FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)

——光氧細(xì)菌和藻類培養(yǎng)與狀態(tài)在線監(jiān)測的*結(jié)合

      光養(yǎng)生物反應(yīng)器是指用于培養(yǎng)藻類、光養(yǎng)細(xì)菌等的技術(shù)系統(tǒng)，一般由培養(yǎng)系統(tǒng)（如光、培養(yǎng)容器、溫度控制等）和監(jiān)測系統(tǒng)（如PH值等）組成，可分為開放式和封閉式。廣泛應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域如食品、水產(chǎn)養(yǎng)殖、營養(yǎng)保健制劑、醫(yī)藥如抗體及抗腫瘤藥物等，生態(tài)環(huán)境工程領(lǐng)域如水體生態(tài)修復(fù)、CO2吸收、污水處理如重金屬吸收等，能源領(lǐng)域如微藻生物柴油等。同時(shí)，隨著碳排放的增加，海洋藻類對變化的響應(yīng)也逐漸成為光養(yǎng)生物反應(yīng)器應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

      FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)將生物反應(yīng)器與監(jiān)測儀器*地結(jié)合在一起，用于淡水、海水藻類和藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）等的模塊化精確光照培養(yǎng)與生理監(jiān)測。

      FMT150可以通過控制單元（包括電腦與預(yù)裝軟件，軟件分為基本版與高級版）中用戶自定義程序動(dòng)態(tài)自動(dòng)改變培養(yǎng)條件并實(shí)時(shí)在線監(jiān)測培養(yǎng)條件與測量參數(shù)。光強(qiáng)、光質(zhì)、溫度和通入氣體的組分與流速都可以精確調(diào)控。加裝恒濁和恒化模塊后還可以調(diào)控培養(yǎng)基的pH值和濁度。FMT150可連接多達(dá)7個(gè)蠕動(dòng)泵進(jìn)行不同恒化與pH條件培養(yǎng)。培養(yǎng)條件可以根據(jù)用戶自定義方案動(dòng)態(tài)變化，既可以進(jìn)行恒定條件下的培養(yǎng)，也可以一定的周期自動(dòng)變化。控制單元可同時(shí)控制多臺(tái)FMT150進(jìn)行同步實(shí)驗(yàn)，保證不同處理實(shí)驗(yàn)間的*性。

      儀器內(nèi)置葉綠素?zé)晒鈨x和光密度計(jì)等。培養(yǎng)藻類的生長狀況由光密度計(jì)測定OD680和OD720實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可以通過OD值監(jiān)測相對葉綠素濃度。葉綠素?zé)晒鈨x實(shí)時(shí)監(jiān)測Ft并可測定F0、Fm、Fm′和QY來反映培養(yǎng)藻類的光合生理狀態(tài)。

藻類培養(yǎng)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：

環(huán)境科學(xué)與環(huán)境工程——藻類的利用與有害控制

用于水體中水華和赤潮現(xiàn)象的模擬、預(yù)警防治研究，水體污染治理與生態(tài)修復(fù)研究如利用藻類進(jìn)行水體重金屬污染及面源污染的消納研究等，大氣污染生態(tài)修復(fù)研究如利用藻類對污染排放進(jìn)行吸收的研究等，及利用藻類吸收大氣二氧化碳的研究等等。

生態(tài)學(xué)與生態(tài)工程

海洋初級生產(chǎn)力研究，海洋碳循環(huán)，浮游植物等光養(yǎng)生物生理生態(tài)研究，藻類對變化的響應(yīng)機(jī)制，生物圈模擬研究，水體生態(tài)修復(fù)研究等。

生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程

用于藻類保健營養(yǎng)品的開發(fā)研究，藻類轉(zhuǎn)基因抗腫瘤藥物的開發(fā)研究，水產(chǎn)養(yǎng)殖藻類培養(yǎng)等等。

生物能源開發(fā)——向藻類要能源

地球上的石油、煤炭等常規(guī)能源面臨資源枯竭及環(huán)境污染、溫室氣體排放等嚴(yán)重問題，用玉米等糧食進(jìn)行生物柴油的開發(fā)一度引起的糧食危機(jī)，目前上已將生物柴油的開發(fā)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向藻類，藻類獨(dú)居植物產(chǎn)油率。FMT150已成為歐美國家用于藻類生物能源培養(yǎng)研究的熱門設(shè)備。

