本申請涉及光生物反應器和及應用該光生物反應器的光生物反應器曝氣方法。

背景技術：

1、目前的光生物反應器，通常是使用恒定氣源供氣，導致流體流場單一，流體流動模式穩(wěn)定，進而導致有流體低速區(qū)的產生。低速區(qū)域會導致培養(yǎng)的細胞無法在反應容器中移動，當培養(yǎng)濃度較高時，由于照明光的強度隨著距離而下降，停留在流體低速區(qū)的部分細胞無法進行有效的光合作用，導致生產效率降低，甚至導致細胞死亡從而污染整個培養(yǎng)體系。并且，若低速區(qū)位于反應容器的側壁，則可能沉積附著到側壁上，一方面可能遮擋照明光源，另一方面，殘留的物質會污染反應容器。

技術實現思路

1、本申請一方面提供一種光生物反應器，其包括：

2、溶液槽，用于盛放培養(yǎng)液；

3、供氣模組，至少部分設置于所述溶液槽中，用于向所述培養(yǎng)液中分別釋放渦環(huán)氣泡和小氣泡；

4、監(jiān)測模組，包括ph值傳感器和光學傳感器，所述ph值傳感器設置于所述溶液槽內，用于監(jiān)測所述培養(yǎng)液的ph值以獲取ph值信號；所述光學傳感器設置于所述溶液槽的側壁，用于監(jiān)測所述側壁的壁面以獲取沉積信號；

5、控制模組，與所述監(jiān)測模組和所述供氣模組電連接，所述控制模組用于接收所述ph值信號和所述沉積信號，并用于控制所述供氣模組釋放所述渦環(huán)氣泡或者所述小氣泡。

6、本申請實施例提供的光生物反應器，通過設置供氣模組可以釋放渦環(huán)氣泡，可以充分攪拌溶液槽中的培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)液中的生物細胞充分流動，從而提高外部的照明光對生物細胞的光照的均勻性，并且可以避免培養(yǎng)液中的生物細胞沉積在溶液槽的側壁上，導致污染溶液槽。通過設置供氣模組可以釋放小氣泡，可以為培養(yǎng)液中的生物細胞提供生存所需的氣體，例如氧氣和二氧化碳，并且由于小氣泡的比表面積相對更大，因此可以與培養(yǎng)液充分接觸，此外，當二氧化碳溶解在培養(yǎng)液中后，還可以調節(jié)培養(yǎng)液的ph值，從而使培養(yǎng)液維持在適合生物細胞生長的ph值，有利于提高生產效率。通過設置控制模組和監(jiān)測模組，可以實時獲取溶液槽內的ph值和溶液槽側壁上生物細胞的沉積狀況，從而控制供氣模組釋放渦環(huán)氣泡和小氣泡，可以調整渦環(huán)氣泡和小氣泡的曝氣時間和曝氣量，從而提高生物細胞的培養(yǎng)效率。

7、在一實施例中，所述供氣模組包括渦環(huán)發(fā)生裝置，所述渦環(huán)發(fā)生裝置包括：

8、頂壁，所述頂壁上開設有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔用于排出所述渦環(huán)氣泡，所述第二通孔用于排出所述小氣泡；

9、腔體壁，所述腔體壁在所述頂壁的一側圍繞設置以與所述頂壁共同構成一氣體腔；所述腔體壁上開設有第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口和所述第一通孔通過所述氣體腔連通；所述第二進氣口與所述第二通孔通過一連通管連通，并與所述氣體腔隔離；以及

10、虹吸擋板，容置于所述氣體腔中，所述虹吸擋板圍繞所述第一通孔設置以構成一加速腔。

11、在一實施例中，所述頂壁遠離所述腔體壁的一側包括擴散表面，所述擴散表面朝向靠近所述氣體腔的一側凹陷，所述第一通孔位于所述擴散表面凹陷的底端。

12、在一實施例中，所述頂壁的周圍還設置有支撐結構，所述支撐結構與所述側壁抵頂以固定所述渦環(huán)發(fā)生裝置在所述溶液槽中的位置。

13、在一實施例中，所述供氣模組還包括進氣模塊；所述進氣模塊包括第一進氣管、第二進氣管和氣閥；所述第一進氣管與所述第一進氣口連通，所述第二進氣管和所述第二進氣口連通；所述氣閥用于控制所述第一進氣管和所述第二進氣管的通斷和進氣量。

14、在一實施例中，所述供氣模組還包括氣罐，所述氣罐與所述第一進氣管和所述第二進氣管連通，所述氣罐用于存儲氣體，并用于向所述渦環(huán)發(fā)生裝置提供所述氣體。

15、在一實施例中，所述控制模組包括運算模塊和報警模塊，所述運算模塊用于接收所述ph值信號和所述沉積信號并計算所述渦環(huán)氣泡和所述小氣泡的釋放時間；所述報警模塊用于在所述ph值信號和所述沉積信號超出設定范圍時發(fā)出警報。

