The authors would like to acknowledge Aspen Walker at the University of Pennsylvania for her assistance in reactor maintenance and sample collection.

1. אסיפת כור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסדרים את רכיבי הכור לפי סכמטי באיור 1. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הכור (R) על צלחת ערבוב, מוסיף בר ומערבבים לכור. מניחים את מיכל המיחזור (RT) ליד הצלחת ומערבבים וכור, כך שיציאת שפכים (למעלה) של הטנק מכוונת לקצה ספסל המעבדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מיכל הפסולת (W) מתחת לנמל שפכים (למעלה) של טנק המיחזור (RT). מניחים את מיכל ההזנה (FT) בסמוך לטנק המיחזור (RT). הערה: יש טנק ההזנה בהספק כולל של 5 ל &#39; </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את הכור (R) נגד מפנה עם עמדה ומהדקים בגודל מתאים. כמו כן, להבטיח את טנק המיחזור (RT) כדי למנוע תנועה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור משאבת peristaltic ניאופרן במחזור (משאבה) ולהאכיל את ראשי משאבה (משאבה ב &#39;). עיין בטבלת חומרים למפרטי צינורות נוספים. התקן את ראשי המשאבה על כונני משאבה עם provi הברגיםטוליפ אין עם כונני המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חיבור צינורות של משאבה ליציאות בכור ומכל המיחזור. הכנס את הקצה של הצינור של המשאבה B לתוך טנק ההזנה ומכל המיחזור. חבר את יציאת כור העליונה למכל המיחזור עם צינורות. החל מלחציים לצינורות בנמלי הכור. הערה: קהילות פוטוסינתזה עשויות ליהנות מתאורה מלאכותית הניתנת על ידי מנורות. </li></ol> 2. הכנת פתרונות מניות, פתרונות influent / הזנה, ואצות Inoculant <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון מניות מינרלים. להוסיף את הדברים הבאים בבקבוק נפח 1 ליטר עם 500 מיליליטר של מים ללא יונים: סודיום ביקרבונט 200 גרם, אשלגן monobasic 40 גרם, מגנזיום סולפט 4 g, כלוריד Ferric 4 g, סידן כלורי 4 g, כלוריד נחושת 1 גרם, קובלט 1 גרם hexahydrate כלוריד, hexahydrate כלוריד ניקל 1 גרם, heptahydrate סולפט אבץ 1 גרם. להוסיף 400 מיליליטר נוסף של מים ללא יונים. מערבולת בכוח כדי לעודד את פירוקה של מלחים. diss הבאolution של מלחים, להוסיף מים ללא יונים להביא את הנפח הכולל של פתרון ל1 ל &#39; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון מניות אמוניה. בבקבוק נפח 1 ליטר, לפזר 38.214 גרם אמוניום כלוריד בכ 900 מיליליטר של מים ללא יונים. לאחר פירוק, להוסיף מים ללא יונים להביא את הנפח הכולל של עד 1,000 מיליליטר. הערה: 1 מיליליטר של פתרון מניות בדילול מלא לL 1 מניב L 10 מ&quot;ג -1 NH 4 + -N פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון המניות חנקה. בבקבוק נפח 1 ליטר, לפזר 72.413 גרם של אשלגן חנקה בכ 900 מיליליטר של מים ללא יונים. לאחר פירוק, להוסיף מים ללא יונים להביא את הנפח הכולל של עד 1,000 מיליליטר. הערה: 1 מיליליטר של פתרון מניות בדילול מלא לL 1 מניבה L 10 מ&quot;ג -1 NO 3 - -N פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן הזנה / פתרון influent. כדי להפוך פתרון הזנה המכיל 20 מ&quot;ג L -1 NH L 4 + ו-N 20 מ&quot;ג -1 NO 3 - -N, לדלל 2 מיליליטר שלפתרון mmonia מניות ו -2 מיליליטר של פתרון מניות חנקה להיקף כולל 1 ליטר. לפני הדילול, להוסיף 0.5 מיליליטר פתרון מינרלים / L של פתרון שנעשים. הכן 5 L של influent בסך להתחיל את הכור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את inoculant האצות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף נפח גדול (לפחות 10 ליטר) של מים מגוף מים המכילים אצות כגון נחל או בריכה. לאפשר האצות להתיישב על ידי השארת דגימות מים באין מפריעות במשך 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למזוג וזורקים (לא אצות מכילות) ברורות מים בחלק העליון של הדגימות, עוזב השעיה אצות מרוכזת בתוך בקבוקי המדגם. מערבבים את ההשעיה אצות מכל הדגימות לתוך מכולה אחת ולחזור על ההתיישבות וצעדי decanting. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את ביומסה בתוך המדגם המרוכז. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש מסנן אבק נייר (מסנן 0.45 מיקרומטר MCE ואקום) ואלומיניום שוקל O סירה / N בתנור שנקבע ל 103 מעלות צלזיוס לאחר מגניב למטה בתא ייבוש למשך 30 דקות ב RT למדוד את שיתוףmbined ההמוני של המסנן ולשקול סירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסנן אבק 20 מיליליטר של השעיה אצות מרוכזת ולהחזיר את המסנן ולשקול סירה לתנור לייבוש O / N. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את המסה בשילוב של המסנן ולשקול סירה. לחשב את הצפיפות ביומסה בתוך המדגם המרוכז. הערה: הנפח הכולל של דגימת מים שחוקרים יצטרכו לאסוף יהיו תלוי בגוף המים מקור. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. זריעה והחל הכור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 750 מיליליטר של תמיסת הזנה לכור. מלא את מיכל המיחזור עם 500 מיליליטר של תמיסת הזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש פיפטה ארוכה כדי להוסיף השעיה לחסן המכילה 1.5 גרם של אצות בחלקו התחתון של הכור בעדינות. לאפשר הבידוד ליישב לתחתית של הכור, להבטיח זאת על ידי תצפית ויזואלית, לפני שתמשיך לשלב הבא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהתאים התיישבו, להסיר את מהדק הצינור ולהפעיל משאבה לקצב זרימה איטית (10 revolutioדקות NS -1 / 38 מיליליטר דקות -1). האוויר שנלכד בצינור יגורש לכור. הערה: התוספת של 750 מיליליטר לכור תמנע כל ביומסה המופרעת על ידי המשאבה מלעזוב את הכור. לסחוט את צינורות כדי להבטיח שכל האוויר כבר גורש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיף בהדרגה פתרון הזנה למכל המיחזור כפתרון נשאב לתוך הכור. המשך בנוסף עד ששני הכור ומכל המיחזור הם ביכולת ומתחיל בשפכים כדי לצאת מטנק המיחזור דרך היציאה העליונה. הערה: הנפח של פתרון הזנה שיש להוסיף למכל המיחזור ישתנה עם הנפח של inoculant הוסיף לכור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את פתרון ההזנה שנותר למכל ההזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את משאבת המיחזור (משאבה) ל -19 דקות מהפכות -1, הקמת קצב זרימת מחזור של 72.5 מיליליטר דקות -1. שים לב לאצות מתחילות לופט מהחלק התחתון של הכור. שימוש בדרגות בכור, לקבוע דו האצותגובה אזור omass. ודא כי הגובה קבוע לפני שתמשיך לשלב הבא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את צלחת הערבוב במהירות נמוכה מאוד; הגדרה של 1 או 2 היא מתאימה כדי להתחיל. בר הערבוב יסייע בlofting ביומסה נוספת, אך ערבוב אגרסיווי יגרום אצות לעזוב את הכור, להיכנס לטנק המיחזור, ולהשאיר בשפכים. הגדר ערבוב מהיר בהגדרת צורך להקים גבול אצות ברור בתוך הכור (איור 2 א); האזור ביומסה אצות צריך להיות כ 10-15 סנטימטר בגובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל משאבת ההזנה לאחר התבוננות גבול ברור בין תקע האצות ונוזל הכור. הגדר את המשאבה ל -25 מהפכות דקות -1, הקמת קצב זרימה של 1.5 מיליליטר דקות -1. שים לב ליציאת כור נוזל יציאת שפכים בשל כוח הכבידה ועקירה שנגרם על ידי זרם influent הנכנס. </li></ol> אוסף דוגמאות 4. וניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע פרי פעילות איסוף דגימהאו לביצוע תחזוקה במערכת הכור. לאסוף 20 מיליליטר של דגימות שפכים וinfluent יומיות. לאסוף דגימות שפכים מתוך טנק המיחזור. לאסוף דגימות influent ישירות ממכל ההזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות מסנן אבק כדי להסיר מוצקים מרחפות לפני אחסון וניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן את influent ודגימות שפכים ב -20 ° C עד לניתוח נוסף. להגביל את מספר מחזורי הפשרת הקפאת דגימות נתון. במידת הצורך, ניתן לפצל דגימות לתוך aliquots כדי לשמור על שלמות מדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע ניתוח מדגם לחנק, ניטריט, ואמוניה באמצעות טכניקות סטנדרטי 17. הערה: המחברים מנוצלים יון כרומטוגרפיה (IC) כדי לייצר את התוצאות שהוצגו במסמך זה. עיין בטבלת חומרים למפרט. </li></ol>

