(57)【要約】  光合成生物の培養および／または増殖のためのフォトバイオリアクタおよび関連するシステム／方法が本明細書で開示される。フォトバイオリアクタは、（１）内部容器容積を画定する壁を有する実質的に球形の容器と、（２）電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムと、（３）熱分散流体を水中用システムに出入りさせて循環させるための温度管理システムと、（４）プロセッサとコントローラを含むフォトバイオリアクタ制御システムと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成生物の培養および／または増殖のためのフォトバイオリアクタであって、
ａ．内部容器容積を画定する壁を有する実質的に球形の容器と、
ｂ．電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムと、
ｃ．熱分散流体を前記水中用システムに出入りさせて循環させるための温度管理システムと、
ｄ．プロセッサおよびコントローラを備えるフォトバイオリアクタ制御システムと、を備える、フォトバイオリアクタ。
【請求項２】
前記フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信する１つ以上のセンサをさらに備える、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３】
前記１つ以上のセンサが、温度センサ、気体センサ、酸もしくはｐＨセンサ、タンパク質分別検出器、分光光度計、またはサイトメータを含む、請求項２に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４】
前記１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つが、前記フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、請求項２に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５】
付加製造を使用して、前記１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つを前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化させる、請求項４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項６】
前記フォトバイオリアクタ制御システムが、前記水中用システムを管理するように構成されている、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項７】
前記水中用システムが、実質的に光源操作によって管理されている、請求項６に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項８】
前記光源操作が、パルス幅変調を含む、請求項７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項９】
さらに１つ以上の電源を備える、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１０】
前記１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、前記内部容器容積内に位置付けられている、請求項９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１１】
前記１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、前記水中用システム内に位置付けられている、請求項９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１２】
前記１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、実配線または無線接続のいずれかを含む、請求項９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１３】
前記実配線または無線接続が、付加製造により前記フォトバイオリアクタの前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化された導電性材料を含む、請求項１２に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１４】
流体、廃棄物、または栄養物を前記実質的に球形の容器に出入りさせて操作、抽出、または循環させるための循環システムをさらに備え、前記循環システムが、前記フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信している、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１５】
前記実質的に球形の容器中へ気体を添加または分散させるための換気システムをさらに備え、前記換気システムが、１つ以上の気体拡散装置を備える、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１６】
前記１つ以上の気体拡散装置のうちの少なくとも１つが、実質的にリング状またはディスク状である、請求項１５に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１７】
前記換気システムが、前記内部容器容積内の異なる高さに位置付けられた２つ以上のリング状またはディスク状の気体拡散装置を備える、請求項１６に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１８】
前記１つ以上の気体拡散装置のうちの少なくとも１つが、実質的に円筒状または球形である、請求項１５に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項１９】
前記換気システムが、１つ以上のリングまたはディスクを形成するように前記内部容器容積内に実質的に円形状に配置された複数の気体拡散装置を備える、請求項１５に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２０】
前記複数の気体拡散装置のうちの少なくとも２つが、前記内部容器容積内の異なる高さに位置付けられている、請求項１９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２１】
前記１つ以上の気体拡散装置のうちの少なくとも１つが、前記フォトバイオリアクタの前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、請求項１５に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２２】
付加製造を使用して、前記１つ以上の気体拡散装置のうちの少なくとも１つを前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化させる、請求項２１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２３】
前記内部容器容積を画定する前記壁が、内部層および外部層を有する二重層壁を含む、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２４】
前記内部層が、多孔性または半透性である、請求項２３に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２５】
前記内部層の多孔性または透過性が可変である、請求項２４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２６】
前記内部層の前記多孔性または透過性が、前記フォトバイオリアクタ制御システムからの信号に応答して、あるいは温度、ｐＨもしくは特定の種類、または波長もしくは放射などの環境条件に応答して変化する、請求項２５に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２７】
前記水中用システムが、内部空間を画定する内側壁を有する球形または実質的に球形の内側容器を備える、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２８】
前記球形または実質的に球形の内側容器が、トーラス状である、請求項２７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項２９】
電磁放射の操作を可能にする特性、および／または電磁放射の挙動に影響を与える特性を有する材料またはメタマテリアルを含む、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３０】
前記材料またはメタマテリアルが、反射性または屈折性の表面コーティングを含む、請求項２９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３１】
前記材料またはメタマテリアルが、本質的に反射性または屈折性の材料を含む、請求項２９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３２】
疎水性、超疎水性、親水性、または疎油性の特性を有する１つ以上の表面を備える、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３３】
前記特性が、高解像度の付加製造により実質的に達成される、請求項３２に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３４】
前記リアクタハウジングおよび／または構造体が、例えば、バインダー噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融、シート積層、またはバット光重合を含む付加製造プロセスを用いて製造される、請求項３３に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３５】
前記リアクタハウジングおよび／または構造体が、付加製造プロセスを用いて組み立てられた２つ以上の材料を含み、前記２つ以上の材料が、前記付加製造プロセス中に溶融して、水密性または実質的に水密性のバリアを形成するものである、請求項３４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３６】
１つ以上の入口、出口、ポンプ、バルブ、モータ、またはファンが、実質的に前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、請求項３４３４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３７】
電力、データ、または制御パスが、実質的に前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、請求項３４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３８】
前記リアクタハウジングおよび／または構造体が、ポリマー原料およびシリカ粒子を含み、前記ポリマー供給原料およびシリカ粒子が、シリカナノ粒子または微生物の生物起源シリカ残留物を含む、請求項３４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３９】
電気エネルギーを電磁放射に変換することが、１つ以上の照明源を含む、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４０】
前記１つ以上の照明源が、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、および／または１つ以上の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む、請求項３９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４１】
前記１つ以上の照明源が、可視スペクトル内の放射源を含む、請求項３９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４２】
前記１つ以上の照明源が、可視スペクトル外の放射源を含む、請求項３９に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４３】
前記温度が、光源操作を通して実質的に管理される、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４４】
前記温度管理システムが、前記フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信する、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４５】
前記温度管理システムが、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、またはファンを含む、請求項４４に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４６】
さらに１つ以上の洗浄ユニットを備える、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４７】
１つ以上の追加のフォトバイオリアクタへの物理的な接続を含む、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４８】
前記物理的な接続が、剛性ラックまたは足場を含む、請求項４７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４９】
前記物理的な接続が、既存の構造体を含み、前記既存の構造体が、サイロを含む、請求項４７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５０】
前記物理的な接続が、１つ以上の導管、チューブ、またはパイプを含む、請求項４７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５１】
前記フォトバイオリアクタ制御システムが、接続されたフォトバイオリアクタ間の気体または液体の流れを管理するように構成される、請求項４７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５２】
中心柱、パイプ、チューブ、足場、または類似の柱への接続を含む、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５３】
前記中心柱が、１つ以上の追加のフォトバイオリアクタへの接続を含む、請求項５２に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５４】
前記中心柱が、周りに複数のフォトバイオリアクタが配置された中心軸を含む、請求項５２に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５５】
前記フォトバイオリアクタ制御システムが、１つ以上の追加のフォトバイオリアクタの付加的なフォトバイオリアクタ制御システム（複数可）と動作可能に通信している、請求項１に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５６】
１つ以上の追加のフォトバイオリアクタと動作可能に通信する中心制御システムへの接続をさらに備える、請求項５５に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５７】
１つ以上のセンサと動作可能に通信する１つ以上の低電力コンピュータをさらに備える、請求項５６に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５８】
前記低電力コンピュータが、１つ以上の接続されたフォトバイオリアクタからのデータに応答して、関連するフォトバイオリアクタの所定の機能を制御するように構成されている、請求項５７に記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５９】
前記中心制御システムが、状況付けまたは行動決定された人工知能構造体に基づき動作するように実質的に構成され、前記構造体が、フロッキングアルゴリズムなどのマルチヒューリスティックアルゴリズムである、請求項５７に記載のフォトバイオリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年８月８日に出願された米国仮出願第６２／５４２，５４４号の優先権を主張し、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
フォトバイオリアクタは、藻類培養の使用について説明されており、一般に、１つ以上のパドルホイールで攪拌される浅いラグーンまたは池を利用し、実質的もしくは排他的に自然光源を使用するか、または人工光源を使用する実質的に密閉されたユニットを使用する。藻類の池は、季節的および日々の気候変動および汚染に起因する藻類の生産不良を含む問題に悩まされている。このようなバイオリアクタは一般に日中の太陽光を受け取るように構築されているため、生産性は太陽の強度によって制限され、これは他の要因の中でも特に日長および季節に依存する。人工光バイオリアクタは、これらの課題のいくつかを克服しているが、効果的にスケール化することができないという課題をさらに抱えている。したがって、光合成生物をより効果的かつ効率的に培養および／または増殖させることができる改良されたシステムおよび方法を有することには、利点がある。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、フォトバイオリアクタを使用して、シアノバクテリアまたは微細藻類などの光合成生物または光感受性生物を培養および／または増殖するためのシステムおよび方法を提供する。より詳細には、本開示は、光合成生物または光感受性生物の培養および／または増殖のためのフォトバイオリアクタを提供する。フォトバイオリアクタは、特に、（１）内部容器容積を画定する壁を有する実質的に球形の容器と、（２）電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムと、（３）熱分散流体を水中用システムに出入りさせて循環させるための温度管理システムと、（４）プロセッサとコントローラを含むフォトバイオリアクタ制御システムと、を含む。実質的に球形の容器（または外部容器）の内部容器容積は、本明細書で生産的培養とも呼ばれる光合成生物が培養される作動流体を含有するように構成される。水中用システムは、内部容器（内部空間を画定する内部壁を有する）を含むことができる。水中用システムには、内部空間中に位置付けられ、電気エネルギーを電磁放射に変換するように構成された光源が含まれる（これにより、光合成生物の成長が促進される）。水中用システムは、フォトバイオリアクタ制御システムに結合され、かつそれにより制御される。温度管理システムは、光源の温度を調整および／または制御できるように、熱拡散流体を内部空間に出入りさせて循環させることができる。この配置により、フォトバイオリアクタは、実質的に球形の容器内の環境条件を制御することにより、光合成生物を効果的に培養または増殖させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
前述の概要、ならびに本開示の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読む場合に、よりよく理解されるであろう。本開示は、示された正確な配置、実施例、および手段に限定されないことを理解されたい。
【０００５】
【図１】本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタを示す。
【０００６】
【図２】本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタを示す。
【０００７】
【図３】本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステムを示す。
【０００８】
【図４】本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステムの構成を示す。
【０００９】
【図５】本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステムの構成を示す。
【００１０】
【図６】本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステムの構成を示す。
【００１１】
【図７】本開示の実施形態による複数のフォトバイオリアクタを管理するための中心制御システムを示す概略図である。
【００１２】
【図８】人工知能（ＡＩ）方法（例えば、「トップダウン」アプローチ）を使用して、本開示の実施形態による複数のフォトバイオリアクタを管理するための制御システムを示す概略図である。
【００１３】
【図９Ａ−９Ｂ】本開示の実施形態による複数のフォトバイオリアクタを有する制御システムによって実行される「内部フィードバック」概念に基づく最適化プロセスを示す概略図である。
【００１４】
【図１０】「内部フィードバック」最適化プロセスおよび「トップダウン」ＡＩアプローチの両方を使用する複数のフォトバイオリアクタの制御システムを示す概略図である。
【００１５】
【図１１】本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタを示す。
【００１６】
【図１２】本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタを示す。
【００１７】
【図１３】本開示の実施形態による二重壁設計のフォトバイオリアクタを示す。
【００１８】
【図１４】本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタおよび培地／化学システムを示す。
【００１９】
【図１５】本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタおよび１つ以上の洗浄ユニットを示す。
【００２０】
【図１６】本開示の実施形態による球形光源を備えたフォトバイオリアクタを示す。
【００２１】
【図１７】本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタを示す。
【００２２】
【図１８】本開示の実施形態による気体拡散装置／システムを備えたフォトバイオリアクタを示す。
【００２３】
【図１９】本開示の実施形態による気体拡散システムの様々な構成（エアストーンを一例として使用）を説明する。
【００２４】
【図２０】本開示の実施形態による分配気体拡散システムを備えたフォトバイオリアクタを示す。
【００２５】
【図２１】本開示の実施形態による温度管理システムを備えたフォトバイオリアクタを示す。
【００２６】
【図２２】本開示の実施形態による温度管理システムを備えたフォトバイオリアクタを示す。
【００２７】
【図２３】本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタを示す。
【００２８】
【図２４】本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタを示す。
【００２９】
【図２５】本開示の実施形態による２つのモジュール式フォトバイオリアクタを示す。
【００３０】
【図２６】本開示の実施形態によるモジュール式フォトバイオリアクタを示す。
【００３１】
【図２７】本開示の実施形態によるモジュール式フォトバイオリアクタを示す。
【００３２】
【図２８】本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタに関連する電源を示す。
【００３３】
【図２９Ａ】本開示の実施形態による複数のトロイド状モジュラー式フォトバイオリアクタの例示的な高密度構成の概略図を示す。
【００３４】
【図２９Ｂ】本開示の実施形態によるリング状のフォトバイオリアクタの上面図である。
【００３５】
【図３０−３１】本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ内に位置付けられた気体拡散装置を示す。
【００３６】
【図３２】本開示の実施形態による二壁設計を有するフォトバイオリアクタを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本開示の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読む場合に、よりよく理解されるであろう。本開示は、示された正確な配置、実施例、および手段に限定されないことを理解されたい。本明細書において「例示的」という用語は、「一例、事例、または実例として役立つ」ことを意味するために使用されることも理解されるべきである。「例示的」であるとして本明細書に記載される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態よりも好ましい、または他の実施形態よりも有利であるとみなされる必要はない。
【００３８】
本開示は、フォトバイオリアクタを使用して、シアノバクテリアまたは微細藻類などの光合成生物または光感受性生物を培養および／または増殖するための方法および材料を提供する。様々な実施形態では、本発明のフォトバイオリアクタは、藻類およびシアノバクテリアなどのあらゆる種類の光合成生物、藻類などの多細胞生物、植物細胞、または誘導された自然選択により所定の環境に実質的に適応している生物を含む他の天然に発生するおよび／または改変されていない生物の培養に適している。本明細書で使用する場合、「光合成生物」という用語には、それぞれの当業者に周知の技術によって遺伝子改変または遺伝子編集された生物も含まれる。本明細書で使用される場合、用語「光合成生物」は、当業者に周知の技術を使用して合成的に組み立てられた生物をさらに含む。本明細書に記載の光合成生物には、とりわけ、化合物または生体分子、例えば、脂肪酸、フィコビリタンパク質、バイオ燃料、および他のガソリン代替物などを産生することが知られているものが含まれる。本明細書で使用する場合、「光合成生物」という用語は、特定の種類の細菌および植物細胞などのように、光合成以外の方法で、または光合成に追加の方法で、光刺激に応答し、それによって追加の制御方法として光刺激の使用を可能とする、光感受性生物をさらに含む。
