JP2014512832A - 光合成微生物の培養のための閉じた環境での光バイオリアクター - Google Patents

Abstract

本発明は、微生物培養培地（３）を収容することを意図した少なくとも１つの培養筐体（１）と、この培養筐体（１）の外側の少なくとも１つの光源（２）を備えるような、光合成微生物、好ましくは微細藻類の特に連続培養を対象とする光バイオリアクターに関し、この光バイオリアクターは、培養筐体（１）の内側に配置された少なくとも１つの円筒形状又は角柱形状の光拡散要素（４）をさらに備えており、この光拡散要素（４）は、光源２によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光子をその光拡散要素の側面によって培養培地（３）に戻すように、光源（２）に光学的に結合されている。
本発明はまた、光合成微生物を培養する光バイオリアクターの使用に関するとともに、光バイオリアクターの培養培地を照明するための光拡散要素（４）の使用に関する。

Description

本発明は、光合成微生物の集中的且つ連続的な培養に関する。
より正確には、そのような培養を対象とした光バイオリアクターに関する。

微細藻類は、その代謝と成長とに、とりわけ、ＣＯ_２、光及び栄養素を必要とするような光合成植物の生物である。
微細藻類の培養産業は、多くのアプリケーションを有している。
微細藻類は、特定の工場から排出される二酸化炭素、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は硫黄酸化物(ＳＯｘ)のリサイクル及びこれらを浄化するために培養されている（特許文献１）。
微細藻類から抽出されたオイルは、バイオ燃料として用いることができる（特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
微細藻類は、ω−３多価不飽和脂肪酸の生産のために培養することができる。
微細藻類はまた、顔料を生成するために培養することができる。

従来から、微細藻類の大規模な培養産業は、光源として太陽を使用している。このため、微細藻類は、大抵の場合、循環を用いた又は用いない屋外の池（水路）に置かれている（特許文献５）。他のアプローチとして、微細藻類を循環させる培養培地において光線の通過を可能にするような透光性材料から構成されたチューブ状又はプレート状のバイオリアクターがある（特許文献６）。透明チューブの三次元ネットワークから構成された他のシステムは、有利な省スペース特性を有する（特許文献７）。

このような設置は、非常に大きなスペースを必要とし、収率は、微細藻類の成長を妨げる不確実な太陽光や非生産的な夜の段階を考慮すると低くなる。

サイズを小さくするとともに収率を向上させるために、閉じた系のバイオリアクターが開発された。これらのバイオリアクターは、照明の一定の（毎日の毎時間ごとの）安定供給を行っているが、関係する藻類の生物学的サイクルに特異的なシーケンスに依存して中断されることがある。

実際に、微細藻類は、可視スペクトルのすべての光子を吸収するが、この微細藻類は、特に白色光の特定の波長のみで最小限の損失で吸収するので、微細藻類バイオマスを増加させる重要な因子は、量と質の両方の観点からの光である。

光バイオリアクターは、生体材料が、光エネルギーの作用により生成される内部の閉じた系として規定される。生産性は、培養条件、例えば栄養素、流体力学的な媒体、ガス移動、液体循環速度等を制御することによってさらに最適化することができる。
微細藻類の種類について光、流束及び波長を適合させることは、生産性を最適化する上で重要な因子である。

一般に、生産性は、光バイオリアクターの容積内の照明の品質に直接的に依存すると理解されている。生物学的液体の全てが、最適な有効エネルギーで適切に照射されることが必要である。その結果として、光源と生物学的液体との間の接合部分は、生物学的液体の有効体積を最大化しながら、可能な限り大きくしなければならない。

これらのアイデアを明確にするためには、１リットル（Ｌ）当たり約１グラム（ｇ）の濃度（ｄ）で、光が、およそλ＝０．５ｃｍで吸収されることに留意されたい。１平方メートル（ｍ^２）の照射面（１ｍ^２のフラットな光源）を有する１立方メートル（ｍ^３）の反応器について、関係する生物液体の体積は、１／２００ｍ^３のみである。理想的な反応器では、照射される体積が、反応器の容積と等しくなる。より一般的には、反応器の品質係数は、関係式：Ｑ＝Ｓλ／Ｖ_０によって規定することができ、ここで、Ｓは、反応器の容積（Ｖ_０）における（適切なパワ−を有する）照射面であり、λは、光の侵入深さである。

Ｖ_ｅは、反応器中に分散させた照明素子の体積であり、質量（Ｍ）での生産性が、関係式：Ｍ＝（Ｖ_０−Ｖ_ｅ）ｄで表すことができる。
これら２つの関係式を同時に最大化しなければならない。

この二面性を有する最適化を活用するための様々な技術的な試みが、過去に提案されてきたが、それらは後述する困難に直面してきた。
この問題を解決するための第１の人工照明の解決策は、光ファイバを用いて、光源からの光を微細藻類の近くの培養培地に提供することである（特許文献８及び特許文献９）。
光ファイバは、光を筐体の内側に導くために、他の浸漬手段と組み合わせることができる（特許文献１０及び特許文献１１）。

主な欠点は、この解決策は、低い収率（生成された光）／（有効光）しか提供できないことである。実際には、光源と導波路との間の接合面が原因で、光強度が減少しており、複数の光源を同一のファイバに結合することが困難である。さらに、複数の異なる波長を使用するため問題が生じる。実際に、培養培地中に浸漬した光ファイバに光を留めるために、光ファイバは、導波光の一部を拡散又は回折するような表面処理（粗面化処理）を受ける必要がある。最も効果的な解決策は、伝達される光波長のオーダーで、一工程で光ファイバの周囲にネットワークをエッチングすることである。この解決策は、狭帯域幅を含んでおり、いくつかの波長が使用されるときに全く適していない。この問題を解決するための別の人工照明の解決法は、例えば蛍光ランプ（特許文献１２）や発光ダイオード（ＬＥＤｓ）（特許文献１３及び特許文献１４）等の光源を光バイオリアクターの筐体に直接的に浸漬することである。