<ol>
	<li>Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+an+aerobic/anaerobic+hybrid+bioreactor+under+the+nitrogen+deficient+and+low+F/M+conditions.">Performance of an aerobic/anaerobic hybrid bioreactor under the nitrogen deficient and low F/M conditions.</a> Water Res. 40 (7), 1442-1448 (2006).</li><li>Nootong, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Performance and kinetic evaluations of a novel bioreactor system in the low-oxygen/low-fluid shear reaction environments. , 3225514 (2006).</li><li>Nootong, K., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+an+upflow+bioreactor+system+for+nitrogen+removal+via+autotrophic+nitrification+and+denitrification.">Analysis of an upflow bioreactor system for nitrogen removal via autotrophic nitrification and denitrification.</a> Bioresour Technol. 99 (14), 6292-6298 (2008).</li><li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment.">Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Sci Technol. 70 (4), 729-735 (2014).</li><li>Rittmann, B. E., McCarty, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Environmental Biotechnology: Principles and Applications. , (2001).</li><li>Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. , (2002).</li><li>Palm, J. C., Jenkins, D., Parker, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+Organic+Loading,+Dissolved-Oxygen+Concentration+and+Sludge+Settleability+in+the+Completely-Mixed+Activated-Sludge+Process.">Relationship between Organic Loading, Dissolved-Oxygen Concentration and Sludge Settleability in the Completely-Mixed Activated-Sludge Process.</a> Journal Water Pollution Control Federation. 52 (10), 2484-2506 (1980).</li><li>Jenkins, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+Comprehensive+Model+of+Activated-Sludge+Bulking+and+Foaming.">Towards a Comprehensive Model of Activated-Sludge Bulking and Foaming.</a> Water Science and Technology. 25 (6), 215-230 (1992).</li><li>Shieh, W., Keenan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+5+Advances+in+Biochemical+Engineering/Biotechnology.">Ch. 5 Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology.</a> Bioproducts. 33, 131-169 (1986).</li><li>Shieh, W. K., Li, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+and+Kinetics+of+Aerated+Fluidized-Bed+Biofilm+Reactor.">Performance and Kinetics of Aerated Fluidized-Bed Biofilm Reactor.</a> Journal of Environmental Engineering-Asce. 115 (1), 65-79 (1989).</li><li>Alvarez-Vazquez, H., Jefferson, B., Judd, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+bioreactors+vs+conventional+biological+treatment+of+landfill+leachate:+a+brief+review.">Membrane bioreactors vs conventional biological treatment of landfill leachate: a brief review.</a> Journal of Chemical Technology &amp; Biotechnology. 79 (10), 1043-1049 (2004).</li><li>Fenu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activated+sludge+model+(ASM)+based+modelling+of+membrane+bioreactor+(MBR)+processes:+a+critical+review+with+special+regard+to+MBR+specificities.">Activated sludge model (ASM) based modelling of membrane bioreactor (MBR) processes: a critical review with special regard to MBR specificities.</a> Water Res. 44 (15), 4272-4294 (2010).</li><li>Liu, Y., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+essential+role+of+hydrodynamic+shear+force+in+the+formation+of+biofilm+and+granular+sludge.">The essential role of hydrodynamic shear force in the formation of biofilm and granular sludge.</a> Water Res. 36 (7), 1653-1665 (2002).</li><li>Chudoba, J., Grau, P., Ottov&#225;, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+activated-sludge+filamentous+bulking-II.+Selection+of+microorganisms+by+means+of+a+selector.">Control of activated-sludge filamentous bulking-II. Selection of microorganisms by means of a selector.</a> Water Research. 7 (10), 1389-1406 (1973).</li><li>Christenson, L., Sims, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+harvesting+of+microalgae+for+wastewater+treatment,+biofuels,+and+bioproducts.">Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts.</a> Biotechnol Adv. 29 (6), 686-702 (2011).</li><li>Henderson, R., Parsons, S. A., Jefferson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+algal+properties+and+pre-oxidation+on+solid-liquid+separation+of+algae.">The impact of algal properties and pre-oxidation on solid-liquid separation of algae.</a> Water Res. 42 (8-9), 8-9 (2008).</li><li>Jackson, P. E., Meyers, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Encyclopedia of Analytical Chemistry. , (2000).</li><li>Wilkinson, G. N., Rogers, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbolic+descriptions+of+factorial+models+for+analysis+of+variance.">Symbolic descriptions of factorial models for analysis of variance.</a> Applied Statistics. 22, 392-399 (1973).</li><li>Chambers, J. M., Chambers, J. M., Hastie, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+4.">Ch. 4.</a> Statistical Models in S. , (1992).</li><li>R Core Team. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> R: A Language and Environment for Statistical Computing. , (2015).</li><li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apendix:Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment.">Apendix:Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Science &amp; Technology. 70 (4), 729-735 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wastewater Management Fact Sheet - Energy Conservation. 832F06024, 1-7 (2006).</li><li>Curtis, T. P., Mitchell, R., Gu, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+13.">Ch 13.</a> Environmental Biotechnology. , (2010).</li><li>Asada, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=THE+WATER-WATER+CYCLE+IN+CHLOROPLASTS:+Scavenging+of+Active+Oxygens+and+Dissipation+of+Excess+Photons.">THE WATER-WATER CYCLE IN CHLOROPLASTS: Scavenging of Active Oxygens and Dissipation of Excess Photons.</a> Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 50, 601-639 (1999).</li><li>Mullineaux, P., Karpinski, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+transduction+in+response+to+excess+light:+getting+out+of+the+chloroplast.">Signal transduction in response to excess light: getting out of the chloroplast.</a> Curr Opin Plant Biol. 5 (1), 43-48 (2002).</li><li>Mallick, N., Mohn, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+species:+response+of+algal+cells.">Reactive oxygen species: response of algal cells.</a> Journal of Plant Physiology. 157 (2), 183-193 (2000).</li><li>Fridovich, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+toxicity:+a+radical+explanation.">Oxygen toxicity: a radical explanation.</a> J Exp Biol. 201 ((Pt 8)), 1203-1209 (1998).</li><li>Doyle, S. M., Diamond, M., McCabe, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chloroplast+and+reactive+oxygen+species+involvement+in+apoptotic-like+programmed+cell+death+in+Arabidopsis+suspension+cultures.">Chloroplast and reactive oxygen species involvement in apoptotic-like programmed cell death in Arabidopsis suspension cultures.</a> J Exp Bot. 61 (2), 473-482 (2010).</li><li>Eisma, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suspended-matter+particle+size+in+some+West-European+estuaries;+part+II:+A+review+on+floc+formation+and+break-up.">Suspended-matter particle size in some West-European estuaries; part II: A review on floc formation and break-up.</a> Netherlands Journal of Sea Research. 28 (3), 215-220 (1991).</li><li>Thomas, D. N., Judd, S. J., Fawcett, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flocculation+modelling:+A+review.">Flocculation modelling: A review.</a> Water Research. 33 (7), 1579-1592 (1999).</li><li>Harris, R. H., Mitchell, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+polymers+in+microbial+aggregation.">The role of polymers in microbial aggregation.</a> Annu Rev Microbiol. 27, 27-50 (1973).</li><li>Raszka, A., Chorvatova, M., Wanner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+and+significance+of+extracellular+polymers+in+activated+sludge.">The role and significance of extracellular polymers in activated sludge.</a> Part I: Literature review. Acta Hydrochimica Et Hydrobiologica. 34 (5), 411-424 (2006).</li><li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Dunaliella+tertiolecta+and+associated+bacteria+in+photobioreactors.">Growth of Dunaliella tertiolecta and associated bacteria in photobioreactors.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (9), 1357-1365 (2012).</li><li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Chlorella+vulgaris+and+associated+bacteria+in+photobioreactors.">Growth of Chlorella vulgaris and associated bacteria in photobioreactors.</a> Microb Biotechnol. 5 (1), 69-78 (2012).</li><li>Natrah, F. M. I., Bossier, P., Sorgeloos, P., Yusoff, F. M., Defoirdt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Significance+of+microalgal-bacterial+interactions+for+aquaculture.">Significance of microalgal-bacterial interactions for aquaculture.</a> Reviews in Aquaculture. 6 (1), 48-61 (2014).</li><li>Dittami, S. M., Eveillard, D., Tonon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+metabolic+approach+to+study+algal-bacterial+interactions+in+changing+environments.">A metabolic approach to study algal-bacterial interactions in changing environments.</a> Mol Ecol. 23 (7), 1656-1660 (2014).</li><li>Watanabe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbiotic+association+in+Chlorella+culture.">Symbiotic association in Chlorella culture.</a> FEMS Microbiol Ecol. 51 (2), 187-196 (2005).</li><li>Burke, C., Thomas, T., Lewis, M., Steinberg, P., Kjelleberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition,+uniqueness+and+variability+of+the+epiphytic+bacterial+community+of+the+green+alga+Ulva+australis.">Composition, uniqueness and variability of the epiphytic bacterial community of the green alga Ulva australis.</a> ISME J. 5 (4), 590-600 (2011).</li><li>Krohn-Molt, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metagenome+survey+of+a+multispecies+and+alga-associated+biofilm+revealed+key+elements+of+bacterial-algal+interactions+in+photobioreactors.">Metagenome survey of a multispecies and alga-associated biofilm revealed key elements of bacterial-algal interactions in photobioreactors.</a> Appl Environ Microbiol. 79 (20), 6196-6206 (2013).</li><li>Cooper, E. D., Bentlage, B., Gibbons, T. R., Bachvaroff, T. R., Delwiche, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metatranscriptome+profiling+of+a+harmful+algal+bloom.">Metatranscriptome profiling of a harmful algal bloom.</a> Harmful Algae. 37, 75-83 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose and declare that they have no competing financial interests.