【００３９】
一実施形態では、本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、内部容器容積を画定する壁（「外部容器壁」または「外部壁」とも呼ばれる）を有する実質的に球形の容器と、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システム（例えば、いくつかの実施形態では、その中の「光源」による）と、内部容器容積の温度を調整するための温度管理システムと、流体、気体、廃棄物、および／栄養物を内部容器容積に出入りさせて循環させるための循環システムと、を備える。いくつかの実施形態では、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムは、内部容器内部容積または内部空間を画定する実質的に球形の壁（本明細書では「内部容器壁」または「内部壁」とも呼ばれる）を備える。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、ハウジング、内部構造体、外部構造体、または上記の組み合わせを備え、本明細書では集合的にリアクタハウジングおよび／または構造体と呼ばれる。
【００４０】
図１は、本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ１００を示す。示されるように、フォトバイオリアクタ１００は、実質的に球形または球形の容器１０２、水中用システム１０３、温度または熱管理システム１０４、フォトバイオリアクタ制御システム１０５、および循環システム１０６を含む。フォトバイオリアクタ制御システム１０５は、（１）フォトバイオリアクタ１００の他の構成要素に関する指示を処理するように構成されたプロセッサ１０５Ａと、（２）フォトバイオリアクタ１００の他の構成要素と通信するか、またはそれを制御するように構成されたコントローラ１０５Ｂと、を含む。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ制御システム１０５は、有線または無線接続を介して他の構成要素と通信することができる。
【００４１】
球形の容器１０２は、内部容器容積１０２Ｂを画定する壁（または外部壁）１０２Ａを含む。水中用システム１０３は、内部空間１０３Ｂを画定する内部容器壁１０３Ａを含む。示されるように、光源１０９は、内部空間１０３Ｂに位置付けられる。図１に示された実施形態では、光源１０９は、内部壁１０３Ａよりも小さいサイズである。しかし、他の実施形態では、光源１０９は、異なるサイズおよび形状を有することができる。例えば、光源１０９は、面光源、線光源、および／または点光源であり得る。容器壁（例えば、要素１０２Ａ、１０３Ａ）は、浸出に耐性があり、耐熱性および耐腐食性があり、中程度の加圧に耐えることができる、様々な材料から構築することができる。適切な材料には、プラスチック（例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン）、ステンレス鋼、ガラス、炭素繊維、シリカ複合材料、ホウケイ酸塩、セラミック、および／またはバイオプラスチックが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、容器壁は、二層または二重層の設計を有することができる（例えば、図１３および３２を参照されたい）。例えば、壁１０２Ａは、（１）ハウジング１０１に向かって外側に面する外部層と、（２）内部壁１０３Ａに向かって内側に面する内部層と、を含むことができる。外部／内部層は、設計目的に適した様々な特性／コーティング／表面処理を有することができる。例えば、内部層は、耐水性コーティングを有することができ（内部容器容積１０２Ｂに位置付けられた作動流体による壁１０２の侵食を防ぐため、または壁１０２上の作動流体（例えば、培養物）の凝集を防ぐため）、一方、外部層は、外部からの偶発的な物理的衝撃による損傷を防ぐために、より強い剛性を持つことができる。いくつかの実施形態では、内部壁１０３Ａは、壁１０２Ａのような二層設計を有することもできる。
【００４２】
図１に示されるように、水中用システム１０３は、複数の支持構造体または支柱によって支持され得る。支持構造体は、水中用システム１０３を容器１０２に結合する。いくつかの実施形態では、水中用システム１０３および容器１０２は、他の適切な手段によって結合することができる。いくつかの実施形態では、水中用システム１０３は、内部容器容積１０２Ｂ中で浮遊することができる。いくつかの実施形態では、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システム１０３は、バリアが内部容器容積１０２Ｂに位置付けられた作動流体（例えば、培養物）から水中用システム１０３を分離することができるように、スフェロイドまたはトロイド状のバリアなどの実質的に球形のバリアによって囲まれる。バリアは、様々な不活性の透明または半透明の材料、および／または極端な温度に耐える材料から構築されてもよい。適切な材料には、プラスチックおよびガラスが含まれるが、これらに限定されない。バリアはまた、光子の操作を可能にする材料またはメタマテリアル（例えば、光子感受性または光子応答性材料）で構成されてもよい。例えば、光子は、レンズ、減衰の変化、波長のシフトなどを使用して操作できる。いくつかの実施形態では、電気エネルギーを電磁放射に変換するための複数の水中用システム１０３が、内部容器容積内に位置付けられてもよい。
【００４３】
温度管理システム１０４は、熱拡散流体または冷媒を水中用システム１０３に出入りさせて循環させるように構成される。この配置により、温度管理システム１０４は、光源１０９の温度ならびに内部容器容積１０２Ｂ内の作動流体の温度を調整または管理することができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム１０４は、フォトバイオリアクタ制御システム１０５によって制御される。いくつかの実施形態では、温度管理システム１０４は、環境温度、湿度、外光または周囲光の存在または程度などの環境条件に基づいて、水中用システム１０３内の温度を調整することができる。温度管理システム１０４は、熱分散流体を送達および受容するように構成された１つ以上の入口および１つ以上の出口を含むことができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム１０４は、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンを含む。これらの構成要素は、電子制御または熱力学的（熱／温度制御）であり得る。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、フォトバイオリアクタ１００の容器壁（例えば、１０２Ａ）、ハウジング、または他の構造要素に一体化することができる。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、内部壁１０３Ａまたは壁１０２Ａに一体化することができる。
【００４４】
循環システム１０６は、流体、廃棄物、または栄養物を球形の容器１０２に出入りさせて操作、抽出、または循環するように構成される。循環システム１０６は、フォトバイオリアクタ制御システム１０５と動作可能に通信している。いくつかの実施形態では、循環システム１０６は、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンを含む。これらの構成要素は、電子制御または熱力学的（熱／温度制御）であり得る。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、フォトバイオリアクタ１００の構造体の構成要素に一体化することができる。例えば、いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンを、壁１０２Ａまたは水中用システム１０３に一体化することができる。いくつかの実施形態では、循環システム１０６は、循環システム内の流れを制御するように構成されたスピゴットを含むことができる。循環システム１０６は、内部容器容積１０２Ｂ中の作動流体を送達および受容するように構成された１つ以上の入口および１つ以上の出口を含むことができる。
【００４５】
図２は、本開示の実施形態による別のフォトバイオリアクタ２００を示す。フォトバイオリアクタ２００は、フォトバイオリアクタ１００に類似した構造体を有する（例えば、同じ参照番号を有する構成要素は、同じまたは類似の構造的特徴および機能を有する）。フォトバイオリアクタ２００は、疎水性表面（例えば、疎水性または耐水性材料でコーティングされた）を備えたトロイド形状を有する水中用システム１０３を含む。示されるように、フォトバイオリアクタ２００は、水中用システム１０３内に位置付けられた制御システム２０５を有する。図示された実施形態では、制御システム２０５は、フォトバイオリアクタ２００の他の構成要素を制御し、それと通信することができる。この配置により、フォトバイオリアクタ２００は、外部からの指示を必要とすることなく、制御システム２０５に格納された指示に基づいて動作することができる。いくつかの実施形態では、この制御システム２０５は、マイクロプロセッサ２０５Ａおよびマイクロコントローラ２０５Ｂを備えてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ（例えば、フォトバイオリアクタ１００または２００）の１つ以上の構成要素は、例えば、ステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）、溶融フィラメント製作（ＦＦＦ）、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）、選択的レーザー焼結、直接金属レーザー焼結、バインダー噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融、シート積層、バット光重合、またはそれぞれの当業者に周知の１つ以上のプロセスまたは技術の組み合わせを含む、付加製造プロセスを使用して生産されてもよい。付加製造に使用される材料には、多孔性または半透性材料、ガラス、プラスチック、バイオプラスチック、再生プラスチック、導電性材料、または付加製造プロセスで一般的に使用可能な他の材料が含まれ得る。付加製造に使用される材料には、セルロース、樹木樹脂、または生物の生物起源残留物などの有機材料または生物材料も含まれ得る。例えば、材料は、シリカナノ粒子または微粒子または微生物の生物起源シリカ残留物の担体として作用する比較的低い融点を有するポリマー原料を含んでもよい。この実施例では、付加製造された構成要素が十分な時間１４００℃を超える温度に曝されると、ポリマー原料が燃え尽き、シリカナノ粒子が溶融して、実質的にガラス溶融構造体が形成される。付加製造に使用される材料は、製造プロセス中に溶融して、水不浸透性または実質的に水不浸透性のバリアを形成する２つ以上の材料を含んでもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタの１つ以上の表面は、例えば、バイオマスが容器、光源、または他のフォトバイオリアクタ構成要素に付着するのを防ぐ補助的な利点に加えて、例えば、摩擦係数を低下させ、システム全体の流体の流れやすさを高め得る、疎水性、超疎水性、親水性、または疎油性の特性を有し得る。これらの疎水性、超疎水性、親水性、または疎油性の特性は、例えば、表面コーティングの追加、機械的または熱的エッチング、電気化学プロセスによる処理、高解像度の付加製造、または本質的に疎水性、超疎水性、親水性、または疎油性の材料の使用を含む、当業者に周知の１つ以上の方法によって達成され得る。
【００４８】
様々な実施形態では、本発明のフォトバイオリアクタは、独立して機能する１つ以上の単体の構成要素、２つ以上の相互接続した構成要素、または相互接続した構成要素と単体の構成要素との組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、例えば、光源（複数可）は、外部ポンプおよび／または電源に接続されてもよく、一方、他の実施形態では、光源（複数可）は、単体の機能的構成要素であってもよい。
【００４９】
いくつかの実施形態では、１つ以上のフォトバイオリアクタ構成要素は、外側容器壁、内側容器壁、光源、または別のフォトバイオリアクタ構造体に一体化され得る。例えば、導電性材料を容器外側壁または容器内側壁に埋め込んで、電力を供給し、電子制御信号を中継し、および／またはセンサデータを返すことができる。いくつかの実施形態では、埋め込まれた導電性材料は、電源において大量並列冗長性を提供するように相互接続されてもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、１つ以上の構成要素は、内部容器と外部容器壁との間の空隙中に位置付けられてもよい。さらなる実施形態では、１つ以上の構成要素は、フォトバイオリアクタの外部容器の外側に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、１つ以上の電源は、フォトバイオリアクタ容器の外側に位置付けられてもよく、一方、いくつかの実施形態では、１つ以上の電源は、内部容器容積の内側に位置付けられてもよい。さらなる実施形態では、外部電源は、１つ以上の内部構成要素への無線電力伝送を提供してもよく、または１つ以上の構成要素は、培養物または熱分散流体または培地への電力の直接導入を通じて電力供給され得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では、記載されるようなフォトバイオリアクタは、単体のバイオマス生産システムとして独立して機能し得る。１つ以上のフォトバイオリアクタを組み合わせて、一般に制御および／または近接して配置される複数の個々のフォトバイオリアクタで構成される高密度フォトバイオリアクタアレイとして動作させることもできる。例えば、外部の剛性ラックまたは足場を使用して、または容器自体に構築または付加製造されたインフラストラクチャを使用して、２つ以上の容器を組み立てることができる。高密度構成の一実施形態では、２つ以上の個々の容器は、均一な容積および／または寸法のものである。別の実施形態では、２つ以上の容器は、様々な容積および／または寸法のものである。高密度構成は、特定の領域で利用可能な最大の空間を利用する幾何学的構成に組み立てることができる。
【００５２】
図３は、本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステム３００を示す。示されるように、システム３００は、互いに結合された複数のフォトバイオリアクタ３０１を含む。例えば、これらのフォトバイオリアクタ３０１のうちの１つの作動流体は、隣接するフォトバイオリアクタに流れることができる。これらのフォトバイオリアクタ３０１は、バイオマスまたは培地処理システム３０３にさらに結合される（例えば、流体的に通信する）。バイオマスまたは培地処理システム３０３は、複数のフォトバイオリアクタ３０１に原材料を提供し、そこから生成されたバイオマスを受け取るように構成される。システム３００は、複数のフォトバイオリアクタ３０１を使用することによるバイオマスの大量生産に適している。いくつかの実施形態では、複数のフォトバイオリアクタ３０１は、物理的に互いに近くに位置する必要はなく、流体的な通信のためにパイプ、チャネルなどによって結合することができる。
【００５３】
図４は、本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステム４００の構成を示す。図示された実施形態では、システム４００は、複数の（垂直）レベルに位置付けられた複数のフォトバイオリアクタを有することができる。複数のフォトバイオリアクタは、異なるサイズ、形状、または容積を有することができる。いくつかの実施形態では、これらの複数のフォトバイオリアクタは、中心制御システム４０５によって制御され得る。いくつかの実施形態では、これらのフォトバイオリアクタは、その中に位置付けられた個々のコントローラ／プロセッサによって制御できる。
【００５４】
高密度構成では、個々のフォトバイオリアクタの容器間、または容器の群（フォトバイオリアクタモジュール）の間に空間を設けて、１つの容器を別の容器に接続できる。いくつかの実施形態では、例えば、培地、気体および／または共通の制御システムを共有するために、１つの容器を１つ以上の隣接する容器と相互接続することができる。さらなる実施形態では、１組または一連のバルブ４０１は、実質的に所定の方法で、１つ以上のフォトバイオリアクタ間およびそれらの間の流体、固体、および／または気体の流れを方向付けることができる。他の実施形態では、複数のフォトバイオリアクタ間の配光および／または電気的接続性を提供するために、１つ以上の中心柱４０２について、複数のフォトバイオリアクタの間に空間が提供され得る。
【００５５】
高密度フォトバイオリアクタ構成のいくつかの実施形態では、例えば、サイロなどの既存の構造を占めるように２つ以上の容器を組み立てることができる。他の実施形態では、２つ以上の容器を組み立てて、容器を収容する目的で構築された専用構造体を占有するか、容器および追加のバイオマスおよび培地処理システムまたは他の関連機器または操作を収容することができる。さらなる実施形態では、付加製造プロセスを使用して、２つ以上の容器を実質的にその場で製造することができる。
【００５６】
図５は、本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステム５００の構成を示す。示されるように、システム５００は、複数のフォトバイオリアクタを収容するためのハウジング構造体５０１を含む。この配置により、システム５００は、高密度構成を有し、都市部での実施が可能となる。例えば、システム５００は、家の床下空間、または高層ビルの他の適切な空間で実施することができる。
【００５７】
図６は、本開示の実施形態による複数の球形のフォトバイオリアクタを有するシステム６００を示す上面概略図である。システム６００内の複数のフォトバイオリアクタは、示されるように、円周方向に位置付けられ、方向Ｒに回転させることができる。例えば、環境条件が変化すると、システム６００は、フォトバイオリアクタを回転させて、すべてのフォトバイオリアクタが実質的に等しい量の外部太陽光または周囲光を受け取れるようにするなどの目標を達成することができる。
【００５８】
高密度構成の別の実施形態では、多数の個々のフォトバイオリアクタまたは高密度フォトバイオリアクタシステムのものを中心軸の周りのリングに配置することができる。さらなる一実施形態では、フォトバイオリアクタのリングは、遠心力を生成するのに十分な回転速度で中心軸の周りを回転することができる。発生する遠心力は、例えば、所定の生物の生活環に十分なレベルで反応器容器内の重力を模倣できる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、本開示によるフォトバイオリアクタは、開始、操作、モニタリング、データ管理、メンテナンス、および他の実行または解釈機能を実行する１つ以上の制御システムを備えてもよい。いくつかの実施形態では、そのような機能は、例えば、培養されている生物（複数可）の最適環境、標的最終産物（複数可）、生産効率、バイオレメディエーション（例えば、ＣＯ２の取込み）、システム統合性、またはシステム寿命を含む、１つ以上のパラメータについて最適化され得る。２つ以上のフォトバイオリアクタ制御システムを相互接続して、フォトバイオリアクタの実質的な分配ネットワークを形成し、個々のフォトバイオリアクタ、フォトバイオリアクタモジュール、および／またはフォトバイオリアクタの完全な高密度アレイを制御可能となる。例えば、いくつかの実施形態では、制御システムは、群内の複数のフォトバイオリアクタ（例えば、フォトバイオリアクタのアレイ）を制御できる。制御システムは、外部制御システム（例えば、要素４０５または７００）または複数のフォトバイオリアクタの１つに位置付けられた内部制御システム（要素２０５）とすることができる。
【００６０】
図７は、本開示の実施形態による複数のフォトバイオリアクタを管理するための中心制御システム７００を示す概略図である。示されるように、中心制御システム７００は、様々な場所に位置するフォトバイオリアクタの複数の群（例えば、群Ａ〜Ｎ）を制御することができる。いくつかの実施形態では、同じ群内のフォトバイオリアクタは、同じ（または実質的に類似した）一連の指示によって操作することができる。
【００６１】
一実施形態では、１つ以上の制御システムは、それぞれの当業者に周知の機械学習アプローチまたは技術の使用を特徴とする人工知能（ＡＩ）として実質的に設計され得る。例えば、トップダウンＡＩは、個々のフォトバイオリアクタまたはモジュールのいずれかをシステムとして使用することができ、そのシステムによって、所望のパラメータ（例えば、成長速度、産物の発現、全体的なリアクタ性能）に最適な溶液またはプロセスまたは経路が同定されるまで、複数の最適化シナリオを実行することができる。いくつかの実施形態では、ＡＩは、最適化シナリオを通じて取得された情報を使用して、相互接続されたリアクタの大規模な分配ネットワークを制御する。他の実施形態では、ＡＩは、例えば、量子コンピュータまたはインターネットに基づくリソース（複数可）などの問題を分析するために、サードパーティーシステムのクエリを作成する能力を有する。
【００６２】
例えば、図８は、人工知能（ＡＩ）方法（例えば、「トップダウン」アプローチ）を使用して、複数のフォトバイオリアクタ（例えば、Ａ１ａ〜Ａ４ｂ、Ｂ１ａ〜Ｂ４ｂ、およびＣ１ａ〜Ｃ４ｂ）を管理するための制御システム８０１を示す概略図である。制御システム８０１は、複数のフォトバイオリアクタを群（例えば、Ａ、Ｂ、またはＣ）または下位群（Ａ１、Ａ２、またはＡ３）に分割し、次に、目的を達成するために各群または下位群のフォトバイオリアクタを操作する方法を決定する（例えば、ある期間の生産を最大化する、限られた時間で一定量のバイオマスを生産する、一定の品質／密度でバイオマスを生産する、最低の外部エネルギー消費を達成する、一定の割合でバイオマスを生産する、など）。制御システム８０１は、ＡＩまたは機械学習アプローチを利用して、複数のフォトバイオリアクタのそれぞれを操作する方法を決定することができる。いくつかの実施形態では、複数のフォトバイオリアクタは、階層に基づいて動作することができる（例えば、リアクタＡ１ｂは、群「Ａ」、下位群「１」、および下位群「ｂ」についての指示に従う）。
【００６３】
分配フォトバイオリアクタネットワークの別の実施形態では、例えば、個々のフォトバイオリアクタ間のセンサ入力を比較する各フォトバイオリアクタへの小型低電力コンピュータの展開を特徴とする群れ制御方法を使用して、１つ以上の制御システムを実質的に設計することができる。いくつかの実施形態では、小型低電力コンピュータは、センサ刺激またはデータに対する固定数の可能な反応を通してセンサ入力にどのように応答するかについて即座に決定することができる。群れ制御システムは、センサから取得した情報を中心フォトバイオリアクタ制御システムに送り込んだり、または隣接するフォトバイオリアクタ間の相互接続を制限したり、または隣接する相互接続性と中心フォトバイオリアクタ制御システムを組み合わせたりすることができる。いくつかの実施形態では、小型低電力コンピュータは、隣接するフォトバイオリアクタ制御システムが決定するものおよびそれらの行動の結果に基づいて決定を下すことができる場合がある。例えば、フロッキングアルゴリズムによって駆動され、最適化された群れアルゴリズムを使用して、各システムは、隣接するものおよびそれ自体からのデータのみに基づいて決定を下す。
【００６４】
例えば、図９Ａおよび９Ｂは、本開示の実施形態による複数のフォトバイオリアクタを有する制御システムによって実行される「内部フィードバック」概念に基づく最適化プロセスを示す概略図である。図９ｂに示すように、システムは、各下位群の局所的な最適点を決定し（例えば、一定期間内に生産を最大化する）、次に、その結果をより高いレベル（例えば、図９に示す全体的なレベル）に提供することができる。その後、システムは全体的な最適点を決定できる。この配置により、システムは、複数のフォトバイオリアクタを操作して、様々な群レベルで様々な目標または目的を達成できる（例えば、最大生産という全体的な目的と、下位群の最低エネルギー消費という局所的な最適化を達成する）。
【００６５】
フォトバイオリアクタシステムのいくつかの実施形態は、トップダウンＡＩと群れ制御の組み合わせから構成されてもよい。そのような実施形態では、低電力群れ制御は、通常の動作を維持するために個々のフォトバイオリアクタの動作について決定を行うことができるが、トップダウンＡＩは、特定の状況または目標を最適化するため、またはより広範囲の刺激に反応するために、より幅広い決定を行うことができる。
【００６６】
例えば、図１０は、最適化プロセスおよび「トップダウン」ＡＩアプローチの両方を使用する複数のフォトバイオリアクタの制御システム１００１を示す概略図である。示されるように、制御システム１００１は、群Ａ内で局所的な最適化を実行し、その後、より高いレベルでトップダウンアプローチを適用することができる（例えば、群Ａと群Ｂの両方に対して）。この配置により、システムは、様々な目標や目的を達成するために複数のフォトバイオリアクタを管理する動作柔軟性を提供する。
【００６７】
