CN103547667A - V-型槽光生物反应器系统及其使用方法 - Google Patents

V-型槽光生物反应器系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本文公开了用于高产量水产养殖或藻类或其它生物在水生环境中生长的水产养殖的光生物反应器系统，所述系统的特征方面在于通过实现对生长培养基的内容物，包括碳源、氮源和生长所需必需痕量元素的控制来促进生长速率的提高。本发明还公开了使用这些系统的方法以及用于其组装的套件。

Description

V-型槽光生物反应器系统及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2011年5月31日的美国专利申请No.13/149,463和提交于2011年9月30日的美国专利申请No.13/249,426的权益，这两篇专利的完整内容全文据此以引用方式并入本文。
发明领域
本文公开了用于高产量水产养殖或藻类或其它生物在水生环境中生长的水产养殖的光生物反应器系统，该系统的特征方面在于通过实现高效混合速率、对生长培养基的内容物，包括碳源、氮源和生长所需必需痕量元素的控制来促进生长速率的提高。
背景
由于藻类在解决多个关键性全球问题，例如生产可再生燃料和动物饲料、通过二氧化碳整治减少全球气候变化、废水处理和可持续发展中的优势，其重要性在近年来显著提高。藻类养殖也用于生产食物、饲料、保健营养品、化学制品、生物燃料、药品以及可从藻类提取的其它产品。
藻类作为生物燃料原料的优越性来自多个因素，例如在与典型陆地油料作物、非食物类饲料资源进行比较时的每英亩高产量，及其在其它非生产性、非耕种土地上的栽培的能力。
已筛选出数千个藻类物种，并且研究了其过去几十年世界范围内的脂质生产，其中识别了约300个富含脂质的物种。在与其它同时期石油来源例如含油种子、谷物和坚果进行比较时，由藻类生产的脂质的组成类似。
由于美国已消耗超过80%的其已探明的石油储备，目前超过60%的石油需要进口。预计在20年内，美国进口的石油将在80-90%的范围内。大部分其进口的石油由世界的政治动荡地区的国家供应，该事实对美国的稳定石油供应构成不断威胁。虽然美国可以继续增加进口外国石油，但全球石油供应不是无限的，而且进口会继续增加美国的贸易逆差，增加经济负担。
产脂藻类的商业化培育为日益严重的石油短缺问题和进口成本增加提供了解决方案。藻类油可用于代替石油类产品。藻类可用于生产具有各种脂质特征的油，用于多种应用，包括但不限于柴油、汽油、煤油和喷气燃料的生产。
藻类养殖通常使用光生物反应器(PBR)，例如平板PBR和管状PBR，它们的体积很小，以提高藻类所利用的光量。这些装置具有高产量，但不足以弥补体积损失。其它PBR系统，例如池塘、输水管或槽用于提供较大规模的生产，但这些系统因低产量而蒙受损害。当前的PBR系统通常设计为平底的，固体沉降于其上，并且随时间推移可能会导致细菌和真菌的生长。此类不期望的生长可能减少藻类的产量和生长。另外，池塘是具有最小混合的大系统（半英亩、英亩或公顷大小）。在这些系统中的混合通常通过桨轮或空气管线的方式实现，它们对于藻类生长不是最佳的，并且在系统内不会形成系统的混合模式，以防止固体沉降。此类系统的最佳混合需要大量能源，减小了总体成本效率。池塘或输水管系统还需要维护，例如排水、收集和清洁，以保持藻类生长的最佳产量水平。这会导致系统停产，清洁劳动以及大量水来重新填充这些系统。
本公开提供了设计为在大体积下使产量最佳化，以提供每英亩高产率的V-型PBR系统。这些系统以高产量和具有成本效益的方式生产大量藻类。
发明简述
在一个方面，公开了光生物反应器，其包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：两个基座壁，该基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；并且所述光生物反应器系统还包括：至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的气体递送系统，以及至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的二氧化碳递送系统。
在另一个方面，公开了光生物反应器，其包括波形基座限定的腔体，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括近端和远端；以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定。
在另一个方面，公开了用于组装光生物反应器的套件，其包括两个基座壁、近端侧壁、远端侧壁以及能够折叠、折卷或卷起的第一衬垫，当组装成光生物反应器时，其包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：基座壁，该基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端设置的近端侧壁，以及邻近于远端设置的远端侧壁限定。
在另一个方面，公开了用于组装光生物反应器的套件，其包括波形基座，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构；近端侧壁；远端侧壁；以及能够折叠、折卷或卷起的第一衬垫；当组装成光生物反应器时，其包括波形基座限定的腔体，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端设置的近端侧壁以及邻近于远端设置的远端侧壁限定。
在另一个方面，公开了制备生物质的方法，其包括在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：两个基座壁，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；所述光生物反应器系统还包括：至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的气体递送系统，以及至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的二氧化碳递送系统；并且所述方法还包括通过气体递送系统供应气体，生成具有约1和约3mm之间直径的气泡，以及通过二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.001和约500微米之间直径的气泡。
在另一个方面，公开了制备生物质的方法，其包括在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括波形基座限定的腔体，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括近端和远端；沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；所述光生物反应器还包括至少一个设置于腔体内并且平行于第一轴和第二轴中的至少一者延伸的气体递送系统；以及至少一个设置于腔体内并且平行于第一轴和第二轴中的至少一者延伸的二氧化碳递送系统；所述方法还包括通过气体递送系统供应气体，生成具有约1和约3mm之间直径的气泡，以及通过二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.001和约500微米之间直径的气泡。
本文所公开的V-型槽PBR系统在轴处浓缩可沉降物质，并且在相同点处供应气体，以混合和保持悬浮液中的物质和藻类。搅拌系统还用于将藻类带出表面，在该处光穿透集中，提高产量。几何形状V限定了固体另外浓缩的轴。因为培养基在V的底部沿着轴浓缩，所以这些V-型槽PBR系统更有效并且搅拌需要的能量更少，从而形成搅拌施加最有效的特定位置。这允许系统以半连续或连续模式运行，减少了其它情况下保持系统有效运行所需的停产、劳动和能量，因此提高了年总产量。
术语
如本文所用，术语“产量”是指批量收集的持续生物质浓度，或半连续或连续运行PBR中每日每给定体积生成的生物质。产量是生物材料接收的光、二氧化碳和营养物质量的函数。
如本文所用，术语“光”通常是指光合有效辐射(PAR)，可以是未分离光波长（例如阳光）或选定光波长的形式。光可以是天然的或通过其它方式，例如发光二极管(LED)或微型LED提供。在一些实施例中，光通过涂层、覆盖件或膜分为选定波长，或结合到PBR覆盖件、管材或导管。在一些实施例中，光以不同强度和光周期，例如定时模式或光源闪烁或藻类培养物通过透光和遮光材料形成的工作循环施加。工作循环是生物保持活性状态的时间，是研究的总时间的函数。
附图简述
相同的数字指示本文所包括的图中的相同结构。
图1示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的示意性透视图。
图2示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的另外示例性实施例的俯视图。
图3示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的近端侧壁的端视图。
图4示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的远端侧壁的端视图。
图5示出了使用本文所公开的V-型槽PBR系统生长生物质的方法的示例性实施例的流程图。
图6示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的近端侧壁的端视图。
图7示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的分解侧视图，其中系统是分解的。
图8示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的示意性透视图。
图9示出了叶绿素a的吸收光谱曲线图。
图10示出了叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱曲线图。
图11示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的示意性透视图。
图12示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的示意性透视图。
详细描述
在一个方面，公开了光生物反应器，其包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：两个基座壁，该基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；并且所述光生物反应器系统还包括：至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的气体递送系统，以及至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的二氧化碳递送系统。
在一些实施例中，基座壁包括倾斜部分和大致垂直部分之间的弯曲过渡。
在一些实施例中，内角在约60和约140度之间。
