》Modeling of biomass productivity in tubular photobioreactors for microalgal cultures: effects of diluation rate, tube diameter, and solar irradiance (用于孩i'藻类培养的管习犬光生净勿 反应器中的生物物质生产力模拟稀释速率、管直径、以及太阳 光发光的影响)，Biotech. And Bioeng (生物才支术与生物工程).， 58:6:605-616.Gitelson A.， Hu Q. and Richmond A. (1996) Photic volume in photobioreactors supporting ultrahigh population densities of the photoautotroph Spirulina platensis (光生物反应器中能够支持超高 种群密度的光合自养生物钝顶节旋藻的感光体积).Applied and Environmental Microbiology (应用孩i生物与环境孩i生物)62 : 1570-1573.Gudin C. and Chaumont D. (1991) Cell fragility - the key problem of microalgae mass production in closed photobioreactors (细胞易碎性-在密闭光生物反应器中生产^f鼓藻类生物物质的主 要问题).Bioresource Techno (生物资源4支术)1.38: 145- 151.Hu Q. and Richmond A. (1994) Optimizing the population density of Isochrysis galbana grown outdoors in a glass column photobioreactor (对于生长于户夕卜的3皮璃圓4主形光生物反应器中 的球等鞭金藻的种群密度的优化).Journal of Applied Phycology (应用藻类学杂志)6:391-396.Hu Q., Faiman D. and Richmond A. (1998a) Optimal orientation of enclosed reactors for growing photoautotrophic microorganisms outdoors(用于光合自养型孩吏生4勿的户夕卜生长的佳于 闭反应器的优化定向).Journal of Fermentation and Biotechnology (发酵和生物技术杂志)85:230-236.Hu Q., Guterman H. and Richmond A. (1996a) A flat inclined modular photobioreactor (FIMP) for outdoor mass cultivation of photoautotrophs (用于光合自养型生物的户夕卜大量i咅养的倾向于 平面的光生物反应器模件).Biotechnology and Bioengineering(生 物4支术与生物工禾呈)51: 51-60.Hu Q.， Guterman H. and Richmond A. (1996b) Physiological characteristics of Spirulina platensis cultured at ultrahigh cell densities (在超高细胞密度水平下培养的钝顶节旋藻的生理学特 性),Journal of Phycology (藻类学杂志)32: 1066-1073.Hu Q.， Kurano N., Iwasaki L， Kawachi M. and Miyachi S. (1998b) Ultrahigh cell density culture of a marine green alga, Chlorococcum littorale in a flat plate photobioreactor (在平板光生 物反应器中进行的绿藻-产氢扁藻的超高细胞密度培养).Applied Microbiology and Biotechnology (应用《鼓生物学和生物才支术)49: 655-662.Hu Q-, Yair Z. and Richmond A. (1998c) Combined effects of light intensity, light-path and culture density on output rate ofSpirulina platensis (Cyanobacteria)(光强度、光禾呈以及i咅养物密 度对于4屯顶节旋藻-蓝细菌的产出率的结合影响).European Journal of Phycology (欧洲藻类学杂志)33: 165-171.Hu Q. 2004. Industrial production of microalgal cell-mass and secondary products - major industrial species: Arthrospira (Spirulina) platensis (樣i藻类细月包物质以及次纟及产物的工业4匕生产-主要的工 业化种类钝顶节旋藻)Pp. 264-272. In: Richmond A. (ed.) Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied Phycology(孩吏藻类i咅养手册生物4支术和应用藻类学)，Blackwell Science Ltd., Oxford, UK.Iwasaki I..