分配フォトバイオリアクタネットワークの一実施形態では、１つ以上のデータ処理および／または管理システムを相互接続して、フォトバイオリアクタの実質的な分配ネットワークを形成し、そこからデータを個別に、群で、または完全なプラットフォームから集約することができる。このようなシステムでのデータ転送は、１つ以上のフォトバイオリアクタまたはフォトバイオリアクタモジュール間、１つ以上の下流制御システム間、またはフォトバイオリアクタと制御システムの両方の間で発生し、実質的に実配線接続、実質的に無線接続、または実配線および無線接続の組み合わせを使用してもよい。
【００６８】
いくつかの実施形態では、１つ以上の処理ユニットは、着信データを結合し、発信データを管理し、および／またはデータを後期段階の制御システムに送信する能力を提供し得る。処理ユニットは、フォトバイオリアクタの性能に関する自律的な分析および／または自律的な意思決定の能力によってさらに特徴付けられてもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニットは、光源または内部容器の構造に組み込まれてもよく、これにより、追加の温度修復機能が提供され得る。
【００６９】
一実施形態では、フォトバイオリアクタ制御システムは、１つ以上のセンサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、センサは、リアクタハウジングまたは構造体に一体化されてもよい。例えば、導電性印刷原料の選択的堆積などの付加製造を使用して、センサをリアクタハウジングに一体化してもよい。
【００７０】
例えば、図１１は、本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタ１１００を示す。図示された実施形態では、フォトバイオリアクタ１１００は、外側容器１０２、内側の水中用システム１０３、および制御システム１０５を含む。フォトバイオリアクタ１１００は、外側容器の内面に位置付けられた光源１１０１を含む。光度計センサ１１０９は、光源１１０１の反対側の外側容器の内面に位置付けることができる（その結果、光度計センサ１１０９は、外側容器を通過する光を測定できるようになるため、その中の作動流体の状態を決定または測定でき、その後、有線接続を介して制御システム１０５にステータスを送信できる）。いくつかの実施形態では、光度計センサ１１１０は、外側容器に一体化され得る。同様に示されるように、アンテナ１１０５は、外側容器の内面に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、アンテナ１１０６は、外側容器（の壁）に埋め込まれ得る（そして有線接続を介して制御システム１０５と通信する）。音響センサ１１０８は、外側容器の内面に位置付けられることができ、外側容器内の作動流体のステータスを測定するように構成することができる（ステータスは、有線／無線接続を介して制御システム１０５に送信できる）。超音波センサは、外側容器内の作動流体中を浮遊することができ、外側容器内の作動流体のステータスを測定するように構成することができる（ステータスは、無線接続を介して制御システム１０５に送信できる）。図１１に示されるように、マイクロプロセッサ１１０３は、内部水中用システムに取り付けられるか、または位置付けられ、バイオリアクタ１１００を制御するように構成され得る。
【００７１】
いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータを使用して、培養物または培養培地自体の構成要素の種類、量、および／または密度を決定することができる。例えば、１つ以上のセンサを容器の片側に位置付け、制御された光源を容器の反対側に位置付けて、光源が、センサの方向に、容器の一方の側から、培地を横切って、容器の反対側へ、一定数の光子を送信できるようにする。さらなる一実施形態では、１つ以上のセンサは、容器の一方の側から他方の側へと培養物を横切る光子の数を検出し得る。別の実施形態では、１つ以上のセンサは、培養物中に懸濁された生物（複数可）の蛍光応答を検出することができ得る。別の実施形態では、１つ以上のセンサは、反応性タンパク質を総タンパク質から区別することができ得る。
【００７２】
いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータは、例えば、毒素スクリーニング、液体クロマトグラフィー、質量分析法、インビボまたはインビトロバイオアッセイ、リアルタイム定量的ポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）、およびその他の分子プローブ技術、または類似の化学的または生物学的センサなどの、有害藻類の異常発生（ＨＡＢ）を検出する能力を備えた１つ以上のシステム、例えば、フォトバイオリアクタ制御システムによって使用されることができる。いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータを使用して、培養物の成長および健康、光合成的な侵入者の存在、および／または細胞溶解の存在を推測することができる。さらなる実施形態では、センサから収集されたデータを使用して、光性能の測定値を推測することができる。
【００７３】
一実施形態では、本明細書に開示されるフォトバイオリアクタは、経時的なそれらの予想性能と比較して放出される実際の光子量を検出する能力を特徴とする、一体化した光度計を備えてもよい。いくつかの実施形態では、一体化した光度計は、２つ以上の検出点を備え、そのため、２つ以上の点の間の差を使用して、リアクタ性能の測定値を推測することができる。例えば、２つ以上の点での物理的空気流の測定値の差を使用して、混合および自然対流のためにシステムに追加されるエネルギーを推測でき、２つ以上の点でのＣＯ２取込みの測定値の差を使用して、生物の成長速度を推測でき、または、２つ以上の点でのＯ２放出の測定値の差を使用して、生物の成長速度を推測することができる。
【００７４】
一実施形態では、本明細書に開示されるフォトバイオリアクタは、１つ以上のアンテナの使用を特徴とするレーダー感知、および／または磁場検出技術を備えてもよい。いくつかの実施形態では、レーダーシステムはまた、１つ以上の送信機を備えてもよい。いくつかの実施形態では、アンテナ（複数可）は、リアクタハウジングの壁に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態では、アンテナ（複数可）によって収集されたデータを使用して、例えば、細胞成長、タンパク質含有量、炭水化物含有量、感染または汚染物質の存在、総溶解固形物、流体の流れ、またはシステム統合性を推測することができる。別の実施形態では、感知または検出のための方法は、特定の送信周波数の使用によって特徴付けられ得る。別の実施形態では、感知または検出のための方法は、２つ以上の周波数での波形の変形によって特徴付けられ得る。別の実施形態では、感知または検出のための方法は、リアクタのＸ、ＹおよびＺ極上の送信点と受信点との間の信号偏向の使用によって特徴付けられ得る。
【００７５】
１つ以上のフォトバイオリアクタ制御システムは、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムまたは内部容器の内部容積からデータを収集するための１つ以上のセンサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサおよび他の対応する電子機器を内部容器容積内に位置付けまたは接続することができる。一実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサおよび対応する電子機器は、１つ以上の光源の個別の制御を提供してもよい。別の実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサは、システム監視を提供し得る。
【００７６】
１つ以上のフォトバイオリアクタ制御システムは、窒素含有量、リン含有量、カリウム含有量、気体組成（例えば、溶存Ｏ２、溶存ＣＯ２）、糖の存在、または老廃物の存在を測定するために、プローブ（例えば、化学物質または気体）、センサ（例えば、温度、光、圧力、流速、音など）、導電性試験、または埋め込み分光光度法の使用を特徴とする培養監視の機能を実行できる。例えば、培養制御システム（複数可）は、培養温度、内部容器容積温度、気体流量、液体流量、および／または液体レベルを監視し得る。いくつかの実施形態では、培養制御システム（複数可）は、音響および／または超音波感知構成要素を備えてもよい。
【００７７】
様々な実施形態では、本明細書に開示されるフォトバイオリアクタは、１つ以上の培養抽出および／または操作システムを備えてもよい。一実施形態では、フォトバイオリアクタは、回収前の培養物の濃縮および初期脱水のためのシステムを備える。いくつかの実施形態では、培養抽出および／または操作システム（複数可）は、例えば、培養密度に影響を与えることなく枯渇した培地および培養を取り除くことを可能にすることにより、および／または培地密度に影響を与えることなく培地の添加を可能にすることにより、定常状態の連続生産を可能にすることができる。
【００７８】
培養抽出および／または操作システム（複数可）は、１つ以上の電気または電子モータ、ポンプ、導管、およびバルブを備えてもよい。いくつかの実施形態では、培養抽出および／または操作システム（複数可）は、電子制御バルブの使用によって特徴付けられ得る。他の実施形態では、１つ以上のバルブを入口および出口を備える収集スピゴットに接続することにより、バルブを使用して成熟培養物および／または栄養枯渇した培地の除去を促進してもよい。
【００７９】
例えば、図１２は、本開示の実施形態による球形のフォトバイオリアクタ１２００を示す。図１２に示されるように、フォトバイオリアクタ１２００は、外側容器１０２、内側水中光源１０３、および制御システム１０５を含む。フォトバイオリアクタ１１００は、外側容器１０２の様々な位置に位置付けられた複数の分配した正／負の伝導体１２０１を含む。伝導体１２０１は、操作者が外側容器１０２内の作動流体を操作できるように、異なる電荷を受け取るように構成されている。例えば、操作者は、伝導体１２０１のうちの１つ以上に電荷を印加することにより、作動流体の流れを生成／変更することができる。また、示されるように、ポンプ１２０３は、水中光源１０３に一体化され得る。別のポンプ１２０５は、外側容器１０２に一体化するか、またはそれに埋め込まれ得る。収集スピゴット１２０７は、外側容器１０２に一体化するか、またはそれに埋め込まれ、操作者が外側容器１０２内の作動流体を収集できるように構成することができる。加えて、フォトバイオリアクタ１２００は、作動流体を送達するように構成された複数の入口および出口を含むことができる。
【００８０】
いくつかの実施形態では、実質的に球形の容器壁は、二壁構成を有する内部壁および外部壁を備えてもよい。そのような一実施形態では、その外部壁は水密性または水不浸透性の壁を含むことができ、一方、内部壁は多孔性または半透性の壁であり得る。一実施形態では、外部壁と内部壁との間に空隙が存在する。内部壁は、多孔性または半透性の材料を使用する付加製造プロセスを用いて構築することができる。例えば、図１３は、本開示の実施形態による二重壁設計のフォトバイオリアクタ１３００を示す。フォトバイオリアクタ１３００は、外側容器１０２と、内側の水中トロイド光源１０３とを含む。フォトバイオリアクタ１３００は、外側容器１０２の様々な位置に位置付けられた複数の分配した電磁石１３０１を含む。電磁石１３０１は、外側容器１０２内の作動流体を操作するように構成される。また、示されるように、ポンプ１３０７は、水中トロイド光源１０３に一体化され得る。外側容器１０２は、外部壁１３０２Ａと内部壁１３０２Ｂを含む。外部壁と内部壁の間には、外側容器１０２を断熱するように構成された空隙１３０３がある。いくつかの実施形態では、外部壁は水密構造体／層であり得、内部壁は半透性構造体／層であり得る。
【００８１】
いくつかの実施形態では、培養物操作／抽出システム（複数可）は、培養物への電気の導入を可能にし得る。例えば、電気は、分配正および負伝導体（アノード／カソード）のシステムを使用して、分配電磁石のシステムを使用して、または無線電力伝送システムを使用して、実質的に導入され得る。
【００８２】
いくつかの実施形態では、培養操作／抽出システム（複数可）は、混合システムを備えてもよい。一実施形態では、そのような混合システムは、気体の導入とは無関係に、培養物の混合または撹拌を提供する。いくつかの実施形態では、培養混合システム（複数可）は、広い分布の入口および／または広い分布の出口を備える。いくつかの実施形態では、培養混合システム（複数可）は、１つ以上のポンプを備えてもよく、ここで１つ以上のポンプは、容器壁に埋め込まれる。一実施形態では、１つ以上のポンプを光源に一体化することができる。別の実施形態では、１つ以上のポンプは熱力学であり得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプが、トロイド光源の内側リングに一体化されてもよい。
【００８３】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、培地および化学物質の添加もしくは除去のための、または培養物への個々の構成要素の添加のための、１つ以上のシステムを含んでもよい。いくつかの実施形態では、培地および／または化学物質の添加は、単一の導入点で起こり得る。他の実施形態では、２つ以上の導入点を使用することができ、これはさらに、マイクロチャネルのネットワークの形成によって特徴付けることができる。さらなる一実施形態では、マイクロチャネルのネットワークは、容器壁および／または光源の支持構造に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態では、培地または化学物質の添加または分配の方法は、電子制御バルブの使用により達成され得る。システム（複数可）は、１つ以上の感知または監視システムによって提供されるデータを使用して、入ってくる培地の品質および／または栄養価を推測することができる。
【００８４】
図１４は、本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ１４００および培地／化学システム１４０１を示す。培地システム１４０１は、バイオマスを生産するための材料をフォトバイオリアクタ１４００に供給するように構成される。示されるように、培地システム１４０１は、様々な位置（例えば、Ｋ１、Ｋ２および／またはＫ３）でフォトバイオリアクタ１４００と流体接続することができる。フォトバイオリアクタ１４００は、フォトバイオリアクタ１４００に培地または化学物質を加えるための「エントリー点」として機能するように構成されたマイクロチャネル構成要素１４０３を含むことができる。いくつかの実施形態では、マイクロチャネルはまた、培地または化学物質の混合または通気を可能にし得る。示されるように、マイクロチャネル構成要素１４０３は、フォトバイオリアクタ１４００の様々な位置に位置付けることができる（例えば、Ｌ１として示される容器壁に埋め込まれる、Ｌ２として示される内側容器壁に埋め込まれる、および／またはＬ３として示される支持構造体中に埋め込まれる）。
【００８５】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、培地の滅菌を促進するための１つ以上のシステムをさらに備えてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、紫外線または近紫外線、マイクロ波放射、および／または熱滅菌法を使用するインライン照射の使用により、培地滅菌を達成することができる。他の実施形態では、培地滅菌は、膜または多孔性濾過方法の使用により、二原子（珪藻）土などの生物学的濾過方法の使用により、または化学滅菌培地の使用により、達成され得る。
【００８６】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、培養されたおよび／または増殖した光合成生物を容器、光源、または他のフォトバイオリアクタ構成要素から除去（洗浄）するための洗浄システムも備えてもよい。いくつかの実施形態では、洗浄システムは、電気エネルギーを電磁放射に変換するために、内部容器容積内または水中用システムの外面に取り付けられ得る１つ以上の洗浄ユニットを備え得る。いくつかの実施形態では、洗浄システムは、内部容器容積から培地を取り込み、培地を濾過し、洗浄された培地を内部容器容積に戻すための、吸引構成要素、濾過構成要素、および排出構成要素を備えた装置を含む。いくつかの実施形態では、洗浄ユニット（複数可）は、例えば、培養物をロボット本体を通して再循環させるなど、吸引および排出の両方の能力を備えたロボットを含んでもよい。さらなる実施形態では、１つ以上の洗浄ロボットは、非剛性の本体を有してもよく、および／または気体で作動してもよい。別の実施形態では、洗浄システムは、１つ以上の洗浄ユニットアクチュエータを備えてもよい。
【００８７】
例えば、図１５は、本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ１５００および１つ以上の洗浄ユニットを示す。いくつかの実施形態では、洗浄ユニット１５０１は、フォトバイオリアクタ１５００の容器壁に取り付けられるか、または埋め込まれ得る。いくつかの実施形態では、洗浄ユニットは、フォトバイオリアクタ１５００の容器壁に取り付けられるかまたは埋め込まれ得る洗浄アクチュエータ１５０３を含む。いくつかの実施形態では、洗浄ユニット１５０５は、フォトバイオリアクタ１５００の内部壁に取り付けられるか、または埋め込まれ得る。いくつかの実施形態では、洗浄ユニットは、フォトバイオリアクタ１５００内の作動流体中に浮遊する浮遊洗浄ユニット１５０７であり得る。
【００８８】
本開示は、電気エネルギーを電磁放射（光源）に変換する方法を含み、ここで、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムは、電磁放射が実質的に球形の容器内の任意の場所に向けられるように、実質的に球形であり得、また、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムは、例えば、光合成生物が培養および／または増殖される培養物などの液体中に入れられたときに、確実に機能することができる。いくつかの実施形態では、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムは、実質的にトロイダル形状を有するバリアを含む。
【００８９】
図１６は、本開示の実施形態による球形光源１６０３を備えたフォトバイオリアクタ１６００を示す。電源または制御１６０１は、球形光源１６０３に電気を供給し、次に、球形光源１６０３は、フォトバイオリアクタ１６００内の任意の場所に向かって光を発することができる。球形光源１６０３は、内部容積を画定し、球形光源１６０３の耐久性を高める剛性の足場構造体を含む。
【００９０】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の光源は、内部光源容積を画定する実質的に球形またはトロイド形状に配置された、少なくとも３つのエッジをそれぞれ含む複数の回路基板を含むことができ、複数の回路基板は、内部光源容積と接触している第１の表面と、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む反対側の第２の表面とを、含む。いくつかの実施形態では、回路基板は、実質的に球形の光源を形成するために１つ以上の可撓性の回路基板を曲げたり、湾曲させたり、および／または組み立てることができるように、可撓性であってもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の回路基板は、例えば、プラスチック足場などの剛性、半剛性、または可撓性の足場を使用して組み立てられてもよい。さらなる実施形態では、この足場は、付加製造プロセスを使用して実質的に作成され得る。本明細書に記載される光源はまた、１つ以上の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、カーボンナノチューブ、珪藻、または電気エネルギーを電磁放射に変換できる構成要素の組み合わせを含んでもよい。
【００９１】
本明細書に記載される光源は、例えば光合成有効放射（ＰＡＲ）などの電気エネルギーを可視スペクトル内の電磁放射に変換するために使用されてもよい。本明細書に記載の光源は、電気エネルギーを、例えば、紫外（ＵＶ）または赤外（ＩＲ）光などの可視スペクトル外の電磁放射に変換するためにも使用され得る。ＵＶまたはＩＲ光源を使用するいくつかの実施形態では、ＵＶまたはＩＲ放射は、通常のＰＡＲスペクトルの外側で光合成するように設計された生物を成長させる目的で使用され得る。ＵＶまたはＩＲ光源を使用する他の実施形態では、ＵＶまたはＩＲ放射は、容器内の液体培地もしくは内部構成要素を滅菌するため、または容器内の液体培地を加熱するためなどの、滅菌目的に使用され得る。
【００９２】
いくつかの実施形態では、放射線は、生物（複数可）による光子吸収の可能性を高めるために最適化されてもよい。例えば、放射線操作は、パルス幅変調（ＰＷＭ）の使用によって特徴付けられてもよい。別の実施例では、放射線操作は、巨視的な粒子および／または量子レベルの光を光源バリアの外部表面に操作する能力を備えた材料またはメタマテリアルの組み込みによって特徴付けられ得る。別の実施例では、放射線操作は、１つ以上のレンズまたは反射器の組み込みや、付加製造材料およびプロセスの使用など、光をねじる能力を持つ光学構造体の使用によって特徴付けられる。
【００９３】
いくつかの実施形態では、放射線操作は、例えば、反射性または屈折性の表面コーティング、本質的に反射性の材料、またはアルミニウムナノ粒子もしくは量子ドットなどの埋め込まれた粒子など、培養物中で光子を跳ね返す能力を備えた材料またはメタマテリアルの組み込みによって特徴付けられ得る。そのような材料またはメタマテリアルは、１つ以上のバイオリアクタ構成要素に組み込まれるか、または例えば付加製造プロセスを通じて、１つ以上の培養物に面する表面に適用されてもよい。様々な実施形態では、材料またはメタマテリアルは、光源放射の直接角に対して斜めの角度で光子を培養物に誘導する能力を有してもよく、および／または光子の個別の操作が可能であってもよい。
【００９４】
図１７は、本開示の実施形態による、トロイド光源１７０１および反射表面コーティング１７０３を備えたフォトバイオリアクタ１７００を示す。トロイド光源１７０１は、作動流体に向かって外向きに光線または光子を放出するように構成される。光線が作動流体を通過した後、これらの光線または光子は、反射表面コーティング１７０３によって反射／指向されて作動流体へと戻ることができる。フォトバイオリアクタ１７００は、支持構造上にコーティングされた反射材料１７０５と、トロイド光源１７０１に埋め込まれた粒子１７０９も含む。粒子１７０９および反射材料１７０５は、光線を反射／指向させることもできる。この配置により、フォトバイオリアクタ１７００は、光線または光子をフォトバイオリアクタ１７００中にできるだけ長く保持することにより、光線または光子を十分に利用することができ、各光線または光子と接触することになる作動流体中の生物の数を最大化することもできる。
【００９５】
本明細書で記載される光源は、１つ以上のデジタル制御への接続を備えてもよい。いくつかの実施形態では、デジタル制御は、コア容器容積に組み込まれてもよい。
【００９６】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、気体の添加および／または分散のための１つ以上のシステムを備えることができ、１つ以上の気体は、Ｏ２、ＣＯ２、メタン、バイオガス、合成ガス、ヒトまたは動物の呼気などを含み得る。これらの気体の供給源は、周囲の大気、比率が調整された空気、または供給源の組み合わせを含んでもよい。例えば、比率調整された空気は、ＣＯ２の増加または減少、またはＯ２増加または減少を含み得る。いくつかの実施形態では、気体添加システムは、培養物への気体の直接導入によって特徴付けられ得る。
【００９７】
本明細書に記載の気体添加および／または分散システム（複数可）は、例えば、ＣＯ２を培養物へ流入させながらＯ２を培養物から排出させるなど、気体交換のための方法を提供する目的で１つ以上の空気マニフォールドを備えてもよい。マニフォールドは、リアクタ容器の壁（複数可）から独立していてもよく、または、例えば、付加製造または他のいくつかの製造または組立プロセスにより、リアクタ壁（複数可）に一体化されていてもよい。
【００９８】
図１８は、本開示の実施形態による気体拡散装置／システム１８０１を備えたフォトバイオリアクタ１８００を示す。気体拡散装置／システム１８０１は、空気／気体をフォトバイオリアクタ１８００に送達するように構成される。いくつかの実施形態では、気体拡散装置１８０１は、複数のチューブ１８０２を介して空気をフォトバイオリアクタ１８００に送達するように構成された外部空気マニフォールド１８０３を含むことができる。いくつかの実施形態では、気体拡散装置１８０１は、空気室または空隙１８０５を介して空気をフォトバイオリアクタ１８００に送達することができる。いくつかの実施形態では、空気／気体は、コア支持構造体に組み込まれ得るエアストーン１８０７などの１つ以上の気体拡散装置を介してフォトバイオリアクタ１８００に送達され得る。いくつかの実施形態では、空気マニフォールド１８０９は、フォトバイオリアクタ１８００の外側容器壁に一体化され得る。いくつかの実施形態では、多孔性／半透性材料を含む１つ以上の球形エアストーン１８１１を介して、空気／気体をフォトバイオリアクタ１８００に送達することができる。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ１８００は、空気／気体の流れを調節するための１つ以上のバルブ１８１３を含むことができる。
【００９９】
本明細書に記載の気体添加および／または分散システム（複数可）は、エアストーンなどの培養物への気体の分散のための１つ以上の構成要素を備えてもよい。エアストーンは、実質的に円筒形、実質的に球形、実質的にディスク形状、または実質的にリング形状であってもよい。エアストーンは、実質的に多孔性または半透性の材料で構成もしくはコーティングされていてもよく、または付加製造または他のいくつかの製造または組立プロセスによりリアクタハウジングに一体化されてもよい。いくつかの実施形態では、電子バルブを使用して１つ以上のエアストーンを制御することができ、それによりバルブを独立してまたは群で開閉することができる。
