KR20240041942A - 해조류 바이오 리액터 장치, 방법 및 시스템 (seaweed bioreactor apparatus, methods, and systems) - Google Patents
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Abstract
해조류 바이오 리액터 장치, 방법, 및 시스템의 양태가 설명된다. 일 양태는 방법으로서, 이러한 방법은, 해조류 바이오매스 및 배양 배지를 광 제어 인클로저 내에 위치된 광 투과성 용기 내에 밀봉하는 단계; 및 제어기로, 광원이 해조류 바이오매스를 조사하는 인공 광을 광 제어 인클로저 내로 출력하게 하고, 제어기와 통신하는 센서로, 배양 배지와 연관된 감지 데이터를 출력하고, 제어기로, 감지 데이터에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하고, 제어기로, 광 투과성 용기 내의 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하고, 해조류 바이오매스의 일부를 광 투과성 용기 및 광 제어 인클로저로부터 제거함으로써, 광 투과성 용기의 밀봉을 해제하지 않고 해조류 바이오매스를 샘플링 또는 수확하는 단계를 포함한다. 관련된 해조류 바이오 리액터 장치, 방법, 및 시스템이 또한 설명된다.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 해조류 바이오 리액터의 양태에 관한 것이다. 특정 양태는 해조류 바이오 리액터 장치, 방법, 및 시스템에 관한 것이다.
해조류의 라이프 사이클은 복잡하기 때문에 산업적 규모로 양식하기가 어렵다. 예를 들어, 대부분의 해조류 종은 2상(biphasic) 또는 반수체-이배체 라이프 사이클을 가지며, 여기에서 종은 핵에 단일 세트의 염색체를 갖는 반수체(haploid) 또는 세포와; 핵에서 2개 세트의 염색체를 갖는 세포인 이배체(diploid) 또는 세포 사이를 번갈아 가며 번식한다. 빛, 영양분 및 기타 요인과 관련된 최적의 조건 하에서, 이배체는 세포 핵의 분열을 포함하는 감수 분열(meiosis)에 의해서 반수체 포자를 안정적으로 생산할 수 있고; 반수체 포자는 배우체(gametophyte)로 지칭되는 암수 반수체 성체로 안정적으로 발달할 수 있으며; 배우체는 포자체로 지칭되는 이배체 성체로 성장하기 위해 결합하는 난자 및 정자를 안정적으로 생산할 수 있다.
해조류 양식장과 같이, 빛 및 영양분과 같은 변수를 세밀하게 제어할 수 없는 자연 환경에서는 해조류 성장을 위한 최적의 조건을 유지하기가 어렵거나 거의 불가능할 수 있고, 그에 따라 해조류의 라이프 사이클의 각 단계 동안 성장을 안정적으로 유지하기가 어렵다. 이러한 이유로, 대부분의 해조류 양식장에서는, 비용 효율적인 방식으로 해조류 성장을 위한 최적의 조건을 수립하여 유지하도록 설계된 통제된 환경에서, 배우체 및/또는 포자체를 생산하기 위한 새로운 방법을 모색하고 있다.
본 개시 내용의 일 양태는 방법이다. 예를 들어, 방법은, 해조류 바이오매스 및 배양 배지를 광 제어 인클로저(light-controlling enclosure) 내에 위치된 광 투과성 용기(light-transmitting vessel) 내에 기능적으로 밀봉하는 단계; 및 제어기로, 인공 광을 광 제어 인클로저 내로 출력하여 광 투과성 용기를 통해서 해조류 바이오매스를 조사(illuminate)하고, 제어기로, 광 투과성 용기 내의 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하고, 광 투과성 용기 내에서 양압을 유지하면서 해조류 바이오매스의 일부를 광 투과성 용기로부터 제거함으로써, 광 제어 인클로저를 개방하거나 외부 공기를 광 투과성 용기 내로 도입하지 않고 해조류 바이오매스를 수확하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 다른 양태는 다른 방법이다. 예를 들어, 방법은, 해조류 바이오매스 및 성장 배지를 광 제어 인클로저 내에 위치된 광 투과성 용기 내에 밀봉하는 단계; 및 제어기로, 인공 광을 광 제어 인클로저 내로 출력하여 광 투과성 용기를 통해서 해조류 바이오매스를 조사하는 단계; 제어기로, 광 투과성 용기 내의 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계; 및 광 투과성 용기 내에서 양압을 유지하면서 해조류 바이오매스의 일부를 광 투과성 용기로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 방법에 따라, 해조류 바이오매스를 기능적으로 밀봉하는 단계는, 제어기로, 해조류 이배체, 해조류 반수체 포자, 암놈형 해조류 반수체 성체, 숫놈형 반수체 성체, 해조류 난자, 해조류 정자, 및 해조류 포자체의 임의의 조합을 광 제어 인클로저 내로 펌핑하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 예를 들어 광 투과성 용기의 외부 표면을 열 전달 유체와 상호 작용하여 배양 배지의 온도를 조절하고/하거나 열 전달 유체를 광 투과성 용기를 둘러싸는 열 자켓을 통해서 순환시킴으로써 배양 배지의 온도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 예를 들어 서로 다른 시간에 하나 이상의 LED로 인공 광의 상이한 세기 또는 파장을 출력함으로써, 광 제어 인클로저 내에 위치된 하나 이상의 LED로부터 인공 광을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은, 제어기로, 해조류 바이오매스 및 배양 배지 중 하나 또는 그 둘 모두와 연관된 데이터를 출력하도록 동작할 수 있는 센서에 반응하여, 인공 광의 상이한 세기들 또는 파장들 사이에서 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적인 예로서, 방법은, 제어기로, 광 투과성 용기 내에 위치된 pH 센서로부터 출력된 데이터를 기초로, 용기 내의 배양 배지의 pH 레벨을 결정하는 단계; 및 배양 배지의 pH 레벨에 따라, 인공 광의 상이한 세기들 또는 파장들 사이에서 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 제어기로, 광학 센서로부터 출력된 데이터를 기초로, 광 투과성 용기 내의 해조류 매스의 불투명도를 결정하는 단계; 및 해조류 매스의 불투명도에 따라, 인공 광의 상이한 세기들 또는 파장들 사이에서 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 제어기로, 광 투과성 용기 내의 해조류 매스를 혼합하기 위해서, 블레이드의 혼합 연부를 제1 시간 동안 제1 RPM으로 소정 방향으로 회전시키는 단계; 및 제어기로, 광 투과성 용기 내의 해조류 매스를 더 작은 단편으로 컷팅하기 위해서, 블레이드의 컷팅 연부를 제2 시간 동안 제2 RPM으로 다른 방향으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 RPM은 제1 RPM보다 크다.
본 개시 내용의 다른 양태는 다른 방법이다. 예를 들어, 방법은, 해조류 바이오매스 및 배양 배지를 광 제어 인클로저 내에 위치된 광 투과성 용기 내에 밀봉하는 단계; 및 제어기로, 광원이 해조류 바이오매스를 조사하는 인공 광을 광 제어 인클로저 내로 출력하게 하고, 제어기와 통신하는 센서로, 배양 배지와 연관된 감지 데이터를 출력하고, 제어기로, 감지 데이터에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하고, 제어기로, 광 투과성 용기 내의 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하고, 해조류 바이오매스의 일부를 광 투과성 용기 및 광 제어 인클로저로부터 제거함으로써, 광 투과성 용기의 밀봉을 해제하지 않고 해조류 바이오매스를 샘플링 또는 수확하는 단계를 포함할 수 있다.
해조류 바이오매스를 밀봉하는 단계는 해조류 세포를 배양 배지에 부가하는 단계를 포함할 수 있다. 해조류 바이오매스를 밀봉하는 단계는, 광 제어 인클로저를 개방하거나 광 투과성 용기를 밀봉 해제하지 않고, 해조류 세포를 배양 배지에 부가하는 단계를 포함한다. 해조류 세포를 부가하는 단계는 이배체, 해조류 반수체 포자, 암놈형 해조류 반수체 성체, 숫놈형 반수체 성체, 해조류 난자, 해조류 정자, 해조류 포자체, 해조류 동포자, 배우체, 난자, 배우자, 또는 포자체 중 적어도 하나를 부가하는 단계를 포함할 수 있다. 해조류 세포를 부가하는 단계는 암놈형 배우체 및 숫놈형 배우체 중 하나 또는 둘 모두를 부가하는 단계를 포함할 수 있다.
배양 배지를 밀봉하는 단계는 광 투과성 용기 내에서 생물학적으로 안전한 환경을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 소정 양의 배양 배지를 부가하는 단계는 소정 양의 물을 부가하는 단계를 포함할 수 있다. 해조류 바이오매스를 샘플링 또는 수확하는 단계는 필터링되지 않은 주변 공기를 광 투과성 용기에 도입하지 않으면서 해조류 바이오매스의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 수 개월 또는 수 년에 걸친 기간 후에만 광 제어 인클로저를 개방하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 수 개월 또는 수 년에 걸친 기간 후에 광 투과성 용기의 밀봉을 해제하는 단계를 포함할 수 있다. 광원이 인공 광을 출력하게 하는 단계는 LED가 인공 광을 출력하게 하는 단계를 포함할 수 있다. LED가 인공 광을 출력하게 하는 단계는 스펙트럼 선택 가능한 LED가 인공 광을 출력하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 광원이 인공 관을 출력하게 하는 단계는, 제어기로, 다중-컬러 LED가 제1 기간 동안 인공 광의 제1 색조(hue)를 출력하게 하는 단계; 및 제어기로, 다중-컬러 LED가 제2 기간 동안 인공 광의 제2 색조를 출력하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 기간 동안 인공 광의 제2 색조를 출력하는 단계는 해조류 바이오매스를 유성적(sexual)으로 변경하는 단계를 포함한다.
광 제어 인클로저는 광-필터링 윈도우(light-filtering window)를 포함할 수 있고, 방법은 주변 광의 필터링된 부분이 광-필터링 윈도우를 통해서 광 제어 인클로저에 진입할 수 있게 하는 단계를 포함할 수 있다. 주변 광의 필터링된 부분이 진입할 수 있게 하는 단계는 해조류 바이오매스를 유성적으로 변경하는 단계를 포함하지 않을 수 있다. 배양 배지를 수정하는 단계는, 제어기로, 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 감지 데이터를 출력하는 단계는 배양 배지의 pH 레벨을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 감지 데이터에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하는 것은, 제어기로, 배양 배지의 pH 레벨에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 배양 배지의 pH 레벨에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계는, 제어기로, 배양 배지의 pH 레벨을 모니터링하는 단계; 및 제어기로, 배양 배지의 목표 pH 레벨에 접근할 때까지, 배양 배지의 pH 레벨에 따라 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정함으로써 배양 배지를 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 배양 배지의 목표 pH 레벨에 접근할 때까지, 배양 배지의 pH 레벨에 따라 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정함으로써 배양 배지를 수정하는 단계는, 제어기로, 배양 배지의 pH 레벨에 따라 해조류 바이오매스의 CO2 수요를 결정하는 단계; 및 제어기로, CO2 수요에 따라 배양 배지를 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정하는 것은, 제어기로, 광원이 인공 광의 세기를 제1 백분율만큼 증가시키게 하는 단계; 제어기로, 증가된 세기에 따라 해조류 바이오매스의 CO2 수요를 추정하는 단계; 및 제어기로, CO2 수요에 따라 CO2의 유동을 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 인공 광을 수정하는 것은, 제어기로, 증가된 세기에 따라 CO2 수요가 증가되는 경우, 광원이 인공 광의 세기를 제2 백분율만큼 증가시키게 하거나; 또는 증가된 세기에 따라 CO2 수요가 감소되는 경우, 광원이 인공 광의 세기를 제3 백분율만큼 감소시키게 하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 제어기로, 광원이 세기를 감소시키게 하는 단계를 포함할 수 있고, 이러한 세기를 감소시키게 하는 단계는, 광원이 인공 광의 세기를 미리 결정된 리셋 양만큼 감소시키는 단계; 미리 결정된 기간 동안 대기하는 단계; 및 단계들을 반복하는 단계로서, 반복되는 단계는, 제어기로, 광원이 인공 광의 세기를 제1 백분율만큼 증가시키게 하는 단계, 제어기로, 증가된 세기에 따른 해조류 바이오매스의 CO2 수요를 추정하는 단계, 및 제어기로, CO2 수요에 따라 CO2의 유동을 수정하는 단계를 포함하는, 단계를 포함한다.
감지 데이터를 출력하는 단계는 배양 배지의 온도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 감지 데이터에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하는 것은, 제어기로, 배양 배지의 온도에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 제어기로, 감지 데이터에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하는 것은, 배양 배지의 온도에 따라, 광 투과성 용기를 광 제어 인클로저 내의 온도 조절 유체에 노출시킴으로써 배양 배지를 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 온도 조절 유체를 광 투과성 용기 주위에서 순환시키는 단계를 포함하는, 광 투과성 용기를 온도 조절 유체에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 제어기로, 펌프가 소정 양의 물을 광 투과성 용기 주위에서 순환시키게 하는 단계를 포함하는, 광 투과성 용기를 온도 조절 유체에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 광 투과성 용기를 온도 조절 유체에 노출시키는 단계는, 제어기로, 배양 배지의 온도에 따라, 온도 조절 유닛이 컨디셔닝된 공기(conditioned air)의 유동을 광 투과성 용기를 향해서 출력하게 하는 단계를 포함한다.
해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는 광 투과성 용기 내에 밀봉된 컷팅 요소로 해조류 매스를 컷팅하는 단계를 포함할 수 있다. 블레이드가 광 투과성 용기 내에 밀봉될 수 있고, 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 제어기로, 모터가 블레이드를 제1 방향으로 광 투과성 용기에 대해서 회전시킴으로써 해조류 바이오매스를 컷팅하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 제어기로, 모터가 블레이드를 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 회전시킴으로써 해조류 바이오매스를 혼합하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 방법에 있어서, 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 제어기로, 모터가 소정 기간 동안 제1 RPM으로 제2 방향으로 블레이드를 연속적으로 회전시키게 하고; 상기 기간 동안 제2 RPM으로 제1 방향으로 블레이드를 간헐적으로 회전시키게 하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 방향은 제1 방향에 반대일 수 있다. 제2 RPM은 제1 RPM보다 클 수 있다. 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 제어기로, 에어레이터(aerator)가 광 투과성 용기 내의 배양 배지를 폭기함으로써 해조류 바이오매스를 혼합하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 해조류 바이오매스의 일부를 제거하는 단계는 광 투과성 용기의 헤드 공간(head space)을 가압하는 단계를 포함할 수 있다. 헤드 공간을 가압하는 단계는, 제어기로, CO2의 유동을 헤드 공간 내로 지향시키는 단계를 포함한다. 감지 데이터를 출력하는 단계는, 제어기로, 광학 센서가 배양 배지의 불투명도를 결정하게 하는 단계; 및 제어기로, 배양 배지의 불투명도에 따라 인공 광 또는 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
관련된 해조류 바이오 리액터 장치, 방법, 및 시스템이 또한 개시된다.
본 개시 내용에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 예시적인 양태를 도시하고, 상세한 설명과 함께, 본 개시 내용의 원리를 설명하는 역할을 한다. 다양한 양태가 기재된 설명에서 구체적으로 설명되고, 강조되며, 교시된다. 기재된 부분들을 도면과 함께 참조함으로써, 일부 구조적 및 동작적 양태를 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이하의 첨부 도면과 함께 본원에 기술된 설명에 의해서 본 개시 내용의 청구 대상 및 설명된 장점을 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 복수의 해조류 장치를 포함하는 예시적인 해조류 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템의 예시적인 해조류 장치를 도시한다.
도 3은 전방 벽을 제거한 도 2의 장치를 도시한다.
도 4는 도 2의 장치의 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 5는 도 2의 장치의 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 6은 도 2의 장치의 예시적인 블레이드를 도시한다.
도 7은 도 3의 장치의 설치된 정면도를 도시한다.
도 8은 커버가 제거된 도 2의 장치의 설치된 배면도를 도시한다.
도 9는 도 2의 장치를 위한 예시적인 제어기를 도시한다.
도 10은 도 3의 장치의 설치된 상면도를 도시한다.
도 11은 도 2의 장치에 대한 개념도를 도시한다.
도 12는 도 2의 장치에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 13은 도 2의 장치의 다른 예시적인 블레이드를 도시한다.
도 14는 복수의 해조류 바이오 리액터 장치를 포함하는 다른 예시적인 해조류 시스템을 도시한다.
도 15는 도 14의 시스템의 일부에 대한 개념도를 도시한다.
도 16은 도 14의 시스템의 예시적인 해조류 장치를 도시한다.
도 17은 도 16의 장치의 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 18은 도 16의 장치에 대한 개념도를 도시한다.
도 19는 도 16의 장치에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 20은 도 16의 장치의 예시적인 밸브를 도시한다.
도 21은 도 20의 밸브의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 22는 도 20의 밸브의 다른 예시적인 단면도를 도시한다.
도 23은 도 16의 장치의 다른 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 24는 도 23의 장치에 대한 개념도를 도시한다.
도 25는 도 23의 장치에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 26은 다른 예시적인 해조류 시스템을 도시한다.
도 27은 또 다른 예시적인 바이오 리액터 시스템을 도시한다.
도 1은 복수의 해조류 장치를 포함하는 예시적인 해조류 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템의 예시적인 해조류 장치를 도시한다.
도 3은 전방 벽을 제거한 도 2의 장치를 도시한다.
도 4는 도 2의 장치의 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 5는 도 2의 장치의 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 6은 도 2의 장치의 예시적인 블레이드를 도시한다.
도 7은 도 3의 장치의 설치된 정면도를 도시한다.
도 8은 커버가 제거된 도 2의 장치의 설치된 배면도를 도시한다.
도 9는 도 2의 장치를 위한 예시적인 제어기를 도시한다.
도 10은 도 3의 장치의 설치된 상면도를 도시한다.
도 11은 도 2의 장치에 대한 개념도를 도시한다.
도 12는 도 2의 장치에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 13은 도 2의 장치의 다른 예시적인 블레이드를 도시한다.
도 14는 복수의 해조류 바이오 리액터 장치를 포함하는 다른 예시적인 해조류 시스템을 도시한다.
도 15는 도 14의 시스템의 일부에 대한 개념도를 도시한다.
도 16은 도 14의 시스템의 예시적인 해조류 장치를 도시한다.
