(57)【要約】バイオマスの生産および環境汚染の修復のための光バイオリアクターデバイスおよびユニットが提供される。バイオリアクターデバイスは、膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）を含み、ＰＢＲは、液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、膜層は、膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる；その中に取り囲まれた気体大気を画定するチャンバーをさらに含み、ＰＢＲはチャンバー内に配置されている。デバイスは、チャンバー内の大気の組成を制御する制御システムも含む。気体移動は、ＰＢＲとチャンバー内に含まれる大気との間で、ＰＢＲの膜層を横切って起こる。デバイスを含むシステム、ならびにバイオマスの生産、廃水の浄化および大気汚染物質の除去のためのデバイスの使用方法が提供される。
2019536459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを生産するためのデバイスであって、
膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）であって、前記ＰＢＲが、液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、前記膜層が、前記膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる膜光バイオリアクターと、
その中に取り囲まれた気体大気を画定するチャンバーであって、前記ＰＢＲが前記チャンバー内に配置されているチャンバーと、
前記チャンバー内の大気の組成を制御する制御システムと、を含み、
気体移動が、前記ＰＢＲと前記チャンバー内に含まれる大気との間で、前記ＰＢＲの膜層を横切って起こる、デバイス。
【請求項２】
前記チャンバーが複数の壁からなり、少なくとも１つの壁、またはその一部が、そこを通っての前記チャンバーの内部への可視光の透過を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記チャンバーが照明源を含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記チャンバーの壁が実質的に硬い、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記チャンバーの壁がエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ＰＢＲの膜層が半透明であり、典型的には実質的に透明である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ＰＢＲの膜層が、ポリシロキサン、典型的にはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ＰＢＲの膜層を通る酸素の透過係数が、少なくとも約１００バーラー以上、適切には少なくとも２００以上、少なくとも３００、少なくとも４００、少なくとも５００、少なくとも６５０、少なくとも７５０、適切には少なくとも８２０バーラーから選択される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ＰＢＲの膜層を通る二酸化炭素（ＣＯ２）の透過係数が、少なくとも４００以上、少なくとも６００、少なくとも８００、少なくとも１０００、少なくとも１５００、少なくとも２０００、少なくとも２２００、少なくとも２５００、少なくとも２８００、少なくとも２９００、少なくとも３０００、少なくとも３１００、少なくとも３２００、少なくとも３３００、少なくとも３４００、少なくとも３５００、少なくとも３６００、少なくとも３７００、少なくとも３８００、適切には少なくとも３８２０バーラーから選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ＰＢＲが、前記気体不透過性チャンバー内の大気によって全側面を実質的に囲まれている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記チャンバー内に配置されている複数のＰＢＲを含み、前記ＰＢＲの液体培地が流体連通している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の光合成微生物が、ヘマトコッカス種、ヘマトコッカス・プルビアリス、クロレラ属、クロレラ・オートグラフィカ、クロレラ・ブルガリス、シーンデスムス属、シネココッカス属、シネココッカス・エロンガタス、シネコシスティス属、アルスロスピラ属、アルスロスピラ・プラテンシス、アルスロスピラ・マキシマ、スピルリナ属、クラミドモナス属、クラミドモナス・レインハルトチイ、ジモルフォコックス属、ガイトレリネマ属、リングビア属、クロオコッキディオプシス属、カロスリックス属、シアノシス属、オスキラトリア属、グロエオシス属、ミクロコレウス属、ミクロシスティス属、ノストック属、ナンノクロロプシス属、アナベナ属、フェオダクチラム属、フェオダクチラムトリコニウタム、ドナリエラ属、ドナリエラ・サリナからなる群のうちの１つまたは複数から選択される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記チャンバーが２つ以上の区画に分割され、少なくとも第１チャンバー区画と第２チャンバー区画とを提供する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記制御システムが、ＣＯ２豊富気体を前記チャンバーまたはチャンバー区画の１つもしくは複数に導入するよう構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記制御システムが、Ｏ２枯渇気体を前記チャンバーまたはチャンバー区画の１つもしくは複数に導入するよう構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記制御システムが、工業原料または燃焼源からの排出気体を前記チャンバーまたはチャンバー区画の１つもしくは複数に導入するよう構成されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記チャンバー内の圧力が大気圧よりも大きくなるように、前記制御システムが前記チャンバー内に気体を導入するよう構成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記チャンバーが実質的に気体不透過性である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）内の微生物培養物を制御するための方法であって、前記ＰＢＲが少なくとも１つの外側膜層を含み、少なくとも１種の気体が前記膜層を通過することができ、
前記ＰＢＲ内に微生物培養物を提供する工程であって、前記微生物培養物が液体培地および少なくとも１種の光合成微生物を含み、バイオマスを産生する能力がある工程と；
チャンバー内に前記ＰＢＲを配置する工程であって、前記チャンバーが少なくとも第１入口を含み、さらに前記チャンバー内に気体大気を画定して取り囲む壁を含む工程と；
前記第１入口を通って前記チャンバーに入る供給気体の含有量を制御することによって前記チャンバー内の大気を制御する工程とを含み；
前記チャンバー内の大気の大気組成を制御することによって、前記ＰＢＲ内の微生物培養物によるバイオマスの生産が制御される、方法。
【請求項２０】
前記チャンバー内の気体大気を画定し取り囲む前記壁が、前記チャンバーを実質的に気体不透過性にする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記チャンバー内の圧力が実質的に大気圧に維持される、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記チャンバー内の圧力が、大気圧より高い正圧に維持される、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記液体培地のｐＨが前記チャンバー内の気体大気によって制御される、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
バイオマス製造用アセンブリであって、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の複数のデバイスを含み、複数のＰＢＲの前記液体培地が流体連通しており；複数のチャンバーの前記大気が流体連通している、アセンブリ。
【請求項２５】
膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）であって、前記ＰＢＲが、液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、前記膜層が、前記膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる膜光バイオリアクターと；
その中に取り囲まれた気体大気を画定するチャンバーであって；
前記ＰＢＲの少なくとも一部が前記チャンバー内に配置されているチャンバーとを含む、バイオマス製造用デバイス。
【請求項２６】
前記ＰＢＲの少なくとも３０％、典型的には少なくとも５０％、適切には少なくとも７０％、任意に少なくとも９０％が前記チャンバー内に配置されている、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記ＰＢＲの実質的に全部が前記チャンバー内に配置されている、請求項２５または２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）であって、前記ＰＢＲが、液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、前記膜層が、前記膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる膜光バイオリアクターと；
その中に取り囲まれた気体大気を画定する壁を含むチャンバーであって；
前記ＰＢＲが前記チャンバー内に配置されているチャンバーとを含む、バイオマス製造用デバイス。
【請求項２９】
前記チャンバーが少なくとも上壁と下壁とを備える、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記上壁が丸い凸形状を有し、その上に画定された表面からの流体の流出を可能にする、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記上壁が水平に対して傾斜しており、その上に画定された表面からの流体の流出を可能にする、請求項２９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを発生させ、環境改善に役立てるために使用することができる光バイオリアクターデバイスに関する。そのようなデバイスは、環境から二酸化炭素および窒素酸化物などの気体を除去することもでき、酸素を発生させることができる。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料ベースのエネルギー源への依存からの世界的な移行のために、バイオマスは、エネルギー生成、化学物質の製造、食品および飼料成分の製造ならびに他の産業および環境用途にとってますます重要になっている。微生物由来のバイオマスは、トウモロコシおよびダイズなどの他の種類の陸上農業用バイオマスよりもはるかに速く生産でき、収穫後に加工して（例えば発酵または精製により）バイオディーゼル、エタノール、ブタノールおよびメタン（バイオガス）などのバイオ燃料を生産することができるため、ならびに／または貴重な化学物質および栄養素を生産することができるため、ならびに／または食品および飼料成分を生産することができるため、特に興味深い。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１４／１８６９０９号明細書は、流体分配構造と連通する、複数の隣接する流路に分割された透明（または半透明）の可撓性ポリマーフィルムによって製造された光バイオリアクターカプセルを記載している。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１５／０２３０４２０号明細書は、培養懸濁液の貫流用の透明なパイプシステムを使用し、いくつかのレベルにわたる培養を可能にするためにレベルの形態で構成された、光バイオリアクターならびにそのような光バイオリアクターを備えるバイオガスユニットに関する。
【０００５】
ＤＥ１０２０１２０１３５８７は、壁によって囲まれた反応チャンバーを画定する使い捨て袋と、前記壁のすぐ近くに配置された光源とを含む光バイオリアクターに関する。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１４／００９３９２４号明細書は、バイオフィルムを形成し、光合成およびそれに続く自己発酵を通して化学製品を製造する、光合成自己発酵微生物を有する平面パネルバイオフィルム光バイオリアクターシステムを記載している。
【０００７】
国際公開第２０１５／１１６９６３号パンフレットは、気体および／または栄養素の導入を可能にする少なくとも１つの開口部を除いて、本質的に閉鎖されているシステムを画定するバイオリアクターに関する。気体および／または栄養素は、バイオリアクター内で細胞培養物の混合および通気を提供するように導入される。
【０００８】
