УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ФОТОСИНТЕЗА С МИКРОФЛЮИДНОЙ КАМЕРОЙ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ФОТОСИНТЕЗА В УКАЗАННОЙ КАМЕРЕ И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ФОТОСИНТЕЗА Российский патент 2018 года по МПК C12P19/02 C12M3/06 G09B23/38 

1. Область техники

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к фотосинтезу, в частности к устройству для осуществления фотосинтеза с микрофлюидной камерой и к способу осуществления фотосинтеза в микрофлюидной камере.

2. Уровень техники

[0002] Повышение концентрации так называемых парниковых газов (таких, как углекислый газ (СО₂), метан (СН₄) и оксид диазота (N₂O)) вследствие деятельности человека и промышленности приводит к повышению глобальной температуры, что в свою очередь приводит к росту эвапотранспирации, в результате чего изменяются система температурного баланса и распределение осадков. Указанная ситуация приводит к выпадению осадков и наводнениям в областях, ранее испытывавших засуху. В контексте выращивания продовольственных сельскохозяйственных культур, меняется не только температурный режим, но и вегетационный период; культуры, нуждающиеся во влаге, не получают достаточное ее количество и/или наоборот, что приводит к значительному снижению глобального урожая сельскохозяйственных культур.

[0003] Помимо климатических изменений, деятельность человека также приводит к кризису водоснабжения и нехватке продовольствия. Согласно проведенной ООН оценке глобальных земельных ресурсов, почти четверть мировых сельскохозяйственных угодий в значительной степени задета или разрушена в результате указанного воздействия, но численность населения Земли продолжает расти. Для обеспечения продовольствием всего населения Земли по крайней мере к 2050 г. будет необходимо увеличить сельскохозяйственное производство на 70%; в противном случае в ближайшем будущем в мире будет преобладать голод.

[0004] Таким образом, надлежащее решение существующих проблем заключается в решении проблем нехватки продовольствия и эффективного сокращения выбросов парниковых газов.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Основная задача настоящего изобретения заключается в обеспечении устройства для осуществления фотосинтеза с микрофлюидной камерой для осуществления фотосинтеза в микрофлюидной камере. Устройство для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению содержит основной корпус, задающий микрофлюидную камеру 100 для осуществления в ней фотосинтеза, и источник света, причем микрофлюидная камера содержит: по меньшей мере одну камеру сообщения, множество микроканалов, сообщающихся соответственно через пространство с камерой сообщения, по меньшей мере один вводный микротракт, сообщающийся через пространство с камерой сообщения, и множество фильтровальных заглушек, соединенных через пространство с микроканалами, соответственно, и с вводным микротрактом на его свободных концах для фильтрации обратного потока текучей среды в микроканалах и в вводном микротракте. Источник света непрерывно облучает меньшей мере одну камеру сообщения, множество микроканалов и вводный микротракт. Фотосинтез обеспечен в результате ввода хлоропластов и физиологического раствора в меньшей мере одну камеру сообщения, множество микроканалов и вводный микротракт.

[0006] В настоящем изобретении физиологический раствор непрерывно вводят в меньшей мере одну камеру сообщения, множество микроканалов и вводный микротракт, причем фильтровальные заглушки препятствуют вытеканию хлоропластов.

[0007] В данном примере реализации микроканалы и вводный микротракт выполнены с возможностью поворота относительно камеры сообщения.

[0008] Устройство для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению также содержит дополнительную камеру сообщения и связующий микроканал, обеспечивающий соединение через пространство между дополнительной камерой сообщения и камерой сообщения. Предпочтительно, связующий микроканал выполнен с возможностью поворота относительно дополнительной камеры сообщения и камеры сообщения.