סעיף זה יתחיל בדיון על וריאציות פרוטוקול הדרושות כדי לטפל בבעיות תפעוליות אפשריות, כמו גם שימוש בקהילות חיידקים שונות. נקודות החוזק של עיצוב כור זה יידון, כולל היכולת למשול שליטה של ​​שטף חמצן ויצירת flocs צפיפות הגבוהה בתוך הכור. אתגרים נוכחיים ואפיקים אפשריים של חקירה יהיו גם ציינו. הניואנסים פרוטוקול ווריאציות הפעולה של HDBRs לטיפוח סוגים שונים של תרבויות של דורשת שינויים קלים בפרוטוקול תפעולי, בהתאם המינים תחת חקירה. יש צורך בערבוב והרחבת אזור ביומסה אצות מספיק כדי להגדיל את החשיפה של כל flocs להדליק ולאפשר פוטוסינתזה. השעיה של ביומסה אצות בתוך הכור היא מונעת על ידי שילוב של שיעור מחזור הכור ומהירות מוט ערבוב. יש להקפיד בבחירת מאפייני ההפעלהשל שניהם, כך שיש מרווח נאות בין אזור ביומסה אצות הפעיל ביולוגי והיציאה בחלק העליון של הכור, כמו כל ביומסה שמשאירה את הכור עלול ללכת לאיבוד בשפכים דרך היציאה העליונה של מיכל המיחזור. אם ביומסה הוא ציין שעזבה בשפכים, סינון יכול להיות מצויד ליציאה העליונה של מיכל המיחזור. התוספת של צמר זכוכית יכולה לשמש כמסנן. כמסנן מצטבר ביומסה זה צריך להיות שונה. אם נעשה שימוש במסנן, דגימות מוצקים מרחפות יש לנקוט מזרם של המסנן בנוסף לנוזל הכור בתוך טנק המיחזור על מנת לקבל את יתרת המסה הנכונה; ביומסה הצטברו במסנן חייבת להיות גם בחשבון. תחת כמה תנאי הפעלה עם אצות ושמרי אזור ביומסה לא תמיד מוביל לנוזל הבהיר, גם כאשר הקהילה היא בריאה. במקרים אלה יש השעיה לדלל של תאים בולטים מעל האזור ביומסה ובתוך טנק המיחזור. אנו hypothesizדואר שבקהילות האצות ושמרים שכבר טיפחו בHDBR עד כה אינו מכיל חיידקי פילמנטיות לאזור היציב, שלובים ביומסה כפי שניתן לראות בheterotrophic וניטריפיקציה / תרבויות חיידקי דניטריפיקציה (איור 5). לכן, אם המטרה היא למנוע מתאים לברוח בשפכים, כמו במקרה של אצות ושמרים, ייתכן שיהיה צורך להשתמש במכשיר קרום או סינון בנמל השפכים. מקור בלתי צפוי של הפרעה ביומסה, אשר עלולים להשפיע באופן שלילי ההפרדה מוצק נוזל של HDBR, הוא ההצטברות של בועות בתוך קווי משאבת מחזור. בועות אלה הן תוצר של אוורור בטנק המיחזור. יש להקפיד לטהר באופן קבוע כל הצטברות של גזים בתוך צינורות. לסחוט את צינורות בכיוון של זרימת נוזל יהיה לזרז את התהליך הזה ומשמש גם כדי לסלק כל ביומסה שהופך קבועה לפנים של הצינור. כמו התאים בתרבויות אלה נוטים לצבור לflocs, גם יש להם נטייה כאשר שוחררו מאזור ביומסה לדבוק וליישב את הקירות של HDBR. לכן, אם חוקרים להבחין בהידבקות של ביומסה לקירות הפנימיים של מיכל הכור ומחזור, הם צריכים להשתמש בפיפטה או מברשת זכוכית מחוטאת להפריע ולמנוע צמיחת biofilm מוגזמת על הקירות של הכור. הפרוטוקול שתואר לעיל יש לשנות כאשר מיקרואורגניזמים heterotrophic או ניטיריפיקציה / חיידקי denitrifying הם הקהילה של עניין. לדוגמא, 4 גרם של מיקרואורגניזמים heterotrophic (נמדד כVSS) שימש לזרע הכור, כפי שתואר על ידי מכירות וShieh 1. כאשר לומד אמוניה וניטריט חיידקי חמצון, 2 גרם של AOB / NOB המועשר שימש כמתואר בNootong וShieh 2 וRamanathan et al. 4, והרחיב על בנספח לכתב היד כי 21. הסכום של הבידוד המדויקכדי להפעיל את הכור יכול להשתנות ובאמת תלוי בכמות של הבידוד זמין מקור וההיקף האמיתי של הכור בשימוש. כדי למנוע הפרעה ביומסה, השימוש בבר ומערבבים הוא מיואש בעת שימוש בתרבויות יוצרי מחצלת אלה. מניפולציה של מאפיינים הידראוליים יתרון עיקרי של עיצוב HDBR הוא היכולת לשלוט בשיעורי ההזנה וזרימת מחזור בנפרד זו מזו. חוקרים יכולים למקד שיעורי טעינה ספציפיים, למחזר שיעורים, או למחזר את היחסים. לדוגמא, בעוד שביצועי כור לומדים ניצול בוצה מופעלים כדי להסיר COD משפכים סינטטיים, יחס המיחזור מגוון 3.5-21.5 1. מחקרים ראשוניים של כור ניצול ניטיריפיקציה אוטוטרופי / חיידקי denitrifying ציינו כי אזורים ביומסה יציבים יכולים להישמר תחת יחסי מחזור של 2.5-24.3 3. אומדנים אלה הוכיחו את עצמו כשמרני לא התעוררו כל בעיות כאשר הגדלת ra מחזורtios עד 43 במעקב מחקר 21. היכולת לפעול ביחסי מחזור גבוהים, ושיעורי מחזור גבוהים ובכך, הוא שימושי לחקר ההשפעות של גזירת נוזל על היציבות ומאפיינים של האזור ביומסה. במקרים מסוימים, כגון טיפוח אצות, ההקמה ותחזוקה של מטריצת ביומסה היא לא דרישה ושיעורי מחזור גבוהים ויש צורך יחסים לסייע בהשעיה של טור האצות. עיצוב כור זה מסוגל להקל השעיה נעזרת בשיעורים גבוהים מחזור (49.3 במחקר זה), ובלבד שחוקרים הם מסוגלים לשמור על ממשק ביומסה / שפכים מובחנים בתוך הכור. במקרים בהם יחס המיחזור גבוה, המאפיינים הידראוליים הכור של מערכת HDBR כל מתנהגים יותר דומה לכורים לחלוטין מעורבים (CMFR) מאשר זרימת תקע כור (PFR), ובכך מאפשר לחוקר לבחון תרבויות על פני ספקטרום של הידראולי ערבוב מאפיינים במערכת אחת ספיקת המיחזורהסימפונית משחק תפקיד בשטף, העברת מסה, וההפצה של מיני גזים מומסים בכל הכור, כפי שיתואר להלן. שליטה של O 2 שטף ומסילוק גזים במכל המיחזור בעוד לומד תהליכי ניטריפיקציה / דניטריפיקציה משולבות, ריכוזי חמצן מומסים נצפו להיות מדולדלים במהירות בחלקים הנמוכים ביותר של האזור ביומסה הפעיל כניטריפיקציה בוצעה 2-4, במקביל מחקרי הסרת COD קודמים 1; זה עשוי להציע שזרימת המשטר בתוך זרימת ביומסה דומה לזו של PFR 1. עם אזור ביומסה העליון הופך anoxic, דניטריפיקציה בוצעה, וכתוצאה מכך הסרת החנקן מומס מ2,3 השפכים כור. תצפיות אלה הראו כי השילוב של אוורור חיצוני במכל המיחזור, בשילוב עם היכולת לשלוט שטף חמצן לטנק upflow, באמצעות מניפולציה של המיחזורשיעור, מאפשר למילויים של חמצן לפתח בתוך flocs ולאורכו של האזור ביומסה, המאפשר לאירובי, אנאירובי ותגובות anoxic להתרחש בטנק בודד. כתגובות רבות לטיפול ביולוגי תלויות או מעוכבות על ידי חמצן, כור זה מאפשר לדרך קלה יותר לשלוט שיעורים