管式光生物反应器
阅读：705发布：2023-02-16
专利汇可以提供管式光生物反应器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及管式光 生物 反应器 ，其具有截锥形的芯结构和一个或多个透明或半透明的软管，所述软管螺旋缠绕所述芯结构的外部和/或内部。所述管式光生物反应器的特征在于所述透明或半透明的软管具有至少两个腔，培养介质流经所述腔中的至少一个， 传热 介质 流经所述腔中的至少一个。，下面是管式光生物反应器专利的具体信息内容。
1.管式光生物反应器，其具有截锥形的芯结构和一个或多个透明或半透明的软管，所述软管螺旋缠绕所述芯结构的外部和/或内部，其特征在于所述透明或半透明的软管具有至少两个腔，培养介质流经所述腔中的至少一个，传热介质流经所述腔中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的管式光生物反应器，其特征在于所述截锥形的芯结构的是三维结构，其具有圆形或多边形底，并具有以倾斜角α向内倾斜的边。
3.根据权利要求1或2所述的管式光生物反应器，其特征在于所述透明或半透明的软管由外软管和同轴设置的内软管组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的管式光生物反应器，其特征在于所述透明或半透明的软管由玻璃或塑料制成。
5.根据权利要求1-3任一项所述的管式光生物反应器，其特征在于所述透明或半透明的软管由硅酮材料制成。
6.根据权利要求4所述的管式光生物反应器，其特征在于如果所述透明或半透明的软管不是由所述材料制成，则所述透明或半透明的软管涂覆有硅酮材料。
7.根据权利要求1-6任一项所述的管式光生物反应器，其特征在于将几个管式光生物反应器串联或并联连接在一起作为独立模块。
8.生产光养性生物的方法，其使用根据权利要求1-7任一项所述的管式光生物反应器。
9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于在由外软管和同轴设置的内软管组成的软管中，所述内软管填充有培养介质，所述外软管填充有传热介质。
10.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于在由外软管和同轴设置的内软管组成的软管中，所述内软管填充有传热介质，所述外软管填充有培养介质，其中任选地，所述含有传热介质的软管由不透明或非半透明的材料制成。
管式光生物反应器
[0002] 光生物反应器用于光养性生物如蓝细菌或微藻类(例如螺旋藻、小球藻、衣藻或红球藻)的大规模制备。该类型的微藻类能够将光能、CO2和水转化成生物质。第一代光生物反应器使用阳光作为光源。该反应器由各种设计的大型开放式罐单元，例如直径高达45m的圆形罐单元和旋转混合臂组成。这些反应器一般由混凝土或塑料制成。闭合式的生物反应器也以多种形式使用。闭合式生物反应器可以是平板式生物反应器、管状生物反应器(tube bioreactors)、(泡)塔式生物反应器或管式生物反应器。该类型反应器由透明或半透明的材料如玻璃或塑料制成。
[0003] 闭合式光生物反应器提供在受控条件下可进行生物质的生产，并可抑制培养基污染的优点。为了通过增大表面/体积比而提高进入培养基的光输入量，推荐管状或管式光生物反应器，其中为了减小空间要求，管件螺旋缠绕柱形框架。
[0004] WO 2007/129327A1描述了包括至少两个透明螺旋管的光生物反应器，各个透明螺旋管绕柱形支持框架，其中各个管部件通过它们的自由端连接在一起。所述管件优选由硅酮制成。通过管式发光元件使反应器发光，管式发光元件设置在各个螺旋管元件之间的环形间隙中。管系统的温度控制由设置在螺旋设置外部的换热器提供。其中存在的问题是由于外部设置的换热器和具有柱形-螺旋形几何形状的反应器的上部和下部中的不同照射强度，其温度条件不均一。EP 239272B1描述了具有竖芯结构的光生物反应器，该结构可以是柱形或以圆锥形式。透明管绕芯结构的外部螺旋缠绕。建议用聚乙烯作为管材料。建议将设置在螺旋结构外部的换热器用于温度控制。通过日照从外部进行照射。为了提高光强度，建议在该芯结构中向芯结构的内部提供反射涂层或安装人工光源。该设计的缺陷在于该柱形芯结构所具有的可变照射强度、以及外部换热器的不充分的温度控制。