도 17은 도 16의 장치의 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 18은 도 16의 장치에 대한 개념도를 도시한다.
도 19는 도 16의 장치에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 20은 도 16의 장치의 예시적인 밸브를 도시한다.
도 21은 도 20의 밸브의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 22는 도 20의 밸브의 다른 예시적인 단면도를 도시한다.
도 23은 도 16의 장치의 다른 예시적인 내측부 요소를 도시한다.
도 24는 도 23의 장치에 대한 개념도를 도시한다.
도 25는 도 23의 장치에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 26은 다른 예시적인 해조류 시스템을 도시한다.
도 27은 또 다른 예시적인 바이오 리액터 시스템을 도시한다.
본 개시 내용의 양태는 본 명세서에서 설명되고 첨부 도면에 도시된 예시적인 구조적 상세 내용 및 구성요소 배열로 제한되지 않는다. 본 개시 내용의 많은 양태는 다른 양태에 적용될 수 있고/있거나, 본원에 설명된 예를 포함하여, 다양한 사용 변형예에서 실시 또는 실행될 수 있다.
기재된 설명 전체를 통해서, 특정 상세 내용은 당업자의 보다 완전한 이해를 제공하기 위해서 기술된 것이다. 편의상 그리고 용이한 설명을 위해, 일부 잘 알려진 요소를 개념적으로 설명하여 본 개시 내용의 초점이 불필요하게 모호해지는 것을 방지하였다. 이와 관련하여, 기재된 설명 및 도면은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로, 제한하기보다는 가능하게 하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시 내용의 예시적인 양태는 다양한 해조류 바이오 리액터 장치, 방법, 및 시스템에 관한 것이다. 일부 양태는, 특정 구조물(예를 들어, 둘러싸인 용기) 내에 포함되고 해조류의 성장에 최적인 특정 기능의 세트(예를 들어, 빛 및 영양분 관리)를 수행하는 특정 생명 지원 시스템(예를 들어, 본원에 설명된 다양한 모터, 펌프 및 센서를 활용하는 시스템)과 함께 동작 가능한 특정 배양 배지(예를 들어, 물)를 이용하여 특정 유형의 해조류(예를 들어, 다시마와 같은 2상 또는 반수체-이배체 라이프 사이클을 갖는 해조류)를 유지하는 것과 관련하여 설명된다. 달리 청구되지 않는 한, 이러한 설명은 편의를 위해서 제공된 것이고, 본 개시 내용을 제한하기 위한 것은 아니다. 따라서, 본 개시 내용에서 설명된 임의의 양태는 - 다른 유형의 식물과 함께 사용하기에 적합한 것을 포함하여 - 임의의 유사한 바이오 리액터 장치, 방법 및 시스템과 함께 활용될 수 있다.
소제목은 참조의 용이성을 위해 제공되었으며, 청구되지 않는 한 비-제한적이다.
"포함한다", "포함하는", "포괄한다", "포괄하는" 및 그 변형과 같은 포괄적인 용어는 비-배타적인 포함을 커버하기 위한 것이고, 그에 따라 요소의 목록을 포함하는 임의의 장치, 방법, 시스템, 또는 요소는 그러한 요소만을 포함하는 것이 아니고, 명맥하게 나열 및/또는 내재되지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, "예시적"이라는 용어는 "이상적"의 의미가 아니라 "예"의 의미로 사용된다. "약" 및 "일반적으로"를 포함하는, 다양한 근사적 용어가 본 개시 내용에서 사용될 수 있다. "약"은 기술된 숫자 또는 결과의 "대략적인 것" 또는 10% 이내를 의미한다. "일반적으로"는 "대체로" 또는 50% 초과의 가능성을 의미한다.
"~에 부착될 수 있는", "~에 부착된", 및 "부착된"과 같은 용어는 2개 이상의 요소들 사이의 구조적 연결을 설명하기 위한 것이다. 일부 구조적 연결은, 2개 이상의 요소가 함께 형성되어 손상 없이는 독립적으로 회전될 수 없는 경우와 같이, "고정적으로 부착될 수 있고" 그에 따라 비-회전적일 수 있다. 다른 구조적 연결은, 2개 이상의 요소가 부착 요소(예를 들어, 핀, 나사 등) 및/또는 연결 요소(예를 들어, 조인트, 힌지 등)에 의해 함께 커플링되어 독립적으로 회전될 수 있게 하는 경우와 같이, "회전 가능하게 부착"될 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, "부착" 및 그와 균등한 용어는 그에 따라 임의의 이러한 변형을 포함할 수 있다.
예시적인 제어기의 양태가 설명된다. 제어기는 임의의 유형의 소프트웨어 및/또는 하드웨어를 포함할 수 있고, 이와 함께 동작할 수 있다. "프로세싱", "컴퓨팅", "계산", "결정", "디스플레이" 등과 같은 기능적 용어는 제어기에 의해서 수행될 수 있는 동작 및 프로세스를 지칭할 수 있다.
소프트웨어는 기능 수행을 위해서 제어기가 실행할 수 있는 프로그램 객체(예를 들어, 코드의 블록)를 포함할 수 있다. 각각의 프로그램 객체는, 알고리즘과 같이, 원하는 결과로 이어지는 일련의 동작을 포함할 수 있다. 동작은, 저장, 전달, 조합, 비교, 및 기타 조작이 가능한 전기 또는 자기 신호와 같은, 물리적 양의 물리적 조작을 요구하거나 포함할 수 있다. 이러한 신호는 비트, 문자, 요소, 숫자, 기호, 용어, 값 등으로 개념적으로 설명될 수 있다.
하드웨어는 프로그램 객체를 실행하도록, 동작을 수행하고/하거나 신호를 송수신하도록 특별히 또는 일반적으로 구성되는 임의의 공지된 컴퓨팅 및/또는 네트워킹 디바이스를 포함할 수 있다. 하드웨어는 유닛의 레지스터 및 메모리 내의 물리적(전자적) 양으로 표시되는 입력 데이터를 유닛의 메모리 또는 레지스터 및/또는 다른 데이터 저장, 전송 또는 디스플레이 디바이스에서 물리적 양으로 유사하게 표시되는 출력 데이터로 조작 및/또는 변환함으로써 프로젝트 객체를 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 임의의 하나의 컴퓨팅 자원 또는 서로 근거리에 또는 원격지에 배치된 복수의 컴퓨팅 자원을 포함하는 임의의 수의 프로세싱 요소(들)을 포함할 수 있다. 프로그램 객체는 프로세싱 유닛과 통신하는, 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해서 판독될 수 있는 형태로 데이터 및 정보를 저장 또는 전달하기 위한 임의의 메커니즘을 포함하는, 임의의 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독 가능 저장 매체에 될 수 있다. 예시적인 저장 매체는 리드 온리 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 소거 가능 프로그래머블 ROM("EPROM"), 전기적으로 소거할 수 있는 프로그래머블 ROM("EEPROM"); 자기 또는 광학 카드 또는 디스크; 플래시 메모리 디바이스, 및/또는 전기, 광학, 음향 또는 다른 형태의 전파 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등)를 포함할 수 있다.
일부 기능은 제어기로 수행할 수 있는 방법 단계를 참조하여 설명된다. 단계는 예시적인 동작 순서를 규정할 수 있으며, 그 순서는 중요할 수 있다. 예를 들어, 임의의 방법 단계의 특정 순서는, 제어기의 계산 성능 및/또는 동작 효율의 향상과 같은, 특정 프로세싱 이점을 실현하기 위해 제어기에 의해서 수행될 수 있는 특정 동작 순서를 설명할 수 있다.
해조류 바이오매스를 위해서 최적화된 해조류 시스템의 예
이제, 담수, 염수, 및 임의의 것이 부가된 물과 같은 (예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같은) 배양 배지(1) 내에서 해조류를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하기 위한 예시적인 해조류 바이오 리액터 시스템(10)을 참조하여, 본 개시 내용의 양태를 설명한다. 시스템(10)의 많은 구성이 본원에 설명된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템(10)은 해조류 바이오 리액터(20); 온도 제어 시스템(130); CO2 및/또는 공기 공급부(140); 배양 배지 공급부(150); 및 시스템 제어기(160)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터(20)는 해조류 바이오 리액터 장치(21), 해조류 바이오 리액터 장치(22), 및 해조류 바이오 리액터 장치(23)를 포함하는 복수의 동작 요소를 포함할 수 있다. 바이오 리액터 장치들(21, 22, 및 23)은 서로 유사하고/하거나 동일할 수 있다. 각각의 장치(21, 22, 및 23)는 시스템(10) 내에서 상이한 기능을 할 수 있다. 예를 들어: 바이오 리액터 장치(21)는, 숫놈형 배우체와 같은, 해조류 세포의 제1 배양물을 배양 배지(1)의 제1 체적 내에서 포함할 수 있고 그 성장을 위해서 최적화될 수 있고; 바이오 리액터 장치(22)는, 암놈형 배우체와 같은, 해조류 세포의 제2 배양물을 배양 배지(1)의 제2 체적 내에서 포함할 수 있고 그 성장을 위해서 최적화될 수 있고; 그리고 바이오 리액터 장치(23)는 제1 및 제2 배양물을 배양 배지(1)의 제3 체적 내에서 수용하여 조합할 수 있고, 그에 따라 이들이 결합되어 포자체(또는 다시마 모종)가 되게 할 수 있다. 해조류 바이오 리액터 장치(21, 22, 및 23)를 구비할 때, 시스템(10)은 시스템 제어기(160)로 동작되어 각각의 상이한 유형의 해조류 세포를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지할 수 있고, 그에 따라 배우체 및/또는 포자체의 안정적인 공급을 신뢰 가능하게 제공할 수 있게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 각각의 해조류 바이오 리액터 장치(20)는 테이블과 같은 지지 구조물(5) 위에 위치될 수 있다. 임의의 유형의 지지 구조물(5)이 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 시스템(10)에 의해서 생산되는 배우체 및/또는 포자체의 수를 증가시키도록 동작될 수 있는 임의의 수의 해조류 바이오 리액터 장치(예를 들어, 장치(21, 22, 및 23)와 같음)를 포함할 수 있다. 해조류 바이오 리액터(20)는 반복 가능한 결과를 가지고 제어 환경 내에서 다양한 유형의 해조류 종을 이종 교배하는 데 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 해조류 바이오 리액터 장치(21 및 22)는 제1 종의 해조류의 제1 및 제2 세포를 포함할 수 있고 적어도 하나의 바이오 리액터 장치(23)와 유체 연통될 수 있다. 시스템(10)은 임의의 수의 부가적인 바이오 리액터 장치(예를 들어, 21 및 22)를 포함할 수 있고, 각각의 바이오 리액터 장치는 상이한 종들의 해조류를 위한 제1 및 제2 세포를 포함할 수 있고 적어도 하나의 바이오 리액터 장치(23)와 유체 연통될 수 있다. 이러한 예에서, 바이오 리액터 장치(23)는 상이한 종들의 해조류의 제1(예를 들어, 숫놈형 배우체) 및 제2 해조류 세포(예를 들어, 암놈형 배우체)를 수용하여 조합할 수 있고, 그에 따라 더 용이하고 더 효율적인 이종 교배 수단을 제공할 수 있다.
해조류 바이오 리액터(20)의 요소들은, 도 7 내지 도 12에 도시되고 그와 관련하여 설명된 예시적인 구성을 포함하는, 임의의 유형의 튜빙 및/또는 파이핑을 이용하여, 서로 그리고 온도 제어 시스템(130), CO2 및/또는 공기 공급부(140), 및 배양 배지 공급부(150)와 유체 연통될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 온도 제어 시스템(130)은 냉각기(131) 및 펌프(132)를 포함할 수 있다. 냉각기(131)는 냉각 매체(예를 들어, 소정 체적의 물)를 저장할 수 있고 냉각 매체의 온도를 유지할 수 있다. 펌프(132)는 냉각 매체를 시스템(10) 전반을 통해서 순환시키도록 동작할 수 있는 원심 펌프를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 펌프(132)는 시스템 제어기(160)로 동작되어, 각각의 바이오 리액터(20) 내에 수용된 배양 배지(1)의 온도를 유지하는 유량으로, 냉각 매체를 냉각기(131)로부터, (예를 들어, 도 4에 도시되고 이하에서 설명되는 바와 같이) 각각의 해조류 바이오 리액터(20)의 열 자켓 주위에서, 그리고 다시 냉각기(131)로 순환시킬 수 있다.
시스템 제어기(160)는 시스템(10)의 각각의 바이오 리액터(20) 내에서 해조류를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하도록 동작될 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템 제어기(160)는 하우징(161), 디스플레이 요소(162), 프로세싱 요소(163), 통신 버스(164), 및 온도 제어기(165)를 포함할 수 있다. 하우징(161)은 강성 재료로 제조된 독립적인 구조물(free-standing structure)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 강성 재료는 시스템 제어기(160)의 요소를 지지 구조물(5) 상에서 지지 및/또는 포함하고 이러한 요소들을 위한 히트 싱크(heat sink)로서 작용하도록 동작할 수 있는 금속 재료(예를 들어, 다이아몬드 플레이트)를 포함할 수 있다. 프로세싱 요소(163)는 하우징(161)의 상부 격실 내에 위치될 수 있고, 데이터를 수신하고 제어 신호를 시스템(10)의 다른 요소에 전송하도록 동작할 수 있는 데이터 프로세싱 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 요소(163)는, (예를 들어, 메모리에 저장된) 소프트웨어로 동작되어 데이터를 수신하여 프로세스할 수 있고/있거나 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있는, 프로세서(들), 메모리, 및/또는 트랜시버 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
디스플레이 요소(162)는, 프로세싱 요소(163)로 동작되어 그래픽 사용자 인터페이스를 사용자에게 제공할 수 있고 해당 사용자로부터 터치-기반의 입력을 수신할 수 있는, 터치스크린 디스플레이를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 통신 버스(164)는 하우징(161)의 하부 격실 내에 있을 수 있고, 데이터를 각각의 해조류 바이오 리액터(20)의 마이크로제어기로부터 수신하고, 제어 신호를 다시 각각의 마이크로제어기로 중계하고, 다른 유형의 데이터를 송신 또는 수신하도록 동작될 수 있는 데이터 연결(들)을 형성하여 유지하기 위한 임의의 유선 및/또는 무선 데이터 통신 하드웨어를 포함할 수 있다.
온도 제어기(165)는, 온도 제어 시스템(130)으로 동작되어 데이터를 프로세싱 요소(163) 및/또는 마이크로제어기로부터 수신할 수 있고 이러한 데이터를 기초로 시스템(10)을 통해서 순환하는 냉각 매체의 온도 및/또는 유량을 수정할 수 있는, 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들어, CO2 및/또는 공기 공급부(140)는 수동으로 동작되는 밸브와 같은 공기 제어 밸브(142)와 함께 동작될 수 있는 공기 펌프(141); 및 (예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은) 시스템 제어기(160)로 동작될 수 있는 솔레노이드 밸브와 같은 CO2 공급 밸브(144)로 동작될 수 있는 (예를 들어, CO2 탱크와 같은) CO2 공급부(143)를 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 배양 배지 공급부(150)는 물 라인을 포함할 수 있다.
비록 도 1의 해조류 바이오 리액터(들)(20)에 근접하지만, 시스템 제어기(160)의 전체 또는 일부가 시스템(10)으로부터 원격지에 위치될 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 예를 들어, 각각의 해조류 바이오 리액터(20)는, 데이터 프로세싱 및/또는 제어 신호 생성의 일부를 국소적으로 핸들링하도록 동작할 수 있는 마이크로제어기를 포함할 수 있고, 이는, 시스템 제어기(160)의 전체 또는 일부가 클라우드 내에 위치될 수 있고 인터넷을 통해서 데이터를 수신 및/또는 제어 신호를 출력하도록 동작될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 예에 따라, 클라우드-기반의 시스템 제어기(160)는 그에 따라 상이한 물리적 위치들에 위치된 해조류 바이오 리액터(20)의 마이크로제어기로 동작될 수 있고, 그에 따라 시스템(10)을 더 용이하게 및/또는 더 저렴하게 회득할 수 있게 하고 자동화된 방식으로 동작시킬 수 있게 한다.
해조류 바이오 리액터 장치 및 시스템의 예
이제, 배양 배지(1)의 체적 내에서 해조류 세포를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하도록 동작될 수 있는 예시적인 해조류 바이오 리액터 장치(21)를 참조하여, 본 개시 내용의 양태를 설명한다. 이러한 양태는 도 1의 해조류 바이오 리액터 장치(21)를 참조하여 설명되나, 대안적으로 도 1의 바이오 리액터 장치(22 및/또는 23)를 참조하여 설명될 수 있을 것이다. 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 많은 잠재적인 구성이 설명된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 장치(21)는 (예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이) 광-밀봉 인클로저(light-tight enclosure)(30), 하우징(31), 장착 조립체(32), 모터(33), 펌프(34), 배양 배지 센서(35), 광원(36), 통기 필터(37), 포트(38), 포트(39), 및 마이크로제어기(40)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광-밀봉 인클로저(30)는 강성 재료로 제조될 수 있고, 이러한 강성 재료는 하우징(31)을 주변 광으로부터 밀봉하여, 하우징(31) 내에 밀봉된 배양 배지(1)의 체적 내에 수용되는 임의의 해조류 세포에 인가되는 광 스펙트럼을 주의 깊게 제어할 수 있게 한다. 시스템 제어기(160)의 하우징(161)과 마찬가지로, 광-밀봉 인클로저(30)의 강성 재료는 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 요소(들)를 지지 및/또는 포함하고 이러한 요소(들)을 위한 히트 싱크로서 작용하도록 동작할 수 있는 금속 재료(예를 들어, 다이아몬드 플레이트)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광-밀봉 인클로저(30)는 바닥 플레이트(41), 후방 벽(42), 후방 상단 플레이트(43), 전방 벽(44), 전방 상단 플레이트(45), 및 수용 개구부(46)를 포함할 수 있다.
