JP2015216873A - Microalgae culture system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、効率良く微細藻類を培養するための微細藻類培養システムに関する。 The present invention relates to a microalgae culture system for efficiently culturing microalgae.
近年、光合成生物である微細藻類が健康食品やバイオ燃料の用途として注目を集めているが、その微細藻類の培養方法は、現在のところ試験管やフラスコ等の安価な機材で多くの人的コストをかけるか、あるいは高価な培養装置を用いて実施されている。 In recent years, microalgae that are photosynthetic organisms are attracting attention as uses for health foods and biofuels, but the culture method for microalgae is currently low-priced equipment such as test tubes and flasks, and requires many human costs. Or using an expensive culture apparatus.
このような状況の中、先行技術として下記の特許文献に記載された微細藻類用の培養装置が知られている。この培養装置は、微細藻類を培養するための培養器と、培養器内のＣＯ2 濃度を経時的に制御する機構を備えたものである。しかしながら、微細藻類の発育はＣＯ2 以外にも様々なパラメータが影響しており、ＣＯ2 濃度だけを制御してもその他の培養条件が異なれば発育状態にもばらつきが生じてしまい、忠実に同じような育成結果を得ることは難しい。 Under such circumstances, a culture device for microalgae described in the following patent document is known as a prior art. This culturing apparatus includes an incubator for culturing microalgae and a mechanism for controlling the CO 2 concentration in the incubator over time. However, the growth of microalgae is influenced by various parameters other than CO 2 , and even if only the CO 2 concentration is controlled, if other culture conditions are different, the growth state will also vary and the same faithfully. It is difficult to obtain such training results.
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、最適な培養環境を忠実に再現することができる簡易な微細藻類培養システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a simple microalgae culture system that can faithfully reproduce an optimum culture environment.
前記の目的を達成するため、本発明の微細藻類培養システムは、微細藻類を培養する培養液が貯留された培養槽と、前記培養槽に貯留された培養液の培養条件データを識別コード毎に設定する培養条件設定手段と、前記培養条件設定手段により設定された培養条件データに従って前記培養液の培養環境を制御する培養環境制御手段と、前記培養環境制御手段により制御された培養環境下で育成された微細藻類の育成履歴データを前記培養条件データに関連付けて前記識別コード毎に記録する育成履歴記録手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the microalgae culture system of the present invention includes a culture tank storing a culture solution for culturing microalgae and culture condition data of the culture solution stored in the culture tank for each identification code. Culture condition setting means for setting, culture environment control means for controlling the culture environment of the culture solution according to the culture condition data set by the culture condition setting means, and growth in a culture environment controlled by the culture environment control means And a growth history recording means for recording the microalgae growth history data for each identification code in association with the culture condition data.
ここで、前記培養条件データとしては、次のものが考えられる。
ａ．前記培養槽内に設置された温度センサで測定した前記培養液の温度の測定データと比較して、前記培養槽に設置されたヒーターとクーラーの電源のＯＮ／ＯＦＦを制御するための基準となる温度の指定と電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う間隔の時間を指定したデータ。
ｂ．前記培養槽内の培養液に照射されるＬＥＤ発光パネルからのＬＥＤ光のパルス周波数、周期、及びデューティー比の制御データ。
ｃ．前記ＬＥＤ発光パネルの光制御を指定する１日のスケジュールを３０分毎に指定したデータ。
ｄ．前記培養槽内の培養液に供給されるエアレーションポンプからの空気の供給の電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を指定する１日のスケジュールを３０分毎に指定したデータ。
ｅ．前記培養槽内の培養液に供給されるＣＯ2 ボンベからのＣＯ2 ガスの供給の電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を指定する１日のスケジュールを３０分毎に指定したデータ。
ｆ．前記ａ〜ｅに記載したデータを１セットとするメソッドを日単位で切り替えるプログラムであるシークエンスを指定したデータ。
Here, the following can be considered as the culture condition data.
a. Compared with the measurement data of the temperature of the culture solution measured by the temperature sensor installed in the culture tank, it becomes a reference for controlling ON / OFF of the power supply of the heater and the cooler installed in the culture tank Data specifying the interval time for temperature specification and power ON / OFF control.
b. Control data of the pulse frequency, cycle, and duty ratio of LED light from the LED light-emitting panel irradiated to the culture solution in the culture tank.
c. Data specifying a daily schedule for designating light control of the LED light-emitting panel every 30 minutes.
d. Data specifying a daily schedule that specifies ON / OFF control of the power supply of air supplied from the aeration pump supplied to the culture medium in the culture tank every 30 minutes.
e. Data specifying a daily schedule for specifying ON / OFF control of the power supply of CO 2 gas supplied from a CO 2 cylinder supplied to the culture medium in the culture tank every 30 minutes.
f. Data specifying a sequence which is a program for switching a method for setting the data described in a to e as a set on a daily basis.
また、前記育成履歴データとしては、前記培養槽内に設置された温度センサで測定した前記培養液の温度の測定データや、前記培養槽内に設置されたｐＨセンサで測定した前記培養液のｐＨ値の測定データや、観察用カメラで撮影した前記培養液の画像データや、分光分析用スポットライトから前記培養液に照射され、回析格子分光器を通過したスペクトルを分光分析用カメラで撮影して解析した分光分布データ等が考えられる。 Further, as the growth history data, the measurement data of the temperature of the culture solution measured by a temperature sensor installed in the culture tank, or the pH of the culture solution measured by a pH sensor installed in the culture tank Measurement data, image data of the culture solution taken with the observation camera, and the spectrum irradiated with the culture solution from the spotlight for spectroscopic analysis and passed through the diffraction grating spectrometer were photographed with the spectroscopic camera. Spectral distribution data analyzed in this way can be considered.
