DE102017109968A1 - Device for the cultivation of phototrophic organisms - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gerät (10) zur parallelen Kultivierung von phototrophen Organismen in unabhängig voneinander betreibbaren Reaktorgefäßen (30), umfassend: a) ein Halterungssystem (20) mit einer Vielzahl von Beleuchtungskammern (22), die jeweils zur Aufnahme eines Reaktionsgefäßes (30) ausgelegt sind; b) unabhängig voneinander ansteuerbare Beleuchtungsmittel für jede Beleuchtungskammer (22); c) unabhängig voneinander ansteuerbare Thermostate für jede Beleuchtungskammer (22); d) eine Begasungsanlage, die zumindest jeweils eine Anschlussstelle für ein Reaktionsgefäß (30) pro Beleuchtungskammer (22) umfasst, wobei die Begasungsanlage zur selektiven und voneinander unabhängigen Zufuhr eines Prozessgases über die Anschlussstelle eines jeden Reaktionsgefäß (30) ausgelegt ist; und f) optoelektronische Sensoren in jeder Beleuchtungskammer (22).The invention relates to a device (10) for the parallel cultivation of phototrophic organisms in independently operable reactor vessels (30), comprising: a) a mounting system (20) having a plurality of illumination chambers (22) each for receiving a reaction vessel (30) are designed; b) independently controllable illumination means for each illumination chamber (22); c) independently controllable thermostats for each lighting chamber (22); d) a gassing installation which comprises at least one connection point for each reaction vessel (30) per illumination chamber (22), the gassing installation being designed for the selective and independent supply of a process gas via the connection point of each reaction vessel (30); and f) optoelectronic sensors in each illumination chamber (22).
Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Kultivierung von phototrophen Organismen.The invention relates to a device for the cultivation of phototrophic organisms.
Technologischer HintergrundTechnological background
Phototrophe Organismen, seien es Mikro- und Makroalgen, Cyanobakterien, Flechten, Moose, Wasserpflanzen oder Pflanzenstecklinge und -sämlinge, enthalten eine Vielzahl von bereits bekannten und in der Pharma-, Chemie-, Nahrungs- und Futtermittelindustrie genutzten Metabolite, wie Lipide, ungesättigte Fettsäuren, Carotinoide, Vitamine und Vitaminvorstufen, Proteine, Kohlenhydrate, Phytohormone, Photopigmente, Toxine und biologisch wirksamer Substanzen. Die Produktion und Gewinnung solcher Metabolite ist zeit- und kostenaufwändig. Es ist stets ein Optimierungsbedarf hinsichtlich der Ausbeuten und Mengen gegeben, insbesondere um konkurrenzfähig zu chemisch hergestellten Produkten zu bleiben.Phototrophic organisms, whether micro and macroalgae, cyanobacteria, lichens, mosses, aquatic plants or plant cuttings and seedlings, contain a variety of metabolites already known and used in the pharmaceutical, chemical, food and feed industries, such as lipids, unsaturated fatty acids , Carotenoids, vitamins and vitamin precursors, proteins, carbohydrates, phytohormones, photopigments, toxins and biologically active substances. The production and recovery of such metabolites is time consuming and costly. There is always a need for optimization in terms of yields and quantities, in particular in order to remain competitive with chemically manufactured products.
Unabhängig von der Art der Metabolite bzw. dem auf dem Markt erzielbaren Preis sind die Untersuchungen zur Findung der optimalen Parameter für das Wachstum, die Produktinduktions- oder Bildungsrate sehr zeitaufwändig und kostenintensiv, sofern für die Ermittlung nur ein Photobioreaktor eingesetzt wird. In einem solchen System kann stets nur nacheinander die Anpassung eines Parameters erfolgen. Abhilfe könnte der gleichzeitige Betrieb mehrerer solcher Reaktoren schaffen. Jedoch ist eine parallele Steuerung, Regelung und Datenaufzeichnung nur unter erhöhtem technischem Aufwand möglich. Zudem sind gängige Photobioreaktoren zu groß dimensioniert. Regardless of the type of metabolites or price achievable on the market, the study of finding the optimal parameters for growth, product induction, or rate of formation is very time-consuming and costly if only one photobioreactor is used for the determination. In such a system, it is always possible to adapt a parameter only one after the other. Remedy could create the simultaneous operation of several such reactors. However, a parallel control, regulation and data recording is possible only with increased technical effort. In addition, common photobioreactors are too large dimensions.