후방 벽(42)은 바닥 플레이트(41) 및 후방 상단 플레이트(43)에 부착되어, 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 중량을 지지 표면(5)(예를 들어, 도 1) 상에서 지지하도록 동작할 수 있는 강성 구조물을 생성할 수 있다. 도 2 및/또는 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 바닥 플레이트(41)의 상단 표면 및 후방 상단 플레이트(43)의 하단 표면은 후방 벽(42)의 대응하는 상단 및 하단 연부를 수용하기 위한 크기의 홈을 포함할 수 있다. 전방 벽(44)이 강성 지지 구조물에 부착되어, 주변 광이 인클로저(30)의 측면을 통해서 하우징(31)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전방 벽(44)은 후방 부분(47)을 포함할 수 있고, 이러한 후방 부분(47)은, 전방 벽(44)이 부착될 때, 후방 벽(42)의 전방 부분에 중첩되고, 그에 따라 주변 광이 인클로저(30)의 측면을 통해서 하우징(31)에 도달하는 것을 방지한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 바닥 플레이트(41)의 홈은 후방 부분(47)의 내측부 표면을 후방 벽(42)의 외측부 표면에 대해서 유지함으로써 광 진입을 최소화하기 위한 크기를 가질 수 있다.
전방 상단 플레이트(45)가 또한 전방 벽(44) 및 후방 상단 플레이트(43)에 부착되어, 주변 광이 인클로저(30)의 상단부를 통해서 하우징(31)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전방 상단 플레이트(45)의 하단 표면은 후방 벽(42), 전방 벽(44), 및 후방 부분(47)을 수용하기 위한 크기의 홈을 포함할 수 있고, 그에 따라 후방 부분(47)의 내측부 표면을 후방 벽(42)의 외측부 표면에 대해서 추가적으로 유지할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 후방 상단 플레이트(43)의 전방 연부가 전방 상단 판(45)의 후방 연부와 서로 맞물려, 주변 광이 플레이트들(43 및 45)의 전방 및 후방 연부들 사이에서 하우징(31)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 발포 가능 포옴 및/또는 광-차단 테이프와 같은, 부가적인 광 밀봉 요소를 이용하여 인클로저(30)를 추가적으로 밀봉할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 후방 플레이트(43)가 전방 플레이트(45)와 서로 맞물릴 때, 수용 개구부(46)가 형성될 수 있다.
하우징(31)은 광 투과적일 후 있고, 이는 투명 재료 또는 반투명 재료로 제조된다는 것을 의미한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하우징(31)은 내부 벽(50) 및 외부 벽(51)을 포함할 수 있다. 내부 벽(50)은 소정 양의 해조류 세포를 포함하는 배양 배지(1)의 체적을 수용하기 위한 크기의 용기(52)를 형성할 수 있다. 따라서, 하우징(31) 및 용기(52)의 모두가 또한 광 투과 용기로서 설명될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 용기(52)는 개방 상단부 및 폐쇄 하단부를 갖는 원통형 형상을 포함할 수 있다. 내부 벽(50)이 외부 벽(51)으로부터 이격되어, 용기(52)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 열 자켓(53)을 형성할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 외부 벽(51)은 기부(54), 유입구(55), 및 배출구(56)를 포함할 수 있다. 기부(54)는 (예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이) 바닥 플레이트(41)의 상단부 상에 배치될 수 있고 용기(52) 및 그 내용물의 중량을 지지하도록 동작할 수 있다. 유입구(55) 및 배출구(56)는 냉각기(131)와 유체 연통되게 배치될 수 있고, 펌프(132)로 동작되어 온도 제어기(165)에 의해서 결정된 유량으로 냉각 매체를 열 자켓(53)의 내부 및 외부로 지향시킬 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이 내부 벽(50), 외부 벽(51), 및 냉각 매체의 각각은 일반적으로 반투명할 수 있다.
도 4 및/또는 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 조립체(32)는 장착 플레이트(60), 센서 지지 튜브(61), 베어링 샤프트(62), 모터 장착부(63), 필터 장착부(64), 구동샤프트 커플러(65), 구동 샤프트(66), 블레이드(67), 홀(68), 및 홀(69)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 플레이트(60)는 내부 벽(50)의 상단부에 제거 가능하게 부착될 수 있고, 용기(52)를 밀봉하도록 동작할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 테두리 밀봉부(70)를 이용하여 장착 플레이트(60)의 하단부와 용기(52)의 상단 표면 사이에서 기밀(氣密) 밀봉부를 형성할 수 있고, 이는 주변 공기가 용기(52)에 진입하는 것을 방지할 수 있다. 센서 지지 튜브(61)는, 장착 플레이트(60)에 부착되고 장착 플레이트(60)를 통해서 용기(52)의 하단 부분을 향해서 연장되는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 베어링 샤프트(62)는, 장착 플레이트(60)에 부착되고 장착 플레이트(60)를 통해서 용기(52)의 상단 부분을 향해서 연장되는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 모터 장착부(63)는 베어링 샤프트의 상단부에 고정적으로 부착되고, 관통하여 연장되는 개구부를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 모터(33)가 모터 장착부(63)에 부착되어 모터(33)와 모터 장착부(63)의 상단부 사이에서 기밀 밀봉부를 형성할 수 있고, 이는 주변 공기가 용기(52)에 진입하는 것을 방지할 수 있다. 모터(33)의 출력 샤프트가 장착부(63)의 개구부를 통해서 지향될 수 있다.
통기 필터(37)는 펌프(34)를 동작시킬 때 및/또는 임의의 설명된 방법을 수행할 때 진공이 형성되는 경우 필터링되지 않은 주변 공기가 용기(52)에 진입하는 것을 방지할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 필터 장착부(64)는, 장착 플레이트(60)에 부착되고 이를 통해서 연장되는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 통기 필터(37)는, 통기 필터(37)와 필터 장착부(64) 사이에서 기밀 밀봉부를 형성하는 동작을 할 수 있는 밸브(71)로, 필터 장착부(64)의 플랜지에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 구동 샤프트 커플러(65)는, 모터(33)의 출력 샤프트를 구동 샤프트(66)에 부착시키는 회전 베어링을 포함할 수 있다. 구동 샤프트 커플러(65)는 베어링 샤프트(62)의 하단부와 구동 샤프트 커플러(65)의 상단부 사이에서 기밀 밀봉부를 형성할 수 있고, 이러한 기밀 밀봉부는 주변 공기가 용기(52)에 진입하는 것을 방지할 수 있다. 구동 샤프트(66)가 구동 샤프트 커플러(65) 및 블레이드(67)에 부착될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 블레이드(67)는 홀(72), 파쇄 연부 또는 낫-형상의 연부(73)의 쌍, 혼합 연부 또는 언월도-형상의 연부(scimitar-shaped edge)(74)의 쌍을 포함할 수 있다. 홀(72)은, 구동 샤프트(66)를 블레이드(67)에 부착하는 볼트를 수용하기 위한 크기를 가질 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 각각의 파쇄 연부 또는 낫-형상의 연부(73)는, 구동 샤프트(66)가 모터(33)에 의해서 제1 또는 "파쇄" 방향(예를 들어, 반-시계 방향)으로 회전될 때 용기(52)의 내용물을 파쇄하도록 동작할 수 있는 오목 블레이드 또는 연부를 포함할 수 있고, 각각의 혼합 연부 또는 언월도-형상의 연부(74)는, 구동 샤프트(66)가 모터(33)에 의해서 제2 또는 "혼합" 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전될 때 용기(52)의 내용물을 혼합하도록 동작할 수 있는 볼록 블레이드 또는 연부를 포함할 수 있다.
부가적인 예를 제공하기 위해서, 블레이드(67)의 7개의 변형예가 도 13에 도시되어 있고 블레이드(67-1, 67-2, 67-3, 67-4, 67-5, 67-6, 및 67-7)로 라벨이 부여되었으며, 그 각각은, 블레이드(67)와 같이, 구동 샤프트(66)가 모터(33)에 의해서 파쇄 방향으로(예를 들어, 반-시계 방향으로) 회전될 때 용기(52)의 내용물을 파쇄하도록 동작할 수 있는 파쇄 연부 또는 낫-형상의 연부(73-1, 73-2, 73-3, 73-4, 73-4, 73-5, 73-6, 또는 73-7)의 적어도 하나의 쌍, 및 구동 샤프트(66)가 모터(33)에 의해서 혼합 방향으로(예를 들어, 시계 방향으로) 회전될 때 용기(52)의 내용물을 혼합하도록 동작할 수 있는 혼합 연부 또는 언월도-형상의 연부(74-1, 74-2, 74-3, 74-4, 74-5, 74-6, 또는 74-7)의 적어도 하나의 쌍을 포함할 수 있다.
도 4 및/또는 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(38)는, (예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은) 펌프(34)와 유체 연통되게 배치될 수 있는 상단 단부 및 홀(68)을 통해서 용기(52)의 하단 부분을 향해서 연장되는 하단 단부를 갖는 반투명의 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 도 4 및/또는 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(39)는, (예를 들어, 도 1, 도 11, 및 도 12에 도시된 바와 같은) CO2 및/또는 공기 공급부(140)와 유체 연통되게 배치될 수 있는 상단 단부 및 홀(69)을 통해서 용기(52)의 내측부를 향해서 연장되는 하단부를 갖는 반투명의 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 펌프(34)는 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)로 동작되어, 배양 배지(1)의 유량 및 해조류 세포를 용기(52)로부터 배출하거나 새로운 배양 배지(1)의 유량을 용기(52) 내로 유입할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 펌프(34)는 Welco WP11와 같은 전체 습식형 구성요소(all wetted component)를 갖는 연동 펌프를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 펌프(34)는 펌프 장착부(76) 및 펌프 박스(77)를 포함할 수 있다. 펌프 장착부(76)는 펌프(34)를 후방 상단 플레이트(43)에 부착할 수 있고, 펌프 박스(77)는 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)로 동작될 수 있는 전기 모터를 포함할 수 있다.
(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은) 배양 배지 센서(35)는 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)로 동작되어, 용기(52) 내의 배양 배지(1)의 특성과 연관된 데이터를 출력할 수 있다. 배양 배지 센서(35)는 감지 단부(80) 및 통신 단부(81)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 감지 단부(80)가 용기(52)의 하단 부분 내에 위치되고 통신 단부(81)가 용기(52)의 외부에 있도록, 센서(35)가 센서 지지 튜브(61) 내에 수용될 수 있다. 감지 단부(80)는 배양 배지(1)의 pH 레벨과 연관된 데이터를 출력하도록 동작할 수 있는 pH 센서, 및/또는 배양 배지의 온도와 연관된 데이터를 출력하도록 동작할 수 있는 온도 센서를 포함할 수 있다. 통신 단부(81)는 4핀 군용 아날로그 연결부와 같은 전력/데이터 연결부를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 통신 단부(81)는 기밀 밀봉부를 형성하기 위한 동작을 할 수 있는 나사산형 연결부(82)를 또한 포함할 수 있고, 이러한 기밀 밀봉부는 센서(35)가 센서 지지 튜브(61) 내에 수용될 때 주변 공기가 용기(52)에 진입하는 것을 방지할 수 있다.
도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광원(36)은 인쇄 회로 기판 또는 "PCB"(83), 복수의 LED(84), 및 대체로 반투명한 패널(85)을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, PCB(83)는 인클로저(30)의 후방 벽(42)의 내측부 표면에 장착될 수 있다. 복수의 LED(84)는, PCB(83)의 용기-대면 측면에 장착되고 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)으로 동작되어 1600만개 초과의 광의 색조를 (예를 들어, 도 4 및 도 11에 도시된 바와 같이) 하우징(31)을 향해서 지향시키는, 스펙트럼 선택 가능한 LED(예를 들어, RGB LED 또는 "적색, 청색, 및 녹색 LED")의 상이한 클러스터들 및/또는 스트립들을 포함할 수 있다. 복수의 LED(84)는, 유사하게 배향되고 적색 광을 하우징(31)을 향해서 지향시키도록 동작될 수 있는 적색 LED의 적어도 하나의 스트립을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, PCB(83)의 벽-대면 측면은 후방 벽(42)에 열적으로 커플링될 수 있고, 그에 따라 LED로부터의 출력되는 열의 일부가 벽(42)을 향해서 복사될 수 있고, 따라서 이러한 벽(42)은 LED(84)를 위한 히트 싱크로서 작용할 수 있다. 또한 도 2, 도 3, 및/또는 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 대체로 반투명한 패널(85)(예를 들어, 플렉시 글라스 패널(plexiglass panel))이 후방 벽(42)에 장착될 수 있고 LED(84)의 전방에 배치될 수 있으며, 그에 따라 하우징(31)이 광-밀봉 인클로저(30)에 대해서 이동될 때 이들을 손상으로부터 보호할 수 있다.
마이크로제어기(40)는 커버(87)를 갖는 하우징(86) 내에 수용될 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하우징(86)은, 광-밀봉 인클로저(30)의 후방 벽(42)의 후방 표면에 장착되는 플라스틱 인클로저를 포함할 수 있다. 커버(87)는 하우징(86)에 볼트 연결될 수 있다. 마이크로제어기(40)는, 용기(52) 내에 수용된 배양 배지(1)의 체적 내에서 해조류의 성장을 위한 최적의 조건을 유지하기 위해서, 모터(33), 펌프(34), 시스템 제어기(160), 및/또는 시스템(10)의 임의의 다른 요소와 함께 동작될 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도 8 및/또는 도 9에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 마이크로제어기(40)는 펌프 신호 통신기(78), 모터 구동부(79), 재설정 가능 퓨즈(88), 및/또는 PCB(89)를 포함할 수 있다. 펌프 신호 통신기(78) 및/또는 모터 드라이버(79)를 위한 회로 소자는 PCB(89)와 별도일 수 있고/있거나 PCB(89)에 통합될 수 있다.
독립적인 생명 지원 시스템을 갖춘 해조류 시스템의 예
이제, 예시적인 해조류 시스템(200)을 참조하여 본 개시 내용의 양태를 설명하며, 이러한 해조류 시스템은, 시스템 제어기(260)로 독립적으로 동작되어 배양 배지(1)의 하나 이상의 분리된 체적들 내에서 상이한 해조류 바이오매스들을 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하는 하나 이상의 해조류 바이오 리액터를 갖춘 복수의 개별적인 해조류 바이오 리액터 시스템을 포함한다. 예를 들어 개별적인 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 및 213)을 참조하여, 도 14, 도 26, 및 도 27에서 설명된 것을 포함하여, 해조류 시스템(200)의 여러 구성을 본원에 설명한다. 각각의 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 및/또는 213)의 양태는 예를 들어 도 1을 참조하여 전술한 해조류 바이오 리액터 시스템(10)의 양태와 유사할 수 있으나, 이는 200 계열의 숫자를 갖는다. 시스템(10, 200, 210, 211, 212, 및/또는 213)의 하나를 참조하여 설명된 양태는 다른 시스템(10, 200, 210, 211, 212, 및/또는 213)을 참조하여 설명한 임의의 양태와 상호 교환될 수 있고, 각각의 반복 및 순열은 본 개시 내용의 일부가 될 수 있다.
해조류 시스템(200) 내에서, 각각의 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 및 213)은 적어도 하나의 해조류 바이오 리액터, 및 시스템 제어기(260)로 동작되어 해조류 바이오 리액터 내에서 해조류의 성장을 위한 최적의 조건을 유지할 수 있는 적어도 하나의 생명 지원 시스템을 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 각각의 해조류 바이오 리액터 시스템(200, 210, 211, 212, 및 213)은, 그 각각의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)과 함께, 시스템 제어기(260)를 갖춘 지지 구조물(205)(예를 들어, 강성 금속 프레임)에 부착될 수 있고, 그에 따라 시스템(200)은 통합 유닛이 된다.
도 1을 참조하여 전술한 해조류 바이오 리액터(20) 및 도 14를 참조하여 후술되는 해조류 바이오 리액터(220, 420)를 포함하는, 상이한 유형의 해조류 바이오 리액터들이 본원에 설명된다. 각각의 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 및 213)은, 배양 배지(1)의 분리된 체적을 수용하고 수 개월 또는 수 년과 같은 긴 기간 동안 분리된 체적(1) 내에서 해조류 바이오매스를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하도록 동작할 수 있는, 적어도 하나의 해조류 바이오 리액터 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 시스템(210, 211, 212, 및/또는 213) 내의 각각의 해조류 바이오 리액터 장치의 양태는 예를 들어 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 해조류 바이오 리액터 장치와 유사할 수 있고; 예를 들어 도 16 및 도 17을 참조하여 후술되는 해조류 바이오 리액터 장치(221)와 유사할 수 있고; 및/또는 예를 들어 도 16 및 도 23을 참조하여 후술되는 해조류 바이오 리액터 장치(421)와 유사할 수 있고, 각각의 반복 및 순열은 10, 200, 210, 211, 212, 및/또는 213의 반복 및 순열과 함께 본 개시 내용의 일부이다.
