CN204265740U - 一种基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，包括密闭培养室，所述密闭培养室内底部均布有若干装有培养基溶液的集液盒，所述集液盒内部均设置有尾部触及集液盒内底部的载体，所述载体与水平面垂直，所述载体正上方均布有固定在密闭培养室内部用来支撑载体的支架，所述支架上方设置有对密闭培养室进行密封的盖板，所述盖板上对称设置有若干气孔，所述盖板中间设置有可调式分气泵装置，所述可调式分气泵装置通过输气管与设置于密闭培养室旁侧的二氧化碳气体发生装置以及气孔连接实现互通。该基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置以微孔结构的复合载体模拟植物的茎，通过毛细管效应将培养基溶液输送至载体表面供微藻生长，减少了培养材料的消耗、延展了培养空间、提高生物质产量和缩短了培养周期。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物工程应用领域，是一种基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置。
背景技术
微藻是一种能进行光合作用并且广泛分布于海洋与淡水流域的水生浮游藻类，其本身富含蛋白质，并且繁殖速度快，培养周期短，无需利用大量的农耕地，可用药或作为可再生能源的原材料。目前广泛采用悬浮培养法对微藻进行培养，主要的培养形式有管式、平板式和跑道池式等。由于微藻是一种单细胞的微生物，细胞的直径小，培养密度低，因此培养和生物质采收的能耗大，导致微藻油成本居高不下，从而影响微藻产业化地发展。为了解决悬浮培养效率低、成本高的弊端，各国的研究人员已经开始对微藻的吸附式固定化培养进行了探索性的研究。其中，吸附式固定化培养方法相较以往可以使产量大幅增加，缺点是吸附式微藻固定化培养的吸附率较低，目前主要是通过水泵来驱动营养液的循环，因此存在水泵功率小时无法实现大范围的营养循环，而水泵功率大时营养液在载体表面冲刷力过大，导致固定的藻细胞脱落，并且需要提供额外的能量来支撑营养的循环，造成能量的浪费与培养成本的增加。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种通过仿生植物根茎体内的毛细管将培养基溶液输送至载体表面供微藻生长的基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置。
本实用新型解决技术问题所采用的方案是，一种基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，包括密闭培养室，所述密闭培养室内底部均布有若干装有培养基溶液的集液盒，所述集液盒内部均设置有尾部触及集液盒内底部的载体，所述载体与水平面垂直，所述载体正上方均布有固定在密闭培养室内部用来支撑载体的支架，所述支架上方设置有对密闭培养室进行密封的盖板，所述盖板上对称设置有若干气孔，所述盖板中间设置有可调式分气泵装置，所述可调式分气泵装置通过输气管与设置于密闭培养室旁侧的二氧化碳气体发生装置以及气孔连接实现互通。
进一步的，所述两相邻载体之间的距离不得大于20cm，所述载体为能够模拟植物蒸腾作用并实现培养基溶液自下往上流动的毛细管仿生结构，所述毛细管仿生结构由表面张力大、接触角小的骨架和无毒副作用且孔径、缝隙大小可调整的复合承载体组成。
进一步的，所述气孔布置形式为在密闭培养室长度方向上每隔30cm至40cm处设置一组对称的气孔。
进一步的，所述可调式分气泵装置内部集成有电子流量计，所述电子流量计配合二氧化碳气体发生装置实现对所需二氧化碳的精确调整。
进一步的，所述复合承载体纵向编制的孔隙需保持在1μm至10μm，所述复合承载体横向方向缝隙需保持在40μm至100μm，所述复合承载体高度在20cm至200cm之间。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：基于毛细管仿生结构的固定化培养方式每平方米耗水量相较传统的跑道池培养方法可减少大约88%的培养基溶液消耗；本实用新型复合承载体的布置形式与结构延展了培养空间，利用空间光稀释原理提高了光合作用率，增长了微藻的产量；实现质液分离，可充分的利用空气中的二氧化碳，避免二氧化碳浓缩机制中消耗的能量，提高生物质产量、缩短培养周期；收获时使用刮削方法，省去了传统收获方法中的后处理过程，大大降低了收获成本；本实用新型是一种环境因素可变的装置，可以满足不同的条件下的实验需求；本实用新型通过毛细管作用，利用蒸发力作为驱动实现了培养基溶液在载体上自主的传输，避免了在传统固定化培养时培养基溶液在载体表面流动带来的冲刷，提高了微藻的吸附效率，在增加了微藻产量的同时降低了培养过程中的能耗。
附图说明
下面结合附图对本实用新型专利进一步说明。
图1为该实用新型的结构示意图；
图2为图1的局部放大视图；
图3为该实用新型的载体结构示意图；
图中：
1-输气管；2-二氧化碳气体发生装置；3-可调式分气泵装置；4-支架；5-盖板；6-载体；601-复合承载体；602-骨架；7-密闭培养室；8-集液盒；9-培养基溶液；10-气孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
如图1～3所示，一种微藻固定化培养装置，包括密闭培养室7，所述密闭培养室7内底部均布有若干装有培养基溶液9的集液盒8，所述集液盒8内部均设置有尾部触及集液盒8内底部的载体6，所述载体6与水平面垂直，所述载体6正上方均布有固定在密闭培养室7内部用来支撑载体6的支架4，所述支架4上方设置有对密闭培养室7进行密封的盖板5，所述盖板5上对称设置有若干气孔10，所述盖板5中间设置有可调式分气泵装置3，所述可调式分气泵装置3通过输气管1与设置于密闭培养室7旁侧的二氧化碳气体发生装置2以及气孔10连接实现互通。
