FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)
——光氧細(xì)菌和藻類培養(yǎng)與狀態(tài)在線監(jiān)測的完美結(jié)合
光養(yǎng)生物反應(yīng)器是指用于培養(yǎng)藻類、光養(yǎng)細(xì)菌等的技術(shù)系統(tǒng)，一般由培養(yǎng)系統(tǒng)（如光、培養(yǎng)容器、溫度控制等）和監(jiān)測系統(tǒng)（如PH值等）組成，可分為開放式和封閉式。廣泛應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域如食品、水產(chǎn)養(yǎng)殖、營養(yǎng)保健制劑、醫(yī)藥如抗體及抗腫瘤藥物等，生態(tài)環(huán)境工程領(lǐng)域如水體生態(tài)修復(fù)、CO2吸收、污水處理如重金屬吸收等，能源領(lǐng)域如微藻生物柴油等。同時(shí)，隨著碳排放的增加，海洋藻類對變化的響應(yīng)也逐漸成為光養(yǎng)生物反應(yīng)器應(yīng)用的重要領(lǐng)域。
FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)將生物反應(yīng)器與監(jiān)測儀器獨(dú)特地結(jié)合在一起，用于淡水、海水藻類和藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）等的模塊化精確光照培養(yǎng)與生理監(jiān)測。
FMT150可以通過控制單元（包括電腦與預(yù)裝軟件，軟件分為基本版與版）中用戶自定義程序動(dòng)態(tài)自動(dòng)改變培養(yǎng)條件并實(shí)時(shí)在線監(jiān)測培養(yǎng)條件與測量參數(shù)。光強(qiáng)、光質(zhì)、溫度和通入氣體的組分與流速都可以精確調(diào)控。加裝恒濁和恒化模塊后還可以調(diào)控培養(yǎng)基的pH值和濁度。FMT150可連接多達(dá)7個(gè)蠕動(dòng)泵進(jìn)行不同恒化與pH條件培養(yǎng)。培養(yǎng)條件可以根據(jù)用戶自定義方案動(dòng)態(tài)變化，既可以進(jìn)行恒定條件下的培養(yǎng)，也可以一定的周期自動(dòng)變化?？刂茊卧赏瑫r(shí)控制多臺FMT150進(jìn)行同步實(shí)驗(yàn)，保證不同處理實(shí)驗(yàn)間的一致性。
儀器內(nèi)置雙調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x和光密度計(jì)等。培養(yǎng)藻類的生長狀況由光密度計(jì)測定OD680和OD720實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可以通過OD值監(jiān)測相對葉綠素濃度。葉綠素?zé)晒鈨x實(shí)時(shí)監(jiān)測Ft并可測定F0、Fm、Fm′和QY來反映培養(yǎng)藻類的光合生理狀態(tài)。
應(yīng)用領(lǐng)域：
1. 環(huán)境科學(xué)與環(huán)境工程——藻類的利用與有害控制
用于水體中水華和赤潮現(xiàn)象的模擬、預(yù)警防治研究，水體污染治理與生態(tài)修復(fù)研究如利用藻類進(jìn)行水體重金屬污染及面源污染的消納研究等，大氣污染生態(tài)修復(fù)研究如利用藻類對污染排放進(jìn)行吸收的研究等，及利用藻類吸收大氣二氧化碳的研究等等。
2. 生態(tài)學(xué)與生態(tài)工程
海洋初級生產(chǎn)力研究，海洋碳循環(huán)，浮游植物等光養(yǎng)生物生理生態(tài)研究，藻類對變化的響應(yīng)機(jī)制，生物圈模擬研究，水體生態(tài)修復(fù)研究等。
3. 生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程
用于藻類保健營養(yǎng)品的開發(fā)研究，藻類轉(zhuǎn)基因抗腫瘤藥物的開發(fā)研究，水產(chǎn)養(yǎng)殖藻類培養(yǎng)等等。
4. 生物能源開發(fā)——向藻類要能源
地球上的石油、煤炭等常規(guī)能源面臨資源枯竭及環(huán)境污染、溫室氣體排放等嚴(yán)重問題，用玉米等糧食進(jìn)行生物柴油的開發(fā)一度引起的糧食危機(jī)，目前國際上已將生物柴油的開發(fā)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向藻類，藻類獨(dú)居植物產(chǎn)油率榜首。FMT150已成為歐美用于藻類生物能源培養(yǎng)研究的熱門設(shè)備。
主要特點(diǎn)：
® 內(nèi)置雙調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，實(shí)時(shí)監(jiān)測培養(yǎng)藻類的生理狀況，測量記錄熒光參數(shù)Ft，F(xiàn)m，QY等
