一种培养微藻的光生物反应器及其控制方法

本发明涉及微生物培养，具体的是一种培养微藻的光生物反应器及其控制方法。

背景技术：

1、微藻是一类能实现光能自养的单细胞藻类，能有效利用光能、co2和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，可以通过培养微藻生产药品、化妆品、保健品等产品，具有良好的经济效益。所以研制和开发新型高效的光生物反应器以及微藻的高密度培养是有必要的。

2、现有技术公开了公开号为cn 116554991 a的中国专利：一种光生物反应器及微藻培养方法，并公开了微纳曝气组件，通过旋转式微纳曝气盘来降低生成气泡的直径，强化气液传质效果，同时，配合叶轮的旋转搅拌作用，降低微藻在反应器内壁的黏附，并且气泡可起到进一步的冲刷作用，有效避免微藻黏壁带来的光线遮挡问题。

3、但是，上述的现有技术仍存在一定的缺陷，即在使用过程中，采用叶轮旋转搅拌的方式虽然能避免微藻黏壁带来的光线遮挡问题，但容易导致微藻局部过度集中，同样会造成光线遮挡的问题，且采用旋转式微纳曝气盘来降低生成气泡的直径，但多数气泡并未破裂，导致反应气体与微藻接触不充分。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种培养微藻的光生物反应器及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种培养微藻的光生物反应器，包括底架，所述底架顶部固定安装有托架，托架由下盘、上盘和固定连接上盘与下盘的连接杆组成，下盘呈贯穿式安装有呈环形均匀分布的多个排管和托管，且排管与托管交替分布，底架内侧对应每个排管的位置处固定设有防溅盘架；

4、所述上盘上对应每个托管的位置均设有用于推动培养液进行流动的循环流动机构，且呈对应设置的托管与循环流动机构之间设有培养管，培养管由外管和内管组成，外管内侧与内管外侧之间固定设有连接柱；

5、所述上盘与下盘之间设有用于驱动培养管进行切换位置的夹持换向机构和用于对培养管内部的微藻提供光照的光源机构，夹持换向机构由换向驱动部和管件夹持部组成；

6、所述底架与托架之间设有用于驱动培养管进行连续自转的转动机构，转动机构由转动驱动部和对接卡位部组成。

7、在一个优选地实施方式中，所述循环流动机构包括固定在上盘底部对应托管位置处的限位架和固定安装在上盘顶部对应托管位置处的气缸二，气缸二的伸缩端端部固定连接有与内管内径相适配的活塞。

8、在一个优选地实施方式中，所述管件夹持部包括固定在下盘顶部边缘位置的立柱和位于立柱顶部的环盘，环盘底部开设有环槽，且立柱顶端滑动连接于环槽内部，环盘内侧开设有与培养管对应的半圆槽，半圆槽内侧中部开设有弧形槽道；

9、所述弧形槽道内侧两端分别活动插接有弧板一和弧板二，且弧形槽道内侧两端均固定设有用于对所在端的弧板一以及弧板二进行限制的限制弧条，弧形槽道内侧中部转动安装有由伺服电机驱动转动的齿轮二，弧板一与弧板二相对端表面均固定设有与齿轮二相啮合的弧形齿条一，且弧板一与弧板二相背端内侧均固定设有夹块。

10、在一个优选地实施方式中，所述换向驱动部包括固定套接在连接杆外侧的托板，托板顶部固定安装有伺服马达，伺服马达的输出轴端部固定连接有齿轮三，环盘外侧对应托板的位置处固定设有与齿轮三相啮合的弧形齿条二。

11、在一个优选地实施方式中，所述光源机构包括罩框和安装在罩框内侧轴线位置处的灯管，罩框与下盘之间固定连接有柱脚，罩框外侧固定嵌装有与培养管对应的导光板，导光板内侧自上而下等距设有多个遮挡块；

12、所述罩框内侧对应导光板的位置固定设有u型架，u型架中部对应所在导光板上的透光区位置处固定嵌装有滤光片，滤光片由自上而下顺次设置的红、绿、蓝三色滤光单片组成，u型架两侧对应每个滤光单片的位置均固定安装有电动推杆，每个电动推杆的伸缩端端部均固定连接有l型遮板。

13、在一个优选地实施方式中，所述转动驱动部包括安装在底架内侧对应位灯管置处的驱动电机，驱动电机的输出轴端部固定连接有齿轮一，每个托管外侧均固定套设有与齿轮一相啮合的齿圈，托管通过轴承转动安装于下盘上，且每个托管外侧位于下盘上、下端面的位置均固定套设有限位环板。

