CN113403197A - 一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统及方法，包括竖直管式光生物反应器、电磁铁、第一阻磁板、第二阻磁板、转轴、旋转气缸、旋转台、顶部支撑板、底座和控制器；竖直管式光生物反应器设有第一进气管、出气管和第二进气管；竖直管式光生物反应器的四周围有第一阻磁板和第二阻磁板，电磁铁均匀安装在两个第一阻磁板上；竖直管式光生物反应器的底部放置在底座的通孔内，底座的下方设有旋转台，旋转台能够驱动底座旋转；旋转气缸安装在顶部支撑板上，旋转气缸与竖直管式光生物反应器的顶部连接；本发明在微藻生长周期内提供稳定磁场，且能够在微藻不同生长阶段控制磁场的强度，实现在各阶段提供最佳生长磁环境，以此提高微藻产量。

Description

一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统及方法

技术领域

本发明属于微藻培养技术领域，尤其涉及一种利用磁场培养微藻的光生物反应系统与磁场培养以及利用磁场回收磁性絮凝剂磁性颗粒二次利用的方法。

背景技术

CO₂是造成全球变暖的主要原因。随着新兴经济体的快速发展，全球能源消费将会大幅上升，这将导致更多环境损坏。因此，在减少二氧化碳排放的同时，力求找寻更加清洁的可再生能源。

如今，研制出生物柴油及生物乙醇作为石油等化石燃料的替代品。甘蔗，玉米是能够产出生物乙醇最高的作物，大豆等油籽植物是产出生物柴油最高的作物。但是这些作物生长占地太大，影响了其余生物生长，据研究表明若现阶段完全依靠生物燃料，这些原料作物的生长将会占据61％的农作用地，将会影响人类社会的正常运作，也会影响地球生物的多样性。微藻作为第三代生物能源原料具有生长周期短，不占用耕地，光合作用强等优点。在脂质积累方面，微藻较之于其他原料高出近80％，除了脂质含量高之外，微藻还含有许多其他副产物，例如蛋白质，碳水化合物，色素等。这些副产物的附加价值一定程度上可以抵消生产成本，所以在培养微藻的时候要选定积累的目标产物。此外，提高微藻产量，提高生物燃料的产率，以增强生物燃料在市场的竞争力。不同的生长条件会影响微藻的生长趋势，比如温度，金属离子浓度，PH等。

据研究表明，外部磁场可以刺激微藻生长，藻类细胞包含许多易受磁场干扰的复杂细胞成分，例如电荷(离子和自由电子)和具有磁矩的分子，这可能有助于磁场诱导的代谢物和大分子产生的变化，MF在光和温度作用的背景下表现为影响脂质代谢的校正因子。MF和对活生物体造成的影响之间的潜在联系是由于它引起氧化应激，MF可以改变电子自旋的能级和方向，从而增加自由基的活性、浓度和寿命。在不同种类的微生物的生长过程中应用了磁场，并发现了不同的结果。在微藻磁生物技术的相关研究中，微藻在120mT以上磁场强度中，微藻生长将会被抑制，30mT～60mT有效促进微藻生长。受制于实验装置的单一性，实验研究仅限于稳定磁场以及交变磁场。关于磁场强度以及磁场密度对于微藻生长并无进一步探究。磁处理具有成本低、使用方便、无毒、适用范围广、无二次污染物等优点。磁场(MF)可作用于微生物的新陈代谢，其对细胞生长的影响和评估的反应可根据应用形式、强度和应用时间分为抑制、刺激或无效。磁场强度、副产物的产生和微生物的生长都是在高强度和低强度下发生的，磁场被认为是一种潜在的物理处理方法，可促进微藻的细胞生长和生物化合物合成。但是现有技术中缺少实验步骤简化，装置体积小，外界干涉因素少，减少无用能量损耗、且微藻与磁性颗粒能够分离，磁性颗粒可二次利用的微藻光生物反应系统。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种利用稳定电磁场培养微藻的新型光生物反应系统及方法，在微藻生长周期内提供稳定磁场，且能够在微藻不同生长阶段控制磁场的强度，实现在各阶段提供最佳生长磁环境，以此提高微藻产量。本发明实验步骤简化，装置体积小，外界干涉因素少，并且减少无用能量损耗，且利用上述装置可实现微藻与磁性颗粒的分离，并实现磁性颗粒的二次利用。