この解決策は、光源が、培養培地により近く且つより良好に結合されているため、照明プロセスのエネルギー効率を向上させることができる。

しかしながら、反応器内に導入された光源、具体的には発光ダイオードの使用は、二つの他の主要な問題を考慮しながら行わなければならない。
第１の問題は、それら光源のエネルギーの放出パターンが、指向性を有しており、且つランバート(Lambertian)プロファイルに従うため、ＬＥＤ発光の幾何学的形状に固有のものになることである。ビーム内の藻類のみが照明される。発光円錐の立体角が、典型的に９０°なので、ＬＥＤの周りの３／４の空間は、照明されないことになる。この状況は、浸漬された光ファイバの端部からの照明について実質的に同じであることに留意されたい。

さらに、ＬＥＤ発光ビームがランバート則に従う状況で、透過ビームが通過する藻類は、不均一な光子束を受けることに留意されたい。
同様に、ＬＥＤｓが、反応器（ヒートパイプ）内の内壁を照明するために使用される場合に（特許文献１５を参照）、均一な光子束を、培養槽内で得ることができない。
影の領域を少なくさせるために、筐体内の光源が、多重化され、互いに十分に近接して設置することができる。

これを行うことで、第２の重大な問題が、藻類の性質に依存して数度以内に制御しなければならない反応器の熱管理に関して生じる。実際に、現在市場で見かけるような典型的なコンポーネントについて、ＬＥＤｓに導入される電気出力の３／４が、熱として消散している。この熱管理は、解決しなければならない第２の主要な問題である。これは、使用される光源の種類に依存しないこれらの第１世代の反応器の構造に特有のものである。反応器の容積内の多数の光源の分散によっても、非常に直ぐに電気的接続の問題が提起され、光源が多数の光源で多重化する必要がある場合に、光バイオリアクターのコストの問題が追加される。

ＷＯ２００８／０４２９１９ ＷＯ２００８／０７０２８１ ＷＯ２００８／０５５１９０ ＷＯ２００８／０６０５７１ ＵＳ２００８／１７８７３９ ＦＲ２６２１３２３ ＥＰ０８７４０４３ ＵＳ６１５６５６１ ＥＰ０９３５９９１ ＪＰ２００１／１７８４４３ ＤＥ２９８１９２５９ ＵＳ５１０４８０３ ＤＥ２０２００７０１３４０６ ＷＯ２００７／０４７８０５ ＤＥ２０２００７０１３４０６

要約すると、反応器の容積増加における光強度の均一性を有する照明フロント面を得ることは、現在のところ未解決の問題である。均一なフロント面を近似するために想定される唯一の方法は、光源を反応器の内側で多重化することであり、それは、熱管理の切り離せない問題をもたらす。
これらの問題に対処するため、本発明者らは、外部のＬＥＤｓによって生成された光を光バイオリアクターに導くとともに拡散させるような新規で、特に効果的な方法を発見した。
光源は、もはや筐体の内側に配置する必要はなく、温度調節を大幅に容易にする。使用される光拡散ガイドは、さらに、光の特に均質且つ均一な拡散を可能にし、微細藻類の培養についてすべての波長に有利に適合させる。

これにより、第１の態様によれば、本発明の目的は、微生物培養培地を収容することを意図した少なくとも１つの培養筐体と、この培養筐体の外側の少なくとも１つの光源とを備えるような、光合成微生物、好ましくは微細藻類の特に連続培養を対象とする光バイオリアクターに関し、この光バイオリアクターは、培養筐体の内側に配置された少なくとも１つの円筒形状又は角柱形状に光拡散要素をさらに備えており、この光拡散要素は、光源によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光子をその光拡散要素の側面によって培養培地に戻すように、光源に光学的に結合されている。

他の有利な且つ非制限的な特徴によれば、
・光拡散要素は、光源が配置される端部において、光を吸収しない透明材料から形成された中実要素である。
・光拡散要素は、部分的な光拡散性を有する材料から形成れた介在物を含む。
・光源と光拡散要素との間の接合部分は、光子の透過性を向上させる光学グリスで処理されている。
・光拡散要素は、光源が配置される端部において、透明材料から形成された中空要素である。
・半反射層が、光拡散要素の内側に配置されている。
・半反射層が、光拡散要素の外側に配置されている。
・半反射層（又はこの積層体）が、光拡散要素を含む材料の光屈折率よりも大きい光屈折率を有する金属又は金属酸化物の材料、好ましくはアルミニウムで形成されている。
・半反射層の厚さが、光源からの距離によって減少する。
・光拡散要素は、ポリメチルメタクリレートで形成されている。
・光源は、準点光源であり、光拡散要素は、光拡散チューブである。
・光源は、線状光源であり、光拡散要素は、平行六面体の光拡散器である。
・光源は、準点状又はストリップ形状として分布された発光ダイオード（ＬＥＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のセット、好ましくは高出力発光ダイオード（ＨＰＬＥＤ）又は高出力発光ダイオード（ＨＰＬＥＤｓ）のセットである。
・収束レンズが、ＬＥＤと光拡散要素との間の接合部分に配置される。
・内部が反射性を有する光学系が、ＬＥＤを取り囲む。
・光源の反対側の光拡散要素の端部には、ミラーが設けられている。
・光源の反対側の光拡散要素の端部は、円錐形状又はドーム形状である。
・光拡散要素の外面が、光拡散を向上させるための適切な凹凸面を有する。
・光拡散要素の外面は、保護シース内に封入されている。
・光拡散要素は、シースを取り囲む洗浄スクレーパを備える。
・光バイオリアクターは、光源の冷却用システムを備える。
・光バイオリアクターは、培養培地の底部に気泡発生システムを備える。

本発明の第２の態様は、光合成微生物、好ましくは微細藻類を培養するための本発明の第１の態様に係る光バイオリアクターの使用に関する。
本発明の第３の態様は、光源によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光子をその光拡散要素の側面によって戻して、光バイオリアクターの培養培地を照明するような、光源に光学的に結合された円筒形状又は角柱形状の光拡散要素の使用に関する。

本発明の光バイオリアクターの光拡散要素の実施形態の図である。 本発明の光バイオリアクターの光拡散要素の実施形態の図である。 本発明の光バイオリアクターの光拡散要素の実施形態の図である。 本発明の光バイオリアクターの光拡散要素の実施形態の図である。 本発明の光バイオリアクターの光拡散要素の実施形態の図である。 本発明の光バイオリアクターの光拡散要素の特に有利な実施形態の斜視図である。 本発明の光バイオリアクターの平行六面体の実施形態の斜視図である。 本発明の光バイオリアクターの円筒形状の実施形態の斜視図である。 本発明の光バイオリアクターの別の平行六面体の実施形態の斜視図である。