【０１００】
本明細書で開示および説明される要素のいずれかの多孔性または透過性は、内部層に送られたか、もしくは内部層にわたって分散された電気信号（例えば、多孔性または半透性の層に一体化された導電性材料を用いて）；空気圧の制御された変調、例えば、孔に一体化された一方向バルブの開閉を引き起こす圧力変化；温度、化学的一貫性、もしくは特定の光の波長に応じた材料の収縮、屈曲、もしくは緩和、によって制御することができる。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、複数のエアストーンを実質的に円形に配置して、直径が異なる１つ以上のリングもしくはディスクを形成するか、または個々のストーンを、直径が異なる実質的に円形またはディスク形状にすることができる。さらなる実施形態では、１つ以上のリングまたはディスクを空気室に接続して、室間の圧力の方向を変えることにより、空気の移動またはパルス導入を行うことができる。
【０１０２】
図１９は、本開示の実施形態による気体拡散システム１９０１の様々な構成（エアストーンを一例として使用）を説明する。例えば、気体拡散システム１９０１は、（１）様々な高さに位置付けられた球形のエアストーン（列Ａに示す）、（２）様々な高さに位置付けられたディスク状のエアストーン（列Ｂに示す）、および／または（３）様々な高さに位置付けられたリング状のエアストーン（列Ｃに示す）を含むことができる。
【０１０３】
図２０は、本開示の実施形態によるエアストーンシステム２００１を備えたフォトバイオリアクタ２０００を示す。示されるように、エアストーンシステム２００１は、フォトバイオリアクタ２０００の様々な高さに位置付けられたリング形状またはディスク形状のエアストーンの複数の層を含む。エアストーンはさらに、様々な空気接続（ダクト、パイプなど）を介して空気室または空気源に結合される。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、気体導入および／または分散の方法はまた、フォトバイオリアクタ容積内の水中用光源を支持するために使用され得る１つ以上の支持構造体または支柱の使用を備えることができる。支持構造体または支柱は、培養物に追加するための気体を貯蔵するために使用できる内部空隙で構築されてもよく、培養物への気体の追加および／または拡散を促進するために１つ以上の空気マニフォールドおよび／または１つ以上のエアストーンを含んでもよい。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、気体導入および／または分散の方法は、実質的に球形の容器の外側バリアが水密外部壁、内部壁、および外部壁と内部壁との間の空隙を含むように、二壁の外側ハウジングの使用を含み得る。内部壁は、例えば、生物の濃縮および濾過を含む、培養物の抽出および／または操作を可能にする多孔性または半透性材料で構築されてもよい。例えば、多孔性材料は、液体が２つの壁の間の空隙に通過することを可能にしつつ、リアクタの内側に個々の細胞を保持するのに十分小さい孔径を有し得る。２つの壁の間の空隙は、培養物への気体の導入も可能にし得る。いくつかの実施形態では、内部壁の透過性は、実質的に空気圧を使用して制御され得る。
【０１０６】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、温度管理のための１つ以上のシステムを備えてもよい。例えば、周囲温度制御、強制空冷、または１つ以上の電気加熱要素の使用を含む、温度管理の様々な方法を利用することができる。いくつかの実施形態では、温度管理は、例えば、周波数の制御された変動の使用を通じて、または電力または強度の制御された変動を通じて、光源操作によって実質的に達成され得る。いくつかの実施形態では、温度管理は、冷却ジャケットなどの冷却装置の使用により実質的に達成され得る。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、温度管理システムは、熱分散流体を含んでもよい。熱分散流体は光学的に透明であってもよく、例えば、鉱油などの非導電性液体、または非導電性ゲルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、量子ドットまたは反射性粒子を含んでもよい。他の実施形態では、熱分散流体は、熱に曝露されると発光する能力によって特徴付けられ得る。
【０１０８】
図２１は、本開示の実施形態による温度管理システム２１０１を備えたフォトバイオリアクタ２１００を示す。温度管理システム２１０１は、フォトバイオリアクタ２１００の温度を管理するように構成される。いくつかの実施形態では、温度管理システム２１０１は、外部ポンプ２１０３（例えば、熱分散流体の循環に動力を供給するため、および／またはそれを指示するため、または冷却剤もしくは冷媒を送達するため）と、フォトバイオリアクタ内に位置付けられ、フォトバイオリアクタ２１００内の作動流体に熱を伝達するか、もしくはそこからの熱を吸収するように構成される電気加熱要素２１０５と、を含むことができる。温度管理システム２１０１は、フォトバイオリアクタ２１００の温度を下げるように位置付けられた冷却ジャケット２１０７も含むことができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム２１０１は、フォトバイオリアクタ２１００内部の流体の流れ／循環／換気を強化するように構成されたファン２１０９（例えば、ジャイロスコープファン）を含むことができる。
【０１０９】
図２２は、本開示の実施形態による温度管理システム２２０１を備えたフォトバイオリアクタ２２００を示す。温度管理システム２２０１は、フォトバイオリアクタ２２００の温度を管理するように構成される。いくつかの実施形態では、温度管理システム２２０１は、フォトバイオリアクタ２２００の内部容器に位置付けられた量子ドット２２０３または反射性粒子２２０４を含有する熱分散流体を含むことができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム２２０１は、フォトバイオリアクタ２２００の内部容器に位置付けられたか、または内部容器に組み込まれた流体ポンプ２２０５を含むことができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム２２０１は、フォトバイオリアクタ２２００の内部容器に位置付けられたか、内部容器に組み込まれたジャイロスコープファン２２０７を含むことができる。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、温度管理は、実質的に内部容器容積内の熱分散流体の再循環を通じて達成され得る。再循環は、例えば、自然対流を含む１つ以上の方法を使用して達成することができる。再循環のための別の方法は、１つ以上の流体ポンプまたはマイクロポンプの使用を特徴とし、１つ以上のポンプの流量の変化によって温度管理を達成することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の流体ポンプをリアクタ容器の外側に位置付け、１つ以上の入口および／または１つ以上の出口を介して光源に接続することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の流体ポンプをコア容器容積に組み込むことができる。再循環のためのさらなる方法は、１つ以上のジャイロスコープファンの使用によって特徴付けられ得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のジャイロスコープファンをコア容器容積に組み込むことができる。
【０１１１】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、１つ以上の光合成生物または微生物が生産的培養を含むように、１つ以上の光合成生物または微生物、または１つ以上の光感受性生物または微生物を培養および／または増殖するために使用され得る。一実施形態では、光刺激は、エネルギー源としてではなく制御方法として、または再生もしくは成長を駆動するものとして使用される。生産的培養で使用され得る生物には、自然発生の（未改変の）生物、適切な環境に人為的に適応させた生物、遺伝子改変もしくは組換えされた生物、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、ＣＲＩＳＰＲ（例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９）、ＴＡＬＥＮ、もしくはメガヌクレアーゼなどの遺伝子編集技術を用いてゲノム編集された生物、またはいずれの自然発生環境でも存在しない生物学的構成要素およびシステムを有する生物を実質的に形成するように組み立てられるように、合成ＤＮＡで構成され得る生物を含むが、これらに限定されない。開示されたフォトバイオリアクタを使用して培養および／または増殖され得る他の生物は、例えば、脂肪酸、フィコビリタンパク質、バイオ燃料、および他のガソリン代替物などの化合物または生体分子を産生することができ得る。
【０１１２】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、所望の生物成長、産物発現、および他の標的結果を達成するために操作および／または最適化することができる。操作および／または最適化は、入力を調整または変更する能力、および／または出力を監視する能力を備えてもよい。いくつかの実施形態では、特定の生物（複数可）について高い成長および／または密度を促進するために、フォトバイオリアクタを最適化することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の調整は、例えば、生産的培養の最終的な栄養成分または産物の成分を変更するためなどの、固有の関心または特定の価値を有する生体分子の発現速度を制御する能力を含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の調整は、生物の生活環を変更する能力を含み得る。他の実施形態では、１つ以上の調整は、細胞破壊もしくは溶解を誘発する能力、または主要な分子の産生を促進するために細胞に保護作用を生じさせる能力を含み得る。
【０１１３】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタは、例えば、研究開発、商業、および産業用途などの１つ以上の特定の用途に最適化されてもよい。例えば、開示された本発明の１つの潜在的用途は、人間による消費に適した食品、機能性成分、添加物、および／またはサプリメント、ならびにペットもしくは家畜による消費に適した食品、添加物、および／またはサプリメントの生産などの細胞農業であり得る。開示されたフォトバイオリアクタの潜在的な用途には、バイオ製造が含まれ得る。開示されたフォトバイオリアクタのさらなる潜在的な用途には、エネルギーの貯蔵、光化学、光分解（光破壊）、バイオ燃料の生産などが含まれ得る。
【０１１４】
本明細書に記載のフォトバイオリアクタの別の潜在的な用途は、廃水、過剰な二酸化炭素、および同様の廃棄物のバイオレメディエーションを含み得る。そのようなバイオレメディエーションは、１つ以上のフォトバイオリアクタと１つ以上の生きている動物との間の協同的または共生システムとして具現化され、例えば、動物からの廃棄二酸化炭素および廃棄栄養物は、フォトバイオリアクタにおいて、動物のための酸素および栄養物へと実質的に変換され得る。例えば、１つ以上のフォトバイオリアクタは、１人以上のヒトのための廃棄物のバイオレメディエーションおよび変換を提供し得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のフォトバイオリアクタは、宇宙船または地球外環境、例えば、地球外表面環境での、１人以上のヒトのための廃棄物のバイオレメディエーションおよび変換を提供し得る。
【０１１５】
図２３は、本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ２３００を示す。示されるように、フォトバイオリアクタ２３００は、リアクタハウジングまたは構造体１０１と、実質的に球形または球形の容器１０２と、水中用システム１０３と、温度または熱管理システム１０４と、フォトバイオリアクタ制御システム１０５と、循環システム１０６と、１つ以上のセンサ１０７と、１つ以上の制御された電磁エネルギー源１０８と、洗浄ユニット１１１と、を含む。リアクタハウジング１０１は、フォトバイオリアクタ２３００の他の構成要素を保護または収容するように構成される。いくつかの実施形態では、リアクタハウジング１０１は、球形の容器１０２の形状に類似した形状を有することができる。いくつかの実施形態では、リアクタハウジング１０１は、フォトバイオリアクタ２３００を追加のまたは他のフォトバイオリアクタに容易に結合できるように成形またはモジュール化することができる。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ２３００は、リアクタハウジング１０１なしで実施することができる。フォトバイオリアクタ制御システム１０５は、（１）フォトバイオリアクタ２３００の他の構成要素に関する指示を処理するように構成されたプロセッサ１０５Ａと、（２）フォトバイオリアクタ２３００の他の構成要素と通信するか、またはそれを制御するように構成されたコントローラ１０５Ｂと、を含む。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ制御システム１０５は、有線または無線接続を介して他の構成要素と通信することができる。
【０１１６】
球形の容器１０２は、内部容器容積１０２Ｂを画定する壁（または外部壁）１０２Ａを含む。水中用システム１０３は、内部空間１０３Ｂを画定する内部壁１０３Ａを含む。示されるように、光源１０９は、内部空間１０３Ｂに位置付けられる。図２３に示された実施形態では、光源１０９は、内部壁１０３Ａよりも小さいサイズである。しかし、他の実施形態では、光源１０９は、内部壁１０３Ａのサイズ／形状に応じたサイズ／形状にすることができる（例えば、図１で代替的光源１０９’として示されるように）。容器壁（例えば、要素１０２Ａ、１０３Ａ）は、浸出に耐性があり、耐熱性および耐腐食性があり、中程度の加圧に耐えることができる、様々な材料から構築することができる。適切な材料には、プラスチック（例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン）、ステンレス鋼、ガラス、炭素繊維、シリカ複合材料、ホウケイ酸塩、セラミック、および／またはバイオプラスチックが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、容器壁は、二層または二重層の設計を有することができる。例えば、壁１０２Ａは、（１）ハウジング１０１に向かって外側に面する外部層と、（２）内部壁１０３Ａに向かって内側に面する内部層と、を含むことができる。外部／内部層は、設計目的に適した様々な特性／コーティング／表面処理を有することができる。例えば、内部層は、耐水性コーティングを有することができ（内部容器容積１０２Ｂに位置付けられた作動流体による壁１０２の侵食を防ぐため）、一方、外部層は、外部からの偶発的な物理的衝撃による損傷を防ぐために、より強い剛性を持つことができる。いくつかの実施形態では、内部壁１０３Ａは、壁１０２Ａのような二重層設計を有することもできる。
【０１１７】
図３２は、本開示の実施形態による二壁設計を有するフォトバイオリアクタ３２００の等尺性の概略図である。フォトバイオリアクタ３２００は、内部容器空間１０２Ｂを画定する外部壁１０２Ａを有する外部容器１０２を含む。フォトバイオリアクタ３２００は、外側容器１０２の内側に内側容器または水中用システム１０３を含む。内部容器１０３は、内部空間１０３Ｂを画定する内部壁１０３Ａを含む。内部空間１０３Ｂは、内部容器空間１０２Ｂ中に位置付けされた作動流体へと光を発するように構成された光源を収容するように構成される。図３２に示すように、外部壁１０２Ａは、外部層１０２ＡＡおよび内部層１２０ＡＢを含む。外部層１０２ＡＡおよび内部層１２０ＡＢは、異なる材料で作ることができる。図３２に示すように、外部層１０２ＡＡおよび内部層１２０ＡＢは、一緒になって、それらの間に空間１０２ＡＣを画定することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のスペーサ３２０１を空間１０２ＡＣに位置付けて、外側容器１０２の構造的剛性を高めることができる。
【０１１８】
センサ１０７（図２３に示されるもの）は、内部容器容積１０２Ｂに位置付けられた作動流体の状態を測定するように構成される。図２３に示される図示された実施形態では、センサ１０７は壁１０２Ａの内面に位置付けられる。他の実施形態では、センサ１０７は、他の場所に位置付けられるか、内部容器容積１０２Ｂ内に浮遊することができる。制御された電磁エネルギー源１０８は、電磁エネルギー（例えば、光、照明など）を作動流体（およびその中の生物またはバイオマス）に提供するように構成される。いくつかの実施形態では、制御された電磁エネルギー源１０８は、１つ以上の対応するセンサ１０７と対にすることができ、対応するセンサ１０７の反対側に位置付けられる（例えば、一方は容器１０２の片側に位置付けられ、他方は容器１０２の反対側に位置付けられる）。この配置により、センサ１０７は、制御された光源１０８からセンサ１０７に吸収される光／エネルギーの量に基づいて、それらの間のバイオマスの状態を感知することができる。図２３に示された実施形態では、制御された源１０８は、容器１０２の外面に位置付けられる。しかし、他の実施形態では、制御された源１０８は様々な場所に位置付けることができる。
【０１１９】
図２３に示すように、水中用システム１０３は、複数の支持構造体または支柱１１３によって支持されている。支持構造１１３は、水中用システム１０３を容器１０２に結合する。いくつかの実施形態では、水中用システム１０３および容器１０２は、他の適切な手段によって結合することができる。いくつかの実施形態では、水中用システム１０３は、内部容器容積１０２Ｂ中で浮遊することができる。いくつかの実施形態では、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システム１０３は、バリアが内部容器容積１０２Ｂに位置付けられた作動流体（例えば、培養物）から水中用システム１０３を分離することができるように、スフェロイドまたはトロイド状のバリアなどの実質的に球形のバリアによって囲まれる。バリアは、様々な不活性の透明または半透明の材料、および／または極端な温度に耐える材料から構築されてもよい。適切な材料には、プラスチックおよびガラスが含まれるが、これらに限定されない。バリアはまた、光子の操作を可能にする材料またはメタマテリアル（例えば、光子感受性または光子応答性材料）で構成されてもよい。例えば、光子は、レンズ、減衰の変化、波長のシフトなどを使用して操作できる。
【０１２０】
温度管理システム１０４は、熱拡散流体または冷却剤／冷媒を水中用システム１０３に出入りさせて循環させるように構成される。この配置により、温度管理システム１０４は、光源１０９の温度ならびに内部容器容積１０２Ｂ内の作動流体の温度を調整または管理することができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム１０４は、フォトバイオリアクタ制御システム１０５によって制御される。いくつかの実施形態では、温度管理システム１０４は、環境温度、風速、湿度、太陽光角度などの環境条件に基づいて、水中用システム１０３内の温度を調整することができる。温度管理システム１０４は、熱分散流体を送達および受容するように構成された１つ以上の入口および１つ以上の出口を含むことができる。いくつかの実施形態では、温度管理システム１０４は、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンを含む。これらの構成要素は、電子制御または熱力学的（熱／温度制御）であり得る。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、フォトバイオリアクタ２３００のリアクタハウジングまたは構造体１０１に一体化することができる。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、内部壁１０３Ａまたは壁１０２Ａに一体化することができる。
【０１２１】
循環システム１０６は、流体、廃棄物、または栄養物を球形の容器１０２に出入りさせて操作、抽出、または循環するように構成される。循環システム１０６は、フォトバイオリアクタ制御システム１０５と動作可能に通信している。いくつかの実施形態では、循環システム１０６は、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンを含む。これらの構成要素は、電子制御または熱力学的（熱／温度制御）であり得る。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、フォトバイオリアクタ２３００のリアクタハウジングまたは構造体１０１に一体化することができる。いくつかの実施形態では、これらのモータ、ポンプ、バルブ、プロペラ、および／またはファンは、壁１０２または水中用システム１０３に一体化することができる。いくつかの実施形態では、循環システム１０６は、循環システム内の流れを制御するように構成されたスピゴットを含むことができる。循環システム１０６は、内部容器容積１０２Ｂ中の作動流体を送達および受容するように構成された１つ以上の入口および１つ以上の出口を含むことができる。
【０１２２】
洗浄ユニット１１１は、内部容器容積１０２Ｂに位置付けることができ、内部の作動流体の状態を調整するように構成される。例えば、洗浄ユニット１１１は、作動流体から望ましくない粒子を濾過または除去するように構成することができる。いくつかの実施形態では、洗浄ユニット１１１は、水中用システム１０３の外面に位置付けることができる。いくつかの実施形態では、洗浄ユニット１１１は、壁１０２Ａの内面に位置付けることができる。いくつかの実施形態では、洗浄ユニット１１１は、内部容器容積１０２Ｂ中で浮遊することができる。
【０１２３】
図２４は、本開示の実施形態による別のフォトバイオリアクタ２４００を示す。フォトバイオリアクタ２４００は、フォトバイオリアクタ２３００に類似した構造体を有する（例えば、同じ参照番号を有する構成要素は、同じまたは類似の構造的特徴および機能を有する）。フォトバイオリアクタ２４００は、（１）壁１０２Ａの内面に位置付けられた作動流体センサ２４０１と、（２）作動流体センサ２４０１の反対側の壁１０２Ａの内面に位置付けられた（または埋め込まれた）照明源２４０２と、を含む。照明源２４０２は、内部容器容積１０２Ｂ内の作動流体に光を提供する。作動流体センサ２４０１は、作動流体を通過する照明源２４０２からの光を受容し、それに応じて作動流体中のバイオマスの状態（例えば、計画通りに成長しているかどうか）を判定する。作動流体センサ２４０１は、状態に関する有線接続を介して制御システム１０５と通信することができる。次に、制御システム１０５は、その状態に基づいて他のシステム（例えば、システム１０３、１０４および／または１０５）に指示を送ることができる。例えば、状態は、低温に起因してバイオマスが成長していないことを示す場合がある。次に、制御システム１０５は、内部容器容積１０２Ｂ内の温度を上昇させるために、光源１０９にその光レベルを上昇させるよう指示することができる。いくつかの実施形態では、壁１０２Ａの内面は、その表面上のバイオマスの蓄積を防止または少なくとも緩和するために疎水性であり得る。
【０１２４】
図２４に示すように、フォトバイオリアクタ２４００は、内部壁１０３Ａの内面に位置付けられた第１のセンサ２４０３および第２のセンサ２４０４を含む。第１および第２のセンサ２４０３、２４０４は、制御システム１０５が内部空間１０３Ｂ内の熱分散流体の分布に関してよりよく理解できるように、２つの検出点を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ２４００は、３つ以上のセンサを含むことができる。
【０１２５】
図２５は、本開示の実施形態による２つのモジュール式フォトバイオリアクタ２５００Ａ、２５００Ｂを示す。フォトバイオリアクタ２５００Ａ、２５００Ｂは、上記のフォトバイオリアクタ（例えば、フォトバイオリアクタ２３００または２４００）に類似した構造を有する。フォトバイオリアクタ２５００Ａは、フォトバイオリアクタ２５００Ａの壁１０２ＡＡ上に位置付けられた、または埋め込まれたアンテナ２５０１Ａを含む。同様に、フォトバイオリアクタ２５００Ｂは、フォトバイオリアクタ２５００Ｂの壁１０２ＡＢ上に位置付けられた、または埋め込まれたアンテナ２５０１Ｂを含む。アンテナ２５０１Ａおよび２５０１Ｂは、互いにおよびサーバー２５０２と通信するように構成される。この構成により、サーバー２５０２は、フォトバイオリアクタ２５００Ａ、２５００Ｂでのバイオマス生産を制御または調製することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ２５０１Ａまたは２５０１Ｂは、フォトバイオリアクタ２５００Ａまたは２５００Ｂのハウジング上に位置付けられるか、または埋め込まれ得る。いくつかの実施形態では、剛性ラック内に、または足場によって積み重ねられた／位置付けられた３つ以上のモジュール式フォトバイオリアクタが存在し得る。いくつかの実施形態では、３つ以上のモジュール式フォトバイオリアクタをアレイとして位置付けることができる。いくつかの実施形態では、２つ以上のモジュール式フォトバイオリアクタを連結するように構成された導管／パイプまたは他の適切なコネクタが存在し得る。これらの導管は、モジュール式フォトバイオリアクタ間／の間で流体（例えば、熱分散流体、作動流体など）を伝達するために使用できる。いくつかの実施形態では、サーバー２５０２は、モジュール式フォトバイオリアクタ間／の間の流体輸送（例えば、流れの方向、速度など）を制御するように構成することができる。
【０１２６】
