Thiết bị quang hợp bằng thủy tinh cho nuôi cấy tế bào quang hợp

Tổng quan về hệ thống quang hợp trong bình thủy tinh

Bể quang hợp bằng thủy tinh được trang bị nhiều chức năng điều khiển như nhiệt độ, khuấy trộn, nồng độ oxy hòa tan, pH, bổ sung chất dinh dưỡng, cường độ ánh sáng, v.v., cho phép nuôi cấy nhiều loại vi sinh vật hoặc tế bào thực vật trong môi trường ổn định và có thể điều chỉnh.

Bể chứa của photobioreactor bằng thủy tinh được làm từ thủy tinh silic boron có độ bền cao, chịu nhiệt và chống ăn mòn, bề mặt trong và ngoài được đánh bóng gương, giúp ngăn ngừa ô nhiễm và quan sát rõ ràng vật liệu bên trong. Ngoài ra, photobioreactor bằng thủy tinh được thiết kế với nguồn sáng bên trong và bên ngoài, có thể điều chỉnh bước sóng và cường độ ánh sáng theo nhu cầu để phù hợp với yêu cầu của các quá trình quang hợp khác nhau.

Thiết bị chiếu sáng

• Sử dụng loại nắp ngoài hoặc nguồn sáng nhúng bên trong để cung cấp hiệu ứng ánh sáng đồng đều.
• Màu sắc, bước sóng và cường độ ánh sáng có thể được tùy chỉnh theo yêu cầu thí nghiệm để cung cấp điều kiện quang hợp cho vi sinh vật hoặc tế bào thực vật.
• Phù hợp cho nghiên cứu phản ứng sinh học về quang hợp của tảo, vi sinh vật và tế bào thực vật.

Thiết kế bể

• Dung tích bể: từ 0,5 lít đến 15 lít, dung tích làm việc lên đến 70%.
• Được làm từ thủy tinh silic boron chịu nhiệt cao để đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả và chống ăn mòn.
• Nắp bể bằng thép không gỉ 316L được trang bị nhiều cổng kết nối, như pH, oxy hòa tan, nhiệt độ và các cổng điện cực khác, để đảm bảo theo dõi thời gian thực của nhiều thông số.

Hệ thống điều khiển nhiệt độ

• Phạm vi điều khiển nhiệt độ: 20°C đến 65°C, đáp ứng nhu cầu lên men ở nhiệt độ thấp và nuôi cấy vi sinh vật.
• Sử dụng hệ thống gia nhiệt bằng nước bọc, điều chỉnh tự động nhiệt độ lên men, điều khiển thông minh PID để đảm bảo độ chính xác của điều khiển nhiệt độ, độ chính xác lên đến ± 0.2 °C.

Hệ thống lưu lượng khí và sục khí

• Sử dụng bộ lọc khí nhập khẩu để lọc khí vô trùng, độ chính xác lọc đạt 0.2μm, đảm bảo vô trùng trong quá trình nuôi cấy.
• Trang bị đồng hồ đo lưu lượng trực tuyến để điều chỉnh lưu lượng khí tự động, phạm vi điều chỉnh từ 0 đến 8L/phút, phù hợp với nhu cầu khí trong các điều kiện lên men khác nhau.

Kiểm soát oxy hòa tan và pH

• Kiểm soát oxy hòa tan được phát hiện bằng điện cực oxy hòa tan trực tuyến, có thể kết hợp với điều khiển tốc độ quay, bổ sung và các thông số khác, độ chính xác đo ±3%, độ phân giải 0.1%.
• Kiểm soát pH sử dụng điện cực nhập khẩu và bơm peristaltic để tự động thêm axit, kiềm, pH có thể được liên kết với quá trình bổ sung, độ chính xác kiểm soát ±0.02.

Điều khiển bổ sung tự động và khử bọt

• Hệ thống bơm peristaltic cung cấp dòng chảy bổ sung tự động, có thể cài đặt chế độ bổ sung như tốc độ cố định, bổ sung theo hàm mũ.
• Hệ thống kiểm soát khử bọt tự động PID theo dõi thời gian thực tình trạng bọt, tự động thêm chất khử bọt để đảm bảo sự ổn định của quá trình lên men.