[0005] GB 2205581A描述了具有柱形芯结构或以截锥形式的芯结构。一个或多个透明的塑料软管螺旋缠绕该芯结构的外部。可选地，一个软管还可螺旋设置在所述芯结构的内部，而一个软管设置在芯结构的外部。建议将透明塑料或玻璃作为软管材料。通过安装在该芯结构的内部和外部之间的阳光或人工光源进行照射。未描述用于培养介质的温度控制装置。WO 2008/097845A1描述了具有柱形芯结构的光生物反应器，其中由透明塑料制成的螺旋缠绕的软管绕该芯结构设置。通过安装在该芯结构内部的换热器提供温度控制。
[0006] DE 29707043U1描述的光生物反应器具有透明、填充有培养介质、围绕载架(carrying frame)的管式管道。为了提高光供应，在该载架内部设置光源，并在载架的上端设置聚光镜。为了冷却循环培养介质，建议在载架的基座上设置空气槽，用于内部空间的气候控制。US 5958761描述了用于培养藻类的柱形生物反应器，其由玻璃制成，并包括具有较大直径的外圆筒和具有较小直径的内玻璃圆筒。内圆筒中填充入藻类培养基，并装配有搅拌器。为了提高光输入量，外圆筒内填充入折射率适合内圆筒和外圆筒的几何比例的液体。该液体还可作为冷却剂。为了进一步提高光输入量，建议将玻璃圆筒放置在镜面抛物槽(mirrored parabolic trough)中。其缺点是在内圆筒中的流动条件不佳，需要安装复杂的搅拌单元。
[0007] 相对于这样的背景，问题是提供相对于上述现有技术，特征在于在整体反应器容积中尽可能均一的光输入量和温度控制的光生物反应器。
[0008] 本发明涉及具有截锥形的芯结构和一个或多个透明或半透明软管的管式光生物反应器，所述软管螺旋缠绕所述芯结构的外部和/或内部，其特征在于所述透明或半透明的软管具有至少两个腔，培养介质流经所述腔中的至少一个，传热介质流经所述腔中的至少一个。
[0009] 所述管式光生物反应器适于在水性介质中培养光养性大生物或微生物。光养性生物定义为需要光和二氧化碳，或任选的其他碳源用于生长的那些生物。光养性大生物的实例是大藻类、植物、苔藓、植物细胞培养物。光养性微生物的实例是光养性细菌如紫色细菌和包括蓝细菌在内的光养性微藻类。所述管式光生物反应器优选用于培养光养性微生物，特别优选用于培养光养性微藻类。除了水和大生物或微生物之外，合适的培养介质优选还含有营养盐和/或促进生长或产物形成的物质，任选的有机或无机碳源，例如碳酸氢盐或碳酸氢钠。所述培养介质还可任选地按照pH进行缓冲。
[0010] 优选将水用作所述传热介质。
[0011] 图1中显示了所述管式光生物反应器的基本结构。其芯结构的形状是截锥，所述截锥在基底处具有直径Dmax，在高度为H的上部处直径为Dmin、并且倾斜角为α。截锥形的芯结构应理解为具有圆形或多边形底，并具有以倾斜角α向内倾斜的边的三维结构。在圆底的情况中，可以是圆形或椭圆形。多边形底包括任意的多边形如四边形或八边形。该芯结构还可衍生自理想的平截头体，使得随高度增大，所述边越向内倾斜，产生“圆顶状”芯结构或“扭结的截锥(kinked truncated cone)”。所有上述实施方案包括在术语“截锥形的芯结构”中。
[0013] 所述芯结构还可具有多孔表面。任何材料如木材、塑料或金属可用于支持结构。例如，它可由金属或塑料框架(trellis)构成。所述芯结构优选由任选具有相应的金属互连件的金属支持体构成。该金属优选是钢或轻金属如铝。