本发明的技术方案是：一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，包括竖直管式光生物反应器、电磁铁、第一阻磁板、第二阻磁板、转轴、旋转气缸、旋转台、顶部支撑板、底座和控制器；

所述竖直管式光生物反应器的顶部设有第一进气管和出气管、底部设有第二进气管；竖直管式光生物反应器的四周围有第一阻磁板和第二阻磁板，第一阻磁板和第二阻磁板安装在底座上，且相对的两个第一阻磁板的底部分别与底座上的转轴转动连接，所述电磁铁均匀安装在两个第一阻磁板上；所述竖直管式光生物反应器的底部放置在底座的通孔内，所述底座的下方设有旋转台，旋转台能够驱动底座旋转；旋转气缸安装在顶部支撑板上，旋转气缸与竖直管式光生物反应器的顶部连接，旋转气缸用于将竖直管式光生物反应器升起脱离底座的通孔；所述控制器分别与电磁铁、旋转台和旋转气缸连接。

上述方案中，还包括三张透明的挡板；三张挡板的中间均设有通孔，并从上之下依次套在竖直管式光生物反应器上，且挡板与第一阻磁板连接，在第一阻磁板上设有卡槽，挡板的两端分别安装在卡槽内，三张挡板将第一阻磁板和第二阻磁板围成的空间从上之下分成上、中、下三个区域。

进一步的，还包括荧光板；所述荧光板设有凹槽，通过凹槽安装在挡板上；荧光板与控制器连接。

上述方案中，所述第二阻磁板包括竖直板；所述竖直板的两侧分别设有扇形板，竖直板后设有滑槽，扇形板的底部安装在滑槽上，扇形板的一侧与竖直板连接，另一侧与第一阻磁板连接，第一阻磁板向两侧拉开，带动扇形板展开。

上述方案中，所述竖直管式光生物反应器为透明材质，所述竖直光生物反应器为透明玻璃质管，使光照与磁场可以均匀照射管内藻液，有效利用光照及磁场。

上述方案中，所述第一进气管和第二进气管分别与CO₂气瓶连接。

一种根据所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：

步骤S1、将微藻培养液加入竖直管式光生物反应器中，竖直管式光生物反应器的第一进气管和第二进气管分别与CO₂气瓶连接；

步骤S2、在微藻培养周期内，测定其光密度，以确定其不同生长阶段；

步骤S3、在微藻生长的指数期与稳定期打开磁场耦合培养，其中调整电磁铁角度能够改变区域磁场密度；

步骤S4、磁场耦合培养后，关掉磁场，进行细胞干重检测；

步骤S5、利用电磁场，将磁性颗粒与微藻分离，实现磁性颗粒的二次利用，将培养结束的微藻离心干燥后称重。

上述方案中，所述步骤S2中光暗比为12：12，室温为25℃，使用高斯计测量环境磁场强度，所取样品使用光密度仪以ABS模式测定样品光密度，微藻生长时间与光密度大小成正比，以此判断磁场条件下微藻生长趋势。使用高斯计测量环境磁场强度，以确认在该光生物反应系统内磁场强度为稳定值。

上述方案中，所述步骤S3中磁场强度为30～60mT，电磁场间歇打开，控制磁场培养时长。

上述方案中，所述步骤S5中离心机转速4000～5000rmp，离心10～15min，于60℃烘箱干燥测定微藻干重。

本发明主管道上下皆有通气管，可选择气体通入方式，选择从底部通气可使管内培养液随着气泡浮动轻微震荡，使得微藻不容易出现沉积，或从上部通气管接一长玻璃管至主管道底部，使反应器底部不出现微藻沉积物。

