一种提升微生物光学衰减性能的培养条件控制方法和系统

本发明属于微生物材料，尤其涉及一种提升微生物光学衰减性能的培养条件控制方法和系统。

背景技术：

1、近年来，探索光学衰减性能优良的高效消光材料已成为国内外学者的研究热点。人工制备微生物材料作为消光材料研究和发展的一个新方向，已被证明在全光波段上有着良好的光学衰减性能。相较于传统消光材料所用的无机材料，人工制备微生物材料作为消光材料的优点之一在于微生物材料形态多样，其多种多样的形态为实现宽波段光学衰减提供了有利条件，且其成分丰富，丰富的成分组成提供了较强的光学吸收能力。但采用现有的微生物培养方法，无法对微生物光学衰减性能实现有针对性的控制，制备的微生物光学衰减性无法满足宽波段光学衰减需求。

技术实现思路

1、本发明的目的之一，在于提供一种提升微生物光学衰减性能的培养条件控制方法，该培养条件控制方法在保证微生物孢子产量的前提下，提升了微生物光学衰减性能，能够满足宽波段光学衰减需求。

2、本发明的目的之二，在于提供一种提升微生物光学衰减性能的培养条件控制系统。

3、为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：

4、一种提升微生物光学衰减性能的培养条件控制方法，所述培养条件控制方法包括：

5、步骤s1、获取影响微生物光学衰减性能的目标波段；

6、步骤s2、确定所述微生物在所述目标波段内的颗粒粒径优化目标、培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量和培养基上孢子接种量；

7、步骤s3、获取所述微生物在所述目标波段内的脂质含量和蛋白质含量，以确定培养基氮源和碳源的种类和含量以及微生物孢子干燥方法；

8、步骤s4、按照所述颗粒粒径优化目标、培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量、培养基上孢子接种量、培养基氮源和碳源的种类和含量以及微生物孢子干燥方法，培养所述微生物。

9、进一步的，所述步骤s2的具体实现过程包括：

10、步骤s21、获取不同颗粒粒径的微生物；

11、步骤s22、获取所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面；

12、步骤s23、从所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面中选取出最大消光截面对应的颗粒粒径作为所述微生物在所述目标波段内的颗粒粒径优化目标；

13、步骤s24、根据所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面，对所述目标波段内的所述微生物光学衰减性和颗粒粒径之间的变换趋势进行判断，以确定所述微生物的培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量和培养基上孢子接种量；

14、所述变换趋势为：所述微生物光学衰减性能随所述微生物颗粒粒径增大而增大；或者，所述微生物光学衰减性能随所述微生物颗粒粒径增大而减小。

15、进一步的，在所述步骤s22中，所述步骤s22中，所述获取所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面的具体过程包括：

16、步骤s221、对所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物的反射谱分别进行测量，以确定所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物的反射相移；

17、步骤s222、根据所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物的反射谱和对应的反射相移，计算所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物各自对应的复折射率；

18、步骤s223、根据所述复折射率，计算所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物各自对应的偶极子数以及每个偶极子的偶极矩；

19、步骤s224、根据所述偶极子数以及每个偶极子的偶极矩，计算所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面。

20、进一步的，在所述步骤s223中，所述每个偶极子的偶极矩为：

21、；

22、其中， p i为第 i个偶极子的偶极矩； α i为第 i个偶极子的极化率；为第 i个偶极子的入射场电场强度；为除第 i个偶极子外剩余偶极子所产生的散射场强度之和； i=1，2，…， m， m为偶极子数。

23、进一步的，在所述步骤s224中，所述微生物消光截面为：

24、；

25、其中， cr j为颗粒粒径为 r j的微生物消光截面；为第 i个偶极子的入射场电场强度的复共轭；λ为入射电磁波的波长； j=1，2，…， n， n为颗粒粒径数。