14、在一个优选地实施方式中，所述对接卡位部包括固定安装在罩框底部的气缸一和固定套设于培养管外侧底端的环块，气缸一的伸缩端端部固定连接有升降盘，且罩框底端的柱脚活动贯穿升降盘，环块上贯穿开设有卡孔，培养管内侧对应环块的位置处转动安装有由伺服电机驱动的翻转盘；

15、所述对接卡位部还包括活动套设于托管外侧的套环，套环外侧开设有t型环槽，升降盘外侧对应套环的位置处固定设有滑动安装于t型环槽内部的t型卡板，套环顶部对应所在位置环块上的卡孔位置处固定设有卡筒，卡筒内部活动套接有贯穿套环的卡柱，且卡柱底端与对应托管外侧位于下盘上方的限位环板固定连接。

16、在一个优选地实施方式中，每个所述托管内侧均设有供气机构，供气机构包括固定设于托管内侧的堵头，堵头底端转动安装有固定在底架上的供气管，且堵头内侧开设有环形嵌槽，环形嵌槽内部活动嵌装有扩散盘和用于对扩散盘进行卡固的定位件。

17、在一个优选地实施方式中，所述定位件包括固定在环形嵌槽内侧的柱杆和贯穿设于扩散盘上的穿孔，且柱杆贯穿设于对应的穿孔内部，柱杆外侧贯穿开设有穿槽，柱杆顶部开设有与穿槽相连通的方槽，方槽内部活动穿设有方柱，方柱的两端分别固定连接有圆板和推块；

18、所述穿槽内部活动套接有两个梯形块和固定设于穿槽内侧中部的两个耳块，两个梯形块相对侧与耳块之间均固定连接有弹簧，推块两侧均开设有v型槽，且穿槽内侧对应v型槽的位置处设有弹性卡头。

19、本发明还提供了一种对上述的培养微藻的光生物反应器进行控制的方法，具体包括如下操作步骤：

20、s1、建立光生物反应器：向培养管内注入培养液和目标微藻的藻种，并将培养管置于托管上方，调整好光照强度和二氧化碳供应速度；

21、s2、启动培养：利用驱动电机驱动齿轮一转动，使培养管在齿轮一的带动下发生自转，同时，利用气缸二将活塞推入内管内，并在内管内部发生往复升降运动，使藻液在内管与外管之间往复流动；

22、s3、培养条件调控：采用光密度法来测定微藻培养过程中的生物量变化，并根据测定值来对不同色光的供应面以及二氧化碳供应速率进行调节；

23、s4、再培养：初培养完成后，利用翻转盘阻断培养管底端开口，并通过换向驱动部来驱动管件夹持部将培养管由托管处切换至排管处，排出藻液，随后注入新培养液，利用截留在托管内侧的初培藻液作为藻种进行再培养。

24、本发明的有益效果：

25、1、本发明通过利用驱动电机驱动齿轮一转动，使培养管在齿轮一的带动下发生自转，确保培养管内部各区域的微藻均能充分接受光源照射，同时，利用气缸二将活塞推入内管内，并在内管内部发生往复升降运动，使藻液在内管与外管之间往复流动，且配合遮挡块让培养管的受光区划分为多个明暗交替的区域，让流动的藻液反复在光暗区之间交替循环流动，形成闪光效应，促进微藻的光合作用，还能利用藻液往复流动的压力下将气泡挤破释放出二氧化碳，让微藻与二氧化碳充分接触，提高二氧化碳的利用率；

26、2、本发明通过将滤光片采用自上而下顺次设置的红、绿、蓝三色滤光单片组成，并通过电动推杆来推动对应的l型遮板对所在区域滤光片上的红、绿、蓝三色滤光单片的透光面进行独立调整，可以实现光照条件的精准调控；

27、3、本发明通过利用转动的齿轮二来驱动弧板一与弧板二上的弧形齿条一沿弧形槽道发生相背方向的运动，从而驱动弧板一与弧板二上安装夹块的一端伸出弧形槽道，完成对培养管的快速夹紧固定；

28、4、本发明在堵头内侧设置可拆卸安装的扩散盘，可以实现对扩散盘进行快速安装固定，方便后期进行清洗，且扩散盘的设置可以引导供送二氧化碳气体过程中的产生的气泡呈环形扩散至气孔区，并利用气孔区对将气泡挤破释放出二氧化碳与微藻充分接触。