[0009] Другая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении способа осуществления фотосинтеза посредством устройства для осуществления фотосинтеза. Соответственно, способ включает этапы: ввода хлоропластов и физиологического раствора в микроканал; непрерывного ввода хлоропластов и физиологического раствора в указанный микроканал; и одновременного облучения микроканала для осуществления фотосинтеза внутри микроканала; причем устройство для осуществления фотосинтеза содержит основной корпус, задающий микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза, а микрофлюидная камера содержит камеру сообщения, множество микроканалов, сообщающихся соответственно через пространство с камерой сообщения, по меньшей мере один вводный микротракт, сообщающийся через пространство с камерой сообщения, и множество фильтровальных заглушек, соединенных через пространство с микроканалами, соответственно, и с вводным микротрактом на его свободных концах для фильтрации обратного потока текучей среды в микроканалах и в вводном микротракте.

[0010] Устройство для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению также содержит дополнительную камеру сообщения и связующий микроканал, обеспечивающий соединение через пространство между дополнительной камерой сообщения и камерой сообщения. Предпочтительно, связующий микроканал выполнен с возможностью поворота относительно дополнительной камеры сообщения и камеры сообщения.

[0011] Кроме того, микроканалы и вводный микротракт выполнены с возможностью поворота относительно камеры сообщения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Настоящее изобретение будет понятно специалисту при рассмотрении нижеследующего подробного описания предпочтительного примера реализации изобретения со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых:

[0013] На фиг. 1 показана схематичная диаграмма, иллюстрирующая первый пример реализации устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению;

[0014] на фиг. 2 показана схематичная диаграмма, иллюстрирующая второй пример реализации устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению;

[0015] на фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая этапы способа осуществления фотосинтеза посредством устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению; и

[0016] на фиг. 4 показан график, иллюстрирующий взаимоотношение между количеством глюкозы и временем осуществления фотосинтеза в соответствии со способом осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Сопутствующие чертежи приведены для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения, включены в настоящее описание и являются его частью. На чертежах показаны примеры реализации изобретения; чертежи вкупе с описанием использованы для раскрытия принципов настоящего изобретения.

[0018] На фиг. 1 показана схематичная диаграмма, иллюстрирующая первый пример реализации устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению. Устройство для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению содержит основной корпус 100 и источник 105 света. Основной корпус 100 задает микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза и предпочтительно имеет размеры в 3,5 см × 3,5 см × 0,7 см, но размеры основного корпуса не ограничены приведенными значениями. Микрофлюидная камера содержит по меньшей мере одну камеру 101 сообщения, множество микроканалов 102, сообщающихся соответственно через пространство с камерой 101 сообщения, по меньшей мере один вводный микротракт 103, сообщающийся через пространство с камерой 101 сообщения, и множество фильтровальных заглушек 104, соединенных через пространство с микроканалами 102, соответственно, и с вводным микротрактом 103 на его свободных концах с целью фильтрации обратного потока текучей среды во вспомогательных микроканалах 102 и в вводном микротракте 103. Источник 105 света выполнен с возможностью облучения камеры 101 сообщения, множества микроканалов 102 и вводного микротракта 103. В данном примере реализации камера 101 сообщения, микроканалы 102 и вводный микротракт 103 изготовлены из прозрачного материала, такого как стекло. Камера 101 сообщения имеет круглое поперечное сечение и диаметр 2 см, но размер камеры сообщения не ограничен указанным значением. Каждый из микроканалов 102 и вводный микротракт 103 имеют первый конец, сообщающийся через пространство с камерой 101 сообщения, а вторые концы микроканалов 102 и вводного микротракта 103 снабжены фильтровальными заглушками 104, соответственно, в результате чего фотосинтез осуществляют после ввода хлоропластов и физиологического раствора в камеру 101 сообщения, микроканалы 102 и вводный микротракт 103. Предпочтительно, микроканалы 102 и вводный микротракт 103 выполнены с возможностью поворота относительно камеры 101 сообщения для равномерного распределения хлоропластов 106 по каналам и вводному тракту с целью обеспечения эффективного фотосинтеза. Могут быть использованы любые средства связи при условии обеспечения поворота микроканалов 102 и вводного микротракта 103 относительно камеры 101 сообщения.

