CN111996103A - 一种多模式微藻培养设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微藻培养领域，公开了一种多模式微藻培养设备，包括外箱组件和多个培养单元，外箱组件包括外箱、气泵、灯管以及多个样品瓶，培养单元与样品瓶一一对应，培养单元包括培养罐和压力密度计，气泵用于从外部向外箱内泵入空气，灯管设置在外箱内，样品瓶设置在外箱的外部，培养罐具有微藻注入口和培养基注入口，压力密度计具有两个位于不同高度的压力检测件，压力密度计用于通过两个压力检测件测得的实时压力差检测微藻溶液的实时密度，因此，本发明能够通过一台设备完成对微藻的三种方式的培养并进行数据采集，以便进行后续的样品对比分析。
Description
技术领域
本发明属于微藻培养领域，具体涉及一种多模式微藻培养设备。
背景技术
微藻是一类在显微镜下才能看到的，单细胞或多细胞生物，它们含有叶绿体，能进行光合作用，同时固定空气中的二氧化碳。与传统植物相比，具有光合利用率高，生长速度快的优势。近年来微藻已被广泛应用于水产养殖，营养保健，化妆品，环境净化，生物能源等领域。
微藻的培养方式有自养，异养和兼养三种。自养是指给微藻提供足够的光照，微藻通过叶绿体的光合作用利用光能，固定二氧化碳进行生长的培养方式，空气中的二氧化碳为主要碳源。异养是指，不给微藻提供光源，在微藻的培养基中添加足够的有机碳，如葡萄糖，乙酸钠或甘油等，微藻藻通过吸收利用培养基中的有机碳进行生长的培养方式，培养基中的有机碳为主要碳源。兼养是指在给微藻提供足够光照的同时，在培养基中加入有机碳，微藻既能利用二氧化碳进行光合作用，也能利用培养基中的有机碳源进行生长的方式，空气中的二氧化碳和培养基中的有机碳共同组成微藻的碳源。
现有技术中的微藻培养设备都是针对于特定微藻培养方式设计的，但显然在这些设备中仍存在以下不足：1.没有一个设备能够实现在自养，异养和兼养三种培养方式下培养微藻，若需要进行三种不同培养方式对比分析，往往多种不同的微藻培养设备，2.这些微藻培养设备并不能达到良好的气密性，在微藻培养、取样、安装等过程中容易受到污染，从而影响研究结果，3.现在的培养设备均为单组、单罐，无法单独完成多组样品的对照实验。4.现有技术中的异养培养是在完全避光的情况下进行的，培养设备被完全遮挡，在培养阶段，很难了解微藻内部生长情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多模式微藻培养设备，该多模式微藻培养设备能够同时实现三种培养方式，从而使得通过一台设备即可完成对微藻的三种方式的培养并进行数据采集，以便进行后续的样品对比分析。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：
一种多模式微藻培养设备，用于对加入培养基的微藻进行培养，其特征在于，包括：外箱组件，包括外箱、气泵、灯管以及多个样品瓶，气泵设置在外箱上，用于从外部向外箱内泵入空气，灯管设置在外箱内，样品瓶设置在外箱的外部；以及多个培养单元，培养单元设置在外箱内并与多个样品瓶一一对应，培养单元包括培养罐组件和密度检测组件，培养罐组件包括培养罐和进气管，培养罐具有微藻注入口和培养基注入口，进气管的一端与气泵连通，另一端位于培养罐的内部的底部，培养罐的内部的底部与样品瓶连通，其中，密度检测组件设置在培养罐上，密度检测组件包括压力密度计，压力密度计具有两个位于不同高度的压力检测件，压力密度计用于通过两个压力检测件测得的实时压力差检测微藻溶液的实时密度。
优选地，灯管的数量为多个，沿外箱的周向均匀分布，外箱组件还包括反光膜，反光膜设置在外箱的内壁表面。
优选地，培养单元还包括搅拌组件，搅拌组件包括搅拌电机、搅拌轴以及多个搅拌叶，培养罐为竖直设置的圆柱形培养罐，搅拌电机设置在培养罐的上端，搅拌轴设置培养罐内，并安装在搅拌电机的输出轴上，搅拌轴沿竖直方向延伸，多个搅拌叶均匀地沿竖直方向设置在搅拌轴上。
进一步地，搅拌叶为斜桨式搅拌叶，并且沿水平方向延伸，搅拌叶的叶扇长度为培养罐的直径的1/3，位于搅拌轴的最下端的搅拌叶与培养罐的底面的距离为搅拌叶的长度的4/5，两个相邻搅拌叶之间的距离为搅拌叶的长度的1.5倍。