， Hu Q.， Kurano N. and Miyachi S. (1988) Effect of extremely high- CO2 stress on energy distribution between photosystem I and photosystem II in a High-C02' tolerant green alga, Chlorococcum littorale and the intolerant green Alga Stichococcus bacillaris (在高二氧化石灰耐受性绿藻-产氢扁藻与不耐受性乡录藻-裂丝藻中，超高二氧化碳胁迫对于能量在光合体系I以及光合体 系 II之间的分酉己的景》响).Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology (光4匕学以及光生物学杂志B:生物学) 44/3: 184-190.Lee Y.K. (1986) Enclosed bioreactor for the mass cultivation of photosynthetic microorganism: the future trend (用于光合作用微生 物的大量；咅养的^f闭式生物反应器未来的趋势).Trends Biotechnol (生物4支术趋向).4: 186-189.Lee Y.K.， Ding S.Y" Low CS. and Chang Y.C. (1995) Design and performance of an oc - type tubular photobioreactor for mass cultivation of microalgae(用于樣么藻类的大量培养的oc型管状光生物反应器的设计和性能).J. Appl. Phycol (应用藻类学杂志). 7:47-51Pirt SJ" Lee Y.K., Walach M.R.， Pirt M. W" Balyuzi H.H.M. and Bazin MJ. (1983) A tubular bioreactor for photosynthetic production of biomass from carbon dioxide: design and performance (用于通过二氧化碳进行生物物质的光合作用生产的管状生物 反应器i殳计及性能).J. Chem. Tech. BiotechnoL (化学4支术、 生物l支术杂志)33: 35-58.Ramos de Ortega and Roux J.C. (1986) Production of Chlorella biomass in different types of flat bioreactors in temperate zones (在生产).Biomass (生物4勿质)10: 141-156.Richmond A. (1990) Large scale microalgal culture and applications(大关见才莫孩i藻类i咅养与应用).In: Round/Chapman (eds) Progress in Phycological Research Biopress (海藻研究Biopress进 展)，London, 7: 1-62Richmond A. (1992) Open systems for mass production of photoautotrophic microalgae outdoors: physiological principles (用 于光合自养型孩i藻类的户外大量生产的开》文系统生理学原理). J. Appl. Phycol (应用藻类学杂志).4:281-286.Richmond A. and Hu Q. (1997) Principles for utilization of light for mass production of photoautotrophic microorganisms (光合 自养型孩i生物的大量生产中的光利用原理).Applied Biochemistry and Biotechnology (应用生物4匕学和生物4支术). 63-65: 649-658.Richmond A., Boussiba S.， Vonshak A. and Kopel R. (1993) A new tubular reactor for mass production of microalgae outdoors ( — 种用于进行^:藻类的户外大量生产的新的管状反应器).J. Appl. Phycol (应用藻类学杂志).5:327-332.Samson R & Leduy A (1985) Multistage continuous cultivation of blue-green alga Spirulina maxima in the flat tank photobioreactors with recycle (在可4盾^不再生的平罐光生4勿反应器 中进行的蓝绿藻类极大螺旋藻的多级连续培养).Can. J. Chem. Eng.63:105-112.Silva, HJ" Corti廳T. and Ertola RJ. 1987. Effect of hydrodynamic stress on Dunaliella growth (水动力学压力对于盐藻 的生长所产生的影响).J. Chem. Tech. BiotechnoL (^f匕学^支术、 生物^支术杂志)40: 253-264.Tamiya H. (1957) Mass culture of algae (藻类的大量培养). Ann Rev. Plant Physiol (藻类植物学年鉴).8: 309-334.Torzillo G., Carlozzi P., Pusharaj B.