CN105670934A - 一种光生物细胞接种方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光生物细胞接种方法及装置，涉及微藻养殖技术领域，能够使光生物细胞均匀地、牢固地分布并附着在介质上。本发明公开的光生物细胞接种方法包括步骤：1)将光生物细胞分散于液体中以配制成含光生物细胞的溶液；2)预置相对于所述光生物细胞呈惰性的介质；3)根据所述光生物细胞可承受的压力和所述介质的附着强度，通过施加相应的压力将所述含光生物细胞的溶液喷射到所述介质上。本发明公开的光生物细胞接种方法适用于微藻养殖的前期接种过程。

Description

一种光生物细胞接种方法及装置

技术领域

本发明涉及光生物细胞培养技术领域，尤其涉及一种光生物细胞接种方法及装置。

背景技术

微藻的大规模、高产养殖是制约微藻产业化发展的瓶颈，低成本、高效培养方式的开发是规模化生产的关键。现有培养方式以“水体培养”为主，即在液体培养基中进行微藻培养的方式，其主要包括开放式跑道池和封闭/半封闭反应器。但在“水体培养”中，由于阳光射入藻液表层几厘米后即衰减为零，且藻液内外混合效果差，使得微藻的光利用率较低，从而影响了微藻的产量；此外，培养过程中还存在“大水体”(即含有微藻的液体培养基)混合困难、混合能耗高等问题。因而，“附着培养”方式(即，使微藻附着在介质上，从而进行固定化培养的方式)被尝试用于微藻养殖。

现有技术中，通常使用抽滤方式将微藻细胞接种在介质上。该方法中，使抽真空装置与微藻细胞分别位于介质的两侧，由于介质具有通孔，且通孔孔径小于微藻细胞的直径(一般为0.1～10μm)，从而通过抽真空方式实现对微藻细胞的截留，以将微藻细胞接种在介质上。这种接种方式在实验室小试规模下效果良好、应用普遍，但当接种面积较大时，工艺放大后的抽真空装置的抽真空强度和抽真空均一度(即介质各个部位受到的作用力的均一度)明显降低，从而使微藻细胞在介质上附着分布不均匀，尤其当接种面积较大、且接种的微藻量较大时(即接种后微藻细胞在介质上分布的厚度较大)，细胞层产生的阻力也较大，致使抽滤操作困难、细胞附着不牢固，在后续培养过程中容易脱落，且脱落的细胞流入到培养液中容易引起培养液污染。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种光生物细胞接种方法及装置，能够使光生物细胞均匀地、牢固地分布在介质上。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种光生物细胞接种方法，其中，包括步骤：

1)将光生物细胞分散于液体中以配制成含光生物细胞的溶液；

2)预置相对于所述光生物细胞呈惰性的介质；

3)根据所述光生物细胞可承受的压力和所述介质的附着强度，通过施加相应的压力将所述含光生物细胞的溶液喷射到所述介质上。

优选地，所述含光生物细胞的溶液中，光生物细胞的浓度为1-250g/L。

优选地，步骤3)中所述相应的压力为1-15bar。

优选地，步骤3)中，将所述含光生物细胞的溶液喷射到所述介质上时，喷射到所述介质上的液滴直径为0.1μm-5mm。

特别地，步骤3)之后还可以进一步包括：

向附着有光生物细胞的所述介质上喷射附着强化剂。

优选地，所述光生物细胞接种方法中，步骤3)中，在所述介质的一侧喷射所述含光生物细胞的溶液，而在所述介质的另一侧设置有能够产生吸引力的物质或装置。

可选地，步骤1)具体包括：

向液体中添加防止所述光生物细胞失活的保护剂、和/或维持所述光生物细胞活性及生长所需的营养物质、和/或促使所述光生物细胞在所述介质上形成生物膜的促成膜物质；

将光生物细胞分散于所述液体中以配制成含光生物细胞的溶液。

优选地，所述介质为表面粗糙的材料。

具体地，所述表面粗糙的材料包括具有多孔性和/或多绒毛性的材料。

另一方面，本发明提供了一种光生物细胞接种装置，其中，所述接种装置包括：

光生物细胞存储室，用于储存含光生物细胞的溶液；

与所述光生物细胞存储室相连的加压组件，所述加压组件用于为所述含光生物细胞的溶液施加压力；

与所述光生物细胞存储室相连的喷头，所述喷头用于将所述加压组件施加压力后的所述含光生物细胞的溶液喷射到介质上。

特别地，所述喷头包括雾化喷头。

具体地，所述加压组件的加压方式包括机械力加压、气体加压、重力加压、输送装置加压中的至少一种。

本发明实施例提供的光生物细胞接种方法及装置，首先将光生物细胞分散于液体中以配置含光生物细胞的溶液，然后通过施加压力将其喷射至预置好的介质上，在压力作用下，含光生物细胞的溶液将以大小均匀的液滴形式喷出，从而能够使光生物细胞均匀地附着在介质上；并且在压力作用下，喷射出的含光生物细胞的溶液具有一定的喷射强度，从而使光生物细胞牢固地附着在介质上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明实施例提供的一种光生物细胞接种方法的流程图；