하나의 해조류 바이오 리액터 장치(221)를 갖는 해조류 바이오 리액터(220)의 예가 예를 들어 도 26의 상단 좌측에 도시되어 있고, 여기에서 2개의 연장 슬롯(298)이 쇄선으로 작성되어, 2개 이상의 해조류 바이오 리액터 장치가 추가될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터(220)는, 해조류 바이오 리액터(20)와 마찬가지로, 복수의 해조류 바이오 리액터 장치를 또한 포함할 수 있고, 이러한 복수의 해조류 바이오 리액터 장치는 해조류 바이오 리액터 장치(221), 해조류 바이오 리액터 장치(222), 해조류 바이오 리액터 장치(223), 및/또는 해조류 바이오 리액터 장치(224)를 포함한다. 이러한 예에서, 해조류 시스템(200)이 상이한 해조류 종들의 이종 교배 또는 하나의 해조류 종의 대량 생산을 위해서 최적화되는지의 여부에 따라, 바이오 리액터 장치들(221, 222, 223, 및 224)은 서로 유사하거나 동일할 수 있다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터(220)의 각각의 해조류 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)는 해조류 시스템(200)의 목적 및 시스템(200) 내의 해조류 바이오 리액터 시스템(210)의 역할에 따라 달리 기능할 수 있다. 이종 교배 시나리오에서, 예를 들어, 바이오 리액터 장치(221)는 배양 배지(1)의 제1 체적 내에서, 숫놈형 배우체의 제1 종과 같은, 해조류 세포의 제1 배양물을 포함할 수 있고 그 성장을 위해서 최적화될 수 있으며; 바이오 리액터 장치(222)는 배양 배지(1)의 제2 체적 내에서, 암놈형 배우체의 제2 종과 같은, 해조류 세포의 제2 배양물을 포함할 수 있고 그 성장을 위해서 최적화될 수 있으며; 바이오 리액터 장치(223)는 배양 배지(1)의 제3 체적 내에서, 숫놈형 배우체의 제1 및/또는 제2 종과 양립 가능한 암놈형 배우체의 종과 같은, 해조류 세포의 제3 배양물을 포함할 수 있고 그 성장을 위해서 최적화될 수 있으며; 바이오 리액터 장치(224)는 배양 배지(1)의 제4 체적 내에서 제1 또는 제2 배양물 중 하나와 제3 배양물을 수용하여 조합할 수 있고, 그에 따라 이들이 결합될 수 있게 하고 상이한 종의 포자체(또는 다시마 모종)이 될 수 있게 한다. 이러한 시나리오에서, 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 및 213)은 시스템 제어기(260) 및 그 각각의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)에 의해서 독립적으로 동작될 수 있고, 그에 따라 상이한 종 및/또는 유형의 해조류 세포의 성장을 위한 그리고 그 번식을 유도하기 위한 최적의 조건을 유지할 수 있고, 이는 새로운 이종 교배를 효율적으로 생성할 수 있게 하거나 공지된 배우체 및 포자체의 이종 교배를 효율적으로 생성할 수 있게 한다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 각각의 해조류 시스템(210, 211, 212, 및 213)의 해조류 바이오 리액터(들)는 또한 그 목적에 따라 해조류 시스템(200) 내에서 상이한 역할들을 할 수 있다. 대량 생산 시나리오에서, 예를 들어, 해조류 시스템(210 및 211)의 상단-레벨 해조류 바이오 리액터는 해조류 바이오 리액터(221)와 유사할 수 있고, 그에 따라 배양 배지(1)의 제1 체적 내에서 숫놈형 배우체를 성장시키고 배양 배지(1)의 제2 체적 내에서 암놈형 배우체를 성장시키도록 최적화될 수 있고; 해조류 시스템(212 및 213)의 하단-레벨 해조류 바이오 리액터는 해조류 바이오 리액터(421)와 유사할 수 있고, 그에 따라 배양 배지(1)의 제3 체적 내에서 숫놈형 및 암놈형 배우체를 수용하여 조합하도록 최적화될 수 있고, 따라서 이들이 효율적으로 결합될 수 있게 하고 동일한 종들의 포자체(또는 다시마 모종)가 될 수 있게 한다. 이러한 시나리오에서, 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 및 213)은 다시 시스템 제어기(260) 및 그 각각의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)에 의해서 독립적으로 동작될 수 있고, 그에 따라 상이한 종 및/또는 유형의 해조류 세포의 성장을 위한 그리고 그 번식을 유도하기 위한 최적의 조건을 유지할 수 있고, 이는 해조류의 특정 품종의 배우체 및 포자체를 효율적으로 생성할 수 있게 한다.
이종 교배 또는 대량 생산 시나리오에서, 해조류 시스템(200)은 해조류 바이오 리액터 시스템들(210, 211, 212, 및 213) 또는 그 요소들을 서로 유체 연통시키기 위해서 임의의 튜빙 및 관련 연결부의 구성을 포함할 수 있다. 이종 교배 시나리오에서, 예를 들어, 시스템(200)은 해조류 바이오 리액터 장치(221, 222, 및 223)를 해조류 바이오 리액터 장치(224)와 유체 연통시키기 위한 튜빙 및 연결부를 포함할 수 있다. 대량 생산 시나리오에서, 예를 들어, 시스템(200)은, (예를 들어, 후술되는 확산 노즐(300)을 통해서) 상단-레벨 시스템이 하단-레벨 시스템으로 중력 공급될 수 있도록 상단-레벨 시스템(210, 211)을 하단-레벨 시스템(212, 213)과 유체 연통시키기 위한 튜빙 및 연결부를 포함할 수 있다.
해조류 시스템(200)은, 장치(221, 421 등)와 같은 임의의 수의 해조류 바이오 리액터 장치를 포함하는, 바이오 리액터(220, 420 등)와 같은 임의의 수 또는 유형의 해조류 바이오 리액터를 포함하는, 임의의 수 및/또는 유형의 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211, 212, 213 등)을 포함할 수 있다. 시스템(200)의 하나의 예가 예를 들어 도 26에 도시되어 있고, 여기에서 해조류 바이오 리액터 시스템(210)은 해조류 바이오 리액터 장치(221)로 구성될 수 있고, 각각의 해조류 바이오 리액터 시스템(211, 212, 및 213)은 해조류 바이오 리액터 장치(221 또는 421)와 같은 세개(3개)의 해조류 바이오 리액터 장치를 포함할 수 있고, 시스템 제어기(260)는 온도 AC 분배 박스(298) 및 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)으로 동작되어 본원에 설명된 임의의 예에 따라 시스템(210, 211, 212, 및 213)을 제어할 수 있다. 시스템(200)의 다른 예가 예를 들어 도 27에 도시되어 있고, 여기에서 상단-레벨 해조류 바이오 리액터 시스템(210, 211)은 (예를 들어, 무선 연결을 통해서) 제1 온도 AC 분배 박스(298), 생명 지원 시스템(500, 501), 및 시스템 제어기(260)로 동작될 수 있고; 하단-레벨 해조류 바이오 리액터 시스템(212, 213)은 (예를 들어, 무선 연결을 통해서) 제2 온도 AC 분배 박스(299), 생명 지원 시스템(500, 501), 및 시스템 제어기(260)로 동작될 수 있다.
도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, CO2 및/또는 공기 공급부(240)는 단일 탱크로서 도시되어 있으나, 본원에 설명된 공급부(140, 240, 및/또는 340)의 임의의 양태를 포함할 수 있다.
앞서 주목한 바와 같이, 각각의 개별적인 해조류 시스템(210, 211, 212, 및 213)은 그 자체의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)을 포함할 수 있고, 그 각각은 시스템 제어기(260)로 독립적으로 동작되어 최적의 성장 조건을 유지할 수 있다. 각각의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)은, 특정 상황에서 시스템 제어기(260)로부터의 지원 없이 또는 거의 없이 동작할 수 있는, 자족형의 독립적으로 동작 가능한 제어 모듈을 포함할 수 있다. 시스템(500)을 참조하여, 시스템(500, 501, 502, 및 503)의 예시적인 양태를 이제 설명한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템(500)은 CO2 및/또는 공기 공급부(510), AC 분배 시스템(511), 제어 박스(512), DC 전력 공급부(513), 데이터 트랜시버(514), 및 이들 사이에서 연장되는 복수의 케이블, 튜브, 및/또는 와이어를 포함할 수 있다.
CO2 및/또는 공기 공급부(510)의 양태는 CO2 및/또는 공기 공급부(240) 또는 본원에 설명되는 그 임의의 대응 부분의 양태와 유사하다. 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, CO2 및/또는 공기 공급부(510)는, 하나 이상의 CO2 탱크(515)와 함께 동작되어 CO2 및/또는 공기를 각각의 바이오 리액터 장치들(221, 222, 223, 및 224) 사이에서 연장되는 튜빙 시스템(516)을 통해서 각각의 바이오 리액터 장치들(221, 222, 223, 및 224)에 분배할 수 있는 CO2 솔레노이드 및 공기 펌프를 포함할 수 있다. AC 분배 시스템(511)은, 제어 박스(512)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 AC 전력을 전력망(grid)으로부터 수신하여 이를 CO2 및/또는 공기 공급부(510)의 CO2 솔레노이드 및 공기 펌프로 지향시키도록 동작될 수 있는 회로 소자를 포함할 수 있고, 그에 따라 튜빙 시스템(516)을 통해서 각각의 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)에 전달되는 CO2 및/또는 공기의 양을 독립적으로 조정할 수 있게 한다. 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 예를 들어, AC 분배 시스템(511)은 AC 분배 박스(298, 299)를 또한 포함할 수 있다. DC 전력 공급부(513)는, AC 전력을 AC 분배 시스템(511)의 회로 소자로부터 수신하여 제어 박스(512)에 의해서 사용되는 DC 전력으로 변환하도록 동작할 수 있는 정류기를 포함할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제어 박스(512)는 DC 전력 공급부(513)로부터의 DC 전력으로 동작될 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있고, 이러한 하드웨어 및/또는 소프트웨어는 데이터 트랜시버(514)를 통해서 데이터 및/또는 제어 신호를 시스템 제어기(260)로부터 수신할 수 있고, 사이에서 연장되는 데이터 트랜시버(517)를 통해서 각각의 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)의 센서(예를 들어, pH 센서 또는 온도 센서)로부터 데이터를 수신할 수 있고, 수신된 제어 신호 및/또는 데이터에 따라, 제어 신호를 임의의 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)의 CO2 및/또는 공기 공급부(510) 및/또는 동작 요소 중 하나 또는 둘 모두에 출력할 수 있다. 데이터 트랜시버(514) 및 데이터 트랜시버(517)는 유선 데이터 연결로서 도시되어 있지만, 블루투스, WiFi 등을 이용하여 이루어진 무선 데이터 연결일 수도 있다.
본원에 설명되고 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제어 박스(512)는 그에 따라: 시스템 레벨 제어 신호(예를 들어, 유지 또는 종료)를 시스템 제어기(260)로부터 수신하고; 피드백 데이터를 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)로부터(예를 들어, 온보드 센서로부터) 수신하고; 제어 신호를 고려하여 각각의 장치(221, 222, 223, 및 224)에 대한 피드백 데이터를 동시에 분석하고; 각각의 피드백 데이터의 분석을 기초로, CO2 및/또는 공기 공급부(510) 및/또는 각각의 장치(221, 222, 223, 및 224)의 동작 요소 중 하나 또는 둘 모두에 대한 개별화된 제어 신호를 생성하고/하거나; 개별화된 제어 신호를 CO2 및/또는 공기 공급부(510) 및/또는 장치(221, 222, 223, 및 224)의 동작 요소에 출력하도록 동작할 수 있다.
전술한 해조류 시스템(10)의 시스템 제어기(160)와 마찬가지로, 해조류 시스템(200)의 시스템 제어기(260)는, 해조류 바이오 리액터 시스템(210)의 바이오 리액터(220) 뿐만 아니라 각각의 대응 해조류 바이오 리액터 시스템(211, 212, 및 213)의 각각의 대응 바이오 리액터(예를 들어, 바이오 리액터(420)과 같음) 내에서 해조류의 성장을 위한 최적의 조건을 유지하도록 동작될 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템 제어기(260)는 하우징(261) 및 디스플레이 요소(262)를 포함할 수 있고, 이러한 디스플레이 요소(262)는 하나 이상의 프로세싱 요소, 데이터 트랜시버, 및 기타 구성요소와 함께 동작할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하우징(261)은 강성 재료로 제조된 독립적인 구조물을 포함할 수 있다. 강성 재료는 시스템 제어기(260)의 요소를 지지 구조물(205) 상에서 지지 및/또는 포함하고 이러한 요소들을 위한 히트 싱크로서 작용하도록 동작할 수 있는 금속 재료(예를 들어, 다이아몬드 플레이트)를 포함할 수 있다. 프로세싱 요소(263)는 하우징(261) 내에 위치될 수 있고, 데이터를 수신하고 제어 신호를 시스템(200)의 다른 요소에 전송하도록 동작할 수 있는 데이터 프로세싱 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 요소(263)는, (예를 들어, 메모리에 저장된) 소프트웨어로 동작되어 데이터를 수신하여 프로세스할 수 있고/있거나 본원에 설명된 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있는, 프로세서(들), 메모리, 및/또는 트랜시버 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
디스플레이 요소(262)는, 프로세싱 요소(263)로 동작되어 그래픽 사용자 인터페이스를 사용자에게 제공할 수 있고 해당 사용자로부터 터치-기반의 입력을 수신할 수 있는, 터치스크린 디스플레이를 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 프로세싱 요소(263)는, (예를 들어, 인간 및/또는 컴퓨터 운영자로부터) 동작 명령어를 수신하고; 피드백 데이터를 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및/또는 503)으로부터 수신하고; 국소적인(예를 들어, 온보드 칩) 및/또는 원격 프로세싱 요소(예를 들어, 인터넷을 통해서 접속할 수 있는 AI-기반의 시스템)의 임의의 조합으로 명령어 및/또는 피드백 데이터를 분석하고; 각각의 명령어 및 피드백 데이터의 분석을 기초로 각각의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및/또는 503)에 대한 개별화된 제어 신호를 생성하고/하거나; 개별화된 제어 신호를 시스템(500, 501, 502, 및/또는 503)에 출력하도록 동작될 수 있는, 통신 버스 또는 데이터 연결부(들)을 형성 및 유지하기 위한 임의의 다른 유선 및/또는 무선 데이터 통신 하드웨어를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 14에서 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)에 근접하는 것으로 도시되어 있지만, 시스템 제어기(260)의 전부 또는 일부가 해조류 시스템(200)으로부터 원격지에 위치될 수 있다. 예를 들어, 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)의 각각의 제어 박스(512)는 국소적으로 데이터를 프로세스하도록 및/또는 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있는 (예를 들어, 마이크로제어기(40)와 같은) 마이크로제어기(40)를 포함할 수 있고, 이는, 시스템 제어기(260)의 전부 또는 일부가 클라우드에 존재할 수 있고 인터넷을 통해서 데이터를 수신하고/하거나 제어 신호를 출력하도록 동작할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 예에 따라, (예를 들어, 시스템 제어기(160)와 같은) 시스템 제어기(260)의 클라우드-기반의 버전은 임의의 수의 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 503 등)을 모니터링 및 제어할 수 있다. 도 27에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템 제어기(260)의 클라우드-기반의 실시형태는 유사하게 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 및 503)과 함께 동작할 수 있다.
배우체를 위한 해조류 바이오 리액터 장치의 예
이제, 배양 배지(1)의 체적 내에서 배우체를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하도록 동작될 수 있는 예시적인 해조류 바이오 리액터 장치를 참조하여, 본 개시 내용의 양태를 설명한다. 일부 양태가, 예를 들어, 도 14에 도시된 해조류 시스템(210)의 해조류 바이오 리액터 장치(221)를 참조하여 설명되지만, 대안적으로 시스템(210)의 임의의 바이오 리액터 장치(222, 223, 또는 224) 및/또는 해조류 시스템(211, 212, 또는 213)의 임의의 대응 바이오 리액터 장치를 참조하여 설명될 수 있다. 해조류 바이오 리액터 장치(221)의 여러 가지 잠재적인 구성이 본원에 설명되고, 그 각각은, 본원에 설명된 다른 해조류 바이오 리액터 장치의 양태와 유사할 수 있는 양태를 가지나, 이하에서 설명되는 바와 같은 차이를 갖는다.
해조류 바이오 리액터 장치(221)는 생명 지원 시스템(500) 및 시스템 제어기(260)로 동작되어 배양 배지(1)의 체적 내에서 해조류 세포의 배양물을 수용하여 성장시킬 수 있다. 바이오 리액터 장치(221)의 양태를 최적화하여, 배양 배지(1)의 체적 내에서 배우체를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지할 수 있다. 도 14, 도 15, 도 16, 및/또는 도 17에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 장치(221)는 인클로저(230), 하우징(231), 장착 조립체(232), 모터(233), 온도 제어 유닛(234), 배양 배지 센서(235), 광원(336), 통기 필터(337), 포트(238), 포트(239), 및 밸브(300)를 포함할 수 있다.
도 14 및 도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 인클로저(230)는 강성 재료로 제조될 수 있고, 이러한 강성 재료는 하우징(231)을 주변 광으로부터 밀봉하여, 하우징(231) 내에 밀봉된 배양 배지(1)의 체적 내에 수용되는 임의의 해조류 세포에 인가되는 광 스펙트럼을 주의 깊게 제어할 수 있게 한다. 강성 재료는 목재 및/또는 목재와 유사한 중합체 재료를 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 인클로저(230)는 외측부 벽(244), 접근 도어(245), 광-필터링 윈도우(246), 및 유동 제어 계량기(364)를 포함할 수 있다.
인클로저(30)와 유사하게, 인클로저(230)도 광-밀봉부일 수 있다. 그러나, 광-필터링 윈도우(246)를 포함할 수 있기 때문에, (예를 들어, 인클로저(30)와 같은) 인클로저(230)는 광 제어하는 것으로 또한 설명될 수 있고, 이는, 이러한 것이 광-밀봉부일 수 있거나 또는 주변 광의 필터링된 부분이 인클로저(230)에 선택적으로 진입할 수 있게 동작될 수 있다는 것을 의미한다. 도 16에서 도시된 바와 같이, 예를 들어, 인클로저(230)의 외측부 벽(244)은, 그 단부들에 부착되어 직사각형 형상을 형성하는 여섯개(6개)의 벽을 포함할 수 있다. 전방 벽(244)이 접근 개구부 및 (예를 들어, 힌지를 이용하여) 그에 이동 가능하게 부착되는 접근 도어(245)를 포함할 수 있고, 이는, 전방 벽(244)을 통해서 인클로저(230)의 내측부에 용이하게 접근할 수 있게 한다. 광-필터링 윈도우(246)는 접근 도어(245)를 통해서 연장되는 개구부에 걸쳐 연장될 수 있고 그에 부착될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 인클로저(230)는, 특정 파장의 광을 인클로저(230)에 포함된 해조류에 도입하기 위해서 항상 개방되거나 (예를 들어, 커버를 제거하거나 차양을 개방함으로써) 선택적으로 개방될 수 있는 광-필터링 윈도우(246)를 제외하고, (예를 들어, 전술한 인클로저(30)와 같은) 광-밀봉 인클로저일 수 있다. 이러한 예에서, 광-필터링 윈도우(246)는, 예를 들어, 청색 광에 노출시킴으로써 해조류 배양물을 "유성적인" 것으로 변경하지 않고도 인클로저(230) 내부를 관찰할 수 있게 동작할 수 있는 청색광 필터링 요소를 포함할 수 있고, 여기에서, 유성적인 것으로의 변경은 해조류 바이오매스가 청색광(또는 다른 색조)에 반응하여 난자 및 배우자를 형성하도록 유도하는 것을 의미한다.