Für eine kostengünstige Verfahrensentwicklung sind daher Kultivierungsgefäße im Klein- bis Kleinstmaßstab gefragt, die dennoch die Kultivierungsbedingungen der originalen Reaktoren möglichst genau nachbilden und eine kontrollierte Durchführung von biologischen und biochemischen Reaktionen ermöglichen. Dabei lassen sich drei wesentliche Bauelemente darstellen: a) der Reaktionsbehälter: Der Behälter ist meist ein zylindrisches Gefäß, in dem die Durchmischung des Mediums bei gleichzeitigem Prozessgaseintrag durch am Boden angebrachte Begasungsmodule realisiert wird. Als Begasungsmodule werden meist Fritten, Begasungsteller oder -ringe eingesetzt. Weiterhin kann die Durchmischung durch eingebaute Schikanen und/oder Schlaufen unterstützt werden. Die Messsonden werden über seitliche oder im Deckel angebrachte Gewindestutzen eingeführt. b) die Versorgungstechnik: Über eine neben den Reaktoren angebrachte Versorgungstechnik wird die Einhaltung der Reaktionsbedingungen gewährleistet. Hierzu zählen u. a. die Begasung, die Dosierstrecken und die Temperierung. c) Mess- und Regeltechnik: In einem neben der Versorgungstechnik befindlichen Schaltschrank ist die Mess- und Regeltechnik oder ein EDV gestütztes Prozessleitsystem eingebracht, welches die Einhaltung der Reaktionsbedingungen im Reaktor sowohl gewährleistet als auch dokumentiert.For a cost-effective process development, therefore, culture vessels are required in small to micro scale, which still simulate the cultivation conditions of the original reactors as closely as possible and allow a controlled implementation of biological and biochemical reactions. In this case, three main components can be represented: a) the reaction vessel: The vessel is usually a cylindrical vessel, in which the mixing of the medium is realized with simultaneous introduction of process gas through the bottom mounted gassing. As gassing modules, frits, gassing plates or rings are usually used. Furthermore, the mixing can be supported by built-in baffles and / or loops. The probes are inserted via lateral or in the cover attached threaded connection. b) the supply technology: By means of a supply technology installed beside the reactors the adherence of the reaction conditions is guaranteed. These include u. a. the fumigation, the metering sections and the temperature control. c) Measuring and control technology: In a control cabinet located next to the supply engineering, the measuring and control technology or a computer-aided process control system is introduced, which both ensures and documents compliance with the reaction conditions in the reactor.
In der Praxis ist es üblich Erlenmeyerkolben zu verwenden, in denen die Vorversuche zur Ermittlung der optimalen Parameter stattfinden. Sie werden entweder auf Schüttelapparaturen geschüttelt oder die Durchmischung erfolgt durch Magnetrührer. Mittels dieser Kolben ist jedoch nur ein 2-Phasensystem ohne Begasung des Gefäßes darstellbar. Der Gasaustausch findet lediglich an der Oberfläche statt und es fehlen Möglichkeiten zur Dosierung von Fluiden und zur Installation von Messsonden. Ebenfalls üblich ist der Einsatz von einfachen Blasensäulen, mit denen ein 3-Phasensystem simuliert werden kann. Jedoch ist auch hier die Durchmischung ungenügend, da lediglich eine laminare Aufwärtsbewegung der Blasen existiert und auch die Installation von Messtechnik ist begrenzt. Häufig kann nur über einen Seitenstutzen eine Messsonde eingebracht werden. Insgesamt ist mit beiden, in der Praxis üblichen Systemen, keine Vergleichbarkeit mit realen Photobioreaktoren gegeben, da keine optimale Versorgung mit Gasen oder Flüssigkeiten, keine Dokumentation des Prozesses und damit auch keine Reproduzierbarkeit gegeben ist.In practice, it is common to use Erlenmeyer flasks in which the preliminary tests take place to determine the optimal parameters. They are either shaken on shaking apparatus or the mixing is carried out by magnetic stirrer. By means of these pistons, however, only a 2-phase system without fumigation of the vessel is displayed. The gas exchange takes place only on the surface and there are no possibilities for metering fluids and for the installation of measuring probes. Also common is the use of simple bubble columns, with which a 3-phase system can be simulated. However, here too the mixing is insufficient, since only a laminar upward movement of the bubbles exists and also the installation of measuring technology is limited. Often a measuring probe can only be inserted via a side branch. Overall, with both, in practice usual systems, no comparability with real photobioreactors given because no optimal supply of gases or liquids, no documentation of the process and thus no reproducibility is given.