図２５に示すように、フォトバイオリアクタ２５００Ａは、壁１０２ＡＡ上に位置付けられた、または埋め込まれた音響／超音波センサ２５０３Ａを含み、フォトバイオリアクタ２５００Ａは、壁１０２ＡＢ上に位置付けられた、または埋め込まれた音響／超音波センサ２５００Ｂを含む。音響センサ２５０３Ａ、２５０３Ｂは、フォトバイオリアクタ２５００Ａまたは２５００Ｂ内の作動流体の状態を決定するように構成され得る。
【０１２７】
図２６は、本開示の実施形態による別のモジュール式フォトバイオリアクタ２６００を示す。モジュール式フォトバイオリアクタ２６００は、その水中用システム１０３内に位置付けられた、マイクロプロセッサ２６０１と、マイクロコントローラ２６０２と、を含む。マイクロプロセッサ２６０１は、プロセッサ１０５Ａと同様の機能を有し、マイクロコントローラ２６０２は、コントローラ１０５Ｂと同様の機能を有する。この配置により、モジュール式フォトバイオリアクタ２６００は、外部制御システムを必要としないため、モジュール式の構成／配置に適する。
【０１２８】
図２７は、本開示の実施形態によるモジュール式フォトバイオリアクタ２７００を示す。モジュール式フォトバイオリアクタ２７００は、正の伝導体５０１と、負の伝導体５０２と、電源からフォトバイオリアクタ５００に電気を供給するように構成された一組の分散電磁石５０３と、を含む。例えば、正の伝導体５０１、負の伝導体５０２、および分散電磁石５０３の位置は、異なる種類の電源に対する必要性に対応するために変えることができる。例えば、複数のモジュール式フォトバイオリアクタを積み重ねて位置付けると、下部のモジュール式フォトバイオリアクタは、そのより下部の表面に位置した伝導体を介して電力を受け取ることができる。別の実施例として、上部のモジュール式フォトバイオリアクタは、そのより上部の表面に位置した伝導体を介して電力を受け取ることができる。この配置により、モジュ―ル式設計／構成に可撓性がもたらされる。
【０１２９】
図２８は、本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ２８００に関連する電源を示す。いくつかの実施形態では、電源６０１は、フォトバイオリアクタ２８００の外部に配置され得る。いくつかの実施形態では、電源６０２は、内部容器容積１０２Ｂ内に位置付けられ得る（例えば、図１を参照されたい）。いくつかの実施形態では、電源６０３は、水中用システム１０３（例えば、図１を参照されたい）中に位置付けられており、実配線接続６０３Ａを介して外部電源に結合され得る。いくつかの実施形態では、壁１０２Ａに埋め込まれた／コーティングされた／位置付けられた導電性材料６０４を介して、フォトバイオリアクタ６００に電気を供給することができる（例えば、図１を参照されたい）。いくつかの実施形態では、電源６０３および導電性材料６０４を一緒に使用して、フォトバイオリアクタ２８００に電力を供給することができる。
【０１３０】
図２９Ａは、高密度フォトバイオリアクタシステム２９００を示す。フォトバイオリアクタシステムは、中心軸ＣＡの周りに積み重ねられて位置付けられた３つのリング状のフォトバイオリアクタ２９１、２９２、および２９３を含む。いくつかの実施形態では、高密度フォトバイオリアクタシステム２９０は、異なる数のモジュール式フォトバイオリアクタを有することができ、異なる構成を有することができる。
【０１３１】
図２９Ｂは、図２９Ａを参照して上述したリング状のフォトバイオリアクタ２９００の上面図である。示されるように、リング状のフォトバイオリアクタ２９００は、トロイド状容器２９０２と、内部空間２９０３Ｂを画定する水中用システム２９０３と、を含む。トロイド光源２９０９は、内部空間２９０３Ｂ内に位置付けられている。水中用システム２９０３は、中央通路２９０４を画定する。トロイド容器２９０２内に位置する作動流体は、中央通路２９０４を通って方向Ａ１またはＡ２に流れることができる。水中用システム２９０３は、その中に組み込まれ、トロイド状容器２９０２内の作動流体の流れを促進するように構成されたポンプ２９０５Ａ、２９０５Ｂを含む。フォトバイオリアクタ２９００は、作動流体の流入または流出を促進するために、トロイド状容器２９０２上に位置付けられた、または埋め込まれたポンプ２９０７も含む。示されるように、フォトバイオリアクタ２９００は、作動流体の流れを制御するように構成されたスピゴット、タップ、または蛇口２９０８を含むことができる。
【０１３２】
図３０および図３１は、本開示の実施形態によるフォトバイオリアクタ内に位置付けられた気体拡散装置を示す。気体拡散装置は、フォトバイオリアクタに気体を追加または分散するように構成された換気システムに含めることができる。換気システムには、複数の気体拡散装置を含めることができる。図３０に示されるように、気体拡散装置は、リング形状の気体拡散装置８０１であり得る。図３０にも示されるように、気体拡散装置は、ディスク形状の気体拡散装置８０２であり得る。図３０に示されるように、２つの気体拡散装置３００３Ａ、３００３Ｂは、フォトバイオリアクタの異なる「高さ」または位置に位置付けることができる。図３１に示すように、円筒形の気体拡散装置９０１は、フォトバイオリアクタの気体入口に位置付ける、または結合することができる。図３１にも示されているように、球形の気体拡散装置９０２は、フォトバイオリアクタの別の気体入口に位置付ける、または結合することができる。図３１に示すように、複数の気体拡散装置を、リングまたはディスクとして配置することができる。いくつかの実施形態では、気体拡散は多孔性であるか、半透性材料を含むことができる。
【０１３３】
制御システム
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタの制御システム（複数可）は、例えば、最適な環境、標的の最終製品（複数可）、生産効率、バイオレメディエーション（二酸化炭素の取込みなど）、システム統合性、および／またはシステム寿命を含む、１つ以上のパラメータについて最適化される。いくつかの実施形態では、１つ以上の制御システムが相互接続されて、フォトバイオリアクタの実質的に分配されたネットワークを形成し、それにより、ネットワークは、例えば、個別にまたは様々な組み合わせで、監視および／または制御される。いくつかの実施形態では、１つ以上の制御システムは、例えば、複数の最適化シナリオが実行されるシステムとしてのフォトバイオリアクタの使用を含む機械学習アプローチの使用により実質的に特徴付けられるトップダウン人工知能として設計される。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、所望のパラメータ（例えば、成長速度、産物の発現、全体的なリアクタ性能）を最適化する溶液、プロセス、または経路を同定する制御システム（複数可）の能力によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の制御システムは、最適化シナリオを通じて取得された情報を利用して、相互接続されたリアクタの大規模な分配ネットワークを制御する。いくつかの実施形態では、１つ以上の制御システムは、例えば、量子コンピュータを含む、当面の問題に適したサードパーティーシステムのクエリを作成する能力を含む。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタの１つ以上の制御システムは、例えば、個々のフォトバイオリアクタのセンサ入力を集約する小型の低電力コンピュータの使用を特徴とする集約群れ制御方法を使用して実質的に機能する。いくつかの実施形態では、制御システム（複数可）は、センサ刺激またはデータに対する固定数の可能な反応を通して所与のシナリオにどのように応答するかについて即座に決定することができる能力によりさらに特徴付けられる。いくつかの実施形態では、制御システム（複数可）は、センサを通して取得された情報を１つ以上の中心制御システムに送り込む。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタの制御システム（複数可）により、低電力コンピュータは、隣接するフォトバイオリアクタ制御システムが何を行っているか、およびそれらの挙動の結果に基づいて、例えば、各システムが隣接するものおよびそれ自体からのデータに基づいて単独で決定を下すフロッキングアルゴリズムにより駆動されるか、もしくはそれにより最適化される群れ方法論を用いて、決定を下すことが可能となる。いくつかの実施形態では、低電力群れ制御が、正常な動作を維持するように個々のフォトバイオリアクタの挙動に関する決定を下す一方で、トップダウン人工知能が、特定の状況や目標について最適化するため、またはより大きな刺激に反応するために、より大きな決定を下すように、フォトバイオリアクタの１つ以上の制御システムは、トップダウン人工知能および集合群れ制御を備える。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタの１つ以上の制御システムは、データ処理および管理のために実質的に使用される。いくつかの実施形態では、データ処理および管理のためのシステム（複数可）は、例えば、最適な環境、標的の最終製品（複数可）、生産効率、バイオレメディエーション（二酸化炭素の取込みなど）、システム統合性、および／またはシステム寿命を含む、１つ以上のパラメータについて制御するために最適化される。いくつかの実施形態では、データ処理および管理のための２つ以上のシステムが相互接続されて、フォトバイオリアクタの実質的に分配したネットワークを形成し、それにより、例えば、データが２つ以上のフォトバイオリアクタから集約される。いくつかの実施形態では、データ転送は、１つ以上のフォトバイオリアクタまたはフォトバイオリアクタモジュール間、１つ以上の下流制御システム間、フォトバイオリアクタと制御システムの間、または構成要素の任意の組み合わせの間で生じる。いくつかの実施形態では、データは、実質的に実配線接続、実質的に無線接続、または実配線接続と無線接続の組み合わせを使用して、受信および／または転送される。いくつかの実施形態では、システム（複数可）は、１つ以上のセンサ接続を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサ接続は、リアクタハウジングまたは構造体に一体化される。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサ接続をリアクタ構造体に一体化する方法は、付加製造の使用によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、リアクタ構造体への１つ以上のセンサ接続を一体化する方法は、例えば、選択的堆積を使用するなどの導電性印刷原料の使用をさらに特徴とする。いくつかの実施形態では、データ処理および管理のための１つ以上のシステムは、着信データを結合し、発信データを管理し、および／またはデータを後期段階の制御システムに送信する能力を特徴とする１つ以上の処理ユニットを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上の処理ユニットは、１つ以上の感知または監視システムからデータを受信する。いくつかの実施形態では、１つ以上の処理ユニットは、フォトバイオリアクタ性能の自律的分析および／またはフォトバイオリアクタ性能に関する自律的意思決定の能力によってさらに特徴付けられる。いくつかの実施形態では、例えば、照明システムが追加の温度調停機能を提供するように構成されるように、処理ユニットの１つ以上が照明システムの構造体に組み込まれる。
【０１３７】
培養および培地
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、例えば、培養または培地などの作動流体の抽出および／または操作のための１つ以上のシステムを備える。培養および培地の非限定的な例には、液体、栄養物、および生物が含まれる。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、回収前に培養物の濃縮および初期脱水を可能にする。いくつかの実施形態では、システム（複数可）は、１つ以上の電子モータを備える。いくつかの実施形態では、例えば、培養濃度に影響を与えることなく、廃棄培地が除去されるか、および／または新鮮な培地が追加されるように、システム（複数可）は、内部容器と外部容器壁との間の空隙から液体または作動流体（例えば、藻類培養物および懸濁栄養物）を除去および／または添加することを可能にする。いくつかの実施形態では、システム（複数可）は、定常状態、連続、またはほぼ連続的な生産を可能にする。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、作動流体操作の方法は、電子制御バルブの使用を特徴とする。いくつかの実施形態では、１つ以上の電子制御バルブは、入口、出口、またはその両方を含むスピゴットに接続される。いくつかの実施形態では、１つ以上の電子制御バルブは、例えば、成熟培養物および／または栄養枯渇培地などの容器からの液体および他の材料の除去を促進するように構成される。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、作動流体操作の方法は、フォトバイオリアクタの外側バリアが水密外部壁、内部壁、および外部壁と内部壁の間の空隙を含むように、二重壁の外側ハウジングの使用を特徴とする。いくつかの実施形態では、多孔性材料が、例えば、培養物または培地などの液体および他の材料の抽出および／または操作を可能にするように、フォトバイオリアクタは、内部壁を構築するための多孔性または半透性材料を含む。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、システム（複数可）は、作動流体の混合または攪拌を促進する。いくつかの実施形態では、作動流体の方法は、気体導入とは無関係な混合する能力によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の混合システムは、１つ以上の入口および１つ以上の出口を備える。いくつかの実施形態では、１つ以上の混合システムは、１つ以上のポンプを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは、容器ハウジングに埋め込まれている。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは、光一体化の使用によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは熱力学的である。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、電気が、作動流体に導入される。いくつかの実施形態では、電気の導入は、分散された正および負の伝導体（アノード／カソード）のシステムを使用して実質的に達成される。いくつかの実施形態では、電気の導入は、分散電磁石のシステムを使用して実質的に達成される。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、作動流体への培地および化学物質の添加および／または分配を提供する。いくつかの実施形態では、培地は事前に混合される。いくつかの実施形態では、培地は個々の構成要素として追加される。いくつかの実施形態では、システム（複数可）は、１つ以上の感知または監視システムによって提供されるデータを使用して、入ってくる培地の品質および／または栄養価を推測する。いくつかの実施形態では、培地および／または化学物質の添加は、単一の導入点、２つの導入点、または３つ以上の導入点で起こる。いくつかの実施形態では、２つ以上の導入点は、実質的にマイクロチャネルのネットワークを形成する。いくつかの実施形態では、マイクロチャネルのネットワークは、リアクタハウジングおよび／または容器内部の内部支持構造体に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、培地の追加または分配の方法は、電子制御バルブの使用によって実質的に特徴付けられる。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、培地の滅菌を促進するための１つ以上のシステムをさらに備える。いくつかの実施形態では、培地滅菌の方法は、インライン照射、紫外線または近紫外線、マイクロ波照射、熱滅菌、膜または多孔性濾過方法、二原子（珪藻）土、またはそれらの任意の組み合わせを利用する。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、ランプアセンブリの外面を除去または洗浄する目的のための１つ以上のシステムをさらに備える。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、１つ以上の洗浄ユニットを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上の洗浄ユニットは、内部容器容積内に取り付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の洗浄ユニットは、ランプアセンブリの外面に取り付けられる。いくつかの実施形態では、例えば、１つ以上の洗浄ユニットが無線、電子または他の通信方法を使用して制御されるように、１つ以上の洗浄ユニットは、１つ以上のロボット装置を備える。いくつかの実施形態では、洗浄ユニットは、例えば、ロボット装置を通して培養物を再循環させるために、吸引、排出、または吸引と排出の両方を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上のロボット洗浄ユニットは、実質的に可撓性または柔軟な本体を含む。いくつかの実施形態では、ロボット洗浄ユニットは、ヒンジまたはソケットなどの１つ以上の可動接続を含む。いくつかの実施形態では、ロボット洗浄ユニットは、柔らかいまたは可撓性のある材料を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のロボット洗浄ユニットは、気体で動作する。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、１つ以上の洗浄ユニットアクチュエータを備える。
【０１４５】
気体
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、１つ以上の気体添加および／または分散システムを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上の気体は、酸素、二酸化炭素、メタン、バイオガス、合成ガス、ヒトまたは動物の呼気などのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の気体は、周囲大気から供給されるか、実質的に供給される。いくつかの実施形態では、１つ以上の気体は、例えば、二酸化炭素の割合に対して酸素の割合がより少ない酸素と二酸化炭素の混合物などの比率調整された気体を含む。いくつかの実施形態では、気体の添加および／または分散のための１つ以上のシステムは、１つ以上の空気マニフォールドを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のマニフォールドは、リアクタ容器の外側に配置している。いくつかの実施形態では、１つ以上のマニフォールドは、例えば、製造プロセス、例えば、付加製造プロセスなどにより、リアクタハウジングに一体化される。いくつかの実施形態では、マニフォールドは、例えば、酸素が作動流体から出ることを可能にし、二酸化炭素が作動流体に入ることを可能にするなど、気体交換のための方法を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上の気体が同時に交換される。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、気体の添加および／または分散のための１つ以上のシステムは、１つ以上の気体拡散システムを備える。気体拡散システムの非限定的な例は、エアストーンである。いくつかの実施形態では、１つ以上の気体拡散システム（例えば、エアストーン）は、円筒形状、実質的に円筒形状、ディスク形状、実質的にディスク形状、リング形状、実質的にリング形状、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、気体拡散システム（例えば、エアストーン）は、多孔性、実質的に多孔性、または半透性の材料で構築および／またはコーティングされる。いくつかの実施形態では、気体拡散システム（例えば、エアストーン）は、例えば、製造または組み立てプロセスにより、リアクタハウジングに一体化される。いくつかの実施形態では、製造プロセスは、付加製造プロセスである。いくつかの実施形態では、気体拡散システム（例えば、エアストーン）は、例えば、電子バルブなどの１つ以上のバルブの使用により制御される。いくつかの実施形態では、１つ以上のバルブは、独立して制御される。いくつかの実施形態では、１つ以上のバルブは、２つ以上の群で制御される。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、複数の気体拡散システム（例えば、エアストーン）が円形または実質的に円形に配置されて、様々な直径の１つ以上のリングまたはディスクを形成する。いくつかの実施形態では、２つ以上のリング、ディスク、および／または円形の気体拡散システム（例えば、エアストーン）は、バイオリアクタ容器に対して様々な高さで配置される。いくつかの実施形態では、１つ以上のリング、ディスク、および／または円形の気体拡散システム（例えば、エアストーン）は、１つ以上の空気室に接続される。いくつかの実施形態では、２つ以上の室間の圧力が制御され、例えば、室間の圧力の方向を変えることにより、移動またはパルス状の気体の点かおよび／または分散が提供される。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、気体の添加および／または分散のための１つ以上のシステムは、作動流体への気体の直接導入によって実質的に特徴付けられる。いくつかの実施形態では、直接気体導入方法は、１つ以上のバイオリアクタ支持構造体を含み、その追加の目的には、容器容積内の水中コアへの支持を提供することが含まれる。いくつかの実施形態では、支持構造体は、気体を貯蔵する能力を提供する空隙を含む。いくつかの実施形態では、支持構造体は、例えば、作動流体への気体の添加および／または拡散を促進する１つ以上の空気マニフォールドを含む。いくつかの実施形態では、支持構造体は、例えば、作動流体への気体の添加および／または拡散を促進する１つ以上の気体拡散システム（例えば、エアストーン）を含む。いくつかの実施形態では、気体添加および／または分散のための１つ以上のシステムは、例えば、フォトバイオリアクタの外側バリアが水密外部壁、内部壁、および外部壁と内部壁の間の空隙を含むように、二重壁外側ハウジングを備える。いくつかの実施形態では、外部壁と内部容器壁との間の空隙は、作動流体への気体の導入を提供する。いくつかの実施形態では、内部壁は、多孔性および／または半透性材料を含む。いくつかの実施形態では、多孔性および／または半透性材料は、リアクタ内側の個々の細胞が内部壁を通過して空隙に達するのは防ぐ一方で、培地および他の作動流体が空隙と容器内部の間を通過できるのに十分なほど、小さい孔直径を有する。いくつかの実施形態では、多孔性および／または半透性材料は、例えば、生物の濃縮および／または濾過を含む作動流体の抽出および／または操作を可能にする。いくつかの実施形態では、例えば、空気圧を使用するなどして、内部壁の透過性が制御または実質的に制御される。
【０１４９】
材料および製造
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、例えば、プラスチック、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、およびポリプロピレン、ステンレス鋼、ガラス、炭素繊維、シリカ複合材料、ホウケイ酸塩、セラミック、バイオプラスチックなどを含む、浸出せず、耐腐食性であり、耐熱性であり、および／または、軽い加圧に耐えることができる、１つ以上の様々な食品グレードまたは非常に不活性な材料から構築される。いくつかの実施形態では、水中光源は、球形または実質的に球形のバリアによって囲まれる。いくつかの実施形態では、球形または実質的に球形のバリアは、トロイド状バリアである。いくつかの実施形態では、球形または実質的に球形のバリアは、光源を囲み、様々な不活性材料、例えば、プラスチックおよびガラスなどを含む透明材料および極端な温度に耐える材料、または、光子の操作を可能にする材料またはメタマテリアルを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の表面は、疎水性、超疎水性、親水性および／または疎油性を含む。いくつかの実施形態では、疎水性、超疎水性、親水性、および／または疎油性の特性は、例えば、表面コーティングの追加、機械的または熱的エッチング、本質的に疎水性の材料の使用、高解像度の付加製造などを含む、当業者が達成可能な１つ以上の方法によって、達成または実質的に達成される。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、例えば、電気エネルギーを電磁放射（光源）に変換する実質的に球形の水中方法、熱分散流体を光源、ポンプ、空気添加および分散構成要素などに出入りさせて循環させるためのシステムを含む、複数の別個および相互接続された構成要素を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の構成要素は、フォトバイオリアクタに関して単体の構成要素として機能する。いくつかの実施形態では、１つ以上の構成要素は、内部容器と外部壁との間の空隙に位置付けられるか、またはフォトバイオリアクタの外部容器の外側に位置付けられる、水中内部容器に一体化される。いくつかの実施形態では、２つ以上の構成要素は、フォトバイオリアクタに対してこれらの位置の２つ以上に位置付けられる。
