[发明专利]用于容纳的微生物培养的光生物反应器

说明书

至少一个细长的光生物反应器，其相对于水平面以小角度并通过大气泡流基本上或完全混合，用于容纳的细胞培养，例如，微藻培养。细长的、柔性、透明的、聚合物的光生物反应器管，处于接近平坡和接近水平(例如倾斜1度至3度)取向并使用低压空气混合，允许非常廉价的构造和操作。可以使用多个细长的管用于多个光生物反应器管对于相同或不同的细胞例如微藻和不同应用的独立操作。低压空气在生物反应器的低端附近以小于10psig输送而没有鼓泡，以产生从生物反应器的低端行进至高端的大气泡，用以湍流混合和气体交换。每个廉价的、柔性的生物反应器管都容易被修改以改善内部流动特性和细胞悬浮，和/或以包括传感器和/或取样辊环和端口。

描述

本申请要求2017年12月4日提交的，并且标题为“用于容纳的微生物培养的光生物反应器”的临时申请序列号62/594456的优先权，其全部公开内容，包括说明书的附录，通过引用并入本文。

技术领域

该技术涉及用于培养微生物的光生物反应器(PBR)。更具体地，该技术提供了一种经济构造且经济操作的、受控的和封闭的生长环境，用于生产在各种商业产品的各种应用中的微生物，例如微藻原料、蓝细菌、壶菌。

发明内容

光生物反应器系统包括至少一个细长的生物反应器，用于容纳微生物在水/生长介质中的悬浮液。细长的生物反应器以相对于水平面的小角度延伸，因此它是倾斜的但是接近水平的。在某些实施方式中，生物反应器依赖于纵向流过生物反应器主体的低压空气用于混合和氧汽提(oxygen stripping)。例如，细长的生物反应器可以以在大约1-8度、大约1-5度或大约1-3度的范围内的一个或多个角度倾斜。例如，可以在管状生物反应器的低端处或附近以低于10psig输送低压空气，以使输送的空气压力略高于生物反应器中的液体压头压力。气流和进气口适于在生物反应器的更低端产生从生物反应器的低端行进到高端的大气泡。由于一系列的这些大气泡从生物反应器的头部件到尾部件穿过生物反应器内部空间的纵向运动，沿着生物反应器的长度发生混合。

在某些实施方式中，生物反应器主体可以描述为管，其中大气泡快速连续地流入管中并沿着管的长度流向管的高端。大气泡趋于沿着管的内部纵向顶表面流动，以填充该纵向顶表面附近的管内部空间的很大部分。高频率的气泡产生和气泡的大尺寸导致湍流混合，该湍流混合提供良好的质量传递和细胞悬浮液，并防止细胞从细胞悬浮液中沉降，同时造成很小的细胞损伤。

因此，该大气泡混合通过改善细胞对光的获取——从而提高产率以及提供对营养物和CO₂的获取——以及通过改善氧汽提而有益于细胞生长。

某些实施方式适于在生物反应器管的进气口或低端“头部件”中不将大气泡分成小气泡。例如，某些实施方式从进气口和头部件中省略了将空气体积打碎成小气泡的装置，例如，省略了进气口和头部件中小气泡产生装置比如分布器板(sparger plate)、喷嘴、孔板、挡板和突出物。这样，大量的空气聚集在头部件中，并且当该空气压力超过生物反应器管的低端处的静水压头时，一次将一个大气泡从头部件“射出(pop)”或“喷出(burp)”或“流出(blurp)”到生物反应器管的主体中，并穿过大部分悬浮液行进到管的高端或“尾部”。沿着该路径，每个大气泡混合培养物/悬浮液，在每个气泡周围形成湍流区。