本発明の他の特徴及び利点は、好ましい実施例についての以下の詳細な説明を考慮することにより明らかにされる。この詳細な説明は、添付の図面を参照して提供される。

本発明の原理
最近では、ＬＥＤ部品の性能が大幅に向上している。今日、高出力ＬＥＤｓが存在しており、すなわち、ほぼ葉緑素（クロロフィル）の吸収波長（６５０ｎｍ〜６８０ｎｍ）で発光するような１０Ｗ以上の電力のＬＥＤが存在している。

それらＬＥＤｓは、具体的には、工業製品で２５％を超える光出力を有している。研究室では、一般に３５％を超える出力を有しており、場合によっては５０％を超える光出力を有するＬＥＤが注目されている。

この画期的な技術は、光を拡散させるための光学結合器具を用いる条件で、単一のＬＥＤによって、約１リットルの体積の培養培地に光を提供するのに十分であると想定することができる。

研究の結果として、本出願人は、培養筐体の外側に配置された光源、具体的には準点光源の又はリボン形状のＬＥＤからの光を集光するとともに、光バイオリアクターの培養培地の完全な列内にその集光した光を拡散させるような光拡散要素を開発した。

光源が培養筐体の外側に配置されているという事実は、多くの利点を有する。具体的には、この構成によって、放熱が容易になり、光源自体よって生じる影が存在しなくなり、且つ生物学的環境の外側で電気的接続を維持する能力等が得られる。

光バイオリアクターの構造
本発明の光バイオリアクターの概略図が、図１ａに示されている。
光合成微生物、好ましくは微細藻類の特に連続培養を対象としたこの光バイオリアクターは、確認されるように、微生物の培養培地（３）を収容するように意図した少なくとも１つの培養筐体（１）と、この培養筐体（１）の外側の少なくとも１つの光源（２）とを備える。
この光バイオリアクターは、説明したように、培養筐体（１）の内側に配置された少なくとも１つの円筒形状又は角柱形状の光拡散要素（４）をさらに備えており、この光拡散要素（４）は、光源（２）によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光をその光拡散要素の側面によって培養培地（３）に戻すように、光源（２）に光学的に結合されている。

本発明の文脈において、以下の２つのケースが区別される。つまり、光源（２）が、例えば単一のＬＥＤ（又は単一のＬＥＤｓのセット）であるような準点光源であるケースと、光源（４）が、例えば、実際にストリップ形状又はリボン形状であるような線状光源（特許出願ＦＲ１０５００１５参照）である（又は面光源である）ケースと、が区別される。

いずれの場合も、（準点光源又はリボン形状光源の）高出力ＬＥＤ（ＨＰＬＥＤ）、すなわち、１Ｗを超える出力のＬＥＤ、さらに１０Ｗを超える出力のＬＥＤが、具体的には選択される。以下、本説明は、結果として、ＬＥＤ光源について主に言及するが、本発明は、このタイプの光源に限定されるものではないことを理解されたい。当業者は、高指向性という利点を有するレーザ光源を含む他の公知の光源（２）に本発明の光バイオリアクターを適合させ、その価格を大幅に減少させることができるであろう。

すべてのケースにおいて、光源（２）は、自然の又は異なる波長で発光する単色光源の並置による単色又は多色のいずれかの光源とすることができる。様々なギャップの半導体（量子井戸型ダイオードを含む）を積層して、マルチスペクトルのＬＥＤを直接的に得ることが可能であることに留意されたい。

光拡散要素の幾何学的形状−準点光源のケース
最初に、市販の限定されたＬＥＤｓの発光対称性は、円筒形状（ランバート発光）であることに留意されたい。その結果として、実施するための最も簡単な結合は、中空又は中実のチューブを用いることである。

光拡散要素（４）は、従って、光拡散「チューブ」又は「フィンガー(finger)」と呼ばれる。しかしながら、チューブは、必ずしも円形断面を有する必要はなく、つまり、必ずしも直円柱を有する必要がないことを規定することが有用である。本発明は、任意の円筒形状又は角柱形状の光拡散要素に関し、すなわち矩形の外側面を有する多面体の光拡散要素に関し、他方で、ランベールト発光を順守する中心対称性を有利に有する一定の区分を有する。実際に、外側面、すなわち、微生物の培養培地（３）と接触する面を特に増加させるためにことを可能にするような正多角形又は星型の断面を有する光拡散チューブ（４）を想定することは確かに可能である。

それにも拘わらず、直円柱は、照明フロントが不均一になる角点を避けるために、対称性の理由（ダイオードローブ）のために、最も現実的な解決策と思われる。
一般に、本発明は、任意の幾何学的形状に限定されるものではなく、任意の円筒形状又は角柱形状の光拡散要素に関するものであることを繰り返し言及しておく。

光拡散チューブの二つの可能性（４）を想定することができる。第１の可能性によれば、光拡散チューブ（４）は、透明材料、好ましくはガラス又はプレキシガラスから形成された中空チューブであり、ＬＥＤ（２）が配置される端部において、光拡散チューブが、ＬＥＤ（２）によって放出される光子を受け取るように光拡散チューブ（４）に向けて指向されている。
この構成では、光は、V.Gerchikovらによる刊行物（leukos Vol.1 No.4 2005）に説明されているようにチューブ内に導かれる。

この場合に、光は、空気中を伝播され、すなわち、全く吸収されない。ダイオードの発散（ランバート）を考えると、光拡散チューブ（４）の内側の迎角が複数あり、空気に比べて光屈折率の差異に関連する古典的な法則（デカルト則）に従うように光が抜け出る。空気の屈折率（ｎ）は、実際に約１であり、１．５に達するガラス又はプレキシガラスの屈折率（ｎ）よりもかなり低い。従って、入射光線が光拡散チューブ（４）の内面に到達したときに、光拡散チューブの表面に対する入射角θに依存して、光拡散チューブを通る透過係数は、迎角θ＝０°（伝播無し）についてほぼ１から、低入射角の場合に０になる（チューブで伝播して導かれる）。培養培地（３）と外側面における光拡散チューブ（４）との接合部分において、水の屈折率（１．３３）は、チューブ（４）の屈折率よりわずかに低いだけなので、ほぼ全光束が交差する。この説明したケースは、エアギャップを有するジャケット付チューブのケースとは明らかに関連していない。２つの光線の軌跡が、図１ａに示されている。これは、光拡散チューブ（４）の屈折率が、１．５に近いと想定される。

