[发明专利]一种高通量微藻生长测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光合微生物的培养和检测技术领域，具体是涉及一种高通量微藻的生长测试装置及方法。

背景技术

微藻的培养测试是藻类学研究中必不可少的一环，在微藻生物能源，生态毒理学，水体富营养化，水体浮游生物群落结构等众多领域的研究中，一般通过设置正常对照组与处理组(如添加重金属等有毒有害成分；添加高含N、P量的污水；添加不同剂量营养盐；添加不同藻种；添加不同浮游生物等)，比较两组藻细胞的生长情况，测定藻生物量、油脂色素含量、光合效率、培养液成分等重要评价指标，为研究结论提供数据支撑。目前普遍通用的微藻培养方法是以锥形瓶做为培养容器，借助恒温光照培养箱控制培养温度和光密度，实现微藻培养。取样时，需于无菌操作台内操作，以降低感染细菌的可能性。

众所周知的，在生物实验中，往往需要对微生物或细胞生长特性、生态毒理反应进行测试，特别是针对突变株的筛选。在一般的微生物或细胞进行测试中，会用到孔板，孔板的规格有6、12、24、48、96孔，每个孔的容积依次是16.8ml、6.9ml、3.4ml、1.7ml、0.36ml。在一般的生物或细胞的生长特性测试、毒性反应测试实验中，孔板具有标准容积、生长面积等规格一致，一次性可以做几组到几十组平行实验，具有较高的测试通量；而且孔板的各孔培养体系小，不会浪费过多的培养基和生物材料以及耗费较多的培养时间等问题，因此适于标准化实验操作，使对照性实验数据也更加可靠、客观。

然而，锥形瓶与孔板皿的培养体系却有很多的不足：如无法供给二氧化碳等气源，培养体系细胞分散不均匀，生长速度缓慢；培养空间易受限制，对于数十毫升体系，单位空间设置组别数量有限，即通量低；各组别受光密度易不均匀，平行性差；取样繁琐，易感染细菌，培养体系不够稳定等等。不仅灵敏度不高，还消耗大量时间成本，远远无法满足现在对于微藻细胞的科研需求。例如中国专利授权公告号CN 103074205 B，其虽然也揭示了一种“一种电动转盘系统和微藻高通量筛选装置以及微藻的高通量筛选方法”，但其实质上还是先将微藻接种到微孔板中，再将微孔板板状卡槽3中，转动转盘，光照下培养，测量培养后微孔板中每孔的吸光度，将吸光度换算成对应的微藻细胞干重浓度，以此筛选微藻。该发明虽解决了光照和摇瓶问题，但是对于微藻细胞生长所需的CO₂，文中仅提到，在接种微藻到微孔板之前先封装2-50％体积的CO₂在微孔板中；可是微藻细胞很难耐受如此高浓度的CO₂，也无法及时排出阻碍光合反应器的O₂，故而也无法满足测试、筛选的要求。同时该公开的专利方案中，各个孔内培养量太小。只有0.1ml的藻液，不足以支撑例如干质量、光合作用效率、培养液TOC、TN有机物变化规律等很多重要参数的测量。其主要是基于96孔板的培养系统，单个孔为一个培养单元，和整个板是一体的，独立性差。主要表现在以下三个方面，其一，单个孔内二氧化碳不能灵活控制，同一个板多孔之间难以设置梯度；其二、单个培养单元不能独立完成边培养边检测操作，一旦取样，培养孔内二氧化碳就会发生改变，即使再封入二氧化碳，也已经和其他孔不平行了，不能再进行平行对照实验。此外，该专利中培养单元形状不可改变，不能用于研究反应器形状对于光利用效率的影响。

除了上述传统的培养方法，近年一些新型光生物反应器也被应用于微藻生物技术研究领域。这些新型的反应器偏向性各不相同，有的侧重于培养条件的灵活控制，如灵活选择光源，可输入各种气源及不同的曝气方式，可控制环境温度等；有的侧重于光的高效利用，通过设置反光装置，提高反应器的受光面积和受光强度；有的侧重于反应器封闭性，以提供一个无菌的培养环境。有的则设计为更利于培养物的收获，等等。这些新型的光催化、光生物反应器优势明显，对于研究微藻生长、反应很有帮助，也越来越多的被用于微藻生物的研究领域。

但是这些光生物反应器并没有体现出通量的重要性，普遍只能设置几组、十几组反应单元，且培养体系较大。随着微藻生物技术的快速发展，微藻培养测试在生态毒理学，水体富营养化，微藻生物能源等多个领域的应用更加广泛，低通量的反应器会大大增加研究的时间成本，阻碍了微藻生物技术的快速发展。并且目前的光反应器在平行性方面做了很多工作，却忽略了单个反应器单元的灵活调控，不足以支持更加复杂多变的实验研究。

发明内容