यह प्रकाशन अनुकूलन योग्य प्रकाश शासनों के साथ प्रयोगशाला फोटोबायोरिएक्टर (पीबीआर) के डिजाइन का वर्णन करता है। साइनोबैक्टीरिया या माइक्रोएल्गी की वृद्धि, उनके कार्बन स्रोत के रूप में बाइकार्बोनेट का उपयोग करके, वॉल्यूमेट्रिक ऑक्सीजन उत्पादन को मापकर लगातार निगरानी की जाती है। ये पीबीआर प्रयोगों के दौरान छोटे उपयोगकर्ता हस्तक्षेप के साथ तेजी से, प्रतिकृति प्रयोगशाला विकास तुलना की सुविधा प्रदान करते हैं।
सूक्ष्मशैवाल का प्रयोगशाला अध्ययन प्रयोगात्मक रूप से चुनौतीपूर्ण हो सकता है। गैर-प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीवों की खेती की आवश्यकताओं के अलावा, फोटोट्रॉफ़्स को रोशनी की भी आवश्यकता होती है। नियमित रूप से, शोधकर्ता कस्टम प्रकाश आपूर्ति प्रदान करना चाहते हैं, अर्थात, प्रकाश की तीव्रता और समय को अलग-अलग करते हैं जिस पर इसे वितरित किया जाता है। मानक बेंचटॉप रोशनी के साथ इस तरह का लचीलापन मुश्किल है। आमतौर पर, खेती के अध्ययन में प्रयोगात्मक उपचारों के बीच विकास की तुलना की भी आवश्यकता होती है। अक्सर, विकास का मूल्यांकन एक विस्तारित अवधि में किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक सप्ताह के लंबे परीक्षण में दिन में कई बार। मैनुअल माप समय लेने वाली हो सकती है और डेटा रिज़ॉल्यूशन की कमी हो सकती है। इसलिए, स्वचालित विकास निगरानी और अनुकूलन योग्य प्रकाश आपूर्ति के साथ फोटोबायोरिएक्टर (पीबीआर) कई उपचारों के साथ दोहराए गए प्रयोगों के लिए उपयोगी हैं। वर्तमान कार्य प्रयोगशाला पीबीआर के डिजाइन, निर्माण और संचालन को प्रस्तुत करता है। सामग्री आसानी से खट्टे और अपेक्षाकृत सस्ती हैं। डिजाइन को मध्यम कौशल के साथ डुप्लिकेट किया जा सकता है। प्रत्येक संरचना में ~ 40 सेमी2 का पदचिह्न होता है और ट्रिप्लिकेट प्रतिकृति के लिए तीन 1 एल कांच की बोतलें होस्ट करता है। बोतलें चुंबकीय उत्तेजक युक्त प्लेटफार्मों पर आराम करती हैं और 1 मीटर ऊंचे और 15 सेमी व्यास पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) पाइप के भीतर लंबवत रूप से व्यवस्थित होती हैं। पाइप इंटीरियर प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल ई डी) के साथ पंक्तिबद्ध है। ये एल ई डी प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएआर) के 0-200 μmol फोटॉनों एम -2 एस -1 से निरंतर प्रकाश तीव्रता का उत्पादन करते हैं। उपयोगकर्ता एक कस्टम प्रकाश कार्यक्रम डिजाइन करते हैं। प्रकाश की तीव्रता को प्रत्येक सेकंड समायोजित किया जा सकता है या लंबी अवधि के लिए स्थिर रखा जा सकता है। प्रकाश संश्लेषण से उत्पादित ऑक्सीजन एक तरफा वॉल्यूमेट्रिक गैस सेंसर के माध्यम से प्रत्येक बोतल से बाहर निकलती है। सॉफ्टवेयर का उपयोग गैस सेंसर डेटा रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है। उत्पादित ऑक्सीजन की मात्रा को बायोमास विकास से सहसंबद्ध किया जा सकता है। यदि बायोमास नमूनों की आवश्यकता होती है, तो संस्कृति निकालने के लिए एक सिरिंज का उपयोग किया जा सकता है। विधि कार्बन स्रोत के रूप में बाइकार्बोनेट के साथ उगाए जाने वाले सूक्ष्मशैवाल के लिए अनुकूल है। ये पीबीआर एक प्रयोगशाला के लिए मूल्यवान हैं जिसके लिए दोहराए गए प्रयोगों, प्रकाश शासन लचीलेपन और निरंतर उच्च-रिज़ॉल्यूशन विकास डेटा की आवश्यकता होती है।