有利には、図１ａに確認されるように、収束レンズ（５）が、ＬＥＤ（２）と光拡散チューブ（４）との間に配置される。この集束レンズ（５）は、ＬＥＤ（２）からのビームの発散を制御する。小口径の入射ビームの１つのケースでは（ダイオードがレンズの焦点面内にある）、光束の大部分が案内される。これは、多少なりともビームの焦点をぼかすことにより、光拡散チューブ（４）の光束出力を変調することができることを理解されたい。相関的に、光拡散チューブ（４）内の光エネルギーの侵入深さは、光拡散チューブの長さに調整することができる。この点の重要性は、以下で明らかとなる。

中空の光拡散チューブ（４）内への光注入はまた、発光軸線に対して広角で光線をリカバーして光線を光拡散チューブの軸線に戻すために、光学装置（４１）を用いてＬＥＤ（２）で取り囲むことによって改善することができる。この機能を充足する市販の部品が存在するが、それらの部品は、利用可能な空間を考慮する本出願には適していない。この場合に、不完全であるが容易に実行できる解決策は、ＬＥＤ（２）を取り囲む円錐の頂部を有するような、内部が反射性を有する円錐台を使用することである。そのような光学系（４１）の幾何学的形状のいくつかの例が、図１ａ〜ｃに示されている。

第２の可能性によれば、光拡散チューブ（４）は、透明な非光吸収性の材料、好ましくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から形成された中実（すなわち、非中空）チューブである。ＰＭＭＡの屈折率（１．４９）は、水とガラスとの屈折率と同じ又はほぼ同じであり、原理的には、そのＰＭＭＡのチューブが水の中に押し込められた場合に、光が案内されないが、ＬＥＤ／チューブ接合部分（球面ガラスの封入体）においてフレネル損失を有しない。
ＬＥＤ（２）は、（ＬＥＤ（２）の封入体の球状セグメントの大きさの）光拡散チューブ（４）に形成された凹部内に導入される。

有利な使用は、生成される準円筒形状のビームを介して、光を中実チューブ（４）に（ほぼフレネル損失を含む状態で）侵入させることを可能にするレンズ（５）を用いることができる。従って、特に有利な方法で中実チューブ（４）に侵入するビームが、チューブに導入された介在物（６）により拡散される。この実施形態は、図１ｂに示されている。

実際に、ＰＭＭＡの質量内に介在物（６）を拡散させることによる産業用システムは存在している。すなわち、複数のインターフェイス手段によってランダムな配向を有する光の拡散を保証するような非吸収性の「物体」であり、具体的には、チューブ（４）又は気泡の屈折率とは異なる屈折率を有する粒状材料である。

さらにより有利な方法で、介在物の密度（６）は、光拡散チューブ（４）の高さ方向に沿って変化し、光の進行性の損失を補償するために、ＬＥＤ（２）からの距離によって大きくなる。

本発明は、特定のサイズの光拡散チューブ（４）に制限されない。チューブは、長さを数メートルにすることができ、所定の制限は無いが、殆どの場合、数ミリメートル（ｍｍ）と数センチ（ｃｍ）との間の直径を有する。直径は、光侵入を条件付ける反応器における微細藻類濃度の選択（連続モード及び／又はケモスタット）と微細藻類に加えられる平均出力によって主に決定される。これらの範囲は、以下で説明する。

光拡散要素の幾何学的形状−線状光源の場合
上で説明したように、光を拡散するようなチューブ形状光拡散要素（４）の使用は、唯一の可能な構成ではない。線状及びリボン形状のＬＥＤ光源（２）を実際に用いることができる。リボン形状ＬＥＤは、上述したように、（複数の波長の）複合体とすることができ、すなわち多色構成とすることができることに留意されたい。

この場合には、光拡散要素（４）は、リボン形状ＬＥＤｓの発光幾何学的形状を考慮するために、多少なりとも有利な平行六面体とされる。この特定のケースにおいて角柱形状の幾何学的形状であることに留意されたい。

そのような平行六面体の光拡散器（４）が、図２に示されている。その拡散器は、中実又は中空にすることができ、チューブ状要素と同じ態様の物体とすることができる。本明細書は、以下に「光拡散チューブ」について言及するが、チューブ形状又は平行六面体によらず、本明細書において説明されるすべての可能性（構造、処理、材料等）は、拡散要素（４）の幾何学的形状に拘わらず適用することができることが理解されるであろう。

表面処理−半反射処理
可能な限り均一な方法で培養培地（３）を照明するために、光が、光ガイドに沿って一定の強度で光拡散チューブ（４）から抜け出るように、具体的には、光が光拡散チューブ（４）から非常に早く出て行くことを防ぐように形成されている。
中空の光拡散チューブ（４）の場合には、この光の閉じ込め効果は、半ミラーと同等の光拡散チューブ（４）の内側に半反射層（７）を配置することによって有利に増加させることができる。

すべての光拡散チューブにおいて、別の半反射層（８）は、内部層（７）を交換する又は補完することによる中空チューブを含むように、光拡散チューブ（４）の外側に配置することができる。
これらの内部／外部の表面処理は、図１ｃに確認される例では、光をより良く案内することを可能にする。

なお、この場合には、光拡散チューブ（４）を含む材料の光屈折率よりも大きい光屈折率を有する典型的に金属又は金属酸化物の材料、好ましくはアルミニウムによって得ることができるような半反射処理である。屈折率を増加させることによって、反射は、伝達させる上で有利である。コーティングの品質は、そのコーティングによる吸収性に本質的に関連しており、最小限にしなければならない。利用可能な備品は、使用される光の波長に適合されるようなミラー効果を増大させるこの機能を充足するための半透明の光学層と光学的な多層(multi-layers)（金属又は酸化物）である。

