photobioreactors evoluție Eseu

In primele etape ale dezvoltării microbiologiei moderne, atunci când naturaliștii a început să lucreze cu culturi pure de microorganisme, au atras atenția asupra externe - fenotipice - schimbarea coloniilor studiate obiecte asociate cu modificări ale condițiilor lor de cultură. De exemplu, culoarea unor colonii individuale de bacterii și ciuperci modificate dacă sunt cultivate microorganisme (sau incubat după cultivarea) nu este termostatul în întuneric și lumină.

Pe măsură ce dezvoltarea de microbiologie la nivel industrial au acumulat o mulțime de date, duce la o acoperire mai intensă în beneficiul experimentatori și producătorilor. Cele două motivații principale ale utilizării iluminatului prin cultivarea microorganismelor poate fi formulat astfel:

a) celule insumarea suplimentare culturi energetice, și / sau

b) stimularea proceselor metabolice biosintetice dependente de lumină specifice.

În orice caz, omul a început să creeze un sistem de iluminat facilitate biotehnologie la prețuri accesibile și, eventual, mai eficiente din punct de vedere hardware.

Cum evoluția principiilor și metodelor de iluminat cultivate microorganisme?

La început (mai ales la nivelul laboratoarelor de cercetare), a fost doar - lângă un vas Petri, un tub de testare sau lămpi balon plasate și le-a inclus în rețea. Desigur, există, de asemenea, au constatat că există o doză efect - la o iluminare neuniformă a obiectelor individuale privind compararea rezultatelor nu au putut fi luate în considerare.

Problemele au devenit mai acută odată cu trecerea la niveluri semi-industriale si industriale produc produsele dorite în procesele dependente de lumină. Era dezvoltarea de dispozitive pentru cultivarea microorganismelor fotosintetice care au primit numele mândru de photobioreactors trei etaje (FBI).

Improscat cu brevete, articole, reglementări ... Dar până acum dezvoltarea photobioreactors pentru cultura autotrofe și heterotrofe organismelor fotosensibile rămâne o problemă urgentă.

Acesta ar trebui să abordeze trei obiective principale:

a) pentru a atinge nivelul necesar de iluminare a celulelor cultivate ale microorganismului,

b) pentru a atinge nivelul necesar al culturii de aerare,

c) pentru a asigura gradul maxim de uniformitate pentru a asigura fiecărei culturi de celule de acești doi parametri.

Cele mai multe metode traditionale soluțiile constructive ale acestor probleme este utilizarea de lucru rezervoare masini fabricate din materiale transparente, cu un aranjament de numărul dorit de surse de lumină exterioare. In astfel de cazuri, amestecarea și aerarea culturii produse prin metode convenționale.

Pana in prezent, design plat pestriț (Figura 2) este foarte popular în laboratoarele angajate în cercetare, de exemplu, halobacteria.

Un caz special de astfel de structuri sunt dispozitive tubulare, inclusiv cu ajutorul luminii solare (Figura 3).

Au existat chiar și „FBI-ul mobil“, montat pe camion și adaptat pentru circulația pe spațiile de teren pentru a identifica locațiile în furnizarea de cel mai bun mod de expunere la soare, și, prin urmare, productivitatea biologică maximă.

Această clasă photobioreactors includ unitate metalic echipat cu fotocelula - volum iluminat transparent extern, care este în mod constant pompat prin fluidul de cultură din celule crescute microorganisme.

Apariția surselor de lumină laser, la sfârșitul secolului trecut a dat naștere la o serie de studii menite să identifice perspectivele de utilizare a radiațiilor coerente în domeniul biotehnologiei. În ceea ce privește photobioreactors taxonomie. mașini, echipate cu lasere, pot fi atribuite toate același primul tip - FBI cu o sursă externă.

Descoperire reală în proiectarea a fost dezvoltarea photobioreactors și a aparatelor interne - SU 1828660 A3 (1981), destinată inițial pentru cultivarea de alge cu peretii celulelor moi - spirulină.

Diferența principală dintre dispozitiv, dezvoltat sub conducerea V.A.Zhavoronkova este utilizarea amestecătoare flexibile, consfințite între două discuri aranjate orizontal (Figura 5).

Rotirea dispozitivului de amestecare asigură formarea cavității de aer în centrul unității rezervor datorită unui mediu de amplificare deplasare centrifugal. În această cavitate situată lămpi, închise în translucide carcasă cu pereți dubli. In cavitatea dintre pereții duble circulă agent de răcire lichid care servește pentru lămpi cu putere de sodiu. În prezent, photobioreactors cu agitatoare flexibile folosite cu succes pentru microalge cultura si diverse bacterii sensibile la lumină. Cu toate acestea, deși o astfel de construcție cavitar FBI și considerat cel mai economic, trebuie remarcat complexitatea relativă a designului de lămpi de iluminat și sisteme de răcire, precum și limitarea volumului de lucru atunci când se utilizează cultivarea de înaltă densitate.

Următorul salt în evoluția FBI-ului este asociată cu apariția de LED-uri și potențialul lor cel mai larg. Evident, LED-urile sunt o alternativă reală la sursele de lumină convenționale, inclusiv pentru transferul energiei luminii la celulele microorganismelor în timpul cultivării lor. Dispozitivele de iluminat pe bază de LED-uri au avantaje tehnologice unice. Dimensiunea lor este de numai câțiva milimetri; LED-ul tipic consumă 15-20mA curent la o tensiune de câțiva volți curent continuu.

Toate aceste proprietăți remarcabile de LED-uri vin la cel mai potrivit pentru a fi utilizate în domeniul biotehnologiei. In prezent fotobioreactor semi-industrial este construit cu un dispozitiv de amestecare, bazat pe Zhavoronkova Design modificat - două discuri paralele, între care tubul tensionat flexibil din material plastic transparent, care conține LED-uri de lanț (fascicule de lumină) conectate la o priză de curent continuu.

Prin rotirea agitatorului fascicule de lumină sunt în mod constant în grosimea lichidului de cultură. Folosirea luminii permite fasciculelor suma necesară iluminarea direct la celulele crescute de cultură. Numărul de fascicule de lumină, numărul și tipurile de LED-uri sunt selectate în conformitate cu „dorințele“ ale obiectului de cultivare și alte condiții tehnologice necesare. câlți de lumină suplimentare pot fi de asemenea dispuse pe suprafața interioară a FBI a camerei de lucru. In acest aranjament vertical de mai multe fascicule de lumină îmbunătățește amestecarea lichidului de cultură, datorită amplificării deplasării parte a fluxului circular centrifugal. Un avantaj important al acestui design este nevoie de a utiliza structură complexă și fragilă în carcasele de protecție translucide ca și predecesorii săi.

Și, în plus, „... este frumos ...“.