Nguyên lý hoạt động

1. Tối ưu hóa điều kiện ánh sáng và sinh trưởng:Trung tâm của hệ thống photobioreactor thủy tinh nằm ở hệ thống ánh sáng, mô phỏng điều kiện ánh sáng tự nhiên và cung cấp bước sóng và cường độ ánh sáng phù hợp cho quá trình quang hợp. Tảo, vi sinh vật, v.v. thực hiện quang hợp dưới tác động của ánh sáng để sản xuất biomass và các chất chuyển hóa cần thiết. Nguồn sáng tích hợp hoặc bên ngoài có thể điều chỉnh theo nhu cầu của phản ứng để đảm bảo sự phát triển hiệu quả của tế bào.
2. Kiểm soát nhiệt độ và pH:Hệ thống kiểm soát nhiệt độ thông qua bể nước có lớp vỏ cách nhiệt để gia nhiệt và làm mát, đảm bảo nhiệt độ bên trong phản ứng viên được duy trì trong phạm vi đã cài đặt, phù hợp với nhu cầu phát triển của các vi sinh vật hoặc tảo khác nhau. Hệ thống kiểm soát pH thông qua điện cực cảm biến và bơm peristaltic để tự động thêm axit và kiềm, duy trì độ axit và kiềm phù hợp của môi trường nuôi cấy, nhằm thúc đẩy quá trình trao đổi chất của các sinh vật.
3. Chuyển oxy và khuấy trộn:Khuấy cơ học ở phía trên hoặc khuấy bằng từ tính đảm bảo trộn đều nguyên liệu trong bể phản ứng và thúc đẩy chuyển giao hiệu quả oxy và chất dinh dưỡng, tránh vùng chết hoặc gradient nồng độ. Điện cực DO theo dõi nồng độ oxy hòa tan trong thời gian thực để đảm bảo vi sinh vật phát triển trong điều kiện oxy phù hợp.
4. Lưu lượng khí và bổ sung:Lưu lượng khí được điều chỉnh tự động bằng đồng hồ lưu lượng chính xác để đảm bảo cung cấp oxy ổn định và tránh tình trạng ứ đọng môi trường nuôi cấy do thiếu khí. Hệ thống bổ sung tự động điều chỉnh lượng bổ sung theo sự thay đổi của DO và pH để tối ưu hóa quá trình trao đổi chất và tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật.

Lĩnh vực ứng dụng

• Năng lượng sinh học:Đối với nhiên liệu sinh học từ tảo, như sản xuất biodiesel, photobioreactor có thể mô phỏng điều kiện ánh sáng tự nhiên, cải thiện hiệu suất phát triển của tảo, tăng tích lũy lipid và thúc đẩy sản xuất nhiên liệu sinh học.
• Bảo vệ môi trường:Trong xử lý nước thải và phân hủy chất ô nhiễm, photobioreactor có thể nuôi cấy vi khuẩn quang hợp hoặc tảo, đạt hiệu quả phục hồi môi trường bằng cách hấp thụ chất độc hại và chuyển hóa chất thải thành chất vô hại.
• Thực phẩm và Dinh dưỡng:Được sử dụng để nuôi cấy men thực phẩm, probiotics và các vi sinh vật khác để sản xuất màu tự nhiên, vitamin, axit amin, v.v. Hiệu suất quang hợp cao thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của vi sinh vật và sự phong phú của các chất chuyển hóa.
• Dược phẩm và Sản phẩm sinh học:Được sử dụng để sản xuất kháng sinh, vắc-xin, enzyme và các loại thuốc sinh học khác, các hệ thống quang sinh học cung cấp môi trường kiểm soát để thúc đẩy sản xuất quy mô lớn của vi sinh vật hoặc tế bào.
• Hóa học xanh và công nghệ chuyển hóa:Trong sản xuất các sản phẩm tự nhiên như axit hữu cơ tự nhiên, enzyme, kháng sinh, v.v., quang hợp được tận dụng để tăng năng suất sản phẩm và thúc đẩy sự phát triển của hóa học xanh và công nghệ chuyển hóa.