在另一个方面，公开了光生物反应器，其包括波形基座限定的腔体，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括近端和远端；以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定。
在一些实施例中，光生物反应器还包括第五倾斜部分和第六倾斜部分，其中第五部分和第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；并且其中第五倾斜部分和第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度。
在一些实施例中，波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。
在一些实施例中，第一内角和第二内角每个独立地在约60和约140度之间。在一些实施例中，第一内角和第二内角相同。在一些实施例中，第一内角和第二内角不同。
在一些实施例中，第一大致V-型结构的第一深度与第二大致V-型结构的深度相同。在一些实施例中，第一大致V-型结构的第一深度与第二大致V-型结构的深度不同。
在一些实施例中，第一内角、第二内角和第三内角每个独立地在约60和约140度之间。在一些实施例中，第一内角、第二内角和第三内角中的至少两者相同。在一些实施例中，第一内角、第二内角和第三内角中的至少两者不同。
在一些实施例中，第一大致V-型结构的第一深度、第二大致V-型结构的第二深度和第三大致V-型结构的第三深度中的至少两者相同。在一些实施例中，第一大致V-型结构的第一深度、第二大致V-型结构的第二深度和第三大致V-型结构的第三深度中的至少两者不同。
在一些实施例中，最靠近第一大致垂直部分的大致V-型结构和最靠近第二大致垂直部分的大致V-型结构限定的深度大于至少一个其它大致V-型结构。在另外的实施例中，最靠近第一大致垂直部分的大致V-型结构和最靠近第二大致垂直部分的大致V-型结构限定的内角小于至少一个其它大致V-型结构。
在一些实施例中，光生物反应器还包括至少一个设置于腔体内并且平行于第一轴和第二轴中的至少一者延伸的气体递送系统。
在一些实施例中，光生物反应器还包括至少一个设置于腔体内并且平行于第一轴和第二轴中的至少一者延伸的二氧化碳递送系统。
在一些实施例中，光生物反应器还包括设置于腔体内的衬垫。
在一些实施例中，光生物反应器还包括穿过近端侧壁的至少一部分的收集孔隙。
在一些实施例中，光生物反应器还包括营养物质注射系统。
在一些实施例中，气体递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，以提供气体均匀分散的一致压力。在一些实施例中，气体递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，所述孔口包括在约1mm和约5mm之间范围内的主要尺寸。
在一些实施例中，二氧化碳递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，所述孔口包括在约0.001微米和约1mm之间范围内的主要尺寸。
在一些实施例中，孔口包括穿孔、孔、注射点或孔隙中的至少一者。
在一些实施例中，光生物反应器还包括从近端至远端的倾斜。
在一些实施例中，光生物反应器还包括覆盖件。
在一些实施例中，光生物反应器还包括支承结构，其中基座的至少一部分设置在支承结构的顶部。
在一些实施例中，光生物反应器还包括培养基，所述培养基包括设置于腔体内的生物材料。
在一些实施例中，覆盖件还包括釉化材料，所述釉化材料从选自聚乙烯、热塑聚碳酸酯、聚碳酸酯、透明乙烯基、透明聚氯乙烯、玻璃及其组合的材料加工。
在一些实施例中，支承结构包含HDPE。在一些实施例中，支承结构包含泡沫。
在一些实施例中，支承结构能够分解和堆叠。
在一些实施例中，光生物反应器还包括邻近腔体相对侧的至少一部分设置的泡沫绝缘件。在一些实施例中，泡沫绝缘件包括支承结构。
在一些实施例中，支承结构在地面安装。
在一些实施例中，培养基具有稳定pH。在一些实施例中，气体和二氧化碳递送系统结合pH缓冲剂用于稳定培养基的pH。
在一些实施例中，生物材料从培养基通过重力管线收集。
在一些实施例中，离开气体递送系统的气体流为培养基提供了混合速率。在一些实施例中，培养基被从近端驱动至远端。在一些实施例中，光生物反应器还包括从近端至远端的倾斜，其中倾斜和混合速率以从近端至远端的方向驱动培养基。
在一些实施例中，光生物反应器还包括用于混合和/或循环培养基的流体泵送系统和搅拌系统中的至少一者。
在一些实施例中，操作气体递送系统、流体泵送系统和搅拌系统中的至少两者以创建策略混合模式。
在一些实施例中，光生物反应器还包括将收集的流体再循环回到腔体的返回结构。在一些实施例中，返回结构包括导管、管材和通道中的至少一者。在一些实施例中，返回结构设置于腔体外部。在一些实施例中，返回结构设置于腔体内部。
在一些实施例中，导管、管材和通道中的至少一者是透明的。
在一些实施例中，光施加到导管、管材和通道中的至少一者。在一些实施例中，光施加到导管、管材和通道中的至少一者的至少一侧。在一些实施例中，光施加到导管、管材和通道中的至少一者的不止一侧。
在一些实施例中，光生物反应器还包括引入腔体的光源。在一些实施例中，光源包括LED或微型LED。在一些实施例中，光由选自LED和微型LED中的至少一者的光源提供。在一些实施例中，光源包括光棒。
在一些实施例中，光连续施加。在一些实施例中，光不连续施加。
在一些实施例中，光包括波长在约600nm至约700nm、约650nm至约700nm、约620nm至约650nm以及约680nm至约700nm中的至少一者的范围内的光。在一些实施例中，光包括波长在约400nm至约550nm、约450nm至约550nm以及约400nm至约500nm中的至少一者的范围内的光。在一些实施例中，光包括波长为约430nm、约453nm、约643nm、约662nm、680nm和约700nm中的至少一者的光。
在一些实施例中，二氧化碳、空气和臭氧中的至少一者引入导管、管材和通道中的至少一者。
在一些实施例中，光生物反应器还包括涂层、覆盖件或膜中的至少一者，其把光分为选定波长。在一些实施例中，涂层、覆盖件或膜中的至少一者结合到覆盖件、管材和导管中的至少一者。
在另一个方面，公开了用于组装光生物反应器的套件，其包括两个基座壁、近端侧壁、远端侧壁以及能够折叠、折卷或卷起的第一衬垫，当组装成光生物反应器时，其包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：基座壁，该基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端设置的近端侧壁，以及邻近于远端设置的远端侧壁限定。
在一些实施例中，基座壁和侧壁包括泡沫块。
在一些实施例中，该套件还包括第二衬垫，当组装时，其至少部分包括基座壁和侧壁。
在另一个方面，公开了用于组装光生物反应器的套件，其包括波形基座，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构；近端侧壁；远端侧壁；以及能够折叠、折卷或卷起的第一衬垫；当组装成光生物反应器时，其包括波形基座限定的腔体，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端设置的近端侧壁以及邻近于远端设置的远端侧壁限定。
在一些实施例中，该套件还包括第五倾斜部分；和第六倾斜部分，其中第一第五部分和第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；并且其中第五倾斜部分和第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度。
在一些实施例中，波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。
在一些实施例中，波形基座和侧壁包括泡沫块。
在一些实施例中，该套件还包括第二衬垫，当组装时，其至少部分包括波形基座和侧壁。
在一些实施例中，第一和第二衬垫是折叠、折卷或卷起的，并且支承结构是分解的。
在一些实施例中，第一和第二衬垫彼此固定。
在另一个方面，公开了制备生物质的方法，其包括在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：两个基座壁，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；所述光生物反应器系统还包括：至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的气体递送系统，以及至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的二氧化碳递送系统；并且所述方法还包括通过气体递送系统供应气体，生成具有约1和约3mm之间直径的气泡，以及通过二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.001和约500微米之间直径的气泡。
在另一个方面，公开了制备生物质的方法，其包括在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括波形基座限定的腔体，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括近端和远端；沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；所述光生物反应器还包括至少一个设置于腔体内并且平行于第一轴和第二轴中的至少一者延伸的气体递送系统；以及至少一个设置于腔体内并且平行于第一轴和第二轴中的至少一者延伸的二氧化碳递送系统；所述方法还包括通过气体递送系统供应气体，生成具有约1和约3mm之间直径的气泡，以及通过二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.001和约500微米之间直径的气泡。
在一些实施例中，波形基座还包括：第五倾斜部分和第六倾斜部分；其中第一第五部分和第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；其中第五倾斜部分和第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度；其中至少一个气体递送系统设置于腔体内并且平行于第一轴、第二轴和第三轴中的至少一者延伸；并且其中至少一个二氧化碳递送系统设置于腔体内并且平行于第一轴、第二轴和第三轴中的至少一者延伸。
在一些实施例中，波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。
在一些实施例中，固体基本上防止被离开气体递送系统的气体流沉降。
在一些实施例中，所述方法还包括操作臭氧传感器和控制系统，使得培养基中的臭氧水平保持在约0.5和约1mg/mL之间。
V-型槽的形状