本発明の微細藻類培養システムによれば、設定された培養条件データに関連付けて実際にその培養環境下で育成された微細藻類の育成履歴データが識別コード毎に記録されているため、培養テストを実施して最適な培養条件を試行錯誤しなくても、記録されている育成履歴データを参照し、最適な培養条件の識別コードを選択して実行するだけで同様な培養環境を忠実に再現することができるという効果がある。 According to the microalgae culture system of the present invention, since the growth history data of the microalgae actually grown in the culture environment in association with the set culture condition data is recorded for each identification code, the culture test is performed. Even if the optimal culture conditions are not carried out by trial and error, the same culture environment can be faithfully reproduced simply by referring to the recorded growth history data and selecting and executing the identification code for the optimal culture conditions. There is an effect that can be.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図１において、本実施形態の微細藻類培養システム１は、微細藻類を培養する培養液２が貯留された培養槽３と、その貯留された培養液２の培養条件データを識別コード毎に設定する培養条件設定手段と、設定された培養条件データに従って培養液２の培養環境を制御する培養環境制御手段と、制御された培養環境下で育成された微細藻類の育成履歴データを培養条件データに関連付けて識別コード毎に記録する育成履歴記録手段とを備えて構成されている。 In FIG. 1, the microalgae culture system 1 of the present embodiment sets a culture tank 3 in which a culture solution 2 for culturing microalgae is stored, and culture condition data of the stored culture solution 2 for each identification code. The culture condition setting means, the culture environment control means for controlling the culture environment of the culture solution 2 according to the set culture condition data, and the growth history data of the microalgae grown in the controlled culture environment are associated with the culture condition data. And a growth history recording means for recording each identification code.
より具体的には、培養槽３は培養液２を貯留して微細藻類を育成するための容器で、本実施形態ではメンテナンス性や熱伝導性を考慮してガラス製の容器を使用している。培養槽３の容量は２〜１０リットル程度のものとし、その形状は光が容器内の培養液に満遍なく当たるような薄型の形状が好ましいが、円筒型やその他の形状であっても構わない。 More specifically, the culture tank 3 is a container for storing the culture solution 2 to grow microalgae, and in this embodiment, a glass container is used in consideration of maintainability and thermal conductivity. . The culture tank 3 has a capacity of about 2 to 10 liters, and the shape thereof is preferably a thin shape so that light uniformly strikes the culture solution in the container, but may be a cylindrical shape or other shapes.
この培養槽３には、培養液２の培養環境を制御するための各種装置と、各種装置の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する電源制御ユニット４と、電源制御ユニット４に制御信号（図１の矢印Ａ）を出力する制御ユニット５が設けられている。制御ユニット５は、ＵＳＢホスト機能、ＧＰＩＯ出力、ＰＷＭ出力、有線ＬＡＮ通信機能を備えた小型ボードコンピュータであり、電源制御ユニット４は、ＧＰＩＯ入力、ＡＣ入力を備え、制御ユニット５からのＧＰＩＯ通信により、ＡＣ電源６のＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。これら各種装置、電源制御ユニット４、及び制御ユニット５が培養環境制御手段を構成している。なお、本実施形態では、制御ユニット５と電源制御ユニット４との間のデータ通信をＧＰＩＯインターフェースによる制御としたが、データ通信手段はこれに限られず、ＴＣＰ／ＩＰ通信によるＬＡＮ制御を採用しても良い。 The culture tank 3 includes various devices for controlling the culture environment of the culture solution 2, a power control unit 4 for controlling ON / OFF of power of the various devices, and a control signal (see FIG. 1). A control unit 5 is provided which outputs arrow A). The control unit 5 is a small board computer having a USB host function, a GPIO output, a PWM output, and a wired LAN communication function. The power supply control unit 4 has a GPIO input and an AC input, and GPIO communication from the control unit 5 Then, ON / OFF control of the AC power source 6 is performed. These various devices, the power supply control unit 4 and the control unit 5 constitute a culture environment control means. In this embodiment, the data communication between the control unit 5 and the power supply control unit 4 is controlled by the GPIO interface. However, the data communication means is not limited to this, and LAN control by TCP / IP communication is adopted. Also good.
制御ユニット５には、データロガー７が接続されており、培養環境に関する各種の測定データを収集して保存するように構成されている。また、このシステム１の運用にあたっては、有線ＬＡＮ通信機能または無線ＬＡＮ通信機能を有するパソコン８や、無線ＬＡＮ通信機能または Bluetooth（登録商標）通信機能を有するタブレットやスマートフォン等の携帯通信端末９が必要となる。 A data logger 7 is connected to the control unit 5 and is configured to collect and store various measurement data relating to the culture environment. Further, in order to operate the system 1, a personal computer 8 having a wired LAN communication function or a wireless LAN communication function, and a mobile communication terminal 9 such as a tablet or a smartphone having a wireless LAN communication function or a Bluetooth (registered trademark) communication function are necessary. It becomes.