中空チューブの場合には、半反射層（８）をフィンガーの外側に置くことは、必須ではないが、その構成は、半反射性材料を堆積させるための技術を簡素化する。しかしながら、槽内で浸漬することによってチューブの外側と内側との両方を被覆するような堆積を継続することを想定することができる。半反射層（７，８）は、任意の化学的（浸漬）、電解、陰極スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）又は蒸着法等によって、より一般的に堆積させることができる。

想定される材料は、説明したように、この機能を充足するために、薄い厚さ（数ミクロン）の半透明層を構成することを可能にする金属（アルミニウム、銀等）から透明酸化物（インジウムがドープされている又はされていない、レアアース）とすることができる。本明細書において必要な透明性の範囲においては、この層の固有の光吸収は、１０％を超えてはならない。

さらにより有利には、半反射層の厚さ（７，８）は、光の進行性の損失を補償するように、ＬＥＤ（２）からの距離によって減少する。当業者は、チューブ（４）から抜け出る光エネルギーを最適化（均等に）するために、（ＬＥＤ（２）までの距離の関数として）半反射層（７，８）の厚さの変化プロファイルを選択することができる。ここで再び、中実の光拡散チューブ（４）（上記参照）の場合に、介在物（６）が変化する密度を有するように同じように考慮される。例えば、２０ｎｍから１００ｎｍに変化する厚さのアルミニウム層が有利となる。

表面処理−拡散処理
特定の表面処理によって、光拡散チューブ（４）の内側のミラー効果が増幅されるが、光拡散を向上させるために他の処理法が特に可能であるように示されている。
従って、有利には光拡散チューブ（４）の外面は、光拡散を向上させるような増大した凹凸面（９）を有する。適合される凹凸面は、使用される光の波長と同程度の又はそれよりも大きいスケールの凹凸を特に意味する。

これは、例えば、摩耗、薬品侵食、ＰＭＭＡの軟化温度の近傍での成形、又はレーザエッチング等による凹凸面である。第１の処理（半反射）とこの第２の処理とは、例えば、半反射層（８）を光拡散チューブ（４）上に堆積させることによって、個別に又は同時に凹凸面にすることができ、光拡散チューブ（４）からの光束を最適化することができる。凹凸面（９）と半反射内部層（７）とが組み合わされるような光拡散チューブ（４）が、図１ｄに示されている。

他の処理と同様に、凹凸面のレベルは、光源からさらに離れた光束の損失を補償するためにＬＥＤ（２）から離れるように移動させながら、このレベルを増大させることができる。光拡散チューブ（４）の光束のこの進行性の損失の最適化、及び光拡散チューブ（４）に沿って移動するときの、出力光束の恒常性の最適化は、光拡散チューブ（４）の長さの２倍に亘って光をほぼ完全に減衰させることを目的とする（光源に戻る発光出力がない）。従って、有利には、ＬＥＤ（２）の反対側の光拡散チューブ（４）の端部には、ミラー（４２）が設けられている。

（完全なパスが往復するため、光拡散チューブ（４）の長さの）中間距離において、光が戻され、「往路」の途中でＬＥＤ（２）から離れるときに、チューブから取り出される光の損失を補償することができる。このミラーは、有利には、（図１ａに確認されるように）円錐形状を取ることによって、所定の角度又は均等な形態に応じて傾斜させることができる。ミラー（４２）の様々な例示の幾何学的形状が、図１ａ〜ｄにも示されている。これは、ＬＥＤ（２）からの距離に依存して可変する厚さの半反射層の使用（７，８）によって、光抽出を最適する追加の自由度を構成することに留意されたい。

さらに、反応器の流体力学（水と気泡の流れ）を考慮するために、ＬＥＤ（２）の反対側の光拡散チューブ（４）の端部は、水又は気泡（ゾーン散布で）の流れを容易にするために、有利に円錐形状又はドーム形状とすることができることに留意されたい。これは、以下でさら示めされる。二重壁チューブが使用される場合に、それらの端部を、円錐形状又はドーム形状に成形しなければならない。

光拡散チューブの他の改良点
好ましい態様では、光拡散チューブ（４）の外面は、保護シース（１０）内に封入されている。この封入は、本質的に腐食性である培養培地（３）の特に半反射層（８）を保護するような重要な役割を果たしている。
光拡散チューブの外面（４）が、人為的な凹凸面（９）にされる場合に、その凹凸によって、微細藻類の付着が増大することに留意されたい、それはまた、光拡散チューブ（４）を封入することが望ましい理由でもある。

保護シース（１０）は、藻類の付着が可能な限り弱くなるような滑らかな且つ透明な材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、結晶ポリスチレン等のプラスチック）で形成されるべきである。
凹凸面（９）の場合には、凹凸面の拡散効果を得るために光の通路上で屈折率の急変部を形成する必要があることに留意されたい。従って、シース（１０）についてポリテトラフルオロエチレン等の低屈折率を有する材料を選択すること、又はシース（１０）と粗い凹凸面（９）の光拡散チューブ（４）との間のエアギャップを好ましい態様で想定することのいずれかが必要であり、空気中で光が交差する距離は、有利には、凹凸面（９）の程度よりはるかに大きく（少なくとも１０倍）なるようにしなければならない。

一般に、本発明は、任意の特定の実施形態に限定されるものではなく、半反射層又はこの層が存在する場合に外側及び／又は内側の凹凸面のすべての可能な組合せの物体とすることができる。特に異なる屈折率を有するいくつかの材料を組み合わせること、且つこれら様々な材料を同心円状に多層に組み付けることも可能である。当業者は、光バイオリアクター用に選択された製造特性に応じてすべてのこれらのオプション（藻類濃度、光拡散チューブ（４）の密度、所望の収率、所望のコスト等）を採用することができるであろう。
なお、以下において確認されるように、シース（二重チューブ又はカプセル化）は、外部光チューブ洗浄システムを想定することができる。

冷却系
使用されるＨＰＬＥＤｓは、説明したように、好ましくは、およそ２５％の出力を有しており、すなわち、供給される電力の７５％は、熱として消費される。
換言すれば、ＬＥＤｓ（２）の使用は、かなりの量の熱の排出があり、それは、光バイオリアクターが、有利にはＬＥＤ（２）冷却システム（１２）を備える理由でもある。

