表面生長式微生物培養板及微生物培養系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及一種表面生長式微生物培養板及包括此微生物培養板的微生物培養 系統。
【背景技術】
[0002] 光合微生物是一類以光為唯一的或主要能量來源而生活的微生物，包括微藻、藍 細菌等含有葉綠素可進行光合作用的微生物，微生物有著重要生物利用價值。特別是微藻， 富含蛋白質，如螺旋藻可以作為水產餌料或畜禽飼料；更重要的，某些微藻在特定條件下能 夠大量合成次生代謝物，如油脂、類胡蘿卜素、多糖和多種生物活性物質和微量元素等，這 些物質具有高經濟價值，可以被用在功能食品、食品添加劑、制藥等領域。特別是通過微藻 大規模培養，獲得含油脂的生物質經過提取和轉化，形成液體燃料，如生物柴油、航空煤油 和汽油，因此微藻培養和利用被認為是解決生物能源生產與固碳減排的最重要途徑之一。
[0003] 目前，用于微藻規模化培養的培養系統主要有開放式培養系統和封閉式培養系統 兩種，開放式培養系統以跑道池為代表，封閉式培養系統以平板式和管道式為代表。
[0004] 1)跑道池等開放式微藻培養系統的優點是前期建設費用較低，可利用非農業用 地，建造容易，操作維護簡單；缺點是培養效率低，光源利用率不足，攪拌等均質化處理的能 耗大，培養條件難以控制，年生產期短，容易產生雜菌污染，只適于耐受一些極端環境的藻 類，占地面積大，受氣候影響大，光照和溫度等生長條件難以控制，同時由于自然蒸發，培養 體系中的水散失嚴重，造成培養液鹽度過高，導致微藻生長緩慢，光能利用率不高，難以實 現高密度培養，跑道池系統生產力低，藻密度較小，后處理能耗大，藻體收集成本高。
[0005] 2)平板式和管道式等封閉式培養系統相對于開放式培養系統進行了優化，能有效 減少環境中灰塵和雜菌污染，防止水分蒸發，易于實現純種培養。該培養方式比表面積大， 光利用率高，C02利用率高，因此藻細胞密度較大；再有，培養條件易于控制，大多數條件均 可實現自動控制，對微藻代謝產物的定向積累非常有利；同時生產周期延長，甚至可終年生 產，適用于更多藻種的培養。但是也有一定缺點：
[0006] (1)、與開放式跑道池相比，光生物反應器的成本較高；（2)、管道式光生物反應器 中，培養液中溶氧可能會積累到一定程度以致抑制微藻生長，且運行和維護成本較高。但無 論開放式或是封閉式微藻培養系統，最大的問題是單位面積生物質產率和成本方面沒有突 破性進展，培養過程中耗水量大，收獲能耗高。
[0007] 在此基礎上，近幾年提出的新一代半干式固體光生物反應器得到一些應用。現有 的半干式固態培養基一般為具有一定保水性的材料，例如纖維材料，一般的機理為：纖維以 一定方式豎直懸掛，儲存于纖維內部的培養液從頂部滲透至內部，再由內部逐漸向外表面 滲透，滲透速率和滲透量由材料本身性質和供液量等因素共同決定。該方式的特點在于整 個培養過程不需要將藻浸沒于培養液中，而是利用纖維具有一定的保水性和透水性，為微 藻的生長提供一定的培養介質，在一定程度上降低因攪拌循環而浪費的能耗、提高產率、提 高空間利用率、減少收獲難度，但是在一定豎直范圍內，由于高度差所產生的靜水壓問題， 這些保水纖維本身對于微藻培養所釋放的水量在豎直高度內不均勻、不可控，具體表現為 滿足頂端耗水量時，下方供水量不足，不能滿足下方微藻的生長需要；滿足下方耗水量時， 上方水量過大，導致外表面的微藻被沖刷掉。因此水量的控制是目前半干式固態培養基無 法突破的難點。 【實用新型內容】
[0008] 本實用新型提供了一種能夠降低微生物培養系統能耗并且能夠節省培養微生物 所需培養液的表面生長式微生物培養板，以及包括此培養板的微生物培養系統。
[0009] 本實用新型的再一個目的是提供一種表面生長式微生物培養板及培養系統，能夠 解決現有的保水性纖維材料布在高度方向上因靜水壓帶來的表面供水不均均，水量難以控 制的技術問題。
[0010] 為此，根據本申請的一個實用新型，提供了一種表面生長式微生物培養板，包括相 反的第一外表面和第二外表面以及位于所述第一外表面和第二外表面之間的本體，所述第 一外表面和第二外表面之一或兩者包括被構造成用于借助液體的表面張力存儲液體并且 附著和培養目標微生物的凹陷部。