すなわち、パソコン８は制御ユニット５に接続されたＬＡＮケーブル１０を介して有線ＬＡＮ通信を行うか、あるいは制御ユニット５にＵＳＢ接続された無線モジュール１１を介して無線ＬＡＮ通信を行う。また、携帯通信端末９は無線モジュール１１を介して無線ＬＡＮ通信または Bluetooth（登録商標）通信を行う。これらパソコン８や携帯通信端末９には、培養条件データの入力設定、培養環境の制御、育成履歴データの統括管理を行うソフトウエアがインストールされ、各種装置のセンサで測定された測定データやカメラで撮影された画像データの記録、表示、解析等の処理が行われる。この制御ユニット５、データロガー７、パソコン８または携帯通信端末９が培養条件設定手段と育成履歴記録手段を構成している。 That is, the personal computer 8 performs wired LAN communication via the LAN cable 10 connected to the control unit 5, or performs wireless LAN communication via the wireless module 11 connected to the control unit 5 via USB. The mobile communication terminal 9 performs wireless LAN communication or Bluetooth (registered trademark) communication via the wireless module 11. The personal computer 8 and the mobile communication terminal 9 are installed with software for input setting of culture condition data, control of the culture environment, and overall management of the growth history data. Processing such as recording, display, and analysis of photographed image data is performed. The control unit 5, data logger 7, personal computer 8 or portable communication terminal 9 constitutes culture condition setting means and growth history recording means.
そして、まずこのシステム１では、ユーザはパソコン８や携帯通信端末９のソフトウエアを使用することにより、培養槽３に貯留された培養液２の培養条件を任意に設定して培養処理を行うことができる。図２はパソコン８や携帯通信端末９に表示されるメイン画面の一例を示したものであり、ユーザが対象装置（Machine ID）と実験内容毎に付与された識別コード（Cultivation ID）を選択し、あるいは新規の培養テストの場合には新たに識別コード（Cultivation ID）を付与して実行することにより培養処理が実施される。 First, in this system 1, the user uses the software of the personal computer 8 or the mobile communication terminal 9 to arbitrarily set the culture conditions of the culture solution 2 stored in the culture tank 3 and perform the culture treatment. Can do. FIG. 2 shows an example of the main screen displayed on the personal computer 8 or the mobile communication terminal 9. The user selects the target device (Machine ID) and the identification code (Cultivation ID) assigned to each experiment content. Alternatively, in the case of a new culture test, the culture process is carried out by giving a new identification code (Cultivation ID) and executing it.
図３はソフトウエア起動時に表示される総合表示画面の一例を示したものであり、この画面で培養条件に関する各種パラメータの確認や設定を行う。その際、例えば画面の「確認周期の設定」ボタンを押すと図４に示すようなデータ取得時刻と周期を設定する画面が表示され、「ｐＨの確認」ボタンを押すと図５に示すようなｐＨの測定結果を確認する画面が表示される。以下、このシステム１の各種機能について、より詳細に説明する。 FIG. 3 shows an example of a comprehensive display screen displayed when the software is started. Various parameters relating to the culture conditions are confirmed and set on this screen. At that time, for example, when the “Set Confirmation Cycle” button on the screen is pressed, a screen for setting the data acquisition time and cycle as shown in FIG. 4 is displayed, and when the “Check pH” button is pressed, the screen as shown in FIG. A screen for confirming the measurement result of pH is displayed. Hereinafter, various functions of the system 1 will be described in more detail.
＜温度制御、温度・ｐＨ測定＞
図１に示す恒温水槽１２は、培養槽３に貯留された培養液２の温度を調節するための容器で、本実施形態では割れにくく軽量なアクリル製の容器を使用している。恒温水槽１２の容量は培養槽３の約２倍程度で卓上に置けるサイズのものを選び、恒温水槽１２の内部に培養槽３を収容し、恒温水槽１２内に溜めた水１３の温度を変化させることによって、間接的に培養槽３内の培養液２の温度を調節する。
<Temperature control, temperature / pH measurement>
The constant temperature water tank 12 shown in FIG. 1 is a container for adjusting the temperature of the culture solution 2 stored in the culture tank 3, and uses a lightweight acrylic container that is hard to break in this embodiment. The capacity of the constant temperature water tank 12 is about twice the capacity of the culture tank 3 and can be placed on a table. The temperature of the water 13 stored in the constant temperature water tank 12 is changed by accommodating the culture tank 3 inside the constant temperature water tank 12. By adjusting the temperature, the temperature of the culture solution 2 in the culture tank 3 is indirectly adjusted.
すなわち、恒温水槽１２の内部にはヒーター１４が設置されており、制御ユニット５から出力されたＧＰＩＯ入力に基づいて電源制御ユニット４がヒーター１４の電源をＯＮし（図１の矢印Ｂ）、これにより恒温水槽１２内の水１３が加熱され、この水１３に接した培養槽３内の培養液２の温度を上げることができる。このヒーター容量は恒温水槽１２の容量に応じて５０Ｗ以上のものを適宜選択して使用する。 That is, the heater 14 is installed in the constant temperature water tank 12, and the power supply control unit 4 turns on the power supply of the heater 14 based on the GPIO input output from the control unit 5 (arrow B in FIG. 1). Thus, the water 13 in the constant temperature water tank 12 is heated, and the temperature of the culture solution 2 in the culture tank 3 in contact with the water 13 can be raised. A heater capacity of 50 W or more is appropriately selected according to the capacity of the constant temperature water bath 12 and used.