® 內(nèi)置光密度計(jì)，測量OD680和OD720，經(jīng)過校準(zhǔn)可計(jì)算生物量（藻類細(xì)胞數(shù)量）、葉綠素濃度
® 配備氣泡阻斷閥和氣泡加濕器，使熒光和OD值的測定更加精確
® 可同時(shí)測量監(jiān)測溫度、pH值、溶解氧等多種參數(shù)
® 精確控制溫度、光質(zhì)、光強(qiáng)、培養(yǎng)周期等，并可進(jìn)行恒化或恒濁培養(yǎng)
® 培養(yǎng)容器使用高強(qiáng)度耐熱耐腐蝕材料，可進(jìn)行高溫滅菌
® 光化學(xué)光強(qiáng)度達(dá)1500 umol photons m-2 s-1（藍(lán)綠藻培養(yǎng)正常光強(qiáng)為90 umol photons m-2 s-1），可升級達(dá)3000 umol photons m-2 s-1，光質(zhì)可根據(jù)用戶需求在紅光、藍(lán)光、白光中選擇單色光或雙色光，擴(kuò)展光源中還可以加入紅外光
® 氣流速率、CO2及O2濃度可精確控制（備選）
® 可通過專用的電腦軟件實(shí)現(xiàn)外部控制、數(shù)據(jù)監(jiān)測和保存，操作簡單
技術(shù)參數(shù)指標(biāo)
1. 測量參數(shù)：
葉綠素?zé)晒鈪?shù)：暗適應(yīng)條件下F0, Fm, Fv(Fm-F0), QY(Fv/Fm)
光適應(yīng)條件下Ft, Fm‘, Fv‘(Fm‘-Ft), QY(ΦPSII即量子產(chǎn)額)
溫度、光密度（OD680和OD720）、pH、溶解氧、溶解CO2（溶解氧和溶解CO2為備選）
2. 調(diào)控環(huán)境參數(shù)：溫度、光強(qiáng)、通氣速度、通入氣體組分與含量（需選配GMS高精度氣體混合系統(tǒng)）、恒化（恒定pH）培養(yǎng)與恒濁（恒定OD）培養(yǎng)（需選配相應(yīng)的蠕動(dòng)泵模塊），所有參數(shù)都可以同步控制。
3. 容積：400 ml/1000 ml/3000ml可選
4. 溫度精確控制范圍：400 ml/1000 ml標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)容器15 - 55℃，3000ml標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)容器18 - 55℃， 400 ml增強(qiáng)培養(yǎng)容器0 - 70℃，1000 ml增強(qiáng)培養(yǎng)容器10 - 70℃，3000 ml增強(qiáng)培養(yǎng)容器15 - 70℃（實(shí)際控溫效果與環(huán)境溫度有關(guān)）
5. 控溫系統(tǒng)：2個(gè)200 W珀耳帖元件
6. 雙顯示：主機(jī)控制顯示和外部控制單元實(shí)時(shí)顯示
7. LED光源：
標(biāo)準(zhǔn)配制：紅光、藍(lán)光或白光、紅光雙色光源，可選白光、藍(lán)光雙色光源或白、藍(lán)、紅單色光源
光強(qiáng)：1500 umol (photons).m-2.s-1 PAR（藍(lán)光750/紅光750；白光750/紅光750；可選白光1500，藍(lán)光1500，紅光1500，白光750/藍(lán)光750）
可升級至3000 umol (photons).m-2.s-1 PAR（藍(lán)光1500/紅光1500；白光1500/紅光1500；白光或藍(lán)光單色3000）
8. 外部擴(kuò)展光源（備選，用于不同有機(jī)體培養(yǎng)或者高光強(qiáng)脅迫）：單色光、單色光+紅外（850 nm，用于產(chǎn)氫藻類、紫硫細(xì)菌培養(yǎng)）、雙色光
9. 光密度測量：通過兩個(gè) IR LEDs (720nm, 680 nm)實(shí)時(shí)測量OD
10. 檢測器：PIN光敏二極管、665 nm-750nm濾波器
11. 傳感器：pH/溫度傳感器、溶解氧傳感器（備選）、溶解CO2傳感器（備選）
12. GMS高精度氣體混合系統(tǒng)（備選）：可控制氣體流速和成分，標(biāo)配為控制氮?dú)?空氣和二氧化碳，氣源需用戶自備
13. 選配Oxzala 差分式O2/CO2通量監(jiān)測系統(tǒng)，在線雙通道監(jiān)測進(jìn)氣口和出氣口O2和CO2：
a) 高精度差分式氧氣分析儀，雙燃料電池技術(shù)，雙通道差分測量，測量范圍0-，精確度0.1%，分辨率0.0001%；溫度補(bǔ)償、氣壓補(bǔ)償，氣壓分辨率0.0001kPa，顯示屏同時(shí)顯示通道1O2濃度、通道2O2濃度、通道3ΔO2、通道4氣壓
b) 雙通道CO2分析儀，單光束雙波長紅外技術(shù)，測量范圍0-1000ppm，可選配0-2000ppm，精確度優(yōu)于1.5%，差分測量可達(dá)0.3-0.5ppm，自動(dòng)溫度補(bǔ)償、自定義壓力及相對濕度補(bǔ)償，分辨率1ppm，雙通道數(shù)據(jù)采集顯示器，LCD背光顯示屏，可顯示雙通道CO2濃度及變化曲線