例えば、ＬＥＤｓ（２）は、冷却システム（１２）と直接接触して配置される金属支持体上に数平方センチメートルで組み付けられ、これはヒートパイプと呼ばれる。このヒートパイプは、高い熱伝導率の液体、パルス状の空気、水又は他のものをその間に循環させるような２枚の金属板で構成されている。図３に確認されるように、空気又は水によって冷却された個々のラジエータもまた想定することができる。エレメント（１２１）及び（１２２）は、冷却液の流入及び流出にそれぞれ対応する。個々のラジエータの場合には、それらラジエータを直列及び／又は並列に接続することが想定される。冷却液の流量は、ＬＥＤｓの基部で測定された温度によって制御される。

ＬＥＤ（２）は、この場合には、光拡散チューブ（４）の上部にある基部に組み付けられ、そのヒートパイプ（１２）と接触する。その球状の発光側は、光拡散チューブ（４）と接触している（球状孔は光拡散チューブが中実である場合に形成され、この孔には、有利には、光学グリスが充填されている）。

あるいはまた、培養培地からＬＥＤｓ及びそれらの電気接続部を数センチメートルだけに移動させることが望まれる場合に、長さ方向において数センチメートルの光損失のない光ガイド（円筒形状ミラー）が、光拡散チューブ（４）の端部において用いられる。この光ガイドは、例えば、その内部がミラーで覆われている円錐台である。

スクレーパの洗浄
保護シース（１０）を想定する際に、藻類がその保護シースに付着する可能性が高い。従って、洗浄システムを想定することが有利であり、これは、光拡散チューブ（４）が、有利には、シース（１０）を取り囲む洗浄スクレーパ（１１）を備える理由でもある。
図３においても確認されるように、洗浄スクレーパ（１１）は、例えばその上部において光拡散チューブ（４）を取り囲むゴム製のＯリングで構成されている。光拡散チューブ（４）が、（その上部によって引っ張られて）引き抜かれたときに、接合部が、藻類堆積物を擦り取る。

光バイオリアクターの幾何学的形状
光バイオリアクターの培養筐体（１）の大きさは、数リットルから数百立方メートルの範囲で非常に変化させることができる。培養筐体（１）の一般的な幾何学的形状は、一般に平行六面体（図４）又は円筒形状（図５）であるが、境界効果と構造コストに関すること以外は、耐圧上全く又はほとんど影響を与えない。光バイオリアクターは、１つ又は多数の培養筐体（１）のみをさらに含むことができ、本発明は、サイズや幾何学的形状に限定されるものではない。

平行六面体の光拡散（４）の場合には、培養筐体は、図６に示されるように、好ましくは、平行六面体にもされる。なお、この例では、光源（２）（従って、ヒートパイプ（１２））は、光バイオリアクターの側面において、光ガイドの光束を増大させる対称な構成として配置されていることに留意されたいが、これは必ずしも必須ではない。他方、その平行六面体は、２つの異なる波長で容易に照明することができる。

詳細な説明が、例として、１立方メートルの全容積（培養培地（３）の容積と光拡散チューブ（４）の容積の総和）を有する図４に準拠した単一の立方体の培養筐体（１）を備える光バイオリアクターについて説明を続ける。
図４に示されるように、上述した選択された光拡散チューブ（４）は、培養筐体（１）の全体の高さを照明するために、約１ｍの長さにされ、一定の光束をその高さ全体に沿って放出するように最適化される。光源が側方にある場合に、培養筐体の幅を考慮しなければならない。

培養筐体（１）の容積中の光拡散チューブ（４）の配置によって、培養培地（３）に放出された光束の全体的な均一性を最適化することを目的とする。光強度ついてほぼ均一である光の「反応槽」の寸法パラメータは、光（λ_eff）の「有効侵入深さ」である。
このパラメータは、冒頭で述べたように、入射光束はｅ＝２．７１８２８により分割された端部の培養培地の長さである「特徴的な侵入深さ」（λ）と、カルビンサイクルを起動させる「生産サイクルのトリガしきい値」と呼ばれるような光強度しきい値（Ｉ_ｅｆｆ）とから規定される。カルビンサイクルは、実際に、光合成中に生物の葉緑体で起こる一連の生化学反応である。光子のモル数／ｍ-^２／ｓ^-1で表されるこのトリガのしきい値は、微生物による主要なバイオマス生産に対する光束の最小レベルに対応する。そのしきい値は、典型的には、微細藻類（例えば、ナンノクロリス(Nannochloris)属）について「赤色」の光子（６５０ｎｍ付近の波長）で５０μｍｏｌ／ｍ^−２／s^−１である。

情報を提供するために、光合成飽和しきい値はまた、バイオマス生産速度が、微細藻類の破壊による強い光強度でそれ以上増加されずに且つさらに均一に減少させることを見出した。
λ_ｅｆｆは、光束がしきい値Ｉ_ｅｆｆを下回るような距離として規定される。

ランベールト・ベールの法則によって、我々は、入射光束Ｉ_０を生成する光源の距離ｘでの光束を表現することができる。
Ｉ_ｅｆｆ＝Ｉ_０ｅ^{−λｅｆｆ／λ}と、λ_ｅｆｆ＝λｌｎ（Ｉ_０／Ｉ_ｅｆｆ）とから、
Ｉ（ｘ）＝Ｉ_０ｅ^−ｘ／λ
が得られる。
λ_ｅｆｆは、微細藻類の濃度に反比例しており、固定濃度では微細藻類の種類によって決定される。λ_ｅｆｆを超えて光源から所定の距離に位置する点は、有機物質を生成するために十分な光子を受け取っていないと考えられる。換言すれば、これは、培養培地（３）の各点が、光拡散チューブ（４）からλ_ｅｆｆ未満の距離に平均して存在しなければならないことを意味する。従って、２つのチューブ同士の間の平均距離は、有利には、２λ_ｅｆｆのオーダーにされる。

このアプローチを採用するために、第１の可能な構成は、光拡散チューブの平面（正方形）ネットワーク（４）を形成することである。チューブ径ｄ＝λ_ｅｆｆ＝１０ｍｍとなるような例を想定すると、１ｍ^３の立方体の培養筐体（１）は、従って、１，０８９（３３×３３）個の光拡散チューブ（４）によって充填されている。