[0014] 对于所述截锥形的芯结构的尺寸，需考虑多项因素。应该为了最佳的采光而设计倾斜角α。可选择根据安装位置和总年采光率而优化的固定角。所述截锥形的芯结构还可以倾斜角α可变的方式构成，例如利用伸缩杆作为金属支持体。在扭结的截锥的情况中，在截锥上部的倾斜角α可选择为比底部更小。倾斜角α越大，所述管式光生物反应器所需的面积越小。但是，随着倾斜角α的增大，阴影也增大。根据太阳能电池板的数据，在中部欧洲纬度处，用于利用太阳能的最佳总年化倾斜角为约30°-50°。由此，倾斜角α一般为20°至＜90°，优选为20°-70°，特别优选为30°-50°。
[0015] Dmax和Dmin原则上可任意选择。对于工业应用，直径Dmax通常为0.9m-5m，优选为2m-3.5m。在工业应用中，Dmax/Dmin比通常为2-5，优选为2.5-4。截锥形芯结构的高度通常为0.5m-5m，优选为0.5m-3m。
[0016] 所述透明或半透明软管呈螺旋缠绕。优选地，所述软管仅缠绕在截锥形芯结构的外部。所述软管优选以增大的角度缠绕在所述芯结构上，所述倾斜角取决于所述芯结构的尺寸。软管缠绕体(hose winding)可由仅一个连续软管构成。还可将几个软管模块(module)连接在一起以形成连续软管。软管缠绕体还可由几个不连接在一起的软管组成。由几个软管构成的软管缠绕体的优点在于便于去除培养过程中形成的氧气。
[0017] 距离S，即两个叠置软管段的横截面中心之间的距离以缠绕体之间的距离计≥2r，其中r是软管横截面的半径。为了改善进入软管中的光输入，所述缠绕体还可以是间隔开的。由此，距离S优选为2r≤S≤4r。
[0018] 所述透明软管包括两个或更多个腔，所述培养介质流经所述腔中的至少一个，并且传热介质流经所述腔中的至少一个。所述软管可具有多边形或圆形横截面。优选的，所述软管具有圆形或椭圆型横截面。例如通过安装网可将所述软管分为两个或更多个腔。例如，可使用通过径向设置的网分为两个腔的软管。还可使用含有一个或多个内软管的软管，在各种情况下其可任选地通过网连接至外软管。但是，还可随后进行一个步骤，使得在较大直径的外软管中插入一个或多个较小直径的软管。优选由外软管和同轴设置的内软管构成软管。特别优选含有同轴设置的内软管2的软管1(双软管)，软管2通过网3连接至外软管4；如图2所述的双软管，其中所显示的尺寸仅是原理性的。
[0019] 软管尺寸取决于截锥形芯结构的尺寸。芯结构的尺寸越大，软管越长。软管直径也取决于截锥形芯结构的尺寸。芯结构的直径越小，软管的弯曲半径越小。由此应设定软管直径的尺寸，使得可绕截锥形芯结构螺旋缠绕而不使软管扭结。
[0020] 软管长度可长达数百米，优选50m-100m。如果软管缠绕体的长度大于100m，软管缠绕体优选由几个软管构成，各软管优选的长度为50-100m。软管的壁厚或将软管内部空间分为不同腔的网的壁厚、以及任选的内软管的壁厚取决于软管的尺寸设定。其壁厚通常为1-10m，优选为2-5m。软管直径通常不大于200mm，优选为5-100mm。在一个或多个内软管的实施方案中，相应地将它们的直径尺寸设定为更小。
[0021] 所述软管至少部分，优选完全地由透明或半透明材料构成。透明材料应理解为允许400nm-1000nm的光谱范围中的至少80％的光通过的那些材料。半透明材料应理解为允许400nm-1000nm的光谱范围中的至少50％的光通过的那些材料。优选透明材料。
[0022] 重要的是，设置在培养介质和用于照射培养介质的一个或多个光源之间的那些软管区域由透明/半透明材料构成。如果培养介质处于外软管中，并且换热介质处于内段或软管中(在各种情况下换热介质被培养介质包围)，含有换热介质的软管或含有换热介质的软管段可由非透明或非半透明的材料构成。
[0023] 合适的材料是玻璃和塑料，例如均聚或共聚物如聚甲基丙烯酸甲酯(Plexiglas)、聚酯如PET、聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或硅酮材料如硅酮或硅酮与有机共聚物片段的共聚物。