המוניים חמצן לbioreactors; אולי מה שמאפשר שיטות אוורור יעילים יותר. כאוורור הוא אחד מעלויות האנרגיה הגבוהות ביותר בטיפול בשפכים, זה יכול לשמש כדי להפחית את עלויות תפעול עבור עיריות 22,23. השליטה של ​​שטף חמצן באמצעות כור היא לא רק דאגה לחיידקים heterotrophic וchemoautotrophic. אנרגיית עירור עודף (EEE) היא אצות אנרגיית אור עודף תאים נחשפים, ותוצאות בחמצן (O 2) מצטמצמת לסופראוקסיד (O 2 -) עם אלקטרונים עודפים נדחקו מאני photosystem או השני (PSI וPSII) 24. אניוני סופראוקסיד יכול לגרום משמעותיתt נזק פיסיולוגי במערכות אצות. מסגרת סלולרית קיימת כדי לאתר ולנטרל O 2 - לפני נזק יכול להתרחש למרכיבים תאיים, אבל בתאים מאוד הדגישו מינים תגובתי חמצן (ROS) עדיין יכולים ליצור 24-28. על ידי שליטה על שיעור המיחזור והאוורור בטנק המיחזור, חוקרים יוכלו לטפל בבעיות הנובעות מחמצן עודף והרעילות זה יכול לגרום בתרבויות אצות, ועשויים לשפר עוד יותר את הצמיחה של אצות בתרבויות צפופות מאוד, במיוחד במקרים שבו אור המשלים הוא להיות מסופק באמצעות מנורות. היווצרות של flocs ו / או האזור ביומסה מובילה למאקרו המגוון ומיקרו-סביבות אחד המאפיינים הייחודיים ביותר של עיצוב כור זה הוא החיסול של טנק הבהרה. אנו משערים כי ההפרדה מוצק הנוזל הטוב שמושגת בHDBRs ניתן לייחס גם להיווצרות flocs הצפוף ביותר (כלומר,מקרה עם אצות), או היווצרות של מטריצה ​​יציבה, נקבובית של flocs לובים ומיקרואורגניזמים ארוכי פילמנטיות (כלומר, עם 1-4,7,16 (איור 5 heterotrophic וניטיריפיקציה / denitrifying תרבויות)). ההיווצרות והיציבות של flocs תלויה במספר פיזי, כימי וגורמים ביולוגיים 7,13,29-31. למעשה, ההיווצרות של flocs היא המטרה העיקרית של סטארט-אפ ותלוי בערבוב מספיק (הדרגתיים כוח גזירה) כדי להגדיל את ההתנגשויות בין 13,30 inoculant המושעה, אלא גם על הנוכחות של מיקרואורגניזמים flocculating היטב המייצרים תרכובות (flocculants ) המאפשרים לתאים כדי לצבור 31,32. בכורים בקנה מידה מעבדה אלה, מצאנו כי ערבוב מספיק להפתתה ניתן להשיג גם על ידי פרופיל מהירות upflow או מכשיר ערבוב, כגון בר ומערבבים, הממוקם בחלק התחתון של הכור. לתרבויות הדורשות חמצן, טנק המיחזור החיצוני יכול בדואר משמש כמכל חיצוני העברת גז (או לאוורור או הפשטה של ​​גזים, למשל להסרת חמצן שנוצר בתגובות פוטוסינתזה). היתרון של אוורור חיצוני הוא שהוא מונע ערבוב עודף כמו גם בועות אוויר לבוא במגע עם flocs ולשבור אותם בנפרד. בחלק ממקרים, עם תרבויות heterotrophic וניטיריפיקציה / denitrifying שיצרו מטריצה ​​יציבה, נקבובית, כאשר בועות גז נמצאו להיכנס לכור שהם יכולים למצוא מתפרקים חלקים של המטריצה ​​או להפוך לרכבת בחלקים מסוימים במטריצה ​​שגרמו להם לצוף לראש הכור. לכן, פעולה של המכל החיצוני העברת גז כדי למנוע בועות כניסה לכור באמצעות קו המיחזור הוא מפתח לשמירה על הפרדה מוצקה נוזל טובה של המערכת. כיווני HDBR פוטנציאל מחקרים המעבדתיים כור, במיוחד אלה התמקדו בPBRs, לעתים קרובות מתמקדים לקראת איסוף הנתונים הקינטית למייקרו בפרטמיני bial או 1,3,4,33,34 קהילה. מבחינה הסטורית מחקרים רבים נעשים על תרבויות אצות טופלו axenic או אנטיבקטריאלי למרות ראיות מצטברות של החשיבות של אינטראקציות בין interspecies אצות וחיידקי קהילות 35,36. מחקרים של תרבויות מעורבות מבטיחים להניב מסקנות חדשות ותובנה על איך יחסי interspecies אלה לעבוד 35-38. מחקרים שנעשה לאחרונה של תרבויות מעורבות הורחבו כדי לכלול ניתוח מדגם עם כלים ביולוגיה מולקולריים כגון תגובת שרשרת של פולימראז כמותיים (qPCR) לכמת שיעורי אצות והתפתחות חיידקי 33,34. ניתוח metagenomic וmetatranscriptomic נעשה שימוש כדי להבהיר מידע נוסף על אופן שהאצות וחיידקים האינטראקציה בשתי מערכות אקולוגיות טבעיות והמהונדסות 39,40. בנוסף לחקירות מולקולריות של תרבויות חיידקים בHDBRs, מחקרים מיקרוסקופי בוחנים את הגודל, מבנה וארגון של flocs ומטריצת ביולוגית הנקבובית שלאזור ביומסה היה לספק מידע רב ערך על יכולת HDBRs לקדם הפרדה מוצק נוזל טוב. עד כה, מגוון קטן של כרכי כור ויחסי מחזור נחקר באמצעות עיצוב HDBR. ככזה, ביצועי כור ביישומים בקנה מידה גדולים אינם ידוע כרגע. כל אחת ממערכות הכור נבדקו הוא פחות מ 2 ליטר בנפח ומורכב מזכוכית. ככורים אלה הם לא את רכיבי המדף וחייבים להיות בנוי על ידי מומחה מעבדה זכוכית להגדיל את הגודל של כורי זכוכית עלול להיות קשה כמו חתיכות המוצא חייבת להיות שנבחרו בקפידה לעובי קיר מתאים (התכתבות פרטית: ק Carraro, 2014). כלי זכוכית גדולים גם פועל בסיכון גבוה יותר שבורה או פגום בהשוואה למתכת, פלסטיק, או כור בטון. בניית כורים גדולים עם מתכת או פלסטיק לניסויים המעבדתיים עשויה להיות אופציה, אבל את הכדאיות של אפשרות זו עדיין לא נחקרה. בנוסף tהוא משתמש בחומרים אטומים או שקופים עלולים לעכב תצפית ויזואלית של הכורים בחקירה ויסבך את פעולתם של כורים אלה בתצורת PBR. כתב יד זה התווה את ההרכבה, הפעלה, ותהליכים תפעוליים לפעול bioreactor צפיפות גבוהה (HDBR). עבודה קודמת הקימה יכולת HDBRs להסיר שני מיני חנקן באמצעות חיידקי heterotrophic וchemoautotrophic 1-4 COD ו. כאן המחברים להדגים את היכולת של HDBRs לתרבות של קהילות אצות צפיפות גבוהה והסרת של מיני חנקן מזרמי פסולת סינטטיים. בעקבות תצפיות קודמות, אזור ביומסה יציב הוקם על ידי האצות, והפעלה מוצלחת של הכור בלי תהליך הבהרה הושג תוך הסרת 18.4% ממיני חנקן כלליים מinfluent. המרה בין מיני חנקן (NH 4 + ל NO 3 -) נצפה, ומאפשריםהמחברים להציע הנוכחות ופעילות של AOB ונוב. התוצאות שהוצגו בכתב היד הזה מההפגנה הנוכחית עם אצות ומחקרים קודמים באמצעות השימוש נוסף תמיכה במערכת HDBR, כמו גם המחקר ופיתוח, עיצוב כור זה לטיפוח צפיפות גבוה של מיקרואורגניזמים עבור מגוון רחב של יישומים סביבתיים ותעשייתיים.