米国特許出願公開第２００９／３０５３８９号明細書は、可撓性外袋を含み、その外袋の内側に配置された膜チューブが、その中に含まれる媒体への高濃度の二酸化炭素の導入を可能にする、光バイオリアクターに関する。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１２／３２９１４７号明細書は、支持アセンブリと水面近くに沈められた一群の浮遊ＣＯ２／Ｏ２透過性光バイオリアクターとを使用する水生藻類製造装置を記載している。
【００１０】
米国特許出願公開第２０１２／０４０４５３号明細書は、酸素を細胞培養物に送達する酸素運搬分子を使用する酸素透過膜によって分離された少なくとも２つのチャンバーを含むバイオリアクターに関する。
【００１１】
米国特許出願公開第２０１５／２７５１６１号明細書は、光独立栄養性単細胞生物の高密度培養物の薄層でコーティングされたプラスチックシートを含む光バイオリアクターを記載している。
【００１２】
米国特許出願公開第２０１０／２６１９１８号明細書は、藻類細胞を破壊し、次いで破壊した細胞から脂質油を分離し、次いでその脂質油をバイオ燃料に変換することを含む、バイオ燃料生産のために藻類バイオマスから脂質油を分離する方法に関する。
【００１３】
米国特許出願公開第２０１４／１４４８３９号明細書は、好気性消化チャンバーからの流出物と共に供給される微細藻類培養反応器を含む、スラッジ処理からの流出物を使用して微細藻類を培養するための装置および方法に関する。
【００１４】
米国特許第８４０９８４５号は、第１液体（例えば、海水）中に懸濁させたＣＯ２／Ｏ２交換膜を有し、内部の藻類を第２液体中で培養して炭化水素を製造する可撓性袋を記載している。
【００１５】
光バイオリアクター（ＰＢＲ）はＣＯ２を消費してＯ２を生成し、その中に含まれる液体培地からそれぞれ導入および除去されなければならない。
【００１６】
高濃度のＣＯ２は、最適温度、最適ｐＨ、ならびに高レベルの栄養素および照度の存在などの一連の他のパラメータと同様に、光合成微生物の増殖を促進することができる。ＣＯ２は、膜ベースのＰＢＲの液体培地中で光合成微生物によって絶えず消費され、大気中のＣＯ２分圧（ｐｐ）は、膜を通る十分なＣＯ２移動を維持し、高濃度のＣＯ２を補充または維持するのに必ずしも十分に高いわけではない。結果として、最適ＣＯ２濃度は液体培地内で維持されない場合がある。これは、ＰＢＲの液体培地中のＣＯ２濃度を効果的かつ経済的に管理する必要性を示している。この問題を考慮して、当該技術分野においては、ＰＢＲを液体中に浸漬する方向に動く傾向があり、これは膜を横切るＣＯ２ｐｐのより有利な制御を可能にする。
【００１７】
ＣＯ２に関連する気候変動の影響を低減するために、炭素の捕捉および隔離（ＣＣＳ）のための、すなわち、ＣＯ２放出の防止または大気からのＣＯ２の除去のための新規メカニズムを提供する必要もある。そのようなメカニズムの目的は、ＣＯ２を使用可能または保管可能な形態に変換することである。大気は、標準的な環境大気または排出気体の導入によってなどで改質された大気を含み得る。
【００１８】
高濃度のＯ２は、藻類などの光合成微生物にとって有毒である可能性があり、そのような微生物の増殖を減少させる可能性があり、それによってバイオマス生産率を低下させる可能性がある。Ｏ２は微生物の光合成の老廃物として生成されるため、液体培地から除去して適切なＯ２レベルを維持する必要がある。大気中のＯ２飽和水中のＯ２の濃度は、光合成微生物の増殖に最適なＯ２濃度レベルよりも高い可能性がある。さらに、ＰＢＲの液体培地中のＯ２濃度と周囲大気中のＯ２のｐｐとの間の差は、Ｏ２の迅速で効果的な枯渇を可能にするのに十分ではないかもしれない。したがって、液体培地中のＯ２の濃度を制御すること、および／または効果的かつ経済的な方法で過剰なＯ２を除去することも必要である。やはり、この問題に対処するための当該技術分野における１つの標準的なアプローチは、膜ＰＢＲが液体によって囲まれることを確実にすることである。
【００１９】
ｐＨは、光合成微生物の最適な成長にとってもう１つの重要な要因である。気体の供給を用いて液体培地中のｐＨレベルを所望の理想値に達するように制御することができ、ＣＯ２では溶液のｐＨに影響を与えることができ、ＮＨ３（アンモニア）を含む他の可能性もある。
【００２０】
特定の気体は特定の微生物において特定の生理活性も刺激し、これらの気体は天然の大気中には存在しない場合も多い。結果として、液体培地へのまたは液体培地からの特定の気体の効果的かつ経済的な送達または除去は、特定の微生物活性を刺激する手段を提供する。
【００２１】
液体培地中の気体濃度の変化は、環境もしくは気候の変化、ＰＢＲの用途もしくは設置の違い、それに含まれる微生物の違い、培養パラメータもしくは生産されるバイオマスの変化、または微生物活性の変化など、さまざまな原因から発生し得る。
【００２２】
したがって、（ｉ）特定の微生物活性を刺激するためにおよび／または（ｉｉ）バイオマス生産率を上げるためにおよび／または（ｉｉｉ）生産されたバイオマスの化学組成を変えるために、膜ＰＢＲ内に含まれる液体培地内の、ＣＯ２およびＯ２を含むがこれらに限定されない特定の気体の濃度を適応的に制御する必要がある。
【００２３】
本発明は、先行技術に存在する問題、特にバイオマスからの価値ある生産物の製造、ＣＣＳの改善、およびＰＢＲシステムのより効率的な制御に対処する。本発明のこれらおよび他の用途、特徴および利点は、本明細書中に提供される教示から当業者に明らかであるはずである。
【発明の概要】
【００２４】
本発明の第１態様によれば、バイオマス生産用デバイスが提供され、デバイスは膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）を含み、ＰＢＲは液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、ここで膜層は、膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる。デバイスは、その中に取り囲まれた気体大気を画定するチャンバーも含み、ここでＰＢＲはチャンバー内に配置されている；チャンバー内の大気の組成を制御する制御システムも含む。気体移動は、ＰＢＲとチャンバー内に含まれる大気との間で、ＰＢＲの膜層を横切って起こる。適切には、チャンバーは実質的に気体不透過性である。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態では、チャンバーは複数の壁からなり、少なくとも１つの壁、またはその一部が、そこを通ってのチャンバーの内部への可視光の透過を可能にする。チャンバーはさらに照明源を含み得る。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態では、チャンバーの壁は実質的に硬くてもよい。チャンバーの壁はエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）を含み得る。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態では、ＰＢＲの膜層は半透明であってよく、典型的には実質的に透明であってよく、ポリシロキサンを含み得る。ＰＢＲは、チャンバー内の大気によって全側面を実質的に囲まれていてもよい。
【００２８】
本発明のいくつかの構成では、複数のＰＢＲがチャンバーの内側に配置されてもよく、ＰＢＲの液体培地が流体連通していてもよい。他の構成は、上記のいずれかの複数のデバイスを含んでもよく、複数のＰＢＲの液体培地は流体連通しており；複数のチャンバーの大気は流体連通している。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態では、少なくとも１種の光合成微生物は、ヘマトコッカス種、ヘマトコッカス・プルビアリス、クロレラ属、クロレラ・オートグラフィカ、クロレラ・ブルガリス、シーンデスムス属、シネココッカス属、シネココッカス・エロンガタス、シネコシスティス属、アルスロスピラ属、アルスロスピラ・プラテンシス、アルスロスピラ・マキシマ、スピルリナ属、クラミドモナス属、クラミドモナス・レインハルトチイ、ジモルフォコックス属、ガイトレリネマ属、リングビア属、クロオコッキディオプシス属、カロスリックス属、シアノシス属、オスキラトリア属、グロエオシス属、ミクロコレウス属、ミクロシスティス属、ノストック属、ナンノクロロプシス属、アナベナ属、フェオダクチラム属、フェオダクチラムトリコニウタム、ドナリエラ属、ドナリエラ・サリナからなる群のうちの１つまたは複数から選択され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、本発明のデバイスは２つ以上の区画に分割され、少なくとも第１チャンバー区画と第２チャンバー区画とを提供し得る。
【００３１】
いくつかの実施形態では、制御システムは、ＣＯ２豊富気体をチャンバーまたはチャンバー区画の１つもしくは複数に導入するように構成されている。制御システムは、Ｏ２枯渇気体をチャンバーまたはチャンバー区画の１つもしくは複数に導入するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御システムは、工業原料からの排出気体をチャンバーまたはチャンバー区画の１つもしくは複数に導入するように構成され得る。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）内の微生物培養物を制御するための方法が提供され、ＰＢＲは少なくとも１つの外側膜層を含み、少なくとも１種の気体は膜層を通過することができ、本方法は、ＰＢＲ内に微生物培養物を提供する工程であって、微生物培養物が液体培地および少なくとも１種の光合成微生物を含み、バイオマスを産生する能力がある工程と；チャンバー内にＰＢＲを配置する工程であって、チャンバーが少なくとも第１入口を含み、チャンバー内に気体大気を画定して取り囲む壁をさらに含み、いくつかの実施形態において、その壁が、チャンバーを実質的に気体不透過性にする工程と；第１入口を通ってチャンバーに入る供給気体の含有量を制御することによってチャンバー内の大気を制御する工程とを含み；ＰＢＲ内の微生物培養物によるバイオマスの生産が、チャンバー内の大気の大気組成を制御することによって制御されるおよび／または影響を受ける。
【００３３】
本発明のさらに別の態様のデバイスは、膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）であって、ＰＢＲが、液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、膜層が、膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる膜光バイオリアクターを含み；その中に取り囲まれた気体大気を画定するチャンバーであって、ＰＢＲの少なくとも一部がチャンバー内に配置されているチャンバーをさらに含む。いくつかの実施形態では、ＰＢＲの少なくとも３０％、典型的には少なくとも５０％、適切には少なくとも７０％、任意に少なくとも９０％がチャンバーの内側に配置されており、典型的には実質的に全てのＰＢＲがチャンバー内に配置されている。
【００３４】
本発明のさらなる態様のデバイスは、膜光バイオリアクター（ＰＢＲ）であって、ＰＢＲが、液体培地、少なくとも１種の光合成微生物、および少なくとも１つの外側膜層を含み、膜層が、膜層を横切る気体移動に透過性である材料からなる膜光バイオリアクターと；その中に取り囲まれた気体大気を画定する壁を含むチャンバーであって、ＰＢＲがチャンバー内に配置されているチャンバーとを含む。いくつかの実施形態では、チャンバーは少なくとも上壁と下壁とを備える。上壁は丸い凸形状を有していてもよく、または水平に対して傾斜していてもよく、その上に画定された表面からの重力下での流体の流出を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
添付の図面を参照して、本発明をさらに説明する：
【図１】入口および出口も設けられた気体充填チャンバー内に配置されており、反対側に配置された入口と出口とを有する線形光バイオリアクターを有する本発明の一実施形態のデバイスの断面図（図１３ａの断面Ａ）を示す。
【図２】本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバー内の大気からＰＢＲへの、およびその逆の気体の移動も示している。
【図３】チャンバーが２つの区画に分けられている、本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示している。
【図４】本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバーの２つの区画のそれぞれに含まれる大気からＰＢＲへの、およびその逆の気体の移動も示している。
【図５】直列に直接接続された２つのＰＢＲを有する本発明の一実施形態の構成の断面図を示しており、両方のＰＢＲは単一のチャンバー内に収容されている。
【図６】直列に直接接続された２つのＰＢＲを有する本発明の一実施形態の構成の断面図を示しており、各ＰＢＲはチャンバー内に収容され、その内部も互いに接続されている。
【図７】導管を介して直列に接続された２つのＰＢＲを有する本発明の一実施形態の構成の断面図を示す。
【図８】直列に直接接続された２つのＰＢＲを有する本発明の一実施形態の構成の断面図を示しており、各ＰＢＲはさらに２つの区画に分離されたチャンバー内に収容されており、各区画の内部は他のチャンバーの対応する区画と接続されている。
【図９】導管を介して直列に接続された２つのＰＢＲを有する本発明の一実施形態の構成の断面図を示す。
【図１０】チャンバー内に収容されたＰＢＲを有する本発明の実施形態のデバイスの断面図（図１３ａの断面Ｂ）を示す。