सूक्ष्मशैवाल और साइनोबैक्टीरिया, जिन्हें सामूहिक रूप से सादगी के लिए सूक्ष्मशैवाल कहा जाता है, को टिकाऊ जैव प्रौद्योगिकी में उनकी क्षमता के लिए चैंपियन बनाया जाता है। वे अपने तेजी से विकास, गैर-कृषि योग्य भूमि पर खेती करने की क्षमता और बायोमास 1,2,3 में कार्बन डाइऑक्साइड के रूपांतरण को चलाने के लिए सूर्य के प्रकाश के उपयोग के कारण आकर्षक उम्मीदवार हैं। माइक्रोएल्गल बायोमास को तेल या गैस, खाद्य रंगों और पोषक तत्वों की खुराक, और बायोपॉलिमर 1,4,5,6,7 जैसी सामग्रियों के रूप में बायोएनर्जी जैसे उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है। इसके अलावा, उनका उपयोग अपशिष्ट जल का इलाज करने या अतिरिक्त पोषक तत्वों 8,9 का उपभोग करके जलनिकायों को ठीक करने के लिए किया जा सकता है। इसे देखते हुए, माइक्रोएल्गल अनुसंधान व्यापक और स्थापित है। यह क्षेत्र बढ़ता है क्योंकि समाज वर्तमान विनिर्माण और ऊर्जा उत्पादन दृष्टिकोणों की कार्बन तीव्रता और पर्यावरणीय स्थिरता पर पुनर्विचार करता है।
प्रयोगशाला-आधारित माइक्रोएल्गल अध्ययन की तीन मूलभूत आवश्यकताएं एक संस्कृति पोत, प्रकाश स्रोत और विकास को मापने की विधि हैं। फोटोबायोरिएक्टर (पीबीआर) शब्द एक सेट-अप का वर्णन करता है जिसमें संस्कृति वाहिकाओं को रोशन किया जाता है10. आमतौर पर, सूक्ष्मशैवाल के अध्ययन का उद्देश्य दो या दो से अधिक उपचारों के बीच विकास की तुलना करना है, उदाहरण के लिए, विभिन्न विकास मीडिया, प्रकाश शासन, या प्रजातियां 11,12,13। सांख्यिकीय प्रासंगिकता के लिए, प्रत्येक स्थिति, जैसे, उपचार और नियंत्रण, को दोहराया जाना चाहिए। यदि नियंत्रण और उपचार एक साथ चलाए जाते हैं, तो इसका मतलब है कि कई पीबीआर की निगरानी की जानी चाहिए और एक प्रयोग की अवधि के लिए नमूना लिया जाना चाहिए। कई पीबीआर के संचालन के साथ चुनौती दो गुना है। सबसे पहले, प्रत्येक पीबीआर को एक समान प्रकाश तीव्रता की आपूर्ति प्रजनन क्षमता के लिए आवश्यक है लेकिन मुश्किल हो सकती है। पोत की सतह पर प्रकाश घटना की मात्रा प्रकाश स्रोत से इसकी दूरी, आसन्न जहाजों से छायांकन और पृष्ठभूमि प्रकाश में उतार-चढ़ाव से प्रभावित होती है14. दूसरे, विकास को सटीक रूप से मापने के लिए एक विधि का चयन किया जाना चाहिए।
विकास आमतौर पर सेल गिनती, ऑप्टिकल घनत्व (ओडी), क्लोरोफिल ए सामग्री, शुष्क वजन (डीडब्ल्यू) घनत्व, और राख मुक्त शुष्क वजन (एएफडीडब्ल्यू) घनत्व15 द्वारा मापा जाता है। सेल काउंट, क्लोरोफिल ए सामग्री, और ग्रेविमेट्रिक विधियां मैनुअल प्रक्रियाएं हैं जो असतत डेटा बिंदुओं का उत्पादन करती हैं। ओडी को स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के साथ लगातार और गैर-आक्रामक रूप से मापा जा सकता है, बशर्ते कि यह एएफडीडब्ल्यू घनत्व15 जैसी किसी अन्य विधि के खिलाफ अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड हो। हालांकि, ओडी माप और क्लोरोफिल ए सामग्री अविश्वसनीय हो सकती है क्योंकि परिणाम विभिन्न संस्कृति स्थितियों के तहत भिन्न होते हैं, उदाहरण के लिए, प्रजातियों के बीच और विकास चक्र15,16 के दौरान। क्लोरोफिल ए के लिए, निष्कर्षण विधि वर्णक उपज17 को भी प्रभावित कर सकती है। क्लोरोफिल ए सामग्री माइक्रोबियल समुदायों के भीतर सूक्ष्मशैवाल के विकास को ट्रैक करने में विशेष रूप से उपयोगी है जिसमें गैर-प्रकाश संश्लेषक जीव17,18 भी होते हैं। विकास निर्धारित करने के लिए एक विधि चुनते समय, निलंबन की आकृति विज्ञान पर विचार करना आवश्यक है। जब जीव झुरमुटते हैं और अच्छी तरह से मिश्रित नहीं होते हैं, तो ओडी और सेल काउंट संभव नहींहोते हैं 15. एक एकल विधि सभी प्रयोगात्मक अनुप्रयोगों के अनुकूल नहीं है- शोधकर्ताओं को यह तय करना चाहिए कि कौन सी विधियां व्यावहारिक हैं और उनके प्रयोगात्मक उद्देश्यों के लिए प्रासंगिक हैं।