14. 恒濁培養(yǎng)模塊（可選）：包含一個(gè)蠕動(dòng)泵pp500和內(nèi)置支持控制軟件，通過檢測光密度（OD680或OD720），蠕動(dòng)泵自動(dòng)補(bǔ)充培養(yǎng)基實(shí)現(xiàn)恒濁培養(yǎng)
15. 恒化培養(yǎng)模塊（可選）：包含2個(gè)蠕動(dòng)泵pp500和內(nèi)置支持控制軟件，通過檢測pH，2個(gè)蠕動(dòng)泵分別自動(dòng)補(bǔ)充酸液或堿液實(shí)現(xiàn)恒化培養(yǎng)
16. pH穩(wěn)定/恒濁模塊（可選）：包含1個(gè)帶氣體閥的蠕動(dòng)泵pp550和內(nèi)置支持控制軟件，可以進(jìn)行恒濁培養(yǎng)，同時(shí)通過調(diào)節(jié)通入培養(yǎng)基的CO2氣流流速來實(shí)現(xiàn)pH穩(wěn)定調(diào)控，CO2氣源需用戶自備
17. 額外蠕動(dòng)泵（可選）：多可同時(shí)控制8個(gè)蠕動(dòng)泵
18. 其他備選部件：磁力攪拌器（用于無氧狀態(tài)培養(yǎng)）、氣體分析系統(tǒng)（測定CO2）、PWM泵（用于控制氣體或液體流速，可以為培養(yǎng)液通氣，也可用于無氧狀態(tài)下代替磁力攪拌混勻藻液）
19. 外部控制電腦：包括專用電腦和RCM軟件，對一到多臺反應(yīng)器進(jìn)行外部同步控制和數(shù)據(jù)采集，所有測量數(shù)據(jù)都可以實(shí)時(shí)圖形化顯示
20. 軟件功能：
|
基礎(chǔ)版 |
版 |
|
l 在線軟件升級 l 附件（如pH電極）校準(zhǔn) l 修改實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)程序 l 電腦重啟后恢復(fù)實(shí)驗(yàn) l 記錄傳感器原始數(shù)據(jù) l 記錄用戶/系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)事件 l 導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到Excel l 實(shí)驗(yàn)記錄過濾 l 用戶及權(quán)限管理 l 支持OD調(diào)控（恒濁）程序 l 支持pH調(diào)控（恒化）程序 l 支持外部擴(kuò)展光源調(diào)控程序 l 支持PWM泵或磁力攪拌程序 l Ft/Qy測量 |
l 包含基礎(chǔ)版所有功能 l Email通知 l 允許發(fā)送低級設(shè)備命令 l 支持修改程序腳本 l 可在程序內(nèi)設(shè)置單獨(dú)的測量周期 l 導(dǎo)入以前的實(shí)驗(yàn) l 預(yù)訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 l 監(jiān)測并通知附件（如pH電極）值域 l 用戶自定義實(shí)驗(yàn)圖數(shù)據(jù)系列 l 實(shí)驗(yàn)圖數(shù)據(jù)回歸分析 l 支持氣體分析系統(tǒng) l 支持氣體混合系統(tǒng) l 控制額外的蠕動(dòng)泵 |
|
21. 控光模式：光質(zhì)和光強(qiáng)均可通過軟件按用戶編制的程序自行動(dòng)態(tài)變化，可模擬自然日照周期、云遮擋造成的光強(qiáng)光質(zhì)變化等光節(jié)律變化
22. 控溫模式：溫度可通過軟件按用戶編制的程序自行動(dòng)態(tài)變化，可模擬自然溫度日變化、溫度周期性驟升或驟降等
23. Bios：可升級固件
24. 數(shù)據(jù)傳輸：RS-232串口接口或USB接口
25. 遠(yuǎn)程控制：可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)下載（需配備固定IP）
26. 材料：防火耐熱玻璃、飛機(jī)專用杜拉鋁合金、不銹鋼、硅化墊圈
27. 尺寸：400ml，42 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：15.5kg；1000ml，42 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：17.5kg；3000ml，50 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：28kg
28. 供電電壓：90-240V
29. 可根據(jù)用戶需求定制25升等各種大型光養(yǎng)生物反應(yīng)器
產(chǎn)地：歐洲
參考文獻(xiàn)：
1. The nitrogen costs of photosynthesis in a diatom under current and future pCO2, G Li, et al. 2015, New Phytologist, 205(2): 533-543