图2：本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置的示意图；

图3：本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置的示意图；

图4：本发明实施例提供的依靠气体加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置的示意图；

图5：本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置的示意图；

图6：本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置的示意图；

图7：本发明实施例提供的依靠重力加压方式、或气体加压方式、或输送装置加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置的示意图；

图8：本发明实施例提供的依靠重力加压方式、或气体加压方式、或输送装置加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种光生物细胞接种方法，其中，包括步骤：

S1、将光生物细胞分散于液体中以配制成含光生物细胞的溶液；

S2、预置相对于光生物细胞呈惰性的介质；

S3、根据光生物细胞可承受的压力和介质的附着强度，通过施加相应的压力将含光生物细胞的溶液喷射到介质上。

本发明实施例提供的光生物细胞接种方法，首先将光生物细胞分散于液体中以配制成均匀的含光生物细胞的溶液，然后通过施加压力将其喷射至预置好的介质上，在压力作用下，含光生物细胞的溶液将以大小均匀的液滴形式喷出，能够使光生物细胞均匀地附着在介质上；并且在压力作用下，喷射出的含光生物细胞的溶液具有一定的喷射强度，从而使光生物细胞牢固地附着在介质上。

需要说明的是，本发明实施例提供的光生物细胞接种方法可以根据介质面积大小、介质形状等调控喷射位置、喷射移动速度，使含光生物细胞的溶液能够被喷射至介质的任意位置，从而能够使含光生物细胞的溶液更加均匀地附着在介质上；还可以通过控制喷射量或喷射次数等控制喷射至介质上的光生物细胞量，从而实现所需的接种密度。而且，当接种量较大时，通过延长喷射时间或加大喷射量、增加喷射次数、增加喷射压力等方式，仍然能够使光生物细胞均匀、牢固地附着介质上。也就是说，本发明实施例提供的光生物细胞接种方法操作灵活，能够根据实际需要任意调节喷射压力、喷射位置、喷射移动速度、喷射量等参数，使光生物细胞更加均匀、牢固地附着在介质上，从而得到更好的接种效果。

需要说明的是，步骤S1中的光生物细胞为任何可以利用光能进行自养的生物细胞，比如微藻细胞、植物细胞等。

具体地，步骤S1中的液体可以是任何可以分散光生物细胞、且能保持其活性的液体，比如可以是水，即将光生物细胞分散于水中以配置成含光生物细胞的溶液。

上述步骤S1具体可以包括：向液体中添加防止光生物细胞失活的保护剂、和/或维持光生物细胞活性及生长所需的营养物质、和/或促使光生物细胞在介质上形成生物膜的促成膜物质；将光生物细胞分散于所述液体中以配制成含光生物细胞的溶液。即先将保护剂、和/或营养物质、和/或促成膜物质添加到液体中形成混合溶液，再将光生物细胞分散于上述液体中，从而配制成含光生物细胞的溶液。

在液体中添加上述防止光生物细胞失活的保护剂，可以防止因为氧化、溶胀、脱水、温度剧变、压力剧变、pH剧变、离子强度剧变等而造成光生物细胞失活。具体地，该保护剂例如可以为维生素C，以防止光生物细胞氧化，可以为氯化钠(NaCl)，以配成适合光生物细胞存活的浓度，从而防止光生物细胞溶胀及脱水，可以为磷酸二氢钾(KH₂PO₄)和磷酸氢二钾(K₂HPO₄)、和/或醋酸和醋酸钠，以缓解PH值剧变，也可以是上述任意两种或两种以上，总之，只要能够防止光生物细胞失活即可，本发明对此不作限定。

在液体中添加上述维持光生物细胞活性及生长所需的营养物质，可以保证光生物细胞在接种到介质之前、以及接种过程中能够更好地生长，该营养物质比如可以是光生物细胞培养所常用的碳源、氮源、无机盐等，总之，只要其能够维持光生物细胞的活性、并为其正常生长提供营养即可，本发明对此不作限定。

