可扩展光生物反应器监测：基于光传输法的生物污垢检测验证方案及其应用前景

本文提出一种基于光传输分析（Light Transmission Analysis）的非侵入性生物污垢检测方法，可在实验室至中试规模（150?mL–120?L）的光生物反应器（PBR）中实现实时监测。该方法对微藻生物膜形成与脱除具有高灵敏度（透光率降低1%–99%），适用于多种透明材料（PMMA/玻璃）与几何构型，为降低工业PBR运行与维护成本提供了经济有效的解决方案。

　　

Highlight

光传输法代表光生物反应器生物污垢检测领域的重大进展，有效解决了现有技术的核心局限。尽管基于电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy）的传感技术在生物膜检测中展现出潜力，但其工业应用仍显复杂。与需要复杂电极维护、对环境因素敏感的电化学方法相比，或与仅能检测成熟生物膜、设备昂贵（数千欧元级别）且灵敏度有限的超声系统相比，本研究所提出的光学方法以显著更低的成本（每监测点数百欧元）实现了更优的检测灵敏度。该方法固有的非侵入性特性消除了困扰电化学诊断的探头污染问题，同时提供了超越传统视觉检测方法的实时监测能力。利用光纤检测生物膜形成也被证明是一种有前景的途径，然而，这些设备已观察到会因培养系统中分布的气泡而产生干扰问题。基于简单LED光源与标准照度计检测的集成，代表了一种向成本效益高、稳健监测的范式转变，无需专业设备或广泛技术知识即可轻松跨多种光生物反应器几何构型实施。

Conclusions

本研究介绍了一种基于光传输分析、用于透明光生物反应器中生物污垢检测的新型非侵入性方法。该方法在具有不同几何形状的实验室和中试规模培养系统上进行了实验验证，证实了其可扩展性和普遍适用性。结果表明，该方法能有效检测生物膜的形成及其后续脱除，同时保持了其简单性和非侵入性。