优选地，外箱组件还包括设置在外箱的外表面的多个取样管和多个设置在取样管上的控制阀门，多个取样管、多个控制阀门以及多个样品瓶相互一一对应，取样管的一端与外箱连通，另一端位于样品瓶的正上方，控制阀门用于控制取样管的畅通或关闭，培养罐组件还包括连接管，连接管的一端与取样管连通，另一端与培养罐的内部的底部连通。
进一步地，样品瓶的容积大于取样管的容积。
优选地，显示装置，设置在外箱的外部，显示装置与压力密度计信号连接，显示装置用于显示微藻溶液的实时密度。
优选地，灯管为LED灯管，灯管用于发出白光、蓝光或者红光。
优选地，进气管中设置有第一过滤器，第一过滤器的过滤孔径小于0.2微米。
优选地，培养罐组件还包括出气管，出气管的一端位于培养罐的上端的外侧，另一端位于培养罐的内部，且另一端位于培养罐的上端面的近旁，出气管的内部自下而上依次设置有冷凝器和第二过滤器，第二过滤器的过滤孔径小于0.2微米。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.因为本发明的多模式微藻培养设备的气泵设置在外箱上，气泵用于从外部向外箱内泵入空气，灯管设置在外箱内；样品瓶设置在培养罐的外部，培养罐具有微藻注入口和培养基注入口，压力密度计具有两个位于不同高度的压力检测件，压力密度计用于通过两个压力检测件测得的实时压力差检测微藻溶液的实时密度，因此，本发明能够通过一台设备能够完成对微藻的三种方式的培养并进行数据采集，以便进行后续的样品对比分析。
2.因为本发明的灯管的数量为多个，沿外箱的周向均匀分布，外箱组件还包括反光膜，反光膜设置在外箱的内壁表面，因此，本发明能够加强外箱内部的光照效果，配合透明材质的培养罐，使得微藻在自养过程能收到更充分的光照。
3.因为本发明的培养单元还包括搅拌组件，搅拌组件包括搅拌电机、搅拌轴以及多个搅拌叶，搅拌电机设置在培养罐的上端，搅拌轴设置培养罐内，并安装在搅拌电机的输出轴上，搅拌轴沿竖直方向延伸，多个搅拌叶沿竖直方向设置在搅拌轴上，因此，本发明能够通过搅拌使得微藻与空气进行充分接触，并且能够避免微藻聚集沉淀在培养罐底部，在自养和兼养时能够保证微藻得到充分的光照，从而实现更好的培养效果。
4.因为本发明的样品瓶的容积大于取样管的容积，因此，本发明在取样前只需先接满一样品瓶的微藻样品再废弃，即能够方便地去除前次取样过程中在取样管剩余的微藻样品，从而避免了多次微藻取样间样品的相互影响。
5.因为本发明还包括显示装置，显示装置与压力密度计信号连接，显示装置用于显示微藻溶液的实时密度，因此，在本发明的培养过程中，微藻培养数据能够更容易地被识别。
6.因为本发明的灯管为LED灯管，灯管用于发出白光、蓝光或者红光，因此，本发明能够利用不同种类微藻对不同颜色环境光具有不同的吸光能力这一生物特性，进一步加强特定种类微藻的自养效果。
7.因为本发明的进气管中设置有第一过滤器，第一过滤器的过滤孔径小于0.2微米，因此，本发明能够有效地避免微藻自养培养过程中的杂菌污染，从而保证微藻培养数据的准确。
附图说明
图1为本发明的实施例的多模式微藻培养设备的透视结构示意图一；
图2为本发明的实施例的多模式微藻培养设备的外观示意图；
图3为本发明的实施例的多模式微藻培养设备的透视结构示意图二；
图4为本发明的实施例的培养单元的透视示意图一；
图5为本发明的实施例的培养单元的透视示意图二；
图6为本发明的实施例的培养单元的俯视外观图；以及
图7为本发明的实施例的搅拌叶的示意图。
图中：100、多模式微藻培养设备，10、外箱组件，11、外箱,12、箱盖,13、气泵,14、灯管,15、取样管,16、控制阀门,17、样品瓶,20、培养单元，21、培养罐组件，211、培养罐体，212、培养罐盖，2121、进气口，2122、微藻注入口，2123、培养基注入口，213、进气管，2131、第一过滤器，2132、开关阀门，214、出气管，2141、冷凝器，2142、第二过滤器，215、连接管，216、微藻取样管，22、搅拌组件，221、搅拌电机，222、搅拌轴，223、搅拌叶，2231、搅拌叶扇，23、压力密度计，231、压力检测件，30、显示装置。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的一种多模式微藻培养设备作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1-3所示，本实施例中的一种多模式微藻培养设备100，用于对加入培养基的微藻进行培养并进行数据采集，包括外箱组件10、培养单元20以及显示装置30。