また、恒温水槽１２の内部には、クーラー１５に取り付けられた取水ポンプ１６が設置されている。そして、制御ユニット５から出力されたＧＰＩＯ入力に基づいて電源制御ユニット４がクーラー１５と取水ポンプ１６の電源をＯＮすると（図１の矢印ＣとＤ）、取水ポンプ１６が恒温水槽１２内の水１３を汲み上げて、クーラー１５で冷却した後に再び恒温水槽１２に戻すことにより、この水１３に接した培養槽３内の培養液２の温度を下げることができる。このクーラー１５の冷却可能水容量は２０リットル以上のものが好ましく、取水ポンプ１６は恒温水槽１２内の水１３を１時間当たり１０回転させることができるように、例えばポンプ流量が２３０〜６１０リットル／ｈ程度のものを使用する。 In addition, a water intake pump 16 attached to the cooler 15 is installed inside the constant temperature water tank 12. When the power supply control unit 4 turns on the power of the cooler 15 and the water intake pump 16 based on the GPIO input output from the control unit 5 (arrows C and D in FIG. 1), the water intake pump 16 supplies water in the constant temperature water tank 12. The temperature of the culture solution 2 in the culture tank 3 in contact with the water 13 can be lowered by pumping 13 and cooling it with the cooler 15 and then returning it to the constant temperature water tank 12 again. The cooler 15 preferably has a coolable water capacity of 20 liters or more, and the intake pump 16 has a pump flow rate of 230 to 610 liters / hour so that the water 13 in the constant temperature water tank 12 can rotate 10 times per hour. Use about h.
このように恒温水槽１２を使用した温度調節機能により、一定温度の室内で使用することを前提に、培養液２の温度が室温±５℃の温度に制御されるように構成されている。 As described above, the temperature adjustment function using the constant temperature water tank 12 is configured such that the temperature of the culture solution 2 is controlled to a temperature of room temperature ± 5 ° C. on the premise that it is used indoors at a constant temperature.
また、培養槽３の内部には温度センサ１７とｐＨセンサ１８が設置されており、温度センサ１７により培養液２の温度が測定され、ｐＨセンサ１８により培養液２のｐＨ値（水素イオン濃度指数）が測定される。また、恒温水槽１２の内部には温度センサ１９が設置されており、温度センサ１９により恒温水槽１２内の水１３の温度が測定される。さらに、データロガー７にはオンボード温度センサ２０が搭載されており、このオンボード温度センサ２０により室内の大気の温度が測定される。 In addition, a temperature sensor 17 and a pH sensor 18 are installed inside the culture tank 3, the temperature of the culture solution 2 is measured by the temperature sensor 17, and the pH value (hydrogen ion concentration index) of the culture solution 2 is measured by the pH sensor 18. ) Is measured. In addition, a temperature sensor 19 is installed inside the constant temperature water tank 12, and the temperature of the water 13 in the constant temperature water tank 12 is measured by the temperature sensor 19. Further, an onboard temperature sensor 20 is mounted on the data logger 7, and the temperature of the indoor air is measured by the onboard temperature sensor 20.
そして、温度センサ１７とｐＨセンサ１８と温度センサ１９はそれぞれデータロガー７の外部センサ入力ポートに接続され、データロガー７は制御ユニット５のＵＳＢポート２１にＵＳＢケーブル２２で接続される。これにより、培養液２の温度とｐＨ値、恒温水槽１２内の水１３の温度、及び室内の大気の温度がそれぞれ測定され、その測定データは図４の画面で設定した一定の周期（例えば１秒間隔、１分間隔、５分間隔、１０分間隔）で読み取られ、データロガー７に収集され保存される。このデータロガー７に保存された測定データは、図３の総合表示画面において「温度の確認」ボタンを押すと、図６の確認画面に示すようにソフトウエア上で閲覧することができる。 The temperature sensor 17, the pH sensor 18, and the temperature sensor 19 are each connected to an external sensor input port of the data logger 7, and the data logger 7 is connected to the USB port 21 of the control unit 5 with a USB cable 22. Thereby, the temperature and pH value of the culture solution 2, the temperature of the water 13 in the constant temperature water tank 12, and the temperature of the indoor air are measured, respectively, and the measurement data is a fixed period (for example, 1) set on the screen of FIG. (Second interval, 1 minute interval, 5 minute interval, 10 minute interval) and collected and stored in the data logger 7. The measurement data stored in the data logger 7 can be viewed on the software as shown in the confirmation screen of FIG. 6 by pressing the “confirm temperature” button on the general display screen of FIG.
＜光制御＞
光源は、ＬＥＤ素子を利用したものであり、制御ユニット５のＰＷＭ出力により発光制御される。本実施形態では、赤色パワーＬＥＤ素子と青色パワーＬＥＤ素子を２．５ｃｍ間隔でヒートシンクに取り付けて、３０ｃｍ×３０ｃｍサイズの２枚のＬＥＤ発光パネル２３，２４を製造して設置してある。
<Light control>
The light source uses an LED element, and light emission is controlled by the PWM output of the control unit 5. In this embodiment, a red power LED element and a blue power LED element are attached to a heat sink at an interval of 2.5 cm, and two LED light-emitting panels 23 and 24 having a size of 30 cm × 30 cm are manufactured and installed.