所述电磁铁、荧光板间隔安放，充分利用竖直空间，对应上中下三个区域，在微藻培养阶段分区域比较微藻生长浓度变化。

所述电磁铁在通电过程中除了可以保持恒定磁场，也可通入交流电形成交变磁场，在研究微藻培养方面提供新方向。

所述阻磁板为黑色阻磁板，为防止两侧磁场与外界相互抵消，减少外界光干扰。

所述挡板为透明挡板在，分区培养微藻的同时，对上中下三区进行同等强度的光照及磁场。

整个光生物反应系统四周皆为阻磁板，以阻磁板控制磁场分布防止磁场内外强度差异大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明光生物反应系统为气体通入的方式提供了选择：不再为单一的通气方式，考虑微藻沉积，使微藻在培养液中均匀。该光生物反应系统为近年来人们研究磁场对于微藻生长的影响提供了可行的实验装置。在有限的装置空间内，将光生物反应器合理划分成三个区域，对于判断微藻生长趋势可以更加全面合理。在添加电磁场的同时，添加了黑色阻磁板，黑色阻磁板不仅仅可减少外部磁场干扰电磁场，也可减少外部光对于微藻生长的影响。荧光板在微藻生长周期中可自由转变成其他有色光，可有效利用微藻生长的有利条件。在磁场装置底部增加旋转台，在微藻养殖时，通过旋转电磁铁使得磁场照射均匀。在挡板间添加旋转轴，通过调节电磁铁倾斜角度，在不改变光照强度以及光照方向的情况下，可探究在不同磁场密度条件下磁场对于微藻生长的影响。满足微藻生长周期中磁场强度的变化：在微藻不同生长阶段所需的最佳磁场强度并不相同，通过该光生物反应装置可探究微藻各阶段最佳生长磁场强度。在研究微藻生长的过程中，不仅仅可以使用恒定磁场，也可研究交变磁场对于微藻生长的影响，调节磁场角度也可改变区域磁场密度；在磁场条件下，微藻培养时长可自行调整，探究最佳微藻磁场条件下的时长。间歇打开磁场装置减少能量损耗，在促进微藻生长得同时，尽可能减少外部能量消耗。在收集微藻阶段，利用磁性絮凝剂可实现微藻的有效回收。利用上述装置可实现微藻与磁性颗粒的分离，并实现磁性颗粒的二次利用。

综上，本发明综合考虑磁场对于微藻生长的影响，为更好的探究磁场在微藻生长周期各阶段的最佳磁场强度，本发明选择效果最优的通气路径。在可调节磁场的光生物系统内，使得实验步骤简化，装置体积减小，减少外界干涉因素，并且有效控制磁场培养时长有效减少无用能量损耗。在磁场选择提供新方向，分区域培养，可保证实验的严谨性。本发明可应用与微藻生长的全过程，包括微藻收集。本发明既可应用于微藻生长以及絮凝剂中磁性颗粒的回收再利用，也可应用于培养基或其他添加物的预处理。

附图说明

图1是本发明磁场光生物反应系统示意图；

图2是竖直管式光生物反应器以及旋转台之间剖视图；

图3是添加转轴的的光生物反应装置系统。

图1中，1、第一阻磁板，2、第二阻磁板，3、竖直管式光生物反应器，4、挡板，5、荧光板，6、电磁铁，7、第二进气管路，8、第一进气管路，9、出气管，10、转轴；11、旋转气缸，12、旋转台，13、顶部支撑板，14、底座。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1-3所示为所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的一种较佳实施方式，所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，包括竖直管式光生物反应器3、电磁铁6、第一阻磁板1、第二阻磁板2、转轴10、旋转气缸11、旋转台12、顶部支撑板13、底座14和控制器。

所述竖直管式光生物反应器3的顶部设有第一进气管8和出气管9、底部设有第二进气管7；竖直管式光生物反应器3的四周围有第一阻磁板1和第二阻磁板2，第一阻磁板1和第二阻磁板2安装在底座14上，且相对的两个第一阻磁板1的底部分别与底座14上的转轴10转动连接，所述电磁铁6均匀安装在两个第一阻磁板1上；所述竖直管式光生物反应器3的底部放置在底座14的通孔内，所述底座14的下方设有旋转台12，旋转台12能够驱动底座14旋转；旋转气缸11安装在顶部支撑板13上，旋转气缸11与竖直管式光生物反应器3的顶部连接，旋转气缸11用于将竖直管式光生物反应器3升起脱离底座14的通孔；所述控制器分别与电磁铁6、旋转台12和旋转气缸11连接。

