[发明专利]监测密闭式光生物反应器中氧含量和微藻生理活性的系统

说明书

技术领域

本发明涉及光生物反应器领域，具体来说，本发明涉及一种监测密闭式光生物反应器中氧含量和微藻生理活性的系统。

背景技术

由于化石燃料属于不可再生能源，储量有限，且随着经济的发展对能源的需求越来越大，这直接推动科研人员加快了寻找替代能源的步伐。生物能源是各国政府聚焦的主要替代能源之一。单细胞微藻尽管结构简单，但与高等植物相比其转化太阳能为化学能的效率更高，且微藻生长速度快，单位面积的产量是高等植物的数倍，因此微藻已成为能源生物的研究热点。其中利用微藻产氢和利用微藻产油是近年来备受关注的领域。

从1970年代开始，利用微藻制备清洁能源氢气就备受关注。尽管氢气是微藻光合作用的副产物，但光合作用放出的氧气又会抑制氢气的产生。2000年美国加州大学伯克利分校的Melis教授提出了缺硫产氢的方法(Melis et al.，2000，Plant Physiology，122：127-136.)，即先高密度光合自养培养微藻(此时反应器中有氧)，然后限制硫的供给或直接将藻转移到缺硫的培养基中从而抑制光合放氧过程，创造无氧条件，促进微藻产氢。

中国发明专利CN 100355898C公布了一种海洋绿藻两步法生物光解水制氢方法，将海洋绿藻正常培养后，获得生物量，然后置于无硫海水中进行暗诱导创造无氧条件，再光照促进产氢。缺硫创造无氧条件产氢已成为近10年来国际上微藻产氢领域的主流研究方向(Burgess et al.，2011，Advances in Applied Microbiology，75：71-110.)。

目前几乎所有的生物反应器都配备了Clark氧电极测量反应器内部的溶解氧含量。但Clark氧电极必须要在反应器外壁上打孔，插入反应器内部与液体进行接触才能测量。Clark氧电极需要经常校准，由于在反应器内部难以校准，这就需要将它拆下来，因此反应器壁上的孔不能是永久固定的。一方面由于经常拆卸，在电极插入部位就容易造成漏气，这对于密闭式微藻产氢系统是非常不利的；另一方面当电极拿出来校准的过程中有可能染菌，进而造成反应器内部藻液的污染，大大影响微藻的培养速率和品质。

调制叶绿素荧光技术作为光合作用的有效探针，具有快速、可靠、非破坏性等特点(Papageorgiou GC，Govindjee.Chlorophyll a Fluorescence：a Signature of Photosynthesis.Dordrecht：Springer；2004.)。Masojídek等利用调制叶绿素荧光仪PAM 101-103检测了管式光生物反应器中螺旋藻的生理活性(Masoiídek et al.，2003，Journal of Applied Phycology，15：239-248.)。美国专利US 7299785 B2提出了利用便携式调制叶绿素荧光仪PAM-2000监测的光生物反应器中产氢微藻的叶绿素荧光参数的变化来判断微藻是否合成氢酶启动产氢过程的方法。上述应用都是将调制叶绿素荧光仪的光纤对准反应器的外壁，对反应器内部的微藻光合作用进行测量。但无论PAM 101-103还是PAM-2000，其测量数据是完全独立的，不能与其它监测传感器集成控制，数据也需要单独分析，这极大限制了该技术的应用。同时，一台PAM 101-103或一台PAM-2000一次只能监测一个反应器的数据，如果要监测多个反应器，需要重复购置多套PAM 101-103或PAM-2000，价格非常昂贵，不适合生产上大规模使用。此外，在美国专利US 7299785 B2的实验过程中对反应器内部氧的测量仍采用了插入式Clark氧电极测量，既容易漏气也容易造成污染。

综上，目前急需一种既能够不插入反应器内就监测密闭式光生物反应器中氧含量和叶绿素荧光参数变化，又支持多通道同时测量的集成系统，来同时监测多个光生物反应器内部微藻培养液的氧含量和叶绿素荧光参数变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触式在线监测系统，对密闭式光生物反应器中的氧含量和微藻生理活性进行在线监测。

为解决上述技术问题，本发明提供一种监测密闭式光生物反应器中氧含量和微藻生理活性的系统，包括：

一个或多个监测子系统，用于监测所述氧含量和所述微藻生理活性的数据；

数据采集器，与一个或多个所述监测子系统相连接，用于采集所述监测子系统传送回来的数据信号；

电脑客户端，与所述数据采集器相连接，用于显示监测结果。

可选地，所述系统还包括：