【図１１】チャンバー内に収容されたＰＢＲを有する本発明の実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバーは２つの区画に分けられている。
【図１２】チャンバー内に収容されたＰＢＲを有する本発明の一実施形態のデバイスの断面図（図１３ｂの区画Ｃ）を示しており、チャンバーは２つの区画に分割されている。
【図１３ａ】本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図ＡおよびＢを示しており、本明細書で提供される他の図面の理解を助けるために含まれている。
【図１３ｂ】本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図Ｃを示しており、ＰＢＲは分岐した流路を形成する中央流れ制御構造を有し、本明細書に提供される他の図面の理解を助けるために含まれている。
【図１３ｃ】本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図Ｄを示しており、ＰＢＲまたはその一部は、液体培地が流れるための波状または蛇行状の流路を形成する流れ制御構造を有し、本明細書に提供される他の図面の理解を助けるために含まれている。
【図１４ａ】本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図Ａを示しており、図５によって提供される図面の理解を助けるために含まれている。
【図１４ｂ】本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図Ａを示しており、図６によって提供される図面の理解を助けるために含まれている。
【図１４ｃ】本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図Ａを示しており、図７によって提供される図面の理解を助けるために含まれている。
【図１５】チャンバー内に取り囲まれた線形光バイオリアクターを有する本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバーの壁は、介在空間を有する２つの層から構成されている。
【図１６】本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバーの下壁を除く全てが介在空間を有する２つの層で構成されており、下壁は単一の層で構成されており、この壁は表面に対して配置されている。
【図１７】本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバーの上壁および下壁は、介在空間を有する２つの層から構成されており、側壁は単一の層から構成されている。
【図１８】本発明の一実施形態のデバイスの断面図を示しており、チャンバーの上壁は２つの層で構成されており、側壁および下壁は単一の層で構成されており、下壁は表面に対して配置されている。
【図１９ａ】デバイスのバイオマスの生成および収穫の制御を容易にする、本発明の実施形態の補助システムの概略図を示す。
【図１９ｂ】デバイスのバイオマスの生成および収穫の制御を容易にする、本発明の実施形態の補助システムの概略図を示す。
【図２０】本発明の実施形態のデバイスと共に使用するための支持部材および結合取付板の断面図を示す。
【図２１ａ】隣接する支持部材がどのように協働してチャンバー内でＰＢＲを支持し、さらにチャンバー自体を独立に制御された大気を有する区画に分割するかを示す、本発明の一実施形態のデバイスの断面図である。
【図２１ｂ】ＰＢＲが１つまたは複数の懸架部材によってチャンバー内で支持されている、本発明の実施形態のデバイスの断面図（図１３ｃの区画Ｄ）を示す。
【図２１ｃ】ＰＢＲが１つまたは複数の懸架部材によってチャンバー内で支持されている、本発明の実施形態のデバイスの断面図（図１３ｃの区画Ｄ）を示す。
【図２２ａ】本発明の実施形態のデバイスと共に使用するための支持部材の斜視図を示す。
【図２２ｂ】本発明の実施形態のデバイスと共に使用するための支持部材の斜視図を示しており、支持部材は複数の開口部を備えており、隣接するチャンバー間の気体連通を可能にする。
【図２３ａ】水、雪、砂、および内面または外面に堆積する可能性のある他の物質の重力下での流出を促進するための、凸状湾曲上部チャンバー壁を含む本発明の実施形態のデバイスの断面図を示す。
【図２３ｂ】ここでも、水および内面または外面に堆積する可能性のある他の物質の重力下での流出を促進するための、水平に対して傾斜してピッチを作り出す上部チャンバー壁を備える、本発明の実施形態のデバイスの断面図を示す。
【図２４】デバイスのバイオマスの生成および収穫の制御を容易にする、本発明の実施形態の補助システムの概略図を示す。
【図２５】図２５ａおよび図２５ｂは、異なる時間尺度にわたる同じ実験を表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本明細書に引用された全ての参考文献は、その全体が参照により組み込まれる。別段に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
【００３７】
本発明者は、チャンバー内に含まれる、バイオマスを生成するのに適した気体透過性光バイオリアクター（ＰＢＲ）デバイスを開発した。有利には、ＰＢＲデバイスに特定の組成の気体供給物を供給すると共に流出気体を除去するために、チャンバー内の大気を制御することができる。本発明の実施形態は、特定の組成が、ＰＢＲ内のバイオマス生産を改善または最大化するために最適化された大気を含むことを可能にする。本発明の代替の実施形態は、特定の組成が、ＰＢＲ内に含まれる微生物による生体分子合成の成長を制御するかまたは調節する大気を含むことを可能にする。本発明のこれらおよび他の実施形態は、以下により詳細に記載される。
【００３８】
本発明の実施形態は、その中に含まれる光合成微生物の効率および適応性を最大化し、したがってバイオマスならびにバイオマス内に含まれる任意の価値ある生成物の生成効率を最大化するように最適化される。
【００３９】
本発明をさらに説明する前に、本発明の理解を助けるであろういくつかの定義を提供する。
【００４０】
本明細書で使用される場合、用語「含む」は、記載された要素のどれもが必然的に含まれ、他の要素も任意に含まれ得ることを意味する。「から本質的になる」は、記載された要素が必然的に含まれ、列挙された要素の基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を及ぼす要素は除外され、他の要素は任意に含まれ得ることを意味する。「からなる」は、列挙されたもの以外の全ての要素が除外されることを意味する。これらの用語のそれぞれによって定義される実施形態は、本発明の範囲内にある。
【００４１】
当業者は、用語「光合成」が、藻類およびシアノバクテリアを含む光合成微生物を含む、緑色植物ならびに他の光合成微生物で起こる生化学的プロセスを指すことを理解するであろう。光合成のプロセスは、光を利用して二酸化炭素と水を代謝物と酸素に変換する。本明細書で使用される場合、用語「光合成微生物」は、光合成することができる任意の微生物を指す。本明細書で使用される場合、関連用語「光合成の」および「光合成する」は、「光合成」と同義であり、２つの用語は本明細書では交換可能に使用され得る。
【００４２】
当業者はまた、液体中のＣＯ２（二酸化炭素）の濃度または割合への言及が、溶液の溶存無機炭素（ＤＩＣ）、すなわち溶存ＣＯ２ならびに関連する無機種Ｈ２ＣＯ３（炭酸）、ＨＣＯ３-（重炭酸塩）およびＣＯ３２-（炭酸塩）の濃度を指すことを理解するであろう。同様に、本明細書における「気体濃度」などへの言及は、液体または水性状況で気体から形成されるありとあらゆるイオン種または化学化合物、例えばアンモニア気体の結果としてのアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、または硫黄酸化物の結果としての硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を含むことを意図している。
【００４３】
本明細書で使用される場合、用語「半透明（ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ）」は、当該技術分野におけるその通常の意味を有し、光を通過させ、その結果光線のランダムな内部散乱をもたらす光透過性材料を指す。この用語は「半透明（ｓｅｍｉ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）」と同義である。
【００４４】
本明細書で使用される場合、用語「透明」は、当該技術分野におけるその通常の意味を有し、物体が材料の反対側ではっきりと見え、言い換えれば「光学的に透明である」と表現することができるように、可視光を通過させる材料を指す。本明細書に記載の全ての膜および非膜材料、チャンバー壁、追加の構成要素、制御構造、コーティングおよび他の材料は、実質的に半透明または実質的に透明であり得る。
【００４５】
本明細書で使用される場合、用語「流出気体」は、天然または人為的プロセスからの廃棄物、副産物または目的生成物として製造される気体であって、特にそのような気体が通常の大気と比較してＣＯ２に富むおよび／またはＯ２が枯渇している場合を意味する。そのようなプロセスは、燃焼、製造、工業プロセス、船舶、飛行機および路上走行車などの乗物、発酵槽、ならびに廃棄物処理を含むが、これらに限定されない。
【００４６】
本明細書で使用される場合、用語「透過性」または「気体透過性」は、気体、特に酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）および、任意にメタン（ＣＨ４）を、材料の一方の側からもう一方の側へ、一方向または両方向に移動させる材料を意味する。本明細書で使用される場合、関連する用語「通気性」および「半透性」は「透過性」と同義であり、２つの用語は本明細書では交換可能に使用することができる。典型的には、材料はシート、フィルムまたは膜の形態である。透過率は、透過物（気体など）の濃度勾配、材料の固有透過率、および膜材料内の透過物種の拡散率に直接関係している。
【００４７】
特定の材料を通る気体の透過性は、本明細書においてバーラーで測定される。バーラーは、所与の圧力によって駆動される、厚さを有する材料の領域を通過する気体流の速度を測定する。バーラーは次のように定義される：
［数１］
１バーラー  ＝  １０-１０（ｃｍ３ｓｔｐ・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）
【００４８】
バーラーは、特に気体透過性膜に関して、昨今の使用における気体透過性の最も一般的な測定値であるが、透過性は他の単位によって定義することもでき、その例にはｋｍｏｌ．ｍ．ｍ−２．ｓ−１．ｋＰａ−１、ｍ３．ｍ．ｍ−２．ｓ−１．ｋＰａ−１、またはｋｇ．ｍ．ｍ−２．ｓ−１．ｋＰａ−１が含まれることが理解されよう。ＩＳＯ １５１０５-１は、単層プラスチックフィルムまたはシートおよび多層構造の差圧下での気体透過率を決定するための２つの方法を規定している。１つの方法は圧力センサーを用い、もう１つは気体クロマトグラフを用いて、試験片を透過する気体の量を測定する。気体透過性の他の同等の測定値は当業者に知られており、本明細書に記載されたバーラー測定値と容易に等価であろう。
【００４９】
本明細書で使用される場合、用語「バイオマス」は、微生物の任意の部分（微生物によって生成および／または排出される代謝産物および副産物を含む）を含む、任意の生きているまたは死んでいる微生物を指す。本発明の文脈において、用語「バイオマス」は、特に、上記のように光合成の合成生成物を含む。
【００５０】
本明細書で使用される場合、用語「デバイス」は、１つの「ユニット」から構成されてもよく、または複数の「ユニット」のアレイまたは組み合わせを含んでもよい。
【００５１】
本明細書で使用される場合、用語「チャンバー」は、「気体チャンバー」も指し、この２つの用語は、本明細書中で交換可能に使用することができる。
【００５２】
本明細書で使用される場合、用語「流体」は、流動性材料、典型的には液体および適切には液体媒体を指し、それはユニット、したがって本発明のデバイス内に含まれる。「流体」は、本発明のチャンバー内に含まれる大気などの気体を説明するために使用されてもよい。
【００５３】
本明細書中で使用される場合、用語「液体培地」は、当該技術分野におけるその通常の意味を有し、微生物を増殖させるために使用され、微生物を含有する液体である。液体培地は、以下の１つまたは複数を含み得る：淡水、塩水、食塩水、ブライン、海水、廃水、下水、栄養素、リン酸塩、硝酸塩、ビタミン、ミネラル、微量栄養素、多量栄養素、金属、消化物、肥料、微生物増殖培地、ＢＧ１１増殖培地、および微生物。
【００５４】
本明細書で使用される場合、関連用語「光バイオコンバーター」および「光バイオリアクター」は同義語であり、２つの用語は本明細書では交換可能に使用することができる。
【００５５】
本明細書で使用される場合、本発明のデバイスの配向に関する用語は通常それらの一般に抱かれる意味で使用されるが、本発明の特定の意図または構成に応じて適切に変わることも意図される。したがって、上部、頂上および上などの用語は、地球の重力から離れる方向を指し得るが、いくつかの実施形態では、例えば本発明が建物のファサードとして使用される場合、本発明によって使用される一次光源に向かう方向を指し得る。同様に、下部、底、下などの用語は、地球の重力に向かう方向および／または主光源から離れる方向を指す。
【００５６】