根据本实施例，优选的，还包括三张透明的挡板4；三张挡板4的中间均设有通孔，并从上之下依次套在竖直管式光生物反应器3上，且挡板4与第一阻磁板1连接，在第一阻磁板1上设有卡槽，挡板4的两端分别安装在卡槽内，三张挡板4将第一阻磁板1和第二阻磁板2围成的空间从上之下分成上、中、下三个区域。第一阻磁板1和第二阻磁板2围成的空间顶部设有一阻磁盖板。

根据本实施例，优选的，还包括荧光板5；所述荧光板5设有凹槽，通过凹槽安装在挡板4上；荧光板5与控制器连接。

根据本实施例，优选的，所述第二阻磁板2包括竖直板；所述竖直板的两侧分别设有扇形板，竖直板2后设有滑槽，扇形板的底部安装在滑槽上，扇形板的一侧与竖直板连接，另一侧与第一阻磁板1连接，第一阻磁板1向两侧拉开，带动扇形板展开。

根据本实施例，优选的，所述竖直管式光生物反应器3为透明材质，所述竖直光生物反应器为透明玻璃质管，使光照与磁场可以均匀照射管内藻液，有效利用光照及磁场。

根据本实施例，优选的，所述第一进气管8和第二进气管7分别与CO₂气瓶连接。

一种根据所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：

步骤S1、将微藻培养液加入竖直管式光生物反应器3中，竖直管式光生物反应器3的第一进气管8和第二进气管7分别与CO₂气瓶连接；

步骤S2、在微藻培养周期内，测定其光密度，以确定其不同生长阶段；

步骤S3、在微藻生长的指数期与稳定期打开磁场耦合培养，其中调整电磁铁6角度能够改变区域磁场强度；

步骤S4、磁场耦合培养后，关掉磁场，进行细胞干重检测；

步骤S5、利用电磁场，将磁性颗粒与微藻分离，实现磁性颗粒的二次利用，将培养结束的微藻离心干燥后称重。

根据本实施例，优选的，所述步骤S2中光暗比为12：12，室温为25℃，使用高斯计测量环境磁场强度，所取样品使用光密度仪以ABS模式测定样品光密度，微藻生长时间与光密度大小成正比，以此判断磁场条件下微藻生长趋势。使用高斯计测量环境磁场强度，以确认在该光生物反应系统内磁场强度为稳定值。

根据本实施例，优选的，所述步骤S3中磁场强度为30～60mT，电磁场间歇打开，每天打开1～4h，控制磁场培养时长。

根据本实施例，优选的，所述步骤S5中离心机转速4000～5000rmp，离心10～15min，于60℃烘箱干燥测定微藻干重。

向所述竖直管式光生物反应器3中加入适量的水、藻种和微藻培养基(如BG11培养基)通过第一进气管8或第二进气管7给竖直管式光生物反应器3内通入CO₂，荧光板5提供微藻生长所需要的光照，昼夜比1：1，微藻在类似生长环境中可正常生长。

所述竖直管式光生物反应器3利用挡板4划分成上，中，下三个培养区域，在气体通入的同时减少微藻在管式光生物反应器底部3的沉积，使藻液在生长周期内于光生物反应器内均匀；

所述电磁铁6于微藻生长周期内可调节其干涉时长以及磁场强度，不仅仅以恒定磁场对微藻生长环境进行干涉，在生长周期内可以交变磁场对微藻生长进一步研究，对应微藻的不同生长阶段，微藻所需的最佳生长磁场强度也随之变化，通过电磁铁6调节电磁场强度；

