Предложен автоматический датчик измерения оптической плотности культуры микроводорослей на базе платформы Arduino Nano. Выбор данного микроконтроллера обусловлен его широкой доступностью, наличием свободного программного обеспечения, низкой стоимостью. Анализ литературных данных показал, что при разработке подобных датчиков обычно используется проточная кювета, в качестве источника света используются различные светодиоды. Использование приведённых в литературе датчиков невозможно, так как авторами не указываются монтажные схемы подключения элементов к микроконтроллеру, программная среда, на которой написан алгоритм сбора данных и т. д. В данной работе поставлена задача предложить схему разработки датчика оптической плотности из стандартных широкодоступных комплектующих. Например, в данной работе использовался зелёный светодиод с максимумом светимости на длине волны 520 нм, в качестве фотоприёмника - фоторезистор GL12516. При калибровке использовали культуру цианопрокариоты Spirulina platensis . Получены кривые зависимости коэффициента пропускания и поглощения от сухой биомассы S. platensis. Показано, что в диапазоне плотностей культуры от 0,07 до 1,38 г СВ/л данные с высокой степенью точности (R2 = 0,99) описываются уравнением Бугера-Ламберта-Бера. Выполнена апробация датчика при культивировании S. platensis в плоскопараллельных фотобиореакторах различной толщины.
датчик оптической плотности, Spirulina platensis, коэффициент поглощения, моделирование, плоскопараллельный фотобиореактор
1. Sandnes J.M., Ringstad T., Wenner D., Heyerdahl P.H., Källqvist T., Gislerød H.R. Real-time monitoring and automatic density control of large-scale microalgal cultures using near infrared (NIR) optical density sensors. J. Biotech., 2006, vol. 122, pp. 209-215. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2005.08.034.
2. Briassoulis D., Panagakis P., Chionidis M., Tzenos D., Lalos A., Tsinos C., Berberidis K., Jacobsen A. An experimental helical-tubular photobioreactor for continuous production of Nannochloropsis sp. Bioresour. Technol., 2010, vol. 101, pp. 6768-6777. DOI:https://doi.org/10.1007/s00253-015-6876-7.
3. Nedbal L., Trtílek M., Červený J., Komárek O., Pakrasi H.B. A photobioreactor system for precision cultivation of photoautotrophic microorganisms and for high-content analysis of suspension dynamics. Biotechnol. Bioeng., 2008, vol. 100, pp. 902-910.
4. Marxen K., Vanselow K., Lippemeier S., Hintze R., Ruser A., Hansen U. A photobioreactor system for computer controlled cultivation of microalgae. J. Appl. Phycol., 2005, vol. 17, pp. 535-549.
5. Yao Y., Thommasson J.A., Ge Y., Sui R. Improvement of an optical density sensor for algae pond monitoring and process control. ASABE, 2012. DOIhttps://doi.org/10.13031/2013.42323.
6. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С. Моделирование роста микроводорослей в культуре. Белгород: ООО "Константа", 2017, 152 с. DOI:https://doi.org/10.21072/978-5-906952-28-8. @@[Trenkenshu R.P., Lelekov A.S. Modelling of microalgae growth in culture. Belgorod: Konstanta, 2017, 152 p. (In Russ.)]
7. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Боровков А.Б., Новикова Т.М. Унифицированная установка для лабораторных исследований микроводорослей. Вопросы современной альгологии, 2017, № 1, вып. 13. URL: http://algology.ru/1097 @@[Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Borovkov A.B., Novikova T.M. Unified installation for laboratory studies of microalgae. Questions of modern algology, 2017, no. 1, iss. 13. URL: http://algology.ru/1097. (In Russ.)]
8. Гаврилов П.Е., Азаров А.А., Лелеков А.С. Проточный датчик для определения оптической плотности культуры микроводорослей. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2016, т. 1, с. 101-105. @@[Gavrilov P.E., Azarov A.A., Lelekov A.S. Flow sensor for determining the optical density of a microalgae culture, Actual problems of biological physics and chemistry, 2016, vol. 1, pp. 101-105. (In Russ.)]
9. Zarrouck C. Contribution a l’etude d’une cyanophycee. Influence de divers physiques et chimiques sur la crossance et la photosynthese de Spirulina maxima. Ph.D. thesis, Paris, 1966, 138 p.
10. Хол Д., Рао К. Фотосинтез: пер. с англ. М.: Мир, 1983, 134 с. @@[Hol D., Rao K. Photosynthesis: trans. from english. M.: Mir, 1983, 134 p. (In Russ.)]
11. CdS Photoresistor Manual. GL125 Series Photoresistor. URL: https://opencircuit.nl/ProductInfo/1000662/ GL12528-Datasheet.pdf.
12. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Новикова Т.М. Линейный рост морских микроводорослей в культуре. Морской биологический журнал, 2018, т. 3, № 1, с. 53-60. DOI:https://doi.org/10.21072/mbj.2018.03.1.06 @@[Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Novikova T.M. Linear growth of marine microalgae in culture. Marine Biological Journal, 2018, vol. 3, no. 1, pp. 53-60. (In Russ.)]
13. Naumann T., Çebi Z., Podola B., Melkonian M. Growing microalgae as aquaculture feeds on twin-layers: a novel solid-state photobioreactor. J. Appl. Phycol., 2013, vol. 25, pp. 1413-1420. DOIhttps://doi.org/10.1007/s10811-012-9962-6.
14. Марьин В.А., Харитонов Д.В. Линейный рост и пассивация активных клеток растущей культуры микроорганизмов. Техника и технология пищевых производств, 2014, № 4, с. 97-106. @@[Mar'in V.A., Haritonov D.V. Linear growth and passivation of active cells of a growing culture of microorganisms. Technique and technology of food production, 2014, no. 4, pp. 97-106. (In Russ.)]
15. Белянин В.Н., Сидько Ф.Я., Тренкеншу А.П. Энергетика фотосинтезирующей культуры микроводорослей. Новосибирск: Наука, 1980, 136 с. @@[Belyanin V.N., Sid'ko F.YA., Trenkenshu A.P. Energy photosynthetic culture of microalgae. Novosibirsk: Nauka, 1980, 136 p. (In Russ.)]
16. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С., Гаврилов П.Е., Набойщиков В.С. Математическая модель зависимости оптической плотности культуры от биомассы микроводорослей. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2016, т. 1, c. 77-82. @@[Trenkenshu R.P., Lelekov A.S., Gavrilov P.E., Nabojshchikov V.S. Mathematical model of the dependence of the optical density of the culture on the biomass of microalgae. Actual problems of biological physics and chemistry, 2016, vol. 1, p. 77-82. (In Russ.)]