本文所公开的V-型槽PBR系统的V-型基座包括在底部基本上渐缩为V的内部尺寸。在一些实施例中，槽的底部是点（即两个平的元件的汇合）。在另外的实施例中，槽的底部是圆的。与平底罐相比，该特性减少了死空间，允许增加培养基的混合速率，提高PBR以及总体高体积、高产量PBR系统内培养基和生物质的翻转。在不存在该V-型基座时，固体沉降于PBR底部的倾向增加。
在另外的实施例中，V-型槽PBR系统的基座包括多个渐缩内部尺寸，形成多个平行的大致V-型结构的波形基座。在一些实施例中，多个V-型结构限定相同的内角和深度。在一些实施例中，与PBR系统中的其它V-型结构相比，多个V-型结构中的至少一者限定不同的内角和/或深度。出于各种目的或策略，例如策略混合模式（如，包括水平和垂直混合二者）、营养物质分布、光可利用性或污染控制，通过改变PBR系统中的V-型结构的内角和/或深度操作设置于PBR系统中的培养物的混合、浓度和/或沉淀。在一些实施例中，PBR系统的最外侧V-型结构更深，并且限定比其它V-型结构更窄的角度，给从更深的外部V-型结构收集的培养物留出空间，而更浅的中间V-型结构保持一部分培养物与收集结束后加入的新培养基混合。
V-型基座限定小于约180°并且大于约45°的内角。在一些实施例中，角度在约34°和约140°之间。在一些实施例中，角度在约60°和约140°之间。在一些实施例中，角度在约34°和约120°之间。在一些实施例中，角度在约60°和约120°之间。在一些实施例中，角度在约80°和约112°之间。在一些实施例中，角度在约800°和约100°之间。角度取决于光源、PBR的地理位置、目标生物材料、持续生物材料浓度和所需产量。假设所有其它尺寸保持恒定，随着角度的减少，PBR的总体积减少。基座壁的大致垂直部分可垂直延伸，以补偿角度减少的体积损失。在一些实施例中，基座壁的垂直部分延伸的高度范围与内角范围结合，以创建多个不同体积的实施例。
侧壁从V-型基座向上延伸，增加PBR的总体积。假设所有其它尺寸保持恒定，随着侧壁的延伸，PBR的体积增加，同时保持相同的占有面积。在一些实施例中，侧壁垂直向上延伸。在一些实施例中，侧壁成一角度向上延伸。在一些实施例中，侧壁的厚度在约2至约10英寸之间的范围内。在另外的实施例中，侧壁的厚度在约4至约6英寸之间的范围内。在一些实施例中，侧壁是直的。在另外的实施例中，侧壁是弯曲的。在一些实施例中，侧壁和V-型基座弯曲，以形成无明显间距的单壁。在一些实施例中，腔体是单一形成单元。
本文所公开的V-型槽PBR系统的所需长度和体积由加热和/或冷却能力的效率，以及生物材料的保留时间确定。系统的体积设计为在生长前收集生物材料，并且产量随细胞寿命和细胞活力的变化而下降。细胞寿命和细胞活力随生物材料的性质、培养物中的污染、培养物适用的环境参数以及水化学参数而变化。在一些实施例中，V-型槽PBR系统的长度在约15英尺和约100英尺之间。在另外的实施例中，所述系统的长度超过100英尺。
本文所公开的V-型槽PBR系统的体积由多种因素确定，包括V-型基座的角度、侧壁的尺寸以及V-型槽的总体长度和宽度。一般来讲，对于光依赖性生物材料，由于增加了生物材料的混合以及在光下的暴露，产量随PBR系统体积的减少而增加。V-型槽设计为减少容器体积增加时出现的产量损失。V-型槽的表面积与体积的比率使得生物材料在光线下的暴露越大，由于生物材料通过PBR系统的循环将接收不同的光量，取决于它们在循环期间靠近还是远离照射表面（以“暗区”表示）。
本文所公开的V-型槽PBR系统中的可沉降固体的减少提供了显著优于现有装置的优点。首先，本文所公开的系统可以连续或半连续模式运行，而现有的装置移除沉降的固体需要停产和维护成本。另外，因为系统不需要定期停止，或使用现有系统的频率，生物质显示出在所需产量下存活概率的提高，比现有装置的时间期更长。
气体递送系统
可使用本文所公开的V-型槽PBR系统的气体递送系统，尤其可用于培养基的有效混合。气体递送系统沿着或靠近V的底部限定的轴策略性地放置，以保持固体悬浮，并且提供培养基的改善混合。培养基的混合速率可通过气体递送系统单独，或与其它搅拌方式结合控制。在一些实施例中，流体泵送系统单独或与气体递送系统结合使用，以混合和/或循环培养基。在一些实施例中，利用气体递送系统、流体泵送系统或搅拌方式的组合混合和/或循环培养基，创建了V-型槽PBR系统内的策略混合模式，保持和/或修改培养基的条件。培养基的混合速率和保留时间的控制是重要的，使得这些参数可根据培养基的浓度而变化。气体的注入速率、气体注入孔尺寸、气体注入孔形状、气体注入孔的数量、气体注入孔的放置、泵送流体的流速、泵送流体的方向、泵送流体的流入口的放置和/或泵送流体的流出口的放置与V-型设计结合驱动了系统的混合效率。在一些实施例中，流体在一个方向以上泵送，防止了培养基中生物质的沉降。在一些实施例中，流体通过交替入口和出口流量在一个方向以上泵送。在一些实施例中，交替入口和出口流量通过循环螺线管阀或将电路切换至反向泵送旋转实现。在一些实施例中，流体包括水。在一些实施例中，流体包括培养基。一般来讲，对于光依赖性生物材料，提高混合速率以增加接触光的生物材料的量，得到较高的产量是所期望的。在一些实施例中，气体包括空气。在另外的实施例中，气体包括臭氧。
本文所公开的气体递送系统可生成不同大小的气泡。气泡大小影响本文所公开的V-型槽PBR系统相关的多种因素。首先，较大的气泡产生更有效的混合，而较小的气泡混合培养基的效率较低。第二，与较小的气泡相比，较大的气泡减小了表面积，使气体与培养基的交换更少。因此，较大的气泡对系统pH的影响较小，而较小的气泡可用于使气体更有效地扩散至系统。在一些实施例中，气泡大小通过气体递送系统的类型、所施加的气体的压力、引入系统的气体的密度以及气体引入培养基所通过的穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口的大小控制。在一些实施例中，气泡的直径在约1和约3mm之间。在一些实施例中，气泡的直径在约1和约3mm之间，并且主要用于混合培养基。在另外的实施例中，气泡的直径小于约1mm（即微型气泡）。在一些实施例中，气泡的直径小于约1mm，并且主要用于气体扩散进入培养基。在又一个实施例中，气泡的直径在约0.001和约500微米之间。在一些实施例中，气体递送系统在约1和约50psi之间的压力下工作，生成气泡的直径大小在约1和约3mm之间。在一些实施例中，空气以约1至约3mm的气泡大小施加，以帮助混合培养基。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽光生物反应器系统中的培养基通过气体递送系统以策略混合模式混合和/或循环。在一些实施例中，本文所公开的V-型槽光生物反应器系统中的培养基通过流体泵送系统以策略混合模式混合和/或循环，所述流体泵送系统包括至少一个流体泵、至少一个V-型槽中泵送流体的流入口，以及至少一个V-型槽中泵送流体的流出口。在一些实施例中，本文所公开的V-型槽光生物反应器系统中的培养基通过气体递送系统和流体泵送系统的组合以策略混合模式混合和/或循环。在一些实施例中，离开气体递送系统的气体，从流体泵送系统流出的流体，或气体和流体的组合，产生了生物质和液相从轴至系统顶部的向上移动。在一些实施例中，生物质在靠近循环或混合路径的顶部暴露于光线下。在一些实施例中，培养基然后向外循环至基座壁的大致垂直部分，其在一些实施例中提供另外的光线暴露。在一些实施例中，培养基然后向下移动至基座壁并且回到轴，工艺在该处连续或半连续地重复。该类型循环的另外说明可见于授予Forth的美国专利No.5,846,816，其内容全文以引用的方式并入本文。通过在V-型槽内水平地和垂直地创建策略混合模式，培养基中的生物质的有益效果包括：生物质循环进入V-型槽部分的时间频率增加，其中光可用于光合活性；保持悬浮的生物质的量增加，其中可用的光、营养物质和气体更多；以及沉降于V-型槽表面的生物质减少，其中可用的光、营养物质和气体更少。
在一些实施例中，气体递送系统使用正压力，以防止水和其它成分渗入气体递送系统。在另外的实施例中，穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口大小是选择的，以防止分子例如分子量小于约30,000道尔顿的蛋白质的渗透。
气体递送系统由任何合适的材料制成。在一些实施例中，气体递送系统包含陶瓷、不锈钢、橡胶、玻璃或聚乙烯。在一些实施例中，气体递送系统包括沿着V-型基座的轴延伸的管线，沿着其长度打有穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口。在一些实施例中，气体递送系统包括气体喷射线。在一些实施例中，气泡通过具有所需穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口大小范围的不锈钢、膜和其它材料喷入培养基。在一些实施例中，气体递送系统包括Graver Technologies、Glasgow、DE烧结金属过滤器，其具有适于将二氧化碳喷入培养基的1微米孔径。在一些实施例中，穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口包括空穴和/或槽。在一些实施例中，空穴和/或槽垂直取向。在另外的实施例中，空穴和/或槽成一角度取向，以改善培养基的混合。在一些实施例中，空穴和/或槽沿着气体递送系统均匀排列。在另外的实施例中，空穴和/或槽沿着气体递送系统随机排列。在一些实施例中，空穴和/或槽同时垂直以及成一角度取向。在一些实施例中，一个或多个管线包括沿着其长度策略性地放置的穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口，以实现沿着管线、用于均匀分散气体的一致和相同的压力。在一些实施例中，气体递送系统包括微孔扩散器。在一些实施例中，穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口包括气体注入口。
在一些实施例中，单个气体递送系统存在于每个V-型槽PBR系统中。在一些实施例中，所述系统包括打有穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口的单个管线。在另外的实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统包括多个气体递送系统。在一些实施例中，所述系统包括打有穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口的管线阵列。在一些实施例中，气体递送系统包括通过限定本文所公开的V-型槽PBR系统的腔体的一个侧壁的至少一部分的至少一个末端。
在其中臭氧递送至本文所公开的V-型槽PBR系统的一些实施例中，臭氧以不破坏生物质，但杀死或抑制污染物或掠食者生长的水平提供。在一些实施例中，臭氧通过与其它气体分开的管线递送。在一些实施例中，臭氧通过与其它气体相同的管线递送。在一些实施例中，臭氧不断施加。在另外的实施例中，臭氧预防性地施加，以防止培养物中达到有害水平的污染率。用于培养物消毒的臭氧施加的量和计时通过所考虑的污染物确定。在一些实施例中，臭氧以约0.5和约1mg/L之间的水平施加，用于在不影响目标生物质的条件下对存活的培养物消毒。
二氧化碳递送系统
