Mikroalgler için Basit Bir Bulanıklık İzleme ve Kontrol Sistemi: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bulanıklığı ölçmek için su numunesi almaktan sıkıldığınızı varsayalım; sudaki küçük, asılı parçacıkları belirten, artan ışık yolu veya daha yüksek parçacık konsantrasyonu veya her ikisi ile ışık yoğunluğunu azaltan brüt bir terim. Peki, bunu nasıl yapmalı?

Aşağıda, mikroalglerin biyokütle yoğunluğu için otomatik bir izleme sistemi oluşturmak için attığım birkaç adım var. Bu, mikron altı boyutta olan, suda iyi asılı duran ve daha ziyade aşırı bir yaşam tarzına sahip, ışık enerjisini dönüştüren ve karbondioksiti yeni sentezlenmiş biyokütleye indirgeyen mikro alglerdir. Mikroalgler hakkında bu kadarı yeterli.

Bulanıklığı veya biyokütle yoğunluğunu ölçmek için benim durumumda, dedektör tarafındaki voltaj okumasına dönüştürülen ışık yoğunluğunu ölçmem gerekiyor. Çalıştığım mikroalg türleri ile çalışan uygun bir sensör bulmak için başlangıçta bir engel vardı.

Bulanıklık bir spektrofotometre ile ölçülebilir. Laboratuvar spektrofotometresi pahalıdır ve çoğunlukla bir seferde bir numune ölçer. Her nasılsa, ebay.com veya amazon.com'da bulabildiğim ucuz bir bulanıklık sensörü aldığım için şanslıydım ve şaşırtıcı bir şekilde sensör, denediğim mikroalg türleriyle iyi çalışıyor.

Adım 1: Gerekli Parçalar:

1. Tüpü birbirine bağlayan fotoğraftaki gibi bir bulanıklık sensörü. Sensörü suya batırmayı planlamıyorsanız, listedekinin açık bir geçişi vardır.

2. Bir Arduino kartı. Nano veya Mega/Uno olabilir (Yun Shield kullanılıyorsa)

3. Bir potansiyometre. Hassas olanı böyle kullanmak daha iyidir.

4. Bir OLED ekran. SSD1306 kullandım, ancak 1602, 2004 gibi diğer LCD türleri işe yarar (ve kodu buna göre revize eder).

5. Bunun gibi iki kanallı bir tekrar kartı

6. Ek manuel kontrol için iki adet üç konumlu anahtar

7. Pompalar: 12V'luk küçük bir peristaltik pompa satın aldım ve laboratuvarda ana pompa olarak bir Cole Parmer çift kanallı pompa kullandım. Ana pompanın yalnızca bir kanal kafası varsa, fazla biyokütleyi toplamak için taşma borusunu kullanın, kuvvetli bir hava kaldırma karışımı kullanıyorsanız reaktörün üstünde olası bir biyokütle kaymasına dikkat edin.

8. Seçenek 1 için verileri kaydetmek için bir Raspberry Pi veya dizüstü bilgisayar veya Seçenek 2 için bir Yun Kalkanı

Toplam maliyet 200 $ aralığındadır. Cole Parmer pompası yaklaşık 1000 $ aralığındadır ve toplam maliyete dahil değildir. Tam bir özet yapmadım.

Adım 2: Seçenek 1: Verileri Bir Bilgisayara/ Raspberry Pi'ye USB Kablosu Üzerinden Günlüğe Kaydetme

Bazı çıktı verilerini kaydetmek için bir bilgisayar veya Raspberry Pi kullanma

Kayıt, Putty (Windows) veya Screen (Linux) gibi loglama seçeneği ile yapılabilir. Veya bir Python betiği ile yapılabilir. Bu betiğin işlevsel olması için Python3 ve pyserial adlı bir kitaplık gerekir. Günlüğe kaydedilen verilere dizüstü bilgisayardan veya Masaüstü Uzaktan Kumanda'dan kolayca erişilebilmesinin yanı sıra, bu yaklaşım, diğer çıktılarla birlikte dosyaya giriş yapılan bilgisayardaki zamandan da yararlanır.