[0019] В данном примере реализации физиологический раствор непрерывно вводят в камеру 101 сообщения и в микроканалы 102 посредством вводного микротракта 103, а фильтровальные заглушки 104 препятствуют вытеканию хлоропластов. В указанных условиях хлоропласты равномерно распределены по физиологическому раствору с целью обеспечения эффективного фотосинтеза.

[0020] На фиг. 2 показана схематичная диаграмма, иллюстрирующая второй пример реализации устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению.

[0021] Второй пример реализации по своей структуре по существу идентичен первому примеру реализации за исключением того, что второй пример реализации устройства для осуществления фотосинтеза также содержит дополнительную камеру 201 сообщения и связующий микроканал 207, обеспечивающий соединение через пространство между дополнительной камерой 201 сообщения и камерой 201 сообщения. Предпочтительно, связующий микроканал 207 выполнен с возможностью поворота относительно дополнительной камеры 201 сообщения и камеры 201 сообщения для равномерного распределения хлоропластов 206 внутри связующего микроканала 207 с целью обеспечения эффективного фотосинтеза при непрерывном вводе хлоропластов и физиологического раствора посредством вводного микротракта 203. Вследствие того, что установка и функции фильтровальных заглушек 204 идентичны описанным в первом примере реализации, их подробное описание в целях краткости опущено. Важно отметить, что во втором примере реализации использован лишь один вводный микротракт 203, но изобретение не ограничено указанным числом микротрактов.

[0022] На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая этапы способа осуществления фотосинтеза посредством устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению.

[0023] Обеспечен способ осуществления фотосинтеза посредством устройства для осуществления фотосинтеза, в котором устройство для осуществления фотосинтеза содержит основной корпус, задающий микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза. Соответственно, способ включает этапы: (S31) ввода хлоропластов и физиологического раствора в микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза, а микрофлюидная камера содержит камеру 201 сообщения, множество микроканалов 202, сообщающихся соответственно через пространство с камерой 201 сообщения, по меньшей мере один вводный микротракт 203, сообщающийся через пространство с камерой 201 сообщения, и множество фильтровальных заглушек 204, соединенных через пространство с микроканалами 202, соответственно, и с вводным микротрактом 203 на его свободных концах с целью фильтрации обратного потока текучей среды в микроканалах 202 и в вводном микротракте 203. Предпочтительно, микроканалы 102 и вводный микротракт 103 выполнены с возможностью поворота относительно камеры 101 сообщения. На этапе S32 хлоропласты и физиологический раствор непрерывно вводят посредством вводного микротракта. На этапе S33 один из микроканалов облучают посредством источника света (такого как солнечный свет) с целью осуществления фотосинтеза внутри микроканала.

[0024] На фиг. 4 показан график, иллюстрирующий взаимоотношение между количеством глюкозы и временем осуществления фотосинтеза в соответствии со способом осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению.

[0025] Согласно фиг. 1, физиологический раствор непрерывно вводят в камеру 101 сообщения и в микроканалы 102 посредством вводного микротракта 103 с целью осуществления в них фотосинтеза, а после осуществления реакции глюкоза вытекает из фильтровальных заглушек 104. Согласно фиг. 4, после одного часа фотосинтеза получено 0,25 г/мл глюкозы. После двух часов фотосинтеза получено 0,5 г/мл глюкозы, а после 6 часов фотосинтеза получено 2,0 г/мл глюкозы.

[0026] Один из важных аспектов заключается в том, что фотосинтез осуществляют не в фотосинтезирующем растении, а в микрофлюидной камере по настоящему изобретению, при условии наличия возможности извлечения хлоропластов из растений и их использования в устройстве для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению с целью образования глюкозы на основании совокупности воды и солнечного света. Другими словами, выбросы углекислого газа могут быть сокращены при применении устройства для осуществления фотосинтеза по настоящему изобретению.