四周环绕的黑色第一阻磁板1、第二阻磁板2在减少外界光照影响微藻生长的同时，也可减少外部磁场对于电磁场的干扰；

图1所示，向竖直管式光生物反应器3中加入适量的水、藻种和微藻培养基，如BG11培养基，通过第一进气管8与第二进气管7给管式光生物反应器内通入CO₂，荧光板5提供微藻生长所需要的光照，昼夜比1：1，微藻在类似生长环境中可正常生长；竖直管式光生物反应器3利用挡板4划分成上，中，下三个培养区域，在气体通入的同时减少微藻在管式光生物反应器底部3的沉积，使藻液在生长周期内于光生物反应器内均匀；电磁铁6于微藻生长周期内可调节其干涉时长以及磁场强度，不仅仅以恒定磁场对微藻生长环境进行干涉，在生长周期内可以交变磁场对微藻生长进一步研究，对应微藻的不同生长阶段，微藻所需的最佳生长磁场强度也随之变化，通过电磁铁6调节电磁场强度；四周环绕的黑色第一阻磁板1、第二阻磁板2在减少外界光照影响微藻生长的同时，也可减少外部磁场对于电磁场的干扰；荧光板5在微藻生长周期内转变可见光颜色，在四周固定黑色阻磁板的情况下，充分利用可见光。

如图2所示，于图1基础上底部增添旋转台12以及光生物反应器的支撑底座14，于微藻的生长开始时打开电磁场，每天以磁场培养微茫藻，工装在磁场打开时，下有旋转台12，以设定转速进行转动，在光照期间进行磁场干涉，设定干涉时长，并当微藻进入生长稳定期停止磁场干涉，以此使得藻液可以得到磁场均匀辐射。

如图3所示，通过旋转轴10改变第一阻磁板1倾斜角度，从而改变光生物反应器内部的磁场密度，可探究不同磁场密度下的微藻生长趋势。

具体的，一种利用磁场培养微藻的光生物反应系统的方法，包括以下步骤：

步骤S1、将微藻培养液(培养基可为BG11)加入竖直管式光生物反应器3，含1.5％CO₂的无菌过滤空气以0.2vvm的流量经由顶部第一进气管8或底部和第二进气管7进入竖直管式光生物反应器3内；

步骤S2、以常规方法培养微藻，在对应0，1，3，5，7天取10ml藻液测得光密度以确定微藻生长阶段；

步骤S3、在确定微藻生长阶段为对数期与稳定期时，间歇打开磁场装置，每天1～4h，在添加磁场后，可自行调整电流大小，以控制区域磁场强度；

步骤S4、通过CDW判断微藻生长趋势；

步骤S5、在微藻生长周期结束后通过3000～4000rpm离心，测得总产量。

图2为竖直管式光生物反应器剖面图，第一进气管道8垂直伸至底部并不接触管底，第二进气管7通过气体流动打散微藻沉积，使藻液均匀。

实施例1：

一种根据所述利用磁场培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：

步骤S1、将小球藻培养液(BG11)600mL加入竖直管式光生物反应器3，接入CO₂气瓶,CO₂以0.02vvm通入，打开荧光板，光暗周期12：12，室温25℃；

步骤S2、在培养周期内，根据S1中条件培养小球藻，于0、1、3、5、7天取样测定小球藻光密度以确定小球藻生长阶段；

步骤S3、于小球藻的生长指数期开始打开电磁场，每天以磁场强度30MT培养小球藻，在光照期间进行磁场干涉，干涉时长1h，并当小球藻进入稳定期停止磁场干涉；

步骤S4、小球藻到达生长的指数期与稳定期后，通过预称重的滤纸真空过滤10mL培养物来测定，在80℃的烘箱里干燥，以测得CDW(细胞干重)；

步骤S5、生长周期结束后，以3000～4000rpm离心10～15min，于烘箱60℃干燥后称重。

实施例2：

一种根据所述利用磁场培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：

步骤S1、将微茫藻培养液(BG11)600mL加入竖直管式光生物反应器3，接入CO₂气瓶,CO₂以0.02vvm通入，打开荧光板，光暗周期12：12，室温25℃；