在液体中添加上述促使光生物细胞在介质上形成生物膜的促成膜物质，有利于当光生物细胞附着在介质表面和/或内部时，能够促进光生物细胞与介质之间或光生物细胞与细胞之间的连接或粘附，从而进一步增强光生物细胞的附着性能，促使介质表面及/或内部形成由光生物细胞构成的生物膜。具体地，该促成膜物质例如可以为海藻酸盐、明胶、琼脂中的至少一种。

可以理解的是，上述保护剂、和/或营养物质、和/或促成膜物质，也可以与光生物细胞同时加入到液体中，从而配成含光生物细胞的溶液；或者，也可以先将光生物细胞分散于液体中，配制成含光生物细胞的溶液之后，再向含光生物细胞的溶液中添加上述保护剂、和/或营养物质、和/或促成膜物质。

在本发明的一个实施例中，在含光生物细胞的溶液中，光生物细胞的浓度可以为1-250g/L，优选为4-200g/L、再优选为10-180g/L、进一步优选为50-150g/L、更优选为100-150g/L，比如可以为1g/L、4g/L、10g/L、30g/L、50g/L、80g/L、100g/L、130g/L、150g/L、180g/L、200g/L、220g/L或250g/L。这样，含光生物细胞的溶液不会因浓度太低而导致需要喷射多次才能达到预期的接种量，也不会因浓度太高而降低含光生物细胞的溶液的流动性、增大喷射阻力甚至堵塞喷射口。

另外，步骤S3中，如果只是简单的将含光生物细胞的溶液“倒”或“泼”在介质表面，则不能使光生物细胞很好的附着在介质上，即使能够附着在上面其附着效果也会很差。而本发明实施例则通过加压使光生物细胞在一定外力的作用下附着在介质上。

在本发明一个实施例中，步骤S3中相应的压力是根据光生物细胞可承受的压力以及介质的附着强度来确定的。在本发明实施例中，光生物细胞可承受的压力是指光生物细胞的细胞壁能够承受的压力，该压力不会造成细胞壁破裂而使细胞失活；介质的附着强度是指介质可使细胞能够附着在上面的能力，若介质的附着强度大，则细胞在介质上的附着性就强，细胞易于附着在介质上，若介质的附着强度小，则细胞在介质上的附着性就小。也就是说，步骤S3中相应的压力在光生物细胞可承受的压力范围内，而且可以根据介质的附着强度来确定其大小。

具体地，采用本发明实施例提供的介质接种光生物细胞时，所确定的相应的压力可以为1-15巴(bar)，优选为1-10bar、再优选为2-8bar、进一步优选为2-6bar、更优选为2-4bar、更进一步优选为2-3bar，比如可以为1bar、2bar、3bar、4bar、5bar、6bar、7bar、8bar、9bar、10bar、11bar、13bar或15bar。这样，在本发明实施例提供的压力作用下，可以使含光生物细胞的溶液形成相向介质运动的微小液滴，从而均匀地喷射在介质上；而且该压力不会太小而难以喷出细小均匀的液滴，从而避免了细胞在介质上分布不均匀，也不会因压力太大而在喷头处形成较大的剪切力和/或瞬时压力剧变，从而避免了细胞破损或细胞活性降低。

其中，施加的压力可以通过水压方式实现，也可以通过气压方式实现，总之，只要能够使含光生物细胞的溶液以一定压力喷出即可，本发明对此不作限定。

当施加的压力通过气压方式实现时，施加过程中通入的气体可以为任何气体，例如空气、工业废气、氮气或二氧化碳中的至少一种；气体的通入方式可以为分批通入、间歇通入、匀速通入或变速通入，优选连续匀速通入气体。总之，本发明对气体的种类及其通入方式不作限定，只要通过气压可以施加一定的压力将含光生物细胞的溶液喷射至介质上即可。

步骤S3中，将含光生物细胞的溶液喷射到介质上时，喷射到介质上的液滴直径可以为0.1μm-5mm，优选为0.5μm-3mm、再优选为1μm-2mm、进一步优选为2μm-1mm、更优选为5-80μm、更进一步优选为10-50μm，例如可以为0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、5μm、10μm、15μm、30μm、50μm、80μm、1mm、2mm、3mm或5mm。

此直径范围内的液滴既可以避免液滴直径过大而影响喷射的均匀性，还可以避免液滴过小而导致喷射时光生物细胞破损及活性丧失。

在本发明的一个实施例中，所采用的介质可以相对于光生物细胞具有一定的惰性，即介质具有一定的粗糙度，细胞相对于该介质具有一定的可附着性，细胞在介质上既不会流动，也不会聚集，且介质不会对细胞造成损伤。此外，该介质还可以具有一定的机械强度，至少能够承受步骤S3中施加的压力；但本发明对介质的孔隙度不作限定，只要能够附着光生物细胞即可；对介质的材质、厚度也不作限定，例如介质可以是由亲水性的、表面具有一定粗糙度的材料制成。