오염을 방지하기 위해서, 해조류 바이오 리액터 장치(221)는 접근 도어(245)를 개방하지 않고도 긴 기간(예를 들어, 수 주 또는 수 개월) 동안 동작될 수 있다. 광-필터링 윈도우(246)는 인클로저(230)의 내부를 볼 수 있게 하고 해조류 배양물을 해당 시간 중에 특정 광에 항상 또는 선택적으로 노출시킬 수 있게 한다. 유동 제어 계량기(364)는 해당 시간 중에 규칙적인 간격으로 인클로저(230) 외부의 온도와 연관된 온도 데이터를 생명 지원 시스템(500)에 출력할 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하우징(231)은, 배양 배지(1)의 체적을 수용하기 위한 크기의 용기(252)를 형성하는 벽(251)을 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 용기(252)는, 플랜지(253)를 가지는 개방 상단부 및 플랜지(254)를 가지는 개방 하단부를 갖는, 원통형 형상을 포함할 수 있다. 전술한 하우징(31)과 대조적으로, 하우징(231)은 열 자켓을 포함하지 않을 수 있고, 그 대신 온도 제어 유닛(234)에 의존함으로서 시스템(200) 내에서 그 중량 및 유체 연결부의 수를 줄일 수 있다. 더 가볍기 때문에, 하우징(231)은 플랜지(253)의 하부 표면으로 인클로저(230)의 내측부 표면으로부터 매달릴 수 있다.
도 17에서 우측에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 조립체(232)는 장착 플레이트(260), 센서 지지 튜브(261), 베어링 샤프트(262), 모터 장착부(263), 구동 샤프트(266), 및 블레이드(267)를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 다른 장착 조립체와 유사하게, 장착 조립체(232)는 또한 오토클레이브로 처리할(autoclavable) 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 플레이트(260)는, 용기(252)를 밀봉하고 주변 공기가 용기(252)에 진입하는 것을 방지하도록 동작할 수 있는 테두리 밀봉부(270)를 이용하여, 플랜지(253)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 센서 지지 튜브(261)는, 장착 플레이트(260)에 부착되고 장착 플레이트(260)를 통해서 용기(252)의 개방된 하단부를 향해서 연장되는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 베어링 샤프트(262)는, 장착 플레이트(260)에 부착되고 그로부터 위쪽으로 연장되는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 모터 장착부(263)는 베어링 샤프트(262)의 상단 부분에 고정적으로 부착될 수 있고, 관통하여 연장되는 개구부를 포함할 수 있다. 베어링 샤프트의 하단 부분은 장착 플레이트(260)를 통해서 연장될 수 있다.
모터(233)는 생명 지원 시스템(500)의 제어 박스(512)로부터 출력되는 제어 신호로 동작될 수 있는 임의의 유형의 전기 모터를 포함할 수 있다. 도 17에서 우측에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 모터(233)는 모터 장착부(263)의 상단 부분에 부착될 수 있고, 그에 따라 주변 공기가 용기(252)에 진입하는 것을 방지하는 기밀 밀봉부를 형성할 수 있다. 모터(233)의 출력 샤프트가 모터 장착부(263)의 개구부 및 베어링 샤프트(262)의 중공형 튜브를 통해서 용기(252) 내로 지향될 수 있다. 전술한 내용에 따라, 구동 샤프트(266)의 일 단부는 주변 공기가 용기(52)에 진입하는 것을 추가적으로 방지하도록 동작할 수 있는 (예를 들어, 구동 샤프트 커플러(65)와 같은) 회전 베어링으로 모터(233)의 출력 샤프트에 부착될 수 있고, 구동 샤프트(266)의 타 단부는 블레이드(267)에 부착될 수 있고, 이러한 블레이드 자체는 본원에 설명된 임의의 블레이드(67, 67-1, 67-2, 67-3, 67-4, 67-5, 67-6, 또는 67-7)와 같을 수 있다.
온도 제어 유닛(234)은 생명 지원 시스템(500)의 제어 박스(512)로부터 출력되는 제어 신호로 동작될 수 있는 임의의 유형의 냉각 디바이스를 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 온도 제어 유닛(234)은 솔리드-스테이트 공조 디바이스를 포함할 수 있고, 이러한 솔리드-스테이트 공조 디바이스는 하우징(231)의 벽(251)에 부착된 온도 센서(255)에 반응하여 용기(252)를 냉각시키기 한 팬 및 펠티에 쿨러(Peltier cooler), 인클로저(230)에 부착된 유동 제어 계량기(364), (예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같은) 생명 지원 시스템(500)의 제어 박스(512)로부터의 제어 신호, 및/또는 시스템 제어기(260)로부터의 제어 신호를 이용한다. 온도 제어 유닛(234)의 장착 표면은 인클로저(230)의 하나의 벽(266)에 부착될 수 있고, 온도 제어 유닛(234)의 냉각 부분은, 하우징(31)에 근접하여 배치되도록 하는 인클로저(30)의 개구부를 통해서 연장되는, 펠티에 쿨러 및 팬을 포함할 수 있다. 예로서, 온도 제어 유닛(234)은 Advanced Cooling Technologies가 판매하는 것과 같은 ACT-TEC 열전기 공조기 또는 그 임의의 경쟁 기기를 포함할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 배양 배지 센서(235)는 (예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이) 용기(252) 내의 배양 배지(1)의 체적의 하나 이상의 특성과 연관된 데이터를 생명 지원 시스템(500)에 출력할 수 있다. 배양 배지 센서(235)의 양태는 전술한 배양 배지 센서(35)의 양태와 유사할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 배양 배지 센서(235)는 센서 지지 튜브(261) 내에 장착되어 주변 공기가 용기(252)에 진입하는 것을 방지할 수 있고 센서(235)의 감지 단부(280)를 용기(252) 내에 배치할 수 있다. 전술한 바와 같이, 감지 단부(280)는, 4핀 군사용 아날로그 연결부와 같은 전력/데이터 연결부를 이용하여 배양 배지(1)의 pH 레벨과 연관된 데이터를 출력하도록 동작할 수 있는 pH 센서를 포함할 수 있다.
광원(236)은 (도 15에 도시된 바와 같이) 생명 지원 시스템(500)의 제어 박스(512)로부터 출력되는 제어 신호로 동작될 수 있는 임의의 조명 디바이스를 포함할 수 있다. 광원(236)의 양태는 전술한 광원(36)의 양태와 유사할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광원(236)은 인클로저(230)의 내측부 표면 상에 유사하게 장착될 수 있고, 반투명 인클로저(231)를 향해서 지향되고 생명 지원 시스템(500)과 함께 동작되어, 해조류의 성장에 적합한 청색 색조, 적색 색조, 및 임의의 다른 색조와 같은, 상이한 색조의 광을 하우징(231)을 향해서 지향시킬 수 있는 LED의 상이한 클러스터들 및/또는 스트립들을 포함할 수 있다.
포트(238)는 유출물을 용기(252) 내의 배양 배지(1)의 체적으로부터 제거하고 배양 배지(1)의 부가적인 체적을 용기(252)에 부가하도록 동작할 수 있는 파이핑 및/또는 튜빙을 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(238)의 일 단부는 장착 플레이트(260)를 통해서 용기(252)의 내측부 부분 내로 연장되는 전달 튜브를 포함할 수 있고, 포트(238)의 타 단부는, 제1 분지(branch)가 상청액(supernatant) 배출구(349)와 유체 연통되는 튜브(332)에 부착되고 제2 분지가 배양 배지 공급부(350)와 유체 연통되는 튜브(333)에 부착되는, Y-연결체를 포함할 수 있다. 상청액 배출구(349)는 배양 배지(1)의 체적으로부터 소정 양의 상청액을 수동으로 제거하도록 동작될 수 있는 주사기 포트, 및/또는 생명 지원 시스템(500)에 반응하여 소정 양의 상청액을 제거하도록 동작할 수 있는 펌프를 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 튜브(332)는 상청액이 용기(252) 내로 역으로 유동하는 것을 방지하도록 동작할 수 있는 체크 밸브(336)를 포함할 수 있다.
배양 배지 공급부(350)의 양태는 전술한 배양 배지 공급부(150)의 양태와 유사할 수 있다. 예를 들어, 배양 배지 공급부(350)는 생명 지원 시스템(500)으로부터의 제어 신호에 따라 배양 배지(1)의 부가적인 체적을 부가하도록 동작할 수 있는 펌프 또는 솔레노이드를 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 라인(333)은 오염 물질이 용기(252)에 진입하는 것을 방지하도록 동작할 수 있는 기계적 물 필터와 같은 배지 필터(335), 및/또는 생명 지원 시스템(500)으로부터의 제어 신호로 동작되어 용기(252) 진입 전에 부가되는 배양 배지(1)를 살균할 수 있는 인-라인 UV-C LED 살균기를 포함할 수 있다.
포트(239)는, 배양 배지(1) 위의 헤드 공간을 과다-가압할 수도 있는 과다한 양의 CO2 및/또는 공기와 같은, 배기 가스를 용기(252)로부터 제거하기 위해서 동작할 수 있는 파이핑 및/또는 튜빙을 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 포트(239)의 하단 단부는 헤드 공간 내로 연장될 수 있고, 포트(239)의 상단 단부는 통기 배기부(348)와 유체 연통되는 튜브(331)에 부착될 수 있고, 그에 따라 과다한 양의 CO2 및/또는 공기를 헤드 공간으로부터 제거하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 통기 필터(337)는, 설명된 임의의 동작 방법에 의해서 진공이 내부에 형성되는 경우, 필터링되지 않은 주변 공기가 용기(252)에 진입하는 것을 방지할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 통기 필터(337)가 포트(239)의 상단 단부에 부착되어 주변 공기가 용기(252)에 진입하는 것을 방지할 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 밸브(300)는 용기(252)의 개방 하단부를 밀봉할 수 있고, CO2 및/또는 공기를 용기(252) 내의 배양 배지(1) 내로 확산시킬 수 있고, 배양 배지(1)를 용기(252)로부터 제거할 수 있다. 도 22에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 밸브(300)는 또한 세정 모드로 동작될 수 있고, 이러한 세정 모드는 오염 물질이 용기(252)에 진입하는 것을 방지한다. 적어도 이러한 이유들로, 밸브(300) 또는 포트(38)가 CO2 및/또는 공기를 배양 배지(1) 내로 확산시키기 위해서 효과적으로 사용될 수 있지만, 해조류 바이오 리액터 장치(221)의 밸브(300)는 바이오 리액터 장치(21)의 포트(38) 보다 뛰어난 특정 장점을 가질 수 있다. 도 20, 도 21, 및/또는 도 22에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 밸브(300)는 밸브 본체(301), 테두리 밀봉부(302), 제거 포트(303), 세정 포트(304), 전달 포트(305), 및 제어 휠(control wheel)(306)을 포함할 수 있다.
도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 밸브 본체(301)는, 플랜지(307) 및 배액 챔버(drainage chamber)(308)를 갖춘 상단 부분을 제공하도록 형성된(예를 들어, 금속으로 3D 인쇄되거나 가공된) 대체로 원통형인 강성 구조물을 포함할 수 있다. 플랜지(307)가 테두리 밀봉부(302)로 반투명 인클로저(231)의 플랜지(254)에 부착되어 용기(252)의 개방 하단부 및 배액 챔버(308)를 밀봉할 수 있다. (예를 들어, 테두리 밀봉부(270)와 같은) 테두리 밀봉부(302)는 클램핑 압력을 플랜지(254, 307)에 인가함으로써 누출을 방지하도록 동작할 수 있는 나사산형 작동기(309)를 포함할 수 있다. 제거 포트(303)는 밸브 본체(301)의 제1 채널 내로 나사산 결합될 수 있고, 배액 챔버(308)로 이어지는 제거 포트 채널(310)을 형성하는 내측부 표면을 갖는다. 세정 포트(304)는 밸브 본체(301)의 제2 채널 내로 나사산 결합될 수 있고, 배액 챔버(308)로 이어지는 세정 포트 채널(311)을 형성하는 내측부 표면을 갖는다.
도 21에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전달 포트(305)는 밸브 본체(301)의 제3 채널 내에 활주 가능하게 장착될 수 있고, 배액 챔버(308)로 이어지는 전달 포트 채널(312)을 형성하는 내측부 표면을 갖는다. 전달 포트(305)의 하단 부분 및 전달 포트 채널(312)은 CO2 및/또는 공기를 (예를 들어, 후술되는 CO2 및/또는 공기 공급부(340)로부터) 수용할 수 있고 이를 배액 챔버(308)를 향해서 지향시킬 수 있다. 전달 포트(305)의 상단 부분이 노즐(314)를 포함할 수 있고, 이러한 노즐은 수용된 CO2 및/또는 공기를 배액 챔버(308) 내로 확산시켜 배양 배지(1)를 통해서 위쪽으로 기포로 이동시키도록 동작할 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제어 휠(306)은 밸브 본체(301)에 회전 가능하게 부착될 수 있고, 통과 연장되는 중앙 개구부를 포함할 수 있다. 전달 포트(305)는 밸브 본체(301)의 제3 채널 및 제어 휠(306)의 중앙 개구부를 통해서 이동될 수 있다. 전달 포트(305)는 제어 휠(306)의 대응하는 내측부 나사산과 결합될 수 있는 외측부 나사산을 포함할 수 있고, 그에 따라 제어 휠을 제1 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전시키는 것은 전달 포트(305)를 배액 챔버(308)를 향해서 이동시킬 것이고 휠(306)을 제2 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전시키는 것은 전달 포트(305)를 챔버(308)로부터 멀리 이동시킬 것이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전달 포트(305)는, 포트(305)의 외측부 표면이 포트(303 및 304)의 전방에 배치될 때까지 제어 휠(306)이 제1 방향으로 회전될 때 제거 포트(303) 및 세정 포트(304)를 폐쇄하여, 이들을 챔버(308)로부터 밀봉할 수 있다. 역으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전달 포트(305)는, 포트(305)의 외측부 표면이 포트(303 및 304)로부터 멀리 배치되어 챔버(308)와 유체 통로를 형성할 때까지 제어 휠(306)이 제2 방향으로 회전될 때 제거 포트(303) 및 세정 포트(304)를 개방한다. 노즐(314)이 전달 포트(305)의 상단 표면 상에 위치되기 때문에, 노즐(314)의 유동은 포트(303 및 304)의 개방 및/또는 폐쇄에 의해서 영향을 받지 않을 것이다.
CO2 및/또는 공기 공급부(340)는 생명 지원 시스템(500)의 제어 박스(512)로부터 출력되는 제어 신호로 동작될 수 있는 전기기계적 디바이스를 포함할 수 있다. 이제, 4개의 독립적으로 동작될 수 있는 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)를 포함하는 것으로 도 14의 예에 대해서 도시된, 해조류 시스템(210)의 해조류 바이오 리액터(220)과 함께 사용하도록 최적화된 전기기계적 디바이스의 구성을 참조하여 설명하여 CO2 및/또는 공기 공급부(340)의 예시적인 양태를 설명한다. 설명된 양태는 규모 조정이 가능하고(scalable), 이는 일부 양태가 해조류 시스템(211, 212, 213, 및 기타) 내의 대응하는 해조류 바이오 리액터와 함께 사용되도록 반복될 수 있다는 것을 의미한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, CO2 및/또는 공기 공급부(340)는 튜브(361), 유입구 필터(362), 어댑터(363), 유동 제어 계량기(364), 공기 펌프(365), 유동 스로틀(367), CO2 솔레노이드 뱅크(368), CO2 분할기(369), 및 CO2 탱크(370)를 포함할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 튜브(361)는 전달 포트(305)로부터 Y-연결체를 향해서 연장될 수 있고, 이러한 Y-연결체는 공기 펌프(365)를 향해서 이어지는 제1 분지 및 CO2 탱크(370)를 향해서 이어지는 제2 분지를 갖는다. 유입구 필터(362), 어댑터(363), 및 유동 제어 계량기(364)의 각각은 Y-연결체 이전의 위치에서 튜브(361)와 인-라인으로 위치될 수 있다. 유입구 필터(362)는 CO2 및/또는 공기가 전달 포트(305)에 진입하여 배양 배지(1) 내로 확산되기 전에 그로부터 오염 물질을 제거할 수 있다. 어댑터(363)는 인클로저(30)의 개구부를 통해서 연장될 수 있고 그에 부착될 수 있으며, 그에 따라 튜브(361)가 주변 공기의 유입 없이 인클로저(30) 내로 통과할 수 있게 한다. 유동 제어 계량기(364)는 인클로저(30)의 내측부 표면에 부착될 수 있고, 튜브(361)를 통해서 용기(35)를 향해 생명 지원 시스템(500)으로 유동하는 CO2 및/또는 공기의 체적 유량과 연관된 데이터를 출력하도록 동작될 수 있다.
공기 펌프(365)는 생명 지원 시스템(500)의 제어 박스(512)로부터 출력되는 제어 신호로 동작될 수 있는 하나 이상의 전기 공기 펌프를 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 공기 펌프(365)는, 해조류 바이오 리액터(220)의 해조류 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)에 대한 개별적인 출력부를 포함하는, 제어 신호 및 분배 패널에 반응하여 동작할 수 있는 복수의 공기 펌프를 포함할 수 있다. Y-연결체 이후의 튜브(361)의 제1 분지는, 제어 신호에 의해서 활성화되지 않을 때 CO2가 공기 펌프(365)로부터 외부로 누출되는 것을 방지하도록 동작할 수 있는 체크 밸브를 포함할 수 있다. Y-연결체 이후의 튜브(361)의 제2 분지는 유동 스로틀(367), CO2 솔레노이드 뱅크(368), CO2 분할기(369), 및 CO2 탱크(370)를 포함할 수 있다. CO2 분할기(369)는 해조류 바이오 리액터 장치(221, 222, 223, 및 224)를 위한 개별적인 출력부를 포함할 수 있다. CO2 솔레노이드 뱅크(368)는 생명 지원 시스템(500)으로부터의 제어 신호로 동작되어 CO2 탱크(370)로부터의 CO2의 하나 이상의 유동을 개별적인 출력부 내로 지향시킬 수 있다. 유동 스로틀(367)은 하나 이상의 출력부로부터 유동하는 공기에 대한 CO2 의 비율에 영향을 미칠 수 있다.