本文所公开的V-型槽PBR系统的二氧化碳递送系统与气体递送系统分开。二氧化碳对于多种培养基例如藻类的生长是必须的，因此可作为碳源。二氧化碳和气体递送系统的分开与例如递送富含二氧化碳的空气的单个系统相比具有优点，能够独立地优化混合和碳源。
本文所公开的二氧化碳递送系统可生成不同大小的二氧化碳气泡。正如其它气体，二氧化碳气泡大小影响本文所公开的V-型槽PBR系统相关的多个因素。第一，二氧化碳气泡可有助于系统的混合，而且正如其它气体，较大的气泡可产生更有效的混合，而较小的气泡混合培养基的效率较低。第二，与较大的气泡相比，较小的二氧化碳气泡增加了表面积，使气体与培养基的交换更多，并且碳源至培养基的递送更有效。这也可影响系统的pH。在一些实施例中，气泡大小通过气体递送系统的类型、所施加的气体的压力、引入系统的气体的密度以及气体引入培养基所通过的穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口的大小控制。在一些实施例中，气泡的直径在约1和约3mm之间。在一些实施例中，气泡的直径在约1和约3mm之间，并且主要用于混合培养基。在另外的实施例中，气泡的直径小于约1mm（即微型气泡）。在一些实施例中，气泡的直径小于约1mm，并且主要用于气体扩散进入培养基。在又一个实施例中，气泡的直径在约0.001和约500微米之间，以用于高效气体交换。在一些实施例中，气体递送系统在约1和约50psi之间的压力下工作，生成气泡的直径大小在约1和约3mm之间。
在一些实施例中，二氧化碳以小于约1mm的气泡大小施加，以用于增强光合作用的有效气体交换。在一些实施例中，二氧化碳气泡以微米至亚微米的范围存在。例如，十个100微米直径气泡的表面积为直径为1mm的气泡的表面积的1,000倍。结果是溶解于周围液体培养基的二氧化碳随气泡大小的减小呈指数级增长。
在一些实施例中，二氧化碳以相对于系统中二氧化碳消耗生物材料的浓度的速率和气泡大小施加。在这些实施例中，二氧化碳相对于系统中的生物质浓度供应，以使效率最大化。在一些实施例中，随着持续生物质浓度的增加，有益生长所需的二氧化碳的量也增加。
在一些实施例中，二氧化碳递送系统邻近气体递送系统设置。在另外的实施例中，二氧化碳递送系统以不同的位置设置。在一些实施例中，二氧化碳递送系统远离轴设置，以提供沿着侧壁的另外的混合。
在一些实施例中，二氧化碳递送系统使用正压力，以防止水和其它成分渗入二氧化碳递送系统。在另外的实施例中，穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口大小是选择的，以防止分子例如分子量小于约30,000道尔顿的蛋白质的渗透。
二氧化碳递送系统由任何合适的材料制成。在一些实施例中，二氧化碳递送系统包括沿着V-型基座的轴延伸的管线，沿着其长度分布打有穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口。在一些实施例中，气体递送系统包括气体喷射线。在一些实施例中，气泡通过具有所需穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口大小范围的不锈钢、膜和其它材料喷入培养基。在一些实施例中，气体递送系统包括Graver Technologies、Glasgow、DE烧结金属过滤器，其具有适于将二氧化碳喷入培养基的1微米孔径。在一些实施例中，穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口包括空穴和/或槽。在一些实施例中，空穴和/或槽垂直取向。在另外的实施例中，空穴和/或槽成一角度取向，以改善培养基的混合或更有效的气体溶解。在一些实施例中，空穴和/或槽沿着二氧化碳递送系统均匀排列。在另外的实施例中，空穴和/或槽沿着二氧化碳递送系统随机排列。在一些实施例中，空穴和/或槽同时垂直以及成一角度取向。在一些实施例中，一个或多个管线包括沿着其长度策略性地放置的穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口，以实现沿着管线、用于均匀分散气体的一致和相同的压力。在一些实施例中，二氧化碳递送系统包括微孔扩散器。
在一些实施例中，单个二氧化碳递送系统存在于每个V-型槽PBR系统中。在一些实施例中，所述系统包括打有空穴和/或槽的单个管线。在另外的实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统包括多个用于注入培养基的二氧化碳来源。在一些实施例中，二氧化碳递送系统包括一个在气体递送系统的每侧打有空穴和/或槽的管线。在一些实施例中，所述系统包括打有空穴和/或槽的管线阵列。在一些实施例中，二氧化碳递送系统包括通过限定本文所公开的V-型槽PBR系统的腔体的一个侧壁的至少一部分的至少一个末端。
独立地改变本文所公开的V-型槽PBR系统中的气体和二氧化碳递送系统的气泡大小的能力有利于生物质的产量，表示显著优于现有系统的优点。
pH稳定剂
如上文所公开，气体和二氧化碳可影响系统的pH。使用pH缓冲剂定制和稳定系统的pH。pH稳定剂的使用允许气体以恒定和有利的流速和气泡大小使用，使混合效率最大化，而二氧化碳以恒定和有利的流速和气泡大小使用，以使碳源向系统供应的效率最大化，而无需改变影响pH的这些参数。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统中的生物材料经历光合作用，消耗二氧化碳生成氧气副产物，因此会影响系统的pH。pH稳定剂用于稳定系统的pH，使对改变二氧化碳和氧气浓度的pH的影响减少或消除。示例性pH稳定剂包括碳酸钙、镁、白云石Ag、Baker石灰、石灰石、碳酸镁、氢氧化钾、氢氧化钠。
本文所公开的V-型槽PBR系统的一个优点是存在控制系统pH的多个方法，包括二氧化碳流速和气泡大小、混合气体流速和气泡大小以及pH缓冲剂。这允许例如二氧化碳流速的增加，为生物质提供另外的碳源，提高产量，而不存在对pH产生有害变化的风险，因为pH稳定剂的控制允许对系统pH的精确控制。同样，可通过调整气体递送系统的流速和/或气泡大小优化培养基的混合速率，如上文所讨论不存在对pH产生有害变化的风险。
收集孔隙
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括用于从腔体移除所有或部分生物质的收集孔隙。在一些实施例中，收集孔隙通过远端侧壁的至少一部分定位。
在一些实施例中，收集通过如下所述营养物质注射系统将营养物质、痕量元素、pH稳定剂和/或水自动化注射系统而实现。在一些实施例中，收集通过重力排水实现。在另外的实施例中，收集通过泵送系统实现。在一些实施例中，泵送系统还包括泵送至蛋白质分离器，用于在连续或半连续系统中进一步收集、洗涤、移除污染和/或脱水。
在一些实施例中，生物质通过收集孔隙从V-型槽PBR系统移除和/或通过蛋白质分离器移除污染的生物质通过返回结构再循环到V-型槽PBR系统中的培养基。在一些实施例中，返回结构被构造成再循环生物质培养基。在一些实施例中，返回结构包括导管、管材和/或通道。在一些实施例中，返回结构包括单个导管、管材或通道。在一些实施例中，返回结构包括多个导管、管材和/或通道。在一些实施例中，返回结构设置于PBR限定的腔体外部。在一些实施例中，返回结构设置于PBR限定的腔体内部。在一些实施例中，返回结构设置于PBR限定的腔体内部，邻近于PBR内流体流图案的中心。在一些实施例中，返回结构沿着PBR长度的至少一部分。在一些实施例中，返回结构沿着PBR周长的至少一部分。
在一些实施例中，返回结构还包括至少一个导管，其被构造成包括沿着至少一个导管的长度的人工照明光源。在一些实施例中，人工照明光源产生PAR。在一些实施例中，人工照明光源包括LED或微型LED。在一些实施例中，人工照明光源连续运行。在一些实施例中，人工照明光源不连续运行。在一些实施例中，人工光源以预定工作循环施加光线。在一些实施例中，返回结构包括提供设置于导管结构内部的PAR的LED光源，以将PAR施加到导管结构内的生物质培养基。在一些实施例中，将PAR施加到导管结构内部允许生物质进行光合活性，同时返回PBR，并且到达以所需生长速率继续的最佳条件的PBR。在一些实施例中，设置于PBR内的导管结构还包括提供设置于导管结构外部的PAR的LED光源，以将PAR施加到PBR内的生物质培养基。在一些实施例中，从导管外部发射的PAR到达超过环境阳光或为PBR提供光线的其它光源的穿透深度，并且促进PBR内的光合活性的生物质。在一些实施例中，导管包括透明材料以及设置于导管的内部、导管的外部或两个导管壁之间，提供PAR的单个LED光源。在一些实施例中，所述单个LED光源为导管内的生物质和PBR内的生物质二者提供PAR。
在一些实施例中，返回结构包括至少一个导管，其被构造成包括将气体引入至少一个导管中的生物质培养基的装置。在一些实施例中，气体选自空气、二氧化碳和臭氧。在一些实施例中，监测二氧化碳浓度和/或pH的至少一个传感器设置于返回结构内。在一些实施例中，二氧化碳气泡的大小以及生成引入至少一个导管的二氧化碳气泡的速率通过至少一个传感器的反馈确定，所述传感器监测生物质培养基内的二氧化碳浓度和/或生物质培养基的pH。
营养物质注射系统
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括用于将水、营养物质、pH稳定剂、痕量元素、pH稳定剂和/或其它成分加入系统的注入泵。在示例性具体实施中，营养物质注射系统包括计量泵、供应营养物质的罐以及在PBR的一个壁供应的入口端口。在一些实施例中，入口端口通过近端侧壁的至少一部分供应。在一些实施例中，营养物质通过进入V-型槽的重力流供应。在其中V-型槽系统处于地面上的一些实施例中，营养物质保持容器处于地平面，通过重力自流进入V-型槽。在其中V-型槽系统高于地面的一些实施例中，营养物质保持容器高于V-型槽的水平放置，通过重力给入营养物质。
在一些实施例中，营养物质注射系统提供营养物质、痕量元素、水、pH稳定剂和/或其它成分引入系统的方式。本领域的技术人员熟悉这些技术。在一些实施例中，以系统的生物质浓度以及可用光确定的速率将宏量和微量营养物质加入系统。示例性宏量营养物质是本领域技术人员已知的，包括但不限于：氮、磷、钾、钙、镁和硫。示例性微量营养物质也是本领域技术人员已知的，包括但不限于：硼、铜、铁、氯、锰、钼和锌。示例性痕量元素包括但不限于：铁、镁和锰。在一些实施例中，营养物质注射系统从为特定生物质生长而定制的包含水、营养物质、pH稳定剂和/或痕量元素的混合物的来源给料。在另外的实施例中，营养物质注射系统从包含多个不同混合物的多个来源给料。这允许可展示出不期望反应性或物理特性，例如化学反应、凝聚和/或沉降的元素分离。在一些实施例中，营养物质注射系统是受控的，使得水或其它液体、营养物质、pH稳定剂、痕量元素和/或其它成分的加入可独立地控制，以提高生物质的产量。
在一些实施例中，营养物质注入为兼养或异养培养物生长的培养基提供碳源。兼养生物是可使用不同来源能量和碳的混合物的微生物，而异养生物是不能固定碳，而是使用有机碳生长的生物。在一些实施例中，通过兼养培养物将碳源加入V-型槽PBR系统使藻类能够在混合循环的光照部分期间使用光源，并且在混合循环的缺光部分期间使用碳源。在一些实施例中，通过营养物质注射系统加入的碳源还可稳定培养物的pH。