[0024] 对于与培养介质接触的软管的组件，优选是硅酮材料如硅酮或硅酮和有机共聚物片段的共聚物。如果它们不由这些材料构成，还可使用下述步骤：用硅酮材料如硅酮或硅酮与有机共聚物片段的共聚物涂覆与培养介质接触的软管的组件。
[0025] 特别优选地，所述软管由透明或半透明的硅酮材料构成。
[0027] 加成-交联的硅酮橡胶体系含有
[0028] a)有机硅化合物，其残基具有脂族碳-碳多键，
[0029] b)任选的有机硅化合物，其具有Si键合的氢原子，或者替代a)和b)[0030] c)有机硅化合物，其残基具有脂族碳-碳多键和Si键合的氢原子，[0031] d)催化剂，其促进Si键合的氢原子加成至脂族多键，和
[0032] e)任选的试剂，其延缓室温下Si键合的氢原子加成至脂族多键。
[0033] 随温度升高而交联的固体硅酮橡胶(HTV)是特别优选的加成-交联的硅酮橡胶。
[0034] 加成-交联的HTV硅酮橡胶是在铂催化剂的存在下，通过烯键不饱和基(优选乙烯基)多取代的有机聚硅氧烷与Si-H基多取代的有机聚硅氧烷的交联而得到的。
[0035] 加成-交联的HTV-2硅酮橡胶组分之一优选由结构为R3SiO[-SiR2O]n-SiR3的二烷基聚硅氧烷构成，其中n≥0，通常烷基残基R具有1-4个碳原子，其中所述烷基残基可全部或部分地被芳基残基如苯基残基取代，在其一端或两端，端残基R之一被可聚合基团如乙烯基取代。但是，还可使用具有侧基或乙烯基侧基或乙烯基端基的聚合物。优选使用结构为CH2＝CH2-R2SiO[-SiR2O]n-SiR2-CH2＝CH2的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、以及所述还带有乙烯基侧基的所述结构的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。在加成-交联的HTV硅酮橡胶的情况中，第二组分是二烷基聚硅氧烷和聚烷基氢硅氧烷的共聚物，所述聚烷基氢硅氧烷的通式为R′3SiO[-SiR2O]n-[SiHRO]m-SiR′3，并且m≥0，n≥0，并且R具有以上给出的含义，其前提是必须存在至少两个SiH基，其中R′可表示H或R。由此，存在具有SiH基的侧基和端基的交联剂，而R′＝H，仅具有SiH端基的硅氧烷仍用于链伸长。铂催化剂用作交联催化剂。HTV硅酮橡胶还加工为单组分体系。
[0036] 硅酮杂化聚合物(Silicone hybrid polymers)也是合适的材料。硅酮杂化聚合物是有机聚合物嵌段如聚氨酯、聚脲或聚乙烯基酯和硅酮嵌段的共聚物或接枝共聚物，通常基于如上详述的聚二烷基硅氧烷。例如，EP 1412416B1和EP 1489129B1中描述热塑性硅酮杂化聚合物，它们的相关公开也是本发明的主题。该类硅酮杂化聚合物被称为热塑性硅酮弹性体(TPSEs)。如WO 2006/058656所述，(缩合-或辐射-)可聚合的硅酮杂化材料也是合适的材料，其相关公开也是本申请的主题。
[0037] 例如Winnacker/Küchler，[Chemische Technik：Prozesse und Produkte，Band5：Organische Zwischenverbindungen，Polymere][Chemical Engineering：Processes and Products，Vol.5：Organic Intermediates，Polymers]，pp.1095-1213，Wiley-VCH Weinheim(2005)中给出了硅酮、它们的化学性质、配制和应用性质的详细综述。