在本实施例中，所述两相邻载体6之间的距离不得大于20cm，所述载体6为能够模拟植物蒸腾作用并实现培养基溶液9自下往上流动的毛细管仿生结构，所述毛细管仿生结构由表面张力大、接触角小的骨架602和无毒副作用且孔径、缝隙大小可调整的复合承载体601组成。
在本实施例中，所述气孔10布置形式为在密闭培养室7长度方向上每隔30cm至40cm处设置一组对称的气孔10。
在本实施例中，所述可调式分气泵装置3内部集成有电子流量计，所述电子流量计配合二氧化碳气体发生装置2实现对所需二氧化碳的精确调整。
在本实施例中，所述复合承载体601纵向编制的孔隙需保持在1μm至10μm，所述复合承载体601横向方向缝隙需保持在40μm至100μm，所述复合承载体601高度在20cm至200cm之间。
具体实施过程：
实施例一：
使用两块长度为50cm，宽度为10cm的毛料作为复合承载体601，分别将其浸没于Modified Basal培养基内30分钟，使其完全湿润，之后拧干，分别接入0.03g的生物量，尽量使微藻细胞均匀分布于复合承载体601的表面，接种之后将其分别固定于集液盒8内，两相邻复合承载体601距离为6cm，通过光稀释原则可知理论光稀释倍数约为6。接着分别在集液盒8内加入500ml的Modified Basal培养基溶液9，浸没复合承载体601的高度都为3.5cm，在密闭培养室7中通入二氧化碳含量为5%的空气，保持温度为28℃，光照为15000Lux，培养的周期为5天，并且在每天的培养过程中补充60ml的培养基溶液9，培养结束后使用刮削的方式将微藻收获，使用85℃烘干24小时，最终获得的生物量为1.023g，在5天的培养过程中增长了0.963g，培养单元的占地面积为0.006m2 ，微藻的单位面积产率为32.1g/m2/d。
实施例二：
使用两块长度为50cm，宽度为10cm的毛料作为复合承载体601，分别将其浸没于Modified Basal培养基内30分钟，使其完全湿润，之后拧干，分别接入0.03g的生物量，尽量使微藻细胞均匀分布于复合承载体601的表面，接种之后，将其分别贴附于相同尺寸的玻璃（作为骨架602）组成载体6后，分别固定于集液盒8内，两相邻载体6距离为6cm，通过光稀释原则可知理论光稀释倍数约为9.3。接着分别在集液盒8内加入500ml的Modified Basal培养基溶液9，浸没载体6的高度都为3.5cm，在密闭培养室7中通入二氧化碳含量为5%的空气，保持温度为28℃，光照为15000Lux，培养的周期为5天，并且在每天的培养过程中补充120ml的培养基溶液9，培养结束后使用刮削的方式将微藻收获，使用85℃烘干24小时，最终获得的生物量为1.42935g，在5天的培养过程中增长了1.36935g，培养单元的占地面积为0.006m2 ，微藻的单位面积产率为45.645g/m2/d。
实施例三：
使用两块长度为50cm，宽度为10cm的毛料作为复合承载体601，分别将其浸没于Modified Basal培养基内30分钟，使其完全湿润，之后拧干，分别接入0.03g的生物量，尽量使微藻细胞均匀分布于复合承载体601的表面，接种之后，将其分别贴附于相同尺寸的玻璃（作为骨架602）组成载体6后，分别固定于集液盒8内，两相邻载体6距离为6cm，通过光稀释原则可知理论光稀释倍数约为5.8。接着分别在集液盒8内加入500ml的Modified Basal培养基溶液9，浸没载体6的高度都为3.5cm，在密闭培养室7中通入二氧化碳含量为5%的空气，保持温度为28℃，光照为15000Lux，培养的周期为5天，并且在每天的培养过程中补充120ml的培养基溶液9，培养结束后使用刮削的方式将微藻收获，使用85℃烘干24小时，最终获得的生物量为1.848g，在5天的培养过程中增长了1.788g，培养单元的占地面积为0.006m2 ，微藻的单位面积产率为59.6g/m2/d。
上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，其特征在于：包括密闭培养室，所述密闭培养室内底部均布有若干装有培养基溶液的集液盒，所述集液盒内部均设置有尾部触及集液盒内底部的载体，所述载体与水平面垂直，所述载体正上方均布有固定在密闭培养室内部用来支撑载体的支架，所述支架上方设置有对密闭培养室进行密封的盖板，所述盖板上对称设置有若干气孔，所述盖板中间设置有可调式分气泵装置，所述可调式分气泵装置通过输气管与设置于密闭培养室旁侧的二氧化碳气体发生装置以及气孔连接实现互通。
2.根据权利要求1所述的基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，其特征在于：所述两相邻载体之间的距离不得大于20cm，所述载体为能够模拟植物蒸腾作用并实现培养基溶液自下往上流动的毛细管仿生结构，所述毛细管仿生结构由表面张力大、接触角小的骨架和无毒副作用且孔径、缝隙大小可调整的复合承载体组成。
3.根据权利要求1所述的基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，其特征在于：所述气孔布置形式为在密闭培养室长度方向上每隔30cm至40cm处设置一组对称的气孔。
4.根据权利要求1所述的基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，其特征在于：所述可调式分气泵装置内部集成有电子流量计，所述电子流量计配合二氧化碳气体发生装置实现对所需二氧化碳的精确调整。
5.根据权利要求2所述的基于毛细管仿生结构的微藻固定化培养装置，其特征在于：所述复合承载体纵向编制的孔隙需保持在1μm至10μm，所述复合承载体横向方向缝隙需保持在40μm至100μm，所述复合承载体高度在20cm至200cm之间。
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