在一些实施例中，营养物质注射系统包括近端侧壁的至少一部分中的孔。在一些实施例中，营养物质注射系统包括具有穿孔、孔、注射点、孔隙或孔口的管线。在一些实施例中，营养物质注射系统不延伸至远端侧壁。在一些实施例中，营养物质注射系统的延伸小于约一半腔体长度。在其中营养物质注射系统的延伸小于约一半腔体长度，并且包括近端侧壁的至少一部分中的孔的实施例中，与通过位于近端的收集孔隙的收集相比，通过位于远端的收集孔隙的收集减少了收集期间最新或最近注入的营养物质、水或pH缓冲剂的移除。
光源
多种用于本文所公开的V-型槽PBR系统的生物材料需要光来生长以及产生所需产物。对于光依赖性生物材料，接收的光量是暴露在光下的培养基的表面积、PBR系统的体积以及培养基在PBR系统内混合的函数。因此，由于体积减小、混合增加，V-型基座的较小角度可产生较高的光暴露。然而，由于表面积增加，V-型基座的较大角度也可产生较大的光暴露。V-型槽PBR系统中的流体动力学形成了培养基的混合，使得生物材料接触光，以供生长。
在本发明所公开的V-型槽PBR系统的一些实施例中，光源是LED灯。在一些实施例中，LED灯是光棒。
在一些实施例中，来自V-型槽的流体通过一个或多个被光棒照射的管材泵送。在一些实施例中，光棒设置于管材的一侧。在另外的实施例中，光棒设置于管材的不止一侧上。在一些实施例中，光棒成对设置于管材的相对侧上。在又一个实施例中，光棒围绕管材。
在一些实施例中，光源发射的光在约600nm至约700nm的范围内。在一些实施例中，光源发射的光在约650nm至约700nm的范围内。在一些实施例中，光源发射的光在约620nm至约650nm的范围内。在另外的实施例中，光源发射的光在约680nm至约700nm的范围内。在另外的实施例中，光源发射的光在约400nm至约550nm的范围内。在另外的实施例中，光源发射的光在约450nm至约550nm的范围内。在一些实施例中，光源发射的光在约400nm至约500nm的范围内。
在一些实施例中，光源发射的光大于超过一种上述范围或波长。在一些实施例中，光源发射的光为约680nm和约700nm。在一些实施例中，光源发射的光为约430nm和约662nm。在另外的实施例中，光源发射的光为约453nm和约643nm。
在一些实施例中，光源发射的光的范围或波长为培养基中存在的特定成分而定制。在一些实施例中，成分是类胡萝卜素、藻胆色素、藻胆蛋白、叶绿素a、叶绿素b或其它吸光分子。在一些实施例中，类胡萝卜素是叶黄素。
材料
本文所公开的V-型槽PBR系统可由任何适当厚度的任何合适材料制成。材料和厚度取决于所需应用、具体生物材料、生长培养基、生产的位置和地理区域。在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统包括塑料衬垫。在一些实施例中，塑料衬垫是高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)或三元乙丙橡胶(EPDM)。在一些实施例中，塑料衬垫的厚度在约5至约60mm之间。在一些实施例中，衬垫是半刚性的。在另外的实施例中，衬垫是完全刚性的。在另外的实施例中，衬垫是柔性的。在一些实施例中，衬垫能够折叠、折卷或卷起。在一些实施例中，衬垫以所需的形状成形，并且具有形成该模制形状的弹性，但仍然表现出总体柔性。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括粘附到PBR外部的泡沫绝缘件。在一些实施例中，泡沫绝缘件提供结构支承件。在另外的实施例中，泡沫绝缘件提供绝缘，以帮助保持生物质的期望产量所需的最佳和一致温度。在另外的实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统通过金属、木材或土壤结构支承。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统包括至少部分透光和/或半透明的容器。在另外的实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统包括具有开口顶部的PBR，以允许光进入。
覆盖的V-型槽PBR系统
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括腔体的覆盖件。在一些实施例中，覆盖件包括温室歧管。在另外的实施例中，温室歧管还包含釉化材料。在一些实施例中，釉化材料由聚乙烯、热塑聚碳酸酯、聚碳酸酯、透明乙烯基、透明聚氯乙烯、玻璃或用于覆盖温室和/或生长室的任何其它材料加工，它们是本领域技术人员已知的。在一些实施例中，覆盖件固定到腔体。在另外的实施例中，覆盖件通过重力保持到腔体。在一些实施例中，覆盖件由柔性材料制成，使得气体逸出可以至少部分地对覆盖件加压，形成正压系统。
在一些实施例中，覆盖件限定系统中存在的空气体积。在这些实施例中，空气体积影响的太阳辐射量、相对和绝对湿度以及系统中空气的环境温度。空气体积取决于多种因素，包括但不限于：系统的地理位置和海拔。空气体积还取决于覆盖系统中水团的体积、水温、覆盖系统外部的空气温度以及覆盖系统内部的空气温度之间的关系。空气体积可通过改变覆盖系统的高度，以满足目标生物质生长的热量需求，或通过调整覆盖件的柔性来操纵。
在一些实施例中，覆盖件包括柔性片、波状刚性板、波状刚性多面板、多层柔性片、波状刚性片和柔性膜的组合、可用于覆盖温室和/或生长和/或上述混合物的柔性和/或刚性釉化材料的组合。在一些实施例中，覆盖件包括单层釉化材料和/或双层釉化材料。在一些实施例中，双层釉化材料之间的空间包含作为绝热方式的空气或水。在一些实施例中，双层釉化材料之间的空间包含通过电或化学方式操纵以改变覆盖件的绝缘和透光特性的化学组分。
在一些实施例中，覆盖件包含红外反射、红外吸收、红外发射材料，和/或前述管理热应力生成的热的组合。在另外的实施例中，覆盖件包含波长选择性反射、吸收、发射材料和/或前述管理进入系统的光的波长的组合。覆盖材料的选择取决于尤其目标生物质以及系统的地理位置。
在一些实施例中，覆盖件包括环形、A-框架或本领域技术人员已知的任何其它形式的温室结构。
在一些实施例中，本文所公开的覆盖V-型槽PBR系统具有改善的保持温度、pH、以及营养物质、痕量元素的浓度和/或系统的其它成分的能力。
在一些实施例中，覆盖件包括至少一个开口或排气口。
在一些实施例中，本文所公开的覆盖V-型槽PBR系统提供通过从污染物的潜在载体，例如从天然元素的暴露产生的那些分离生物质生成系统的改善生物安全性。在其中覆盖的PBR系统为正压系统的实施例中，防止污染物例如粉尘通过孔或排气口进入系统。
其它结构
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括收集孔隙。在一些实施例中，收集孔隙通过远端侧壁的至少一部分设置。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统沿着其长度调成水平，即具有的斜率为0。在另外的实施例中，所述系统是非水平的或沿着其长度倾斜，以增加在低端收集所需产物的容易性，将生物质从一端驱动到收集端，确保系统内的混合和翻转，撇除系统外的顶部培养物，或允许溢出以便于收集。在一些实施例中，所述系统的斜率或水平通过测定系统安装的土地坡度，或通过修改系统安装的结构支承件的尺寸来修改。在一些实施例中，所述系统一端与另一端的偏移在约0.5和约6英寸之间。在一些实施例中，具有约15英尺腔体长度的系统包括约0.5英寸的偏移。在另外的实施例中，具有约10英尺腔体长度的系统包括约4至约6英寸的偏移。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括温度和/或pH传感器。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括将水、营养物质、pH稳定剂以及其它生物质添加到系统的控制件。在一些实施例中，这些控制件结合传感器而自动化，使产量优化，并且保持大体恒定。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括冷却和/或加热装置。在一些实施例中，冷却和/或加热装置包括至少一个换热器。在另外的实施例中，冷却和/或加热装置包括湿帘和风机蒸发冷却系统。此类系统是本领域技术人员已知的，并且在Bucklin等，Fan and Pad Greenhouse Evaporative Cooling Systems,Univ.of Fla.Dept.of Agric.和Biological Eng’g,Fla.Coop.Extension Serv.,Inst.ofFood and Agric.Sci.Circular1135,1993年12月，可得自http://edis.ifas.ufl.edu/ae069或http://edis.ifas.ufl.edu/pdffiles/AE/AE06900.pdf中有所描述，该文献全文以引用的方式并入本文。在一些实施例中，冷却和/或加热装置包括通过喷射水雾冷却系统周围的空气的冷却。在其中本文所公开的V-型槽PBR系统处于封闭结构，例如温室或本文所公开的覆盖V-型槽PBR系统的一些实施例中，另外的冷却通过系统的自然或机械透气实现。在一些实施例中，前述加热和/或冷却装置的使用改善和减少了维持本文所公开的系统中培养基温度的运行成本。在一些实施例中，冷却和/或加热装置包括加热系统和/或通过黑体辐射保持热损耗的覆盖材料。在另外的实施例中，V冷却和/或加热装置包括地热加热和/或冷却、地下加热和/或冷却、煤气喷灯、空气调节器、工业来源废热加热和/或冷却和/或前述的组合。在一些实施例中，泡沫结构绝缘和覆盖材料的组合用于维持昼夜温度波动。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统是独立单元。在另外的实施例中，所述系统挖入地面，以增加稳定性以及改善绝缘，用于维持所期望产量生物质需要的最佳和一致温度。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括收集生物材料的排水口。在一些实施例中，排水口是相对的控制件，使水、营养物质、pH稳定剂和生物质加入系统，水被迫排出。在一些实施例中，排水口位于近端壁上，而控制件位于远侧壁上。在另外的实施例中，排水口位于远侧壁上，而控制件位于近端壁上。