也就是说，本发明实施例中，介质的选择范围较广，只要是表面粗糙的材料即可，比如可以是多孔性材料或多绒毛性材料，也可以是多孔性兼多绒毛性材料，也就是说，介质可以是具有多孔性、多绒毛性两种特征中的至少一种的材料，总之，只要是表面粗糙的材料即可，本发明对此不作限定。

并且，介质的孔隙度可以相应地增大，不必如现有技术那样必须限定其孔隙度小于细胞大小，即不必限定介质为微孔膜材料。这样，在压力作用下，光生物细胞可以喷射到介质的表面和/或其内部，从而实现了介质、空间和光的充分利用。

进一步地，步骤S3喷射过程中，在介质的一侧喷射含光生物细胞的溶液，而在介质的另一侧(或称介质的背面，即与接种面相对的另一侧面)还可以设置有能够产生吸引力的物质或装置，比如介质背面可以与吸水性材料或抽滤装置等相接触，从而加强光生物细胞与介质附着的紧实度，这样，还可以进一步扩大介质材料的选择范围。

优选地，步骤S3喷射过程中，可以采用现有的工业化装置及设备进行喷射，比如喷射装置，即将喷射装置用于光生物细胞的接种过程中。喷射时可以使喷射装置的喷头与介质所在的平面成一定角度，优选与介质所在的平面相互垂直，比如，介质水平放置，喷射时喷射装置的喷头位于其上方并与介质面垂直，从而使液滴向下运动。

若介质面积大于喷射装置的最大喷射面积，可以使喷射装置的喷头平行于介质所在的平面并以一定速度相对移动，从而将含光生物细胞的溶液均匀喷射在介质的整个表面上。若接种量较大时，可以将含光生物细胞的溶液逐层喷射至介质上，即层层喷射，从而使光生物细胞在介质上分布更加均匀。

另外，当介质的一个表面接种完光生物细胞之后，还可以将该介质翻过来，在另一个表面上继续接种，以增加介质的利用率，比如当使用薄片型介质时，可以在该介质的双面上均接种有细胞，不像现有技术中仅能通过抽滤的方法实现对介质一个表面的接种。

综上，整个喷射过程中，操作比较灵活，可以根据介质面积及接种量随意调节喷射装置的位置、移动速度、喷射量或喷射强度等，从而达到理想的接种效果。

特别地，步骤S3之后所述方法还可以包括：

S4、向附着有光生物细胞的介质上喷射附着强化剂，即能够使光生物细胞与介质的附着更加牢固的物质，比如可以是硼酸与氯化钙的混合物、戊二醛、己二胺中的至少一种。

本发明实施例提供的光生物细胞接种方法，可以通过施加压力将光生物细胞均匀喷射在介质上；并且可以与现有的工业化装置及设备(比如喷射装置)相结合，操作比较灵活，即使接种面积较大或接种量较大时，通过移动喷射装置的喷射位置、调整喷射装置的移动速度或逐层喷射的方式，也能够满足附着性、均匀性等各种需求，即利于规模化培养的光生物细胞接种；并且，介质的选择范围广，只要其具有一定的机械强度、相对于光生物细胞具有一定的惰性即可，多孔性或毛绒性的表面粗糙的材料均可，不必如现有技术那样限制于微孔膜材料；并且，喷射的光生物细胞能够分布在介质的表面和/或内部，即能够使细胞附着于介质的各个表面，从而实现介质、空间和光的充分利用。

相应地，本发明实施例还提供了一种光生物细胞接种装置，可以包括：

光生物细胞存储室，用于储存含光生物细胞的溶液；

与光生物细胞存储室相连的加压组件，该加压组件用于为含光生物细胞的溶液施加压力；

与光生物细胞存储室相连的喷头，该喷头用于将加压组件施加压力后的含光生物细胞的溶液喷射到介质上。

本发明实施例提供的光生物细胞接种装置，首先将光生物细胞分散于液体中以配制成均匀的含光生物细胞的溶液，并储存在光生物细胞存储室中，然后通过加压组件向含光生物细胞的溶液施加压力将其喷射至预置好的介质上，在压力作用下，含光生物细胞的溶液将以大小均匀的液滴形式从喷头中喷出，从而能够使光生物细胞均匀地附着在介质上；并且在压力作用下，喷射出的含光生物细胞的溶液具有一定的喷射强度，从而使光生物细胞牢固地附着在介质上。