שפכים עירוניים מטופל בדרך כלל בתהליכי בוצה משופעלת על מנת להפחית את המוצקים מרחפים (SS), ביקוש ביולוגי חמצן (BOD), חנקן אורגני ואי-אורגני, ותוכן זרחן 5,6. תהליך הבוצה משופעלת, אמצעי טיפול בשפכים המשני, כרוך החמצון של פחמן אורגני בטנק אוורור מלא במשקאות מעורבים של שפכים נכנסים ומיקרואורגניזם heterotrophic הממוחזר (המכונה בוצה משופעלת נפוץ) 5-7. המשקאות המעורבים ואז נכנס לטהור גדול יחסית (טנק יישוב) שבו הבוצה מסתפקת באוסף קל יותר, או כדי להיות מסולק או ממוחזר חזרה לטנק האוורור, ואילו בשפכים הבהירו, שטופלו יכולים להמשיך טיפול או חיטוי שיישונים לפני ששוחרר ל מים מקבלים 5-7. הפרדה יעילה של הקולחים ומוצקים (בוצה) בלטהור המשני היא חיונית לתפקוד התקין של היהמערכת טיפול tewater, כמו כל בוצה משופעלת ממשיכה מעבר לclarifiers תגדיל את BOD ואס-האס ב5-8 בשפכים. מספר התהליכים ביולוגיים חלופיים קיימים לטיפול שניוני בשפכים, אשר להפחית או לבטל את הצורך בטנקי הבהרה גדולים, כוללים מצורף צמיחה כורים (biofilm), bioreactors הקרום (MBRs), וכורים גרעיניים בוצה. בכורים biofilm, ההיווצרות של biofilms, שבו מיקרואורגניזמים באופן טבעי הכולל ולצרף כשכבת על משטח מוצק, מאפשר לשימור ביומסה והצטברות ללא הצורך בטנק הבהרה. כורי biofilm ניתן לסווג לשלושה סוגים: כורי מיטה ארוזה, כורי מיטה מרחף, ומסתובבים קבלנים ביולוגיים. כורי מיטה ארוזים, כגון מסננים מטפטפים ומגדלים ביולוגיים, לנצל משטח מוצק צמיחה נייחת 5,6. כורי מיטה מרחף (FBRs) תלויים בקובץ המצורף של מיקרואורגניזמים לחלקיקים,כגון חול, גרגירי פחם פעילים (GAC), או חרוזי זכוכית, אשר נשמרים בהשעיה על ידי קצב זרימה כלפי מעלה גבוה 9,10. כורים ביולוגיים מסתובבים תלויים בbiofilms נוצר על התקשורת מחוברת לפיר מסתובב המאפשרת biofilm להיחשף לסירוגין לאוויר ומטופלת הנוזל 5,6. MBRs להשתמש ביחידות סינון קרום, או בתוך (התצורה השקועה) bioreactor או חיצוני באמצעות מחזור (תצורת צד-זרם) 5,11. הקרומים לשמש כדי להשיג הפרדה טובה של ביומסה וחלקיקים מוצקים מ11,12 הנוזל שטופל. כורים גרעיניים הם בוצת כורי upflow בי ההיווצרות של גרגרים מאוד צפופים ויישוב היטב של מיקרואורגניזמים מתרחשת כאשר הם נחשפים לאוויר upflow השטחי גבוה מהירויות 13. כחלופה נוספת לתהליך הבוצה משופעלת, מערכת כור upflow רומן, התקשר עכשיו bioreactor צפיפות גבוהה (HDBR), היה designeד ונבנה על ידי מכירות וShieh (2006) ללמוד הסרת COD על ידי בוצה משופעלת מזרמים פסולת סינתטיות בתנאי F / M נמוכים שידועים כי הם גורמים להיווצרות בוצת יישוב עניה (כלומר, בוצת bulking) 1,7,14. מערכת HDBR מנוצלת שונה כורי מיטה מרחף, כי בדרך כלל מורכב מכור upflow ומכל מחזור חיצוני. כורי מיטה מרחף מופעלים בדרך כלל עם ספיקות זרם מחזור גבוהות מספיק כדי לשמור על תשתית צמיחת biofilm המושעית אבל נמוכות מספיק כדי שהמצע מכוסה biofilm נשמר. שלא כמו כורי מיטה מרחף, HDBR מתואר במכירות וShieh (2006) המשמש ספיקות זרם מחזור נמוכות יחסית אשר, יחד עם אוורור חיצוני, מנעו שיבוש אזור ביומסה נוצר בתוך הכור 1. מחקרים נוספים הראו את יכולתו של עיצוב כור זה לטפל בהצלחה במגוון רחב של נתיבי חנקן באמצעות ניטיריפיקציה / denitrifying חיידקי 3,4. בכל העגילIES ההיווצרות של אזור יציב, צפוף ביומסה בHDBR ביטלה את הצורך בתהליך / שקיעה חיצונית הפתתה 1-4. כפי שאנו מדווחים כאן, השימוש בHDBR לגדול תרבויות צפופות גם נבדק בתצורת photobioreactor (PBR) לגידול של אצות. אנו דנים את היתרונות וחסרונות של מערכת כור הרומן הזה לטיפוח אצות והפוטנציאל שלה להתגבר על מכשול גדול במסחור של דלק ביולוגי אצות הקשורים קציר ביומסה (כלומר, הפרדה מוצקה נוזל טוב 15,16). הפרוטוקול הבא מתאר את הצעדים הדרושים כדי להרכיב, הפעלה, מדגם מ, ולשמור על HDBR עם אצות כקהילת החיידקים של עניין. שינויים בפרוטוקול ההפעלה ותפעול של תרבויות heterotrophic וניטיריפיקציה / denitrifying יהיו גם ציינו. לבסוף, יתרונות כלליים, חסרונות, ונעלמים של עיצוב כור הרומן הזה יהיו מודגשים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="686">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Aeration stone</td>
			<td style="width:96px;">Alita</td>
			<td style="width:119px;">AS-3015C</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Aerator</td>
			<td style="width:96px;">Top Fin</td>
			<td style="width:119px;">Air-1000</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Ammonium chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">A9434</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Anion analysis column</td>
			<td style="width:96px;">Shodex</td>
			<td style="width:119px;">IC SI-52 4E</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:213px;">Beaker (600 mL)</td>
			<td style="width:96px;">Corning Pyrex</td>
			<td style="width:119px;">1000-600</td>
			<td style="width:259px;">Used as mixing vessel (MV). Addition of hose barbs at the bottom and 500 mL levels. Outside diameter of hose barbs 3/8&#34;.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Calcium chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">C5670</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Cation analysis column</td>
			<td style="width:96px;">Shodex</td>
			<td style="width:119px;">IC YS-50</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Cobalt chloride hexahydrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">C8661</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Copper chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">222011</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Ferric chloride</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">157740</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:213px;">Filter (vacuum)</td>
			<td style="width:96px;">Fisherbrand</td>
			<td style="width:119px;">09-719-2E</td>
			<td style="width:259px;">0.45 um membrane filter, MCE, 47 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:213px;">Graduated cylinder (1000 mL)</td>
			<td style="width:96px;">Corning Pyrex</td>
			<td style="width:119px;">3025-1L</td>
			<td style="width:259px;">Used as reactor vessel (R). Addition of hose barbs at bottom, 500 mL, and 1 L levels. Outside diameter of hose barbs 3/8&#34;.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">HPLC/IC</td>
			<td style="width:96px;">Shimadzu</td>
			<td style="width:119px;">Prominence</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Magnesium sulfate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">M2643</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:213px;">Masterflex L/S variable speed drive</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">07553-50</td>
			<td style="width:259px;">Drive for recycle and feed pumps (2 needed)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Nickel chloride hexahydrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">N6136</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Potassium nitrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P8291</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:213px;">(Monobasic) Potassium phosphate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P5655</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump head</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">07018-20</td>
			<td style="width:259px;">Recycle pump head</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump head</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">07013-20</td>
			<td style="width:259px;">Feed pump head</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump tubing</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">6404-18</td>
			<td style="width:259px;">Recycle pump tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Pump tubing</td>
			<td style="width:96px;">Masterflex</td>
			<td style="width:119px;">6404-13</td>
			<td style="width:259px;">Feed pump tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Sodium bicarbonate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S5761</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:213px;">Zinc sulfate heptahydrate</td>
			<td style="width:96px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">Z0251</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a novel bioreactor for high density cultivation of diverse microbial communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.