步骤S2、在培养周期内，根据S1中条件培养微茫藻，于0、1、3、5、7天取样测定微茫藻光密度以确定微茫藻生长阶段；

步骤S3、于微茫藻的稳定期开始打开电磁场，每天以磁场强度40mT培养微茫藻，工装在磁场打开时，下有旋转台12，以36°/min进行转动，在光照期间进行磁场干涉，干涉时长1.5h，并当微茫藻进入生长稳定期停止磁场干涉；

步骤S4、微茫藻到达生长的指数期与稳定期后，通过预称重的滤纸真空过滤10mL培养物来测定，在80℃的烘箱里干燥，以测得CDW(细胞干重)；

步骤S5、生长周期结束后，以3000～4000rpm离心10～15min，于烘箱60℃干燥后称重。

实施例3：

一种根据所述利用磁场培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：

步骤S1、将斜生栅藻培养液(BG11)600mL加入竖直管式光生物反应器3，接入CO₂气瓶,CO₂以0.02vvm通入，打开荧光板，光暗周期12：12，室温25℃；

步骤S2、在培养周期内，根据S1中条件培养斜生栅藻，于0、1、3、5、7天取样测定斜生栅藻光密度以确定微茫藻生长阶段；

步骤S3、于斜生栅藻的稳定期开始打开电磁场，每天以磁场强度40mT培养斜生栅藻，在光照期间进行磁场干涉，干涉时长1.5h，并当微茫藻进入稳定期停止磁场干涉；

步骤S4、斜生栅藻到达生长的指数期与稳定期后，通过预称重的滤纸真空过滤10mL培养物来测定，在80℃的烘箱里干燥，以测得CDW(细胞干重)；

步骤S6、生长周期结束后，配置磁性絮凝剂，26mmol氯化铁六水化合物与13mmol氯化铁四水化合物溶解于125mL蒸馏水，在氮气环境下加热80℃30min，加8.4mL25％氢氧化铵保持30min，冷却至室温后，用蒸馏水乙醇通过用蒸馏水和乙醇进行磁性倾析，对纳米Fe₃O₄进行洗涤，通过正硅酸乙酯(TEOS，硅)的水解，二氧化硅被涂覆到Fe3O4纳将Fe₃O₄纳米粒子加入到200毫升乙醇、30毫升蒸馏水、3毫升氢氧化铵溶液和60毫摩尔TEOS的混合物中。所得混合物在室温下振荡12小时。用乙醇洗涤后，通过与三乙氧基硅烷(APTES)，和辛基三乙氧基硅烷(OTES)，最终进行Fe₃O₄@二氧化硅纳米粒子的有机硅烷官能化，将三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷加入到Fe₃O₄@乙醇悬浮液中。三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷的总浓度为35mol/L。超声处理后，将混合物振荡12小时并用乙醇洗涤，从而能够获得双功能化的Fe₃O₄磁性纳米粒子絮凝剂。加入结束生长的藻液中，絮凝完成后，打开一侧电磁铁6，利用电磁铁6将吸附在微藻上的磁性纳米絮凝剂分离。

本实施例3中，本装置可在微藻生长期间利用磁场，以及后续微藻提取与分离利用磁性纳米絮凝剂提取微藻，在提取结束后利用电磁场分离磁性纳米颗粒进行回收二次利用。

实施例4：

一种根据所述利用磁场培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：

步骤S1、将小球藻培养液(BG11)600mL加入竖直管式光生物反应器3，接入CO₂气瓶,CO₂以0.02vvm通入，打开荧光板，光暗周期12：12，室温25℃。调节第一阻磁板1的倾斜角度为30°，调节荧光板5角度，依旧保持对竖直管式光生物反应器3的垂直照射；

