PSI Large-Scale Photobioreactors — это системы, создающие контролируемую искусственную среду для масштабирования производства фототрофных микроорганизмов (водоросли, цианобактерии и т.д.) и их метаболитов. Стандартные системы основаны на плоском культивационном сосуде объёмом 25 или 100 л, однако доступны кастомные решения с разным объёмом и конструкцией для удовлетворения специфических требований.
Культивационный сосуд
- Плоский, прямоугольный стеклянный сосуд:
- Объёмы: 25 л или 100 л (другие варианты – под заказ).
- Короткий световой путь ~6,5 см (±5%) обеспечивает оптимальное освещение культур.
- Нержавеющая сталь для крышки, фитингов газов и электроники, уплотнения из силикона.
- U-образная аэрационная трубка из пластика со спаржером из пористого полиэтилена (поры ~50 мкм); автоклавируема (с ограничениями по повторению).
- Сливной клапан (emptying valve).
- Пеноуловитель (foam trap) встроен в верхнюю часть.
- Химическая стерилизация (нет возможности автоклавирования целиком).
- Алюминиевая рама на колёсах для удобства перемещения.
Терморегуляция
- Интегрированное регулирование температуры в диапазоне 30–60 °C (при комнатной температуре 20 °C).
- Модуль охлаждения (опционально) расширяет диапазон до 15–60 °C (при окружающей температуре не выше 30 °C).
- Нагреватель и водяной охлаждающий контур (необходим внешний охладитель).
- Точность поддержания температуры зависит от конфигурации и внешних условий.
Освещение
- LED-технология:
- Двухцветная панель (bi-color) с раздельным управлением каналами (например, холодный белый + красный).
- Интенсивность света до 500 мкмоль·м⁻²·с⁻¹ (для белого) и 300 мкмоль·м⁻²·с⁻¹ (для красного) (по умолчанию).
- Опционально до 2,200 мкмоль·м⁻²·с⁻¹ (Light Upgrade) – доступно только для 25 л реактора.
- Световой путь ~6,5 см ±5 %.
- Раздельная настройка интенсивности, времени и модуляции для каждого цвета.
- Возможность циклов (свет/темнота, от секунд до дней), линейной/синусоидальной модуляции; скрипты на Java (в Photobioreactor Control Software).
- Защитные очки в комплекте (1 пара).
Примечание: реальная пиковая длина волны может отличаться от указанной, спектральная ширина шире.
Аэрация
- U-образная аэрационная трубка (пластик) + пористый полиэтилен (50 мкм).
- Подача воздуха: воздушный насос с электромагнитным клапаном, отключающим пузыри перед измерениями OD и флуоресценции (для повышения точности).
- Опционально: Gas Mixing System GMS 150 для точного контроля состава и расхода газов.
OD и флуоресценция хлорофилла (опционально)
- Интегрированный турбидиметр (OD 680 и 720 нм) и Double-Modulation Fluorometer (возбуждение синим и красным светом).
- Оптический путь для измерений ~10 мм.
- OD 720: косвенно характеризует биомассу (рассеяние).
- OD 680: поглощение хлорофиллом → концентрация пигмента.
- Флуоресценция Chl-a для оценки физиологического состояния культуры (F0, FT, FM, F’M, и т.д.).
- Photobioreactor Control Software (ПО) обеспечивает онлайн-мониторинг и построение кривых OD/флуоресценции в реальном времени.
Сенсоры (опционально)
- Температурный датчик (Pt 1000) встроен в сосуд.
- Probe Controller – интерфейс для подключения до 6 датчиков.
- pH Module (цифровой или аналоговый), O₂ Module (оптический сенсор) и CO₂ Module (цифровой сенсор).
- Производитель сенсоров – Mettler Toledo.
Режимы культивирования
- Batch (пакетный)
- Semi-continuous (полупрерывистый)
- Turbidostatic (требует соответствующего модуля)
- Chemostatic (pH-stat с подачей кислоты/щелочи)
- Анаэробный (газонепроницаемая крышка, азотная спаржка)
Управление питательными насосами
- До 8 перистальтических насосов (PP 600, опция) и 2 диафрагменных насосов (PWM) могут управляться контроллером.
- В зависимости от заданных параметров (OD, pH, CO₂ и т.д.) система регулирует подачу питательных веществ, среды, катализаторов и т.д.
Кастомные крупномасштабные решения
- Вертикальный трубный Airlift (100–1000 л):
- Возможен выбор: естественное освещение или LED.
- Мониторинг OD 680/720, Chl-флуоресценция, pH, O₂, CO₂.
- Нержавеющий реактор на 1000 л:
- Температурно-контролируемый бак с погружённым LED и встроенной аэрацией.
- Сенсоры OD, флуоресценции и др.
- Модульный спиральный (helical tubular) (250 л на модуль):
- Дегазационная секция, LED или естественный свет.
- Те же сенсоры, что и выше.
Photobioreactor Control Software
- Полный контроль всех функций большого ФБР:
- Освещение (цвет, интенсивность, временные профили)
- Температура, OD, турбидостат, аэрация, датчики (pH, O₂, CO₂)
- Интуитивный интерфейс, онлайн-мониторинг, пользовательские протоколы
- Расширенная версия для больших систем (Large-Scale PBR).
Применение
- Проверка масштабирования процессов культивирования
- Производство биомассы и вторичных метаболитов
- Оптимизация выхода конечного продукта
- Биотопливо, фармацевтика, пищевая промышленность
- Научные исследования (фотосинтез, экология, биотехнология)