एएफडीडब्ल्यू एक विश्वसनीय तरीका है जो विभिन्न संस्कृति स्थितियों के बीच विकास की तुलना को सक्षम बनाता है, विशेष रूप से, प्रजातियों और संस्कृति मीडिया 15,19,20 के बीच। एएफडीडब्ल्यू की गणना करने के लिए, माइक्रोएल्गल संस्कृति का एक नमूना पहले केंद्रित होता है, या तो निस्पंदन या सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा, और सूख जाता है। इस स्तर पर, डॉयचे वेले का निर्धारण किया जा सकता है. आमतौर पर, डॉयचे वेले के नमूने में कम से कम 8-10% राख-अकार्बनिक पदार्थ जैसे लवण और पार्टिकुलेट मैटर15 होते हैं. डॉयचे वेले विकास के रुझानों पर नज़र रखता है, लेकिन अगर अकार्बनिक का योगदान भिन्न होता है तो इसे तिरछा किया जा सकता है. एएफडीडब्ल्यू घनत्व निर्धारित करने के लिए, शुष्क बायोमास उच्च तापमान पर दहन किया जाता है; यह19 के पीछे राख (अकार्बनिक) छोड़ते हुए कार्बनिक या उपयोगी हिस्से को वाष्पीकृत करता है। एएफडीडब्ल्यू की गणना करने के लिए, राख अंश का वजन डीडब्ल्यू अंश से घटाया जाता है। आमतौर पर, माइक्रोएल्गल निलंबन में, एएफडीडब्ल्यू 0.1-3 ग्राम / एल 12,21,22 से होता है। पतला निलंबन की छोटी मात्रा में थोड़ा शुष्क बायोमास, <10 मिलीग्राम पैदा होता है। दहन के बाद, राख का वजन केवल 1 मिलीग्राम हो सकता है। इसलिए, संस्कृति घनत्व के आधार पर, इस विधि को 5-100 एमएल और विश्लेषणात्मक तराजू के बीच 0.1 मिलीग्राम 12,15,19,22 के बीच वॉल्यूम की आवश्यकता होती है। प्रयोगशाला पीबीआर आमतौर पर छोटे होते हैं, कुछ लीटर अधिक से अधिक होते हैं, इसलिए प्रत्येक तरल नमूना संस्कृति की मात्रा को कम करता है। इसके अलावा, एएफडीडब्ल्यू विधि मैनुअल है और इसमें 2-3 दिन लगते हैं। प्रतिकृति और दोहराए जाने वाले प्रयोगों के लिए, एक स्वचालित और निरंतर प्रक्रिया बेहतर है।
कार्बन स्रोत के रूप में बाइकार्बोनेट का उपयोग करने वाले सूक्ष्मशैवाल के लिए, दो अतिरिक्त विकास मीट्रिक को लगातार मापा जा सकता है। प्रकाश संश्लेषण बाइकार्बोनेट का उपभोग करता है और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है। बाइकार्बोनेट की खपत मध्यम पीएच23 को बढ़ाती है। एक विसर्जित पीएच जांच इस परिवर्तन को माप सकती है। प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन उत्पादन माध्यम की भंग ऑक्सीजन (डीओ) एकाग्रता को बढ़ाता है जब तक कि माध्यम संतृप्त न हो जाए। संतृप्ति से परे, ऑक्सीजन बुलबुले के रूप में मौजूद है। ऑक्सीजन उत्पादन को कई अलग-अलग तकनीकों द्वारा मापा जाता है: जांच गेज डीओ एकाग्रता, मैनोमेट्रिक डिवाइस हेडस्पेस दबाव का आकलन करते हैं, गैस क्रोमैटोग्राफी हेडस्पेस संरचना को मापता है, और वॉल्यूमेट्रिक सेंसर गैस बहिर्वाह 24,25,26,27 रिकॉर्ड करते हैं। जब ऑक्सीजन का उपयोग विकास प्रॉक्सी के रूप में किया जाता है, तो संस्कृति वाहिकाओं को पूरी तरह से सील कर दिया जाना चाहिए या केवल गैस बहिर्वाह की अनुमति देनी चाहिए। पीएच और ऑक्सीजन माप के लिए, कार्बन को बाइकार्बोनेट के रूप में आपूर्ति की जानी चाहिए, न कि सीओ2 स्पैर्जिंग द्वारा। सीओ2 स्पैर्जिंग मध्यम पीएच23 को कम करता है और, गैस के रूप में, ऑक्सीजन माप को परेशान कर सकता है। ऑप्टिकल घनत्व पर पीएच और ऑक्सीजन का एक फायदा यह है कि यदि माइक्रोएल्गी क्लंप बनाते हैं तो विधि से समझौता नहीं किया जाता है। हालांकि अप्रत्यक्ष, पीएच और ऑक्सीजन दोनों उपचार के बीच विकास की तुलना करने में प्रभावी हैं।