， Montani E. and Materassi R. (1994) A two-plane tubular photobioreactor for outdoor culture of Spirulina (用于节旋藻的户外培养的两面式管状光生物反应器). BiotechnoL Bioeng (生物技术与生物工程).42: 891-898.Tredici M.R. and Materassi R. (1992) From open ponds to vertical alveolar panels: the Italian experience in the development of reactors for the mass cultivation of photoautotrophic microorganisms ( 乂人开放槽到直立齿槽控制斧反意大利人在改进 用于光合自养型微生物的大量培养的反应器方面的经验).J. Appl. Phyco (应用藻类学杂志)1.4: 221-31.Tredici M.R.， Carlozzi R, Zittelli G.C. and Materassi R. (1991) A vertical alveolar panel (VAP) for outdoor mass cultivation of microalgae and Cyanobacteria(用于孩t藻类以及蓝细菌的户夕卜大量 培养的直立齿槽控制外反(VAP )) . Bioresource Technol (生物资源 技术).38: 153-159.TrediciM.(2004)Massproductionof microalgae: photobioreactors(孩i藻类的大量i咅养光生物反应器)，pp. 178-214. In:RichmondA.(ed.)Handbookof microalgal culture: biotechnology and applied Phycology (微藻类培养手册生物技术 和应用藻类学)，Blackwell Science Ltd., Oxford, UK.Watanabe Y.， Joel de la Noue. And Hall D.O. (1995) Photosynthetic performance of a helical tubular photobioreactor incorporating the cyanobacterium Spirulina platensis (混合了蓝纟田 菌钝顶节旋藻的螺旋管状光生物反应器的光合性能).Biotechnol Bioeng (生物技术与生物工程)47: 261-269Xiu， Z画L, Zeng, A画P， D^kwer, W—D (1998》Multiplicity and stability analysis of microorganisms in continuous culture: effects of metabolic overflow and growth inhibition (连续3咅养的樣t生4勿的多 样性以及稳定性分析代谢溢出以及生长抑制所产生的影响)， Biotechnology and Bioeng (生物技术与生物工程).，57:3:251-261.
权利要求
1.一种光生物反应器，其包括(a)适合于承载流体的容器，其包括(i)相对的第一侧壁以及第二侧壁，其中所述的第一侧壁以及第二侧壁中至少有一个是透明的；(ii)相对的第一端壁以及第二端壁；(vii)容器底部；以及(viii)容器表面，其中所述的第一侧壁以及第二侧壁包括许多分离的片段，其中所述的分离的片段是具有流体连通性的；(b)支撑柱，用于连接所述第一侧壁以及第二侧壁上的许多分离的片段；(c)与所述的容器具有流体连通性的至少一个进入端口；(d)与所述的容器具有流体连通性的至少一个流出端口；(e)与所述的容器具有流体连通性的通风系统；以及(f)与所述的容器相连的温度控制系统，用于控制在所述容器内的流体的温度。
2. 根据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述的第一侧壁 以及第二侧壁包括至少5个分离的片^:。
3. 根据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述的第一侧壁 以及第二侧壁包4舌至少50个分离的片l殳。
4. 才艮据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述的支撑柱的 数量等于(n+l),其中n表示的是第一侧壁以及第二侧壁的 数量。
5. 才艮据权利要求1所述的光生物反应器，其中在所述容器内的 所述两个侧壁之间的距离在100毫米至300毫米的范围之 内。
6. 根据权利要求1所述的光生物反应器，其中进一步包括与所 述的容器具有流体连通性的排;改出口 。
7. 根据权利要求1所述的光生物反应器，其中进一步包括一个 或者一个以上与所述的第一侧壁以及第二侧壁相连4妄的挡 ^反，/人而形成了一种障碍，部分的将所述容器分割成多个间 隔。
8. —种光生物反应器模件，包括两个或者更多个权利要求1所 述的光生物反应器，其中每个光生物反应器中的容器之间具 有流体连通性。