在一些实施例中，气动提升技术用于通过气体和二氧化碳递送系统将水泵入或泵出系统。在另外的实施例中，气动提升技术用于通过单独的系统将水泵入或泵出系统。在一些实施例中，气动提升技术用于通过流体泵送系统在V-型槽PBR系统内混合和/或循环培养基。如本领域的技术人员已知，气动提升技术是用于水产养殖的、通过空气移动水的工艺。工艺后面的概念是在导管和/或容器中的点将空气注入水，其中气泡的浮力将水提升至所需区域。流速通过流入容器的气流、所用的空气或气体的密度、水的密度以及容器的直径或大小确定。气动提升泵送与常规泵送装置例如离心泵相比更节能和经济。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统分解成小件以便有效运输。在一些实施例中，所述系统是递送至地点、安装并且改进必要组件即可使用的成套系统。在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统包括结构支承件和设置于结构支承件顶部的第一衬垫，其包括系统的腔体。在一些实施例中，支承结构是泡沫。在一些实施例中，支承结构包括可分解以便于运输的可堆叠件。在一些实施例中，支承结构包括泡沫块。在另外的实施例中，所述系统还包括至少部分包含支承结构的第二衬垫。在一些实施例中，第二衬垫帮助维持支承结构的形状。在一些实施例中，第一和第二衬垫彼此固定。在一些实施例中，衬垫通过摩擦固定。在另外的实施例中，衬垫通过机械方式固定。在另外的实施例中，衬垫通过化学方式固定。在一些实施例中，衬垫通过夹子或粘合剂固定。在一些实施例中，衬垫通过加热固定。在一些实施例中，支承结构是分解和堆叠的，并且第一和/或第二衬垫是折叠、折卷或卷起的以便于运输。本文所公开的V-型槽PBR系统的单独组件的分解和折叠、折卷或卷起的能力有利于更有效地通过常规方式运输，其中结构支承件可自身现场组装或至少部分包含于折叠、折卷或卷起的第二衬垫中，以帮助维持其形状，并且第一衬垫设置于支承件上形成腔体。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括光反射装置，其增加了引入系统的光量。
在一些实施例中，本文所公开的V-型槽PBR系统还包括重力管线。在一些实施例中，重力管线用于在不使用泵的情况下收集生物质或引入水、营养物质、痕量元素和/或pH稳定剂。在前述实施例中，可通过改变重力管线和/或流体源相对于PBR系统的高度收集生物质，或将水、营养物质、痕量元素、pH稳定剂和/或其它成分引入培养基。
自动化传感器和控制系统
本文所公开的V-型槽PBR系统的一些实施例还包括用于维持和修改V-型槽PBR系统内条件的传感器和控制系统。此类系统是本领域技术人员已知的。在一些实施例中，传感器和控制系统监测PBR系统中的条件，并且通过计算机、数据记录器、可编程逻辑控制、任何其它类型的实时监测和控制系统或它们的任何组合控制PBR系统的各种成分。在一些实施例中，本文所公开的传感器和控制系统包括至少一个传感器和/或至少一个控制件。
在一些实施例中，传感器和控制系统包括配备有传感器和控制件的数据记录系统，其监测和控制本文所公开的V-型槽PBR系统的各个方面。在一些实施例中，数据记录系统包括National Instruments、Campbell Scientific和/或Allen-Bradley的产品或前述的组合。
在本文所公开的V-型槽PBR系统的一些实施例中，本文所公开的传感器包括温度、二氧化碳、臭氧、溶解氧、光、相对湿度、空气速度、pH、叶绿素a、藻胆色素、浊度、光密度和/或导电传感器或前述的任何组合。在一些实施例中，传感器包括Campbell Scientific、Honeywell、YSI、National Instruments和/或Hanna Instruments的产品或前述的组合。在一些实施例中，来自传感器的实时反馈通过上传到数据记录设备的软件分析。在一些实施例中，加工来自传感器的实时反馈，并且控制系统根据软件程序中示出的设定点和应用调整。在一些实施例中，环境设定点结合目标生物质的有利生长条件确定。在一些实施例中，传感器系统是无线系统，以减少线材和其它材料的需要。
在一些实施例中，传感器和控制系统以连续或半连续模式运行。在另外的实施例中，传感器和控制系统的运行可调整和维持在预定限制内选择的参数，以为所选择的生物质提供有利环境。在一些实施例中，传感器和控制系统控制系统中的光量和持续生物质浓度，以提高系统的产量。
在一些实施例中，本文所公开的传感器监测空气温度和湿度，并且本文所公开的控制件使用冷却和/或加热装置调整这些特性。在一些实施例中，本文所公开的传感器监测培养基的温度，并且本文所公开的控制件控制加热和/或冷却系统，以维持和/或控制温度。
在其中V-型槽PBR系统被覆盖的一些实施例中，本文所公开的传感器监测空气空间中的二氧化碳和溶解氧，以确定离开系统的气体量。
在一些实施例中，本文所公开的传感器监测培养基的pH，并且本文所公开的控制件维持和/或调整目标生物质所需的培养基pH阈值。在一些实施例中，本文所公开的控制件通过稳定或调整培养基的pH维持或调整所需pH阈值，所述稳定或调整培养基的pH通过调整或维持引入系统的气体和二氧化碳的流速和气泡大小的组合，加入pH稳定剂和/或其它因素或前述的组合进行。
在一些实施例中，本文所公开的传感器监测培养基中的叶绿素a和/或藻胆色素浓度，以确定系统中的生物质量。叶绿素a和藻胆色素是藻类和蓝细菌中的集光色素。如果蓝细菌不是用于生产的目标生物质，则藻胆色素浓度可用于确定系统内蓝细菌污染物的量。
在一些实施例中，本文所公开的传感器监测进入PBR系统的光量，并且本文所公开的控制件调整或维持收集速率，以补偿进入系统的光量。在一些实施例中，光传感器和控制件使得PBR系统在光水平确定的所需产量下运行。
在一些实施例中，本文所公开的传感器包括一个或多个浊度传感器、叶绿素a传感器和/或光密度传感器。在这些实施例中，前述传感器单独或彼此结合用于测量系统中的实时生物质浓度。在一些实施例中，本文所公开的控制件利用本文所公开的传感器确定的实时生物质浓度测量值控制收集速率、营养物质注入速率、污染率或前述的组合。在这些实施例中，本文所公开的控制件根据系统中的产量促进营养物质注入和/或收集。在一些实施例中，导电传感器测量水的含盐量，本文所公开的控制件提供系统中的盐度和化肥盐，以调整至所需浓度。在一些实施例中，本文所公开的控制件根据本文所公开的传感器测定的电导率测量值维持或调整营养物质注入速率。在这些实施例中，所需或目标电导率水平相对于用于生产的目标生物质确定。
在一些实施例中，本文所公开的传感器通过PBR系统的产率以及系统中浊度和叶绿素a浓度之间的差值测量培养基的污染物。在一些实施例中，污染物通过一个或多个藻胆色素传感器监测，其中目标生物质不是蓝细菌。在一些实施例中，本文所公开的控制件对PBR系统实施污染物治理，以通过杀死、抑制阻碍或影响生物质产量的潜在污染物或减少其浓度来维持所需产量。在一些实施例中，臭氧施加至系统以防止污染。在另外的实施例中，臭氧预防性地施加，以防止培养物中达到有害水平的污染率。用于培养物消毒的臭氧施加的量和计时通过所考虑的污染物确定。在一些实施例中，臭氧以约0.5和约1mg/L之间的水平施加，用于在不影响目标生物质的条件下对存活的培养物消毒。在一些实施例中，传感器和控制系统包括臭氧传感器和用于臭氧施加的控制件，其中臭氧调整或维持在预定范围内，以防止培养物中的污染率达到有害水平。在一些实施例中，臭氧调整和维持在约0.5和约1mg/L培养物之间。在一些实施例中，在约0.5和约1mg/L之间的臭氧水平足以杀死或抑制污染物的生长，但不会伤害生物材料，例如微拟球藻(Nannochloropsis)。
以下附图将全谱分为选定和非选定波长的辐射，展示了全谱太阳辐射的使用方式。
图1示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例，其中大致V-型基座100（包括两个具有倾斜部分135和大致垂直部分140的基座壁125）、近端侧壁130和远端侧壁160限定腔体145。图1还示出了靠近轴190汇合的基座壁125的倾斜部分135，气体递送系统170沿着其放置，其中基座壁还限定内角195。图1还示出了两个平行于轴190设置的二氧化碳递送系统150和气体递送系统170。图1还示出了二氧化碳递送系统150，其包括通过近端侧壁130的二氧化碳末端120，以及气体递送系统170，其包括同样通过近端侧壁130的气体递送末端110。图1还示出，系统还包括通过近端侧壁130的孔180，其可以是营养物质注射系统的孔隙。
图2示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的另一个示例性实施例，其中营养物质注射系统260从营养物质溶液200和210以及pH稳定剂220进料，以将这些成分通过近端侧壁130注入。图2示出系统还包括气体递送系统170、二氧化碳递送系统150、传感器230（分布于沿着基座壁125的三个不同位置）和收集孔隙240槽远端侧壁160，用于给料至收集容器250。
图3示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的另一个示例性实施例的近端侧壁130的端视图，其中基座壁125的倾斜部分135和大致垂直部分140、近端侧壁130和远端侧壁（未示出）限定了腔体145。图3还示出了基座壁125的倾斜部分135，其限定了内角195、覆盖件300和培养基310。图3还示出了从气体递送系统170分离的二氧化碳递送系统150，以及通过近端侧壁130的营养物质注入孔180。另外，图3示出了支承结构320。
图4示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的另一个示例性实施例的远端侧壁160的端视图，其中基座壁125的倾斜部分135和大致垂直部分140、近端侧壁（未示出）和远端侧壁160限定了腔体145。图4还示出了限定内角195的基座壁125的倾斜部分135，还示出了通过远端侧壁160的收集孔隙240。另外，图4示出了支承结构320。
图5示出了使用本文所公开的V-型槽PBR系统生长生物质的方法的示例性实施例的流程图，其中生物质分配于PBR500中，气体通过气体递送系统供应用于混合510，二氧化碳通过二氧化碳递送系统供应520，光的递送530用于生物质生长，以及收集生物质540。流体也可通过流体泵送系统供应用于混合（未示出）。
图6示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的近端侧壁的端视图，其示出了系统一侧上的循环图案620（另一侧上的循环图案未示出）。图6示出了对循环起主要作用的气泡610，二氧化碳气泡600另外起作用，但不显著。
图7示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例的分解侧视图，其中分解的系统包括限定腔体145的模制衬垫700，其为近端侧壁130、远端侧壁160和基座壁125的组装准备就绪。
图8示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例，其中泵810被构造成从V-型腔体145将液体（如，培养基）泵送至出口821和822。在一个实施例中，泵810通过抽吸导管840将液体泵出腔体145，通过管材820进入一个或多个出口821和822，并且返回V-型腔体145。在其它实施例中，泵810被构造成将液体从入口821泵送至出口822，反之亦然，并且返回腔体145。在另外的实施例中，泵810被构造成通过抽吸导管840从一个或多个入口821和822泵送液体，并且返回腔体145。光棒830和831发射选定波长的光，照射通过管材820的液体。在所描述的实施例中，两组光棒831和832处于适当位置，在管材820的相对侧。
图9示出了叶绿素a的吸收光谱曲线图，其中近似吸光度最大值为约430nm和约662nm。
图10示出了叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱曲线图，其中叶绿素a的近似吸光度最大值为约430nm和约662nm，并且叶绿素b的近似吸光度最大值为约453nm和约642nm。