【０１５０】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタの１つ以上の構成要素は、例えば、バインダー噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融、シート積層、バット光重合、またはそれらの任意の組み合わせを含む、付加製造プロセスを使用して生産される。いくつかの実施形態では、付加製造のための材料は、多孔性の半透性材料、ガラス、プラスチック、バイオプラスチック、または再生プラスチック、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、付加製造のための材料は、導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は、容器壁または他のフォトバイオリアクタ構造体に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、導電性材料は、例えば、１つ以上のフォトバイオリアクタ構成要素に電力を供給し、電子制御信号を中継し、および／またはセンサデータを返すために、電力および／またはデータを送信する。いくつかの実施形態では、付加製造のための材料は、比較的低い融点を有するポリマー原料を含む。これらの材料は、シリカナノ粒子、微生物の生物起源シリカ残留物などの担体として機能すると考えられる。いくつかの実施形態では、印刷された構成要素は、摂氏１４００度を超える温度などの十分な温度に、ポリマー原料が燃え尽き、シリカナノ粒子が溶融して、溶融または実質的に溶融したガラス構造を形成するのに十分な時間、曝される。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタ容器の集合体が実質的に単一の高密度フォトバイオリアクタとして機能するように、２つ以上のフォトバイオリアクタを組み合わせ、取り付け、積み重ね、または他の方法で物理的に相互接続して、大規模または産業用フォトバイオリアクタを形成する。いくつかの実施形態では、容器の幾何学的構成は、利用可能な空間の利用を最大化するものである。いくつかの実施形態では、２つ以上の容器は、均一な容積および寸法のもの、または様々な容積および寸法のものである。いくつかの実施形態では、例えば、フォトバイオリアクタを１つ以上の隣接するフォトバイオリアクタに接続する空気および水のラインなど、１つの容器を別の容器に接続するための２つ以上のフォトバイオリアクタの間に領域が提供される。いくつかの実施形態では、相互接続された容器間の一組または一連のバルブは、空気および／または水の流れを実質的に所定の方法で方向付ける。いくつかの実施形態では、高密度フォトバイオリアクタ構成は、例えば、配光、電気的接続性、容器間の空気および／または液体の操作などのための中心柱（複数可）を含む。いくつかの実施形態では、２つ以上の容器は、剛性ラックまたは足場を使用して組み立てられる。いくつかの実施形態では、２つ以上の容器は、例えばサイロなどの既存の構造を占有するように組み立てられる。いくつかの実施形態では、２つ以上のフォトバイオリアクタは、フォトバイオリアクタを収容するために構築された専用の構造を占有するように組み立てられる。いくつかの実施形態では、２つ以上のフォトバイオリアクタは、フォトバイオリアクタ自体に構築または付加製造されたインフラストラクチャを使用して組み立てられる。いくつかの実施形態では、２つ以上のフォトバイオリアクタは、付加製造プロセスを使用して所定の位置に印刷されるか、実質的に印刷される。いくつかの実施形態では、２つ以上のフォトバイオリアクタまたは高密度フォトバイオリアクタシステムは、中心軸の周りにリング状に配置される。いくつかの実施形態では、２つ以上のフォトバイオリアクタまたはフォトバイオリアクタシステムは、遠心力を生成するのに十分な回転速度で中心軸の周りを回転する。いくつかの実施形態では、生成された遠心力は、リアクタ容器内の重力による引力を模倣するのに十分である
【０１５２】
監視
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、１つ以上の監視システムを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上の監視システム（複数可）は、１つ以上のセンサから構成される。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサは、例えば、フォトバイオリアクタの内部壁などのフォトバイオリアクタの側面に位置付けられる。いくつかの実施形態では、例えば、所与の光源がフォトバイオリアクタの内部を横切る１つ以上のセンサに面するように、１つ以上の制御された光源が、フォトバイオリアクタの反対側に位置付けられる。いくつかの実施形態では、制御された１つ以上の光源は、例えば、一定数の光子を１つ以上のセンサの方向にフォトバイオリアクタを横切って送るなど、１つ以上のセンサと相互作用する。いくつかの実施形態では、制御された１つ以上の光源は、例えば、一定数の光子を１つ以上のセンサの方向にフォトバイオリアクタを横切って送るなど、１つ以上のセンサと相互作用する。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサは、フォトバイオリアクタの一方の側から他方の側へ作動流体を横切る光子の数を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサは、作動流体中に懸濁された１つ以上の生物の蛍光応答を検出する。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサは、反応性タンパク質を総タンパク質から区別するように構成される。いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータは、例えば、作動流体中の遊離成分の種類、量、および／または密度などの作動流体の特性を推測する。いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータは、例えば、固相吸着毒素追跡（ＳＰＡＴＴ）、藻類毒素スクリーニングのためのＥＬＩＳＡに基づく方法、液体クロマトグラフィー−質量分析法、インビボまたはインビトロバイオアッセイ、リアルタイム定量的ポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）、およびその他の分子プローブ技術、または類似の化学的または生物学的センサなどの、有害藻類の異常発生（ＨＡＢ）を検出する能力を備えた１つ以上のシステムによって使用される。いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータを使用して、培養物の成長および健康、例えば、光合成的な侵入者の存在、および／または細胞溶解の存在などを推測する。いくつかの実施形態では、センサから収集されたデータを使用して、光性能の測定値を推測する。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、音響および／または超音波感知構成要素を備える。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、１つ以上の監視および／または認識システムは、例えば、経時的なそれらの予想された性能と比較して実際に放出される光子量を検出するための一体化された光度計などの一体化された光度計を備える。いくつかの実施形態では、一体化した光度計は、２つ以上の検出点を備え、そのため、２つ以上の点の間の差を使用して、リアクタ性能の測定値を推測することができる。いくつかの実施形態では、測定されたパラメータは、物理的空気流であり、２つ以上のポイントでの物理的空気流の測定値の差により、例えば、混合および自然対流のためにシステムに追加されるエネルギーが推測される。いくつかの実施形態では、測定されたパラメータは、二酸化炭素（ＣＯ２）の取込みであり、２つ以上のポイントでのＣＯ２の取込みの測定値の差により、例えば、生物の成長速度が推測される。いくつかの実施形態では、測定されたパラメータは、酸素（Ｏ２）の取込みであり、２つ以上のポイントでのＯ２の取込みの測定値の差により、例えば、生物の成長速度が推測される。
【０１５４】
いくつかの実施形態では、１つ以上の監視および／または認識システムは、レーダー感知および／または磁場検出技術を含む。いくつかの実施形態では、レーダー感知および／または磁場検出技術は、リアクタハウジングの壁に埋め込まれた１つ、２つ、またはそれ以上のアンテナを含む。いくつかの実施形態では、レーダー感知および／または磁場検出技術から収集されたデータは、例えば、細胞成長、タンパク質含有量、炭水化物含有量、感染または汚染物質の存在、総溶解固形物、流体の流れ、システム統合性などを推測する。いくつかの実施形態では、感知および／または検出のための方法は、特定の送信周波数の使用を含む。いくつかの実施形態では、感知および／または検出のための方法は、２つ以上の周波数での波形の変形を含む。いくつかの実施形態では、感知および／または検出のための方法は、例えば、Ｘ、Ｙ、およびＺ極などのリアクタの２つ以上の極上の送信点と受信点との間の信号偏向を含む。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサは、光源フォトバイオリアクタの内部からデータを収集する。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、内部容器容積内に配置されるか、または接続される１つ以上のマイクロプロセッサを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサは、１つ以上の光源の制御を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサは、フィードバック監視を提供する。
【０１５６】
いくつかの実施形態では、１つ以上の監視および／または認識システムは、例えば、画像分析、遺伝子分析、またはタンパク質検出の使用を特徴とする培養監視の機能を実行する。いくつかの実施形態では、測定されるパラメータ（複数可）は、例えば、窒素含有量、リン含有量、カリウム含有量、気体組成（例えば、溶存Ｏ２、溶存ＣＯ２）、糖の存在、廃棄物の存在などを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、培養温度の監視、内部容器容積温度の監視、気体流量の監視、液体流量および／または液体レベルの監視、またはそれらの任意の組み合わせの機能を実行する。
【０１５７】
放射線
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、電気エネルギーを電磁放射に変換し、フォトバイオリアクタ内の実質的に任意の場所に光が向けられるように、球形または実質的に球形の光源（例えば、水中用システムのもの）を備える。いくつかの実施形態では、光源は、球形である水密バリアを備え、バリアは、内部流体の空隙を作動流体および／または培養物から分離する。いくつかの実施形態では、光源バリアは、実質的にトロイド形状である。いくつかの実施形態では、光源バリアは、例えば、透明材料、極端な温度に耐える材料、光子の操作を可能にする材料などの様々な不活性材料から実質的に構築される。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、光源（例えば、水中用システムのもの）は、複数の回路基板を含み、これは、少なくとも３つのエッジをそれぞれ含み、内部光源容積を画定する実質的に球形またはトロイド形状に配置され、内部光源容積と接触している第１の表面と、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの照明源を含む反対側の第２の表面とを含む、複数の回路基板によりさらに特徴付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の回路基板は、任意に曲げられ、丸くされ、または他の方法で操作される可撓性のある品質を備える。いくつかの実施形態では、１つ以上の回路基板は、例えば、プラスチック足場などの支持構造体または枠組みで補助することにより組み立てられる。いくつかの実施形態では、支持構造体は、全体の２つ以上のセクションから組み立てられる。いくつかの実施形態では、支持構造体は、付加製造プロセスを使用して実質的に製造される。
【０１５９】
いくつかの実施形態では、光源（例えば、水中用システムのもの）は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む。いくつかの実施形態では、光源は、カーボンナノチューブを含む。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、電磁放射は、例えば、光合成有効放射（ＰＡＲ）などの可視スペクトル内にある。他の実施形態では、電磁放射は、例えば、紫外（ＵＶ）または赤外（ＩＲ）光などの可視スペクトル外にある。いくつかの実施形態では、ＵＶおよび／またはＩＲ放射は、フォトバイオリアクタ内の液体培地を滅菌する。いくつかの実施形態では、ＵＶおよび／またはＩＲ放射は、部分的または全体的に、フォトバイオリアクタの内部構成要素を滅菌する。いくつかの実施形態では、ＵＶおよび／またはＩＲ放射は、フォトバイオリアクタ内の液体培地を加熱する。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、１つ以上の電源により供給される１つ以上の構成要素を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の電源は、フォトバイオリアクタの外部に位置付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の外部電源は、実質的に無線技術により電力を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上の外部電源は、実質的に導電性材料、例えば、リアクタハウジングに物理的に組み込まれた導電性材料を介して電力を提供する。いくつかの実施形態では、導電性材料は、電源の並列冗長性を提供するように相互接続される。いくつかの実施形態では、１つ以上の電源は、内部容器容積内に位置付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の構成要素は、例えば、電気などの電力を作動流体に直接導入することにより電力を供給される。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、光源は、１つ以上のセンサを含む。いくつかの実施形態では、光源は、１つ以上のマイクロプロセッサを含む。いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサの１つ以上は、内部容器容積内に位置付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサは、１つ以上の光源の制御を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上のマイクロプロセッサは、フィードバック監視を提供する。いくつかの実施形態では、光源は、１つ以上の制御システム、例えば、デジタル制御システムへの接続を含む。いくつかの実施形態では、制御は、光源コア容器容積に一体化される。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、放射は、１つ以上のパラメータについて最適化および／または制御するために操作される。いくつかの実施形態では、放射は、作動流体中の１つ以上の生物による光子吸収の可能性を高めるために最適化される。いくつかの実施形態では、放射線操作の方法は、実質的にパルス幅変調の使用によるものである。いくつかの実施形態では、放射線操作の方法は、実質的に、光の挙動を操作および／またはそれに影響する能力を備えた材料および／またはメタマテリアルを組み込むことによる。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、例えば、巨視的、粒子または量子レベルでの光の操作を提供する。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルが光源の外表面に組み込まれる、バイオリアクタ構成要素。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、１つ以上の光子を作動流体に跳ね返すまたは反射させることにより、光の操作を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上の光子は、光源放射の直接角に対して斜めの角度で作動流体に向けられる。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、反射性および／または屈折性の表面コーティングを含む。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、反射性および／または屈折性の材料を含む。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、例えば、ナノ粒子、量子ドットなどの埋め込まれた粒子を含む。いくつかの実施形態では、粒子は、付加製造プロセスを通じて、材料および／またはメタマテリアルに埋め込まれる。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、光子の個別の操作を提供する。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、１つ以上の培養に面する表面に適用される。いくつかの実施形態では、材料および／またはメタマテリアルは、付加製造プロセスを通じて、１つ以上の培養物に面する表面に組み込まれる。いくつかの実施形態では、放射線操作の方法は、例えば、光をねじる能力など、光を歪ませ、および／または曲げる能力を有する光学構造の使用によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、光学構造は、実質的に付加製造プロセスを使用して構築される。いくつかの実施形態では、もう１つのレンズは、光を歪め、曲げ、および／またはねじる能力を有する。いくつかの実施形態では、光を歪ませ、曲げ、および／またはねじる能力を備えた１つ以上の反射表面
【０１６４】
温度
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、温度制御および／または管理システムを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、周囲温度制御の使用を通じて実質的に温度を管理する。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、実質的に光源操作を通じて温度管理を達成する。いくつかの実施形態では、光源操作は、光周波数の制御された変動を含む。いくつかの実施形態では、光源操作は、電力、強度、または電力と強度の両方の制御された変動を含む。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、例えば、電気加熱要素などの電気素子を介して実質的に温度管理を達成する。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、強制冷却の使用により温度管理を達成する。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、冷却装置の使用により温度管理を達成する。いくつかの実施形態では、冷却装置は、冷却ジャケットを含む。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、温度管理および／または制御のための１つ以上のシステムは、例えば、流体ポンプなどの１つ以上のポンプを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のシステムは、熱分散流体の使用により実質的に温度管理を達成する。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、光学的に透明または実質的に光学的に透明である。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、非導電性液体または例えば鉱油などの実質的に非導電性の液体である。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、非導電性ゲルまたは実質的に非導電性のゲルである。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、量子ドット、反射性粒子などを含む。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、熱に曝露されると発光する。いくつかの実施形態では、熱分散流体は、内部容器容積内で再循環される。いくつかの実施形態では、循環は、自然対流または１つ以上のポンプの流速の変動を使用して、または実質的に使用して達成される。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは、反応容器の外側に位置付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは、１つ以上の入口および／または１つ以上の出口を介して光源に接続される。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは、光源容器容積に実質的に組み込まれる。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは、実質的にマイクロポンプとして特徴付けられる。いくつかの実施形態では、熱分散流体を循環させるためのシステム（複数可）は、例えば、ジャイロスコープファンなどの１つ以上のファンを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上のファンは、光源容器容積に一体化される。
【０１６７】
用途
いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、光合成微生物および／または光感受性微生物の培養に適している。いくつかの実施形態では、１つ以上の光合成生物および／または光感受性生物は、生産的な培養物を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の生物は、実質的に改変されていないか、または天然に存在する。いくつかの実施形態では、１つ以上の生物は、適切な環境に実質的に適合している。いくつかの実施形態では、１つ以上の生物は、実質的に遺伝子改変または組換えされたものとして特徴付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の生物は、合成ＤＮＡを含み、例えば、ＤＮＡは、いずれの自然発生環境にも存在しない生物を実質的に形成するように組み立てられている。いくつかの実施形態では、１つ以上の生物は、光合成ではなく感光性であるため、例えば、エネルギー源、繁殖もしくは成長の駆動因子などとして光刺激を利用するのではなく、またはそれに加えて、１つ以上のパラメータを制御する方法として光刺激を使用することができる。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、１つ以上の生物は、例えば、脂肪酸、フィコビリタンパク質、バイオ燃料、および他のガソリン代替物などを含む化合物または生体分子を産生する。いくつかの実施形態では、フォトバイオリアクタは、さらに、１つ以上の制御、構成要素、または他のリアクタパラメータ、例えば、個々の生物のための環境を最適化するための調整などを操作および／または最適化する能力により特徴付けられる。いくつかの実施形態では、操作および／または最適化は、１つ以上の入力を調整または変更すること、１つ以上の出力を監視すること、特定の１つ以上の生物についての高度成長および／または高密度を促進すること、例えば、固有の関心または特定の価値を有する分子などの生体分子の発現速度を制御すること、生物の生活環を変更すること、最終的な栄養成分または産物の成分を変更すること、細胞の破壊または溶解を誘導すること、細胞に保護作用を引き起こさせること、例えば、破壊、溶解または保護作用が１つ以上の重要な分子の産生を助長すること、あるいはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、操作および／または最適化は、特定の用途（複数可）、例えば、研究開発用途、商業的用途、および産業用途などを対象とする。いくつかの実施形態では、用途には、細胞農業、例えば、人間による消費のための食品、機能性成分、添加物、および／またはサプリメントの産生；ペット、家畜、およびその他の動物による消費のための食品、機能性成分、添加物および／またはサプリメントの生産；フィコビリタンパク質；バイオ燃料；医療、生物医学および／または製薬用途のための原料；などが含まれる。いくつかの実施形態では、用途は、バイオ製造、エネルギーの貯蔵、光化学、光分解もしくは光破壊、例えば、バイオ燃料などの化合物もしくは分子の生産、廃水、過剰な二酸化炭素などのバイオレメディエーション、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、バイオレメディエーションは、１つ以上のフォトバイオリアクタと１つ以上の生きている動物との間の協同的または共生システムを含むことができ、例えば、動物（複数可）からの廃棄二酸化炭素および廃棄栄養物は、フォトバイオリアクタバイオレメディエーションを通して、動物（複数可）のための酸素および栄養物へと実質的に変換され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のフォトバイオリアクタは、１人以上のヒトのための廃棄物のバイオレメディエーションおよび変換を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上のフォトバイオリアクタは、宇宙船または地球外環境、例えば、地球外表面環境での、廃棄物のバイオレメディエーションおよび変換を提供する。
【０１６９】
段落Ａ。内部容器容積を画定する壁を有する実質的に球形の容器と、電気エネルギーを電磁放射に変換するための水中用システムと、熱分散流体を水中用システムに出入りさせて循環させるための温度管理システムと、プロセッサとコントローラを含むフォトバイオリアクタ制御システムと、を含む、光合成生物の培養および／または増殖のためのフォトバイオリアクタ。