전술한 바와 같이, 해조류 바이오 리액터 시스템(210)은, 예를 들어 상청액 및/또는 유출물을 주사기로 수동으로 또는 펌프로 자동으로 제거함으로써, 음압을 이용하여 상청액 및/또는 유출물을 배양 배지(1)의 체적으로부터 제거할 수 있다. 대안적인 해조류 바이오 리액터 시스템(210*)이 도 19에서, 예를 들어, 상청액 및/또는 유출물을 용기(252)로부터 보다 더 생물학적으로 안전한 방식으로 제거하도록 동작할 수 있는 대안적인 튜빙 구성을 갖는 시스템(210)의 수정 실시형태로서 도시되어 있다. 예를 들어, 시스템(210)과 대조적으로, 해조류 바이오 리액터 시스템(210*)은 상청액 및/또는 유출물을 제거하기 위해서, 주사기를 이용할 때 발생될 수 있는 것과 같이 용기(252)를 개방하고/하거나 달리 배양 배지(1)를 주변 공기 또는 다른 오염 물질에 노출시키지 않으면서, 양압을 이용할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(239)는 Y-연결체를 포함하는 튜브(631)에 부착될 수 있고, Y-연결체는 통기 배기부(348)로 이어지는 제1 분지(633) 및 (예를 들어, 좌측으로 대면되는) 3-방향 밸브(699)의 제1 포트로 이어지는 제2 분지(634)를 갖는다. 튜브(631)는 통기부 및 블랭킷 공기 필터와 같은 인-라인 필터(637)를 포함할 수 있다. 제1 분지(633)는 통기 배기부(348)로의 그리고 그로부터의 유동을 중단시키도록 동작할 수 있는 밸브(638)를 포함할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(238)는 Y-연결체를 포함하는 튜브(632)에 부착될 수 있고, Y-연결체는 배양 배지 공급부(350)로 이어지는 제1 분지(635) 및 상청액 배출구(349)로 이어지는 제2 분지(636)를 갖는다. 제1 분지(635)는 배양 배지 공급부(350)로의 그리고 그로부터의 유동을 중단시키도록 동작할 수 있는 밸브(639)를 포함할 수 있다. 제2 분지(636)는 상청액 및/또는 유출물이 상청액 매출구(349)로부터 용기(252) 내로 역으로 유동하는 것(지원되는 경우)을 방지하도록 동작할 수 있는 체크 밸브(640)를 포함할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 상청액 배출구(349)는, 배양 배지(1)로부터 제거된 소정 양의 상청액 및/또는 유출물을 수용하는 분지(basin) 또는 드레인(drain)을 포함할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, CO2 및/또는 공기 공급부(340), 튜브(361), 유입구 필터(362), 어댑터(363), 유동 제어 계량기(364), 공기 펌프(365), 유동 스로틀(367), CO2 솔레노이드 뱅크(368), CO2 분할기(369), 및 CO2 탱크(370)의 각각은 도 24를 참조하여 전술한 것과 유사할 수 있다. 그러나, 해조류 시스템(200*)에서, 튜브(361)는 (예를 들어, 아래쪽으로 대면되는) 3-방향 밸브(699)의 제2 포트로 이어질 수 있고, 공급부(340)로부터의 CO2 및/또는 공기 출력은 (예를 들어, 우측으로 대면되는) 3-방향 밸브(699)의 제3 포트로 출력될 수 있다.
그 튜빙 구성으로 인해서, 해조류 바이오 리액터 시스템(210*)은 그에 따라, CO2 및/또는 공기의 유동이 용기(252)의 헤드 공간에 진입하여 양압을 생성하도록, 공급부(340)가 CO2 및/또는 공기의 유동을 출력하게 하고, 3-방향 밸브(699)의 제1 포트를 개방하고, 핀치 밸브(638)를 폐쇄함으로써, 공급부(340)로부터 출력된 CO2 및/또는 공기를 배양 배지(1) 위의 헤드 공간 내로 전환시키도록 동작할 수 있다. 더 큰 및/또는 더 빠른 가압이 필요한 경우, 3-방향 밸브(699)의 제2 포트가 또한 폐쇄되어, 공급부(340)로부터 출력된 모든 CO2 및/또는 공기가 이용될 수 있도록 보장할 수 있다.
양압이 획득되면, 해조류 바이오 리액터 시스템(210*)이 이어서 동작되어, 용기(252)를 개방하고/하거나 달리 배양 배지(1)를 주변 공기에 노출시키지 않고, 상청액 및/또는 유출물을 배양 배지(1)로부터 제거할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 헤드 공간을 양압으로 가압한 후에 밸브(639)를 폐쇄하고 밸브(641)를 개방하는 것은 상청액 및/또는 유출물의 유동이 포트(238)의 외부로, 튜브(632)의 제2 분지(363)를 통해서, 그리고 폐기를 위한 상청액 배출구(649) 내로 유동하게 할 것이다. 포트(238)는, 상청액 및/또는 유출물의 대부분이 발견될 수 있는 곳인, 하우징(231)의 상부 부분 또는 중간 부분을 향해서만 연장될 수 있고, 이는 그 제거에 필요한 양압의 양을 감소시킬 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 라인(632)의 Y-연결체는, 시스템(210*)이 상청액 및/또는 유출물을 용기(252)로부터 제거하지 않을 때 배양 배지(1)의 부가적인 체적이 공급원(150)으로부터 배출구(649) 내로 유동하는 것을 방지하기 위해서, 각도를 가질 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 시스템(210*) 내의 각각의 밸브는 생명 지원 시스템(500)으로부터의 제어 신호로 전자적으로 작동될 수 있고, 그에 따라 시스템(210*)은 미리 결정된 스케줄을 기초로 및/또는 배양 배지(1)와 연관된 데이터, 예를 들어 배양 배지 센서(235) 또는 다른 센서에 의해서 출력된 데이터(예를 들어, pH 레벨)에 따라 상청액 및/또는 유출물 제거 모드로 전환될 수 있다. 물론, 해조류 바이오 리액터 시스템(210*) 내의 임의의 밸브가 또한 수동으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 밸브(638, 639, 및 641)의 각각이 핀치 밸브를 포함할 수 있다.
포자체를 위한 해조류 바이오 리액터 장치의 예
이제, 배양 배지(1)의 체적 내에서 포자체를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지하도록 동작될 수 있는 예시적인 해조류 바이오 리액터 장치를 참조하여, 본 개시 내용의 양태를 설명한다. 일부 양태가, 예를 들어, 도 14에 도시된 해조류 시스템(212)의 해조류 바이오 리액터 장치(421)를 참조하여 설명되지만, 대안적으로 시스템(212)의 임의의 바이오 리액터 장치(422, 423, 또는 424) 및/또는 해조류 시스템(210, 211, 또는 213)의 임의의 대응 바이오 리액터 장치를 참조하여 설명될 수 있다. 해조류 바이오 리액터 장치(421)의 여러 가지 잠재적인 구성이 본원에 설명되고, 그 각각은, 본원에 설명된 다른 해조류 바이오 리액터 장치의 양태와 유사할 수 있는 양태를 가지나, 이하에서 설명되는 바와 같은 차이를 갖는다.
해조류 바이오 리액터 장치(421)는 생명 지원 시스템(502) 및 시스템 제어기(260)로 동작되어 배양 배지(1)의 체적 내에서 해조류 세포의 배양물을 수용하여 성장시킬 수 있다. 바이오 리액터 장치(421)의 양태를 최적화하여, 배양 배지(1) 내에서 포자체를 성장시키기 위한 최적의 조건을 유지할 수 있다. 도 23, 도 24, 및/또는 도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 장치(421)는 인클로저(430), 하우징(431), 장착 조립체(432), 온도 제어 유닛(434), 배양 배지 센서(435), 광원(436), 포트(438), 포트(439), 및 스트로(straw)(490)를 포함할 수 있다.
인클로저(430)의 양태는 전술한 인클로저(230)의 대응 양태와 유사할 수 있으나, 이는, 외측부 벽(444), 접근 도어(445), 광-필터링 윈도우(446), 및 주변 온도 센서(447)과 같이, 400 계열의 숫자를 갖는다. 이러한 예에서, 광-필터링 윈도우(446)는 청색 광을 인클로저(30) 내로 도입함으로써 해조류 배양물을 "유성적"으로 변경하도록 동작될 수 있는 광 필터링 요소를 포함할 수 있다. 전술한 내용에 따라, 인클로저(430)는 본원에서 제공된 예에 따라 광-밀봉부 또는 광 제어부로서 또한 설명될 수 있다.
오염을 방지하기 위해서, 해조류 바이오 리액터 장치(421)는, 장치(221)와 유사하게, 접근 도어(445)를 개방하지 않고도 긴 기간(예를 들어, 수 주 또는 수 개월) 동안 또한 동작될 수 있다. 광-필터링 윈도우(446)는 인클로저(430)의 내부를 볼 수 있게 하고 해당 시간 중에 해조류 배양물에 선택적으로 영향을 미칠 수 있게 한다. 주변 온도 센서(447)는 해당 시간 중에 규칙적인 간격으로 인클로저(430) 외부의 온도와 연관된 온도 데이터를 생명 지원 시스템(502)에 출력할 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하우징(431)은, 배양 배지(1)의 체적을 수용하기 위한 크기의 용기(452)를 형성하는 벽(451)을 포함할 수 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 용기(452)는 플랜지(453)를 갖는 개방 상단부 및 폐쇄 하단부(454)를 갖는 원통형 형상을 포함할 수 있다. 전술한 하우징(31)과 대조적으로, 하우징(431)은, 하우징(231)와 마찬가지로, 열 자켓을 또한 포함하지 않을 수 있고, 그 대신 온도 제어 유닛(435)에 의존할 수 있다. 하우징(431)은 플랜지(453)의 하부 표면으로 인클로저(430)의 내측부 표면으로부터 매달릴 수 있다. 전술한 내용에 따라, 용기(452)는 또한 광-투과 용기로서 설명될 수 있다.
모터(233), 블레이드(267), 및 연관된 요소를 생략함으로써, 장착 조립체(432)는 장착 조립체(232)보다 비교적 더 단순할 수 있다. 도 24에서 우측에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 조립체(432)는 장착 플레이트(460), 센서 지지 튜브(461), 및 지지 랙(462)을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 다른 장착 조립체와 유사하게, 장착 조립체(232)는 또한 오토클레이브로 처리할 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 플레이트(460)는, 용기(252)를 밀봉하고 주변 공기가 용기(452)에 진입하는 것을 방지하도록 동작할 수 있는 나사산형 연결부로 플랜지(453)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 센서 지지 튜브(461)는, 장착 플레이트(460)에 부착되고 장착 플레이트(460)를 통해서 용기(452)의 폐쇄된 하단부를 향해서 연장되는 중공형 튜브를 포함할 수 있다. 지지 구조물(262)은, 장착 플레이트(260)에 부착되고 그로부터 위쪽으로 연장되어 포트(438), 포트(439), 및 스트로(490)를 위한 수직 지지부를 제공하는, 강성 튜브 및 플레이트를 포함할 수 있다.
예를 들어 도 24에 도시된 온도 제어 유닛(434), 온도 센서(435), 배양 배지 센서(435), 광원(436), 포트(438), 및 포트(439)의 양태는, 시스템(412)의 요소가 시스템(410)의 생명 지원 시스템(500)이 아닌 생명 유지 시스템(502)으로부터의 제어 신호에 데이터를 출력하거나 이에 반응할 수 있다는 것을 제외하고, 예를 들어 앞서 설명되고 도 18에 도시된 온도 제어 유닛(234), 온도 센서(235), 배양 배지 센서(235), 광원(236), 포트(238), 및 포트(239)의 양태와 동일할 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(438)의 일 단부는 장착 플레이트(460)를 통해서 용기(452)의 내측부 부분 내로 연장되는 전달 튜브를 포함할 수 있고, 포트(438)의 타 단부는, 제1 분지가 유출물 회수부(349)와 유체 연통되는 튜브(432)에 부착되고 제2 분지가 배양 배지 공급부(450)와 유체 연통되는 튜브(433)에 부착되는, Y-연결체를 포함할 수 있다. 유출물 회수부(449)는 드레인 또는 다른 형태의 폐기물 폐기부로 이어질 수 있다. 상청액 배출구(349)와 마찬가지로, 유출물 회수부(449)는 배양 배지(1)의 체적으로부터 소정 양의 유출물을 수동으로 제거하도록 동작될 수 있는 주사기 포트, 및/또는 생명 지원 시스템(502)에 반응하여 소정 양의 유출물을 제거하도록 동작할 수 있는 펌프를 포함할 수 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 튜브(432)는 또한 상청액이 용기(452) 내로 역으로 유동하는 것을 방지하도록 동작할 수 있는 체크 밸브(436)를 포함할 수 있다.
배양 배지 공급부(450)의 양태는, 라인(433) 및 배지 필터(435)를 포함하는, 전술한 배양 배지 공급부(350)의 대응 양태와 동일할 수 있다. 통기 배기부(448)와 같은 포트(439) 및 통기 필터(437)의 양태는 또한 전술한 포트(439)의 대응 양태와 동일할 수 있다. 확산 밸브(300)가 해조류 바이오 리액터 장치(421)(예를 들어, 도 24)로부터 생략되기 때문에, 스트로(490)를 이용하여 CO2 및/또는 공기를 해조류 바이오 리액터 장치(21)(예를 들어, 도 4)의 포트(38)와 유사한 방식으로 용기(452)의 하단 부분으로 전달할 수 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 스트로(490)의 하단 단부가 용기(452)의 하단 부분 내로 연장될 수 있고, 스트로(490)의 상단 단부가 CO2 및/또는 공기 공급부(440)와 유체 연통되는 튜브(491)에 부착될 수 있다. 유입구 필터(492) 및 유동 제어 계량기(493)가 CO2 및/또는 공기 공급부(440) 이전의 위치에서 튜브(491)와 인-라인으로 위치될 수 있다. 유입구 필터(392)는, 스트로(490)에 진입하기 전에, 오염 물질을 CO2 및/또는 공기로부터 제거할 수 있다. 유동 제어 계량기(492)는 인클로저(430)에 부착될 수 있고, 튜브(491)를 통해서 생명 지원 시스템(502)으로 유동하는 CO2 및/또는 공기의 체적 유량과 연관된 데이터를 출력하도록 동작될 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 시스템(212)의 CO2 및/또는 공기 공급부(440)의 양태는 해조류 바람직하게 시스템(210)의 CO2 및/또는 공기 공급부(240)의 대응 양태와 동일할 수 있으나, 전기기계적 디바이스가 생명 지원 시스템(502)의 (예를 들어, 제어 박스(512)와 같은) 대응 제어 박스로부터 출력된 제어 신호로 동작될 수 있다. 이러한 양태의 규모 조정이 가능하기 때문에, CO2 및/또는 공기 공급부(240, 440)는 동일한 CO2 및/또는 공기 공급 시스템의 일부일 수 있고, 그에 따라 CO2 및/또는 공기 공급을 해조류 시스템(210, 211, 212, 및 213)의 임의의 해조류 바이오 리액터 장치에 전달하도록 최적화될 수 있다.
전술한 바와 같이, 해조류 바이오 리액터 시스템(212)은, 예를 들어 포자체를 주사기로 수동으로 또는 펌프로 자동으로 제거함으로써, 음압을 이용하여 배양 배지(1)의 체적에서 성장되는 포자체를 샘플링 또는 수확할 수 있다. 대안적인 해조류 바이오 리액터 시스템(212*)이 도 25에서, 예를 들어, 포자체를 용기(452)로부터 보다 더 생물학적으로 안전한 방식으로 샘플링 또는 수확하도록 동작할 수 있는 대안적인 튜빙 구성을 갖는 시스템(212)의 수정 실시형태로서 도시되어 있다. 예를 들어, 시스템(212)과 대조적으로, 해조류 바이오 리액터 시스템(212*)은 포자체를 샘플링 또는 수확하기 위해서, 주사기를 이용할 때 발생될 수 있는 것과 같이 용기(452)를 개방하고/하거나 달리 배양 배지(1)를 주변 공기 또는 다른 오염 물질에 노출시키지 않으면서, 양압을 이용할 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(439)는 Y-연결체를 포함하는 튜브(731)에 부착될 수 있고, Y-연결체는 통기 배기부(448)로 이어지는 제1 분지(734) 및 (예를 들어, 좌측으로 대면되는) 3-방향 밸브(799)의 제1 포트로 이어지는 제2 분지(732)를 갖는다. 튜브(731)는 통기부 및 블랭킷 공기 필터와 같은 인-라인 필터(737)를 포함할 수 있다. 제1 분지(734)는 통기 배기부(448)로의 그리고 그로부터의 유동을 중단시키도록 동작할 수 있는 밸브(738)를 포함할 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 포트(438)는, 배양 배지 공급부(450)로 이어지고 공급부(450)로의 그리고 그로부터의 유동을 중단시키도록 동작할 수 있는 밸브(639)를 포함하는, 튜브(733)에 부착될 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, CO2 및/또는 공기 공급부(440), 통기 배기부(448), 배양 배지 공급부(450), 유입구 필터(492), 및 유동 제어 계량기(493)의 각각은 도 24를 참조하여 전술한 것과 마찬가지 일 수 있다. 그러나, 해조류 바이오 리액터 시스템(210*)에서, 스트로(490)는 (예를 들어, 아래쪽으로 대면되는) 3-방향 밸브(799)의 제2 포트로 이어지는 제1 분지(793) 및 회수 배출구(749)로 이어지는 제2 분지(794)를 갖는 Y-연결체를 포함하는 튜브(791)에 부착될 수 있다. 제1 분지(793)는 유입구 필터(492) 및 유동 제어 계량기(493)와 인-라인으로 위치될 수 있다. 제2 분지(795)는 회수 배출구(749)로의 그리고 그로부터의 유동을 중단시키도록 동작할 수 있는 밸브(795)를 포함할 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 회수 배출구(449)는, 배양 배지(1)로부터 샘플링 또는 수확된 소정 양의 포자체를 수집하는 튜브 또는 컨테이너를 포함할 수 있고; 공급부(440)로부터 출력되는 공기는 (예를 들어, 우측으로 대면되는) 3-방향 밸브(699)의 제3 포트로 출력될 수 있다.
그 튜빙 구성으로 인해서, 해조류 바이오 리액터 시스템(410*)은 그에 따라, CO2 및/또는 공기의 유동이 용기(452)의 헤드 공간에 진입하여 양압을 생성하도록, 공급부(440)가 CO2 및/또는 공기의 유동을 출력하게 하고, 3-방향 밸브(799)의 제1 포트를 개방하고, 밸브(738)를 폐쇄함으로써, 공급부(440)로부터 출력된 CO2 및/또는 공기를 배양 배지(1) 위의 헤드 공간 내로 전환시키도록 동작할 수 있다.