本明細書に記載され利用されるタイプの膜ベースの光バイオリアクター（ＰＢＲ）は、実質的に本出願人の同時係属中の国際（ＰＣＴ）特許出願Ｎｏ． ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／０５３７８６に記載の通りであり得る。
【００５７】
二酸化炭素気体のＰＢＲへの移動は、通常、ＣＯ２または空気を圧縮してノズルを介して液体培地に圧縮気体を供給するか、または液体培地に気体をバブリングするか散布するなどの通気技術を使用して実現される（例えば、米国特許出願公開第２０１５／０２３０４２０号明細書、ＷＯ２０１５／１１６９６３を参照）。ＣＯ２含有混合物または他の気体混合物を使用するこれらの技術は、過剰のＯ２を除去するように作用することもできる（例えば、米国特許出願公開第２０１５／００９３９２４号明細書を参照）。
【００５８】
この種の技術は、エネルギー必要量およびインフラストラクチャーコストの両方において不利に非効率的であり得る。いくつかのＰＢＲでは、液体にバブリングされるＣＯ２のほんのわずかな割合だけが無事に溶解されるようになると推定される；その結果、残りのＣＯ２が無駄になり、エネルギーの浪費と非効率的なＣＯ２取り込みにつながる。同様に、この技術によるＯ２除去は、生成された気泡中に捕捉され得るＯ２によって制限され、それは限られた表面積しか有効な気体交換に提供しない。
【００５９】
本発明の利点は、前述のように、標準的なＰＢＲにおけるＣＯ２（または空気混合物）の曝気および圧縮デバイスに関連する気体濃度を制御するための高エネルギーコスト、運用コストおよび資本コストに関する。本発明は、部分的には、大規模を含む、はるかに効率的な液体培地中の気体移動制御を可能にし、液体培地に直接投与される供給気体の曝気および圧縮を制御するためのデバイスを必要とするシステムと比較してより優れた汎用性を提供する。圧縮および曝気技術に関連する操作上の複雑さおよび余分な重量も回避される。他のＰＢＲ技術を使用するのに必要とされるよりも低い圧力に加圧された気体も、さらなる圧力を必要とせずに使用され得る。本発明の性質により、気体の自然な膨張特性は、供給気体が容易に供給され、膨張してチャンバー全体の組成を急速に変化させることができることを意味する。チャンバー内の気体濃度は大規模で比較的容易に制御することができ、ひいては液体培地中の気体濃度を同じ規模で制御することができるため、これはさらなる利点を提供する。
【００６０】
本発明の別の利点は、アセンブリ内に含まれるＰＢＲの堅牢性および耐環境性を向上させることにある。チャンバーの壁は、変化する環境条件または季節条件などの外部要因に対する断熱性を提供するように構成されていてもよい。この断熱性は、ＰＢＲと共に含まれる液体培地の温度を維持するために必要なエネルギーも減少させる。ＰＢＲの潜在的にもろい膜の物理的保護は、天候、風もしくはひょう、または動物被害などの要因に対しても提供される。追加の障壁を設けることは、ＰＢＲから環境への流出を防ぐようにも作用する。
【００６１】
本発明によって、デバイス自体以外で断熱性を提供することもできる。本発明のいくつかの実施形態は、建物の屋根またはファサード上に設置するように構成することができ、それによってそれらが設置されている建物に断熱の追加的利益を提供することが想定される。この目的のために、建造物と接触するチャンバーの表面は、コルク、瀝青、ガラス繊維、または任意の他の高断熱材料および／またはコーティングおよび／または建築用複合材料などの断熱材料で置き換えることができ、またはそれらを追加的に含むことができる。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、チャンバー内に取り囲まれた膜ＰＢＲを含むデバイスが提供される。チャンバーは、気体大気が含まれているチャンバーを画定するように協働する内面壁を備える。（膜）ＰＢＲは完全にチャンバー内に取り囲まれている。ＰＢＲは、チャンバーの底面などの内面壁と接触して配置することができる。あるいは、ＰＢＲを、ＰＢＲ膜の外面の大部分がチャンバー内に含まれる大気と接触するようにチャンバー内に吊り下げるか、そうでなければ実質的に中央に配置することができ、またはチャンバーの下部内壁および／もしくは任意の他の内壁に取り付けられたフィンもしくは突起上に載せ、気体がＰＢＲの外面の周りおよびそれを横切って循環することを可能にすることができるか、またはチャンバーの側面の内壁に取り付けられたネットの上、もしくは一連のコード、ひも、もしくはケーブル、および／もしくはチャンバーの任意の他の内壁の上に載せることができる。
【００６３】
本発明のさらなる実施形態では、ＰＢＲの一部分のみが含まれ、一部分が一般大気にさらされるように、ＰＢＲはチャンバー内に部分的に取り囲まれている。適切には、いくつかの実施形態では、ＰＢＲの少なくとも５０％、適切には少なくとも７０％、および任意に少なくとも９０％がチャンバー内に配置されている。特定の実施形態では、実質的に全てのＰＢＲがチャンバー内に配置されている。
【００６４】
チャンバーは、液体培地の濃度よりも高濃度のＣＯ２を含む気体混合物で満たされ、液体培地と周囲大気との間の濃度差を増大させる。このようにして、膜を通した液体培地中へのＣＯ２の気体移動速度が増加する。
【００６５】
液体培地中のＣＯ２（光合成微生物によって取り込まれ得る全ての可能な形態）は、その中に含まれる光合成微生物によって消費され、より多くのＣＯ２がＰＢＲの膜を横切ってチャンバー内の大気から液体培地へと通過するため、濃度差が平衡状態に向かって安定するにつれて、ＣＯ２気体移動速度は時間とともに減少する。平衡に向かう傾向を克服するために、ＣＯ２を含む気体混合物を気体チャンバー入口を通して連続的または断続的に供給することができ、同等量の気体を出口を通して、典型的には電磁弁および／または感圧弁などの制御弁を用いて除去することができる。任意に、気体混合物が供給されたときに弁を閉じ、気体チャンバーを周囲標準大気圧より高く加圧し、ＰＢＲの気体透過膜を横切る気体移動速度をさらに増加させることができる。
【００６６】
気体チャンバーに導入される気体混合物はまた、液体培地からのＯ２枯渇速度を増大させるために、液体培地中に見出されるＯ２濃度および／または大気中のＯ２レベルよりも低い濃度のＯ２を含み得る。あるいは、大気と液体培地との間のＯ２濃度差を増大させるために、窒素、ヘリウム、アルゴンもしくはメタンおよび／またはＣＯ２などの不活性気体を気体チャンバーに導入することによって、液体培地からＯ２を除去することができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、気体チャンバーは、本明細書で第１および第２チャンバーなどと呼ばれる２つ以上の区画に分離されていてもよく、その中に異なる気体または気体混合物を導入することができる。例えば、第１チャンバーは、ＣＯ２富化気体混合物を含むことができ、一方第２チャンバーは、Ｏ２を効果的に除去するために、Ｎ２豊富気体などのＯ２枯渇気体混合物を含むことができる。本発明の特定の実施形態では、ＰＢＲは、第１チャンバーと第２チャンバー（および必要であればさらなるチャンバー）との間に介在障壁を提供する。したがって、本発明のこの実施形態では、第１および第２チャンバーは、介在するＰＢＲの膜壁と組み合わせてチャンバーの外壁によって画定される。
【００６８】
気体は、気体膨張によって、またはファン、タービン、もしくは他のインペラなどのＣＯ２供給物配送コストを削減する低エネルギー方法を使用することによって、チャンバー内で受動的に移動させることができる。あるいは、気体チャンバーに導入する前に気体を圧縮することができる。
【００６９】
チャンバーの内部環境は、内部的にまたは気体供給および／もしくは気体排出を制御することによって制御することができる。例えば、チャンバー内の大気の湿度は、気体入口に設置された乾燥剤の存在によって、またはチャンバー自体の内部もしくは付属の補助システム内に配置された乾燥剤もしくは材料もしくはコーティングによって制御することができる。例えば、チャンバーに戻される前に、チャンバーの空気を乾燥させるために乾燥剤に循環させることができる；通常、乾燥剤はハニカムホイールの形態であり得る。
【００７０】
チャンバー材料を画定する壁の少なくとも一部は透明または半透明であり、チャンバー内に含まれるＰＢＲが機能し得るように効果的な光の透過を可能にする。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の壁の少なくとも一部、例えば光源から最も遠い位置にある壁は、ＰＢＲを通る光の通過を増加させるために、反射性である。いくつかの実施形態において、壁の面積の少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約１００％は、光を透過することができる。
【００７１】
「切替可能ガラス」、「スマートガラス」または同様の材料を本発明において使用することができる。これらは、電圧、光または熱が加えられると光透過特性が変化する（ガラスのように硬く、ポリマーフィルムまたはコーティングのように可撓性であり得るが、これらに限定されない）材料である。これらは、高い光曝露を有する領域において特に有用であり得、例えば、特に強い光の結果としての材料または微生物への損傷を減らす。典型的には、材料は、実質的に半透明、および／または反射光学特性（鏡面仕上げと同様）から実質的に透明に変化し、いくつかの（または全ての）波長の光を遮断する状態から、光を通過させる状態へ変化する。上記を追求して使用され得る技術の例には、エレクトロクロミック、フォトクロミック、サーモクロミック、懸濁粒子、マイクロブラインドおよびポリマー分散液晶デバイスが含まれるがこれらに限定されない。
【００７２】
適切には、チャンバーの壁は実質的に気体不透過性であり、チャンバー全体は実質的に気密であり、内部の制御された大気の損失または汚染を防ぐ。
【００７３】
チャンバーの壁は、乗物、産業機械、船舶、宇宙船または宇宙探査機、潜水機、壁の空洞、容器、地下室、建築構造物、建築室および／もしくはスイッチハウスの構造物もしくは本体アセンブリによって構成または画定することができる。
【００７４】
これらの場合および／または他の場合では、チャンバー壁は、透明／半透明ではない材料を含み得る。そのような場合、チャンバー内の補助光源が使用され得る。これらの補助光源は、ＬＥＤ／ＯＬＥＤもしくは蛍光管であり得るか、または光ファイバーおよび／もしくは光学アセンブリによって導かれる自然光であり得る。チャンバー壁が半透明／透明であるがデバイスが内側に配置されているか、そうでなければ自然光から離れている場合にも同様に、そのような補助光源を使用することができる。
【００７５】
チャンバー内への光の透過を可能にする半透明／透明部位は、任意の適切な半透明／透明材料から構成され得る。チャンバーは、全体的に半透明／透明材料から構成され得るか、または後述するように、足場もしくはフレームなどの支持構造上で支持され得る。適切には、この材料は実質的に気体不透過性、頑丈、軽量であり、良好な断熱特性を有する。任意に、材料はシートおよび／またはフィルムで提供される。いくつかの実施形態では、材料は非可撓性、非弾性、透明および頑丈であり、例えばガラス、高性能ガラス、非常に高い太陽エネルギー透過率を有する低鉄ガラス（Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ  Ｓｕｎｐｌｕｓ（商標））、ガラス複合材料、強度が増加した強化ガラス複合材料、耐衝撃性ガラス複合材料、低反射率ガラス、高光透過率ガラス、間に真空／アルゴン／空気を含むもしくは含まない二重ガラスおよび／もしくは三重ガラス、または複数層の異なる材料からなり強度および／もしくは光透過率を増加させるガラス複合材料、または電気的に切り替え可能なスマートガラスが含まれる。
【００７６】
他の実施形態では、チャンバー壁材料は可撓性および弾性であり、例えばエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、アクリル／ＰＭＭＡ、ポリカーボネートおよび／または他のプラスチック、プラスチック複合材料が含まれる。
【００７７】
ＥＴＦＥの適切な特性には、その半透明性および／または透明性、非常に高い光透過性、ならびに耐紫外線性が含まれる。ＥＴＦＥはまた、好都合にはリサイクル可能であり、（その非接着性表面のために）容易に洗浄可能であり、弾性、頑丈で軽く、広い温度範囲にわたる良好な断熱性、高い耐食性および強度を有する。熱溶着を使用すると、パッチまたは複数のシートで裂け目を修復することができ、大きなパネルに組み立てられる。
【００７８】
アクリルは、その強度、高い透明性、ならびに耐候性および耐紫外線性のために、チャンバー壁材料として適している。
【００７９】
本発明の特定の実施形態では、可撓性および／または弾性材料の使用は、デバイスの外側の周囲大気と比較して相対的に正圧である大気をチャンバー内に供給することによって、チャンバーを膨張させることを可能にする。あるいは、温度の上昇によるチャンバー内の気体膨張も、対応する相対正圧の上昇を引き起こし得る。本発明の特定の実施形態では、可撓性および／または弾性材料の使用は、（チャンバーの外側の位置に対して）チャンバーの上壁に凸型、ドーム型、反り型、または他の形で盛り上がった形状を作り出すことを、周囲大気に対するチャンバー内の正圧（すなわち、供給されたガスによるチャンバーの膨張）の結果としてか、またはチャンバーの壁に取り付けられた補助構造を使用して、凸形状を作り出すことによる結果として可能にする。これは、光がＰＢＲに達するのを妨げる障害となり得る、雨、雪、葉、粉、砂またはその他のデトリタスの「パドル」の形成を回避するのに役立つ。さらに、凸形状は、雨が降っているときの材料の自己洗浄を容易にするか、および／またはプラントオペレータもしくは自動洗浄システムによって行われる手動／自動洗浄を容易にする。同様の理由で、本発明の他の実施形態では、例えばチャンバーの側壁を異なる高さにすることによって、チャンバーの任意の上面を水平に対してわずかに傾斜させることができる。