此外，本发明实施例提供的光生物细胞接种装置操作简单、易于调控，可灵活控制喷射压力、喷射位置、喷射移动速度、喷射量、以及喷射次数等参数，从而可以使光生物细胞更加均匀、牢固地附着在介质上。例如，当接种量较大时，通过延长喷射时间或加大喷射量及喷射次数等方式，仍然能够使光生物细胞均匀地、牢固地附着在介质上。

特别地，喷头可以是现有技术中已知的各种喷头，例如可以包括雾化喷头，这样，喷出的液滴大小更加均匀且液滴粒径更小，从而增加细胞附着的均匀性。

其中，喷头的喷孔直径可以为0.1μm-5mm，优选为0.5μm-3mm、再优选为1μm-2mm、进一步优选为2μm-1mm、更优选为5-80μm、进一步更优选为10-50μm，例如可以为0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、5μm、10μm、15μm、30μm、50μm、80μm、1mm、2mm、3mm或5mm。

加压组件的加压方式可以包括机械力加压、气体加压、重力加压、输送装置加压中的至少一种。

下面将结合图2～图8对本发明实施例提供的几种光生物细胞接种装置进行详细说明。

图2所示为本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置，可以包括：光生物细胞存储室10、与光生物细胞存储室10相连的加压组件20、设在光生物细胞存储室10上的喷头30及加样口40；其中，光生物细胞存储室10可以为密闭的空腔；加压组件20可以包括设在光生物细胞存储室10内且能沿水平方向左右移动的移动壁23、以及与移动壁23相连的推动杆21，其中，移动壁23设在光生物细胞存储室10内的整个高度面上，移动时，它的左右两侧不相通。

使用时，由加样口40向光生物细胞存储室10内注入配制好的含光生物细胞的溶液，加样完成后封闭加样口40；如图2中带箭头的虚线所示，推动推动杆21以推压移动壁23，从而压缩光生物细胞存储室10，使其容积缩小从而使其中的液体压力增大，进而使含光生物细胞的溶液以具有一定喷射强度的液滴形式由喷头30喷出。

其中，喷射过程中，含光生物细胞的溶液在光生物细胞存储室10中的液面至少要高于喷头30入口处(即喷头30与光生物细胞存储室10的连通口)，以保证含光生物细胞的溶液顺利从喷头30中喷出。

或者，本发明实施例中，也可不设加样口，而是经由喷头30向光生物细胞存储室10中注入含有光生物细胞的溶液。

图3所示为本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置，与图2所示的光生物细胞接种装置所不同的是，该光生物细胞接种装置的加压组件20不包括推动杆，而包括在光生物细胞存储室10侧壁上与喷头30相对一侧设置的注力口25，即注力口25和喷头30分别位于移动壁23两侧。

使用时，由加样口40向光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液，加样完成后封闭加样口40；然后向注力口25通入带压液体(即具有一定压力的液体)或压缩气体，推动移动壁23向右移动(如图3中带箭头的虚线所示)，从而压缩光细胞存储室10，使其容积减小从而使其中的液体压力增大，进而使含光生物细胞的溶液以具有一定强度的液滴形式从喷头30喷出。

其中，喷射过程中，含光生物细胞的溶液在光生物细胞存储室10中的液面至少要高于喷头30入口处(即喷头30与光生物细胞存储室10的连通口)，以保证含光生物细胞的溶液顺利从喷头30中喷出。

或者，本发明实施例中，也可不设加样口，而是经由喷头30向光生物细胞存储室10中注入含有光生物细胞的溶液。

图4所示为本发明实施例提供的依靠气体加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置，与图3所示的光生物细胞接种装置所不同的是，该光生物细胞接种装置的加压组件不包括移动壁，而只包括在光生物细胞存储室10侧壁上的喷头30和注气口27。

使用时，由加样口40向光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液，加样完成后封闭加样口40；然后由注气口27向光生物细胞存储室10注入压缩气体A或带压气体(即具有一定压力的气体)，从而使光生物细胞存储室10中的液体压力增大，进而使含光生物细胞的溶液以具有一定喷射强度的液滴形式从喷头30喷出。

或者，本发明实施例中，也可不设加样口，而是经由喷头30向光生物细胞存储室10中注入含有光生物细胞的溶液。

其中，喷射过程中，含光生物细胞的溶液在光生物细胞存储室10中的液面至少要高于喷头30入口处(即喷头30与光生物细胞存储室的连通口)，以保证含光生物细胞的溶液顺利从喷头30中喷出。