आज उपयोग में पीबीआर जटिलता में हैं। प्रयोगशालाएं सरल बेंचटॉप फ्लास्क, कस्टम प्रोटोटाइप या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उत्पादों का उपयोग कर सकती हैं। फ्लास्क से अपग्रेड करने की मांग करने वाले अनुसंधान समूहों के लिए, कई प्रोटोटाइप बनाने के लिए आवश्यक वाणिज्यिक पीबीआर या तकनीकी कौशल और भाग निर्माण की लागत एक बाधा हो सकती है। इस पांडुलिपि का उद्देश्य प्रयोगशाला पीबीआर के चरण-दर-चरण डिजाइन, निर्माण और संचालन का वर्णन करना है जो इस अंतर को पाटते हैं। इन पीबीआर में एक अनुकूलन योग्य प्रकाश शासन है और वॉल्यूमेट्रिक ऑक्सीजन उत्पादन रिकॉर्ड करके लगातार वृद्धि की निगरानी करता है। इस डिजाइन में ट्रिप्लिकेट प्रतिकृति के लिए तीन संस्कृति जहाजहैं और इसे मध्यम कौशल और आसानी से सुलभ सामग्री के साथ बनाया जा सकता है। यह पीबीआर एक प्रयोगशाला के लिए एक मूल्यवान अतिरिक्त है जो बहुत तकनीकी या महंगे उत्पादों में निवेश किए बिना माइक्रोएल्गल अनुसंधान के लिए अपनी क्षमता का विस्तार करना चाहता है। पीबीआर प्राप्त करने या बनाने का चयन करते समय, शोधकर्ताओं को अपनी संस्कृति की स्थिति, वित्तीय स्थिति और अनुसंधान प्रश्नों के लिए डिजाइन की उपयुक्तता पर विचार करना चाहिए।
इस प्रोटोकॉल के भीतर, निम्नलिखित चरणों पर ध्यान केंद्रित करने से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, उच्च गुणवत्ता वाले डेटा उत्पन्न करने की संभावना बढ़ जाती है। रिएक्टर स्टैंड (चरण 1) का निर्माण करते समय, आधार को अच्छी तरह से संरेखित ऊर्ध्वाधर समर्थन के साथ मजबूत होना चाहिए। स्लेटेड स्टील में तेज किनारे होते हैं, इसलिए सुरक्षा कैप्स के अलावा आवश्यक है। बोतल प्लेटफ़ॉर्म सतहों को पूरी तरह से सपाट होने की आवश्यकता होती है, चुंबकीय उत्तेजक और बोल्ट सिर दोनों को शीर्ष परत की सतह (चरण 3.2-3.6) के नीचे बैठना चाहिए। निर्माता के निर्देश के अनुसार, गैस सेंसर पैकिंग तरल को सटीक ऑक्सीजन माप के लिए “तरल स्तर के लिए ट्रेसिंग स्क्रू” में भरा जाना चाहिए। इस तरल स्तर को नियमित रूप से जांचा जाना चाहिए क्योंकि पैकिंग तरल का वाष्पीकरण माप सेल को शॉर्ट-सर्किट कर सकता है। चरण 5.2 में बनाई गई सभी तीन गैस लाइनें समान लंबाई होनी चाहिए; प्रतिकृतियों में समान हेडस्पेस वॉल्यूम होते हैं। एक प्रयोग शुरू करने से पहले, 24 घंटे की अवधि (चरण 6.11) में प्रकाश की तीव्रता लॉगिंग करके क्रमादेशित प्रकाश शासन का परीक्षण करने की सलाह दी जाती है। यदि तरल तापमान में वृद्धि चिंता का विषय है, तो इस परीक्षण में आंतरिक तापमान जांच (चरण 6.11) के साथ एक सीलबंद बोतल भी शामिल होनी चाहिए। लॉगिंग करते समय, डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर विंडो से बाहर न निकलें; यह लॉगिंग को समाप्त कर देगा। यदि संस्कृति के नमूने ले रहे हैं, तो सावधान रहें कि गलत अनुक्रम में वाल्व खोलकर हेडस्पेस गैस जारी न करें (चरण 8.2-8.8)। प्रायोगिक डेटा की समीक्षा करते समय सलाह दी जानी चाहिए कि डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से प्रवाह दर का चलती औसत उत्पन्न करता है। यह रात भर उत्पन्न एक या दो प्रवाह दर रीडिंग के मूल्य को फुलाता है। इसे ठीक करने के लिए मैन्युअल रूप से क्यूरेट गैस सेंसर लॉग करता है।