【００８０】
そのような構成の別の利点は、内部チャンバーの湿度に対する制御手段を可能にするということである  −  特にチャンバー内が外の大気よりも温かい場合、チャンバー大気中の水分がチャンバー内の壁の内側に凝縮し得る。凸状または傾斜した上壁では、凝縮をチャンバーの上壁から逃れるように促進し、起こり得る光透過に対する干渉を減少させることができる。
【００８１】
透明／半透明材料をコーティングもしくは処理し、その光学的または化学的特性に影響を及ぼすことができる。例えば、材料を、良好な透明性／半透明性を有する材料で、および／または気体不透過性材料でコーティングし、光反射率を減少させることができる。コーティングは、上記のように、材料に電圧、光または熱依存特性を付与し得る。
【００８２】
材料に施されるコーティング、化学修飾またはフィルムを使用し、例えば、人工ナノドットおよび／または人工量子ドットおよび／またはマイクロおよびナノ光学系および／または電圧を印加することによってなどで、電荷が分子に印加されたときにおよび／または分子から除去されたときに光学特性を変化させる分子を含む光学材料を使用することによって、電磁放射を、光合成スペクトルの外側の可視または不可視波長から光合成に適した波長または任意の意図する波長に変換することができる。材料に施される着色コーティング、化学修飾または着色フィルムを使用し、特定の波長を遮蔽して他の波長が液体培地に到達することを可能にすることができ、この技術を使用して特定の生物活性を促進することができ、したがって、例えば、光学カラーフィルタフィルムならびに／または人工ナノドットおよび／もしくは人工量子ドット、および／もしくはマイクロおよびナノ光学系、および／もしくは電圧を印加することによって電荷が分子に印加されたときにおよび／もしくは分子から除去されたときに色が変わる分子を含む光学材料を使用することによって、バイオマス中の特定の生成物の生産を増加させることができる。例えば、赤色フィルムを透明／半透明の材料上に施し、実質的に赤色光のみを液体培地に到達させ、したがって、赤色光をほとんど吸収する顔料、例えば顔料フィコシアニンの光合成微生物による生産を促進することができる。
【００８３】
グラフェンコーティングを使用し、その透明性に起因して材料を補強し、抗微生物増殖コーティングを提供し、次いで材料の破損（例えば裂け目）の検出を補助することができる導電性を提供することができる。カビ、細菌および真菌の増殖を抑えるためのコーティング、処理、塗料またはフィルムもチャンバーの内面に塗布することができる。カビまたは微生物の増殖を防ぐことを目的とした特定の材料をチャンバーの構成要素として使用することができる。透明／半透明材料は、補強のために、またはより薄くより軽い壁材料の使用を可能にするために、グラフェン、カーボンナノチューブおよび／またはグラファイトを含むこともできる。
【００８４】
チャンバーを構成する１つまたは複数の壁を除去することによって、チャンバーの内側にメンテナンス目的で容易にアクセスできることが想定される。
【００８５】
本発明の一実施形態によれば、膜層である少なくとも１つの外層を含むデバイスのＰＢＲが提供される。膜層（１つまたは複数）は可撓性であり得る。膜層のうちの１つの少なくとも一部、および任意に膜層の各々の実質的に全部が、膜を横切る気体の移動に透過性である。膜を通る酸素の透過係数は、約１００バーラー以上、典型的には約３００バーラー、適切には約４００バーラーであり得る。本発明の特定の実施形態では、膜を通る酸素の透過係数は、約５００バーラー以上、場合によってはそれ以上である。膜を通過する二酸化炭素の透過係数は、約４００バーラー以上、適切には約６００バーラー、約８００バーラー、約１０００バーラー、約１５００バーラー、約２０００バーラー、約２５００バーラー、典型的には約３０００バーラー以上である。本発明の特定の実施形態では、膜を通る二酸化炭素の透過係数は、約３２００バーラー以上である。これに関連して使用される場合、語句「少なくとも一部」は、気体がＰＢＲの外層を通過することを可能にするのに十分なサイズの層の領域を意味する。気体は、典型的には酸素および二酸化炭素であるがそれらに限定されず、窒素、窒素酸化物、硫黄酸化物および／またはメタンを含み得る。
【００８６】
ＰＢＲは、単一の方向からまたは複数の方向から照らされてもよい。ＰＢＲが、主に単一方向からの光を受け、一方の（第１）膜層が他方の（第２）膜層よりも透明度が低いかまたは半透明度が低いように配置される場合、第１膜層は、一次光源に面するＰＢＲの側面にあり得る。特定の実施形態では、第１膜層は、光源とは反対側を向くＰＢＲの側面に配置されている。
【００８７】
典型的には、膜層は少なくとも半透明であり、適切には実質的に透明である。
【００８８】
典型的には、膜層は１つまたは複数の気体透過性材料を含む。ＰＢＲ内の液体培地が外部に漏れるのを防ぐために、気体透過性材料が液体に透過性ではないことが重要である。気体透過性材料は、多孔質（微孔性構造の気体透過性材料を含む）または非多孔質であり得る。気体透過性材料は、気体粒子が微孔性構造を通る直接的運動を通して移動することができる場合、多孔質と呼ばれる。気体透過性材料が多孔質である場合、それが液体に対して実質的に不透過性であることが重要である。適切には、気体透過性材料は非多孔質であり、これは気体透過性材料を通る液体透過も回避し、材料の多孔度に関連し得る低い透明度を回避する。
【００８９】
気体透過性材料は、化学的に最適化された気体透過性ポリマーなどのポリマーであり得る。化学的に最適化されたポリマーは、より安価で、より裂けにくく、疎水性で、帯電防止性で、より透明で、加工し易く、脆くなく、より弾性で、より気体透過性があり、特定気体に選択透過性があるため、対応する未修飾ポリマーよりも有利であり得る。ポリマーの化学修飾は、モノマー、主鎖、側鎖、末端基の化学組成を修飾することにより、ならびに／または異なる硬化剤、架橋剤、充填剤、加硫、製造、加工のプロセス、および他の方法の使用などの、当業者が知っている方法で行うことができる。
【００９０】
膜層は、シリコーン、ポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、フルオロシリコーン、オルガノシリコーン、セルロース（植物セルロースおよびバクテリアセルロースを含む）、酢酸セルロース（セルロイド）、ニトロセルロース、およびセルロースエステルを含むがこれらに限定されない任意の適切な気体透過性材料を含み得る。
【００９１】
適切な実施形態では、膜層はポリシロキサン、任意に最適化されたポリシロキサンを含む。ポリシロキサンは化学的に修飾されていても機械的に修飾されていてもよい。典型的には、膜層はポリシロキサンエラストマーを含む。ポリシロキサンは、より高い結合回転を促進し、鎖の移動度を高め、それにより透過性のレベルを高めるポリマー構造へのＳｉ-Ｏ結合のおかげで、気体透過性膜の優れた候補であることがわかった。ポリシロキサンエラストマー（シリコーンゴムなど）は弾性で、耐紫外線性であり、弾力材でもある。
【００９２】
一実施形態では、膜層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、適切には最適化されたポリジメチルシロキサンを含む。典型的には、膜層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）エラストマーを含む。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は、エラストマー、樹脂、または流体の形態をとることができる。ＰＤＭＳエラストマーは架橋剤を用いて形成される。ＰＤＭＳは、その非常に高い酸素および二酸化炭素透過性、その光学的透明性およびその耐紫外線性のために、典型的な気体透過性材料である。これらのエラストマーは、典型的には、それらの表面上での微生物増殖を支持しないため、バイオマスを生成するデバイスの効力を低下させる可能性のある（光を遮断する）、制御されていないバイオフィルムの成長および／または生物付着を回避する。場合によって、バイオフィルムの成長は、以下に記載されるように生物学的支持体および／または追加の成分を利用することによって促進され得る。さらに、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）エラストマーは可撓性であり、弾力材である。
【００９３】
ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は、その気体透過性を増大させるためにおよび／またはその特性を変えるために化学的に修飾されても機械的に修飾されてもよい。ＰＤＭＳエラストマーは、典型的には、少なくとも３５０、少なくとも４００、少なくとも４５０、少なくとも５５０、少なくとも６５０、少なくとも７５０、適切には少なくとも８２０バーラーの酸素透過度、および少なくとも２０００、少なくとも２５００、少なくとも２６００、少なくとも２７００、少なくとも２８００、少なくとも２９００、少なくとも３０００、少なくとも３１００、少なくとも３２００、少なくとも３３００、少なくとも３４００、少なくとも３５００、少なくとも３６００、少なくとも３７００、少なくとも３８００、適切には少なくとも３８２０バーラーの二酸化炭素透過度を有する。本発明の実施形態で使用されるＰＤＭＳの特性は、ポリマー鎖のモル質量（Ｍｍ）、ポリマー中の分散度（分散度は重量平均モル質量対数平均モル質量の比である）、硬化中の熱処理の温度および期間、架橋剤対ＰＤＭＳの比、架橋剤の化学組成、架橋中に末端結合ＰＤＭＳ構造が形成される方法に影響を及ぼし得る異なる末端基（メチル−、ヒドロキシ−およびビニル−末端ＰＤＭＳなど）に関連するが、これらに限定されない化学的、機械的ならびにプロセス駆動の介入によって最適化することができる。
【００９４】
膜層は、厚さが約１０００μｍ以下、適切には約８００μｍ以下、約６００μｍ、約４００μｍ、約２００μｍ、典型的には約１００μｍ以下、任意に約５０μｍ以下、適切には２５μｍ以下または未満であり得る。
【００９５】
別の実施形態では、膜層はバクテリアセルロースを含む。バクテリアセルロースは植物セルロースと同じ分子式を持っているが、それは著しく異なる高分子特性および特徴を持っている。一般に、バクテリアセルロースはより化学的に純粋であり、ヘミセルロースまたはリグニンを含んでいない。さらに、バクテリアセルロースは、形成中の成形性が高いため、様々な基材上で製造することができ、実質的に任意の形状に成長させることができる。さらに、バクテリアセルロースは、植物セルロースと比較してより結晶性の構造を有し、植物セルロースよりも著しく小さい特徴的な薄いリボン状のミクロフィブリルを形成し、バクテリアセルロースをより一層多孔質にする。当業者は、アセトバクター属、アゾトバクター属、リゾビウム属、シュードモナス属、サルモネラ属、およびアルカリゲネス属のセルロース生合成系などの、例えば大腸菌で発現させることができる、セルロース生産を最適化するように設計された多くの細菌系を知っているであろう。細菌セルロースを、その表面が分子との結合を可能にする化学的界面を提供するように処理することができる。
【００９６】
ＰＢＲの他の層も、上記で定義されたような膜層、すなわち気体透過層であり得るか、またはそれらは天然もしくは合成材料などの任意の適切な材料を含む非膜層からなり得る。適切には、層は少なくとも半透明であり、典型的には透明である。層は適切には通気性である。
【００９７】
典型的な実施形態では、ＰＢＲの全ての層は、本明細書で定義されるように気体透過性膜層である。他の実施形態では、膜ＰＢＲは、チューブなどの単層または連続層で形成された単膜、または１つもしくは複数の場所で折り重ねられてそれ自体にシールされてＰＢＲを作り出す単層を含む。
【００９８】
デバイスのＰＢＲ内に含まれる微生物は、典型的には、光合成または電磁エネルギー源の存在に依存する他の反応を実施する能力がある。光合成を行う能力がある微生物を、本明細書では光合成微生物と呼ぶ。適切な実施形態では、光合成微生物は、微細藻類（緑藻、藍藻、黄金色藻および紅藻など）、植物プランクトン、渦鞭毛藻類、珪藻類、細菌、ならびにスピルリナ属などのシアノバクテリアから選択される。微生物は野生型または遺伝子改変株であり得る。本発明の実施形態の単一のデバイスは、１つまたは複数の異なる種類の微生物を含み得る。
【００９９】
典型的には、少なくとも１つの微生物は、ヘマトコッカス種、ヘマトコッカス・プルビアリス、クロレラ属、クロレラ・オートグラフィカ、クロレラ・ブルガリス、シーンデスムス属、シネココッカス属、シネココッカス・エロンガタス、シネコシスティス属、アルスロスピラ属、アルスロスピラ・プラテンシス、アルスロスピラ・マキシマ、スピルリナ属、クラミドモナス属、クラミドモナス・レインハルトチイ、ジモルフォコックス属、ガイトレリネマ属、リングビア属、クロオコッキディオプシス属、カロスリックス属、シアノシス属、オスキラトリア属、グロエオシス属、ミクロコレウス属、ミクロシスティス属、ノストック属、ナンノクロロプシス属、アナベナ属、フェオダクチラム属、フェオダクチラムトリコニウタムである。
【０１００】
デバイス内の流路を通過する液体培地が海水、塩水またはブラインを含む実施形態では、ドナリエラ・サリナ、いくつかのアルスロスピラ・プラテンシス、いくつかのナンノクロロプシス属およびシネココッカス・マリヌスが典型的な微生物である。
【０１０１】