シミュレーションでは、λ_ｅｆｆ＋ｄ／２毎に他のすべてのライン（列）をシフトすることが好ましいように示されるが、現実には、この積層は、照明を受けた量の観点から考えると、必然的に最適ではなくなる。この構成（六角形ネットワーク）では、培養筐体（１）は、次に１，２７０個の光拡散チューブ（４）で充填されている。

より正確には、光の「反応槽」の最適化（動的な光強度と光強度）は、計算を用いて行わなければならない。反応槽内の照明強度と局所的な光強度の変動との平均を設定することにより、光拡散チューブ（４）の最適な面は、それぞれのＬＥＤ（２）により照射された所与の照明出力について決定することができるので、より最適な直径を決定できる。

培養培地の循環システム：気泡発生器
光バイオリアクターの動的操作では、その底部において、加圧ガスが、有利に（随意に栄養素ととともに）注入されていることをさらに想定する。この注入は、特に「スパージャー(sparger)」と呼ばれるデバイスを介して、生物学的液体を上昇させるような気泡の流れの形成をもたらす。従って、光バイオリアクターは、培養培地（３）の底部に配置された気泡発生システム（１３）を有利に備える。

図４及び図５は、培養培地（３）の底部においてこれらの気泡を制御された方法で注入することができるような、気泡撹拌システム（１３）の様々な幾何学的形状を表す。
この古典的な原理に従って機能する反応器は、撹拌(airlift)反応器と呼ばれている。上方向に（その後下方向に）向き合わせされているが、液体の主要な流れによって、微細藻類が光拡散チューブ（４）の間で横方向に「拡散される」ように導かれる。この方向において、光拡散チューブ（４）から離れる際に光減少プロファイルが指数関数に従うので、従って、移動する微細藻類が可変光を収光する。微細藻類は、こうして波長λ_ｅｆｆの平均出力を受け取る。各微細藻類によって受け取られた光量のこの「平均化した」効果は、２つの光拡散チューブ（４）の間の微細藻類の拡散時間が、藻類のライフサイクルに比べて非常に短くなり、且つ培養筐体（１）の微細藻類の上昇（又は下降）時間が、好ましくは、短くなる。

一般的に、撹拌操作は、培養培地（３）の上昇流と、明らかに下降流とを想定している。流体は、上昇部分の底部に注入される。模式的に、培養筐体（１）は、上昇部と下降部とを同等の二つの別個の部品に分離することができ、ある流れと逆向きの流れとが、照明フィンガーと同じ方法で照明される。液体流の構成の最適化は、光バイオリアクターの培養筐体（１）の他方のパーティションに、Ｎ個の上昇ブロック、Ｍ個の下降ブロックをもたらし、又は培養筐体（１）の底部に配置されるとともに光拡散チューブ（４）の間に配置されるチューブの使用をもたらす。

なお、幾何学的形状にも拘わらず、光拡散要素（４）の技術は、原理上は、平行六面体又は円筒形状だけでなく、いかなる形状の培養筐体（１）を可能にすることができることに留意されたい。

しかしながら、培養筐体（１）を積層することは、平行六面体の場合にはより容易となるとともに、スペースを最適化することができる。円筒形状の筐体の場合には、同心円状のスパージャー（１３）（図５を参照）に関連して上昇流と下降流の流体力学は、管理するためにより繊細になる。

本発明の光バイオリアクターでは、ある流れとその逆向きの流れ（上昇流及び下降流）と間の接合面の伸張は、光拡散チューブ（４）の二つの平面の間の間隔を超えることがないように示されている。この接合面は、撹拌ゾーンの限界点で、自然にその接合面自体を確立する。

さらに、説明したように、光バイオリアクターは、「連続」モードで機能する。実際に、微細藻類の密度が、同じ光侵入深さを一定に維持することが不可欠であるので、この濃度は、液体の連続的なサンプリングによって安定化され、且つ随意に栄養素に富む同量の水の一部を対向するように注入する。この方法は、特許出願ＦＲ１０５００１５に具体的に説明されている。

光バイオリアクターは、実際に、様々な調節システムを備えることができる。このようなシステムは、所定の幾何学的形状、具体的には拡散要素の間隔に関連して連続的に動作しなければならないので、最適な藻類密度は、定常状態で制御しなければならない。この測定は、生物学的環境の光学密度測定を伴う。
微細藻類の成長を最適化するための重要な他のパラメータは、ｐＨ、温度等の連続測定を対象とすることである。
一般に、これらのパラメータは、最適な動作を保証するような命令に従って設定される。

光バイオリアクターの使用
第２の態様によれば、本発明は、光合成微生物、好ましくは微細藻類を培養するための本発明の第１の態様に係る光バイオリアクターの使用に関する。
この使用は、エネルギー（バイオ燃料生産）、工業（色素生産）、農業食品（ω−３多価不飽和脂肪酸の生産）、公害防止（二酸化炭素、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出の浄化）、及びさらに大衆医薬品に関連する用途のために使用することができる。

本発明の別の態様は、説明したように、光源（２）によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光をその光拡散要素の側面によって戻して、光バイオリアクターの培養培地を照明するような、光源（２）に光学的に結合された円筒形状又は角柱形状の光拡散要素（４）の使用に関する。光拡散要素（４）は、上述したすべての実施形態を対象にすることができる。

数値例
パラメータ：
・光拡散チューブ（直径１０ｍｍ）；
・立方体筐体（１）（各辺１ｍ）；
・１０Ｗの電気出力又は２．５Ｗの光学的出力（波長６５０ｎｍ）を有するＬＥＤｓ（２）；
・光侵入深さ特性 λ＝３．８ｍｍ（１０^８セル／ｍｌの濃度）；
・単位質量１０^−１１ｇのナンノクロリス属の藻類（結果として、１ｇ／ｌの生物質量）、有効しきい値 Ｉ_ｅｆｆ＝５０μｍｏｌ／ｍ^−２／ｓ^−１；
・光チューブの「正方」配列