2. A dynamic growth model of Dunaliella salina: Parameter identification and profile likelihood analysis, M Fachet, et al. 2014, Bioresource Technology, 173: 21-31
3. Effects of light and circadian clock on growth and chlorophyll accumulation of Nannochloropsis gaditana, R Braun, et al. 2014, Journal of Phycology, 50(3): 515-525
4. Ultradian metabolic rhythm in the diazotrophic cyanobacterium Cyanothece sp. ATCC 51142, J ®erveny, et al. 2013, PNAS, 110(32): 13210-13215
5. Temperature-dependent growth rate and photosynthetic performance of Antarctic symbiotic alga Trebouxia sp. cultivated in a bioreactor, K Balarinová, et al. 2013, Czech polar reports, 3 (1): 19-27
6. Rising CO2 Interacts with Growth Light and Growth Rate to Alter Photosystem II Photoinactivation of the Coastal Diatom Thalassiosira pseudonana, Gang Li, et al. 2013, PLOS ONE, 8(1)
7. Photosystem II protein clearance and FtsH function in the diatom Thalassiosira pseudonana, DA Campbell, et al. 2013, Photosynthesis Research, 115(1): 43-54
8. Photosynthetic efficiency and oxygen evolution of Chlamydomonas reinhardtii under continuous and flashing light, C Vejrazka, et al. 2013, Applied Microbiology and Biotechnology, 97(4): 1523-1532
9. Natural variants of Photosystem II subunit D1 tune photochemical fitness to solar intensity, DJ Vinyard, et al. 2013, Journal of Biological Chemistry, 288: 5451-5462
10. The mTERF protein MOC1 terminates mitochondrial DNA transcription in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii, et al. 2013, Nucleic Acids Research, 1-15
11. Phycobilisome Antenna Deletion in a Cyanobacterium does Not Improve Photosynthetic Energy Conversion Efficiency or Productivity in a Bench-Scale Photobioreactor System, LE Page, et al. 2013, Research for Food, Fuel and the Future
12. Phycobilisome antenna truncation reduces photoautotrophic productivity in Synechocystis sp. PCC 6803, a cyanobacterium, LE Page, et al. 2012, Applied and Environmental Microbiology, 79(19)
13. Elevated Carbon Dioxide Differentially Alters The Photophysiology Of Thalassiosira Pseudonana (Bacillariophyceae) And Emiliania Huxleyi (Haptophyta), McCarthy A. et al. 2012, J. Phycol., 48: 635–646
14. Photosynthetic Ef®ciency of Chlamydomo Reinhardtii in Attenuated, Flashing Light, Vejrazka C. et al. 2012, Biotechnology and Bioengineering