Für die Ermittlung des Optimums von drei Kultivierungsparametern sind an drei Betriebspunkten mit je drei Wiederholungen zur Erlangung einer sicheren Statistik 81 Einzelversuche nötig. Diese Ermittlung würde bei einer Dauer der Versuchszeit von 7 Tagen rund 1,5 Jahre dauern, sofern nur ein Reaktor eingesetzt werden würde. Das ist aus jeglichen betriebswirtschaftlichen Blickwinkeln nicht vertretbar.To determine the optimum of three cultivation parameters, 81 individual tests are required at three operating points with three repetitions each to obtain reliable statistics. This determination would take around 1.5 years for a trial period of 7 days if only one reactor were used. This is not justifiable from any business perspective.
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Die Druckschrift
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Die Druckschrift
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In
Die aufgeführten Druckschriften beschreiben entweder ein kompaktes System zur kombinatorischen Testung von nicht phototrophen Zellkulturen oder sie befassen sich mit der Kultivierung phototropher Organismen in mehreren Reaktoren, wobei die Durchführung einer kombinatorischen Testung verschiedener Parameter begrenzt beziehungsweise nicht vorgesehen ist.The cited references either describe a compact system for the combinatorial testing of non-phototrophic cell cultures or they deal with the cultivation of phototrophic organisms in several reactors, wherein the implementation of a combinatorial testing of various parameters is limited or not provided.
Es besteht daher ein anhaltender Bedarf nach einer Anlage, mit der bei möglichst geringem monetären, energetischen und technischen Aufwand ein hoher Durchsatz an Versuchen in kurzer Zeit möglich ist. Es wäre also eine Anlage erforderlich, mit der mehrere Bioreaktoren parallel betrieben werden können, wobei die Messplätze unabhängig voneinander bei voller Variabilität der Betriebsparameter angesteuert und geregelt werden können. Von Vorteil wäre auch eine möglichst kompakte Bauweise, die gegebenenfalls eine verbesserte Mobilität der Anlage gewähren könnte. There is therefore a continuing need for a system with which a high throughput of experiments in a short time is possible with the least possible monetary, energy and technical complexity. It would therefore require a system with which several bioreactors can be operated in parallel, the measuring stations can be independently controlled and regulated with full variability of the operating parameters. Another advantage would be a compact construction as possible, which could possibly grant an improved mobility of the system.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Ein oder mehrere der Limitierungen des Standes der Technik lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Geräts zur parallelen Kultivierung von phototrophen Organismen in unabhängig voneinander betreibbaren Reaktorgefäßen beheben oder zumindest mindern. Das Gerät umfasst dazu:
- a) ein Halterungssystem mit einer Vielzahl von Beleuchtungskammern, die jeweils zur Aufnahme eines Reaktionsgefäßes ausgelegt sind;
- b) unabhängig voneinander ansteuerbare Beleuchtungsmittel für jede Beleuchtungskammer;
- c) unabhängig voneinander ansteuerbare Thermostaten für jede Beleuchtungskammer;
- d) eine Begasungsanlage, die zumindest jeweils eine Anschlussstelle für ein Reaktionsgefäß pro Beleuchtungskammer umfasst, wobei die Begasungsanlage zur selektiven und voneinander unabhängigen Zufuhr eines Prozessgases über die Anschlussstelle eines jeden Reaktionsgefäß ausgelegt ist; und
- f) optoelektronische Sensoren in jeder Beleuchtungskammer.
- a) a support system having a plurality of illumination chambers, each adapted to receive a reaction vessel;
- b) independently controllable lighting means for each lighting chamber;
- c) independently controllable thermostats for each lighting chamber;
- d) a gassing system which comprises at least one connection point for one reaction vessel per illumination chamber, wherein the gassing system is designed for the selective and independent supply of a process gas via the connection point of each reaction vessel; and
- f) optoelectronic sensors in each lighting chamber.
