，附接相同宽度的纤维素材料半透膜，其具 有50kDa的分子量截止，接着进行实验以比较光合微生物的生长程度。为了维持培养容器 内部和外部的营养盐的浓度差，每天一次定期更换培养基。培养期间通过使用荧光灯24小 时提供100 μ E/m2/s。培养温度维持在20°C。培养持续18天。在培养后第0, 3, 6, 9, 12, 15 和18天，通过放置在培养容器上部的取样口取出l-2ml培养基，以测量细胞的生长程度和 培养基的氮浓度。
[0119] 结果，如图27所示，可以发现与培养基的类型无关，当使用聚酯或尼龙网片时，光 合微生物的生长比当使用纤维素半透膜（即对照）时好。具体地，已表明光合微生物的湿 重，相对于当使用50kDa纤维素半透膜时微生物的湿重，即对照，在f/2中培养的微生物生 长程度高约25%，而在含有NSW的水盆中的微生物的生长程度高约60-80% (见图27)。这 些结果证明在培养容器外部的营养盐比半透膜容易地穿透网片，因此网片可以促进光合微 生物的生长。
[0120] 实验实施例3 :测量伸用网片制备的光牛物反应器的盐滲诱件
[0121] 接着，发明人测量了使用网片制备的培养容器的营养盐渗透性。作为对照，使用了 纤维素材料的半透膜来培养光合微生物。
[0122] 使用硝酸盐的转移速率来测量营养盐的渗透性，其对于培养光合微生物是一个重 要因素。用于测量网片的营养盐渗透性的方法如下：在矩形水盆中制备包括浓度为1〇〇， 200或400mg/L硝酸盐的海水；将含有100mL没有硝酸盐的海水的矩形塑料容器漂浮在所 述水盆上；随着时间推移测量由于氮从水盆中进入塑料容器中浓度差的变化。
[0123] 结果，如表2和图28所示，可以发现相对于纤维素半透膜，硝酸盐化合物穿过尼 龙，聚酯或PET材料的网片进入培养容器约更容易30倍。半透膜并不同等地表现出这一趋 势。甚至在分子量截止增加到3. 5kDa，6-8kDa，15kDa和50kDa的情况下，穿透量不增加，且 最大值仅为网片的约1/28。这些结果证明，通过单独使用半透膜在环境水中直接培养光合 微生物有限制，而根据本发明的实施方案使用网片制备的培养容器可以提供光合微生物生 长所需的营养盐，而不释放光合微生物，从而有效地增加光合微生物的生产力。
[0124] 【表2】
[0127] 实施例4 :测量伸用网片制备的光牛物反应器用于海洋培养光合微牛物的牛长稈 度
[0128] 发明人将根据本发明的实施方案的光生物反应器放置在海洋培养场地 Yeongheung-Do。接着，四另藻（Tetraselmis sp.)(KCTC12236BP)培养 9 天来研究该菌株 的生长和氮源的渗透程度。在通过使用非渗透膜（聚乙烯）和半透膜制备的光生物反应器 和根据本发明的实施方案使用网片制备的反应器中培养相同类型的光合微生物。所述光生 物反应器具有如图29所示的结构。使用如图30所示的塑料容器。网片，非渗透膜和半透 膜应用于底部用于比较。光合微生物引入到培养容器中（参见图30和31)。具体地，对应 非渗透膜，使用了聚乙烯，而对于网片，使用了 PET，尼龙，和聚酯。通过添加三次f/2-Si培 养基和4g/L碳酸氢钠用于碳源供给进行培养。作为半透膜（SPM)，使用具有分子量截止为 6-8kDa和15kDa的纤维素材料半透膜（产品编号132544, spectrumlabs, USA)(图31)。
[0129] 在培养四另藻（Tetraselmis sp. )9天期间，Yeongheung-Do海洋培养设施的温 度，水温，测量水温，和测量温度记录于图32中。开始培养光合微生物的那天确定为时间0。 另外，每天光合有效辐射（PAR)和光辐射时间总结于图33和图34中。综上所述，在培养光 合微生物期间，平均水温为9. 9°C ;平均温度为4. 2°C ;平均PAR为295. 5 μ E/m2/s ;而平均 光辐射时间为7. 4小时（参见图32至34)。
[0130] 光生物反应器中光合微生物的生长程度基于细胞浓度和光合微生物的湿重确定。 当使用通过使用聚酯和PET材料网片制备的光生物反应器时，光合微生物的生长分别增加 至1.68X IO6和1.77X 10 6个细胞/ml (图35)。另外，当使用聚酯和PET材料的网片时，湿 重增加使用15kDa的半透膜的1. 14-1. 48倍（图36)。有趣的是，具有6-8kDa低截止值的 半透膜表现出比其中使用非渗透膜的对照更低的最低值（参见表3)。
[0134] 实验实施例5 :测量伸用网片制备的培养容器的再用效率
[0135] 为了研究根据本发明的实施方案的网片的再用效率，收集了实验实施例4中使用 的网片。接着，清洗或不清洗网片，并用于在Yeongheung-Do海洋中的培养装置中培养四爿 藻（Tetraselmis sp.)菌株9天，同时测量硝酸盐转移效率。作为对照，在实验实施例4中 使用的具有分子量截止6-8kDa和15kDa的纤维素材料半透膜，在清洗或不清洗后使用。另 外，对于整个实验，未使用的膜作为对照。具体地，使用流动的自来水如下进行清洗：将每个 使用过的膜浸入填充IL自来水的2L水盆中约五分钟；所述膜的前侧和后侧使用流动的自 来水手动清洗约1分钟而不使用另外的清洗工具。