[0038] 所述硅酮软管的表面形态对于抑制或防止微生物的污染也是重要的。从其表面与水的接触角确定其表面形态。优选接触角在100°-120°之间的表面，特别优选接触角在100°-115°之间的表面，并且最特别优选接触角在100°-113°之间的表面。通过选择硅酮材料调整接触角。优选不使用其他用于增大接触角的方法，例如使表面粗糙化(模拟所谓莲花效应)。这样的粗糙化实际上可能干扰所述光养性微生物的培养。所述硅酮软管与水的表面接触角可通过本领域技术人员已知的方法，例如按照DIN 55660-2，使用用于测定接触角的市售测量仪器，例如可得自Krüss公司的接触角测量系统进行测量。
[0039] 任选地，所述加成-交联的硅酮可含有用于促进粘合的常规添加剂或用于改善机械性质的填充剂或纤维材料。这些添加剂优选以使硅酮模制件保持透明或半透明的最大量使用。还可添加光导引添加剂和光波偏移添加剂。
[0040] 优选地，硅酮材料还用于涂覆与培养介质接触的软管组件，特别是如果该组件不是由所述硅酮材料制成的。
[0041] 除了已提及用于生产软管的硅酮材料之外，优选作为涂覆剂的硅酮材料是通过甚至在室温下缩合而交联的硅酮橡胶和室温加成-交联的硅酮橡胶和硅酮树脂和硅酮凝胶。
[0042] 适于作为涂覆剂，并且通过缩合在室温下交联的硅酮橡胶是室温交联的单组分体系即所谓的RTV-1硅酮橡胶。RTV-1硅酮橡胶是具有可缩合端基的有机聚硅氧烷，其在室温下通过缩合，在催化剂存在下交联。最常用的是结构为R3SiO[-SiR2O]n-SiR3的二烷基聚硅氧烷，其链长n＞2。烷基残基R可以是相同或不同的，并且通常具有1-4个碳原子，并可任选被取代。烷基残基R还可部分被任选取代的其他残基，优选芳基残基取代，并且其中烷基(芳基)R还可部分地与可缩合交联的基团，例如醇残基(烷氧基体系)、乙酸酯残基(乙酸体系)、胺残基(胺体系)或肟残基(肟体系)交换。通过合适的催化剂，例如锡或钛催化剂催化所述交联。
[0043] 适于作为涂覆剂的室温缩合-交联的硅酮橡胶还可以是室温交联的两组分体系即所谓的RTV-2硅酮橡胶。RTV-2硅酮橡胶是在硅酸酯的存在下，通过被羟基多取代的有机聚硅氧烷的缩合交联而得到的。还可将具有烷氧基(烷氧基体系)、肟基(肟体系)、氨基(胺体系)或乙酸酯基(乙酸体系)的烷基硅烷用作交联剂，其在合适的缩合催化剂，例如锡或钛催化剂的存在下与羟基封端的聚二烷基硅氧烷交联。
[0044] 在RTV-1和RTV-2硅酮橡胶中含有的聚二烷基硅氧烷的实例是结构为(OH)R2SiO[-SiR2O]n-SiR2(OH)，链长n＞2的那些，其中烷基残基R可以是相同或不同的，通常具有1-4个碳原子，并且任选可被取代。烷基残基R还可部分地被任选取代的其他残基，优选芳基残基所取代。优选地，所述聚二烷基硅氧烷含有端OH基，其在室温下与烷基硅烷/锡(钛)催化剂体系的硅酸酯进行交联。
[0045] RTV-1和RTV-2硅酮橡胶中含有的具有可水解基的烷基硅烷的实例是式RaSi(OX)4-a，a＝1-3(优选为1)，并且X表示R″(烷氧基体系)、C(O)R″(乙酸体系)、N＝CR″2(肟体系)或NR″2(胺体系)的那些，其中R″表示碳原子数为1-6的单价烃残基。
[0046] 适于作为涂覆剂，并在室温下加成-交联的硅酮橡胶是室温交联的单组分体系，即所谓的加成-交联RTV-1硅酮橡胶、室温交联的两组分体系，即所谓的加成-交联RTV-2硅酮橡胶，或室温交联的多组分体系。所述交联反应可以阳离子引发，利用合适的催化剂引发、或以自由基引发、通过过氧化物引发，或通过辐射，特别是UV辐射引发，或以热引发。
[0047] 加成-交联的RTV-2硅酮橡胶是在铂催化剂的存在下，通过Pt催化剂催化而使烯键不饱和基(优选乙烯基)多取代的有机聚硅氧烷与Si-H多取代的有机聚硅氧烷交联而得到。
[0048] 优选地，所述组分之一由二烷基聚硅氧烷构成，其结构为R3SiO[-SiR2O]n-SiR3，其中n≥0，通常在烷基残基中具有1-4个碳原子，其中烷基残基可全部或部分地被芳基残基如苯基残基取代，并且在一个或两个链端上，端残基R之一被可聚合基团如乙烯基取代。在所述硅烷链中的残基R与端基中的残基R一起还可部分被可聚合基团取代。优选使用结构为CH2＝CH2-R2SiO[-SiR2O]n-SiR2-CH2＝CH2的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。