或者，本发明实施例中，光生物细胞接种装置可以不包括注气口27，而使加样口40同时充当加样和注气的双重作用，例如，加样口40与喷头30可以分别设在光生物细胞存储室10的侧壁上。使用时，由加样口40注入含光生物细胞的溶液后，再由此加样口40通入压缩气体或带压气体，从而压缩含光生物细胞的溶液，以使其以液滴形式从喷头30喷出。

图5所示为本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置，其可以看作是由两组图2所示的光生物细胞接种装置组合而成，所不同的是，其中一组的存储室为光生物细胞存储室10，而另一组的存储室为气体存储室50，且这两个存储室互不连通；并且，这两个存储室共用一个喷头30。

使用时，由加样口40向光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液，加样完成后封闭加样口40，由加样口540向气体存储室50内注入气体，加样完成后封闭加样口540；如图5中带虚线的箭头所示，推动推动杆21以推压移动壁23，使光生物细胞存储室10的容积缩小从而使其中的液体压力增大，同时推动推动杆521以推动移动壁523，使气体存储室50的容积缩小从而使其中的气体压力增大，这样，可以使含光生物细胞的溶液与气体在喷头30处形成气液混合物，进而形成具有一定强度的细小液滴。

其中，喷射过程中，含光生物细胞的溶液在光生物细胞存储室10中的液面至少要高于喷头30入口处(即喷头30与光生物细胞存储室10的连通口)，以保证含光生物细胞的溶液顺利从喷头30中喷出。

图6所示为本发明实施例提供的依靠机械力加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置，与图5所示的光生物细胞接种装置的区别在于：该光生物细胞接种装置的加压组件不包括推动杆，而包括在光生物细胞存储室10及在气体存储室50侧壁上与喷头30相对一侧设置的注力口25及注力口525。

使用时，由加样口40向光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液，加样完成后封闭加样口40；由加样口540向气体存储室50内注入气体，加样完成后封闭加样口540；然后向光细胞存储室的注力口25通入带压液体或压缩气体，以推动移动壁23向右移动(如图6中带虚线的箭头a所示)；同时向气体存储室的注力口525通入带压液体或压缩气体，以推动移动壁523向右移动(如图6中带虚线的箭头b所示)，从而分别使光生物细胞存储室10和气体存储室50的容积缩小，使其中的液体或气体压力增大，这样，可以使含光生物细胞的溶液与气体在喷头30处形成气液混合物，进而以具有一定强度的液滴形式由喷头30喷出，从而使喷出的液滴大小更加均匀。

其中，喷射过程中，含光生物细胞的溶液在光生物细胞存储室10中的液面至少要高于喷头30入口处(即喷头30与光生物细胞存储室10的连通口)，以保证含光生物细胞的溶液顺利从喷头30中喷出。

图7所示为本发明实施例提供的依靠重力加压方式、或气体加压方式、或输送装置加压方式施加压力的一种光生物细胞接种装置，其可以包括：光生物细胞存储室10、设于光生物细胞存储室10上的加样口40、与光生物细胞存储室10通过管路连接的喷头30。优选地还可以包括在靠近光生物细胞存储室10一侧的管路上设置的放液阀门60。

使用时，将光生物细胞存储室10放置在高处，其垂直高度至少高于喷头30所在的高度；由加样口40向光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液，然后打开放液阀门60，含光生物细胞的溶液在重力的作用下通过管路进入喷头30，从而以具有一定喷射强度的液滴形式由喷头30喷出。

或者，该光生物细胞接种装置也可以通过气体加压方式来施加压力，比如，使用时，当光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液之后，还可以向加样口40内注入气体以增大光生物细胞存储室10内的压力，从而使含光生物细胞的溶液在气体压力作用下，以具有一定喷射强度的液滴形式由喷头30喷出。

另外，如图7所示，放液阀门60与喷头30之间的管路上还可以设有液体输送装置29，比如泵，从而通过液体输送装置29的输送作用为含光生物细胞的溶液加压，使其以具有一定喷射强度的液滴形式由喷头30喷出；即该光生物细胞接种装置也可以通过输送装置加压，通过控制液体输送装置29的输送能力，从而更加有效地控制液滴的喷射强度。

液体输送装置29与喷头30之间还可以设有液压表22，从而直观地观察管道内的压强，以根据该压强大小调节液体输送装置29，比如调节泵的转速，从而更加方便地调节液滴的喷射强度。