步骤S2、在培养周期内，根据步骤S1中条件培养小球藻，于0、1、3、5、7天取样测定小球藻光密度以确定小球藻生长阶段；

步骤S3、于小球藻的稳定期开始打开电磁场，每天以磁场强度30MT培养小球藻，在光照期间进行磁场干涉，干涉时长1h，并当小球藻进入稳定期停止磁场干涉；

步骤S4、小球藻到达生长的指数期与稳定期后，通过预称重的滤纸真空过滤10mL培养物来测定，在80℃的烘箱里干燥，以测得CDW(细胞干重)。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，包括竖直管式光生物反应器(3)、电磁铁(6)、第一阻磁板(1)、第二阻磁板(2)、转轴(10)、旋转气缸(11)、旋转台(12)、顶部支撑板(13)、底座(14)和控制器；

所述竖直管式光生物反应器(3)的顶部设有第一进气管(8)和出气管(9)、底部设有第二进气管(7)；竖直管式光生物反应器(3)的四周围有第一阻磁板(1)和第二阻磁板(2)，第一阻磁板(1)和第二阻磁板(2)安装在底座(14)上，且相对的两个第一阻磁板(1)的底部分别与底座(14)上的转轴(10)转动连接，所述电磁铁(6)均匀安装在两个第一阻磁板(1)上；所述竖直管式光生物反应器(3)的底部放置在底座(14)的通孔内，所述底座(14)的下方设有旋转台(12)，旋转台(12)能够驱动底座(14)旋转；旋转气缸(11)安装在顶部支撑板(13)上，旋转气缸(11)与竖直管式光生物反应器(3)的顶部连接，旋转气缸(11)用于将竖直管式光生物反应器(3)升起脱离底座(14)的通孔；所述控制器分别与电磁铁(6)、旋转台(12)和旋转气缸(11)连接。

2.根据权利要求1所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，还包括三张透明的挡板(4)；三张挡板(4)的中间均设有通孔，并从上之下依次套在竖直管式光生物反应器(3)上，且挡板(4)与第一阻磁板(1)连接，在第一阻磁板(1)上设有卡槽，挡板(4)的两端分别安装在卡槽内，三张挡板(4)将第一阻磁板(1)和第二阻磁板(2)围成的空间从上之下分成上、中、下三个区域。

3.根据权利要求2所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，还包括荧光板(5)；所述荧光板(5)设有凹槽，通过凹槽安装在挡板(4)上；荧光板(5)与控制器连接。

4.根据权利要求1所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，所述第二阻磁板(2)包括竖直板；所述竖直板的两侧分别设有扇形板，竖直板(2)后设有滑槽，扇形板的底部安装在滑槽上，扇形板的一侧与竖直板连接，另一侧与第一阻磁板(1)连接，第一阻磁板(1)向两侧拉开，带动扇形板展开。

5.根据权利要求1所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，所述竖直管式光生物反应器(3)为透明材质。

6.根据权利要求1所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，所述第一进气管(8)和第二进气管(7)分别与CO₂气瓶连接。

7.一种根据权利要求1-6任意一项所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将微藻培养液加入竖直管式光生物反应器(3)中，竖直管式光生物反应器(3)的第一进气管(8)和第二进气管(7)分别与CO₂气瓶连接；

步骤S2、在微藻培养周期内，测定其光密度，以确定其不同生长阶段；

步骤S3、在微藻生长的指数期与稳定期打开磁场耦合培养，其中调整电磁铁(6)角度能够改变区域磁场密度；

步骤S4、磁场耦合培养后，关掉磁场，进行细胞干重检测；

步骤S5、利用电磁场，将磁性颗粒与微藻分离，实现磁性颗粒的二次利用，将培养结束的微藻离心干燥后称重。

8.根据权利要求7所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，其特征在于，所述步骤S2中光暗比为12：12，室温为25℃，使用高斯计测量环境磁场强度，所取样品使用光密度仪以ABS模式测定样品光密度，微藻生长时间与光密度大小成正比，以此判断磁场条件下微藻生长趋势。

9.根据权利要求7所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，其特征在于，所述步骤S3中磁场强度为30～60mT，电磁场间歇打开，控制磁场培养时长。

10.根据权利要求7所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，其特征在于，所述步骤S5中离心机转速4000～5000rmp，离心10～15min，于60℃烘箱干燥测定微藻干重。

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