[0049] 所述第二组分含有Si-H官能的交联剂。常规使用的聚烷基氢硅氧烷是二烷基聚硅氧烷和聚烷基氢硅氧烷的共聚物，所述聚烷基氢硅氧烷的通式为R′3SiO[-SiR2O]n-[SiHRO]m-SiR′3，其中m≥0，n≥0，其前提是必须存在至少两个SiH基，其中R′可表示H或R。由此存在具有SiH的侧基和端基的交联剂，而R′＝H，仅具有端SiH基的硅氧烷还可用于链伸长。还含有少量的有机铂化合物作为交联剂。
[0050] 此外，特殊的硅酮橡胶目前已可商购，其中所述特殊的铂络合物或铂/抑制剂体系以热和/或光化学活化，并由此催化所述交联反应。
[0051] 硅酮树脂也是制备透明或半透明涂层的合适材料。通常，硅酮树脂含有通式为Rb(RO)cSiO(4-b-c)/2的单元，其中b等于0、1、2或3，c等于0、1、2或3，其前提是b+c≤3，并且R表示以上给出的含义，所述硅酮树脂形成高度交联的有机硅网络。硅酮树脂可用作无溶剂、含溶剂或水性体系。此外，还可使用官能化硅酮树脂，如用环氧基或胺基官能化的硅酮树脂。
[0052] 硅酮凝胶也是用于制备透明或半透明涂层的合适材料。从两种可流延的组分制备硅酮凝胶，其在催化剂存在下，在室温下交联。所述组分之一通常由二烷基聚硅氧烷构成，其结构为R3SiO[-SiR2O]n-SiR3，其中n≥0，通常在烷基残基中具有1-4个碳原子，其中烷基残基可全部或部分地被芳基残基如苯基残基取代，并且在其一端或两端处，端残基R中的一个被可聚合基团如乙烯基取代。硅氧烷链中的残基R与端基中的残基R一起还可部分地被可聚合基团取代。优选使用结构为CH2＝CH2-R2SiO[-SiR2O]n-SiR2-CH2＝CH2的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。
[0053] 所述第二组分含有Si-H官能的交联剂。常规使用的聚烷基氢硅氧烷是二烷基聚硅氧烷和聚烷基氢硅氧烷的共聚物，所述聚烷基氢硅氧烷的通式为R′3SiO[-SiR2O]n-[SiHRO]m-SiR′3，其中m≥0，n≥0，并且其前提是必须存在至少两个SiH基，其中R′可表示H或R。由此存在具有SiH的侧基和端基的交联剂，而R′＝H，仅具有端SiH基的硅氧烷还可用于链伸长。含有少量的有机铂化合物作为交联剂。将所述组分混合引发交联反应，并形成凝胶。该交联反应可通过热作用和/或通过电磁辐射，优选UV辐射而加速。
[0054] 例如Winnacker/Küchler，[Chemische Technik：Prozesse und Produkte，Band5：Organische Zwischenverbindungen，Polymere][Chemical Engineering：Processes and Products，Vol.5：Organic Intermediates，Polymers]，pp.1095-1213，Wiley-VCH Weinheim(2005)中给出了硅酮、它们的化学性质、配制和应用性质的详细综述。
[0055] 在优选的实施方案中，所述软管材料可含有常规添加剂，如用于改善机械性质的填充剂或纤维材料。这些添加剂优选以使所述软管材料保持透明或半透明的最大量使用。还可添加光导引添加剂和光波偏移添加剂。
[0056] 可使用已有的用于模制件制备的塑料加工技术进行制造。特别地，在硅酮的情况中，通过用于模制热塑性硅酮(热塑性注塑)的挤出或注塑、弹性体硅酮(弹性体注塑)或热固性硅酮(热固性注塑)。但还可使用组合方法，如挤注(exjection)。