图11示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例，其中基座100（包括两个具有多个倾斜部分1100的基座壁125，所述倾斜部分限定多个平行的大致V-型结构1130的波形基座和大致垂直部分140）、近端侧壁130、远端侧壁160限定腔体145。图11还示出了靠近轴1110汇合的基座壁125的倾斜部分1100，所述倾斜部分还限定内角1120，其在所描述的实施例中均等于60°。
图12示出了本文所公开的V-型槽PBR系统的示例性实施例，其中基座100（包括两个具有多个倾斜部分1200的基座壁125，所述倾斜部分限定多个平行的大致V-型结构1230的波形基座和大致垂直部分140）、近端侧壁130、远端侧壁160限定腔体145。图11还示出了靠近轴1210汇合的基座壁125的倾斜部分1200，所述倾斜部分还限定内角1220，其在所描述的实施例中均等于80°。
等同形式
本领域的技术人员将认识到或使用不超出常规实验的手段便能够确定本文具体描述的具体实施例的许多等同形式。此类等同形式旨在涵盖于以下权利要求的范围中。

Claims (82)

1.一种光生物反应器，所述光生物反应器包括：
a)腔体，所述腔体被以下各项限定：
i)包括两个基座壁的大致V-型基座，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：
1)倾斜部分和大致垂直部分；
2)近端和远端；以及
3)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；
ii)邻近于所述近端的近端侧壁；以及
iii)邻近于所述远端的远端侧壁；
b)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个气体递送系统；以及
c)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个二氧化碳递送系统。
2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述基座壁包括所述倾斜部分和所述大致垂直部分之间的弯曲过渡。
3.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述内角在约60和约140度之间。
4.一种光生物反应器，所述光生物反应器包括：
a)腔体，所述腔体被以下各项限定：
i)限定多个渐缩内部尺寸的波形基座，所述尺寸形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：
1)第一大致垂直部分；
2)第一倾斜部分；
3)第二倾斜部分；
4)第三倾斜部分；
5)第四倾斜部分；
6)第二大致垂直部分；
其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；
其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；
其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且
其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；
7)近端和远端；以及
8)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；
ii)邻近于所述近端的近端侧壁；以及
iii)邻近于所述远端的远端侧壁。
5.根据权利要求4所述的光生物反应器，还包括：
1)第五倾斜部分；和
2)第六倾斜部分；
其中所述第五部分和所述第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；并且
其中所述第五倾斜部分和所述第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度。
6.根据权利要求4-5中任一项所述的光生物反应器，所述波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。
7.根据权利要求4所述的光生物反应器，其中所述第一内角和所述第二内角各自独立地在约60和约140度之间。
8.根据权利要求4或7中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角和所述第二内角相同。
9.根据权利要求4或7中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角和所述第二内角不同。
10.根据权利要求4或7-9中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度与所述第二大致V-型结构的所述第二深度相同。
11.根据权利要求4或7-9中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度与所述第二大致V-型结构的所述第二深度不同。
12.根据权利要求5所述的光生物反应器，其中所述第一内角、所述第二内角和所述第三内角各自独立地在约60和约140度之间。
13.根据权利要求5或12中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角、所述第二内角和所述第三内角中的至少二者相同。
14.根据权利要求5或12中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角、所述第二内角和所述第三内角中的至少二者不同。
15.根据权利要求5或12-14中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度、所述第二大致V-型结构的所述第二深度和所述第三大致V-型结构的所述第三深度中的至少二者相同。
16.根据权利要求5或12-14中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度、所述第二大致V-型结构的所述第二深度和所述第三大致V-型结构的所述第三深度中的至少二者不同。
17.根据权利要求5-6或12-16中任一项所述的光生物反应器，其中最靠近所述第一大致垂直部分的所述大致V-型结构，和最靠近所述第二大致垂直部分的所述大致V-型结构限定的深度大于其它大致V-型结构中的至少一者。
18.根据权利要求5-6或12-17中任一项所述的光生物反应器，其中最靠近所述第一大致垂直部分的所述大致V-型结构，和最靠近所述第二大致垂直部分的所述大致V-型结构限定的内角小于其它大致V-型结构中的至少一者。
19.根据权利要求4-18中任一项所述的光生物反应器，还包括：
设置于所述腔体内并且平行于所述第一轴和所述第二轴中的至少一者延伸的至少一个气体递送系统。
20.根据权利要求4-19所述的光生物反应器，还包括：
设置于所述腔体内并且平行于所述第一轴和所述第二轴中的至少一者延伸的至少一个二氧化碳递送系统。
21.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括设置于所述腔体内的衬垫。
22.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括通过所述近端侧壁的至少一部分的收集孔隙。
23.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括营养物质注射系统。
24.根据权利要求1-3或19-23中任一项所述的光生物反应器，其中所述气体递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，以提供相同的压力，用于均匀分散气体。
25.根据权利要求1-3或19-24中任一项所述的光生物反应器，其中所述气体递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，所述孔口包括在约1mm和约5mm范围内的主要尺寸。
26.根据权利要求1-3或20-23中任一项所述的光生物反应器，其中所述二氧化碳递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，所述孔口包括在约0.001微米和约1mm范围内的主要尺寸。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的光生物反应器，其中所述孔口包括穿孔、孔、注射点或孔隙中的至少一者。
28.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括从所述近端至所述远端的倾斜。
29.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括覆盖件。
30.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括支承结构，其中所述基座的至少一部分设置于所述支承结构的顶部。
31.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括培养基，所述培养基包含设置于所述腔体内的生物材料。
32.根据权利要求29所述的光生物反应器，所述覆盖件还包括釉化材料，所述釉化材料由选自聚乙烯、热塑聚碳酸酯、聚碳酸酯、透明乙烯基、透明聚氯乙烯、玻璃及其组合的材料制备。
33.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构包括HDPE。
34.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构包括泡沫。
35.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构能够分解和堆叠。
36.根据权利要求30所述的光生物反应器，还包括邻近于所述在与所述腔体相对的侧面上的至少一部分设置的泡沫绝缘件。
37.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构安装于所述地面上。
38.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述培养基具有稳定pH。
39.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述生物材料从所述培养基通过重力管线收集。
40.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中离开所述气体递送系统的气流提供所述培养基的混合速率。
41.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述培养基被从所述近端驱动至所述远端。
42.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述气体和二氧化碳递送系统结合pH缓冲剂用于稳定所述培养基的所述pH。
