一种硅藻固碳造氧的光合作用调控装置

本技术属于生物实验设备，具体涉及一种硅藻固碳造氧的光合作用调控装置。

背景技术：

1、硅藻是一种能够进行光合作用的生物，它能通过一系列的化学反应将光能转化为化学能，并在这个过程中释放出氧气。硅藻造氧的速率与其曝光在光照下的时间、co2浓度、硅藻种类等因素有关。具体来说，硅藻通过吸收光能激发其内部的色素分子，这些色素分子会将光子转化为化学能，并将其传递给叶绿素分子。叶绿素分子则将化学能转化为电子，这些电子被传递到光合作用电子传递链中，并最终被用来还原二氧化碳为有机物质。在这个过程中，硅藻释放出的氧气是由水分子中释放出的氧原子和电子组合而成的。硅藻的光合作用与其他植物的光合作用基本相同，但其藻壳的特殊结构使得其具有更高的光合效率。硅藻藻壳中的孔隙结构可以让光线更加均匀地穿透进去，并且有效地减少了光能的反射和散失。这种特殊的结构同时也使得硅藻藻壳能够充当一种光学透镜，将光线聚焦在叶绿素分子上，从而提高了其光合效率。此外，硅藻的藻壳由硅酸盐构成，具有较高的硬度和稳定性，可以保护细胞免受外界的物理和化学损伤，确保其持久地进行光合作用。据研究，硅藻的光合效率可达到其他植物的两倍以上。

2、要将硅藻的光合作用潜力充分发挥，实现固碳造氧的目标，就需要对其生态环境进行精准调控。而传统的方法往往无法实现这种高度精准的调控，因此需要创造一种先进的调控装置和方法。

3、为了解决以上问题，提出本实用新型。

技术实现思路

1、本实用新型第一方面公开了一种硅藻固碳造氧的光合作用调控装置，所述装置包括：

2、透光硅藻培养室1，二氧化碳气源2，光源3；

3、其中，所述透光硅藻培养室1上部设置有二氧化碳入口；

4、所述二氧化碳气源2和所述有二氧化碳入口之间通过二氧化碳入口管道5连通，所述二氧化碳入口管道5上设有阀门6；

5、所述光源3位于所述透光硅藻培养室1外部用于向所述透光硅藻培养室1内提供光照；

6、所述透光硅藻培养室1上方连通有空气入口管道7，所述空气入口管道7上设有气泵8；

7、所述透光硅藻培养室1上部设有排气口12；

8、所述透光硅藻培养室1上部设有注入口13，用于向所述透光硅藻培养室1内注入硅藻和/或硅藻培养液。

9、上部包括正上部和斜上部。

10、优选地，所述装置还包括：原位观察设备4；

11、所述透光硅藻培养室1上设有观察口11，所述原位观察设备4位于所述观察口11上方，用于观察所述透光硅藻培养室1内的硅藻。

12、优选地，所述空气入口管道7和所述排气口12分别位于所述透光硅藻培养室1的两端。

13、优选地，所述透光硅藻培养室1的主体部分14为长条状，所述透光硅藻培养室1具有相对所述主体部分向上凸出的第一凸出部15、第二凸出部16和第三凸出部17；

14、所述第一凸出部15的顶端开口为所述注入口13；

15、所述第二凸出部16的顶端开口为所述观察口11；

16、所述第三凸出部17的顶端开口为所述排气口12。

17、优选地，所述阀门6为电控气阀。

18、优选地，所述装置还包括控制系统、设于所述二氧化碳入口的第一气体传感器18和设于所述排气口12的第二气体传感器19；

19、所述控制系统用于根据第一气体传感器18和第二气体传感器19的结果监测所述透光硅藻培养室1内二氧化碳的浓度，并自动调节所述阀门6和/或所述气泵8的开闭状态，以保持所述透光硅藻培养室1内二氧化碳的浓度在设定范围内。

20、第一气体传感器18用于监测所述透光硅藻培养室1二氧化碳入口处二氧化碳和氧气的浓度。

21、第二气体传感器19用于监测所述透光硅藻培养室1排气口处二氧化碳和氧气的浓度。

22、优选地，所述装置还包括控制系统和光照传感器；

23、所述光照传感器用于实时监测所述透光硅藻培养室1中的光照强度；

24、所述控制系统用于根据所述光照传感器的数据调节所述光源3的亮度和/或颜色。

25、优选地，本实用新型还包括定时装置，用于感知时间，并根据白天和夜晚的时段切换光源3的光照模式。

26、优选地，所述第一气体传感器18和第二气体传感器19共同连接到反馈设备，以反馈实时气体浓度。

27、反馈设备可以为显示屏、报警器或其他通信设备。

28、优选地，所述原位观察设备4包括：显微镜、实时监测和显示记录装置。

29、优选地，所述二氧化碳入口处和空气入口管道7处设置有气液混合设备9，以使得进入所述透光硅藻培养室1的空气和二氧化碳能和所述透光硅藻培养室1内的培养液充分混合。