ヒートシンクは、パワーＬＥＤ素子から発生する熱を効率良く吸収して発散させるために、アルミ等の熱伝導性の高い基板からなるパワーＬＥＤ用放熱板を使用する。例えば、パワーＬＥＤ用放熱板に波長６２５ｎｍの赤色パワーＬＥＤ素子を１００個、波長４７０ｎｍの青色パワーＬＥＤ素子を２５個実装すると、１枚のパネルで３６．３μmol/s の明るさとなり、これを恒温水槽１２の外側に１枚ずつ対向配置することにより、培養槽３に照射されるＬＥＤ光について３８μmol/s 以上の明るさを実現することができる。 In order to efficiently absorb and dissipate heat generated from the power LED element, the heat sink uses a heat LED heat sink made of a substrate having high thermal conductivity such as aluminum. For example, when 100 red power LED elements with a wavelength of 625 nm and 25 blue power LED elements with a wavelength of 470 nm are mounted on a heat LED heat sink, the brightness becomes 36.3 μmol / s on a single panel. By disposing one by one on the outside of the water tank 12, the brightness of 38 μmol / s or more can be realized for the LED light irradiated to the culture tank 3.
このＬＥＤ発光パネル２３，２４はそれぞれ制御ユニット５に接続されており、制御ユニット５から出力されたＧＰＩＯ入力に基づいて電源制御ユニット４がＬＥＤ発光パネル２３，２４の電源をＯＮし（図１の矢印Ｅ）、制御ユニット５からのＰＷＭ出力（図１の矢印Ｆ）により発光制御される。本実施形態では赤色ＬＥＤ素子と青色ＬＥＤ素子をそれぞれ別々に発光制御することも可能である。 The LED light-emitting panels 23 and 24 are respectively connected to the control unit 5, and the power control unit 4 turns on the power of the LED light-emitting panels 23 and 24 based on the GPIO input output from the control unit 5 (see FIG. 1). The light emission is controlled by the PWM output (arrow F in FIG. 1) from the arrow E) and the control unit 5. In the present embodiment, it is also possible to separately control light emission of the red LED element and the blue LED element.
また、微細藻類の発育について赤色と青色の比率は１０：１が良い、５：１が良い、４：１が良いなど諸説あるが、本実施形態では前記のとおり実装数の比率を４：１とした。なお、必要があれば青色ＬＥＤの実装数を変更しても良い。 Further, regarding the growth of microalgae, there are various theories such as the ratio of red to blue is preferably 10: 1, 5: 1 is good, and 4: 1 is good, but in this embodiment, the ratio of the number of mounting is 4: 1 as described above. It was. If necessary, the number of blue LEDs mounted may be changed.
このように制御ユニット５からのＰＷＭ出力によりＬＥＤ発光パネル２３，２４が発光制御され、図３の総合表示画面において「ＬＥＤの設定」ボタンを押すと、図７のＬＥＤ設定画面に示すように赤色ＬＥＤ素子と青色ＬＥＤ素子について、パルス光と連続光とＯＦＦのいずれかの選択や、パルス光の場合のパルス周波数、周期、及びデューティー比の制御データを発光スケジュールとして設定し、実行することが可能になる。 In this way, the LED light-emitting panels 23 and 24 are controlled to emit light by the PWM output from the control unit 5, and when the “LED setting” button is pressed on the general display screen in FIG. 3, red is displayed as shown in the LED setting screen in FIG. For LED elements and blue LED elements, it is possible to select and execute pulse light, continuous light, or OFF control data, and pulse frequency, cycle, and duty ratio control data in the case of pulse light as a light emission schedule. become.
＜空気・ＣＯ2 の供給＞
図１に示す培養槽３の内部にはエアストーン２５が設置されており、このエアストーン２５のチューブ２６は、エアレーションポンプ２７に接続されている。したがって、制御ユニット５から出力されたＧＰＩＯ入力に基づいて電源制御ユニット４がエアレーションポンプ２７の電源をＯＮすると（図１の矢印Ｇ）、エアレーションポンプ２７から供給された空気がチューブ２６を経由してエアストーン２５から吐出される。これにより、培養液２中に空気を供給することができる。なお、エアレーションポンプ２７には気体用のフローメーター２８が取り付けられており、培養液２中に供給される空気の流量をユーザが目視で測定することができる。それを確認したユーザは、ソフトウエア上に設けられた備考欄に空気の流量に関するコメントを入力して記録しておくことも可能である。
<Supply of air · CO 2>
An air stone 25 is installed inside the culture tank 3 shown in FIG. 1, and a tube 26 of the air stone 25 is connected to an aeration pump 27. Therefore, when the power supply control unit 4 turns on the power of the aeration pump 27 based on the GPIO input output from the control unit 5 (arrow G in FIG. 1), the air supplied from the aeration pump 27 passes through the tube 26. It is discharged from the air stone 25. Thereby, air can be supplied into the culture solution 2. A gas flow meter 28 is attached to the aeration pump 27, and the user can visually measure the flow rate of the air supplied into the culture solution 2. The user who has confirmed this can input and record a comment regarding the air flow rate in the remarks column provided on the software.