外箱组件10包括外箱11、箱盖12、气泵13、灯管14、反光膜(附图中未标出)、取样管15、控制阀门16以及样品瓶17。
在本实施例中，箱盖12盖合在外箱11上，将外箱11完全密封，并且外箱11和箱盖12均由不透明的材料制成，以满足微藻培养环境的完全避光要求。
气泵13设置在外箱11上，用于从外部向外箱11内泵入空气，以满足微藻培养环境对二氧化碳和氧气的需求。
灯管14设置在外箱11内，灯管14的数量为多个，沿外箱11的周向均匀分布，灯管14为LED灯管，灯管14用于发出白光、蓝光或者红光，在本实施例中，灯管14为沿外箱11高度方向布设的条形LED灯，灯管14能够通过遥控选择性发出白光、蓝光或者红光，灯管的长度可以相同，也可以不同。
反光膜设置在外箱11的内壁表面，在本实施例中，反光膜的铺贴方式为在外箱11和箱盖12的内壁表面满贴，从而能够通过反光膜对灯管14发出的光进行反射，从而大大提高外箱11内部的光照强度及光照均匀度。
取样管15和样品瓶17的数量均为多个，并且一一对应，取样管15设置在外箱11的外表面，样品瓶17设置在外箱的11外部，取样管15的一端与外箱连通，另一端位于样品瓶17的正上方，样品瓶17的容积大于取样管15的容积，在本实施例中，取样管15和样品瓶17的数量均为3个，样品瓶17竖直设置，样品瓶17的瓶口通过嵌插方式安装在取样管15的另一端。
控制阀门16的数量为多个，并且取样管15、控制阀门16以及样品瓶17相互一一对应，控制阀门16设置在取样管15上，用于控制取样管16的畅通或关闭，从而使得样品瓶17与外箱11内部连通或者隔离，在本实施例中，控制阀门16的数量为3个。
如图4-6所示，培养单元20的数量为多个，均设置在外箱11内并与样品瓶17一一对应，培养单元20包括培养罐组件21、搅拌组件22以及密度检测组件23，在本实施例中，培养单元20的数量为3个。
培养罐组件21包括由培养罐体21与培养罐盖212构成的培养罐、进气管213、出气管214、连接管215以及微藻排出管216，在本实施例中，培养罐体21与培养罐盖212为一体式结构，并且采用透明材料制成，从而能够更好的接受箱体11内的光照。
培养罐为竖直设置的圆柱形培养罐，培养罐盖212具有进气口2121、微藻注入口2122和培养基注入口2123，在本实施例中，进气口2121通过带有阀门的管路从外箱11的外部向培养罐体211内可人为控制地通入空气气流，微藻注入口2122和培养基注入口2123的内部均设置有密封塞和单向阀，微藻注入口2122用于向培养罐体212内注入预定微藻，培养基注入口2123用于向培养罐体211内注入预定微藻培养基，在预定微藻和预定微藻培养基的注入过程中，培养罐体212和外部空气不发生交换现象。
进气管213的一端与气泵13连通，另一端位于培养罐体212的内部的底部，进气管213中设置有第一过滤器2131，第一过滤器2131的过滤孔径小于0.2微米，从而能够有效地过滤掉空气中的细菌、真菌等微生物，进而避免其进入罐体211的内部，与微藻争夺内部的培养液并污染侵蚀微藻。在本实施例中，进气管213通过培养罐盖212，进气管213上还安装有开关阀门2132，通过人为控制开关阀门2132能够控制进气管213的畅通或关闭。
出气管214的一端位于培养罐盖212的外侧，另一端位于培养罐体211的内部，且另一端位于培养罐盖212的近旁，进气管213的另一端与出气管214的另一端的位置设置使得在进气管213能够将泵入的空气引导至培养罐体211的底部，并且出气管214能够将位于培养罐体211的上层的空气进行排除，从而能够保证在微藻培养过程中空气的及时更新，在自养培养的过程中为微藻提供充分的CO2，以保证微藻光合作用的效率；而在异养培养的过程中，与微藻吸收葡萄糖等碳源相关的糖转运蛋白需要O2的刺激才能发挥作用，持续的空气更新保证了培养罐体211中足够的氧气浓度，保证了微藻对培养基中葡萄糖等碳源的吸收效率。而在兼养培养的过程中，足够的CO2和O2浓度同时保证了微藻的光合作用和微藻对培养基中碳源的吸收效率。