30、优选地，所述透光硅藻培养室1的底部设置有排出口10。

31、发明人在实现本实用新型的过程中，发现传统的硅藻生长和观察系统存在一些技术问题和不足：

32、①手动调节方式：传统的光合作用调控系统通常采用手动调节阀门的方式来控制二氧化碳的供给量和光照的强度。这种方式需要人工干预和调整，容易出现人为误差且不稳定性，无法精确控制二氧化碳的浓度、供给量以及光照强度。传统的光合作用调控系统无法实现对二氧化碳和光照强度的精确控制，导致二氧化碳浓度和光照强度的不稳定性和波动性，影响硅藻的光合作用效率。

33、②缺乏自动感知和调节功能：传统系统没有内置的气体传感器和自动控制装置，无法实时感知环境中的二氧化碳浓度变化并进行自动调节。这导致了二氧化碳供给的不稳定性，影响了硅藻的生长和光合作用效率。传统系统无法自动感知环境中二氧化碳浓度的变化并进行相应的调节，需要人工干预和调整，效率低下。

34、③缺乏实时监测和反馈机制：传统系统缺乏实时监测二氧化碳供给的机制，无法准确了解二氧化碳浓度的变化情况。因此，在出现问题或异常情况时，操作人员难以及时采取措施进行调整和修正。

35、④缺少硅藻实时观察和检测功能：传统的观察装置无法在一定条件下让硅藻生长时，做到同时连续实时地观察硅藻的生长和形态变化，无法及时对硅藻的生长状态进行把握和调整。

36、本技术通过改进硅藻生长条件、提高光照效率、优化co2供给和氧气收集技术、设置硅藻原位观察设备方面的创新，克服了上述技术问题，提高系统的效率和可行性。具体的，本技术通过对硅藻的光合作用进行调控，精准地调整二氧化碳供给、光照强度等关键因素，使硅藻的光合作用达到最优状态。通过先进的传感技术，本技术可以实时监测硅藻的生长状态和光合效率，从而使得调控更加精准、高效。同时，通过原位观察设备，能够深入了解硅藻的生态特性，为未来的研究提供了丰富的数据和实践基础。

37、优选的技术方案中，本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

38、硅藻固碳造氧的光合作用调控装置通过解决传统二氧化碳供给和光照调节系统存在的技术问题，克服传统观察装置存在的技术问题，实现了以下技术效果：

39、1、精确控制二氧化碳供给：传统系统无法精确控制二氧化碳的供给量，而本技术通过气体传感器和电控气阀的组合，可以实时感知和调节二氧化碳浓度，从而实现对二氧化碳供给的精确控制。这种精确控制能够确保硅藻在光合作用过程中充分利用二氧化碳，提高光合作用效率。

40、2、精确的光照调节：利用高精度光照传感器，系统实时监测光照强度，并通过控制系统智能调节光源的亮度。这种智能调节确保了硅藻在不同时段得到最适宜的光照，进而提高光合作用效率，硅藻生长更快。因此，本技术的光照传感器和控制系统组成的光源调节系统能够智能感知环境光照的变化，实现快速调节，适应环境变化。

41、3、自动感知和调节功能：引入了气体传感器和自动化控制系统，能够实时感知环境中的二氧化碳浓度，并自动调节电控气阀的开闭状态。这种自动感知和调节功能消除了传统系统中人工干预和调整的需求，提高了供气的准确性和稳定性。

42、4、实时监测和反馈机制：传统系统缺乏实时监测和反馈机制，而本技术通过气体传感器和控制系统的结合，实现了对二氧化碳浓度的实时监测和反馈。操作人员可以通过控制系统的显示设备例如显示屏或其他通信设备，实时了解二氧化碳浓度的变化情况，从而能够及时采取调整和修正措施，保持系统的稳定运行；并且能够实现对硅藻的实时观测和追踪，通过将显微镜直接集成在硅藻生物培养室中，实现了对硅藻生长过程的连续观测和追踪，避免了中断和延迟。

43、5、高分辨率观测：本技术配备了高分辨率的硅藻原位观察显微镜，能够捕捉到硅藻生长过程中微小的细节。这种高分辨率观测能力使研究人员能够更准确地观察和分析硅藻的形态特征、细胞结构以及其他相关参数。

44、6、实时数据记录和显示：本技术配备了实时检测和显示记录装置，能够实时记录硅藻的生长状态并显示相应的数据。操作人员可以通过装置的显示屏观察硅藻的实时图像、生长曲线和相关参数。这种实时数据记录和显示的功能使操作人员能够及时了解硅藻的生长情况，做出调整和决策。

45、7、数据处理和分析：本技术配备了数据处理和分析系统，能够对从实时检测和显示记录装置获取的硅藻数据进行处理和分析。通过图像处理和分析算法，装置能够提取硅藻的生长参数、形态特征等信息。这些信息可以用于生成生长曲线、统计分析和趋势预测，为研究人员提供了准确、全面的数据支持。

46、8、省时高效：相比传统的手工观测方法，本技术的硅藻原位观察设备省去了取样和移动样本的步骤，提高了观测效率。同时，原位观察设备的实时数据记录和自动化处理功能，减少了人工处理数据的工作量，节省了时间和人力成本。