また、エアストーン２５のチューブ２６は、小型のＣＯ2 ボンベ２９に取り付けた電磁弁３０付きのレギュレーター３１にも接続されている。そして、制御ユニット５から出力されたＧＰＩＯ入力に基づいて電源制御ユニット４が電磁弁３０の電源をＯＮすると（図１の矢印Ｈ）、レギュレーター３１で圧力調整されたＣＯ2 ガスがＣＯ2 ボンベ２９から供給され、チューブ２６を経由してエアストーン２５から吐出される。これにより、培養液２中にＣＯ2 ガスを供給することができる。なお、ＣＯ2 ボンベ２９にはレギュレーター３１を介して気体用のフローメーター３２が取り付けられており、培養液２中に供給されるＣＯ2 ガスの流量をユーザが目視で測定することができる。それを確認したユーザは、ソフトウエア上に設けられた備考欄にＣＯ2 ガスの流量に関するコメントを入力して記録しておくことも可能である。 The tube 26 of the air stone 25 is also connected to a regulator 31 with a solenoid valve 30 attached to a small CO 2 cylinder 29. Then, when the power supply control unit 4 turns on the power supply of the electromagnetic valve 30 based on the GPIO input output from the control unit 5 (arrow H in FIG. 1), the CO 2 gas whose pressure is adjusted by the regulator 31 is supplied to the CO 2 cylinder 29. From the air stone 25 via the tube 26. Thereby, CO 2 gas can be supplied into the culture solution 2. A gas flow meter 32 is attached to the CO 2 cylinder 29 via a regulator 31 so that the user can visually measure the flow rate of the CO 2 gas supplied into the culture solution 2. The user who has confirmed this can input and record a comment regarding the flow rate of CO 2 gas in the remarks column provided on the software.
このように空気やＣＯ2 ガスを供給することにより、滞留した培養液２を撹拌することが可能になるため、微細藻類の発育を促進させることができる。このエアレーションによる撹拌効果が不十分であれば、撹拌機構を別に設けても良い。また、空気とＣＯ2 ガスの混合供給も可能であるが、一般に空気中にも僅かながらＣＯ2 が含まれている（０．０４％）ため、電磁弁２８の電源ＯＮ／ＯＦＦによりＣＯ2 ボンベ２７からのＣＯ2 ガスの供給と停止を切り換えることも可能である。なお、本実施形態では電磁弁２８とレギュレーター２９が一体型のものを使用したが、消費電力の少ないものであればレギュレーター２９と別体のものを使用しても構わない。 By supplying air or CO 2 gas in this way, it is possible to agitate the stayed culture solution 2, so that the growth of microalgae can be promoted. If the stirring effect by this aeration is insufficient, a stirring mechanism may be provided separately. Although air and CO 2 gas can be mixedly supplied, generally CO 2 is contained in the air slightly (0.04%), so that the CO 2 cylinder is turned on / off by the solenoid valve 28. It is also possible to switch between supply and stop of the CO 2 gas from 27. In the present embodiment, the solenoid valve 28 and the regulator 29 are integrated, but a separate one from the regulator 29 may be used as long as the power consumption is low.
また、ＣＯ2 ガスをマイクロバブル（超微細気泡）化して供給すると微細藻類のＣＯ2 吸収能が向上し、発育が良くなることが知られているため、本実施形態のような通常のエアストーン２５に代えて、スプーター（図示略）からマイクロバブル化した空気やＣＯ2 ガスを供給するようにしても良い。ここで、スプーターは特殊なフィルムを使用しており、通常の排出量のエアレーションポンプ３１では泡が出ないため、代わりに高圧エアーポンプを使用する。また、高圧出力時は通常のシリコンエアーチューブでは外れてしまう可能性があるため、チューブ２６にはＰＶＣエアーチューブを使用する。 In addition, it is known that when CO 2 gas is supplied in the form of microbubbles (ultrafine bubbles), the CO 2 absorption capacity of microalgae is improved and the growth is improved. Instead of 25, microbubbled air or CO 2 gas may be supplied from a spooter (not shown). Here, the spooter uses a special film, and bubbles are not produced with the aeration pump 31 having a normal discharge amount. Therefore, a high-pressure air pump is used instead. In addition, a PVC air tube is used as the tube 26 because a normal silicon air tube may come off at the time of high voltage output.
＜遠隔地での状況観察＞
図１に示す制御ユニット５のＵＳＢポート２１には、マニュアルフォーカス機能を有する観察用カメラ３３がＵＳＢケーブル３４で接続されている。観察用カメラ３３は全体の様子が分かるように恒温水槽１２からある程度離れた位置に設置され、培養槽３内の培養液２の状況を撮影する。
<Situation observation at remote locations>
An observation camera 33 having a manual focus function is connected to the USB port 21 of the control unit 5 shown in FIG. The observation camera 33 is installed at a position away from the constant temperature water tank 12 to some extent so as to understand the whole state, and photographs the state of the culture solution 2 in the culture tank 3.
観察用カメラ３３で撮影された画像（静止画）は、遠隔地にあるパソコン８や携帯端末９のソフトウエア上で表示することにより、培養液２中の微細藻類の発育経過を観察したり、その画像を育成履歴データとして保存したりすることが可能である。また、この静止画は、図８の解析画面に示すように、ソフトウエア上で高倍率に拡大し、顕微鏡画像として解析することによって、微細藻類の細胞数をカウントし育成度の数値化にも使用することができる。 An image (still image) photographed by the observation camera 33 is displayed on the software of the personal computer 8 or the mobile terminal 9 at a remote place, thereby observing the developmental progress of microalgae in the culture solution 2, It is possible to save the image as training history data. In addition, as shown in the analysis screen of FIG. 8, this still image is enlarged at high magnification on software and analyzed as a microscopic image, thereby counting the number of microalgae cells and quantifying the degree of growth. Can be used.