同时，通气即保证了培养罐体211内的气体流动，也可带动培养罐体211内的液体培养基的流动，具有一定的搅拌作用，出气管214的内部自下而上依次设置有冷凝器2141和第二过滤器2142，在微藻培养的过程中，特别是需要在较高温度条件下培养微藻时，部分培养基会被蒸发，冷凝器2141可使被蒸发的培养基液体迅速冷凝回流，从而避免培养基中各种营养盐的浓度受到影响。第二过滤器2142的过滤孔径小于0.2微米，与二过滤器2131的作用相同，也是用于阻挡空气中的真菌、细菌等微生物进入培养罐体211，尤其是在某些突发情况气泵13不能正常工作时，出气管214没有气体排出，为避免杂菌从出气管214进入培养罐体211而污染微藻时，由第二过滤器2142来对气体进行微生物的过滤，在本实施例中，出气管214通过培养罐盖212。
连接管215的一端与取样管17在箱体11上的连通口连通，另一端与培养罐体211的内部连通，即培养罐体211的内部与样品瓶17连通。
在本实施例中，微藻排出管216自带阀门，一端与培养罐体211的内部的底部连通，微藻排出管216可人为控制其畅通或关闭，当进气口2121向培养罐体212通入空气气流，并且微藻排出管216畅通时，培养罐体211的内部形成流通气流，能够迅速地将培养罐体212内的含预定微藻的溶液迅速彻底地排至外箱11的外部。
搅拌组件22包括搅拌电机221、搅拌轴222以及搅拌叶223。
搅拌电机221设置在培养罐盖212上，搅拌轴222设置培养罐体211内，并且搅拌轴222安装在搅拌电机221的输出轴上，搅拌轴222沿竖直方向延伸。
搅拌叶223的数量为多个，多个搅拌叶223均匀地沿竖直方向设置在搅拌轴222上，搅拌叶223为斜桨式搅拌叶，并且沿水平方向延伸，搅拌叶223的叶扇长度为培养罐体211的直径的1/3，位于搅拌轴222的最下端的搅拌叶223与培养罐体211的底面的距离为搅拌叶223的长度的4/5，两个相邻搅拌叶223之间的距离为搅拌叶223的长度的1.5倍，在本实施例中，如图7所示，搅拌叶扇2231的数量为3个，每个搅拌叶扇2231的夹角为120°。
密度检测组件设置在培养罐上，密度检测组件包括压力密度计23。
压力密度计23具有两个位于不同高度的压力检测件231，压力密度计23用于通过两个压力检测件231测得的实时压力差检测微藻溶液的实时密度，在本实施例中，压力密度计23呈杆状并沿竖直方向设置，两个压力检测件231均位于培养罐体211内，并且均浸入预定微藻的溶液内。
显示装置30设置在外箱30的外部表面，显示装置20与压力密度计23信号连接，显示装置30用于显示微藻溶液的实时密度，在本实施例中，显示装置30包括数码显示屏，数码显示屏以数字形式显示微藻溶液的实时密度。
多模式微藻培养设备100的使用过程如下：
首先，将培养罐从外箱11中拿出，与预定微藻培养基一起放入高压灭菌釜中灭菌，灭菌时，将多模式微藻培养设备100的所有阀门打开，灭菌后，将预定微藻培养基、预定微藻以及培养罐一同放入超净工作台内进行操作，所有设备都要用乙醇或消毒液消毒，用夹子密封或用铝箔保护。
然后，在超净工作台内，关闭多模式微藻培养设备100的所有阀门，用注射器通过培养基注入口2123将预定微藻培养基注入培养罐体211内，预定微藻培养基最高不得高于培养罐体211的高度的75％，之后将预定微藻通过注射器从微藻注入口2122注入，在预定微藻培养基和预定微藻注入完毕后，用酒精或消毒液对压力密度计23和搅拌电机221进行消毒，消毒完后将它们安装到培养罐体211上。
接着，将培养罐拿出超净工作台，打开箱盖12，将培养罐放入外箱11内，将进气管26与气泵25连接，进气管26和气泵25应预定经过消毒程序，打开开关阀门2132，将多模式微藻培养设备100放入恒温培养室中，接通电源，打开灯管14开关，通过显示装置30实时观测培养情况，每天中午12点，定时通过样品瓶17进行取样，检测预定微藻的生长密度等参数，取样时打开控制阀门16，先放出一管预定微藻溶液，废弃不用，取第二管预定微藻溶液进行实际检测，如此操作，能够方便地去除前次取样过程中在取样管15剩余的预定微藻的样品，从而避免了多次预定微藻的取样间因样品相互影响而影响测试结果。
最后，当实验结束后，打开箱盖12，将培养罐从外箱11内拿出，卸下搅拌电机221，将进气孔2121通气，并使微藻排出管216畅通，排净预定微藻溶液，再从微藻注入口2122向培养罐体211中注入去离子水，重复清洗几遍，卸下压力密度计23，并打开多模式微藻培养设备100的所有阀门，将多模式微藻培养设备100放于安全处备用。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。