藻類培養(yǎng)系統(tǒng)
主要特點(diǎn)：

• 藻類光生物反應(yīng)器技術(shù)與藻類生理監(jiān)測技術(shù)（葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)、光密度測量）結(jié)合起來的系統(tǒng)，集成了目前幾乎所有主要的藻類在線培養(yǎng)與生理監(jiān)測技術(shù)
• 內(nèi)置雙調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，實(shí)時(shí)監(jiān)測培養(yǎng)藻類的生理狀況，測量記錄熒光參數(shù)Ft，F(xiàn)m，QY等
• 內(nèi)置光密度計(jì)，測量OD680和OD720，經(jīng)過校準(zhǔn)可計(jì)算生物量（藻類細(xì)胞數(shù)量）、葉綠素濃度
• 配備氣泡阻斷閥和氣泡加濕器，使熒光和OD值的測定更加精確
• 可同時(shí)測量監(jiān)測溫度、pH值、溶解氧等多種參數(shù)
• 精確控制溫度、光質(zhì)、光強(qiáng)、培養(yǎng)周期等，并可進(jìn)行恒化或恒濁培養(yǎng)
• 培養(yǎng)容器使用高強(qiáng)度耐熱耐腐蝕材料，可進(jìn)行高溫滅菌
• 光化學(xué)光強(qiáng)度達(dá)1500 umol photons m-2 s-1（藍(lán)綠藻培養(yǎng)正常光強(qiáng)為90 umol photons m-2 s-1），可升級達(dá)3000 umol photons m-2 s-1，光質(zhì)可根據(jù)用戶需求在紅光、藍(lán)光、白光中選擇單色光或雙色光，擴(kuò)展光源中還可以加入紅外光
• 氣流速率、CO2及O2濃度可精確控制（備選）
• 可通過的電腦軟件實(shí)現(xiàn)外部控制、數(shù)據(jù)監(jiān)測和保存，操作簡單

技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

• 測量參數(shù)：

1. 葉綠素?zé)晒鈪?shù)：暗適應(yīng)條件下F0, Fm, Fv(Fm-F0), QY(Fv/Fm)    光適應(yīng)條件下Ft, Fm‘, Fv‘(Fm‘-Ft), QY(ΦPSII即量子產(chǎn)額)
2. 光密度：OD680、OD720
3. 環(huán)境參數(shù)：溫度、光照強(qiáng)度、pH、溶解氧（選配）、溶解CO2（選配）

?

• 調(diào)控環(huán)境參數(shù)：溫度、光強(qiáng)、通氣速度、通入氣體組分與含量（需選配GMS高精度氣體混合系統(tǒng)）、恒化（恒定pH）培養(yǎng)與恒濁（恒定OD）培養(yǎng)（需選配相應(yīng)模塊），所有參數(shù)都可以單獨(dú)同步控制。
• 容積：400 ml/1000 ml/3000ml可選
• 溫度精確控制范圍：400 ml/1000 ml標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)容器15 - 55℃，3000ml標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)容器18 - 55℃， 400 ml增強(qiáng)培養(yǎng)容器5 - 75℃，1000 ml/3000 ml增強(qiáng)培養(yǎng)容器10 - 75℃（實(shí)際控溫效果與環(huán)境溫度有關(guān)）
• 控溫系統(tǒng)：2個(gè)珀耳帖元件（200W，400W）
• 雙顯示：主機(jī)控制顯示和外部控制單元實(shí)時(shí)顯示
• LED光源：
• 標(biāo)準(zhǔn)配制：紅光、藍(lán)光或白光、紅光雙色光源，可選白光、藍(lán)光雙色光源或白、藍(lán)、紅單色光源
• 光強(qiáng)：1500 umol (photons).m-2.s-1 PAR（藍(lán)光750/紅光750；白光750/紅光750；可選白光1500，藍(lán)光1500，紅光1500，白光750/藍(lán)光750）
• 可升級至3000 umol (photons).m-2.s-1 PAR（藍(lán)光1500/紅光1500；白光1500/紅光1500；白光或藍(lán)光單色3000）
• 外部擴(kuò)展光源（備選，用于不同有機(jī)體培養(yǎng)或者高光強(qiáng)脅迫）：單色光、單色光+紅外光、雙色光
• 光密度測量：通過兩個(gè)LED (720nm，680 nm)實(shí)時(shí)測量OD
• 檢測器：PIN光敏二極管、665 nm-750nm濾波器
• 
• 傳感器：pH/溫度傳感器、溶解氧傳感器（備選）、溶解CO2傳感器（備選）
• GMS高精度氣體混合系統(tǒng)（備選）：可控制氣體流速和成分，標(biāo)配為控制氮?dú)?空氣和二氧化碳，氣源需用戶自備
• 選配Oxzala 差分式O2/CO2通量監(jiān)測系統(tǒng)，在線雙通道監(jiān)測進(jìn)氣口和出氣口O2和CO2：