＜育成度の数値化＞
図１に示す制御ユニット５のＵＳＢポート２１には、マニュアルフォーカス機能を有する分光分析用カメラ３５がＵＳＢケーブル３６で接続されている。分光分析用カメラ３５は恒温水槽１２の近傍位置に設置されており、培養槽３を挟んだ反対側には、分光分析用スポットライト３７が設置され、その光源には各波長の光を連続的に含む白熱電球が使用されている。
<Quantification of the degree of training>
A spectroscopic analysis camera 35 having a manual focus function is connected to the USB port 21 of the control unit 5 shown in FIG. The spectroscopic camera 35 is installed in the vicinity of the constant temperature water tank 12, and a spectroscopic spotlight 37 is installed on the opposite side of the culture tank 3, and light of each wavelength is continuously supplied to the light source. Incandescent light bulbs are used.
そして、制御ユニット５から出力されたＧＰＩＯ入力に基づいて電源制御ユニット４が分光分析用スポットライト３７の電源をＯＮすると（図１の矢印Ｉ）、白熱電球の光で培養液２全体が照らされ、透過型回析格子からなる回析格子分光器（図示略）を通過した白熱電球のスペクトルが、分光分析用カメラ３５で撮影される。 Then, when the power supply control unit 4 turns on the spectroscopic analysis spotlight 37 based on the GPIO input output from the control unit 5 (arrow I in FIG. 1), the whole culture solution 2 is illuminated by the light of the incandescent bulb. The spectrum of the incandescent lamp that has passed through a diffraction grating spectroscope (not shown) composed of a transmission type diffraction grating is photographed by the spectroscopic analysis camera 35.
分光分析用カメラ３５で撮影された画像（静止画）は、パソコン８のソフトウエア上で表示することにより、図９の分光分布の解析画面に示すようにその静止画から通過光の波長と強さを算出し、取得画像の濃度変化と分光分析により、微細藻類の育成度を数値化して育成履歴データとして記録し、参照することができる。なお、分光分析用カメラ３５で分光分析用の画像を撮影する際には、ＬＥＤ発光パネル２３，２４の照明を消灯して撮影を行う。 An image (still image) photographed by the spectral analysis camera 35 is displayed on the software of the personal computer 8 so that the wavelength and intensity of the passing light from the still image are displayed as shown in the spectral distribution analysis screen of FIG. The degree of growth of the microalgae can be digitized and recorded as the growth history data based on the density change of the acquired image and the spectroscopic analysis. Note that when the spectral analysis camera 35 captures an image for spectral analysis, the illumination of the LED light-emitting panels 23 and 24 is turned off.
以上がこのシステム１の各種機能であるが、ＬＥＤ発光パネル２３，２４の光制御、エアレーションポンプ２７からの空気の供給、及びＣＯ2 ボンベ２９からのＣＯ2 ガスの供給の３点に関しては、それぞれ独立に、これらの電源のＯＮ／ＯＦＦ制御のタイミングが３０分単位で切り換わるように指定することができる。また、これら３点に関し、例えばＬＥＤについてはＡＭ６：００からＰＭ９：００までの日中は電源のＯＮ／ＯＦＦを制御し、ＰＭ９：００からＡＭ６：００までの夜間は電源をＯＦＦして消灯するといったスケジュールを１日単位で設定することも可能である。さらに、このスケジュール設定、ＬＥＤのＰＷＭ制御、及び培養液２の温度制御で指定されるデータを１セットとするメソッドは、例えば培養初日から３日までの期間は培養液温度を低く設定しておき、３日目以降から培養液温度を徐々に上げていくというように、日単位で切り替えるプログラムを設定すること（シークエンス制御）も可能である。 Above is the various functions of the system 1, the light control of the LED light emission panel 23 and 24, with respect to three points of the supply of CO 2 gas from the supply of air from the aeration pump 27, and CO 2 cylinder 29, respectively Independently, it is possible to specify that the timing of ON / OFF control of these power sources is switched in units of 30 minutes. In addition, regarding these three points, for example, the LED is turned on / off during the day from AM 6:00 to PM 9:00, and is turned off at night from PM 9:00 to AM 6:00. It is also possible to set such a schedule on a daily basis. Furthermore, in the method of setting one set of data designated by this schedule setting, LED PWM control, and culture medium 2 temperature control, for example, the culture medium temperature is set low during the period from the first day of culture to the third day. It is also possible to set a program for switching on a daily basis (sequence control), such as gradually increasing the culture medium temperature from the third day onward.
以上説明したように、本発明の微細藻類培養システムによれば、ユーザが設定した培養条件の測定データが実験内容毎に付与された識別コード（Cultivation ID）のフォルダ内に記録されるとともに、この培養条件に従って制御ユニット５と電源制御ユニット４が培養環境を制御し、さらには実際にその培養環境下で育成された微細藻類の育成履歴データがデータログとして同じ識別コード（Cultivation ID）のフォルダ内に関連付けて記録されるようになっている。 As described above, according to the microalgae culture system of the present invention, the measurement data of the culture conditions set by the user is recorded in the folder of the identification code (Cultivation ID) given for each experiment content. The control unit 5 and the power supply control unit 4 control the culture environment according to the culture conditions, and further, the growth history data of the microalgae actually grown in the culture environment is in the folder with the same identification code (Cultivation ID) as the data log It is recorded in association with.
このため、ユーザはソフトウエア上で過去の育成履歴データのデータログを参照し、微細藻類の種類などに応じて最適な培養条件の識別コード（Cultivation ID）を選択して実行するだけで良い。したがって、その都度培養条件を変えた培養テストを実施して最適な培養環境を試行錯誤しなくても、記録されている過去の育成履歴データの中から最適な結果の識別コード（Cultivation ID）を選択して実行すれば同様な培養環境と育成結果を忠実に再現することができる。 For this reason, the user only has to refer to the data log of the past growth history data on the software, and select and execute the optimum culture condition identification code (Cultivation ID) according to the type of microalgae. Therefore, the optimal identification code (Cultivation ID) can be selected from past recorded history data without performing trial and error to carry out a culture test with different culture conditions each time. If selected and executed, the same culture environment and growth results can be faithfully reproduced.