Mit dem erfindungsgemäßen Gerät zur Kultivierung von phototrophen Organismen besteht die Möglichkeit, eine große Vielfalt phototropher Organismen, wie z.B. Mikroalgen, Cyanobakterien, Pflanzen-Kalli (in vitro), Wasserpflanzen (z.B. Wasserlinsen-Lemna spec.) oder Pflanzensämlinge, -stecklinge (emers), Moose, Flechten zu kultivieren.With the apparatus according to the invention for the cultivation of phototrophic organisms, it is possible to use a large variety of phototrophic organisms, such as e.g. Microalgae, cyanobacteria, plant calli (in vitro), aquatic plants (e.g., duckweed Lemna spec.) Or plant seedlings, cuttings (emers), mosses, lichens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gerät zusätzlich eine Steuereinheit, die ausgelegt ist, Betriebsparameter der Begasungsanlage, der Beleuchtungsmittel und der Thermostaten für jedes Reaktionsgefäß vorzugeben. Die zentrale Steuereinheit ermöglicht es also, die für die Kultivierung maßgeblichen Parameter festzulegen und weist dazu entsprechende Hard- und Softwaremodule auf. Das Gerät kann eine Eingabekonsole umfassen, über die die Steuereinheit programmierbar ist. Alternativ oder ergänzend kann eine EDV-Schnittstelle vorgesehen sein. According to a preferred embodiment, the device additionally comprises a control unit which is designed to specify operating parameters of the aeration system, the illumination means and the thermostat for each reaction vessel. The central control unit thus makes it possible to determine the relevant parameters for the cultivation and has corresponding hardware and software modules. The device may include an input console through which the controller is programmable. Alternatively or additionally, an EDP interface can be provided.
Ferner ist bevorzugt, dass die Beleuchtungskammern zur Aufnahme baugleicher Reaktionsgefäße mit einem Volumen von 100 bis 1.000 ml dimensioniert sind. Das Halterungssystem umfasst vorzugsweise 10 bis 50, insbesondere 4 bis 20 Beleuchtungskammern. Auf diese Weise kann das Gerät noch hinreichend kompakt ausgestaltet werden, so dass eine mobile Anwendung noch möglich ist. Furthermore, it is preferred that the illumination chambers are dimensioned for receiving identically constructed reaction vessels having a volume of 100 to 1,000 ml. The mounting system preferably comprises 10 to 50, in particular 4 to 20 illumination chambers. In this way, the device can still be made sufficiently compact, so that a mobile application is still possible.
Vorzugsweise umfassen die Beleuchtungsmittel einer Beleuchtungskammer LEDs mit unterschiedlichem Emissionsspektrum im Bereich von 350 bis 700 nm. Mit anderen Worten, in den einzelnen Beleuchtungskammern sind jeweils eine Mehrzahl von LEDs vorgesehen, deren Emissionsmaxima im angesprochen Bereich liegt. Ferner sind LEDs mit verschiedenen Emissionsmaxima in ein und derselben Beleuchtungskammer vorhanden, so dass mit dem Gerät eine hohe Variabilität der Versuchsdurchführungen möglich ist, zum Beispiel wenn eine Optimierung der Wellenlänge für eine bestimmte Kultivierung gewünscht ist. Die LEDs einer Beleuchtungskammer sind dabei insbesondere unabhängig voneinander im Bereich von 0 bis 100% dimmbar, können also stufenlos zwischen einem ausgeschalteten Zustand bis hin zur maximalen Lichtleistung angesteuert werden. Die Beleuchtungsmittel einer Beleuchtungskammer umfassen vorzugsweise 4 bis 20 LED-Typen.Preferably, the illumination means of a lighting chamber comprise LEDs with different emission spectra in the range from 350 to 700 nm. In other words, in each case a plurality of LEDs are provided in the individual illumination chambers whose emission maxima are in the addressed region. Furthermore, LEDs with different emission maxima are present in one and the same illumination chamber, so that a high variability of the experimental procedures is possible with the device, for example if an optimization of the wavelength for a specific cultivation is desired. The LEDs of a lighting chamber are in particular independently of each other in the range of 0 to 100% dimmable, so they can be controlled continuously between a switched-off state up to the maximum light output. The illumination means of a lighting chamber preferably comprise 4 to 20 LED types.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Thermostaten jeweils ein Peltierelement umfassen, das am Boden der Beleuchtungskammer angeordnet ist. Mit einem Peltierelement kann die Wärmeregulierung der Reaktionsgefäße der oben beschriebenen Bauart besonders rasch und zuverlässig erfolgen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist die Ausrüstung mit einer Kombination aus einem am Boden der Beleuchtungskammer angebrachten Heizpad mit einer aktiven Kühlwasserführung, wobei das Kühlwasser mit einer Pumpe in eine Wassertasse unterhalb des Reaktionsgefäßes gefördert wird.Furthermore, it is preferred that the thermostats each comprise a Peltier element, which is arranged at the bottom of the illumination chamber. With a Peltier element, the heat regulation of the reaction vessels of the type described above can be carried out particularly quickly and reliably. A further preferred embodiment is the equipment with a combination of a heating pad attached to the bottom of the lighting chamber with an active cooling water duct, wherein the cooling water is conveyed by means of a pump into a water cup below the reaction vessel.