इस विधि के साथ सबसे आम झटका गैस सेंसर को शॉर्ट सर्किट करने की क्षमता है यदि तरल पैकिंग स्तर में गिरावट आती है। ऐसा होने के दो तरीके हैं। सबसे पहले, वाष्पीकरण धीरे-धीरे तरल स्तर को कम कर सकता है। हालांकि, यह एक अल्पकालिक (<7 दिन) प्रयोग29 पर संभावना नहीं है। दूसरे, उच्च श्वसन दर समाधान में ऑक्सीजन खींच सकती है और दबाव में हेडस्पेस उत्पन्न कर सकती है। जब प्रकाश ऊर्जा अनुपलब्ध होती है, तो सूक्ष्मशैवाल सेलुलर रखरखाव और मरम्मत के लिए आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए एरोबिक श्वसनका उपयोग करते हैं। इसलिए, गैर-प्रबुद्ध घंटों के दौरान घने संस्कृतियों में, ऑक्सीजन की खपत, और परिणामस्वरूप दबाव में, पर्याप्त हो सकता है। यह गैस सेंसर से गैस लाइन में तरल पैकिंग बेकार है। पैकिंग तरल यात्रा की दूरी रात के श्वसन की मात्रा के आनुपातिक है। यदि पैकिंग तरल बोतलों में प्रवेश करता है, तो यह तरल सतह पर एक तेल चालाक उत्पन्न करता है।
यदि उच्च रात के श्वसन दर की उम्मीद है, तो प्रोटोकॉल में संशोधन किए जा सकते हैं। दबाव से बचने का सबसे आसान तरीका बोतल हेडस्पेस को रात भर खुला छोड़ना है। इसमें ओ 2 के आंशिक हेडस्पेस दबाव को कम करके डीओ स्तरों को आसान बनाने का लाभ भीहै। उच्च डीओ सांद्रता को विकास के लिए हानिकारक माना जाता है क्योंकि ओ2 रुबिस्को की गतिविधि को बाधित कर सकता है और ऑक्सीडेटिव तनाव30,31 को ट्रिगर कर सकता है। संस्कृति निलंबन के लिए वायुमंडल25,32 के संपर्क में होने पर भी 4x ओवरसैचुरेशन तक पहुंचना असामान्य नहीं है। हेडस्पेस खोलने के लिए, रबर स्टॉपर में फैली सुई से गैस लाइन को डिस्कनेक्ट करें। रात के समय के घंटे गैस सेंसर पैकिंग तरल को ऊपर उठाने या डेटा संग्रह पर थोड़ा प्रभाव के साथ निरंतर प्रयोगों में हेरफेर करने के लिए एक खिड़की के रूप में काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, कोई संस्कृति घनत्व को बदल सकता है, पोषक तत्वों को ताज़ा कर सकता है, एक संशोधन जोड़ सकता है, या एक रोगज़नक़ पेश कर सकता है। बोतलों को फिर से सील किया जाना चाहिए, और रोशनी वापस चालू होने से पहले गैस सेंसर लाइन को फिर से जोड़ा जाना चाहिए। बंद बनाम खुले रात के हेडस्पेस के साथ प्रयोगों से एकत्र किए गए ऑक्सीजन माप अलग-अलग होंगे।
जब बोतलें सील रहती हैं, तो रात के समय ऑक्सीजन की खपत हेडस्पेस में ओ 2 के मोल्स की संख्या को कम करदेती है। यह हेडस्पेस दबाव को बनाए रखने के लिए गैस सेंसर लाइन को रेंगने के लिए पैकिंग तरल का कारण बनता है। जब रोशनी चालू होती है, तो ऑक्सीजन उत्पादन फिर से शुरू होता है। प्रवाह दर रीडिंग शुरू होने से पहले पैकिंग तरल को गैस सेंसर में वापस धकेल दिया जाना चाहिए। इसलिए यह अंतराल रात के श्वसन की डिग्री के आनुपातिक है। इस तरह, जब हेडस्पेस बंद रहता है, तो ओ2 रीडिंग शुद्ध ओ2 उत्पादन (प्रकाश संश्लेषक उत्पादन – श्वसन खपत) का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके विपरीत, जब हेडस्पेस रात में खुला होता है, तो वायुमंडलीय गैस हेडस्पेस ओ2 का उपभोग करने की जगह लेती है, और कोई पैकिंग तरल गैस लाइन में प्रवेश नहीं करता है। नतीजा यह है कि श्वसन ओ2 खपत ओ2 उत्पादन डेटा में जिम्मेदार नहीं है। यह एएफडीडब्ल्यू बायोमास विकास अनुमानों की सटीकता को कम कर सकता है। हालांकि, उपचार के बीच वृद्धि की तुलना करने के लिए मीट्रिक के रूप में दिन के ओ2 उत्पादन का उपयोग करने की उपयोगिता को प्रभावित नहीं करना चाहिए।