１：微細藻類培養システム
２：培養液
３：培養槽
４：電源制御ユニット
５：制御ユニット
６：ＡＣ電源
７：データロガー
８：パソコン
９：携帯通信端末
１０：ＬＡＮケーブル
１１：無線モジュール
１２：恒温水槽
１３：水
１４：ヒーター
１５：クーラー
１６：取水ポンプ
１７：温度センサ
１８：ｐＨセンサ
１９：温度センサ
２０：オンボード温度センサ
２１：ＵＳＢポート
２２：ＵＳＢケーブル
２３：ＬＥＤ発光パネル
２４：ＬＥＤ発光パネル
２５：エアストーン
２６：チューブ
２７：エアレーションポンプ
２８：フローメーター
２９：ＣＯ2 ボンベ
３０：電磁弁
３１：レギュレーター
３２：フローメーター
３３：観察用カメラ
３４：ＵＳＢケーブル
３５：分光分析用カメラ
３６：ＵＳＢケーブル
３７：分光分析用スポットライト
1: Microalgae culture system 2: Culture medium 3: Culture tank 4: Power supply control unit 5: Control unit 6: AC power supply 7: Data logger 8: Personal computer 9: Mobile communication terminal 10: LAN cable 11: Wireless module 12: Constant temperature Water tank 13: Water 14: Heater 15: Cooler 16: Water intake pump 17: Temperature sensor 18: pH sensor 19: Temperature sensor 20: On-board temperature sensor 21: USB port 22: USB cable 23: LED light-emitting panel 24: LED light-emitting panel 25: Air stone 26: Tube 27: Aeration pump 28: Flow meter 29: CO 2 cylinder 30: Solenoid valve 31: Regulator 32: Flow meter 33: Camera for observation 34: USB cable 35: Camera for spectroscopic analysis 36: USB cable 37: For spectroscopic analysis Spotlight
Claims (11)
前記培養槽に貯留された培養液の培養条件データを識別コード毎に設定する培養条件設定手段と、
前記培養条件設定手段により設定された培養条件データに従って前記培養液の培養環境を制御する培養環境制御手段と、
前記培養環境制御手段により制御された培養環境下で育成された微細藻類の育成履歴データを前記培養条件データに関連付けて前記識別コード毎に記録する育成履歴記録手段と、を備えたことを特徴とする微細藻類培養システム。 A culture tank in which a culture solution for culturing microalgae is stored;
Culture condition setting means for setting the culture condition data of the culture solution stored in the culture tank for each identification code;
Culture environment control means for controlling the culture environment of the culture solution according to the culture condition data set by the culture condition setting means;
A growth history recording means for recording the growth history data of microalgae grown in a culture environment controlled by the culture environment control means for each identification code in association with the culture condition data, Microalgae culture system.
The growth history data is spectral distribution data obtained by photographing and analyzing a spectrum that has been irradiated to the culture solution from a spotlight for spectral analysis and passed through a diffraction grating spectrometer with a camera for spectral analysis. Item 4. The microalgae culture system according to Item 1.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102003634B1 (en) * | 2018-02-01 | 2019-07-24 | 주식회사 레이바이오 | Microalgae culture device using infrared and VIS |
| JP2020061054A (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 株式会社日立パワーソリューションズ | Environmental factor setting system |
| JP7357981B2 (en) | 2020-10-02 | 2023-10-10 | 株式会社ノベルジェン | Algae culture environment adjustment method and algae culture environment adjustment server |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004147641A (en) * | 2002-05-28 | 2004-05-27 | Toyoda Gosei Co Ltd | Method of producing pigment or other useful substance |
| WO2006070752A1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | National University Corporation Nagoya University | Control program and culture apparatus |
| JP2009502168A (en) * | 2005-07-25 | 2009-01-29 | バイオプロセッサーズ コーポレイション | Computerized factorial experimental design and control of reaction sites and array of reaction sites |
| JP2012217426A (en) * | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Taitec Corp | Method for contactless continuous measurement of proliferation of specimen during cultivation |
-
2014
- 2014-05-16 JP JP2014102561A patent/JP2015216873A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004147641A (en) * | 2002-05-28 | 2004-05-27 | Toyoda Gosei Co Ltd | Method of producing pigment or other useful substance |
| WO2006070752A1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | National University Corporation Nagoya University | Control program and culture apparatus |
| JP2009502168A (en) * | 2005-07-25 | 2009-01-29 | バイオプロセッサーズ コーポレイション | Computerized factorial experimental design and control of reaction sites and array of reaction sites |
| JP2012217426A (en) * | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Taitec Corp | Method for contactless continuous measurement of proliferation of specimen during cultivation |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102003634B1 (en) * | 2018-02-01 | 2019-07-24 | 주식회사 레이바이오 | Microalgae culture device using infrared and VIS |
| JP2020061054A (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 株式会社日立パワーソリューションズ | Environmental factor setting system |
| JP7357981B2 (en) | 2020-10-02 | 2023-10-10 | 株式会社ノベルジェン | Algae culture environment adjustment method and algae culture environment adjustment server |
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