HDBR שימש לטפח אצות על פני כמה יחסים של ריכוזי האמוניה influent וחנק, תוך שמירה על תוכן חנקן כללי בהזנה ב 40 מ&quot;ג -NL -1. Influent ודגימות שפכים נלקחו יומית; דגימות צפיפות ביומסה נלקחו בתחילת וסוף כל מצב. הכור לקח על 3-5 ימים בממוצע להגיע לשיווי משקל מצב יציב לאחר התנאים השתנו. על פני טווח רחב של מצבי influent אזור ביומסה נפרד הוקם, כפי שנצפה במחקרים קודמים (איור 2). התרבות של אצות בHDBR נמצאה להסיר ממוצע של 18.4% בסך הכל מיני חנקן בהזנה (n = 44). בתוך אזור יומסה, הכוללת צפיפות ביומסה וביומסה אצות היו עקבית במהלך מחקר זה. הסרת 4 + NH וNO 3 - הם זממו נגד 4 + NH וNO 3 - Feהרכב אד באיור 3. מודל רגרסיה ליניארית פשוט שימש להערכת המשמעות של יחסים בין מיני הסרת N והרכב מזון 18-20. הסרת האמוניה נצפתה בכל הטווחים של 4 + NH 3 ולא - הרכב (איור 3 א ואיור 3, בהתאמה). לא NH 4 + ולא NO 3 - הרכב מזון השפיע על הסרת 4 + NH על התנאים שנבדקו (n = 44, p = .993 וn = 44, p = 0.610 בהתאמה). מצד השני, ההסרה של NO 3 - נמצא כקשור באופן שלילי עם 4 + הרכב מזון NH (n = 44, p = 0.000) (איור 3 ג) ומגוון חיובי עם NO 3 - הרכב מזון (n = 44, p = 0.000) (איור 3D). NO 3 - נצפה לצבור (negatהסרת אייב) בתוך הכור לרוב יצירות influent (34 מתוך 44 דגימות). NO 3 - ההסרה נצפתה רק כאשר ריכוזי 4 + הזנת NH היו מתחת ל -10 מ&quot;ג -NL -1 וNO 3 - ריכוזי הזנה היו מעל -NL 15 מ&quot;ג -1. חמצן, המתווסף לכור באמצעות אוורור בטנק המיחזור החיצוני ועל ידי האצות, יכול לשמש כמקבל אלקטרונים לחיידקים ammonia- והחמצון-ניטריט (AOB ונוב, בהתאמה). אם תנאים אירוביים לשלוט בכור באמצעות ספיקות גבוהות מחזור, חיידקים שעלולות לבצע dissimilatory דניטריפיקציה (heterotrophic) יעדיפו לנצל חמצן כמקבל אלקטרונים 4. אם שיעור המס &#39;3 - ייצור וקלט מההזנה עולה המרת ההתבוללות של NO 3 - לחנקן אורגני או דניטריפיקציה dissimilatory, 3 NO - יכול accumulaטה בכור. הסרת 4 + NH וההצטברות של NO 3 - מצביעים על כך שAOB ונוב נמצא ופעילים בקהילה כאצות אינן ידועות לזרז את ההמרה של 4 + NH ל NO 3 -. תוצאות אלו מראות את היכולת להשתמש במערכת כור זה ללמוד דינמיקת שטף חנקן וקינטיקה בקהילת אצות בקטריאלי מעורבת. המחברים שמרו בהצלחה קהילות אצות בריאה בHDBRs אלה במשך למעלה משנה. שתי קריסות כור, לעומת זאת, חלו מאז הקמתה של פרויקט זה, הן כתוצאה משינויים קשים בהרכב influent. הראשון היה התוצאה של שינוי ביחסי מין עם החנקן הכולל שטף החנקן נשמר קבוע; + NH 4 הודח מההזנה וNO 3 - ריכוזים הוגדלו כדי לפצות. ההתרסקות השנייה התרחשה כתוצאה מחיתוךז השטף הכולל החנקן ב -75 אחוזים, מ -40 מ&quot;ג ל-NL -1 10 -NL מ&quot;ג -1 (איור 4). בשני המקרים גבול אזור ביומסה המובהק נצפה להתדרדר במהלך יומיים-שלושה בד בבד עם עלייה חדה במוצקים המרחפים בשפכים (איור 4). מוצקים מרחפים בשפכים עלו למקסימום 6 ימים לאחר שינוי ההזנה כביומסה הכור איבד (איור 4). לאחר התרסקות המוצקים מרחפת בשפכים נשארו (-1 L SS על 0.22 גר &#39;) גבוה ולא ביומסה החדשה נצפתה לצבור בתוך הכור, מניעת המשך הניסוי. העיצוב הנוכחי חסר מנגנון בטיחות לשמר תרבויות אם הם לא יישארו flocculated היטב. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53443/53443fig1.jpg" /> איור 1. סכמטי של bioreactor צפיפות גבוהה (HDBR) (לא tבקנה מידה טו). הכור (R) מורכב מ1,000 מיליליטר סיים גליל עם יציאות (עקיצות צינור, קוטר חיצוני 3/8 &quot;) המותקנות ב100 מיליליטר ו1,000 מיליליטר רמות. כור נוזל רכב על אופניו בכור באמצעות משאבת peristaltic (הרשות הפלסטינית), שנכנס בחלק התחתון של הכור וזורם כלפי מעלה דרך אזור ביומסה (BZ) לכיוון הנמל העליון. יציאות נוזל הכור בנמל העליון ומופנה למכל המיחזור (RT) תחת כובד. RT מורכב מכוס זכוכית 600 מיליליטר;. זה שתי יציאות התקין, אחד הממוקם בתחתית של הכוס והאחרת בנוזל 500 מיליליטר סימן הכור חזר לכור דרך היציאה התחתונה (והרשות הפלסטינית) עלים שפכים. הכור דרך היציאה העליונה של RT ונאסף במכל פסולת (W). אוורור פעפוע מסופק בRT עם השימוש בaerator (). תהליך האוורור גם מניע ערבוב בתוך MV. Peristaltic משאבת B (PB) מספק influent מהזנת טנק המכיל / influent (FT) לRT. <ahref = היעד &quot;https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53443/53443fig1large.jpg&quot; = &quot;_ blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53443/53443fig2.jpg" /> איור 2. דוגמאות להפרדת נוזלים ביומסה / כור בתוך bioreactor צפיפות גבוהה (HDBR). לוח מראה קהילת צפיפות גבוהה של אצות (-1 L SS 2.83 גר &#39;) בתרבית בתוך HDBR. גבול ברור מתרחש כאשר מהירות יישוב קהילת החיידקים פוטוסינתטיים עולה על זו של נוזל הכור. הלוח ב &#39;מציג את מטריצת החיידקים שהוקמה על ידי בוצה משופעלת בתנאים שנדונו במחזור המכירות וShieh (2006) 1. לוח ג מראה שמרים להיות מתורבתים בinfluent המורכבת של גלוקוז לייצור אתנול באמצעות תסיסה (תוצאות לא פורסמו). בכל שלוש תצורות כור אלה עיצוב כור הרומן יש eliminatאד צורך הבהרה נפרדת או תהליך התישבות במערכת הכור. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53443/53443fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53443/53443fig3.jpg" /> . איור 3 איור של 4 + NH וNO 3 -. שיעורי ההסרה לעומת הרכב influent ריכוז N influent סה&quot;כ נשמר ב 40 מ&quot;ג -NL -1 על משך המחקר. 4 + ריכוז הזנה () NH זממו נגד הסרת NH 4 +; לא הייתה השפעה משמעותית (n = 44, p = .993). NO 3 (ב) - ריכוז הזנה זממו נגד הסרת NH 4 +; לא הייתה השפעה משמעותית (n = 44, p = 0.610).(ג) לא 3 - ההסרה נמצאה באופן משמעותי וקשר שלילי לNH 4 + ריכוזי הזנה (n = 44, p = 0.000). (ד) לא 3 - ההסרה הייתה באופן משמעותי וחיובי הקשורים לNO 3 -. ריכוזי הזנה (n = 44, p = <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53443/53443fig3large.jpg" target="_blank">0.000). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53443/53443fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של זה דְמוּת.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53443/53443fig4.jpg" /> איור 4. מוצקים שפכים הגדלת מושעים בתגובה לירידה משמעותית שטף חנקן באמצעות הכור. תוכן חנקן influent היה ירד מ -NL 40 מ&quot;ג -1 ל<html> . 10 מ&quot;ג -NL -1 (בזמן 0 בנתון זה, גם כונה על ידי הקו האנכי) הידרדרות של האזור ביומסה המובהק נצפתה לאחר 2 ימים; לאחר 3 ימי אובדן ביומסה היה לצפות בקלות. גידול משמעותי באס-אס בשפכים נצפה לאחר ימים לאחר השינוי נחקק וSS שפכים המרבי התרחש לאחר 6 ימים. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53443/53443fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53443/53443fig5.jpg" /> איור 5. micrographs הדגשת מבנה floc נקבובי ושלובי חיידקים פילמנטיות. שני micrographs מציג את המבנה הנקבובי שהוקם על ידי חיידקי heterotrophic (בוצה משופעלת). חיידקי פילמנטיות לגשר על הרווח בין flocs, שלובים flocs לאזור ביומסה התייצב.href = היעד &quot;https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53443/53443fig5large.jpg&quot; = &quot;_ blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Watch this Scientific Journal Video about A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities at JoVE.com