15. Genetic Analysis of the Hox Hydrogenase in the Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 Reveals Subunit Roles in Association, Assembly, Maturation, and Function, C Eckert. et al. 2012, The Journal of Biological Chemistry, 287: 43502-43515.
16. Reduction of Photoautotrophic Productivity in the Cyanobacterium Synechocystis sp. Strain PCC 6803 by Phycobilisome Antenna Truncation, Page L. E. et al. 2012, Appl. Environ. Microbiol. 78(17): 6349-6351
17. Growth of oil accumulating microalga Neochloris oleoabundans under alkaline–saline conditions, Santos A.M. et al. 2012, Bioresource Technology, 104:593-599
18. On the dynamics and constraints of batch culture growth of the cyanobacterium Cyanothece sp. ATCC 51142, Sinetova M.A. et al. 2012, Journal of Biotechnology
19. Modelling and simulation of photosynthetic microorganism growth: Random walk vs. Finite difference method, Papá®ek S. et al. 2012, Mathematics and Computers in Simulation, 82(10): 2022-2032
20. Photosynthetic Ef®ciency of Chlamydomonas reinhardtii in Flashing Light, Vejrazka C. et al. 2011, Biotechnology and Bioengineering, 108(12):2905-2913
21. A revised mineral nutrient supplement increases biomass and growth rate in Chlamydomonas reinhardtii, Kropat J. et al. 2011, The Plant Journal, 66:770-780
22. The Selectivity of Milking of Dunaliella salina, Kleinegris D. et al. 2010, Mar Biotechnol, 12:14-23
23. Experimental validation of a nonequilibrium model of CO2 ®uxes between gas, liquid medium, and algae in a ®at-panel photobioreactor, Nedbal L. et al. 2010, J Ind Microbiol Biotechnol, 37: 1319-1326
24. Metabolic rhythms of the cyanobacterium Cyanothece sp. ATCC 51142 correlate with modeled dynamics of circadian clock, J ®erveny, L Nedbal, 2009, Journal of Biological Rhythms, 24(4): 295-303
25. Photobioreactor for cultivation and real-time,in-situ measurement of O2 and CO2 exchange rates, growth dynamics, and of chlorophyll ®uorescence emission of photoautotrophic microorganisms, J ®erveny, et al. 2009, Eng. Life Sci. 9(3): 247-253
26. A photobioreactor system for precision cultivation of photoautotrophic microorganisms and for high-content analysis of suspension dynamics, L Nedbal, et al. 2008, Biotechnology and Bioengineering, 100(5): 902-910