Bevorzugt ist ferner, dass die Begasungsanlage über zumindest zwei getrennte Anschlüsse zur Gasversorgung verfügt. So kann an einem Anschluss beispielsweise eine Gasflasche mit Kohlendioxid anliegen und am anderen Abschluss Trägergas wie z.B. Luft eingespeist werden. Realisierbar sind auch weitere Anschlüsse, zum Beispiel für Untersuchungen zur Auswirkung von gasförmigen Stoffen, wie Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak, Ozon oder Stickoxiden.It is further preferred that the gassing system has at least two separate connections to the gas supply. Thus, for example, one gas bottle may be in contact with carbon dioxide at one connection and carrier gas, e.g. Air are fed. Also feasible are other connections, for example, for studies on the effect of gaseous substances such as oxygen, nitrogen, ammonia, ozone or nitrogen oxides.
Das Gerät zur Kultivierung von phototrophen Organismen mit parallel und unabhängig voneinander betreibbaren Reaktorgefäßen bei voller Variabilität in Bezug auf Beleuchtung, Temperierung und Begasung bildet ein optimales Werkzeug für Untersuchungen zum Screening von Produktbildungspotenzialen diverser Stämme, zur Wachstumsoptimierung, zur Optimierung der Stammhaltung, zur Ermittlung optimaler Betriebsparameter zur Produktinduktion / -maximierung oder zur Prüfung von Wechselwirkungen zwischen Spezies (Symbiosen, Kontaminanten).The device for cultivating phototrophic organisms with parallel and independently operable reactor vessels with full variability in lighting, temperature control and fumigation forms an optimal tool for investigations to screen product production potentials of various strains, to optimize growth, to optimize stem strain, to identify optimal operating parameters for product induction / maximization or for testing interactions between species (symbioses, contaminants).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gerät zur Kultivierung von phototrophen Organismen für eine parallelisierbare Versuchsdurchführung 4 bis 24 baugleiche Reaktorgefäße einschließlich spektral gesteuerten Beleuchtungen, Temperierung im Bereich von 10 bis 40 °C und Begasung mit Luft und/oder Kohlendioxid umfasst.According to one embodiment of the invention, it is provided that the device for cultivating phototrophic organisms for a parallelizable
Eine Gasdosierung erfolgt vorzugsweise über ein oder mehrere integrierte Massenflussregler und getakteten Ventilen zur sequenziellen Einzelflaschenbegasung, Versuchsreihenbegasung oder Begasung des Gesamtsystems. Ein Gesamtvolumenstrom beträgt vorzugsweise bis zu 5 l min–1 je Reaktorgefäß. Ein Kohlendioxid-Volumenanteil ist vorzugsweise von 0 bis 10 % einstellbar. Der Kohlendioxid-Volumenanteil kann je nach Versuchsreihe variiert werden. Eine Durchmischung des Kultivierungsmediums erfolgt über die Begasung. A gas metering is preferably carried out via one or more integrated mass flow controllers and cycled valves for sequential single-gas filling, test batch gasification or gassing of the entire system. A total volume flow is preferably up to 5 l min -1 per reactor vessel. A carbon dioxide volume fraction is preferably adjustable from 0 to 10%. The carbon dioxide volume fraction can be varied depending on the test series. A thorough mixing of the culture medium via the fumigation.
Vorzugsweise sind baugleiche Reaktorgefäße im 100 bis 1.000 ml Maßstab, die einzeln entnehmbar und autoklavierbar sind, vorhanden.Preference is given to structurally identical reactor vessels in the 100 to 1000 ml scale, which are individually removable and autoclavable.