İşte Raspberry Pi'nin nasıl kurulacağı ve Arduino'dan nasıl veri toplanacağı hakkında yazdığım başka bir eğitim. Arduino'dan Raspberry Pi'ye veri almak için adım adım bir kılavuzdur.

Ve Arduino kodu, Seçenek 1: bulanıklık sensör sistemini çalıştırmak ve verileri bir bilgisayara kaydetmek için burada barındırılmaktadır.

Yukarıda bahsettiğim gibi bu basit bir sistem ama sensörün anlamlı veriler üretebilmesi için daha sonra mikroalg, alacakaranlık, süt gibi ölçümlerin konusunun askıda kalması gerekiyor veya askıda kalan partiküllerin nispeten stabil olması gerekiyor.

Kaydedilen dosya zaman damgasını, ayar noktasını, bulanıklığın ölçüm değerini ve ana pompanın ne zaman açık olduğunu içerir. Bu size sistem performansının bazı göstergelerini vermelidir..ino dosyasındaki Serial.println(dataString) öğesine daha fazla parametre ekleyebilirsiniz.

Verilerin bir grafik oluşturmak için Excel'de bölünebilmesi için her çıktıya bir virgül (veya verileri elektronik tablodaki her hücreye bölmek için bir sekme veya başka karakterler) eklenmelidir. Virgül, özellikle birkaç bin satırlık veriye sahip olduktan sonra size biraz saç kazandıracak (benimkini kurtaracak) ve sayıları nasıl böleceğinizi ve aralarına virgül eklemeyi unuttuğunuzu anlayacaktır.

Adım 3: Seçenek 2: Veriler Yun Kalkanına Kaydedilir

Verileri günlüğe kaydetmek için Arduino Mega veya Uno'nun üzerinde bir Yun Kalkanı kullanma

Yun Shield, minimal bir Linux dağıtımı çalıştırır ve İnternet'e bağlanabilir, USB bağlantı noktalarına ve SD kart yuvasına sahip olabilir, böylece veriler bir USB çubuğuna veya bir SD karta kaydedilebilir. Zaman Linux sisteminden alınır ve veri dosyası WinSCP veya FileZilla gibi bir FTP programından veya doğrudan USB, SD kart okuyucudan alınır.

İşte Seçenek 2 için Github'da barındırılan kod.

Adım 4: Bulanıklık Sensörü Performansı

Bir Amphenol bulanıklık sensörü (TSD-10) kullandım ve veri sayfasıyla birlikte geliyor. Ürünü çevrimiçi listeden doğrulamak daha zordur. Veri sayfası, Nefelometrik Bulanıklık Birimi'nde (NTU) temsil edilen farklı bulanıklık konsantrasyonuna sahip voltaj okumasının (Vout) bir grafiğini içerir. Mikroalgler için, biyokütle yoğunluğu, optik yoğunluk (OD) olarak adlandırılan partikül konsantrasyonunu ölçmek için genellikle 730 nm veya 750 mm dalga boyundadır. İşte Vout, OD730 (bir Shimadzu Spektrometresi ile ölçülür) ve OD750 (veri sayfasında NTU'dan dönüştürülmüş) arasındaki karşılaştırma.

Bu sistemin en çok arzu edilen durumu, sistemin biyokütle yoğunluğunu belirli bir değerde (veya buna yakın) otomatik olarak ölçebildiği ve kontrol edebildiği türbidite-statik veya türbidostattır. İşte bu sistemin gerçekleştirildiğini gösteren bir grafik.

Açıklama:

Bu bulanıklık izleme ve kontrol sistemi (genellikle türbidostat olarak adlandırılır), gelişmiş bir fotobiyoreaktör inşa etme girişiminde çalıştığım üç üniteden biridir. Bu çalışma, Arizona Eyalet Üniversitesi, Biodesign Swette Çevre Biyoteknoloji Merkezi'nde çalışırken gerçekleştirildi. Bu sistemin alg yetiştiriciliğini ilerletme konusundaki bilimsel katkıları Algal Research Journal'da yayınlandı.