양압이 획득되면, 해조류 바이오 리액터 시스템(410*)이 이어서 동작되어, 용기(452)를 개방하고/하거나 달리 배양 배지(1)를 주변 공기에 노출시키지 않고, 배양 배지(1) 내의 포자체를 샘플링 또는 수확할 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 헤드 공간을 양압으로 가압한 후에 밸브(739)를 폐쇄하고 밸브(795)를 개방하는 것은 포자체를 포함하는 배양 배지(1)의 유동이 스트로(490)의 외부로, 튜브(791)의 제2 분지(794)를 통해서, 그리고 수집을 위해서 회수 배출구(449) 내로 유동하게 할 것이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 스트로(490)는 하우징(431)의 폐쇄된 하단부(454)를 향해서 연장될 수 있는 반면; 해조류 바이오 리액터 시스템의 포트(238)는, 상청액 및/또는 유출물의 대부분이 있을 수 있는, 하우징(431)의 상부 부분 또는 중간 부분을 향해서만 연장될 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 시스템(212*) 내의 각각의 밸브는 생명 지원 시스템(500)으로부터의 제어 신호로 전자적으로 작동될 수 있고, 그에 따라 시스템(212*)은 미리 결정된 스케줄을 기초로 및/또는 배양 배지(1)와 연관된 데이터, 예를 들어 배양 배지 센서(435) 또는 다른 센서에 의해서 출력된 데이터(예를 들어, pH 레벨)에 따라 샘플링 또는 수확 모드로 전환될 수 있다. 물론, 해조류 바이오 리액터 시스템(212*) 내의 임의의 밸브가 또한 수동으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 밸브(738, 739, 및 795)의 각각이 핀치 밸브를 포함할 수 있다.
해조류 바이오 리액터 장치 및 시스템의 예시적인 조립 방법
전술한 내용을 계속 참조하여, 해조류 바이오 리액터 장치(21)를 조립하는 방법을 이제 설명한다. 광-밀봉 인클로저(30)의 바닥 플레이트(41), 후방 벽(42), 및 후방 상단 플레이트(43)이 서로 부착되어, 도 7에 도시된 예와 같은 개방형 강성 구조물을 형성할 수 있다. 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광원(36)의 요소가 후방 벽(42)에 부착될 수 있고 그에 열적으로 커플링될 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하우징(86)이 후방 벽(42) 및 그 내부에 위치된 마이크로제어기(40)의 요소에 장착될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 펌프(34)의 펌프 박스(77)가 펌프 장착부(76)로 후방 상단 플레이트(43)에 부착될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 플레이트(60), 센서 지지 튜브(61), 베어링 샤프트(62), 모터 장착부(63), 필터 장착부(64), 구동샤프트 커플러(65), 구동 샤프트(66), 및 블레이드(67)가 서로 부착되어 도 5에 도시된 것과 같은 오토클레이브 처리 가능 구조물을 형성할 수 있고, 이러한 구조물은 이어서 오토클레이브 내에 배치되어 살균 처리될 수 있다. 모터(33)는 오토클레이브 구조물이 살균된 후에 모터 장착부(63)에 부착될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 장착 플레이트(60)는 이어서 테두리 밀봉부(70)와 같은 밀봉 요소를 이용하여 반투명 용기(31)에 부착되어 밀봉될 수 있다.
도 3, 도 4, 도 5, 및/또는 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 반투명 용기(31)가 도 7에 도시된 개방형 강성 구조물 내로 활주될 수 있고, 센서 지지 튜브(61), 베어링 샤프트(62), 필터 장착부(63), 및 홀(68, 69)(예를 들어, 도 2 및 도 3)을 위한 개구부가 수용 개구부(46)의 내측에 위치되도록, 전방 상단 플레이트(45)는 후방 벽(42)에 부착될 수 있고 후방 상단 플레이트(43)와 상호 연결될 수 있다. 이제, 장착 플레이트(60)의 상단 표면이 플레이트(43, 45)의 하단 표면에 대해서 유지될 것이고, 그에 따라 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 상단부를 통해서 주변 광이 하우징(31)에 도달하는 것을 방지할 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 유입구 튜브(90)는 후방 벽(42)을 통해서 연장되는 유입구(55) 및 불투명 밸브 조립체(94)에 연결될 수 있고; 튜브(93)는 후방 벽(42)을 통해서 연장되는 배출구(56) 및 불투명 밸브 조립체(94)에 연결될 수 있다.
도 3 및/또는 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 배양 배지 센서(35)는 센서 지지 샤프트(61) 내로 활주될 수 있고 장착 플레이트(60)에 제거 가능하게 부착될 수 있으며, 그에 따라 감지 단부(80)의 위치를 용기(52) 내에서 유지할 수 있다. 다양한 전기/데이터 연결을 이용하여, 배양 배지 센서(35)로부터의 감지 데이터의 출력 그리고 그러한 데이터 및/또는 다른 데이터를 이용한 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 제어를 촉진할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전력/데이터 케이블(95)은 모터(33)가 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)와 전기/데이터 통신하게 할 수 있고; 전력/데이터 케이블(96)은 펌프(34)가 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)와 전기/데이터 통신하게 할 수 있고; 그리고 전력/데이터 케이블(97)은 광원(36)이 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)와 전기/데이터 통신하게 할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전력/데이터 케이블(95)은 유사하게 배양 배지 센서(35)의 통신 단부(81)가 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160)와 전기/데이터 통신하게 할 수 있다. 임의의 유선 및/또는 무선 연결이 이용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 통기 필터(37)가 밸브(71)로 필터 장착부(64)에 부착될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 3-방향 밸브(99)가 펌프 박스(77)의 측면에 부착될 수 있다. CO2 및/또는 공기의 부가, 배양 배지(1) 및 내부에 포함된 바이오매스의 샘플링, 그리고 바이오매스의 수확을 가능하게 하기 위한 다양한 유체 연결이 이루어질 수 있다. 이러한 연결의 하나의 예가 도 11에 도시되어 있고 시스템(10)을 참조하여 설명되어 있으며, 이러한 연결의 다른 예가 도 12에 도시되어 있고, 이하의 수정을 제외하고, 시스템(10)과 유사한 시스템(10A)을 참조하여 설명된다.
시스템(10)은 배양 배지(1) 및 용기(52) 모두를 위해서 가스를 배양 배지(1) 및 펌프(34)에 부가하고 용기(52) 내에 수용된 바이오매스를 샘플링 또는 수확하기 위해서 CO2 및/또는 공기 공급부(140)를 이용할 수 있다. 도 7, 도 8, 도 10, 및 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 인-라인 필터(101)를 포함하는 라인(100)이 3-방향 밸브(99)의 제1 포트와 CO2 및/또는 공기 공급부(140) 사이에서 제1 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(102)이 3-방향 밸브(99)의 제2 포트와 포트(39) 사이에서 제2 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(103)이 3-방향 밸브(99)의 제3 포트와 포트(38)로 이어지는 Y-연결체(104)의 제1 포트 사이에서 제3 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(105)이 포트(38)로 이어지는 Y-연결체(104)의 제2 포트와 펌프(34)의 제1 포트 사이에서 제4 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(106)이 펌프(34)의 제2 포트와, 배양 배지(1)의 출력 유동을 배출구 또는 저장 용기(109)를 향해서 지향시키는 라인(108)으로 이어지는 Y-연결체(104)의 제1 포트 사이에서 제5 유체 연통을 형성할 수 있고; 그리고 인-라인 필터(111)를 갖는 라인(110)이 Y-연결체(104)의 제2 포트와 배양 배지 공급부(150) 사이에서 제6 유체 연통을 형성할 수 있다.
연결을 위한 도 11의 양태가 생물학적으로 안전한 방식으로 배양 배지(1)를 수확, 샘플링, 및 부가하도록 최적화될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 라인(108)은 1-방향 체크 밸브(112)를 포함할 수 있고, 라인(110)은 1-방향 체크 밸브(113)를 포함할 수 있으며, 그에 따라 시스템(10)을: 3-방향 밸브(99)의 제2 포트가 폐쇄되고 CO2 및/또는 공기 공급부(140)가 동작되어 (예를 들어, 필터(101)로 인해서) 오염 물질을 도입하지 않으면서 CO2 및/또는 공기를 포트(38)를 통해서 용기(52)에 부가할 수 있는 가스 부가 모드; 펌프(34)가 폐쇄된 체크 밸브(112) 및 개방된 체크 밸브(113)와 함께 동작되어 (예를 들어, 필터(111)로 인해서) 오염 물질을 도입하지 않으면서 배양 배지(1)의 체적을 포트(38)를 통해 용기(52)에 부가할 수 있는 배지 부가 모드; 및 펌프(34)가 개방된 체크 밸브(112) 및 폐쇄된 체크 밸브(113)와 함께 동작되어 오염 물질을 도입하지 않으면서(예를 들어, 용기(52)를 개방하지 않으면서) 배양 배지(1)를 용기(52)의 외부로, 포트(38), Y-연결체(107), 및 라인(108)을 통해서, 저장 용기(109)를 향해 펌핑함으로써 배양 배지(1)를 수확 또는 샘플링할 수 있는 배지 제거 모드 사이에서 전환할 수 있게 한다.
시스템(10A)은 배양 배지(1)를 용기(52)에 부가하기 위해서 펌프(34)를, 그리고 가스를 용기(52) 내의 배양 배지(1)에 부가하고 용기(52) 내에 포함된 바이오매스를 샘플링 또는 수확하기 위해서 공기 공급부(140)를 이용할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 인-라인 필터(101)를 포함하는 라인(100)이 3-방향 밸브(99)의 제1 포트와 CO2 및/또는 공기 공급부(140) 사이에서 제1 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(102A)이 3-방향 밸브(99)의 제2 포트와 포트(39)로 이어지는 Y-연결체(104A)의 제1 포트 사이에서 제2 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(103A)이 3-방향 밸브(99)의 제3 포트와 포트(38)로 이어지는 Y-연결체(107A)의 제1 포트 사이에서 제3 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(105A)이 포트(39)로 이어지는 Y-연결체(104A)의 제2 포트와 펌프(34)의 제1 포트 사이에서 제4 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(106A)이 배양 배지(1)의 출력 유동을 배양 배지 저장 용기(109) 내로 지향시키는 Y-연결체(107A)의 제1 포트와 제5 유체 연통을 형성할 수 있고; 라인(110A)이 펌프(34)의 제2 포트와 배양 배지 공급부(150) 사이에서 제6 유체 연통을 형성한다.
연결을 위한 도 12의 양태가 또한 생물학적으로 안전한 방식으로 배양 배지(1)를 수확, 샘플링, 및 부가하도록 최적화될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 시스템(10A)은: 3-방향 밸브(99)의 제2 포트가 폐쇄되고 CO2 및/또는 공기 공급부(140)는 (예를 들어, 필터(101)로 인해서) 오염 물질을 도입하지 않으면서 CO2 및/또는 공기를 포트(38)를 통해서 용기(52)의 하단부에 부가하도록 동작될 수 있는 가스 부가 모드; 3-방향 밸브(99)의 제2 포트가 폐쇄되고 펌프(34)는 (예를 들어, 필터(111)로 인해서) 오염 물질을 도입하지 않으면서 배양 배지(1)를 라인(110), 라인(105A), 및 Y-연결체(107A)의 제2 포트를 통해서 용기(52)에 부가하도록 동작될 수 있는 배지 부가 모드; 및 3-방향 밸브(99)의 제3 포트가 폐쇄되고, 체크 밸브(112)가 개방되고, CO2 및/또는 공기 공급부(140)가 동작되어 배양 배지(1) 위의 용기(52)의 헤드 공간을 가압할 수 있고, 그에 따라 오염 물질을 도입하지 않으면서(예를 들어, 용기(52)를 개방하지 않으면서) 배지(1)의 유동 및 그에 포함된 파쇄된 바이오매스가 용기(52)로부터 포트(38), Y-연결체(107A), 및 라인(106A)을 통해서 배양 배지 저장 용기(109)를 향해서 배출될 수 있게 하는 배지 제거 모드 사이에서 유사하게 전환될 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 필터(101) 및/또는 필터(111)는, 시스템(10) 내로 유동하는 공기, CO2, 및/또는 새로운 배양 배지(1)(예를 들어, 물)의 유동을 살균하도록 동작할 수 있는 인-라인 UV-C LED 살균기를 포함할 수 있다. 인-라인 살균기는 호스 미늘(hose barb) 및/또는 3중-클램프 단부를 이용하여 설치될 수 있고, 본원에 설명된 다른 라인과 함께 오토클레이브 처리 가능할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전술한 연결이 이루어진 후에, 전방 벽(44)이 바닥 플레이트(41) 및 전방 상단 플레이트(45)에 부착되어 주변 광이 용기(52)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광-밀봉 인클로저(30)의 양태는 배우체의 효율적인 생산에 있어서 중요할 수 있다. 예를 들어, 대안적인 접근 방식은 하우징(31)을 실내에 위치시키고, 예를 들어 전체 실내를 적색 광이 되게 하여 하우징(31) 내의 배양 배지(1)를 적색 광에 노출시킴으로써, 전체 실내에 걸친 광 스펙트럼 제어를 획득하는 것일 수 있다. 이러한 대안적인 접근 방식은, 청색 광에 노출시킴으로써, 배양 배지(1)를 "pH 레벨"로 변경하는 것이 필요할 때까지 양호하게 작용하며, 이렇게 청색 광에 노출시키지 않는 경우, 하우징(31)을 분리하고 다른 실내로 이동시키는 것 및/또는 용기(52)를 배액하고 배양 배지(1)를 다른 실 내의 다른 용기(52)로 이동시키는 것이 요구될 수 있고, 이들 모두는 성장 속도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
이러한 예시적인 조립 방법의 양태는 해조류 바이오 리액터 장치(221), 해조류 바이오 리액터 장치(421), 및 전술한 구조적 차이를 위해서 적절히 수정된 그 임의의 변경예에 적용될 수 있다. 해조류 바이오 리액터 장치(221, 421)의 일부 양태가 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 대응 요소보다 더 단순하기 때문에, 예를 들어, 전술한 방법의 일부가 또한 그에 따라 단순화될 수 있다.
해조류 바이오 리액터 장치 및 시스템의 예시적인 동작 방법
해조류 시스템(예를 들어, 시스템(10, 200)), 해조류 바이오 리액터 시스템(예를 들어, 시스템(210, 210*, 212, 212*, 213, 214)), 해조류 바이오 리액터(예를 들어, 바이오 리액터20, 220, 420)), 및 해조류 바이오 리액터 장치(예를 들어, 바이오 리액터 장치(21, 22, 23, 24, 221, 222, 223, 224, 421, 422, 423, 444))의 동작을 이제, 해조류 방법(1000), 해조류 방법(1100), 해조류 방법(1200), 및 해조류 방법(1300)을 포함하는, 상이한 해조류 방법을 참조하여 설명하며, 이러한 각각의 방법은 마이크로제어기(40) 및/또는 시스템 제어기(160) 또는 생명 지원 시스템(500, 501, 502, 503) 및/또는 시스템 제어기(260)로 수행될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 방법(1000)은, 공기 및/또는 CO2의 혼합물을 포트(38)를 통해서 용기(52)의 하단 부분 내로 연속적으로 도입하기 위해서, CO2 및/또는 공기 공급부(140), 공기 공급 제어 밸브(142), CO2 공급부(143), CO2 공급 밸브(144), 및 3-방향 밸브(99)를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 그에 따라, 방법(1000)은 공기를 규칙적으로 배양 배지(1) 전체를 통해서 순환시키기 위해서 이용될 수 있고, 그에 따라 배우체 및/또는 포자체와 같은 배양 배지(1) 내의 해조류 바이오매스를 최적화하고 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 방법(1100)은: 블레이드(67)의 혼합 또는 언월도-형상의 연부(74)로 배양 배지(1)를 교반하기 위해서, 블레이드(67)를 미리 결정된 속도(예를 들어, 약 50 내지 약 360 RPM)로 혼합 방향으로 연속적으로 회전시키기 위해 모터(33)를 동작시키는 단계(혼합 단계(1110)); 및 블레이드(67)의 파쇄 또는 낫-형상의 연부(73)로 배양 배지(1) 내에 포함된 해조류 세포를 파쇄하기 위해서, 블레이드(67)를 더 빠른 미리 결정된 속도(예를 들어, 약 2,000 내지 4,000 RPM)로 반대 방향 또는 파쇄 방향으로 간헐적으로 회전시키는 단계(파쇄 단계(1120))를 포함할 수 있다. 단계(1110)는 배양 배지(1) 및 그 내부에 포함된 배우체 및/또는 포자체의 바이오매스를 혼합 방향으로 휘저어 섞을 수 있고, 단계(1120)는, 바이오매스가 혼합 방향으로 여전히 휘저어지는 동안, 파쇄 또는 낫-형상의 연부(73)를 파쇄 방향으로 회전시킴으로써 그 파쇄 능력을 증가시키기 위해서 사용될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 방법(1200)은, 배양 배지 센서(35)로 배양 배지(1)의 pH 레벨을 모니터링하는 단계(모니터링 단계(1210)), 및 희망 pH 레벨을 유지하기 위해서 CO2 공급부(143) 및/또는 CO2 공급 밸브(144)를 수정하는 단계(수정 단계(1220))에 의해서, CO2의 수요를 기초로 배양 배지(1) 내의 해조류 바이오매스의 희망 대사율을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 방법(1200)은 CO2 소비를 최대화하는 데 필요한 최적의 수확 속도를 결정함으로써 CO2 소비 피드백을 이용하여 생산을 최적화하는 단계를 포함할 수 있다. 상이한 변수들이 수정 단계(1220)로 조정될 수 있다. 해조류 바이오매스는 약 80% 탄소이고, 그에 따라 시스템(10)이 더 많은 CO2를 필요로 할수록, 더 많은 바이오매스가 생산되고, 그에 따라 희망하는 pH 레벨을 유지하기 위해서 단계(1220)에서 도입되어야 하는 CO2의 양을 기초로, 시스템(10)의 임의의 매개변수(예를 들어, 온도 및/또는 영양분)가 추가적으로 조정될 수 있게 한다.