いくつかの光合成微生物は、天然株であれ遺伝子組み換え株であれ遺伝子操作された株であれ、ＮＯ２（およびＮＯ、Ｎ２Ｏ２、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ５などの他のＮＯｘ）、ＳＯ２（およびＳ２Ｏ２、ＳＯ、ＳＯ３などの他のＳＯｘ）、ＶＯＣ、ＮＨ３、またはＮ２ＯなどのＣＯ２以外の「温室」気体などの大気汚染物質を取り込む能力を持つことができる。もしそうであれば、これらの気体は気体チャンバー内に送り込まれ、次いで液体培地中に移送され得る。これらの気体は、流出気体から来ることもできる。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、ＰＢＲの光合成微生物は、チャンバー内に含まれる大気中に送達することができる気体状または気化した刺激剤への曝露によって活性化される特定の誘因を有するように遺伝子組み換えされている。この刺激剤がチャンバーに導入されると、それはＰＢＲの膜を横切って拡散し、液体培地中に送達される。刺激剤は引き金として働き、遺伝的介入によって所定の様式で意図されるように反応するよう光合成微生物を誘導する。例えば、刺激剤は、特定の代謝産物の産生を誘発するかもしくはその産生を停止し得、ならびに／または特定の代謝産物の産生速度を変化させ得る。
【０１０３】
チャンバー内のＣＯ２富化および／またはＯ２枯渇大気の提供に関する上記の説明は、全ての他の適切な気体に適用可能であり、その制御を様々な目的に使用することができる。
【０１０４】
ＰＢＲ内に含まれる液体培地のｐＨを制御するためにチャンバー内に、気体を導入することができる。本発明の特定の実施形態によれば、大気中のＣＯ２およびアンモニア（ＮＨ３）の濃度を使用して、液体培地のｐＨを制御してもよい。
【０１０５】
上記のように、微生物を、それらの生理学的プロセスを変えることによって特定の気体の存在または不在に応答するように組み換えてもよく、チャンバー内に含まれる大気に供給される気体混合物を制御し、そのような気体を提供または除去することができる。
【０１０６】
デバイスに供給される気体混合物の組成および／または量は、ＰＢＲ内の液体培地内で測定された１つまたは複数のパラメータの変化に応じて、ならびに／またはＰＢＲ内に含まれる光合成微生物の代謝的状況もしくは他の生理学的状態に応じて制御および緩和され得る。例えば、液体培地のｐＨ変化を含むパラメータ変化は、ｐＨに影響を与える気体の提供をもたらし得る。あるいは、液体培地の低いＣＯ２濃度の検出は、ＣＯ２富化気体における増加したレベルのＣＯ２の供給をもたらし得る。液体培地および／または光合成微生物の状態の監視は、デバイスを制御する補助システムを介して実施することができる（下記参照）。
【０１０７】
工業原料、例えばボイラー、発電機、熱電併給発電機（ＣＨＰユニット）、工業プロセス、醸造所を含む発酵タンク、廃水処理プロセス／活性汚泥／脱窒、もしくは嫌気性消化デバイス、またはあらゆる種類の乗物もしくは燃焼機関などから得られる排出気体を導入することによって、チャンバー内にＣＯ２豊富大気を提供することができる。例えば、光合成微生物に有毒であり得るか、またはＰＢＲもしくはチャンバー表面の清浄度もしくは透明度に影響を及ぼし得る物質を除去するために、流出気体を気体チャンバーに送達する前に前処理する必要があり得る。チャンバーへの気体状供給物の前処理は、高効率微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルターおよび／または活性炭フィルターなどの任意の適切な技術または戦略を含み得、特定の大気汚染物質、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、さまざまなグレードの粒子状物質（例えばＰＭ１、ＰＭ２、５、ＰＭ１０）、煤、および任意のその他の望ましくないあるいは有害な物質を除去するように働くことができる。
【０１０８】
本発明の特定の実施形態によれば、供給気体をチャンバー内に、ＰＢＲ内の液体培地の流れの全体的な方向とは反対方向に供給することができる。このようにして、最高ＣＯ２濃度の供給気体を最低溶存ＣＯ２濃度の液体培地と接触させることができる向流配置を確立することができ（液体媒体がＰＢＲシステムを通って流れる間に光合成が起こるため）、同様に、最低Ｏ２濃度の気体は、最高溶存Ｏ２濃度の液体媒体と接触する。これにより、気体の濃度差が増大し、気体移動効率が向上する。
【０１０９】
デバイスは、チャンバー内でＰＢＲを上昇させるおよび／または支持する働きをするフレーム、足場および／またはマニホールドを含み  −  ならびにデバイス内のアレイが含まれる複数のチャンバー内で複数のＰＢＲを支持する支持構造を備えることができる。支持構造は、チャンバー自体の形状および構造を維持し、ならびに／またはチャンバー内に含まれるＰＢＲの周りに気体大気の流れを方向付けることに関しても同様である。加えて、支持構造はさらに、デバイスをマウントまたは他の表面に取り付けるのを助け、デバイス全体の安定性を提供するのを助けることができる。
【０１１０】
本発明の特定の実施形態では、支持構造体は、以下の例示的なデバイスに記載されているように、硬質固体材料、好ましくは軽量の押出物からなり得る。支持構造体は、透明である必要はないが、透明であってよく、任意の適切な材料から製造されてよく、典型的には頑丈で軽量であり、かつ無毒の材料であり得、酸化、腐食、極端な温度および紫外線に対して高い耐性を有する。支持構造は、実質的に固体の材料を含むことができ、または強度を維持しながらその重量を減らすために多孔質構造を含むことができる。
【０１１１】
適切には、支持構造は、バイオプラスチック、熱可塑性プラスチック、熱硬化性ポリマー、非晶質プラスチック、結晶性プラスチックなどのプラスチック、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステルなどの合成ポリマー、ポリウレタン炭素繊維複合材料、ケブラー複合材料、炭素繊維およびケブラー複合材料またはガラス繊維；鋼、軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウムまたはチタンなどの金属または金属合金；木材もしくは塗装木材などの天然材料；またはグラフェン、カーボンナノチューブもしくはグラファイトなどの炭素系材料を含み得る。
【０１１２】
デバイスのＰＢＲは、使用される気体ならびに／または液体培地の供給および状態を制御する補助システムに接続されていてもよい。デバイスの用途に応じて、補助システムは任意の程度の複雑さであり得、任意の種類の補助構成要素によって構成され得る。
【０１１３】
本発明の適切な実施形態では、デバイスは、主に気体用および液体培地用の導管、水タンク、気体タンクまたはキャニスター、気体および液体培地用ポンプ、弁、バイオマス分離器、人工照明システム（特に自然光が存在しない場合）、水温制御システム、センサーおよびコンピュータによって構成される補助システムに接続される。
【０１１４】
導管および貯留部（水槽）は、任意の種類および任意の適切な材料のものであり得る。
【０１１５】
ポンプはどんな種類のものでもよい；典型的には、液体ポンプは、液体培地と接触する唯一の構成要素である蠕動管の使用により、液体培地の汚染の危険性と、使用される微生物の細胞の破損とを減らすことができる蠕動ポンプである。いくつかの実施形態では、ダイヤフラムポンプ（膜ポンプとしても知られる）を使用することができる。ダイヤフラムポンプは、液体培地との摩擦が比較的少ないため、細胞の破損と汚染の危険性を減らすという利点を有することができる。
【０１１６】
バイオマス分離器は、当業者に知られている任意の種類のものであり得る；適切には、バイオマス分離器は遠心分離式バイオ分離器、小口径メッシュを含む濾過システム、および／または精密濾過／ナノ濾過デバイス、および／または沈降デバイス、および／または清澄化プロセスである。複数のバイオマス分離デバイス、例えば初期清澄化プロセスまたは精密濾過デバイスとそれに続く遠心分離機を直列に設置することができる。
【０１１７】
水温制御は、当業者に知られている任意の種類のものであり得る；典型的には、それは導管の部位の周りおよび／または水タンクの上に適切に設置される加熱構成要素を含む。加熱構成要素は任意の種類であり得、適切には熱交換機構を含み得る。特に、光合成微生物にとって最適な液体培地温度を維持するために熱交換を使用することができると考えられる。生理学的プロセスまたは高い環境温度によって生成された液体培地からの過剰な熱を使用して、家庭用または工業用水を加熱することができ、あるいは排水、雨水、下水および／または雑排水などの水源からの水を使用して過剰な熱を除去することができる。同様に、必要に応じて家庭用または工業用原料から発生する熱を用い、液体培地を加熱することができる。熱交換デバイスは、それらのサイズおよび経済性のために、小容量用の二重管式熱交換器、または大容量用のプレート式熱交換器などの任意の適切な種類のものであり得る。液体培地がＰＢＲに到着する前に、補助システムの位置で熱交換が適切に行われる。
【０１１８】
当業者に知られている任意の種類の人工光源を含む人工照明システムを使用することができ、適切な照明システムはＬＥＤを含み、典型的には人工光源は、デバイス内に含まれる任意の光合成微生物の光合成活性放射線（ＰＡＲ）必要量に対応する特定の波長の電磁放射線（光）を放射するように、ならびに／または特定の生物活性を促進し、それによって、例えば特定の波長を放射するＬＥＤを使用することによって、バイオマス中の特定の生成物の生産を増加させるように設計および／もしくは制御される。例えば、ＬＥＤベースの光源は、約６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の波長（赤色光）を放射して、色素フィコシアニンなどの、ほとんど赤色光を吸収する色素の微生物内での産生を促進することができる。人工照明システムは、ＬＥＤもしくは光ファイバーのアレイまたはストリップを含む支持構造内に含まれ得る。照明システムによって発せられる光の強度および質を自動的に（ＰＡＲセンサー、湿度センサー、温度センサー、化学センサー、ｐＨセンサーなどのような任意の種類のセンサーからの入力に従って）制御し、特定の微生物生理学的活動を促進することができるおよび／または環境の変化に対応することができるおよび/またはバイオマス生産を増加または修正することができる。同様に、上述したように「切り替え可能」または「スマートガラス」材料を通る光透過の量（自然光または人工光）も、同様の理由で自動的に制御することができる。
【０１１９】
本発明の１つの特定の実施形態によれば、ＰＢＲ内に含まれる液体培地中のバイオマス濃度が所望のレベルに達すると、三方弁は、バイオマスの少なくとも一部を液体培地から分離するバイオマス分離器に流れを向け、単離されたバイオマスは追加の処理用の容器に進み、液体培地は貯留部に戻される。バイオマス分離器に流れを向けるこの動作は、定期的に、および弁が流路を貯留部へ再び変える前の所定の期間にわたって実行することができる。このタイミングは、各用途、使用される微生物、周囲環境およびデバイスの物理的な位置に関して最適化することができる。バイナリスイッチの代わりに別の実施形態では、弁は流路の開口部を変えることができ、それによってバイオマス分離プロセスに供給される液体培地の流速および量を制御する。
【０１２０】
栄養素を、定期的にシステム内の貯留部に直接導入することができる。液体培地中の水および／もしくは微生物、または洗浄液も同様に導入することができる。
【０１２１】
他のあらゆる種類のシステム構成要素を利用することができ、例えば制御可能な圧力弁または圧力調整器をシステムに配置することができ、この例では圧力弁は、液体または気体圧力の変化の影響を通してユニットの容積変化を制御することができる。一部の弁は、ユニットへの流量を制御することができる。
【０１２２】
必要に応じて、補助空気および／またはＣＯ２を富化した空気および／または他の気体を、主ＰＢＲ供給導管に任意に導入することができる。例えばシステムの設置中に誤って油圧システムに入る可能性がある空気を除去するために、通気孔を導管に設置することができ、通常はシステムの最も高い位置に配置され、望ましくない空気の排除を容易にする。
【０１２３】
洗浄手順を作動させ、ＰＢＲユニットおよび／もしくは導管および／もしくは水タンクおよび／もしくは全ての補助システムおよび／もしくはチャンバーを洗浄ならびに／または滅菌することができる。「洗浄液」は、当業者に知られている任意の化合物で作ることができる。それは、過酸化水素、エタノール、水、塩水、洗剤、漂白剤、界面活性剤、アルカリまたは他の任意の適切な洗浄組成物を含み得る。洗浄流体は、システムの任意の箇所の特定の導管（入口）を通ってシステムに入ることができ、システムの任意の箇所（出口）で出ることができ、システム全体を洗浄するのではなく、必要に応じて特定の場所での清掃のみを可能にする。洗浄液は事実上気体でもよく、１２０℃を超える温度で適切に供給される蒸気、加熱空気または水蒸気を含むことができる。
【０１２４】
透明／半透明導電性材料および／または他の任意の導電性材料を含むセンサーを、透明／半透明部分またはチャンバーの任意の他の表面上（チャンバーの内側または外側）に設けて、放射照度レベル、温度、湿度またはその他の環境条件などの条件を監視することができる。チャンバー内に配置されている場合、これらのセンサーまたは類似のセンサーを使用して、チャンバー内の気体濃度レベル、湿度および／または温度を検出することができる。
【０１２５】
本発明の実施形態および／または補助システムは、例えば液体培地および／もしくは大気中のＣＯ２濃度および／もしくはＯ２濃度などの化学濃度を監視するために；ならびに／または温度および毒性レベルなどの他の環境的および生物学的パラメータを監視するために、ならびに／またはバイオマス濃度および／もしくは総細胞密度および／もしくは生存細胞密度および／もしくは液体培地中の微生物の光合成活性を監視するために使用することができる埋め込みセンサーを含むことができる。