Das Gerät weist vorzugsweise Mittel für eine optische online-Messung des Wachstums der phototrophen Organismen oder deren Produktbildungspotenzialen auf. Die online-Messung kann optoelektronisch erfolgen. Eine Erkennung von Betriebspunkten in Echtzeit ist bevorzugt. Die Messung erfolgt vorzugsweise nicht medienberührend zur Vermeidung von Biofilmen auf optischen Fenstern.The apparatus preferably comprises means for on-line optical measurement of the growth of the phototrophic organisms or their product formation potentials. The online measurement can be done opto-electronically. Detection of operating points in real time is preferred. The measurement is preferably not in contact with the media to avoid biofilms on optical windows.
Vorzugsweise weist das Gerät eine gesteuerte LED-Beleuchtung mit 4 bis 20 verschiedenen LEDs im Spektrum von 350 bis 700 nm auf, die einzeln dimmbar sind von 0–100 % und eine Beleuchtungsintensität für jede Wellenlänge von 0 bis mindestens 1.000 µmol/(m2s) ermöglichen.The device preferably has a controlled LED illumination with 4 to 20 different LEDs in the spectrum from 350 to 700 nm, which are individually dimmable from 0 to 100% and an illumination intensity for each wavelength from 0 to at least 1000 μmol / (m 2 s ) enable.
Vorzugsweise weist das Gerät einen Temperatursensor und/oder eine Gaszufuhr und Gasabfuhr und/oder ein Durchstichseptum zur Probenahme und/oder eine Substratdosierung auf.Preferably, the device has a temperature sensor and / or a gas supply and gas discharge and / or a piercing septum for sampling and / or a substrate dosage.
Mit dem in der Erfindung beschriebenen Gerät zur Kultivierung von phototrophen Organismen besteht die Möglichkeit, in beispielsweise bis zu 24 parallel und unabhängig voneinander betreibbaren Reaktionsgefäßen eine große Vielfalt phototropher Organismen, wie z.B. Mikroalgen, Cyanobakterien, Pflanzen-Kali (in-vitro), Wasserpflanzen (Lemna sp.), oder Pflanzensämlinge, -stecklinge (emers), Moose und Flechten zu kultivieren. Für jedes einzelne Reaktionsgefäß können dabei die Kultivierungsparameter, wie Wellenlänge der Beleuchtung, Intensität, Temperatur und Begasung, separat zu den anderen angesteuert und geregelt werden. Häufig ist in der konkreten Anwendung ein zweiphasiger Kultivierungsprozess vorgesehen, bei dem zunächst in einer ersten Phase die Biomassenproduktion im Vordergrund steht. Unter anschließend veränderten Bedingungen (z.B. Licht, Nährstoffe, CO2), werden dann in einer zweiten Phase Sekundärmetabolite produziert. Der wirtschaftliche Erfolg bei Sekundärmetaboliten ist somit oftmals nur durch eine Entkopplung von Biomasse- und Produktbildungsphase möglich. Die Optimierung derartiger Prozesse ist sehr aufwendig und kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Geräts deutlich vereinfacht werden.With the device described in the invention for the cultivation of phototrophic organisms, it is possible in a large variety of phototrophic organisms, for example up to 24 parallel and independently operable reaction vessels, such as microalgae, cyanobacteria, plant potash (in vitro), aquatic plants ( Lemna sp.), Or plant seedlings, cuttings (emers), mosses and lichens to cultivate. For each individual reaction vessel, the cultivation parameters, such as the wavelength of the illumination, intensity, temperature and gassing, can be controlled and regulated separately from the others. Frequently, a two-phase cultivation process is envisaged for the specific application, with biomass production first of all in the first phase. Under subsequently changed conditions (eg light, nutrients, CO 2 ) secondary metabolites are then produced in a second phase. The economic success of secondary metabolites is thus often only possible through a decoupling of biomass and product formation phase. The optimization of such processes is very complicated and can be significantly simplified by means of the device according to the invention.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and associated drawings. The figures show:
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die
Eine Fronttür
Die exemplarisch beschriebene Ausführungsform des Geräts
Eine Gasdosierung erfolgt über integrierte Massenflussregler und getaktete Ventile zur sequenziellen Einzelflaschenbegasung, Versuchsreihenbegasung oder Begasung des Gesamtsystems. Ein Gesamtvolumenstrom beträgt vorzugsweise bis zu 5L/min je Reaktionsgefäß
Das Gerät
In der exemplarisch dargestellten Ausführungsform weist das Gerät
Der
Unterhalb der Beleuchtungskammern
Das Beleuchtungssystem umfasst seitlich an den Wandungen der Beleuchtungskammer
Eine für die individuelle Zufuhr von Prozessgas geeignete Medienschaltung