1. 高精度差分式氧氣分析儀，雙燃料電池技術(shù)，雙通道差分測量，測量范圍0-100%，精確度0.1%，分辨率0.0001%；溫度補(bǔ)償、氣壓補(bǔ)償，氣壓分辨率0.0001kPa，顯示屏同時(shí)顯示通道1O2濃度、通道2O2濃度、通道3ΔO2、通道4氣壓
2. 雙通道CO2分析儀，單光束雙波長紅外技術(shù)，測量范圍0-1000ppm，可選配0-2000ppm，精確度優(yōu)于1.5%，差分測量可達(dá)0.3-0.5ppm，自動(dòng)溫度補(bǔ)償、自定義壓力及相對濕度補(bǔ)償，分辨率1ppm，雙通道數(shù)據(jù)采集顯示器，LCD背光顯示屏，可顯示雙通道CO2濃度及變化曲線

• 恒濁培養(yǎng)模塊（可選）：包含一個(gè)蠕動(dòng)泵pp600和內(nèi)置支持控制軟件，通過檢測光密度（OD680或OD720），蠕動(dòng)泵自動(dòng)補(bǔ)充培養(yǎng)基實(shí)現(xiàn)恒濁培養(yǎng)
• 恒化培養(yǎng)模塊（可選）：包含2個(gè)蠕動(dòng)泵pp600和內(nèi)置支持控制軟件，通過檢測pH，2個(gè)蠕動(dòng)泵分別自動(dòng)補(bǔ)充酸液或堿液實(shí)現(xiàn)恒化培養(yǎng)
• pH穩(wěn)定/恒濁模塊（可選）：包含1個(gè)帶氣體閥的蠕動(dòng)泵pp600和內(nèi)置支持控制軟件，可以進(jìn)行恒濁培養(yǎng)，也可以通過調(diào)節(jié)通入培養(yǎng)基的CO2氣流流速來實(shí)現(xiàn)pH穩(wěn)定調(diào)控（兩個(gè)功能不可同時(shí)實(shí)現(xiàn)）。CO2氣源需用戶自備
• 
• 額外蠕動(dòng)泵（可選）：多可同時(shí)控制8個(gè)蠕動(dòng)泵
• 其他備選部件：磁力攪拌器（用于無氧狀態(tài)培養(yǎng)）、氣體分析系統(tǒng)（測定CO2）、PWM泵（用于控制氣體或液體流速，可以為培養(yǎng)液通氣，也可用于無氧狀態(tài)下代替磁力攪拌混勻藻液）
• 控制單元：包括電腦、軟件及硬件綁定的許可證，對一到多臺(tái)反應(yīng)器進(jìn)行同步控制和數(shù)據(jù)采集，所有測量數(shù)據(jù)都可以實(shí)時(shí)圖形化顯示
• 軟件功能： 

• 控光模式：光質(zhì)和光強(qiáng)均可通過軟件按用戶編制的程序自行動(dòng)態(tài)變化，可模擬自然日照周期、云遮擋造成的光強(qiáng)光質(zhì)變化等光節(jié)律變化
• 控溫模式：溫度可通過軟件按用戶編制的程序自行動(dòng)態(tài)變化，可模擬自然溫度日變化、溫度周期性驟升或驟降等
• Bios：可升級固件
• 數(shù)據(jù)傳輸：RS-232串口接口或USB接口
• 遠(yuǎn)程控制：可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)下載（需配備固定IP）
• 材料：防火耐熱玻璃、飛機(jī)杜拉鋁合金、不銹鋼、硅化墊圈
• 尺寸：400ml，42 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：15.5kg；1000ml，42 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：17.5kg；3000ml，50 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：28kg
• 供電電壓：90-240V
• 可根據(jù)用戶需求定制25升等各種大型光養(yǎng)生物反應(yīng)器