[0057] 对于涂覆，所述硅酮可以液体形式或作为纯物质、作为溶液或水性乳液进行涂覆。用于涂层涂覆的液体粘度优选为10mPas-300000mPas。可通过常规技术，优选刷涂、喷涂、浸涂、刀涂、流延进行涂覆。特别优选浸涂和喷涂。但是，可将其他方法如海绵涂覆、旋涂、挤出或十字头挤出(crosshead extrusion)用于涂覆管件，并且对于平面，还可使用通过辊涂、辊机涂覆或舐液辊(lick-roll)的方法的涂覆。
[0058] 涂层的厚度通常为10nm-1000μm，优选为1μm-100μm。任选地，可将待涂覆的反应器部件进行预处理以改善硅酮的粘性，例如通过电晕处理。任选地，所述硅酮可含有用于促进粘合的常规添加剂或用于改善机械性质的填充剂。这些添加剂优选以使硅酮涂层保持透明或半透明的最大量使用。
[0059] 通常使用阳光照射，其可任选由人工光(人工光源)补充。含有LEDs的发光体优选用于人工照射。但是其他人工光源也是合适的，例如荧光灯、氖灯、金属蒸气灯、惰性气体灯、卤素灯、硫等离子体等。在使用人工光源照射的情况中，可利用具有限定波长、限定强度的光源，并任选通过脉冲光源优化培养条件。用于人工照射的装置优选安装在芯结构的内部，但还可安装在软管缠绕体之间。还可设想将人工光源，例如LED链形式的人工光源安装或加入一个或多个所述管式光生物反应器的软管腔中。
[0060] 在各情况中，在软管端处，各腔与中心单元连接，使培养介质回路和传热介质回路闭合。该中心单元还可以是具有至少两个腔的软管，其与用于缠绕芯结构的软管相似。优选地，含有传热介质的软管段与设置在芯结构内部或芯结构的外部的竖直中心管件相连，中心管件使用于传热介质的回路闭合。含有培养介质的软管段还优选与设置在芯结构内部或芯结构的外部的竖直中心管件连接，中心管件使用于培养介质的回路闭合。
[0061] 优选的过程是在由外软管和同轴设置的内软管组成的软管中，内软管填充有培养介质，而外软管填充有传热介质。
[0062] 含有光养性生物的培养介质通常从储槽进料至相应的一个或多个软管的腔中。进料可以是机械性的，利用泵，均匀或脉冲输送。在软管中，还可通过气升即利用空气或利用空气/CO2混合物或氮气作为载气，同时向培养介质提供CO2供气而进行培养介质的进料。但是，通过混合系统或在泵入口，CO2或含CO2的气体的供气还可以是单独且脉冲式的，并由此用于调节培养介质中的pH。
[0063] 在使用气升操作的情况中，当对管式光学生物反应器设定尺寸时应考虑流体动力学条件。原则上，可在两个不同的实施方案中进行气升操作。将螺旋缠绕的软管充气，并作为“升流管”，而将中心管件作为“降流管”。反之，可将中心管件充气，并将螺旋缠绕的软管作为“降流管”。在两种设置中，在所述管式光生物反应器的上端应安装脱气装置用于活性气体交换。
[0064] 培养介质的进料可以任何方式(从侧面、上部或底部)进行。优选地，如果缠绕几个独立的软管，则在螺旋缠绕的软管或螺旋缠绕的软管端的底端进料。培养介质从软管进料至竖直的中心管，并以合适的培养介质悬浮密度，在其底部管段取出。例如通过离心、过滤或沉降，在分离器单元中分离经培养的生物。
[0065] 可在螺旋缠绕的软管或螺旋缠绕的软管段的上端或底端将传热介质导入相应的腔中。输送优选通过泵气动进行，对培养介质呈共流或逆流。传热介质的回路可任选包括用于调节传热介质温度的换热单元。传热介质的温度主要取决于环境温度，并可相应调节。
[0066] 所述管式光生物反应器的运行优选使用自动化技术进行。这包括自动化监控和特定过程参数如流速、温度、气流交换、液体交联、密度或粘度、培养介质的盐含量、任选地在人工照射情况中的光(强度、波长、亮/暗循环、临时调节/变化)的调节。
[0067] 还可将几个管式光生物反应器连接在一起作为串联或并联的独立模块。图3中显示了其简略图。两个管式光生物反应器5相邻串联设置，并通过两个储槽6供料。通过共用泵单元7排出培养介质。在分离器单元8中从培养介质中分离出光养性生物。
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