[0011] 本實用新型的培養板，培養液不需要經由所述表面生長式微生物培養板的本體而 直接被供應到所述第一外表面或第二外表面上到達所述凹陷部內，為所述凹陷內的目標微 生物提供營養。
[0012] 根據一個可行實施例，所述第一外表面和第二外表面分別包括多個凹陷部。
[0013] 根據一個可行實施例，同一個外表面上的所有凹陷部彼此鄰接構成整個外表面。
[0014] 根據一個可行實施例，所述第一外表面和第二外表面之一或兩者包括位于相鄰的 凹陷部之間的平坦部分。
[0015] 根據一個可行實施例，同一個外表面上的所述多個凹陷部中的一些凹陷部或所有 凹陷部具有相同的凹表面特征。
[0016] 根據一個可行實施例，同一個外表面上的所述多個凹陷部中的每一個凹陷部具有 各不相同的凹表面特征。
[0017] 根據一個可行實施例，同一個外表面上的所述多個凹陷部根據凹陷部的凹表面特 征而有規律地排列。
[0018] 根據一個可行實施例，所述第一外表面和第二外表面的所述多個凹陷部相對于所 述本體是彼此的鏡像。
[0019] 根據一個可行實施例，所述凹陷部的凹表面特征包括構成所述凹陷部的內表面的 各組成部分的形狀、尺寸和組合方式。
[0020] 根據一個可行實施例，構成所述凹陷部的內表面的各組成部分包括下述規則的凹 曲面形狀中的一個或多個：球形的一部分、橢球形的一部分、雙曲面形的一部分、拐角被導 圓的長方體的一部分、圓柱體的一部分。
[0021] 根據一個可行實施例，構成所述凹陷部的內表面的各組成部分包括凸曲面部分和 平坦表面部分中的至少一個。
[0022] 根據一個可行實施例，構成所述凹陷部的內表面的各組成部分包括不規則的曲面 形狀。
[0023] 根據一個可行實施例，所述表面生長式微生物培養板是一體件或由不同部件構成 的組合件。
[0024] 根據一個可行實施例，所述表面生長式微生物培養板的本體包括一個或多個內部 孔隙，或者所述本體是實心的。
[0025] 根據一個可行實施例，所述本體阻斷被供應到所述第一外表面和所述第二外表面 之一上的液體到達所述本體的內部或第一外表面和所述第二外表面的另一個上。
[0026] 根據一個可行實施例，所述表面生長式微生物培養板包括穿過所述本體使液體在 所述第一外表面和所述第二外表面之間流動但目標微生物細胞不能由所述第一外表面和 所述第二外表面進入至本體內部的孔隙或微細孔道。
[0027] 根據一個可行實施例，所述表面生長式微生物培養板通過在板狀本體上添加涂層 而形成所述第一外表面和所述第二外表面上的凹陷部。
[0028] 根據一個可行實施例，所述表面生長式微生物培養板的凹陷部通過成型技術、發 泡技術或機械加工技術形成所述第一外表面和所述第二外表面上的凹陷部。
[0029] 根據一個可行實施例，所述第一外表面或第二外表面的表面曲線呈凹凸線形，例 如，沿其厚度方向的橫截面來看，第一外表面或第二外表面的表面曲線為波浪形狀，以增加 本實用新型培養板的比表面積。
[0030] 本申請還提供了一種包括上述表面生長式微生物培養板的微生物培養系統。
[0031] 根據本申請的表面生長式微生物培養板和微生物培養系統，由于培養液完全或主 要是在所述培養板的外部，借助其表面存在的凹陷部，使培養液水珠因表面張力而繃持在 凹陷部內，并因蒸發作用而減少，且通過培養液水珠分子間的粘滯力作用而慢慢流動、蔓延 和浸潤整個培養板，以實現為光合微生物提供培養液的目的；因此，本實用新型的微生物培 養板，培養液不需要經由所述表面生長式微生物培養板的本體而直接被供應到所述第一外 表面或第二外表面上到達所述凹陷部內，為所述凹陷內的目標微生物提供營養；因此能夠 大幅節省微生物培養所需的培養液，從而降低系統能耗，提供更適宜藻類培養的條件；能夠 大幅增加微生物培養表面積，提高微生物產量。
[0032] 此外，本實用新型的培養板主要是依靠培養液在培養板表面流動，并暫存在培養 板表面各個獨立的凹陷部內，不會形成連續的液路，避免因培養板垂直放置時因靜水壓造 成的表面布液不均的問題出現。
【附圖說明】
[0033]圖1是根據本申請的優選實施例的表面生長式微生物培養板的側視圖，其中，微 生物培養板的兩個外表面都設有用于儲存培養液以及培養目標微生物的凹陷部；
[0034]圖2是圖1的微生物培養板的外表面上的