智能化微藻培养箱初步设计
赵方诺（山西省知达实验学校，山西太原030006)
摘要：为满足国内外在可再生能源领域、CO减排及天然产物开发等诸多重要领域微藻研发的需要，因此设计开发一套能对光质和CO,进行精确控制的微藻智能培养系统，对于微藻的高效培养具有十分重要的意义
关键调：微藻；培养；光质;CO；智能化培养箱 1微藻培养研究现状
进人21世纪，现代社会的发展面临着资源短缺与全球气候变暖两大问题。开发利用光合自养微生物微藻，直接将太阳能及温室效应气体CO转化成人们生产生活需要的医药、生物基化学品（如天然色素、异戊二烯等)和生物能源（如乙醇、丁醇、生物柴油等)的工业生物技术，是解决人类目前面临的资源、能源及环境危机的潜在有效手段。
微藻是光合自养微生物，可以进行与高等植物相似的光合作用，即能通过光合作用利用太阳能将CO:转化为有机物。虽然微藻光合作用与高等植物的光合作用相似，但微藻的光合作用效率要远高于高等植物。与高等植物相比，微藻具有高光合效率，高生长速率，不占用耕地和淡水、易于基因操作，代谢多样性等优点，使其成为生产生物燃料、生物基化学品、天然产物开发及固定CO:解决环境问题的理想生物，这激发了科研人员对微藻研究的极大热情。近年来世界各国纷纷加大对微藻研
发的投入力度，全球微藻研发实验室数量与日俱增。 2光质对微藻生长影响
光照对微藻的生长发育影响包括光质、光强和光照周期。由于对光强和光周期的控制容易实现，因此国内外在光强和光周期对微藻生长影响方面研究的已经比较清楚，而关于光质对微藻生长的研究还比较少。但从一些初步的研究结果中可以看出，光质对微藻的影响更为重要。不同微藻对不同光质的利用是由其细胞内所含色素蛋白的不同决定的，如红激中藻红蛋白的存在决定了其对绿光和蓝光的吸收利用。此外，不同光质的光源对微源某些天然产物的积累有一定诱导作用，如绿光可以透导蓝藻、红漂积累昂贵的藻红蛋白，而蓝光有利于促进雨生红球藻积累虾青素。
3CO对微藻生长影响
无机碳是光合自养微生物微藻赖以生长的重要碳源。适合微藻生长的无机碳源有两种一种是碳酸盐，一种是CO，气体。虽然在微藻培养基中加入碳酸盐比较方便，但碳酸盐无法完全取代CO，这是由微藻对无机碳的利用机制决定的。通入一定浓度的CO，可以促进微藻生长，实现对微落的快速，高细胞密度培养已经在业内达成共识。但不同微激有不同的最适CO 浓度范围，过高的CO浓度反而会抑制微藻的生长。此外，不同微藻对CO:浓度的耐受程度不同，如有些绿藻可以耐受40%的 CO:,这些对高浓度CO;有耐受性的微藻在用于固定工业废气中
方方数据
设备管理
排效的CO有很好的应用前景。最然，通过通人CO来提高微藻生长速率已经被公认，并被有些实验室采用，但由于没有专门的可以控制CO度的培养设备，使这一操作很难规范化，更难以菩及。不仅如此，目前对于微落的固体培养还很难实现补加CO,气体，而微藻的固体培养在微藻研发实验室是非常重要的培养过程，如藻种的筛选，改造等都需要对微藻的固体培养。因此，为实现微藻研发实验室统一、规范化通人CO,培养，以提高微藻的生长效率，缩短微藻的研发周期，迫切需要可以通人CO、并对CO;浓度进行有效控制的微藻培养箱。CO；培养箱已在动物细胞培养中广泛应用。
4智能化微藻培养箱初步设计
为满足国内外在日再生能源领域，CO减排及天然产物开发等诸多重要领域微藻研发的需要，因此设计开发一套能对光质和CO;进行精确控制的微藻智能培养系统，对于微藻的高效培养具有十分重要的意义。
微藻智能培养系统由一个箱体组成，外部需要供电、供水及供应气体(CO.），内部由一个嵌人式系统为核心，构成一个可实现温度、湿度、光强（光质）、气体浓度可实时监测与控制，并可实现友好人机交互的智能化系统。其中，箱体分为位于顶部的嵌人式控制器层与分列三层的培养抽展，抽展与抽展之间果用隔板分离，每层抽屉构成单独的培养空间，可对一种藻类进行培养试验。隔板可向上下移动5CM/10CM，这样空间可根据不同藻类的生长条件进行合理的光强调配利用。
4.1主控模块：MCU采用NXP公司的ARM7处理器 LPC14，其可靠的运行速度、丰富的系统资源、应用外设以及标准的各类接口，可方便实现各类输人信号与输出信号的采集与控制。RTOS(实时操作系统)采用源码开放的UCOS-II，其具有可移植性、可固化、可裁剪性、占先式等特点，可实现实时性强，可靠性高的多任务调度。
4.2电源模块：培养箱的整体电源采用外接的220V/50Hz交流电压，首先通过AC/DC的变换器变换，将AC电压转换到1;V 与5V的直流电压，用于智能化系统的电源供应。再通过开关电源芯片将5V电压转换为3.3V与1.8V电压输出，以方便控制芯片与外设的电源驱动。
4.3监测模块：监测模块包括温度监测、湿度监测、光强检测以及CO:浓度监测各部分。其中温度监测传感器采用18B0 专用芯片，其与MCU通过单总线连接，由于MCU本身没有带单总线接口，故通过CPIO进行单总线模拟。湿度监测传感器拟采用CHM-02器件，其输出电压信号可通过A/D转换器与MCU 相连。光强监测采用光敏传感器，其输出电压信号可通过A/D 转换器与MCU相连。CO.浓度监测采用CMD2010型器件，其输出电压信号可通过A/D转换器与MCU相连。
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2015年11月化置123