Der
Der
Mit der Vielzahl verschiedener LEDs in den einzelnen Beleuchtungskammern können die Beleuchtungsverhältnisse individuell für jede Beleuchtungskammer vorgegeben werden. Rein exemplarisch ist der
Mit dem in den Figuren illustrierten Gerät kann demnach eine kombinatorische Testung einer Vielzahl von einflussnehmenden Parametern auf das Wachstum, die Produktinduktion, und -bildung von phototrophen Organismen unter konstanten Bedingungen reproduzierbar realisiert werden. Bevor eine Untersuchung durchgeführt werden kann, können die Reaktionsgefäße vor Benutzung in einem externen Gerät sterilisiert werden, unter sterilen Bedingungen mit dem für die Untersuchungen notwendigen Medium befüllt und mit dem zu untersuchenden phototrophen Organismus beimpft werden. Vor Inbetriebnahme des gesamten Geräts wird dies mit der laborseitigen Gasversorgung und sofern die Temperierung der einzelnen Gefäße über die Kühlmittelschalen erfolgt, mit einem extern betriebenem Thermostat verbunden. Ist dies erfolgt, werden die Reaktionsgefäße einzeln in die Vertiefungen des Halterungssystems gestellt und die Prozessgaszufuhr der Gefäße mit der Begasungsleitung des Geräts verbunden. Über die Bedienkonsole des Geräts werden die Prozessparameter für jedes einzelne Gefäß eingestellt und abgespeichert. Die Regelung und Ansteuerung der einzelnen Module zur Vorgabe der Beleuchtungsparameter, Temperatur, Begasung und des pH-Werts kann automatisch über eine Software erfolgen, die entweder in einem Steuermodul des Geräts hinterlegt ist oder extern über geeignete Schnittstellen zugeschaltet ist. Die konkrete Auslegung von Steuersoftware und -hardware für diese Zwecke ist allgemein bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Für jedes einzelne Reaktionsgefäß kann über die Bedienkonsole vorzugsweise die Wellenlänge der Beleuchtung, mehrere Wellenlängen und deren Anteil an der Gesamtbeleuchtung, die Intensität und Dauer der Beleuchtung, die Temperatur, die Begasungsrate und der -intervall, und der pH-Wert vorgegeben werden. Nach der Inbetriebnahme des Geräts wird der Deckel geschlossen, um Außeneinflüsse auszuschließen und die Verdunstung zu minimieren. Die Aufzeichnung und Abspeicherung sämtlicher Parameter und Messergebnisse kann ebenfalls automatisch über ein in der Software enthaltenes, an sich bereits bekanntes DataLog-Programm erfolgen. Nach Abschluss der Untersuchungen werden die Reaktionsgefäße aus den Vertiefungen des Halterungssystems genommen.Accordingly, with the device illustrated in the figures, a combinatorial testing of a multiplicity of influencing parameters on the growth, product induction, and formation of phototrophic organisms can be reproducibly realized under constant conditions. Before an examination can be carried out, the reaction vessels can be sterilized before use in an external device, filled under sterile conditions with the medium necessary for the investigations and inoculated with the phototrophic organism to be examined. Before commissioning the entire device, this is connected to the laboratory gas supply and, provided that the temperature of the individual vessels via the coolant shells, with an externally operated thermostat. Once this is done, the reaction vessels are placed individually in the wells of the support system and the process gas supply of the vessels connected to the gassing of the device. The process parameters for each individual vessel are set and stored via the control panel of the device. The regulation and activation of the individual modules for specifying the illumination parameters, temperature, gassing and the pH value can be carried out automatically by software which is either stored in a control module of the device or externally connected via suitable interfaces. The specific design of control software and hardware for these purposes is well known and will therefore not be discussed further here. For each individual reaction vessel, the wavelength of the illumination, several wavelengths and their proportion of the total illumination, the intensity and duration of the illumination, the temperature, the gassing rate and the interval, and the pH value can be preset via the control console. After putting the unit into operation, the lid is closed to exclude external influences and minimize evaporation. The recording and saving of all parameters and measurement results can also be done automatically via a DataLog program, which is already known in the software. After completion of the tests, the reaction vessels are removed from the wells of the support system.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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