例如，在本实施例中，灯管能够选择性发出白光、蓝光或者红光，但在实际应用中，发出的光也可不限于上述三种颜色的光。
Claims (10)
1.一种多模式微藻培养设备，用于对加入培养基的微藻进行培养并进行数据采集，其特征在于，包括：
外箱组件，包括外箱、气泵、灯管以及多个样品瓶，
所述气泵设置在所述外箱上，用于从外部向该外箱内泵入空气，所述灯管设置在所述外箱内，所述样品瓶设置在外箱的外部；以及
多个培养单元，所述培养单元设置在所述外箱内并与所述多个样品瓶一一对应，所述培养单元包括培养罐组件和密度检测组件，
所述培养罐组件包括培养罐和进气管，所述培养罐具有微藻注入口和培养基注入口，所述进气管的一端与所述气泵连通，另一端位于所述培养罐的内部的底部，所述培养罐的内部的底部与所述样品瓶连通，
其中，所述密度检测组件设置在所述培养罐上，所述密度检测组件包括压力密度计，
所述压力密度计具有两个位于不同高度的压力检测件，所述压力密度计用于通过两个所述压力检测件测得的实时压力差检测微藻溶液的实时密度。
2.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述灯管的数量为多个，沿所述外箱的周向均匀分布，
所述外箱组件还包括反光膜，该反光膜设置在所述外箱的内壁表面。
3.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述培养单元还包括搅拌组件，该搅拌组件包括搅拌电机、搅拌轴以及多个搅拌叶，
所述培养罐为竖直设置的圆柱形培养罐，
所述搅拌电机设置在培养罐的上端，所述搅拌轴设置所述培养罐内，并安装在所述搅拌电机的输出轴上，所述搅拌轴沿竖直方向延伸，
多个所述搅拌叶均匀地沿竖直方向设置在所述搅拌轴上。
4.根据权利要求3所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述搅拌叶为斜桨式搅拌叶，并且沿水平方向延伸，
所述搅拌叶的叶扇长度为所述培养罐的直径的1/3，位于所述搅拌轴的最下端的搅拌叶与所述培养罐的底面的距离为所述搅拌叶的长度的4/5，两个相邻所述搅拌叶之间的距离为所述搅拌叶的长度的1.5倍。
5.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述外箱组件还包括设置在所述外箱的外表面的多个取样管和多个设置在该取样管上的控制阀门，
所述多个取样管、所述多个控制阀门以及所述多个样品瓶相互一一对应，
所述取样管的一端与所述外箱连通，另一端位于所述样品瓶的正上方，
所述控制阀门用于控制所述取样管的畅通或关闭，
所述培养罐组件还包括连接管，该连接管的一端与所述取样管连通，另一端与所述培养罐的内部的底部连通。
6.根据权利要求5所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述样品瓶的容积大于所述取样管的容积。
7.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于，还包括：
显示装置，设置在外箱的外部，所述显示装置与所述压力密度计信号连接，所述显示装置用于显示微藻溶液的实时密度。
8.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述灯管为LED灯管，所述灯管用于择一地发出白光、蓝光或者红光。
9.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述进气管中设置有第一过滤器，该第一过滤器的过滤孔径小于0.2微米。
10.根据权利要求1所述的多模式微藻培养设备，其特征在于：
其中，所述培养罐组件还包括出气管，该出气管的一端位于所述培养罐的上端的外侧，另一端位于所述培养罐的内部，且另一端位于所述培养罐的上端面的近旁，
所述出气管的内部自下而上依次设置有冷凝器和第二过滤器，该第二过滤器的过滤孔径小于0.2微米。
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