图8所示为本发明实施例提供的依靠重力加压方式、或气体加压方式、或输送装置加压方式施加压力的另一种光生物细胞接种装置，其可以看作是由两组图7所示的光生物细胞接种装置组合而成，所不同的是，其中一组的存储室为光生物细胞存储室10，而另一组的存储室为气体存储室50，并且，与光生物细胞存储室10相连接的管路及与气体存储室50相连接的管路均连接至喷头30。

使用时，将光生物细胞存储室10放置在高处，其垂直高度至少高于喷头30所在的高度；由加样口40向光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液，然后打开放液阀门60；同时，由加样口540向气体存储室50内注入气体，并打开放气阀门560；这样，含光生物细胞的溶液在重力作用下进入喷头30，而气体在压力作用下进入喷头30，二者在喷头30处形成气液混合物，进而形成具有一定强度的细小液滴。

或者，该光生物细胞接种装置也可以通过气体加压方式来施加压力，比如，使用时，当光生物细胞存储室10内注入含光生物细胞的溶液之后，还可以向加样口40内注入气体以增大光生物细胞存储室10内的压力，从而使含光生物细胞的溶液在气体的压力作用下进入喷头30，而气体储存室50内的气体也在压力作用下进入喷头30，从而使二者在喷头30处形成气液混合物，进而形成具有一定强度的细小液滴。

如图8所示，放气阀门560与喷头30之间的管路上还可以设有气体输送装置529(比如空气压缩机)及气压表522，这样，当放液阀门60与放气阀门560同时打开后，可以开启气体输送装置529将气体由气体存储室50输送至喷头30处，而含光生物细胞的溶液在虹吸作用下，也将经由管路进入喷头30，从而使含光生物细胞的溶液与气体在喷头30处形成气液混合物，进而形成具有一定强度的细小液滴。

放液阀门60与喷头30之间的管路上也可以设有液体输送装置29，比如泵；并且，液体输送装置29与喷头30之间还可以设有液压表22，从而使液体输送装置29单独输送含光生物细胞的溶液，使得到达喷头30处的液体具有更加可控、强大的压力。

或者，本发明实施例中，可以不包括气体存储室50，而直接将气体输送装置529或与气体输送装置529相连的管路置于气体环境中，比如，直接将与空气压缩机相连的管路置于大气环境中，通过向喷头30输送空气以加大喷头30处气液混合物的压强，进而增大所形成的细小液体的强度。

下面通过具体实施例进一步详细说明本发明实施例提供的光生物细胞接种方法及装置。

实施例1

本实施例中，光生物细胞为小球藻细胞；分散小球藻细胞的液体为BG11培养基溶液；介质为表面布满2～3mm绒毛、长3m、宽1.5m的棉绒布。接种过程中采用类似图8所示的光生物细胞接种装置，其中，光生物细胞存储室10通过放液阀门60经由空气管直接与喷头30连接；空气压缩机529直接置于大气中，并通过空气管也与喷头30连接；喷头30采用不锈钢雾化喷头，且喷孔孔径为1mm。

将小球藻藻液浓缩至约200g/L，然后用10倍浓度的BG11培养基溶液将其稀释至约100g/L，并将该配制好的含小球藻细胞的溶液储存至光生物细胞存储室10中。

将棉绒布平铺于地面上，喷头30与棉绒布垂直并与棉绒布相距0.6m。开启空气压缩机529，输入空气压力约1.5bar同时，开启放液阀门60，此时，将以气液混合物形式，喷射出直径约1mm左右的、具有一定喷射强度的液滴；喷射过程中，以约5cm/s的速度移动喷头30，使喷头30与棉绒布产生相对移动，从而使小球藻细胞均匀喷布于棉绒布表面，直至达到所需接种量后停止喷射。

经透射光强法检验，在室外同一时刻透过接种后的整个介质的光强在38-52μmol/m²·s之间，可见，小球藻细胞在棉绒布上分布得较为均匀；在后续6天的养殖过程中，未发现细胞脱落、流入营养液的现象，可见，小球藻细胞在棉绒布上附着得较为牢固。

实施例2

本实施例中，光生物细胞为小球藻细胞；分散小球藻细胞的液体为BG11培养基溶液，但其不包含Na₂CO₃组分、而加入了12％聚乙烯醇和2.5％海藻酸钠；介质为表面布满2～3mm绒毛、长10m、宽1.5m的棉绒布；附着强化剂为2％CaCl₂的饱和硼酸溶液、以及戊二醛和己二胺。接种过程中采用类似图8所示的光生物细胞接种装置，其中，光生物细胞存储室10依次经由水泵29及液压表22通过空气管与喷头30相连；空气压缩机529直接置于大气中，并通过空气管经气压表522也与喷头30连接；喷头30采用不锈钢雾化喷头，且喷孔孔径为1mm。