26、进一步的，所述步骤s3的具体实现过程包括：

27、步骤s31、设置所述微生物中各个组成成分含量的约束条件；

28、所述组成成分包括蛋白质、脂质、核酸和其他微量元素；

29、步骤s32、获取所述各个组成成分在所述目标波段上各自对应的平均吸光度，以确定所述微生物在所述目标波段上的平均吸光度函数；

30、步骤s33、根据所述各个组成成分含量的约束条件以及所述平均吸光度函数，构建组成成分优化模型，以确定所述微生物在所述目标波段上的脂质含量和蛋白质含量；

31、步骤s34、根据所述微生物在所述目标波段上的脂质含量，确定培养基氮源和碳源的种类以及各自对应的含量；

32、步骤s35、根据所述微生物在所述目标波段上的蛋白质含量，确定微生物孢子干燥方法。

33、为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：

34、一种提升微生物光学衰减性能的培养条件控制系统，所述培养条件控制系统包括：

35、第一获取模块，用于获取影响微生物光学衰减性能的目标波段；

36、确定模块，用于确定所述微生物在所述目标波段内的颗粒粒径优化目标、培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量和培养基上孢子接种量；

37、第二获取模块，用于获取所述微生物在所述目标波段内的脂质含量和蛋白质含量，以确定培养基氮源和碳源的种类和含量以及微生物孢子干燥方法；

38、培养模块，用于按照所述颗粒粒径优化目标、培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量、培养基上孢子接种量、培养基氮源和碳源的种类和含量以及微生物孢子干燥方法，培养所述微生物。

39、进一步的，所述确定模块包括：

40、第一获取子模块，用于获取不同颗粒粒径的微生物；

41、第二获取子模块，用于获取所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面；

42、选取子模块，用于从所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面中选取出最大消光截面对应的颗粒粒径作为所述微生物在所述目标波段内的颗粒粒径优化目标；

43、判断子模块，用于根据所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面，对所述目标波段内的所述微生物光学衰减性和颗粒粒径之间的变换趋势进行判断，以确定所述微生物的培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量和培养基上孢子接种量；

44、所述变换趋势为：所述微生物光学衰减性能随所述微生物颗粒粒径增大而增大；或者，所述微生物光学衰减性能随所述微生物颗粒粒径增大而减小。

45、进一步的，所述第二获取子模块包括：

46、测量子模块，用于对所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物的反射谱分别进行测量，以确定所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物的反射相移；

47、第一计算子模块，用于根据所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物的反射谱和对应的反射相移，计算所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物各自对应的复折射率；

48、第二计算子模块，用于根据所述复折射率，计算所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物各自对应的偶极子数以及每个偶极子的偶极矩；

49、第三计算子模块，用于根据所述偶极子数以及每个偶极子的偶极矩，计算所述目标波段内不同颗粒粒径的微生物对应的消光截面。

50、进一步的，所述第二获取模块包括：

51、设置子模块，用于设置所述微生物中各个组成成分含量的约束条件；

52、所述组成成分包括蛋白质、脂质、核酸和其他微量元素；

53、第三获取子模块，用于获取所述各个组成成分在所述目标波段上各自对应的平均吸光度，以确定所述微生物在所述目标波段上的平均吸光度函数；

54、构建子模块，用于根据所述各个组成成分含量的约束条件以及所述平均吸光度函数，构建组成成分优化模型，以确定所述微生物在所述目标波段上的脂质含量和蛋白质含量；

55、第一确定子模块，用于根据所述微生物在所述目标波段上的脂质含量，确定培养基氮源和碳源的种类以及各自对应的含量；

56、第二确定子模块，用于根据所述微生物在所述目标波段上的蛋白质含量，确定微生物孢子干燥方法。

57、综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：

58、本发明通过确定微生物在目标波段内的颗粒粒径优化目标以及培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量和培养基上孢子接种量，以及通过微生物在目标波段内的脂质含量和蛋白质含量，以确定培养基氮源和碳源的种类和含量以及微生物孢子干燥方法，并按照颗粒粒径优化目标、培养基液固比、培养环境条件、无机盐添加量、培养基上孢子接种量、培养基氮源和碳源的种类和含量以及微生物孢子干燥方法，培养微生物，实现了在保证微生物孢子产量前提下，提升了微生物光学衰减性能，满足了宽波段光学衰减需求；本发明通过调控培养基组成、培养环境以及添接种量和干燥方法，实现了微生物的光学衰减性能的可控性和可操作性，进一步提升了微生物材料、生物材料用于光学衰减领域的应用潜力和发展前景。