सभी प्रयोगशाला पीबीआर एक ही सीमा से पीड़ित हैं; कृत्रिम रोशनी सौर स्पेक्ट्रम को दोहरा नहीं सकती है। सूक्ष्मशैवाल प्रकाश संश्लेषण के लिए 400-700 एनएम के बीच प्रकाश की तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं। इस क्षेत्र को प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएआर) 33 के रूप में जाना जाता है। सूर्य के प्रकाश और कृत्रिम प्रकाश इस सीमा के भीतर तरंग दैर्ध्य के अपने सापेक्ष योगदान में भिन्न होते हैं। यह, अनुकूल तापमान और निरंतर प्रकाश आपूर्ति के साथ, इसका मतलब है कि प्रयोगशाला विकास डेटा को अक्सर बाहरी परिस्थितियों में मज़बूती से एक्सट्रपलेशन नहीं किया जा सकता है। हालांकि, ये पीबीआर प्रयोगशाला पीबीआर प्रकाश आपूर्ति की सीमाओं में से एक को संबोधित कर सकते हैं। सूरज की रोशनी की तीव्रता पूरे दिन अत्यधिक परिवर्तनशील होती है, जिसमें क्लाउड कवर घटना पीएआर में क्षणिक उतार-चढ़ाव पैदा करता है। प्रकाश नियंत्रण सॉफ्टवेयर और डीएमएक्स प्रकाश नियंत्रक 0 से 2400 μmol फोटॉन एम –2 एस -1 और उससे आगे प्रकाश तीव्रता प्रदान कर सकतेहैं। प्रकाश शासन को 1 एस के रूप में कम से कम व्यक्तिगत वेतन वृद्धि में तोड़ा जा सकता है। ट्यून करने योग्य प्रकाश तीव्रता उपयोगकर्ता को मानक पीबीआर सेटअप की तुलना में बाहरी प्रकाश पैटर्न की अधिक बारीकी से नकल करने की अनुमति देती है। यहां, नकली 30 मिनट सुबह और शाम के अंतराल दिन और रात के चक्रों को एक साथ फीका करते हैं (पूरक तालिका 1)।
यद्यपि एएफडीडब्ल्यू घनत्व विकास का मानक उपाय बन गया है, इस विधि को पर्याप्त संस्कृति मात्रा, 2-3-दिवसीय प्रसंस्करण अवधि की आवश्यकता हो सकती है, और एक समय में एक डेटा बिंदु उत्पन्न करता है। इसके अलावा, यदि परिस्थितियां प्रतिकूल हो जाती हैं और कोशिकाएं मर जाती हैं, तो एएफडीडब्ल्यू घनत्व सक्रिय रूप से प्रकाश संश्लेषण कोशिकाओं और विघटित होने वाले लोगों के बीच भेदभाव नहीं करता है। प्रकाश संश्लेषक ऑक्सीजन उत्पादन की दर को निर्धारित करना एक वैकल्पिक विकास प्रॉक्सी के रूप में कार्य करता है। यह पीबीआर डिज़ाइन संस्कृति की मात्रा को संरक्षित करते हुए कम उपयोगकर्ता हस्तक्षेप के साथ लगातार ऑक्सीजन उत्पादन रिकॉर्ड कर सकता है। कम माप सेल वॉल्यूम के साथ गैस सेंसर का चयन करके डेटा रिज़ॉल्यूशन में सुधार किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, 1 एमएल। इसके अलावा, यदि संस्कृतियां अच्छी तरह से मिश्रित हैं, तो उपयोगकर्ता निरंतर ऑप्टिकल घनत्व रीडिंग के लिए स्पेक्ट्रोफोटोमीटर स्थापित करने का निर्णय ले सकते हैं। यदि माध्यम का तापमान नियंत्रण वांछित है, तो एक पुन: परिसंचारी चिलर जोड़ा जा सकता है। ये पीबीआर भारी वित्तीय निवेश के बिना अपनी सूक्ष्म शैवाल अनुसंधान क्षमता का विस्तार करने के लिए एक प्रयोगशाला के लिए एक मूल्यवान अतिरिक्त हैं। वे विशेष रूप से उच्च क्षारीयता, उच्च पीएच प्रजातियों जैसे स्पिरुलिना के साथ काम करने वालों के लिए उपयुक्त हैं। ये पीबीआर प्रकाश शासन लचीलापन प्रदान करते हैं और तेजी से, प्रतिकृति, प्रयोगशाला विकास तुलना के लिए मान्य हैं।
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन को प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (एनएसईआरसी), कनाडा फाउंडेशन फॉर इनोवेशन (सीएफआई), कनाडा फर्स्ट रिसर्च एक्सीलेंस फंड (सीएफआरईएफ), अल्बर्टा इनोवेट्स, जनरल सर जॉन मोनाश फाउंडेशन, अल्बर्टा सरकार और कैलगरी विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित किया गया था। विद्युत कार्य के लिए मार्क टूनेन और घुलनशीलता गणना के लिए विलियम रिचर्डसन को धन्यवाद दिया जाता है।
Aluminum channels Imperial: 0.90” x 39.37” Metric: 2.3 cm x 100 cm Quantity: 4 |
LED World | AC-AR1-1M | Required as a heat sink |
Bungee cords, small Quantity: 5 |
– | – | To secure bottles |
Computer – desktop/laptop Quantity: 1 |
– | – | – |
Data Logger, HOBO U30 USB Weather Station Quantity: 1 |