[0136] 当培养四另藻（Tetraselmis sp.)菌株9天时，通过与实验实施例3相同的方法 比较硝酸盐穿过膜的转移速率。结果，如图37所示，使用再用的聚酯和PET网片制备的光 生物反应器的硝酸盐渗透效率相对于半透膜更好，并且通过使用自来水简单清洗而没有其 它步骤，渗透效率增加。这些结果表明根据本发明的实施方案的网片可以通过使用自来水 简单的清洗步骤再用，从而具有极好的工业可用性。
[0137] 本发明已参照仅用于示例目的而在附图中示出的实施方案和实验实施例而描述， 应当理解的是，本领域技术人员可以对其完成多种变型和其它等效的实施方案。因此，本发 明的技术保护范围应当由所附的权利要求的技术精神确定。
[0138] 工业实用件
[0139] 根据本发明的实施方案的光生物反应器允许以低成本和高效率培养光合微生物， 因此可以应用于生产生物柴油和有用产品例如衍生于微藻类的虾青素，以及使用微藻类生 广食品。
【主权项】
1. 一种光生物反应器，包含能够容纳待培养的光合微生物和用于分散所述光合微生物 的液体的可维持形状的培养容器，其中所述培养容器的全部或至少部分具有允许水，气体， 和营养物自由通过，但限制所述光合微生物扩散的屏障。2. 权利要求1的光生物反应器，其中所述屏障是网片或穿孔板。3. 权利要求2的光生物反应器，其中所述网片具有织物结构。4. 权利要求2的光生物反应器，其中所述网片具有0.Iym至200ym的开口尺寸。5. 权利要求2的光生物反应器，其中所述网片使用聚合物纤维编织。6. 权利要求5的光生物反应器，其中所述聚合物是可生物降解聚合物或难降解聚合 物。7. 权利要求2的光生物反应器，其中，除了网片或穿孔板外，培养容器的剩余部分使用 半透或非渗透且透明或半透明材料制备。8. 权利要求2的光生物反应器，其中所述穿孔板通过在非渗透聚合物膜，半透聚合物 膜，或其混合聚合物膜上穿孔具有0. 1至200ym之间尺寸的微孔制备。9. 权利要求1的光生物反应器，其中所述培养容器设有一个或多个进口。10. 权利要求9的光生物反应器，其中所述进口设有拉链，拉链袋，阀，桶帽，胶带，夹 子，或爪夹形式的开关单元。11. 权利要求1的光生物反应器，其中所述培养容器配置为通过浮力单元漂浮在水面 上，或通过沉降单元浸没在水面下一定深度。12. 权利要求11的光生物反应器，其中所述浮力单元是从所述培养容器延伸的空气注 入管的形状。13. 权利要求11的光生物反应器，其中所述沉降单元是连接到所述培养容器下部的铅 锤，或是置于水下或水面下的水下结构，以允许所述培养容器浸没在水面下一定深度。14. 权利要求11的光生物反应器，其中所述培养容器的一端连接到浮力单元而所述培 养容器的另一端连接到沉降单元。15. 权利要求11的光生物反应器，其中所述培养容器是具有开放上部的开放式培养容 器。16. 权利要求15的光生物反应器，其中所述开放式培养容器具有滚道池。17. 权利要求1的光生物反应器，其中所述培养容器的一个面配置为通过光阻挡区域 调节提供给光合微生物的光能。18. 权利要求1的光生物反应器，其中所述培养容器配置为由水或风力通过附接到所 述培养容器的下或上面的风扇而在垂直方向上旋转。19. 一种用于光合微生物的培养设施，包含漂浮结构，其包括权利要求1至18任一项的 光生物反应器。20. 权利要求19的用于光合微生物的培养设施，其中所述漂浮结构包含多个彼此连接 的框架，以及连接到所述框架的围栏。21. 权利要求19的用于光合微生物的培养设施，其中所述漂浮结构设有浮力单元，其 放置于漂浮在水面上以提供浮力。22. 权利要求19的用于光合微生物的培养设施，其中所述漂浮结构设有操作者支持单 元以允许操作者进行管理工作。23. -种用于培养光合微生物的方法，包括： 制备权利要求1至18任一项的光生物反应器；和 向一个或多个所述光生物反应器中引入光合微生物和培养基，接着将所述光生物反应 器放到环境水以进行光合作用。24. 权利要求23的培养光合微生物的方法，其中所述光合微生物在没有载体时在培养 基中分散和培养。
【专利摘要】本发明提供用于经济和高效的光合微生物大量生产的光生物反应器，包含能够维持形状的培养容器，其能够容纳待培养的光合微生物和用于分散所述光合微生物的液体，其中所述培养容器的全部或至少部分包含水和营养物可以通过但限制光合微生物扩散的屏障。
【IPC分类】C12M1/16, C12M3/00, C12N1/12
【公开号】CN105209593
【申请号】CN201480026760
【发明人】李哲均, 金志勋, 林相珉, 成东镐, 许同喜
【申请人】仁荷大学校产学协力团
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年4月4日
【公告号】EP2982742A1, US20160075981, WO2014163426A1