【０１２６】
センサーは、ＰＢＲもしくはチャンバー内、タンクもしくは導管補助システム内、および／または制御構造または支持構造内に完全にまたは部分的に埋め込むことができ、ならびに／または外層の内側もしくは外側または内部追加構成要素の表面に取り付けることができる。
【０１２７】
液体培地流速、液体培地品質、栄養素レベル、温度、バイオマス抽出速度、気体混合物、気体流速、気体チャンバー圧力、および照明強度（および／または「スマートグラス」によって提供されるような光遮蔽）を含むが、これらに限定されないパラメータの制御を可能にするために、センサーはデバイスのＰＢＲ内の環境の監視を許可することができる。この制御の目的は、デバイス内に含まれる光合成微生物の光合成効率を最適化すること、および／または特定の代謝／微生物活性を刺激すること、したがってバイオマスの生成効率を最適化すること、および／またはその組成を変更することである。
【０１２８】
同様に、センサーは、気体の流速、品質、組成、温度、光学的透明度および湿度を含むが、これらに限定されないパラメータの制御を可能にするために、デバイスのチャンバー内の環境の監視を許可することができる。
【０１２９】
本発明のいくつかの実施形態の利点は、バイオマスをユニット内で連続的に生成することができ、連続的に収穫することができることである。
【０１３０】
バイオマスは、ユニット内の液体培地中に、場合によってはＰＢＲの２つの外層の内面を含むデバイスの構成要素の表面上に形成されるバイオフィルムの領域に蓄積する。バイオマスは、液体培地から直接収穫することができ、場合によってはデバイスの内側からのバイオマスの分離を容易にするための化学的処理によっても収穫することができる。バイオマスは、ＰＢＲを通る液体培地の移動中にシステム内でほとんど形成されるが、その理由は、これが光とＣＯ２にさらされる場所であるためである。デバイスをパージしてバイオマスを放出するために、液体培地は１つまたは複数の入口を介してデバイスに入り、１つまたは複数の流路を通過し、その流れで運ばれるバイオマスと共に１つまたは複数の出口を介してデバイスを出る。出口を、収穫されたバイオマスを受け取るための適切な容器に接続することができる。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、バイオフィルムを意図的にデバイス内で成長させる。そのような実施形態では、バイオフィルムは、固定された活性な光合成微生物表面を提供するように機能し、それは、デバイスが流されたときに微生物の一部が洗い流されるのを防ぐ。これにより、バイオマスの迅速な生成が容易になり、デバイス内で生成されたバイオマスの連続的な収穫が可能になる。これにより、デバイスはバイオマスを迅速に再生／補充することが可能になり、なぜなら、デバイス内に残っている微生物は、光合成を介してバイオマスを連続的に生成することができるためである（ただし、光条件が光合成を可能にするという条件で）。さらに、より多くのバイオマスを生成するために、バイオマスが収穫された後に新しい／追加の微生物をＰＢＲに導入する必要はない。
【０１３２】
あるいは、バイオマスは、バッチベースで断続的に収穫することができる。例えば、バイオマスは、本発明のデバイスから頻繁に、毎時、毎日または毎週収集することができる。
【０１３３】
本発明のデバイスを、多くの用途に利用することができる。用途は、バイオマス生産、二酸化炭素隔離、酸素生産、窒素酸化物もしくは他の気体の隔離、または汚染物質の除去が必要な場所、または廃水処理が必要な場所、または都市家具や機能的な芸術的設備などの美的もしくは装飾的用途さえ含む、あらゆる種類のものであり得る。本発明で使用するための排出気体は、これらの用途のいずれか、または他の局所的もしくは遠方の供給源から供給され得る；それにより、デバイスは、倉庫、醸造所、工業用建物などの場所で脱炭システムとして使用することができる。同様に、このデバイスを、船、飛行機、自動車、トラックおよび他の道路車両などの輸送車両と一緒に使用することができる。デバイスを、屋内および／または屋外で使用することができる。
【０１３４】
本発明のデバイスの適切な用途は、建物のファサードの一部、屋根、日よけ、ひさし、窓、および／または屋内天井、屋内壁、もしくは屋内床であることを含むがこれらに限定されない任意の屋内および／または屋外の建築用途であり得る。これらの用途では、生成酸素を建物の内部で使用することができ、および／またはチャンバーに供給されるＣＯ２気体を建物の内部および／または外部から供給することができる。本発明によってこれらの建物に断熱材を提供することもできる。
【０１３５】
本発明のデバイスの適切な用途は、天井、地面、壁、机、吊り下げ式、工業用、装飾用、屋外用、工業用機械照明、車両照明、街路照明、または広告照明器具などの屋内照明システムを含むがこれらに限定されない、任意の照明システムおよび／または照明器具と一緒であり得る。
【０１３６】
そのような用途では、照明システムから提供される人工光源は、微生物が光合成するために必要とする光のほとんどを提供することができ、生成された酸素は建物の内側で使用され得、および／またはＣＯ２は建物の内側および／または外側から吸収され得る。
【０１３７】
本発明のデバイスのさらなる適切な用途は、大部分が自然光源を使用する屋外集約バイオマス生産プラント、人工光源および／または自然光源を使用する温室内などの屋内集約バイオマス生産プラントを含むが、これらに限定されない集約的バイオマス生産用途であり得る。バイオマスは、食物成分および／または添加物を含有することができ、および／またはヒトもしくは動物の食用の、または植物もしくは他の施肥目的のためのタンパク質源として使用することができる。本発明のデバイスのさらなる適切な用途は、都市インフラ、高速道路、橋、産業インフラ、冷却塔、幹線道路、地下インフラ、交通遮音壁、サイロ、給水塔、または格納庫を含むがこれらに限定されないインフラと一緒にすることができる。
【０１３８】
本発明のデバイスの他の適切な用途は、廃水処理プラント、都市下水処理プラント、下水嫌気性消化処理、肥料嫌気性消化処理、嫌気性消化器または焼却炉を含むがこれらに限定されない、廃棄物処理プラントと組み合わせることができる。
【０１３９】
本発明のデバイスは、汚染物質および／または栄養素（硝酸塩およびリン酸塩など）を、ユニットの内部に迂回させることができる廃水流から直接除去することができる。これは、水の部分的および／または前処理が要求される廃水処理用途および建築／工業用途において有利である。本発明のデバイス内の微生物に対して毒性である汚染物質を含有する水は、そのような実施形態では、デバイスに導入する前にこれらの汚染物質を除去するために処理しなければならない。
【０１４０】
本発明のデバイスは、任意の種類の工業、農業、農耕、集約的農耕（集約的養殖など）、製造、精製、および／またはエネルギー生産プロセス上にまたはその近くに設置することができ、これは、デバイスの気体チャンバー内で使用するための気体の一部または全部を供給することができる。
【０１４１】
本発明のデバイスは、チャンバーがそれらの本体部分によって実質的に構成されることができ、かつデバイスがバイオマスを生成するために、および／もしくは産業機械および／もしくは乗物によって生成される排出気体から二酸化炭素を除去するために使用される産業機械ならびに／または乗物の内部に設置することができる。
【０１４２】
本発明のデバイスは、以下の構成によって例示されるが、決してこれらに限定されない。
【０１４３】
図１は、反対側に配置された入口（３）および出口（４）と、一方または両方が気体透過性である外層（５、６）と、ＰＢＲ内に含まれる光合成微生物を含む液体培地（１２）とを含む線形ＰＢＲ（６０）を含む、本発明の一実施形態（１００）のデバイスの断面図（図１３ａの区画Ａを参照）を示す。ＰＢＲは、壁（２）、入口（８）および出口（７）を含むチャンバー（５０）内のその囲いによって画定される大気（１）によって実質的に全側面を囲まれている。チャンバー（５０）およびチャンバー壁（２）は、大気（１）を外部大気（９）から分離する。いくつかの実施形態では、チャンバーは、大気（１）から気体を除去するためのチャンバー弁（２２）をさらに含む。
【０１４４】
図２は、（１０）大気（１）からＰＢＲ内容物（１２）への気体の移動を示し、（１１）ＰＢＲ内容物から大気（１）への気体の移動も示す。
【０１４５】
図３は、チャンバー（５０）が隔壁（１７）によって２つの区画に分けられ、第１区画が入口（７）と出口（８）と大気（１５）を含み、第２区画が入口（１３）と出口（１４）と大気（１６）を含む、本発明の別の実施形態のデバイスの断面図を示す。
【０１４６】
図４は、ＰＢＲ（６０）とチャンバーの大気（１５、１６）との間の気体の移動を示し、大気からＰＢＲへの移動（１８、２０）およびＰＢＲから大気への移動（１９、２１）を示している。
【０１４７】
図５は、２つのＰＢＲ（６０）が、それらの液体培地（１２）が流体連通するように直列に直接接続されており、ＰＢＲが単一のチャンバー（５０）内に収容されている、本発明の別の実施形態の構成の断面図（図１４ａの区画Ａを参照）を示す。いくつかの実施形態では、より多くのＰＢＲが単一のチャンバー内に接続され得る。
【０１４８】
図６および図７は、２つのＰＢＲ（６０）が直列に直接接続され、各ＰＢＲ（６０）がチャンバー（５０）内に収容されている、本発明の別の実施形態の構成の断面図（図１４ｂおよび１４ｃの区画Ａを参照）を示す。チャンバー（５０）の大気（１）は、チャンバー壁（２）の開口部（２３）を介して互いに流体連通している。ＰＢＲは導管（２４）を介して接続することができる。
【０１４９】
図８および図９は、２つのＰＢＲ（６０）が直接直列に接続され、それぞれがチャンバー（５０）内に収容されている、本発明の別の実施形態の構成の断面図（図１４ｂおよび図１４ｃの区画Ａを参照）を示す。チャンバー（５０）はそれぞれ２つの区画に分けられ、各第１区画の大気（１５）は流体連通しており、各第２区画の大気（１６）も流体連通している。
【０１５０】
図１０〜図１２は、本発明の実施形態のデバイスの代替の断面図を示す。図１０（図１３ａの区画Ｂ）は、チャンバー（５０）内に収容されたＰＢＲ（６０）を示す。図１２（図１３ｂの区画Ｃ）は、分岐流路を形成する中央流れ制御構造（２５）およびＰＢＲ（６０）を実質的にチャンバー（５０）の中央に維持する支持構造（２６）をさらに示す。
【０１５１】
図１３ａおよび図１３ｂは、上記の構成のデバイスを表す平面図Ａ、ＢおよびＣを示す。図１３ｃは、液体培地が波状または蛇行状の経路をたどる配置のデバイスを表す平面断面Ｄを示す。
【０１５２】
図１４ａ、ｂおよびｃは、本発明の一実施形態のデバイスを表す平面図Ａを示す。
【０１５３】
図１５〜図１８は、チャンバー（５０）内に取り囲まれた線形光バイオリアクター（６０）を有する本発明の実施形態のデバイスの断面図を示し、チャンバーの１つまたは複数の壁は、２つの層、介在スペース（３１）を有する内層（２８）および外層（２７）からなる。下壁は表面（３０）に対して配置されてもよい。
【０１５４】
図１９ａは、複数のＰＢＲを含む、本発明の一実施形態の適切なシステム（７０）を示す。貯留部（７１）内に光合成微生物を含む液体培地（１２）は、ポンプ（７２）によって入口（３）を通って長方形のＰＢＲに運ばれる。ＰＢＲは、入口（７）および出口（８）を通る気体移動によって制御されている大気（１）も取り囲んでいるチャンバー内に取り囲まれている。液体培地は、蛇行状の経路を通ってＰＢＲを通り、そこで人工光源（７３）または自然光源からの光が液体培地（１２）中の微生物に到達して光合成を誘導し、その間、ユニット（１２）内の液体媒体と大気（１）との間のガス移動は、例えば図２に実質的に示されるように、ユニットの膜層を介して起こる。液体は出口（４）を通ってユニットを出て三方弁（７４）に達し、それは液体媒体を貯留部（７１）に戻して回路を閉じる。貯留部（７１）内のセンサー（７５）は、微生物培養パラメータの値を測定し、次いで、ポンプ、弁、人工光システム、温度制御システム、バイオマス分離器などの補助システムの構成要素の動作を制御するコンピュータに出力を送る。コンピュータは、入口（７）を通るチャンバー大気（１）への気体の供給および出口（８）を通る気体除去も制御する。図１９ｂは、２つのＰＢＲが直列に接続されている同様のシステムを示している。
【０１５５】
液体培地中のバイオマス濃度が所望のレベルに達すると、三方弁（７４）は、液体培地の一部からバイオマスを分離するバイオマス−分離器システム（７６）に流れを向け、単離されたバイオマスは、追加の処理のために容器（７７）に進み、一方で液体媒体は貯留部（７１）に戻される。バイオマス−分離器に流れを向けるこの動作は、定期的に、弁（７４）が貯留部（７１）への流路を再び変える前の所定の期間にわたって実行することができる。このタイミングは、各用途、使用される微生物、周囲環境およびデバイスの場所に関して最適化することができる。あるいは、三方弁（７４）は、貯留部（７１）およびバイオマス分離システム（７６）への流れを調整し、所与の時間にシステムから除去されるバイオマスの量の動的制御を可能にしながら、バイオマスの連続収穫を可能にする。例えば、弁（７４）は、弁を通過する全液体培地の０％〜１００％をバイオマス分離システム（７６）に送ることができる。
【０１５６】
栄養素を、定期的にシステム内の貯留部（７１）に直接挿入することができる（７８）。液体培地中の水および／もしくは微生物、または洗浄液も同様に導入することができる。
【０１５７】
例えば制御可能な圧力弁または圧力調整器（７９）をシステム内に配置することができるため、他のあらゆる種類のシステム構成要素を利用することができ、この例では、圧力弁は、液体圧力の変化の影響を通してユニットの容積変化を制御することができる。いくつかの弁（８２）はユニットへの流量を制御することができる。