9. 一种光生物反应器控制板单元，其包括(a) 适合于承载流体的容器，其包括相对的第一侧壁以 及第二侧壁，和相对的第一端壁以及第二端壁，其中所述的 容器定义了一种内部区域、 一种顶端开口以及一种底端开 口 ，其中所述的第一侧壁以及第二侧壁中至少有一个是透明 的，并且其中所述的第一侧壁以及第二侧壁在本质上都是平 的；(b) 顶端的盖子，所述的盖子安装于所述的控制板的顶端开口之上；以及(C)底部的盖子，所述的盖子安装于所述的控制板的底端开口之下；所述的顶端的盖子以及底部的盖子中的至少一个或者两 个进一步包括一个或者一个以上通道，从而4是供了一种分离 的光生物反应器的控制纟反单元的流动连通性。
10. 根据权利要求9所述的光生物反应器控制板单元，其中所述 的顶端盖子以及所述的底部盖子中至少一个或者两个进一 步包括一个或者一个以上通道，从而提供一种分离的光生物 反应器的控制纟反单元的流动连通性。
11. 根据权利要求9所述的光生物反应器控制板单元，其中进一 步包括延伸于所述第一侧壁与第二侧壁之间的一个或者一 个以上挡^反，/人而仅:得所述的内部区域包括3午多的间隔。
12. —种光生物反应器模件，包括两个或者更多个权利要求10 所述的光生物反应器控制板单元，其中每个光生物反应器的 容器与所述光生物反应器模件中的其他所有容器间都具有 流体连通性。
13. 根据权利要求12所述的光生物反应器模件，其中进一步包 :括通风系统。
14. 根据权利要求12所述的光生物反应器模件，其中所述的光 生物反应器中的至少一个包括进入端口 ，所述的进入端口与 所述光生物反应器的内部区域具有流体连通性。
15. 根据权利要求12所述的光生物反应器模件，其中所述的光 生物反应器中的至少 一个包4舌流出端口 ，所述的流出端口与 所述光生物反应器的内部区域具有流体连通性。
16. 根据前述权利要求1-15中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中在所述光生物反应器中的所述的 第 一侧壁与第二侧壁之间的距离随着位置的不同而发生变 化。
17. 根据前述权利要求1-16中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括温度控制系统。
18. 才艮据前述4又利要求1-17中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括pH控制系统。
19. 根据前述权利要求1-18中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括硝酸根/磷酸根水平控 制系统。
20. 才艮据前述片又利要求1-19中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括一个氧气水平控制系统。
21. 才艮据前述4又利要求1-20中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括二氧化碳水平控制系统。
22. 根据前述权利要求1-20中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括光密度传感器。
23. 纟艮据前述权利要求1-22中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中进一步包括一种使所述光生物反 应器发生倾斜的手段。
24. 根据前述权利要求1-23中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中所述的光生物反应器或者光生物 反应器模件是线性的。
25. 才艮据前述4又利要求1-23中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中所述的光生物反应器或者光生物 反应器模件是蜿蜒形状的。
26. 根据前述权利要求1-25中任意一项所述的光生物反应器或 者光生物反应器模件，其中可操作性的连接至一种开放槽生 物反应器系统。
27. 藻类生长的方法，包括将藻类培养在放置于权利要求1-25 中任意一项所述的光生物反应器中的生长培养基中，并且将 所述的藻类暴露于光下。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中进一步包括藻类细胞的 收集。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中进一步包括从所述的收 集到的藻类细胞中分离生物产品。
30. 才艮据权利要求29所述的方法，其中所述的生物产品选自由 下列物质组成的组长链不饱和脂肪酸，类胡萝卜素，藻胆 蛋白，叶l录素，以及多糖。
31. 根据权利要求28所述的方法，其中所述的藻类细胞包括重 组藻类细胞，并且其中所述的方法进一步包^^人所述的藻类 细月包中分离重组多肽产品。
32.根据权利要求27所述的方法，其中进一步包括在存在营养 素来源的条件下对藻类进行培养，所述的营养素来源选自由 下列物质组成的组来自于浓缩动物饲并十加工中的废水，农 业灌溉用水，；也下盐水，工业废水，家庭废水， 一皮污染的;也 下水，发电厂排出的废气，以及燃烧化石燃料的发电厂排出 的废气。
全文摘要
本发明提供了新的光生物反应器，其模件，以及使用所述的光生物反应器对藻类以及蓝细菌进行培养并且收集的方法。
文档编号C12N1/12GK101405385SQ200780009753
公开日2009年4月8日 申请日期2007年2月20日 优先权日2006年2月21日
发明者M·萨默尔费尔德, 强 胡 申请人:亚利桑那州立大学董事会，代表亚利桑那州立大学法人团体利益