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

Bioreactor רומן לטיפוח צפיפות גבוה של קהילות חיידקים מגוונות

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

a-novel-bioreactor-for-high-density-cultivation-diverse-microbial

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

16.9K Views.  Drexel University. A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

Video: A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

Density Gradient Multilayered Polymerization (DGMP): A Novel Technique for Creating Multi-compartment, Customizable Scaffolds for Tissue Engineering

Complex tissue culture matrices, in which types and concentrations of biological stimuli (e.g. growth factors, inhibitors, or small molecules) or matrix structure (e.g. composition, concentration, or stiffness of the matrix) vary over space, would enable a wide range of investigations concerning how these variables affect cell differentiation, migration, and other phenomena. The major challenge in creating layered matrices is maintaining the structural integrity of layer interfaces without diffusion of individual components from each layer1. Current methodologies to achieve this include photopatterning2-3, lithography4, sequential functionalization5, freeze drying6, microfluidics7, or centrifugation8, many of which require sophisticated instrumentation and technical skills. Others rely on sequential attachment of individual layers, which may lead to delamination of layers9. 
DGMP overcomes these issues by using an inert density modifier such as iodixanol to create layers of varying densities10. Since the density modifier can be mixed with any prepolymer or bioactive molecule, DGMP allows each scaffold layer to be customized. Simply varying the concentration of the density modifier prevents mixing of adjacent layers while they remain aqueous. Subsequent single step polymerization gives rise to a structurally continuous multilayered scaffold, in which each layer has distinct chemical and mechanical properties. The density modifier can be easily removed with sufficient rinsing without perturbation of the individual layers or their components. This technique is therefore well suited for creating hydrogels of various sizes, shapes, and materials.
A protocol for fabricating a 2D-polyethylene glycol (PEG) gel, in which alternating layers incorporate RGDS-350, is outlined below. We use PEG because it is biocompatible and inert. RGDS, a cell adhesion peptide11, is used to demonstrate spatial restriction of a biological cue, and the conjugation of a fluorophore (Alexa Fluor 350) enables us to visually distinguish various layers. This procedure can be adapted for other materials (e.g. collagen, hyaluronan, etc.) and can be extended to fabricate 3D gels with some modifications10.

Density Gradient Multilayered Polymerization DGMP: A Novel Technique for Creating Multi-compartment, Customizable Scaffolds for Tissue Engineering

Here we describe a unique strategy for creating biocompatible, layered matrices with continuous interfaces between distinct layers for tissue engineering. Such a scaffold could provide an ideal customizable environment to modulate cell behavior by various biological, chemical or mechanical cues

שיפוע צפיפות רבה שכבתי פלמור (DGMP): שיטה חדשנית ליצירת תא בעל מספר, פיגומים להנדסת רקמות להתאמה אישית

Complex tissue culture matrices, in which types and concentrations of biological stimuli (e.g. growth factors, inhibitors, or small molecules) or matrix ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

עיצוב של Bioreactor טוען מכונות Biaxial להנדסת רקמות

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Operation of a Benchtop Bioreactor

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to carefully control temperature, pH, and dissolved oxygen concentrations in particular makes them essential to efficient large scale growth and expression of fermentation products. This video will briefly describe the advantages of the fermentor over the shake flask. It will also identify key components of a typical benchtop fermentation system and give basic instruction on setup of the vessel and calibration of its probes. The viewer will be familiarized with the sterilization process and shown how to inoculate the growth medium in the vessel with culture. Basic concepts of operation, sampling, and harvesting will also be demonstrated. Simple data analysis and system cleanup will also be discussed.