해조류 방법(1200)은 또한 CO2 수요를 기초로 광원(36)으로부터 출력되는 광의 세기 및/또는 유형을 자동적으로 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 16의 조작 단계(1220)는, 배양 배지(1) 내의 특정 해조류 바이오매스가 광-억제되기(photo-inhibited) 전까지 처리할 수 있는 광원(36)으로부터 출력되는 광의 최대 세기 및/또는 유형을 선택하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 광-억제는, (예를 들어, 일광 화상과 같이) 예를 들어 다시 성장하는 데 몇 일이 소요되는 짧은 수용체(stubby receptor)를 유발함으로써, 광이 광 수용체(예를 들어, 엽록소 A 및 B)에 부정적인 영향을 미칠 때 발생한다. 그에 따라, 배양 배지 센서(35)로 인해서, 해조류 방법(1200)은 반복적으로 발생되는 문제를 수동 제어로 해결할 수 있고, 광-억제는 인간 작업자에 의해서 무의식적으로 유발되어 성장률의 저하로 이어지며, 이러한 성장률의 저하는, 왜 성장률 저하가 발생하는지를 인간 작업자가 이해하는 경우, 몇 일 동안 광을 감소시킴으로써 용이하게 해결될 수 있다. 대부분의 경우에, 배양 배지 센서(35)가 존재하지 않기 때문에, 인간 작업자는 이러한 것을 이해할 수 없고, 아무것도 하지 않거나 (더 나쁜 경우에는) 광의 세기를 증가시켜, 배양 배지(1) 내의 해조류 바이오매스의 전부 또는 상당한 부분을 죽게 만들 것이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 조작 단계(1220)는 또한: 알고 있는 백분율(예를 들어, 2%) 만큼 공급원(36)으로부터 출력되는 광의 세기를 증가시키는 단계(증가 단계(1240)); 이러한 증가가 CO2 수요에 미친 영향을 결정하는 단계(결정 단계(1250)); 및 CO2 수요가 큰 경우 다른 알고 있는 백분율(예를 들어, 다른 2%) 만큼 공급원(36)으로부터 출력되는 광의 세기를 증가시키는 단계(제2 증가 단계(1260))로서, 배양물이 만족하고 있다는 것을 나타내는, 단계, 또는 CO2 수요가 작은 경우 다른 알고 있는 백분율(예를 들어, 다른 1%) 만큼 광의 세기를 감소시키는 단계(감소 단계(1270))로서, 배양물이 만족하고 있다는 것 및/또는 광-억제되었다는 것을 나타내는, 단계를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 증가 단계(1240) 후에 CO2 수요가 증가되지 않는 경우, 제2 증가 단계(1260)는 발생되지 않을 것이고 감소 단계(1270)는: 미리 결정된 리셋 양만큼(예를 들어, 50% 만큼) 증가 단계(1240)에서 이전에 적용된 알고 있는 백분율(즉, 앞서 기재한 2%)을 감소시키는 단계; 미리 결정된 양의 시간(예를 들어, 1시간) 동안 대기하는 단계; 및 미리 결정된 리셋된 양을 제거하고/하거나 증가 단계(1240)로 복귀함으로써 프로세스를 시작하는 단계를 포함할 수 있다.
해조류 방법(1200)은, 광-억제 전까지 배양 배지(1)가 처리할 수 있는 최대 가능 광 세기를 시스템(10) 및/또는 바이오 리액터(20)가 반복적으로 결정할 수 있게 함으로써, 배양 배지(1)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 해조류 방법(1200)은 배양물의 규모를 확대할 때 특히 유용할 수 있고, 이러한 규모 확대에서는, 하단부 내에 희석된 조류가 소량(예를 들어, 200L) 밖에 없어 너무 많은 광(10%의 광도 너무 많을 수 있다)을 제공하여 배양물을 죽이기 쉽기 때문에, 작업자는 희미한 광으로 시작해야 하는 경우가 많다. 일반적인 수동적 관행은 성장 레벨을 "눈대중(eyeball)"으로 관찰하고 광원(36)으로부터 출력되는 광의 세기를 시간 경과에 따라 점증적으로, 예를 들어 매시간 5% 또는 10% 만큼 수동으로 증가시키는 것이다. 이러한 일반적인 수동적 관행은 바이오매스의 밀도가 높아짐에 따라 다소 임의적이 되고, 그에 따라 비효율성으로 이어질 수 있는데, 이러한 비효율성은 본원에 설명된 조작 단계(1220) 및 단계(1240 내지 1270)를 통해 방지될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 방법(1200)은 CO2 수요를 기초로 온도 및 영향분과 같은 다른 매개변수를 최적화하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조작 단계(1220)는, 배양 배지 센서(35)로부터의 출력을 기초로 광, 수확 속도, 온도, 영양분, 및 기타를 최적화하기 위해서 다변량 분석을 수행하는 및/또는 AI/기계 학습을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 시스템(10) 및/또는 바이오 리액터(20)는 또한 부가적인 감지 요소를 포함할 수 있고, 조작 단계(1220)는 이러한 요소에 반응하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 해조류 바이오 리액터 장치(21)는 용기(52) 내의 배양물의 형광을 측정하도록 동작할 수 있는 형광 프로브를 포함할 수 있고, 해조류 방법(1200)은 형광 프로브로 배양 배지(1) 내의 해조류 바이오매스의 특성을 자동으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적인 예로서, 해조류 바이오 리액터 장치(21)는 광학적 감지 요소, 예를 들어 용기(52)의 폐쇄 단부에 인접하여 하우징(31)의 외측부에 장착된 광학 카메라를 포함할 수 있고; 해조류 방법(1200)은 용기(52)의 폐쇄 단부에서 배지(1)의 탁도(turbidity)를 측정함으로써 배양 배지(1) 내의 바이오매스의 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 해조류 방법(1300)은 배양 배지(1) 내의 해조류 바이오매스를 수확하는 단계, 바이오매스를 샘플링하는 단계, 및/또는 용기(52) 내의 배양 배지(1)의 체적을 오염시킬 수도 있는 역류를 방지함으로써, 생물학적으로 안전한 방식으로, 부가적인 체적의 가스 및/또는 배양 배지(1)를 용기(52)에 부가하는 단계를 포함할 수 있다. 해조류 방법(1300)의 양태는 시스템(10 및 10A)으로 수행될 수 있다.
시스템(10)과 관련하여, 예를 들어, 해조류 방법(1300)은: 3-방향 밸브(99)의 제2 포트를 폐쇄하고 CO2 및/또는 공기 공급부(140)가 포트(38)를 통해서 CO2 및/또는 공기를 용기(52)에 전달하게 함으로써, CO2 및/또는 공기를 용기(52)의 하단부에 부가하는 단계; 체크 밸브(112)를 폐쇄하고, 체크 밸브(113)를 개방하고, 펌프(34)가 포트(38)를 통해서 부가적인 체적을 전달하게 함으로써, 배양 배지(1)의 체적을 용기(52)에 부가하는 단계; 및 체크 밸브(112)를 개방하고, 체크 밸브(113)를 폐쇄하고, 펌프(34)가 배양 배지(1) 및 그에 포함된 파쇄된 바이오매스의 유동을 용기(52)의 외부로, 포트(38), Y-연결체(107), 및 라인(108)을 통해서, 저장 용기(109)를 향해 전달하게 함으로써, 배양 배지(1)를 샘플링 또는 수확하는 단계를 포함할 수 있다. 시스템(10A)과 관련하여, 예를 들어, 해조류 방법(1300)은: 3-방향 밸브(99)의 제2 포트를 폐쇄하고 CO2 및/또는 공기 공급부(140)가 포트(38)를 통해서 CO2 및/또는 공기를 용기(52)에 전달하게 함으로써, CO2 및/또는 공기를 용기(52)의 하단부에 부가하는 단계; 펌프(34)가 부가적인 체적을 포트(39), 라인(105A), 및 라인(110)을 통해서 배양 배지 공급부(150)로부터 용기(52)에 전달하게 함으로써, 배양 배지(1)의 체적을 용기(52)에 부가하는 단계; 및 3-방향 밸브(99)의 제3 포트를 폐쇄하고, 체크 밸브(112)를 개방하고, 배양 배지(1) 및 그에 포함된 파쇄된 바이오매스가 용기(52)의 외부로, 포트(38), Y-연결체(107A), 및 라인(106A)을 통해서, 저장 용기(109)를 향해서 유동할 때까지 CO2 및/또는 공기 공급부(140)가 용기(52)의 헤드 공간을 가압하게 함으로써, 배양 배지(1)를 샘플링 또는 수확하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 용기(52)의 헤드 공간을 양압으로 가압하는 것은 또한 오염 물질이 용기(52) 내로 흡입되는 것을 방지한다.
이러한 예시적인 동작 방법의 양태는, 앞서 설명한 구조적 차이를 위한 적절한 수정을 통해서, 본원에 설명된 임의의 해조류 시스템, 해조류 바이오 리액터 시스템, 해조류 바이오 리액터, 및/또는 해조류 바이오 리액터 장치에 적용될 수 있다. 해조류 바이오 리액터 장치(221, 421)의 일부 양태가 해조류 바이오 리액터 장치(21)의 대응 요소보다 더 단순하기 때문에, 예를 들어, 전술한 일부 방법이 그에 따라 단순화될 수 있다.
본 개시 내용의 원리가 특정 적용예에 대한 예시적인 양태를 참조하여 본원에 설명되었지만, 본 개시 내용은 그러한 것으로 제한되지 않는다. 당업계의 통상적인 기술을 가지고 본원에 제공된 교시 내용에 접근할 수 있는 자는, 추가적인 수정, 적용예, 양태, 및 균등물의 대체 모두가, 본원에 설명된 범위 내에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시 내용은 전술한 설명에 의해서 제한되는 것으로 간주되지 않는다.
Claims (38)
- 방법으로서,
해조류 바이오매스(biomass) 및 배양 배지를 광 제어 인클로저(enclosure) 내에 위치된 광 투과성 용기 내에 밀봉하는 단계; 및
상기 광 투과성 용기의 밀봉을 해제하지 않고 상기 해조류 바이오매스를 샘플링 또는 수확하는 단계;
를 포함하고,
상기 샘플링 또는 수확하는 단계는,
제어기로, 광원이 상기 해조류 바이오매스를 조사하는 인공 광을 상기 광 제어 인클로저 내로 출력하게 하고,
상기 제어기와 통신하는 센서로, 상기 배양 배지와 연관된 감지 데이터를 출력하고,
상기 제어기로, 상기 감지 데이터에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하고,
상기 제어기로, 상기 광 투과성 용기 내의 상기 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅(cutting)하고,
상기 해조류 바이오매스의 일부를 상기 광 투과성 용기 및 상기 광 제어 인클로저로부터 제거함으로써 구현되는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 밀봉하는 단계는, 해조류 세포를 상기 배양 배지에 부가하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 밀봉하는 단계는, 상기 광 제어 인클로저를 개방하지 않거나 또는 상기 광 투과성 용기를 밀봉 해제하지 않고, 해조류 세포를 상기 배양 배지에 부가하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 해조류 세포를 부가하는 단계는, 이배체, 해조류 반수체 포자, 암놈형 해조류 반수체 성체, 숫놈형 반수체 성체, 해조류 난자, 해조류 정자, 해조류 포자체, 해조류 동포자(zoospores), 배우체, 난자, 배우자, 또는 포자체 중 적어도 하나를 부가하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 해조류 세포를 부가하는 단계는, 숫놈형 배우체 및 암놈형 배우체 중 하나 또는 둘 모두를 부가하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 배양 배지를 밀봉하는 단계는, 상기 광 투과성 용기 내에서 생물학적으로 안전한 환경을 유지하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제6항에 있어서,
소정 양의 배양 배지의 부가는, 소정 양의 물의 부가를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 샘플링 또는 수확하는 단계는, 필터링되지 않은 주변 공기를 광 투과성 용기에 도입하지 않으면서 상기 해조류 바이오매스의 일부를 제거하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
수 개월 또는 수 년에 걸친 기간 후에만 상기 광 제어 인클로저를 개방하는 단계
를 더 포함하는,
방법. - 제9항에 있어서,
수 개월 또는 수 년에 걸친 기간 후에만 상기 광 투과성 용기의 밀봉을 해제하는 단계
를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 광원이 상기 인공 광을 출력하게 하는 단계는, LED가 상기 인공 광을 출력하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제11항에 있어서,
상기 광원이 상기 인공 광을 출력하게 하는 단계는, 스펙트럼 선택 가능한 LED가 상기 인공 광을 출력하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제12항에 있어서,
상기 광원이 상기 인공 광을 출력하게 하는 단계는,
상기 제어기로, 다중-컬러 LED가 제1 기간 동안 상기 인공 광의 제1 색조를 출력하게 하는 단계; 및
상기 제어기로, 상기 다중-컬러 LED가 제2 기간 동안 상기 인공 광의 제2 색조를 출력하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제13항에 있어서,
상기 제2 기간 동안 상기 인공 광의 제2 색조를 출력하는 단계는, 상기 해조류 바이오매스를 유성적으로 변경하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 광 제어 인클로저는 광-필터링 윈도우를 포함하고, 상기 방법은 주변 광의 필터링된 부분이 상기 광-필터링 윈도우를 통해서 상기 광 제어 인클로저에 진입할 수 있게 하는 단계
를 더 포함하는,
방법. - 제15항에 있어서,
제2 기간 동안 주변 광의 필터링된 부분이 진입할 수 있게 하는 단계는, 상기 해조류 바이오매스를 유성적으로 변경하는 단계
를 포함하지 않는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 배양 배지를 수정하는 단계는, 상기 제어기로, 상기 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 감지 데이터를 출력하는 단계는, 상기 배양 배지의 pH 레벨을 출력하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제18항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 감지 데이터에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하는 것은,
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 pH 레벨에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제19항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 pH 레벨에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계는,
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 pH 레벨을 모니터링하는 단계; 및
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 목표 pH 레벨에 접근할 때까지, 상기 배양 배지의 pH 레벨에 따라 상기 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정함으로써 상기 배양 배지를 수정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제20항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 목표 pH 레벨에 접근할 때까지, 상기 배양 배지의 pH 레벨에 따라 상기 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정함으로써 상기 배양 배지를 수정하는 단계는,
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 pH 레벨에 따라 상기 해조류 바이오매스의 CO2 수요를 결정하는 단계; 및
상기 제어기로, 상기 CO2 수요에 따라 상기 배양 배지를 수정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제21항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 배양 배지로의 CO2의 유동을 수정하는 것은,
상기 제어기로, 상기 광원이 상기 인공 광의 세기를 제1 백분율만큼 증가시키게 하는 단계;
상기 제어기로, 상기 증가된 세기에 따라 상기 해조류 바이오매스의 CO2 수요를 추정하는 단계; 및
상기 제어기로, 상기 CO2 수요에 따라 상기 CO2의 유동을 수정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제22항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 인공 광을 수정하는 것은,
상기 제어기로, 상기 광원이:
상기 증가된 세기에 따라 상기 CO2 수요가 증가되는 경우, 상기 인공 광의 세기를 제2 백분율만큼 증가시키게 하거나; 또는
상기 증가된 세기에 따라 상기 CO2 수요가 감소되는 경우, 상기 인공 광의 세기를 제3 백분율만큼 감소시키게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제23항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 광원이 상기 세기를 감소시키게 하는 단계는:
미리 결정된 리셋 양만큼 상기 인공 광의 세기를 감소시키는 단계;
미리 결정된 기간 동안 대기하는 단계; 및
제20항의 방법을 반복하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 감지 데이터를 출력하는 단계는, 상기 배양 배지의 온도를 출력하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제25항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 감지 데이터에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하는 것은,
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 온도에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제26항에 있어서,
상기 제어기로, 상기 감지 데이터에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 수정하는 것은,
상기 배양 배지의 온도에 따라, 상기 광 투과성 용기를 상기 광 제어 인클로저 내의 온도 조절 유체에 노출시킴으로써 상기 배양 배지를 수정하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제27항에 있어서,
상기 광 투과성 용기를 상기 온도 조절 유체에 노출시키는 단계는, 상기 온도 조절 유체를 상기 광 투과성 용기의 주위에서 순환시키는 단계
를 포함하는,
방법. - 제28항에 있어서,
상기 광 투과성 용기를 상기 온도 조절 유체에 노출시키는 단계는, 상기 제어기로, 펌프가 소정 양의 물을 상기 광 투과성 용기 주위에서 순환시키게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제28항에 있어서,
상기 광 투과성 용기를 상기 온도 조절 유체에 노출시키는 단계는, 상기 제어기로, 상기 배양 배지의 온도에 따라, 온도 조절 유닛이 컨디셔닝된 공기(conditioned air)의 유동을 상기 광 투과성 용기를 향해서 출력하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 상기 광 투과성 용기 내에 밀봉된 컷팅 요소로 상기 해조류 바이오매스를 컷팅하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 광 투과성 용기 내에 밀봉된 블레이드를 포함하고, 상기 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 상기 제어기로, 모터가 상기 블레이드를 제1 방향으로 상기 광 투과성 용기에 대해서 회전시킴으로써 상기 해조류 바이오매스를 컷팅하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제32항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 상기 제어기로, 상기 모터가 상기 블레이드를 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 회전시킴으로써 상기 해조류 바이오매스를 혼합하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제33항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는,
상기 제어기로, 상기 모터가:
소정 기간 동안 제1 RPM으로 상기 제2 방향으로 상기 블레이드를 연속적으로 회전시키게 하고;
상기 기간 동안 제2 RPM으로 상기 제1 방향으로 상기 블레이드를 간헐적으로 회전시키게 하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 반대이고,
상기 제2 RPM은 상기 제1 RPM 보다 큰,
방법. - 제32항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스를 간헐적으로 혼합 및 컷팅하는 단계는, 상기 제어기로, 에어레이터가 상기 광 투과성 용기 내의 배양 배지를 폭기함으로써(aerating) 상기 해조류 바이오매스를 혼합하게 하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 해조류 바이오매스의 일부를 제거하는 단계는, 상기 광 투과성 용기의 헤드 공간을 가압하는 단계
를 포함하는,
방법. - 제36항에 있어서,
상기 헤드 공간을 가압하는 단계는, 상기 제어기로, CO2의 유동을 상기 헤드 공간 내로 지향시키는 단계
를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 감지 데이터를 출력하는 단계는:
상기 제어기로, 광학 센서가 상기 배양 배지의 불투명도를 결정하게 하는 단계; 및
상기 제어기로, 상기 배양 배지의 불투명도에 따라 상기 인공 광 또는 상기 배양 배지 중 적어도 하나를 조정하는 단계
를 포함하는,
방법.
Applications Claiming Priority (3)
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