16、在一實施例中，所述光學傳感器還用于感測所述溶液槽中溶液的濃度以生成濃度信號；所述控制模組還用于根據所述濃度信號調整所述供氣模組的通氣量。

17、本申請另一方面提供一種光生物反應器曝氣方法，應用于上述的光生物反應器，其包括：

18、獲取所述培養(yǎng)液的ph值以生成ph值信號，并根據所述ph值信號設定所述小氣泡的曝氣時間；

19、獲取所述溶液槽的側壁的光學信息以生成沉積信號，并根據所述沉積信號設定所述渦環(huán)氣泡的曝氣頻率和曝氣持續(xù)時間。

20、本申請?zhí)峁┑墓馍锓磻髌毓夥椒?，通過獲取溶液槽中培養(yǎng)液的ph值，并根據ph值調整小氣泡的曝氣時間，可以調節(jié)溶液槽中培養(yǎng)液的ph值，從而使培養(yǎng)液維持在適合生物細胞生長的ph值，有利于提高生產效率。通過獲取溶液槽側壁的光學信息，可以判斷培養(yǎng)液中的生物細胞是否開始在側壁沉積，并根據沉積信號設定渦環(huán)氣泡的曝氣頻率和曝氣持續(xù)時間，從而充分攪拌培養(yǎng)液，避免生物細胞污染溶液槽，從而使得生物細胞受到的光照更加均勻，有利于提高培養(yǎng)效率。

21、在一實施例中，所述光生物反應器曝光方法還包括：獲取所述溶液槽中溶液的濃度以生成濃度信號；結合所述濃度信號和所述ph值信號設置所述小氣泡的曝氣量；結合所述濃度信號和所述沉積信號設置所述渦環(huán)氣泡的曝氣量。

22、在一實施例中，所述光生物反應器曝光方法還包括：判斷所述ph值信號和所述沉積信號是否超過預設值，若超過，則發(fā)出警報。

技術特征：

1.一種光生物反應器，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的光生物反應器，其特征在于，所述供氣模組包括渦環(huán)發(fā)生裝置，所述渦環(huán)發(fā)生裝置設置于所述溶液槽內，包括：

3.如權利要求2所述的光生物反應器，其特征在于，所述頂壁遠離所述腔體壁的一側包括擴散表面，所述擴散表面朝向靠近所述氣體腔的一側凹陷，所述第一通孔位于所述擴散表面凹陷的底端。

4.如權利要求2所述的光生物反應器，其特征在于，所述頂壁的周圍還設置有支撐結構，所述支撐結構與所述側壁抵頂以固定所述渦環(huán)發(fā)生裝置在所述溶液槽中的位置。

5.如權利要求2所述的光生物反應器，其特征在于，所述供氣模組還包括進氣模塊；所述進氣模塊包括第一進氣管、第二進氣管和氣閥；所述第一進氣管與所述第一進氣口連通，所述第二進氣管和所述第二進氣口連通；所述氣閥用于控制所述第一進氣管和所述第二進氣管的通斷和進氣量。

6.如權利要求5所述的光生物反應器，其特征在于，所述進氣模塊還包括氣罐，所述氣罐與所述第一進氣管和所述第二進氣管連通，所述氣罐用于存儲氣體，并用于向所述渦環(huán)發(fā)生裝置提供所述氣體。

7.如權利要求1所述的光生物反應器，其特征在于，所述控制模組包括運算模塊和報警模塊，所述運算模塊用于接收所述ph值信號和所述沉積信號并計算所述渦環(huán)氣泡和所述小氣泡的曝氣時間；所述報警模塊用于在所述ph值信號和所述沉積信號超出設定范圍時發(fā)出警報。

8.如權利要求1所述的光生物反應器，其特征在于，所述光學傳感器還用于監(jiān)測所述溶液槽中培養(yǎng)液的濃度以生成濃度信號；所述控制模組還用于根據所述濃度信號調整所述供氣模組的曝氣量。

9.一種光生物反應器曝氣方法，應用于如權利要求1-8中任意一項所述的光生物反應器，其特征在于，包括：

10.如權利要求9所述的光生物反應器曝氣方法，其特征在于，還包括：獲取所述溶液槽中培養(yǎng)液的濃度以生成濃度信號；結合所述濃度信號和所述ph值信號設置所述小氣泡的曝氣量；結合所述濃度信號和所述沉積信號設置所述渦環(huán)氣泡的曝氣量。

11.如權利要求9所述的光生物反應器曝氣方法，其特征在于，還包括：判斷所述ph值信號和所述沉積信號是否超過預設值，若超過，則發(fā)出警報。

技術總結
本申請?zhí)峁┮环N光生物反應器，包括：溶液槽，用于盛放培養(yǎng)液；供氣模組，至少部分設置于所述溶液槽中，用于向所述培養(yǎng)液中分別釋放渦環(huán)氣泡和小氣泡；監(jiān)測模組，包括pH值傳感器和光學傳感器，所述pH值傳感器設置于所述溶液槽內，用于監(jiān)測所述培養(yǎng)液的pH值以獲取pH值信號；所述光學傳感器設置于所述溶液槽的側壁，用于監(jiān)測所述側壁的壁面以獲取沉積信號；以及控制模組，與所述監(jiān)測模組和所述供氣模組電連接，所述控制模組用于接收所述pH值信號和所述沉積信號，并用于控制所述供氣模組釋放所述渦環(huán)氣泡或者所述小氣泡。本申請?zhí)峁┑墓馍锓磻?，有利于提高光合生物細胞的產量。本申請還提供一種光生物反應器曝氣方法。

技術研發(fā)人員：黃文杰,褚亞東,林倩緹,胡強
受保護的技術使用者：深圳理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30