【０１７０】
段落Ｂ。フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信する１つ以上のセンサをさらに備える、段落Ａに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７１】
段落Ｃ。１つ以上のセンサが、実配線または無線接続のいずれかを含む、段落Ａ〜Ｂのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７２】
段落Ｄ。１つ以上のセンサが、温度センサ、気体センサ、酸もしくはｐＨセンサ、タンパク質分別検出器、分光光度計、またはサイトメータを含む、段落Ａ〜Ｃのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７３】
段落Ｅ。１つ以上のセンサが、実質的に球形の容器の壁の内部表面に位置付けられている、段落Ａ〜Ｄのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７４】
段落Ｆ。電磁エネルギーの制御された１つ以上の源が、１つ以上のセンサに対して実質的に球形の容器の反対側に位置付けられている、段落Ａ〜Ｅのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７５】
段落Ｇ。１つ以上のセンサが、水中用システム内に位置付けられている、段落Ａ〜Ｆのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７６】
段落Ｈ。１つ以上のセンサが、光子、蛍光、または反応性タンパク質に感受性のある成分を含む、段落Ａ〜Ｇのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７７】
段落Ｉ。１つ以上のセンサが、一体化された光度計を含む、段落Ａ〜Ｈのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７８】
段落Ｊ。一体化された光度計が、２つ以上の検出点を含む、段落Ａ〜Ｉのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１７９】
段落Ｋ。１つ以上のセンサが、レーダーまたは磁場検出センサを含む、段落Ａ〜Ｊのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８０】
段落Ｌ。レーダーまたは磁場検出センサが、１つ以上のアンテナを含む、段落Ａ〜Ｋのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８１】
段落Ｍ。１つ以上のアンテナが、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜Ｌのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８２】
段落Ｎ。１つ以上のセンサが、音響または超音波センサを含む、段落Ａ〜Ｍのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８３】
段落Ｏ。１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つが、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜Ｎのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８４】
段落Ｐ。付加製造を使用して、１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つをリアクタハウジングまたは構造体に一体化させる、段落Ａ〜Ｏのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８５】
段落Ｑ。付加製造が、導電性印刷原料を使用するプロセスを含む、段落Ａ〜Ｐのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８６】
【０１８７】
段落Ｒ。プロセッサが、マイクロプロセッサを含む、段落Ａ〜Ｑのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８８】
段落Ｓ。マイクロプロセッサが、水中用システム内に位置付けられている、段落Ａ〜Ｒのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１８９】
段落Ｔ。コントローラが、マイクロコントローラを含む、段落Ａ〜Ｓのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９０】
段落Ｕ。マイクロコントローラが、水中用システム内に位置付けられている、段落Ａ〜Ｔのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９１】
段落Ｖ。フォトバイオリアクタ制御システムが、水中用システムを管理するように構成されている、段落Ａ〜Ｕのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９２】
段落Ｗ。水中用システムが、光源操作によって実質的に管理されている、段落Ａ〜Ｖのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９３】
段落Ｘ。光源操作が、光周波数の制御された変動を含む、段落Ａ〜Ｗのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９４】
段落Ｙ。光源操作が、電力、光強度、またはその両方の制御された変動を含む、段落Ａ〜Ｘのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９５】
段落Ｚ。光源操作が、パルス幅変調を含む、段落Ａ〜Ｙのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９６】
段落ＡＡ。フォトバイオリアクタに電気を提供するように構成された分配正極（アノード）および負極（カソード）伝導体のシステム；またはフォトバイオリアクタに電気を提供するように構成された分配電磁石のシステムをさらに備える、段落Ａ〜Ｚのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９７】
段落ＡＢ。さらに１つ以上の電源を備える、段落Ａ〜ＡＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９８】
段落ＡＣ。１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、実質的に球形の容器の外側に位置付けられている、段落Ａ〜ＡＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０１９９】
段落ＡＤ。１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、内部容器容積内に位置付けられている、段落Ａ〜ＡＣのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２００】
段落ＡＥ。１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、水中用システム内に位置付けされる、段落Ａ〜ＡＤのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０１】
段落ＡＦ。１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、実配線または無線接続のいずれかを含む、段落Ａ〜ＡＥのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０２】
段落ＡＧ。実配線または無線接続が、付加製造によりフォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化された導電性材料を含む、段落Ａ〜ＡＦのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０３】
段落ＡＨ。１つ以上の電源のうちの少なくとも１つが、内部容器容積中に位置する作動流体に電気を直接導入する、段落Ａ〜ＡＧのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０４】
段落ＡＩ。流体、廃棄物、または栄養物を実質的に球形の容器に出入りさせて操作、抽出、または循環させるための循環システムをさらに備え、その循環システムが、フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信している、段落Ａ〜ＡＨのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０５】
段落ＡＪ。循環システムが、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、またはファンを含む、段落Ａ〜ＡＩのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０６】
段落ＡＫ。１つ以上のバルブが、電子制御バルブを含む、段落Ａ〜ＡＪのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０７】
段落ＡＬ。１つ以上のモータが、電子制御モータを含む、段落Ａ〜ＡＫのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０８】
段落ＡＭ。１つ以上のポンプが、電子制御ポンプを含む、段落Ａ〜ＡＬのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２０９】
段落ＡＮ。１つ以上のポンプのうちの少なくとも１つが、熱力学的である、段落Ａ〜ＡＭのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１０】
段落ＡＯ。１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、またはファンのうちの少なくとも１つが、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜ＡＮのいずれか１つのフォトバイオリアクタ。
【０２１１】
段落ＡＰ。１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、またはファンのうちの少なくとも１つが、水中用システムに一体化されている、段落Ａ〜ＡＯのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１２】
段落ＡＱ。循環システムが、１つ以上の入口および１つ以上の出口を備える、段落Ａ〜ＡＰのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１３】
段落ＡＲ。循環システムが、循環システム内の流れを制御するように構成されたスピゴットを含む、段落Ａ〜ＡＱのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１４】
段落ＡＳ。１つ以上の入口および出口が、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造に一体化されている、段落Ａ〜ＡＲのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１５】
段落ＡＴ。実質的に球形の容器への気体の添加または分散のための換気システムをさらに備え、換気システムが１つ以上の気体拡散装置を備える、段落Ａ〜ＡＳのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１６】
段落ＡＵ。１つ以上の気体拡散装置の少なくとも１つが実質的にリング形状またはディスク形状である、段落Ａ〜ＡＴのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１７】
段落ＡＶ。換気システムが、内部容器容積内の異なる高さに配置された２つ以上のリング形状またはディスク形状の気体拡散装置を含む、段落Ａ〜ＡＵのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１８】
段落ＡＷ。１つ以上の気体拡散装置の少なくとも１つが実質的に円筒形または球形である、Ａ〜ＡＶのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２１９】
段落ＡＸ。換気システムが、内部容器容積内に実質的に円形に配置された複数の気体拡散装置を備えて、１つ以上のリングまたはディスクを形成する、段落Ａ〜ＡＷのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２０】
段落ＡＹ。複数の気体拡散装置の少なくとも２つが、内部容器容積内の異なる高さに配置されている、段落Ａ〜ＡＸのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２１】
段落ＡＺ。１つ以上の気体拡散装置の少なくとも１つが、多孔性または半透性の材料を含む、段落Ａ〜ＡＹのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２２】
段落ＢＡ。１つ以上の気体拡散装置の少なくとも１つが、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化される、段落Ａ〜ＡＺいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２３】
段落ＢＢ。付加製造を使用して、前記１つ以上の気体拡散装置の少なくとも１つを前記リアクタハウジングまたは構造体に一体化させる、段落Ａ〜ＢＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２４】
段落ＢＣ。換気システムが、１つ以上の気体室を備える、段落Ａ〜ＢＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２５】
段落ＢＤ。１つ以上の気体室の少なくとも１つが、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化された空隙または内部容積を含む、段落Ａ〜ＢＣいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２６】
段落ＢＥ。付加製造を使用して、１つ以上の気体室の少なくとも１つをリアクタハウジングまたは構造体に一体化させる、段落Ａ〜ＢＤのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２７】
段落ＢＦ。換気システムが、１つ以上の気体室の少なくとも１つを１つ以上の気体拡散装置の少なくとも１つに接続する２つ以上のチャネルまたはチューブのマニフォールドまたはネットワークを備える、段落Ａ〜ＢＥのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２８】
段落ＢＧ。マニフォールドまたはネットワークが、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜ＢＦのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２２９】
段落ＢＨ。付加製造を使用して、マニフォールドまたはネットワークの少なくとも１つをリアクタハウジングまたは構造体に一体化させる、段落Ａ〜ＢＧのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３０】
段落ＢＩ。換気システムが、１つ以上のバルブ、ポンプ、モータ、またはファンを含む、段落Ａ〜ＢＨのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３１】
段落ＢＪ。１つ以上のバルブが、電子制御バルブ（複数）を含む、段落Ａ〜ＢＩのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３２】
段落ＢＫ。１つ以上のモータが、電子制御モータ（複数）を含む、段落Ａ〜ＢＪのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３３】
段落ＢＬ。１つ以上のポンプが、電子制御ポンプ（複数）を含む、段落Ａ〜ＢＫのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３４】
段落ＢＭ。換気システムが、フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信している、段落Ａ〜ＢＬのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３５】
段落ＢＮ。気体の追加または分散速度が、気体または空気圧の制御された変動を使用して実質的に管理される、段落Ａ〜ＢＭのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３６】
段落ＢＯ。内部容器容積を画定する壁が、内部層および外部層を有する二重層壁を含む、段落Ａ〜ＢＮのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３７】
段落ＢＰ。壁が、内部層と外部層との間に空隙を含む、段落Ａ〜ＢＯのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３８】
段落ＢＱ。外部層が、水不浸透性である、段落Ａ〜ＢＰのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２３９】
段落ＢＲ。内部層が、多孔性または半透性である、段落Ａ〜ＢＱのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４０】
段落ＢＳ。内部層の多孔性または透過性が可変である、段落Ａ〜ＢＲのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４１】
段落ＢＴ。内部層の多孔性または透過性が、フォトバイオリアクタ制御システムからの信号に応答して、あるいは温度、ｐＨもしくは特定の種類、または波長もしくは放射などの環境条件に応答して変化する、段落Ａ〜ＢＳのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４２】
段落ＢＵ。実質的に球形の容器が、浸出せず、耐腐食性で、耐熱性であり、および／または軽い加圧に耐える様々な食品グレードまたは高度に不活性な材料の１つ以上から構築される、段落Ａ〜ＢＴのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４３】
段落ＢＶ。実質的に球形の容器が、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、またはバイオプラスチックを含む、段落Ａ〜ＢＵのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４４】
段落ＢＷ。実質的に球形の容器が、ガラス、シリカ複合材料、ホウケイ酸塩、またはセラミックを含む、段落Ａ〜ＢＶのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４５】
段落ＢＸ。実質的に球形の容器が、ステンレス鋼を含む、段落Ａ〜ＢＷのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４６】
段落ＢＹ。実質的に球形の容器が、炭素繊維を含む、段落Ａ〜ＢＸのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４７】
段落ＢＺ。水中用システムが、内部空間を画定する内側壁を有する球形または実質的に球形の内側容器を備える、段落Ａ〜ＢＹのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４８】
段落ＣＡ。球形または実質的に球形の内側容器が、トーラス状である、段落Ａ〜ＢＺのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２４９】
段落ＣＢ。球形または実質的に球形の内側容器が、極端な温度に耐性のある様々な不活性材料の１つ以上を含む、段落Ａ〜ＣＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５０】
段落ＣＣ。球形または実質的に球形の内側容器が、プラスチックまたはガラスを含む、段落Ａ〜ＣＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５１】
段落ＣＤ。球形または実質的に球形の内側容器が、実質的に透明である、段落Ａ〜ＣＣのいずれか１つのフォトバイオリアクタ。
【０２５２】
段落ＣＥ。球形または実質的に球形の内側容器が、光子の操作を可能にする材料またはメタマテリアルを含む、段落Ａ〜ＣＤのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５３】
段落ＣＦ。電磁放射の操作を可能にする、および／または電磁放射の挙動に影響を与える特性を有する材料またはメタマテリアルを備える、段落Ａ〜ＣＥのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５４】
段落ＣＧ。材料またはメタマテリアルが、１つ以上の作動液体に面する表面上に存在する、段落Ａ〜ＣＦのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５５】
段落ＣＨ。材料またはメタマテリアルが、反射性または屈折性の表面コーティングを含む、段落Ａ〜ＣＧのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５６】
段落ＣＩ。材料またはメタマテリアルが、反射性または屈折性の材料を本質的に含む、段落Ａ〜ＣＨのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５７】
段落ＣＪ。材料またはメタマテリアルが、ナノ粒子、量子ドット、または同様の埋め込まれた粒子を含む、段落Ａ〜ＣＩのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５８】
段落ＣＫ。材料またはメタマテリアルが、光を歪める、曲げる、またはねじる能力を有する光学レンズまたは類似の構造を含む、段落Ａ〜ＣＪのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２５９】
段落ＣＬ。材料またはメタマテリアルが、付加製造を使用して水中用システムに一体化されている、段落Ａ〜ＣＫのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６０】
段落ＣＭ。疎水性、超疎水性、親水性、または疎油性の特性を有する１つ以上の表面を備える、段落Ａ〜ＣＬのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６１】
段落ＣＮ。特性が、表面コーティングによって実質的に達成される、段落Ａ〜ＣＭのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６２】
段落ＣＯ。特性が、機械的または熱的エッチングにより実質的に達成される、段落Ａ〜ＣＮのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６３】
段落ＣＰ。特性が、本質的に疎水性、超疎水性、親水性および／または疎油性の特性を有する材料を使用することにより実質的に達成される、段落Ａ〜ＣＯのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６４】
段落ＣＱ。特性が、高解像度の付加製造により実質的に達成される、段落Ａ〜ＣＰのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６５】
段落ＣＲ。リアクタハウジングおよび／または構造体が、例えば、バインダー噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融、シート積層、またはバット光重合を含む付加製造プロセスを用いて製造される、段落Ａ〜ＣＱのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６６】
段落ＣＳ。リアクタハウジングおよび／または構造体が、多孔性または半透性材料を含む、段落Ａ〜ＣＲのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６７】
段落ＣＴ。リアクタハウジングおよび／または構造体が、ガラスを含む、段落Ａ〜ＣＳのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６８】
段落ＣＵ。リアクタハウジングおよび／または構造体が、プラスチック、バイオプラスチック、または再生プラスチックを含む、段落Ａ〜ＣＴのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２６９】
段落ＣＶ。リアクタハウジングおよび／または構造体が、付加製造プロセスを用いて組み立てられた２つ以上の材料を含み、２つ以上の材料が、付加製造プロセス中に溶融して、水密性または実質的に水密性のバリアを形成するものである、段落Ａ〜ＣＵのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７０】
段落ＣＷ。実質的に球形の外側容器が、付加製造プロセスを用いて組み立てられた２つ以上の材料を含み、２つ以上の材料が、付加製造プロセス中に溶融して、水密性または実質的に水密性のバリアを形成するものである、段落Ａ〜ＣＶのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７１】