光拡散チューブ（４）が、培養筐体（１）の寸法に等しい１ｍの長さを有すると仮定すると、光拡散チューブ当たり３１４ｃｍ^２の側面（４）が算出される。２．５Ｗで注入される光出力は、上述したように、光拡散チューブ（４）が、この光出力を均一に拡散させると仮定すると、光束、すなわち、単位面積当たりの培地へ伝達される光出力は、７９.６２Ｗ／ｍ^２（チューブ上で）であり、又は４３２μｍｏｌ／ｍ^−２／ｓ^−１である。

この値は、ここで光子のモル数／ｍ-^２／ｓ^-1に変換する必要がある。光子のエネルギーは、実際に、プランク定数（ｈ）：Ｅ＝ｈνによってその振動数（ν）（光速によって乗算されたその波長の逆数）に関連している。波長６５０ｎｍにおける光子の１ｍｏｌ（６．０２・１０^２３光子、アボガドロ定数による）は、従って、１７３．９ｋＪのエネルギーを有する。
これは、光束が、４３２μｍｏｌ／ｍ^−２／ｓ^−１であるその入射光束から推定される。
上述した式を用いて、有効長λ_ｅｆｆ＝８．５ｍｍが得られる。

上述した正方配列は、２つの連続した光拡散チューブ（４）の間に２λ_ｅｆｆの変動が予想されるので、従って、立方体筐体（１）において１，３６９（３７×３７）個の光拡散チューブ（４）まで配置することができる。
総照明面積は、従って４３ｍ^２であり、ＬＥＤ（２）の瞬間的な電力消費は、従って、放散される１０．２８ｋＷｔｈを含んで１３．７ｋＷとなる。

培養筐体（１）の培養培地（３）の容積は、１，３６９個の光拡散チューブ（４）の体積未満の１ｍ^３の総容積に相当する。それは０．８９ｍ^３である。各光拡散チューブ（４）の周囲のリング幅のλ_ｅｆｆにおける有効に照明される体積は、０．６７ｍ^３として計算することができる。

連続運転の下で、「効果的に照明を受ける」微細藻類の質量は、１２時間毎に倍増するという原則に基づいて、１ｍ^３の培養筐体を有する光バイオリアクターの微細藻類の生産性として、０．９４ｋｇ／日が得られ、一方、３２９ｋＷｈ／日の電気を消費する。

１ｍ^２の面積と１ｍ^３の体積とを照明することに関連して、反応器の原料効率が４３の係数によって増加される。この係数は、ここで、照明される体積が、係数λ_ｅｆｆ／λによって乗算されることを考慮するので、反応器の流体力学作用は、２の係数によって乗算されることを考慮に入れた係数であることを留意されたい。

Claims (24)

1. 微生物培養培地を収容することを意図した少なくとも１つの培養筐体と、該培養筐体の外側の少なくとも１つの光源と備えるような、光合成微生物、好ましくは微細藻類の特に連続培養を対象とする光バイオリアクターであって、
   該光バイオリアクターは、前記培養筐体の内側に配置された少なくとも１つの円筒形状又は角柱形状の光拡散要素をさらに備えており、該光拡散要素は、光源によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光を前記光拡散要素の側面によって前記培養培地に戻すように、前記光源に光学的に結合されている、
   光バイオリアクター。
2. 前記光拡散要素は、前記光源が配置される端部において、光を吸収しない透明材料から形成された中実要素である、
   請求項１に記載の光バイオリアクター。
3. 前記光拡散要素は、部分的な光拡散性を有する材料から形成された介在物を含む、
   請求項２に記載の光バイオリアクター。
4. 前記光源と前記光拡散要素との間の接合部分は、光子の透過性を向上させる光学グリスで処理されている、
   請求項２又は３に記載の光バイオリアクター。
5. 前記光拡散要素は、前記光源が配置される端部において、透明材料から形成された中空要素である、
   請求項１に記載の光バイオリアクター。
6. 半反射層（７）が、前記光拡散要素の内側に配置される、
   請求項５に記載の光バイオリアクター。
7. 半反射層（８）が、前記光拡散要素の外側に配置される、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
8. 半反射層（７，８）が、前記光拡散要素を含む材料の光屈折率よりも大きい光屈折率を有する金属又は金属酸化物の材料、好ましくはアルミニウムで形成されている、
   請求項６又は７に記載の光バイオリアクター。
9. 半反射層の厚さ（７，８）が、前記光源からの距離によって減少する、
   請求項６乃至８のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
10. 前記光拡散要素は、ポリメチルメタクリレートで形成されている、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
11. 前記光源は、準点光源であり、前記光拡散要素は、光拡散チューブである、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
12. 前記光源は、線状光源であり、前記光拡散要素は、平行六面体の光拡散器である、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
13. 前記光源は、準点状又はストリップ形状として分布された発光ダイオード（ＬＥＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のセット、好ましくは高出力発光ダイオード（ＨＰＬＥＤ）又は高出力発光ダイオード（ＨＰＬＥＤｓ）のセットである、
    請求項１０又は１１に記載の光バイオリアクター。
14. 収束レンズが、ＬＥＤ（２）と前記光拡散要素との間に配置される、
    請求項１３に記載の光バイオリアクター。
15. 内部が反射性を有する光学系（４１）が、前記ＬＥＤ（２）を取り囲む、
    請求項１３又は請求項１４に記載の光バイオリアクター。
16. 光源の反対側の前記光拡散要素の端部には、ミラーが設けられている、
    請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
17. 光源の反対側の前記光拡散要素の端部は、円錐形状又はドーム形状である、
    請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
18. 前記光拡散要素の外面が、光拡散を向上させるための適合された凹凸面を有する、
    請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
19. 前記光拡散要素の外面は、保護シース内に封入されている、
    請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
20. 前記光拡散要素は、前記シースを取り囲む洗浄スクレーパを備える、
    請求項１９に記載の光バイオリアクター。
21. 光源の冷却用システムを備える、
    請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
22. 前記培養培地の底部に気泡発生システムを備える、
    請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光バイオリアクター。
23. 光合成微生物、好ましくは微細藻類を培養するための請求項１乃至２２にいずれか一項に記載の光バイオリアクターの使用。
24. 光源によって放出された光子を集光するとともに、それら集光された光子を光拡散要素の側面によって戻して、光バイオリアクターの培養培地を照明するような、前記光源に光学的に結合された円筒形状又は角柱形状の光拡散要素の使用。
    
    

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