HOBO, Hoskin | U30-NRC-VIA-10-S100-000 | Records light sensor information |
Digital interface module, Rigamo, 4-channel Quantity: 1 |
Ritter | N/A | This is to transmit gas sensor data to the computer |
DMX decoder, 12~24 VDC, DMX-CV-4X5A Quantity: 1 |
LITECH, LED World | LT-840-6A | Transmit messages which alter the light pattern |
DMX lighting controller, SUSHI-RB-RJ Quantity: 1 |
Arcolis, Nicolaudie America Inc. | SUSHI-RB-RJ DMX | Encodes the lighting program |
Gas sensor packing liquid (Silox) Quantity: 1 L |
Ritter | https://www.ritter.de/en/data-sheets/silox | |
Gas sensor, volumetric Quantity: 3 |
Ritter | MGC-1 V3.4 PMMA (https://www.ritter.de/downloads/mgc-milligascounter-en) | Measures oxygen production |
Glass bottles, round 1 L with GL45 neck Quantity: 3 |
Corning, Capitol Scientific | 1395-1L | Culture vessels |
Hardware – end caps for slotted steel Quantity: 10 |
Paulin, Home Depot | 142-612 | To cover sharp edges of slotted steel |
Hardware – eye hooks Quantity: 6 |
– | – | To secure bottles |
Hardware – metal corner braces (large) Imperial: 4" x 4" Metric: 10 cm x 10 cm Quantity: 8 |
– | – | Larger brackets to construct metal stand |
Hardware – metal corner braces (small) Imperial: 2 1/2" x 2 1/2" Metric: 6.4 cm x 6.4 cm Quantity: 6 |
– | – | Small brackets to connect bottle platforms to PVC pipe |
Hardware – metal corner gussets Imperial: 3" x 3" Metric: 7.6 cm x 7.6 cm Quantity: 6 |
Paulin, Home Depot | 142-616 | Flat brackets to construct metal stand |
Hardware – piano hinge Imperial: 36" Metric: 91 cm Quantity: 1 |
– | – | Connects two halves of PVC pipe |
Hardware – rivets Quantity: 40 |
– | – | To attach piano hinge to PVC tubing |
Hardware – set of bolts, nuts, washers Quantity: 60 |
– | – | Long thin bolts are required to secure bottle platforms around magentic stirrers |
Hardware – set of bolts, nuts, washers Quantity: 30 |
– | – | Larger shorter bolts are required to build the metal stand |
LED driver, constant voltage, 96W 24VDC UL Listed IP65 Driver Class 2 regulated power supply Quantity: 1 |
Magnitude Lighting, LED World | CVN96L24DC | Regulates power to the lights |
LED lights, Cinco Bright LED Flex Strip Quantity: 4 m roll |
EvenBright, LED World | FA128M57-4M-24V-X | Roll is trimmed into 4 x 1 m lengths and secured inside the PVC tube |
Light meter, handheld with submersible sperical probe Quantity: 1 |
LI-COR | LA-250A | Calibrate the reactors light intensity |
Light sensors Photosynthetic Light (PAR) Smart Sensor Quantity: 2 |
HOBO, Hoskin | S-LIA-M003 | Only one is required however two would be good practice in case one malfunctioned |
Magnetic stirrers (MIXdrive 1 XS) with external control units and power supply (MIXcontrol eco) Quantity: 3 |
2Mag, 2MAG USA | MF 40300 | Stirrers sit sandwiched in bottle platforms |
Metal plate Imperial: 24" x 8" Metric: 61 cm x 20.3 cm Quantity: 1 |
– | – | This is a surface on which to secure electronics, it is attached to the back of the reactor |