43.根据权利要求36所述的光生物反应器，其中所述泡沫绝缘件包括所述支承结构。
44.根据权利要求40所述的光生物反应器，还包括从所述近端至所述远端的倾斜，其中所述倾斜和所述混合速率以从所述近端至所述远端的方向驱动所述培养基。
45.根据权利要求31、38-42或44中任一项所述的光生物反应器，还包括流体泵送系统和搅拌系统中的至少一者，用于混合和/或循环所述培养基。
46.根据权利要求45所述的光生物反应器，其中所述气体递送系统、流体泵送系统和搅拌系统中的至少二者运行以创建策略混合模式。
47.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括返回结构用于将收集的流体再循环返回所述腔体。
48.根据权利要求47所述的光生物反应器，其中所述返回结构包括导管、管材和通道中的至少一者。
49.根据权利要求47-48中任一项所述的光生物反应器，其中所述返回结构设置于所述腔体的外部。
50.根据权利要求47-48中任一项所述的光生物反应器，其中所述返回结构设置于所述腔体的内部。
51.根据权利要求48-50中任一项所述的光生物反应器，其中所述导管、管材和通道中的至少一者是透明的。
52.根据权利要求51所述的光生物反应器，其中光施加到导管、管材和通道中的至少一者。
53.根据权利要求52所述的光生物反应器，其中所述光施加到导管、管材和通道中的所述至少一者的至少一侧。
54.根据权利要求52所述的光生物反应器，其中所述光施加到导管、管材和通道中的所述至少一者的不止一侧。
55.根据权利要求52所述的光生物反应器，其中所述光由选自LED和微型LED中的至少一者的光源提供。
56.根据权利要求55所述的光生物反应器，其中所述光源包括光棒。
57.根据权利要求52-56中任一项所述的光生物反应器，其中所述光连续施加。
58.根据权利要求52-56中任一项所述的光生物反应器，其中所述光非连续施加。
59.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括引入所述腔体的光源。
60.根据权利要求59所述的光生物反应器，其中所述光源包括LED或微型LED。
61.根据权利要求51-60中任一项所述的光生物反应器，其中所述光包括波长在约600nm至约700nm、约650nm至约700nm、约620nm至约650nm以及约680nm至约700nm中的至少一者的范围内的光。
62.根据权利要求51-61中任一项所述的光生物反应器，其中所述光包括波长在约400nm至约550nm、约450nm至约550nm以及约400nm至约500nm中的至少一者的范围内的光。
63.根据权利要求51-62中任一项所述的光生物反应器，其中所述光包括波长为约430nm、约453nm、约643nm、约662nm、680nm和约700nm中的至少一者的光。
64.根据权利要求48-52中任一项所述的光生物反应器，其中二氧化碳、空气和臭氧中的至少一者被引入所述导管、管材和通道中的至少一者。
65.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括涂层、覆盖件或膜中的至少一者，其把光分为选定波长。
66.根据权利要求65所述的光生物反应器，其中所述涂层、覆盖件或膜中的至少一者结合到覆盖件、管材和导管中的至少一者。
67.一种用于组装光生物反应器的套件，所述套件包括：
a)两个基座壁；
b)近端侧壁；
c)远端侧壁；以及
d)能够被折叠、折卷或卷起的第一衬垫；
当组装成光生物反应器时，其包括被以下各项限定的腔体：
i)包括所述基座壁的大致V-型基座，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：
1)倾斜部分和大致垂直部分；
2)近端和远端；以及
3)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；
ii)邻近于所述近端设置的所述近端侧壁；以及
iii)邻近于所述远端设置的所述远端侧壁。
68.根据权利要求67所述的套件，其中所述基座壁和所述侧壁包括泡沫块。
69.根据权利要求67-68中任一项所述的套件，还包括第二衬垫，当组装时，其至少部分包含所述基座壁和所述侧壁。
70.一种用于组装光生物反应器的套件，所述套件包括：
a)限定多个渐缩内部尺寸的波形基座，所述尺寸形成至少两个平行的大致V-型结构；
b)近端侧壁；
c)远端侧壁；以及
d)能够被折叠、折卷或卷起的第一衬垫；
当组装成光生物反应器时，其包括被以下各项限定的腔体：
i)所述波形基座，所述波形基座包括：
1)第一大致垂直部分；
2)第一倾斜部分；
3)第二倾斜部分；
4)第三倾斜部分；
5)第四倾斜部分；
6)第二大致垂直部分；
其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；
其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；
其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且
其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；
7)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；
ii)邻近于所述近端设置的所述近端侧壁；以及
iii)邻近于所述远端设置的所述远端侧壁。
71.根据权利要求70所述的套件，其中所述波形基座还包括：
1)第五倾斜部分；和
2)第六倾斜部分；
其中所述第一第五部分和所述第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；并且
其中所述第五倾斜部分和所述第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度。
72.根据权利要求71所述的套件，其中所述波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。
73.根据权利要求70-72中任一项所述的套件，其中所述波形基座和所述侧壁包括泡沫块。
74.根据权利要求70-73中任一项所述的套件，还包括第二衬垫，当组装时，其至少部分包含所述波形基座和所述侧壁。
75.根据权利要求69或74中任一项所述的套件，其中所述第一和所述第二衬垫是折叠、折卷或卷起的，并且所述支承结构是分解的。
76.根据权利要求69或74-75中任一项所述的套件，其中所述第一和所述第二衬垫彼此固定。
77.一种制备生物质的方法，所述方法包括：
a)在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括：
i)被以下各项限定的腔体：
1)包括两个基座壁的大致V-型基座，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：
A)倾斜部分和大致垂直部分；
B)近端和远端；以及
C)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；
2)邻近于所述近端的近端侧壁；
3)邻近于所述远端的远端侧壁；
ii)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个气体递送系统；以及
iii)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个二氧化碳递送系统；
b)通过所述气体递送系统供应气体，生成具有约1和约3mm之间直径的气泡；以及
c)通过所述二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.001和约500微米之间直径的气泡。
78.一种制备生物质的方法，所述方法包括：
a)在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括：
i)被以下各项限定的腔体：
1)限定多个渐缩内部尺寸的波形基座，所述尺寸形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：
A)第一大致垂直部分；
B)第一倾斜部分；
C)第二倾斜部分；
D)第三倾斜部分；
E)第四倾斜部分；
F)第二大致垂直部分；
其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；
其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；
其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且
其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；
G)近端和远端；以及
H)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；
2)邻近于所述近端的近端侧壁；以及
3)邻近于所述远端的远端侧壁；
ii)设置于所述腔体内并且平行于所述第一轴和所述第二轴中的至少一者延伸的至少一个气体递送系统；以及
iii)设置于所述腔体内并且平行于所述第一轴和所述第二轴中的至少一者延伸的至少一个二氧化碳递送系统；
b)通过所述气体递送系统供应气体，生成具有约1和约3mm之间直径的气泡；以及
c)通过所述二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.001和约500微米之间直径的气泡。
79.根据权利要求78所述的方法，其中所述波形基座还包括：
1)第五倾斜部分；和
2)第六倾斜部分；
其中所述第一第五部分和所述第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；
其中所述第五倾斜部分和所述第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度；
其中所述至少一个气体递送系统设置于所述腔体内，并且平行于所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴中的至少一者延伸；并且
其中所述至少一个二氧化碳递送系统设置于所述腔体内，并且平行于所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴中的至少一者延伸。
80.根据权利要求79所述的方法，其中所述波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。
81.根据权利要求77-80中任一项所述的方法，其中离开所述气体递送系统的气流基本上防止固体的沉降。
82.根据权利要求77-81中任一项所述的方法，还包括运行臭氧传感器和控制系统，使得所述培养基中的臭氧水平维持在约0.5和约1mg/mL之间。
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