[0027] Несмотря на то, что настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на предпочтительные примеры реализации изобретения, специалисту будет очевидно, что в изобретение могут быть внесен ряд модификаций и изменений, не выходящих за рамки объема настоящего изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложены устройство и способ осуществления фотосинтеза. Устройство содержит задающий микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза основной корпус. Микрофлюидная камера включает камеру сообщения, множество микроканалов, вводный микротракт, множество фильтровальных заглушек для фильтрации обратного потока текучей среды, а также источник света для облучения. Причем устройство выполнено с возможностью вызывать фотосинтез посредством ввода хлоропластов и физиологического раствора, а указанные фильтровальные заглушки выполнены с возможностью предотвращения вытекания хлоропластов. Способ включает непрерывный ввод хлоропластов и физиологического раствора в микроканал посредством вводного микротракта и одновременное облучение микроканала для осуществления фотосинтеза внутри микроканала. Изобретения обеспечивают сокращение выброса углекислого газа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для осуществления фотосинтеза, содержащее:

основной корпус, задающий микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза, причем микрофлюидная камера содержит: по меньшей мере одну камеру сообщения,

множество микроканалов, сообщающихся соответственно через пространство с камерой сообщения,

по меньшей мере один вводный микротракт, сообщающийся через пространство с камерой сообщения, и

множество фильтровальных заглушек, соединенных через пространство с микроканалами, соответственно, и с вводным микротрактом на его свободных концах для фильтрации обратного потока текучей среды в микроканалах и в вводном микротракте; и источник света для облучения по меньшей мере одной камеры сообщения, множества микроканалов и вводного микротракта;

причем устройство выполнено с возможностью вызывать фотосинтез посредством ввода хлоропластов и физиологического раствора в по меньшей мере одну камеру сообщения, множество микроканалов и вводный микротракт, и устройство выполнено с возможностью обеспечения непрерывного введения физиологического раствора по меньшей мере в одну камеру сообщения, множество микроканалов и вводный микротракт, а указанные фильтровальные заглушки выполнены с возможностью предотвращения вытекания хлоропластов.

2. Устройство по п. 1, в котором микроканалы и вводный микротракт выполнены с возможностью поворота относительно камеры сообщения.

3. Устройство по п. 1, также содержащее дополнительную камеру сообщения и связующий микроканал, обеспечивающий соединение через пространство между дополнительной камерой сообщения и камерой сообщения.

4. Устройство по п. 3, в котором связующий микроканал выполнен с возможностью поворота относительно дополнительной камеры сообщения и камеры сообщения.

5. Способ осуществления фотосинтеза посредством устройства для осуществления фотосинтеза, включающий этапы:

непрерывного ввода хлоропластов и физиологического раствора в микроканал посредством по меньшей мере одного вводного микротракта и

одновременного облучения микроканала для осуществления фотосинтеза внутри микроканала;

причем устройство содержит основной корпус, задающий микрофлюидную камеру для осуществления в ней фотосинтеза, а микрофлюидная камера содержит камеру сообщения, множество указанных микроканалов, сообщающихся соответственно через пространство с камерой сообщения, указанный вводный микротракт, сообщающийся через пространство с камерой сообщения, и множество фильтровальных заглушек, соединенных через пространство с микроканалами, соответственно, и с вводным микротрактом на его свободных концах для фильтрации обратного потока текучей среды в микроканалах и в вводном микротракте, а фильтровальные заглушки выполнены с возможностью предотвращения вытекания хлоропластов, и устройство также содержит источник света для непрерывного облучения камеры сообщения, множества микроканалов и вводного микротракта.

6. Способ по п. 5, в котором устройство также содержит дополнительную камеру сообщения и связующий микроканал, обеспечивающий соединение через пространство между дополнительной камерой сообщения и камерой сообщения.

7. Способ по п. 6, в котором связующий микроканал выполнен с возможностью поворота относительно дополнительной камеры сообщения и камеры сообщения.

8. Способ по п. 5, в котором микроканалы и вводный микротракт выполнены с возможностью поворота относительно камеры сообщения.