将小球藻藻液浓缩至约200g/L，用5倍浓度的上述BG11培养基溶液(即去除NaCO₃组分、加入12％聚乙烯醇和2.5％海藻酸钠)将其稀释至约150g/L，并将该配制好的含小球藻细胞的溶液储存至光生物细胞存储室10中。

将棉绒布水平悬空铺展，喷头30与棉绒布垂直并与棉绒布相距0.8m。开启水泵29将含小球藻细胞的溶液输送至喷头30处，并通过调节水泵29的流量阀，使含小球藻细胞的溶液在喷头30入口处的压力约3bar；同时，开启空气压缩机529，输入空气压力为2.5bar，这样，通过喷头30喷出粒径小于1mm、具有一定喷射强度的液滴；喷射过程中，以约3cm/s的速度移动喷头30，使喷头30与棉绒布产生相对移动，从而使小球藻细胞均匀喷布于棉绒布表面，直至达到所需接种量后停止喷射。

将喷头30及管路清洗干净后，使喷头30与已接种有小球藻细胞的棉绒布垂直并与棉绒布相距1m，以开始喷射附着强化剂。开启水泵29将含2％CaCl₂的饱和硼酸溶液输送至喷头30，且在喷头30入口处压力约2bar；同时，开启空气压缩机529，输入空气压力为2bar，这样，喷出液滴小于1mm的附着强化剂，并以约3cm/s的速度移动喷头30，使含2％CaCl₂的饱和硼酸溶液均匀喷布于棉绒布表面的小球藻细胞上，此喷布过程重复6遍。最后，采用与喷布含2％CaCl₂的饱和硼酸溶液相同的方法向棉绒布表面附着的小球藻细胞上喷洒戊二醛、己二胺，喷布过程可以重复3遍。

经透射光强法检验，于室外同一时刻透过接种后介质的光强在20-32μmol/m²·s之间，可见，小球藻细胞在棉绒布上分布得较为均匀；在后续5天的养殖过程中，未发现细胞脱落、流入营养液的现象，可见，小球藻细胞在棉绒布上附着得较为牢固。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种光生物细胞接种方法，其特征在于，包括步骤：

1)将光生物细胞分散于液体中以配制成含光生物细胞的溶液；

2)预置相对于所述光生物细胞呈惰性的介质；

3)根据所述光生物细胞可承受的压力和所述介质的附着强度，通过施加相应的压力将所述含光生物细胞的溶液喷射到所述介质上。

2.根据权利要求1所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，所述含光生物细胞的溶液中，所述光生物细胞的浓度为1-250g/L。

3.根据权利要求1所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，步骤3)中所述相应的压力为1-15bar。

4.根据权利要求1所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，步骤3)中，将所述含光生物细胞的溶液喷射到所述介质上时，喷射到所述介质上的液滴直径为0.1μm-5mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，步骤3)之后还包括：

向附着有光生物细胞的所述介质上喷射附着强化剂。

6.根据权利要求1-4任一项所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，步骤3)中，在所述介质的一侧喷射所述含光生物细胞的溶液，而在所述介质的另一侧设置有能够产生吸引力的物质或装置。

7.根据权利要求1-4任一项所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，步骤1)具体包括：

向液体中添加防止所述光生物细胞失活的保护剂、和/或维持所述光生物细胞活性及生长所需的营养物质、和/或促使所述光生物细胞在所述介质上形成生物膜的促成膜物质；

将光生物细胞分散于所述液体中以配制成含光生物细胞的溶液。

8.根据权利要求1-4任一项所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，所述介质为表面粗糙的材料。

9.根据权利要求8所述的光生物细胞接种方法，其特征在于，所述表面粗糙的材料包括具有多孔性和/或多绒毛性的材料。

10.一种光生物细胞接种装置，其特征在于，包括：

光生物细胞存储室，用于储存含光生物细胞的溶液；

与所述光生物细胞存储室相连的加压组件，所述加压组件用于为所述含光生物细胞的溶液施加压力；

与所述光生物细胞存储室相连的喷头，所述喷头用于将所述加压组件施加压力后的所述含光生物细胞的溶液喷射到介质上。

11.根据权利要求10所述的光生物细胞接种装置，其特征在于，所述喷头包括雾化喷头。

12.根据权利要求10所述的光生物细胞接种装置，其特征在于，所述加压组件的加压方式包括机械力加压、气体加压、重力加压、输送装置加压中的至少一种。