Fermentors are used to increase culture yield and productivity of bioengineered cells. After screening multiple microbial or animal cell culture candidates in shake flasks, the next logical step is to increase the selected culture&#x2019;s biomass with the fermentor. This video demonstrates the setup and operation of a typical benchtop bioreactor system.

מבצע של Bioreactor Benchtop

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To emulate the dynamic environment of vocal folds, a novel vocal fold bioreactor capable of producing vibratory stimulations at fundamental phonation frequencies is constructed and characterized. The device is composed of a function generator, a power amplifier, a speaker selector and parallel vibration chambers. Individual vibration chambers are created by sandwiching a custom-made silicone membrane between a pair of acrylic blocks. The silicone membrane not only serves as the bottom of the chamber but also provides a mechanism for securing the cell-laden scaffold. Vibration signals, generated by a speaker mounted underneath the bottom acrylic block, are transmitted to the membrane aerodynamically by the oscillating air. Eight identical vibration modules, fixed on two stationary metal bars, are housed in an anti-humidity chamber for long-term operation in a cell culture incubator. The vibration characteristics of the vocal fold bioreactor are analyzed non-destructively using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The utility of the dynamic culture device is demonstrated by culturing cellular constructs in the presence of 200-Hz sinusoidal vibrations with a mid-membrane displacement of 40 &#181;m. Mesenchymal stem cells cultured in the bioreactor respond to the vibratory signals by altering the synthesis and degradation of vocal fold-relevant, extracellular matrix components. The novel bioreactor system presented herein offers an excellent in vitro platform for studying vibration-induced mechanotransduction and for the engineering of functional vocal fold tissues.

A novel vocal fold bioreactor capable of delivering physiologically relevant, vibratory stimulation to cultured cells is constructed and characterized. This dynamic culture device, when combined with a fibrous poly(&#949;-caprolactone) scaffold, creates a vocal fold-mimetic environment that modulates the behaviors of mesenchymal stem cells.

בנייה ואפיון של Bioreactor פולד רומן וקאלי

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor&#8217;s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.

Using a pneumatic bioreactor, we demonstrate the assembly, operation, and performance of this single-use bioreactor system for the growth of mammalian cells.

טיפוח של תאי יונקים באמצעות מערכת פניאומטיים Bioreactor יחיד שימוש

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized ...

Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic performance of microalgae-based biofuel production. Models that estimate microalgal growth under different conditions can help to optimize PBR design and operation. To be effective, the growth parameters used in these models must be accurately determined. Algal growth experiments are often constrained by the dynamic nature of the culture environment, and control systems are needed to accurately determine the kinetic parameters. The first step in setting up a controlled batch experiment is live data acquisition and monitoring. This protocol outlines a process for the assembly and operation of a bench-scale photosynthetic bioreactor that can be used to conduct microalgal growth experiments. This protocol describes how to size and assemble a flat-plate, bench-scale PBR from acrylic. It also details how to configure a PBR with continuous pH, light, and temperature monitoring using a data acquisition and control unit, analog sensors, and open-source data acquisition software.

This paper describes the assembly process and operation of a bench-scale photosynthetic bioreactor that can be used, in conjunction with other methods, to estimate pertinent kinetic growth parameters. This system continuously monitors the pH, light, and temperature using sensors, a data acquisition and control unit, and open-source data acquisition software.

בנייה והתקנה של אלגורית מידה של אלגוריה ביאוריאקטור פוטוסינתטי עם טמפרטורה, אור, וניטור pH עבור בדיקות צמיחה קינטית

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic ...

Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. Globally, 4.5 billion people are economically dependent on the sea, where most of their livelihood is provided by coral reefs. Corals are of great importance and therefore their extinction leads to catastrophic consequences. There are several possible solutions to remediate marine pollutants and local contamination, including bioremediation. Bioremediation is the capacity of organisms to degrade contaminants. The approach presents several advantages, such as sustainability, relatively low cost, and the fact that it can be applied in different ecosystems, causing minimal impacts to the environment. As an extra advantage, the manipulation of endogenous microbiomes, including putative beneficial microorganisms for corals (pBMCs), may have probiotic effects for marine animals. In this context, the use of the two approaches, bioremediation and pBMC inoculation combined, could be promising. This strategy would promote the degradation of specific pollutants that can be harmful to corals and other metaorganisms while also increasing host resistance and resilience to deal with pollution and other threats. This method focuses on the selection of pBMCs to degrade two contaminants: the synthetic estrogen 17a-ethinylestradiol (EE2) and crude oil. Both have been reported to negatively impact marine animals, including corals, and humans. The protocol describes how to isolate and test bacteria capable of degrading the specific contaminants, followed by a description of how to detect some putative beneficial characteristics of these associated microbes to their coral host. The methodologies described here are relatively cheap, easy to perform, and highly adaptable. Almost any kind of soluble target compound can be used instead of EE2 and oil.

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. Bioremediation is the capacity of organisms to degrade contaminants. Here, we describe methodologies to isolate and test microbes presenting bioremediation ability and potential probiotic characteristics for corals.

החיפוש אחר זנים מחיידקים לפיתוח בימתן ומוצרי פרוביוטיקה עבור המחקר והשימור של מטאפיאורגניזם

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. ...

Process Optimization using High Throughput Automated Micro-Bioreactors in Chinese Hamster Ovary Cell Cultivation

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain selection and by developing bioprocess parameters. Shake flasks have been used for this purpose. They, however, lack the capability to control the process parameters such as pH and dissolved oxygen (DO). This limitation can be overcome with the help of an automated micro-bioreactor. These bioreactors mimic cultivation at a larger scale. One of the major advantages of this system is the integration of the Design of Experiment (DOE) in the software. This integration enables establishing a design where multiple process parameters can be varied simultaneously. The critical process parameters and optimum bioprocess conditions can be analyzed within the software. The focus of the work presented here is to introduce the user to the steps involved in process design in the software and incorporation of the DOE within the cultivation run.

Here, we present a detailed procedure to run a Design of Experiment in an automated micro-bioreactor followed by cell harvest and protein quantification using a Protein A column.

מיטוב תהליכים באמצעות תפוקה גבוהה מיקרו-Bioreactors שחקנים בסינית טיפוח תא שחלה אוגר

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain ...

High-Throughput Identification of Resistance to Pseudomonas syringae pv. Tomato in Tomato using Seedling Flood Assay

Tomato is an agronomically important crop that can be infected by Pseudomonas syringae, a Gram-negative bacterium, resulting in bacterial speck disease. The tomato-P. syringae pv. tomato pathosystem is widely used to dissect the genetic basis of plant innate responses and disease resistance. While disease was successfully managed for many decades through the introduction of the Pto/Prf gene cluster from Solanum pimpinellifolium into cultivated tomato, race 1 strains of P. syringae have evolved to overcome resistance conferred by the Pto/Prf gene cluster and occur worldwide.
Wild tomato species are important reservoirs of natural diversity in pathogen recognition, because they evolved in diverse environments with different pathogen pressures. In typical screens for disease resistance in wild tomato, adult plants are used, which can limit the number of plants that can be screened due to their extended growth time and greater growth space requirements. We developed a method to screen 10-day-old tomato seedlings for resistance, which minimizes plant growth time and growth chamber space, allows a rapid turnover of plants, and allows large sample sizes to be tested. Seedling outcomes of survival or death can be treated as discrete phenotypes or on a resistance scale defined by amount of new growth in surviving seedlings after flooding. This method has been optimized to screen 10-day-old tomato seedlings for resistance to two P. syringae strains and can easily be adapted to other P. syringae strains.

High-Throughput Identification of Resistance to Pseudomonas syringae pv. Tomato in Tomato using Seedling Flood Assay

The seedling flood assay facilitates rapid screening of wild tomato accessions for the resistance to the Pseudomonas syringae bacterium. This assay, used in conjunction with the seedling bacterial growth assay, can assist in further characterizing the underlying resistance to the bacterium, and can be used to screen mapping populations to determine the genetic basis of resistance.

זיהוי תפוקה גבוהה של עמידות לפסאודומונס syringae pv. עגבניה בעגבניה באמצעות שתיל שיטפון שיטת

Tomato is an agronomically important crop that can be infected by Pseudomonas syringae, a Gram-negative bacterium, resulting in bacterial speck disease. ...