【０１５８】
必要に応じて、チャンバーへの気体供給に加えて、補助空気および／または二酸化炭素を富化した空気および／または他の気体を、主導管内に任意に導入することができる（８１）。例えばシステムの設置中に誤って油圧システムに入る可能性がある空気を除去するために、通気孔を導管に設置することができ、通常はシステムの最も高い位置に配置され、望ましくない空気の排除を容易にする。
【０１５９】
洗浄手順を作動させて、ユニットおよび／もしくは導管および／もしくは水タンクおよび／もしくは全ての補助システムおよび／もしくは気体チャンバーを洗浄ならびに／または滅菌することができる。洗浄手順は、洗浄媒体として蒸気または加熱空気または水蒸気を使用することによって実施することができる。「洗浄液」は、当業者が知っているであろう任意の化合物で作ることができる。それは、エタノール、水、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、塩水、洗剤、漂白剤、界面活性剤、アルカリまたは他の任意の適切な洗浄組成物を含み得る。洗浄液は、システムの任意の箇所の特定の導管を介してシステムに入ることができ、システムの任意の箇所から出ることができ、必要に応じて、システム全体を清掃するのではなく、特定の場所でのみの清掃を許可にする。
【０１６０】
図２０〜図２３は、チャンバーアセンブリが、双方に直線状に（所望のＰＢＲアレイに続いて）延びる、例えば押出構造などの金属および／またはプラスチック構造からなり得る支持構造（９０）を含むことができることを示す。押出構造は、膜ＰＢＲ、上面および底面のための構造的支持体として機能し得る。押出構造は、ＰＢＲ（９１）と、チャンバーの上壁（９２）と、チャンバーの下壁（９３）とを固定および／または定位置に保持するためのハウジング機構または取り付け具（９１、９２、９３）を備え得る。モジュール上の端部は、閉じたチャンバーを作り出すために他の支持構造要素によって閉じることができる。押出構造の壁（図２２ｂ参照）は、特に複数のチャンバーのアレイを含む実施形態において、気体が１つのチャンバー区画から別の区画に移動することを可能にする穴（９５）を含み得る。
【０１６１】
図２１ｂおよび図２１ｃは、チャンバーの下壁に取り付けられたフィン（９４）または側壁の間に吊り下げられたコード（９４´）であり得る懸架部材の追加によって、チャンバーアセンブリ内でＰＢＲを支持するための追加の構成を示す。この懸架部材はＰＢＲの中心を支持し、たるみを防止し、ＰＢＲと支持構造との接続部に損傷または歪みが生じる可能性を低減する。
【０１６２】
図２３ａおよび図２３ｂは、装置の水平面上に水または他の物質が集まるのを防ぎ、したがって光の干渉を減らすようになっている本発明の実施形態を示す。図２３ａでは、チャンバーの上壁は丸い凸形をしているため、水または他の物質はこの表面から流れ出る。図２３ｂは、異なる高さの支持構造（９０）を有し、チャンバーの上壁が水平に対して傾斜しており、ここでも流出を促進している。そのような実施形態の別の利点は、上壁の内側の結露が、ＰＢＲの真上の位置から流出することを促進されることである。
【０１６３】
本発明の構成例は以下の通りである。厚さ５０〜１００μｍの、２層の透明ポリシロキサン化合物気体透過膜からなる通気性膜ＰＢＲ。
【０１６４】
ＰＢＲはチャンバーアセンブリ内に配置されている。チャンバーアセンブリは、光にさらされる上面に開口窓を有する鋼製のシャーシ（箱）でできている。この開口窓は、透明なＥＴＦＥ層（厚さ１００〜５００μｍの範囲）で覆われている。
【０１６５】
ＰＢＲは、シャーシに溶接された水平部材に固定されているＰＢＲの境界上のアイレットによって、支持シャーシ上に引き伸ばされて固定されている。シャーシの底部内側表面上の保持構造は、ＰＢＲの位置を気体チャンバーの中心に維持する。保持構造は、ＰＢＲの層が融合する位置でＰＢＲと接触して流れ制御構造を形成し、保持構造がＰＢＲ膜を通る気体移動を妨げることを回避する。
【０１６６】
このようにして、頂部と底部の両方の上のＰＢＲ表面の大部分が気体チャンバーの大気にさらされ、その周りの大気の循環を可能にする。
【０１６７】
ＰＢＲは、含有液体培地用の入口および出口を有し、ｐＨ、溶存Ｏ２およびＣＯ２、温度、ならびに濁度のためのセンサーを含み、さらに蠕動ポンプおよび水加熱システムを含む水タンクを含む補助システムに接続されている。
【０１６８】
チャンバーアセンブリは実質的に気密である。それは供給気体のための入口と流出気体のための出口とを有し、その両方とも電磁弁によって制御され、その作動はプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）の制御下にある。入口はさらに、ＣＯ２キャニスターおよび／または窒素気体キャニスターに接続されている。
【０１６９】
ＣＯ２は、気体チャンバーに先に含まれていた大気の除去を可能にするために、出口弁が開いた状態で気体チャンバーにポンプで送り込まれる。気体チャンバー内の大気圧を上げずにＣＯ２を送り込む。
【０１７０】
本発明は、以下の非限定的な実施例を参照することによってさらに例示される。
【実施例】
【０１７１】
（実施例１）
実験装置を構成し、本発明の実施形態のシステムを実証した。特に、本装置は、本明細書に記載の種類のＰＢＲを含むチャンバーの気体大気にＣＯ２気体を供給すると、ＰＢＲ内に含まれる液体培地内のＯ２濃度およびｐＨが低下するとともに、ＣＯ２濃度が上昇することを実証する。これはさらに、光合成微生物培養物を含む液体培地で満たされたＰＢＲユニットの膜層を通して効率的なＯ２およびＣＯ２気体移動が起こることを示している。
【０１７２】
事例設定は、図２４の簡略図によって表される。この設定は、本発明の一実施形態のシステムを定義する。図２４を参照すると、この概略図に示される特徴の大部分は、図１９ａおよび１９ｂに見られるものと同じである。さらに、タンク（８３）が示されており、それは液体培地の予備を収容しており、貯留部（７１）は水浴（８４）によって加熱されている。
【０１７３】
ＰＢＲユニット（５）は、約４００バールに等しいＯ２の透過係数、約２１００バールに等しいＣＯ２の透過係数、および約２００に等しい窒素の透過係数（ＩＳＯ １５１０５-１）を有する１００ミクロン厚の２つのポリシロキサン膜層から構成されていた。ＰＢＲは約４５０×４５０ｍｍと測定され、層間にＶＶＢ ａｄｔ−ｘシリコーン接着剤を使用して２つの膜層を接合し、それらを熱圧着して蛇行状の経路を画定する連続的な流路を形成することによって構築された。
【０１７４】
ＰＢＲを、ＢＧ１１シアノバクテリア淡水培地およびシネコシスティス属培養ＰＣＣ６８０３を含有する液体媒体で、その通常の運転可能容量まで満たした。このシステムは気密であり、それ故、ＰＢＲ内の液体培地と周囲のチャンバー内の大気との間の気体交換は、ユニット（５）のポリシロキサン膜層を通してのみ起こる。弁（８）を介してチャンバーから気体を排出し、大気の圧力と気体混合とを制御することができる。
【０１７５】
チャンバー（５０）は、光に曝される上面に開口窓を有する鋼製シャーシ（箱）から構成されていた。この開口窓は、厚さ約２００μｍの透明なＥＴＦＥ層で覆われている。ＰＢＲは、シャーシ上に溶接された水平部材に固定されているＰＢＲの境界上のアイレットによって支持シャーシ上に引き伸ばされて固定されていた。ＰＢＲは、チャンバーの床に垂直に置かれた１．５ｍｍ厚のアクリル製保持構造によってチャンバー内に支持されていた。ＰＢＲ膜を通る気体移動を妨げる保持構造の存在を回避するために、およびＰＢＲの穿孔または切断を回避するために、保持構造は、ＰＢＲの層が融合する位置でＰＢＲと接触して流れ制御構造を作り出していた。実験の開始時に、チャンバーを大気で（一度）満たした。実験中、ＣＯ２フラッシュを行い、チャンバー内の空気大気を置換した。加圧ＣＯ２をＢＯＣからのシリンダーから供給して入口弁（７）を介してチャンバーに導入し、出口弁（８）から空気を放出した。
【０１７６】
貯留部（７１）は気密でありかつセンサー（７５）を収容するように設計されている。この事例に使用したセンサー（７５）は以下の通りであった：
１．Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ製の光学溶存Ｏ２センサー「ＩｎＰｒｏ ６８６０ ｉ」、
２．Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ製の溶存ＣＯ２センサー「ＩｎＰｒｏ  ５０００  Ｉ」、
３．Ｈａｎｎａｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のｐＨセンサー、
４．温度センサーＩＦＭ  Ｅｆｅｃｔｏｒ  ＴＭ  ４４３１  ＰＴ  １００
５．セラミック測定セル付き圧力トランスミッターＩＦＭ  Ｅｆｅｃｔｏｒ  ＰＡ９０２８
【０１７７】
システムの照明は、８×４フィートＴ５蛍光管を取り付けたライトウェーブＴ５伝播グローライトシステムにより、調光可能なドライバを使用して提供された。
【０１７８】
液体培地の温度を約２９℃（±２℃）に維持し、液体培地の温度を、主貯留部（７１）を囲む加熱二次水浴によって維持した。液体培地を、蠕動ポンプ（ＶｅｒｄｅｒＦｌｅｘ  Ｓｔｅｐｔｒｏｎｉｃ  ＥＺポンプ）（７２）によってシステム全体に汲み上げた。１つの３方向ピンチ電磁弁（ＳＩＲＡＩ  Ｓ３０７）は、ＰＢＲから来る液体培地をシステムから出し、バイオマス収穫およびさらなる液体培地サンプリング（すなわち、培養総密度／バイオマス重み付け）用の容器に分散させることができ、必要に応じて、別の３方向ピンチ弁により、ＢＧ１１培地を含む新しい液体培地を補助水タンクからシステムに挿入することができる。液体培地中の溶存気体濃度レベルおよびｐＨに関するデータを記録した。
【０１７９】
Ｏ２の濃度は実験の初期段階で約１ｐｐｍ上昇することがわかり、これはシステムの起動に関連した人為的結果であると考えられた；ＣＯ２の導入前にシステムを５０分間にわたって運転し、システムを平衡状態にすることを試みた。別の実験では、表１に示すように、大気で満たされているがより低い温度に維持されているチャンバー内のＰＢＲでは、Ｏ２濃度は著しくは上昇せず、少なくとも１５分間安定であった。
【表１】
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【０１８０】
図２５ａおよび図２５ｂに例示されるグラフに示されるように（これらのグラフは、示されるように異なる時間尺度にわたる同じ実験を表す）、垂直の破線で示されるように、約３６００秒で、チャンバーを１００％ＣＯ２で、先にあった空気が置換されるまで約１２０秒間フラッシュした。図２３ａに示されるように、液体培地のｐＨはこの期間にわたって低下し、これはｐＨに対するＣＯ２濃度の増加の影響を示している。ｐＨが約７．５の値に達したとき、内部チャンバーの大気を制御することに対する直接の効果を表すために、内部の大気をフラッシュすることなく、チャンバーを通気口を介して大気に開放し、外気の流入によりＣＯ２のレベルを徐々に低下させた。
【０１８１】
同じグラフに示されるように、ＰＢＲの液体培地内の溶存ＣＯ２濃度（総濃度の％で示される）は、ＣＯ２フラッシングの後に増加し、同時に溶存Ｏ２濃度（ｐｐｍで示される）は減少し、両方の変化は約１００００秒でプラトーに近づく。これは、液体培地とチャンバー内のＣＯ２富化大気との間でＰＢＲ膜を介する気体交換が行われていることを示していた。
【０１８２】
１２０秒間のＣＯ２供給から約８０００秒後に、溶存ＣＯ２濃度は低下し、Ｏ２濃度は上昇するように見え、微生物プロセスまたは大気中へのＣＯ２の排出によるチャンバー大気内のＣＯ２濃度の低下のいずれかの作用により、ＣＯ２供給の効果の逆転が可能であることを示した。
【０１８３】
（実施例２）
本発明のデバイスにおける別の同様の実験において、微生物増殖および複製がデバイスの内部で起こることを示すために、液体培地の試料を異なる時間間隔でシステムから取り出し、乾燥重量測定を行い、総バイオマス密度と増殖率を理解した。下の表に示すように、全バイオマスは８時間強で０.８g／Ｌ増加し、この時間枠で４０％以上増加した。
【表２】
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【０１８４】
本発明の特定の実施形態を本明細書において詳細に開示してきたが、これは例として説明のためにのみ行われたものである。前述の実施形態は、以下に続く添付の特許請求の範囲に関して限定することを意図するものではない。本発明者らは、特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な置き換え、変更、および修正を加えることができると考えている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−９】
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【図１０−１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５−１６】
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【図１７−１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２１ｃ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２４】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【国際調査報告】
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