段落ＣＸ。実質的に球形の内側容器が、付加製造プロセスを用いて組み立てられた２つ以上の材料を含み、２つ以上の材料が、付加製造プロセス中に溶融して、水密性または実質的に水密性のバリアを形成するものである、段落Ａ〜ＣＷのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７２】
段落ＣＹ。１つ以上の入口、出口、ポンプ、バルブ、モータ、またはファンが、実質的にリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜ＣＸのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７３】
段落ＣＺ。電力、データ、または制御パスが、実質的にリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜ＣＹのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７４】
段落ＤＡ。電力、データ、または制御パスが、導電性原料を含む、段落Ａ〜ＣＺのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７５】
段落ＤＢ。リアクタハウジングおよび／または構造体が、ポリマー原料およびシリカ粒子を含み、ポリマー供給原料およびシリカ粒子が、シリカナノ粒子または微生物の生物起源シリカ残留物を含む、段落Ａ〜ＤＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７６】
段落ＤＣ。ポリマー原料が少なくとも部分的に除去され、シリカ粒子が実質的に溶融したガラス構造を形成する、段落Ａ〜ＤＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７７】
段落ＤＤ。電気エネルギーを電磁放射に変換することが、１つ以上の照明源を含む、段落Ａ〜ＤＣのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７８】
段落ＤＥ。１つ以上の照明源が、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、および／または１つ以上の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む、段落Ａ〜ＤＤのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２７９】
段落ＤＦ。足場または枠組みをさらに備える、段落Ａ〜ＤＥのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８０】
段落ＤＧ。１つ以上の照明源が、足場または枠組みに接続されている、段落Ａ〜ＤＦのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８１】
段落ＤＨ。足場が、極端な温度に耐性のある様々な不活性材料の１つ以上を含む、段落Ａ〜ＤＧのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８２】
段落ＤＩ。足場が、フォトバイオリアクタのリアクタハウジングまたは構造体に一体化されている、段落Ａ〜ＤＨのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８３】
段落ＤＪ。１つ以上の照明源が、カーボンナノチューブを含む、段落Ａ〜ＤＩのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８４】
段落ＤＫ。１つ以上の照明源が、生物学的に基づく照明源を含む、段落Ａ〜ＤＪのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８５】
段落ＤＬ。生物学的に基づく照明源が、改変された珪藻類を含む、段落Ａ〜ＤＫのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８６】
段落ＤＭ。１つ以上の照明源が、可視スペクトル内の放射源を含む、段落Ａ〜ＤＬのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８７】
段落ＤＮ。１つ以上の照明源が、光合成有効放射源を含む、段落Ａ〜ＤＭのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８８】
段落ＤＯ。１つ以上の照明源が、可視スペクトル外の放射源を含む、段落Ａ〜ＤＮのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２８９】
段落ＤＰ。１つ以上の照明源が、紫外線または近紫外線の放射源を含む、段落Ａ〜ＤＯのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９０】
段落ＤＱ。１つ以上の照明源が、マイクロ波放射源を含む、段落Ａ〜ＤＰのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９１】
段落ＤＲ。フォトバイオリアクタ制御システムが、内部容器容積の温度を管理するように構成されている、段落Ａ〜ＤＱのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９２】
段落ＤＳ。温度が、光源操作によって実質的に管理される、段落Ａ〜ＤＲのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９３】
段落ＤＴ。光源操作が、光周波数の制御された変動を含む、段落Ａ〜ＤＳのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９４】
段落ＤＵ。光源操作が、電力、光強度、またはその両方の制御された変動を含む、段落Ａ〜ＤＴのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９５】
段落ＤＶ。温度管理システムが、フォトバイオリアクタ制御システムと動作可能に通信している、段落Ａ〜ＤＵのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９６】
段落ＤＷ。温度管理システムが、１つ以上の電気加熱要素を備える、段落Ａ〜ＤＶのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９７】
段落ＤＸ。温度管理システムが、冷却装置をさらに備える、段落Ａ〜ＤＷのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９８】
段落ＤＹ。冷却装置が、冷却ジャケットを備える、段落Ａ〜ＤＸのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０２９９】
段落ＤＺ。温度管理システムが、周囲温度の制御された変動を含む、段落Ａ〜ＤＹのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３００】
段落ＥＡ。温度管理システムが、パイプまたはチューブなどの導管を介して熱分散流体を水中用システムに出入りさせて循環させるように構成されている、段落Ａ〜ＤＺのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０１】
段落ＥＢ。熱分散流体が、実質的に光学的に透明である、段落Ａ〜ＥＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０２】
段落ＥＣ。熱分散流体が、非導電性の液体またはゲルである、段落Ａ〜ＥＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０３】
段落ＥＤ。熱分散流体が、量子ドットまたは反射性粒子を含む、段落Ａ〜ＥＣのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０４】
段落ＥＥ。熱分散流体が、熱に曝露されると発光する、段落Ａ〜ＥＤのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０５】
段落ＥＦ。熱分散流体が、自然対流によって循環する、段落Ａ〜ＥＥのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０６】
段落ＥＧ。温度管理システムが、１つ以上のモータ、ポンプ、バルブ、またはファンを備える、段落Ａ〜ＥＦのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０７】
段落ＥＨ。フォトバイオリアクタ制御システムが、１つ以上のポンプの流量の変動を引き起こすように構成されている、段落Ａ〜ＥＧのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０８】
段落ＥＩ。１つ以上のポンプが、実質的に球形の容器の外側に位置付けられる、段落Ａ〜ＥＨのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３０９】
段落ＥＪ。１つ以上のポンプが、１つ以上の入口および１つ以上の出口を介して水中用システムに接続されている、段落Ａ〜ＥＩのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１０】
段落ＥＫ。１つ以上のポンプのうちの少なくとも１つが、水中用システム中に存在する、段落Ａ〜ＥＪのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１１】
段落ＥＬ。１つ以上のポンプが、マイクロポンプを含む、段落Ａ〜ＥＫのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１２】
段落ＥＭ。１つ以上のファンのうちの少なくとも１つが、水中用システム中に存在する、段落Ａ〜ＥＬのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１３】
段落ＥＮ。１つ以上のファンが、ジャイロスコープまたは電子制御ファンを含む、段落Ａ〜ＥＭのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１４】
段落ＥＯ。１つ以上のバルブが、電気制御バルブを含む、段落Ａ〜ＥＮのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１５】
段落ＥＰ。１つ以上のモータが、電子制御モータを含む、段落Ａ〜ＥＯのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１６】
段落ＥＱ。さらに１つ以上の洗浄ユニットを備える、段落Ａ〜ＥＰのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１７】
段落ＥＲ。１つ以上の洗浄ユニットが、内部容器容積内に位置付けされている、段落Ａ〜ＥＱのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１８】
段落ＥＳ。１つ以上の洗浄ユニットが、水中用システムの外面に位置付けられている、段落Ａ〜ＥＲのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３１９】
段落ＥＴ。１つ以上の洗浄ユニットが、内部容器容積中を自由に浮遊している、段落Ａ〜ＥＳのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２０】
段落ＥＵ。洗浄ユニットが、１つ以上のロボット装置を備える、段落Ａ〜ＥＴのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２１】
段落ＥＶ。洗浄ユニットが、真空または吸引構成要素を含む、段落Ａ〜ＥＵのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２２】
段落ＥＷ。洗浄ユニットが、フィルター構成要素を含む、段落Ａ〜ＥＶのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２３】
段落ＥＸ。洗浄ユニットが、１つ以上のポンプ、モータ、バルブ、またはファンを含む、段落Ａ〜ＥＷのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２４】
段落ＥＹ。洗浄ユニットが、実質的に可撓性または柔軟である、段落Ａ〜ＥＸのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２５】
段落ＥＺ。洗浄ユニットが、気体作動式である、段落Ａ〜ＥＹのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２６】
段落ＦＡ。１つ以上の洗浄ユニットアクチュエータをさらに備える、段落Ａ〜ＥＺのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２７】
段落ＦＢ。１つ以上の追加のフォトバイオリアクタへの物理的な接続を含む、段落Ａ〜ＦＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２８】
段落ＦＣ。１つ以上の追加のフォトバイオリアクタが、同様の寸法または容積のものである、段落Ａ〜ＦＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３２９】
段落ＦＤ。１つ以上の追加のフォトバイオリアクタが、様々な寸法または容積のものである、段落Ａ〜ＦＣのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３０】
段落ＦＥ。物理的な接続が、剛性ラックまたは足場を含む、段落Ａ〜ＦＤのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３１】
段落ＦＦ。物理的な接続が、既存の構造体を含み、既存の構造体が、サイロを含む、段落Ａ〜ＦＥのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３２】
段落ＦＧ。物理的な接続が、複数のフォトバイオリアクタを収容するために設計および構築された構造体を含む、段落Ａ〜ＦＦのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３３】
段落ＦＨ。構造体が、培地調製専用の領域および／または機器をさらに備える、段落Ａ〜ＦＧのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３４】
段落ＦＩ。構造体が、バイオマス処理専用の領域および／または機器をさらに備える、段落Ａ〜ＦＨのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３５】
段落ＦＪ。物理的な接続が、実質的に付加的に製造された構造体を含む、段落Ａ〜ＦＩのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３６】
段落ＦＫ。物理的な接続が、１つ以上の導管、チューブ、またはパイプを含む、段落Ａ〜ＦＪのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３７】
段落ＦＬ。導管が、気体ラインを含む、段落Ａ〜ＦＫのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３８】
段落ＦＭ。導管が、水、培地、または培養ラインを含む、段落Ａ〜ＦＬのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３３９】
段落ＦＮ。導管が、電力、電気、またはデータラインを含む、段落Ａ〜ＦＭのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４０】
段落ＦＯ。１つ以上のバルブ、ポンプ、モータ、またはファンをさらに備える、段落Ａ〜ＦＮのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４１】
段落ＦＰ。２つ以上の相互接続された容器の間の１組または一連のバルブが、実質的に所定の方法で気体または液体の流れを導く、段落Ａ〜ＦＯのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４２】
段落ＦＱ。フォトバイオリアクタ制御システムが、接続されたフォトバイオリアクタ間の気体または液体の流れを管理するように構成される、段落Ａ〜ＦＰのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４３】
段落ＦＲ。中心柱、パイプ、チューブ、足場、または類似の柱への接続を含む、段落Ａ〜ＦＱのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４４】
段落ＦＳ。中心柱が１つ以上の追加のフォトバイオリアクタへの接続を含む、段落Ａ〜ＦＲのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４５】
段落ＦＴ。中心柱が、周りに複数のフォトバイオリアクタが配置された中心軸を含む、段落Ａ〜ＦＳのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４６】
段落ＦＵ。複数のフォトバイオリアクタが、実質的に円形またはリング形状に配置されている、段落Ａ〜ＦＴのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４７】
段落ＦＶ。複数のフォトバイオリアクタが、前記中心軸の周りに回転可能に配置されている、段落Ａ〜ＦＵのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４８】
段落ＦＷ。中心柱が、１つ以上の共有された気体、液体、電力、データ、または電気ラインを含む、段落Ａ〜ＦＶのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３４９】
段落ＦＸ。フォトバイオリアクタ制御システムが、１つ以上の追加のフォトバイオリアクタの付加的なフォトバイオリアクタ制御システム（複数可）と動作可能に通信している、段落Ａ〜ＦＷのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５０】
段落ＦＹ。１つ以上の追加のフォトバイオリアクタと動作可能に通信する中心制御システムへの接続をさらに備える、段落Ａ〜ＦＸのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５１】
段落ＦＺ。２つ以上の接続されたフォトバイオリアクタおよびフォトバイオリアクタ制御システムが、実質的に分散されたネットワークを形成し、データが２つ以上のフォトバイオリアクタから集約され得る、段落Ａ〜ＦＹのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５２】
段落ＧＡ。中心制御システムが、伝統的な決定的な人工知能構造に基づいて動作するように実質的に構成され、その構造が、トップダウン人工知能アルゴリズムである、段落Ａ〜ＦＺのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５３】
段落ＧＢ。１つ以上のセンサと動作可能に通信する１つ以上の低電力コンピュータをさらに備える、段落Ａ〜ＧＡのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５４】
段落ＧＣ。低電力コンピュータが、１つ以上の接続されたフォトバイオリアクタからのデータに応答して、関連するフォトバイオリアクタの所定の機能を制御するように構成されている、段落Ａ〜ＧＢのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５５】
段落ＧＤ。中心制御システムが、状況付けまたは行動決定された人工知能構造体に基づき動作するように実質的に構成され、構造体が、フロッキングアルゴリズムなどのマルチヒューリスティックアルゴリズムである、段落Ａ〜ＧＣのいずれか１つに記載のフォトバイオリアクタ。
【０３５６】
特に明記しない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される、成分の量、分子量などの特性、反応条件などを表すすべての数字は、すべての場合において、「約」という用語により修飾されていると理解されるべきである。したがって、反対のことが示されない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、本開示によって得られることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限するつもりはなく、各数値パラメータは、報告された有効数字の数を考慮して、通常の丸め手法を適用することにより、少なくとも解釈されるべきである。
【０３５７】
本開示の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値ではあるが、特定の実施例で示される数値は可能な限り正確に報告されている。ただし、いずれの数値にも、それぞれの試験測定で見出された標準偏差から必然的に生じる特定の誤差が本質的に含まれている。
【０３５８】
本開示を説明する文脈で（特に、以下の特許請求の範囲で）使用される、用語「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および類似の指示語は、本明細書で別のことが示されない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を網羅すると解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、単に、その範囲内に入る個々の値それぞれを個別に参照する簡略表記法として機能することが意図される。本明細書で別のことが示されない限り、個々の値それぞれは、あたかもそれらが本明細書で個別に引用されているかのように、明細書に組み込まれる。本明細書で説明されるすべての方法は、本明細書で別のことが示されない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書で提供されるありとあらゆる実施例、または例示的な言い回し（例えば、「など」）の使用は、単に本開示をより明確にすることを意図しており、他に請求される本開示の範囲を限定するものではない。本明細書の文言は、本開示の実施に不可欠な特許請求されていない任意の要素を示すものと解釈されるべきではない。
【０３５９】
本明細書に開示された本開示の代替的な要素または実施形態の分類は、限定として解釈されるべきではない。各群のメンバーは、個別に、またはその群の他のメンバーまたは本明細書で見出される他の要素との任意の組み合わせで参照および請求することができる。利便性および／または特許性の理由から、群の１つ以上のメンバーをある群に含むことができること、またはある群から削除できることが予想される。そのようないずれの包含または削除が存在する場合、本明細書には、修正された群が含まれていると見なされ、したがって、添付の特許請求の範囲で使用されるすべてのマーカッシュ群の記述を満たす。
【０３６０】
本開示を実施するために発明者に知られている最良の形態を含む、本開示の特定の実施形態が、本明細書に記載されている。もちろん、これらの記載された実施形態の変形は、前述の説明を読めば、当業者に明らかになるであろう。本発明者は、当業者がそのような変形を適切に使用することを期待しており、本発明者らは、本明細書に具体的に記載されている以外の方法で本開示が実施されることを意図している。したがって、本開示には、適用法令で許可されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に列挙された主題のすべての修正形および同等物が含まれる。さらに、そのすべての可能な変形における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書で別のことが示されない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、本開示に包含される。
【０３６１】
本明細書で開示される特定の実施形態は、言語を使用する、言語からなる、または言語から本質的になる特許請求の範囲においてさらに限定され得る。特許請求の範囲で使用される場合、出願時、または補正時に追加されたかにかかわらず、移行用語「からなる」は、特許請求の範囲で特定されていない任意の要素、工程、または成分を排除する。移行用語「から本質的になる」は、特定の材料または工程、ならびに基本的および新規の特性（複数可）に実質的に影響を与えないものに特許請求の範囲を限定する。そのように請求される本開示の実施形態は、本明細書において本質的または明示的に説明され、実施可能となる。
【０３６２】
本明細書で開示される本開示の実施形態は、本開示の原理の例示であることを理解されたい。利用できる他の修正は、本開示の範囲内である。したがって、限定ではなく、例として、本開示の代替的な構成を本明細書の教示に従って利用することができる。したがって、本開示は、示され説明されたとおりのものに限定されない。
【０３６３】
本開示は、様々な特定の材料、手順、および実施例を参照して本明細書で説明および図示されてきたが、本開示は、その目的のために選択された材料および手順の特定の組み合わせに限定されないことが理解される。当業者によって理解されるように、そのような詳細について多数の変形が暗示され得る。本明細書および実施例は例示としてのみ考慮されることが意図されており、本開示の真の範囲および精神は、添付の特許請求の範囲によって示される。本出願で言及されるすべての参考文献、特許、および特許出願は、ＷＯ２０１３／１３８６９０Ａ１を含め、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2020530312.tif 000003
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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