일반기술

미세조류의 대량배양을 위한 발광터빈장치가 설치된 교반형 광생물반응기

미세조류에 의한 고농도 배양시 LED 또는 직사각형 형광 광원을 이용한 동적 내부 광원과 기존의 터빈 교반형 생물 반응기를 이용하여 동적 내부 광원에 의한 광효율의 극대화와 터빈 교반형 반응기의 매우 높은 혼합 효율을 동시에 얻을 수 있는 미세 조류의 대량 배양을 위한 발광 터빈장치가 설치된 교반형 광생물 반응기이다. 전 세계적으로 미세 조류로부터 유래된 다양한 유용 물질이 발견되고 있으며 이런 물질들의 대량 생산에는 반드시 고농도 배양이 필요한데, 현재 생산되고 있는 배양시스템은 주로 대형 연못을 이용한 대량배양으로서 오염, 생산성 저하, 넓은 배양면적의 필요, 인건비, 많은 기질량(질소원), 높은 수질 및 수량의 요구 등 여러 가지 문제점이 있다. 고농도 배양용 광생물 반응기로서 작은 크기의 반응기를 통해 고농도 배양을 함으로써 대형 연못에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하고 유용물질의 농도도 더 높은 고품질의 제품을 생산하는 공정들이 연구되고 있다. 광생물 반응기로는 일반 교반형, 판형, 관형, 컬럼형 반응기 등이 개발되었으나 빛의 효율적인 전달이 반응기 설계에 있어 가장 중요한 점이 되고 있다. 세포 농도가 낮은 때에는 배지, 기체주입 등이 세포 증식에 가장 중요한 요인이 되지만 고농도에 도달하면 광도가 가장 중요한 인자가 되는데 그 이유는 농도가 높을수록 빛의 투과길이가 짧아지기 때문이다. 그러나 현재까지 고안된 미세조류용 광생물 반응기들은 이런 점을 극복하지 못함으로써 미생물용 생물 반응기에 비해 생산효율이 떨어진다. 내부 광원을 이용한 광생물 반응기로서 광섬유를 이용한 반응기는 광효율이 좋으나 세포가 광섬유 표면에 부착하는 문제가 발생하며 형광등 등의 고정광원을 내부광원으로 이용한 경우 완전혼합을 이루기가 어려워 세포침전이 발생할 수 있다. 이에 동적 내부 광원을 이용함으로써 세포의 흡착과 침전 문제를 동시에 해결하고 빛의 효율적인 전달이 용이하도록 하여 빛의 효율성을 극대화하고, 기존 생물 반응기들 중 가장 광범위하게 이용되고 있는 터빈 교반형 반응기를 기본으로 하여 새로운 반응기를 제작하지 않고 개조함으로써 설치비를 줄인 것이다.미세조류의 대량배양을 위한 발광 터빈 장치가 설치된 교반형 광생물 반응기이다. 본 반응기는 미생물을 배양하기 위한 동적 내부 광원으로서 발광다이오드 또는 형광등이 여러 개 단위 장치로 구성되어 있는 발광터빈장치, 이 터빈장치가 고정되어 있으면서 이를 회전시키기 위한 교반축, 이 교반축에 부착되어 있으면서 발광 터빈장치에 전원을 공급하기 위한 주전선으로 구성되어 있다. 광원은 유리 또는 플라스틱 재질로 된 투명판과 세포 부착이 쉽게 되지 않고 멸균 가능한 폴리카보네이트 재질로 된 외판으로 밀봉되어 있다. 각 단위 발광장치들은 수명이 길어 거의 수리가 필요없지만, 각각 독립적인 배선구조를 가지고 조립식으로 되어 발광장치의 이상시 특정단위만의 독립적인 탈착 및 교체에 의한 수리가 가능하고, 플라스틱 재질의 팩키징이 없는 발광체만으로 판형 광원을 만들 경우 얇은 광원으로 만들 수 있어 다양한 형태의 반응기에 응용된다. 동적 내부광원을 이용한 광효율의 극대화와 터빈교반형 반응기의 매우 높은 혼합효율을 동시에 얻을 수 있다. 또 특수한 형태의 새로운 광생물 반응기를 설계, 제작함으로써 발생하는 추가비용을 줄일 수 있고 높은 혼합도로 세포의 부착 및 침전문제를 쉽게 해결할 수 있다.