Pipe, white PVC Imperial: 6" diameter x 42" high Metric: 15.2 cm x 106.7 cm Quantity: 1 |
– | – | Cut lengthwise in two halves, used to house lights and bottles |
Plastic (HDPE) sheets Imperial: 4" x 4" x 1/4" Metric: 10 cm x 10 cm x 1 cm Quantity: 6 |
Inventables | 30291-01 | For bottle platforms which house magentic stirrers |
Rubber stoppers – GL45 size Quantity: 3 |
Duran, VWR | 76289-760 | Seals culture vessels |
Screw caps – with aperture and GL45 neck Quantity: 3 |
Corning, Capitol Scientific | 1395-45HTSC | Generates seal of culture vessels |
Slotted angle steel lengths Imperial: 1-1/2" X 48" x 0.074" Metric: 3.8 cm x 122 cm x 0.19 cm Quantity: 6 |
Paulin, Home Depot | 142-202 | Makes up the body of the metal stand |
Slotted flat steel lenghts Imperial: 1-3/8" x 48" x 0.074" Metric: 3.5 cm x 122 cm x 0.19 cm Quantity: 3 |
Paulin, Home Depot | 142-222 | Makes up the body of the metal stand |
Software – Easy Stand Alone (ESA) | https://www.dmxsoft.com/#apps | AKA LED control software | |
Software – Rigamo v3.1 | AKA data acquisition software | ||
Software – Storage Upgrade Tools (SUT) | https://store.dmxsoft.com// | ||
Stir bar Imperial: 1" x 5/16" Metric: 2.5 cm x 0.8 cm Quantity: 3 |
Fisherbrand | 14-513-59 | Stirs culture |
Switch box Quantity: 1 |
– | – | Turns power on/off to reactor |
Syringe, 10 mL Quantity: Multiple |
– | – | Optional if you wish to extract culture |
Tube adaptor fittings, plastic – Stopcock 1-way Quantity: 6 |
Masterflex, Cole Palmer | RK-12023-33 | Close/open culture vessel line |
Tube adaptor fittings, plastic – variety of male and female luer lock fittings Imperial: to fit 1/16" and 1/8" ID tubing Metric: to fit 1.59 mm and 3.18 mm tubing Quantity: Multiple packets |
Masterflex, Cole Palmer | RK-30800-16; RK-30800-18; RK-45518-26; RK-45501-00; RK-45501-04 | Many different combinations can achieve the same end result, best to order a variety of fittings |
Tube adaptor fittings, plastic – variety of straight connectors Imperial: to fit 1/16" and 1/8" ID tubing Metric: to fit 1.59 mm and 3.18 mm tubing Quantity: Multiple packets |
Masterflex, Cole Palmer | RK-40616-04 | Many different combinations can achieve the same end result, best to order a variety of fittings |
Tubing, flexible, transparent Imperial: ID=1/16", OD=1/8" Metric: ID = 1.59 mm, 0D = 3.18 mm Quantity: 4 m |
Masterflex, Cole Palmer | RK-06422-02 | Line from culture vessel to gas sensor |
Tubing, flexible, transparent Imperial: ID=1/8", OD=1/4" Metric: ID = 3.18 mm, 0D = 6.35 mm Quantity: 2 m |
Masterflex, Cole Palmer | RK-06422-05 | Gas sensor standard tubing size |
Tubing, rigid, transparent Imperial: ID=1/16", OD=1/8" Metric: ID = 1.59 mm, 0D = 3.18 mm Quantiy: 1 m |
Masterflex, Cole Palmer | RK-06605-27 | Spans rubber stopper allowing gas to exit |
Tubing, rigid, transparent Imperial: ID=1/8", OD=1/4" Metric: ID = 3.18 mm, 0D = 6.35 mm Quantity: 1 m |
Masterflex, Cole Palmer | RK-06605-30 | Spans rubber stopper allowing gas to exit |
Zip ties, small Quantity: 1 packet |
Secure tube fittings |