 產(chǎn)地：歐洲

參考文獻(xiàn)：

1. Light attenuation changes with photo-acclimation in a culture of Synechocystis sp. PCC 6803. Straka L, et al. 2017, Algal Research, DOI: 10.1016/j.algal.2016.11.024

2. Quantitating active Photosystem II reaction center content from fluorescence induction transients. Murphy CD, et al. 2017, Limnology and Oceanography: Methods, 15(1): 54-69

3. Comparative evaluation of phototrophic microtiter plate c*tion against laboratory-scale photobioreactors. Morschett H, et al. 2017, Bioprocess and Biosystems Engineering, 40(5): 663-673

4. Impaired mitochondrial transcription termination disrupts the stromal redox poise in Chlamydomonas. Uhmeyer A, et al. 2017, Plant Physiology, 174(3): 1399-1419

5. Interactive effects of nitrogen and light on growth rates and RUBISCO content of small and large centric diatoms. Li G, et al. 2017, Photosynthesis Research, 131(1): 93-103

6. A method to decompose spectral changes in Synechocystis PCC 6803 during light-induced state transitions. Acuña AM, et al. 2016, Photosynthesis Research, 130 (1) : 1-13

7. Comparison of D1´‐and D1‐containing PS II reaction centre complexes under different environmental conditions in Synechocystis sp. PCC 6803. Crawford TS, et al. 2016, Plant, Cell & Environment, 39(8): 1715-1726

8. The source of inoculum drives bacterial community structure in Synechocystis sp. PCC6803-based photobioreactors. Zevin AS, et al. 2016, Algal Research, 13: 109-115

9. Flow cytometry enables dynamic tracking of algal stress response: A case study using carotenogenesis in Dunaliella salina, Fachet M, et al. 2016, Algal Research, 13: 227-234

10. The nitrogen costs of photosynthesis in a diatom under current and future pCO2, G Li, et al. 2015, New Phytologist, 205(2): 533-543

11. Synechococcus elongatus UTEX 2973, a fast growing cyanobacterial chassis for biosynthesis using light and CO2. J Yu, et al. 2015, Sci Rep. 5: 8132.

12. Sustained circadian rhythms in continuous light in Synechocystis sp. PCC6803 growing in a well-controlled photobioreactor. P van Alphen, et al. 2015, PLoS ONE 10(6): e0127715.

13. Effects of phosphate limitation on soluble microbial products and microbial community structure in semi‐continuous Synechocystis‐based photobioreactors. AS Zevin, et al. 2015, Biotechnology and Bioengineering, 112(9): 1761-1769

14. C*tion of Nannochloropsis for eicosapentaenoic acid production in wastewaters of pulp and paper industry. A Polishchuk, et al. 2015, Bioresource Technology, 193: 469-476

15. Interactive effects of and light on growth rates and RUBISCO content of small and large centric diatoms. G Li, et al. 2015, Biogeosciences Discuss., 12: 16645-16672

16. The role of an electron pool in algal photosynthesis during sub-second light–dark cycling. C Vejrazka, et al. 2015, Algal Research, 12: 43-51

17. A dynamic growth model of Dunaliella salina: Parameter identification and profile likelihood analysis, M Fachet, et al. 2014, Bioresource Technology, 173: 21-31

18. Effects of light and circadian clock on growth and chlorophyll accumulation of Nannochloropsis gaditana, R Braun, et al. 2014, Journal of Phycology, 50(3): 515-525

19. Ultradian metabolic rhythm in the diazotrophic cyanobacterium Cyanothece sp. ATCC 51142, J ?ervený, et al. 2013, PNAS, 110(32): 13210-13215

20. Temperature-dependent growth rate and photosynthetic performance of Antarctic symbiotic alga Trebouxia sp. c*ted in a bioreactor, K Balarinová, et al. 2013, Czech polar reports, 3 (1):  19-27