Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Arduino- संचालित बायोरिएक्टर होम प्रयोग को सस्ती बनाते हैं

वर्षों से, माइक्रोबायोलॉजिस्ट और बायोइन्जीनियर ने बायोरिएक्टर का उपयोग फार्मेसियों के लिए रोगाणुरोधी रसायनों जैसे जैव उत्पादों और जैव उत्पादों के अध्ययन के लिए किया है। बायोरिएक्टर ऐसे उपकरण हैं जो बैक्टीरिया को आवश्यक पोषक तत्वों की आपूर्ति करते हैं ताकि उनकी वृद्धि को बनाए रखा जा सके। हमारे दैनिक जीवन से संबंधित बायोरिएक्टर का एक उदाहरण बीयर उत्पादन के लिए किण्वक हैं। एक अन्य उदाहरण साइनोबैक्टीरिया के लिए फोटो बायोरिएक्टर है। सायनोबैक्टीरिया वायुमंडल से CO2 को कैप्चर करता है और इसे सूर्य की सहायता से प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से बायोमास में परिवर्तित करता है। सिंथेटिक जीवविज्ञान तकनीकों का उपयोग करने वाले हाल के चयापचय इंजीनियरिंग ने उपयोगी ईंधन का उत्पादन करने के लिए सेल के अंदर कार्बन प्रवाह को पुन: उत्पन्न किया है। हालांकि बायोरिएक्टर कई दशकों से अस्तित्व में हैं, उनका व्यापक उपयोग बहुत सीमित है क्योंकि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध बायोरिएक्टर निषेधात्मक रूप से महंगे हैं और विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए कॉन्फ़िगरेशन के लिए अक्सर लचीलेपन की कमी होती है।

लाल प्रकाश के साथ फोटो बायोरिएक्टर के लिए संस्कृति वाहिकाओं प्रकाश संश्लेषण के लिए साइनोबैक्टीरिया को रोशन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

बायोरिएक्टर डिज़ाइन के संदर्भ में, एक हॉलमार्क 1950 में नोविक और स्ज़ीलार्ड द्वारा "केमोस्टैट" का आविष्कार है। नोविक और स्ज़िलार्ड दोनों भौतिक विज्ञानी हैं और इसलिए एक स्थिर अवस्था को बनाए रखने के लिए पोषक तत्व माध्यम को निरंतर आपूर्ति करने के लिए संस्कृति पोत में एक पंप को जोड़ा गया है। आबादी। ऐसा "स्थिर राज्य" बहुत महत्वपूर्ण है और म्यूटेशन अध्ययन के लिए एक आधार के रूप में कार्य करता है। इसके बिना, पोषक तत्वों की एक निश्चित मात्रा के तहत बढ़ने वाले बैक्टीरिया बस पोषक तत्वों का उपभोग करेंगे और परिणामस्वरूप तनाव से गुजरेंगे।

2013 में, प्रो। रॉय किशनी के नेचर जेनेटिक्स में "मोरबिडोस्टेट" के काम के साथ एक आकस्मिक मुठभेड़ ने हमारे समूह को Arduino के साथ विभिन्न बायोरिएक्टर बनाने के लिए प्रेरित किया। प्रो। रॉय किशनी, तब हार्वर्ड में, अब तकनीक-इज़राइल प्रौद्योगिकी संस्थान में, एंटीबायोटिक दवा प्रतिरोध के अध्ययन का बीड़ा उठाया है। एंटीबायोटिक दवा के अधिक उपयोग के परिणामस्वरूप सार्वजनिक स्वास्थ्य में एंटीबायोटिक दवा प्रतिरोध प्रमुख मुद्दों में से एक है। मोरबिडोस्टेट बैक्टीरिया की निरंतर खेती के लिए एक उपकरण है, लेकिन माइक्रोबियल विकास को दबाने के लिए दवा इंजेक्षन करने के लिए प्रतिक्रिया एल्गोरिदम के साथ। यह जानवरों या मनुष्यों में बैक्टीरिया की विकास प्रक्रिया की नकल करने में वैज्ञानिकों की मदद करता है क्योंकि वे अच्छी तरह से नियंत्रित प्रयोगशाला वातावरण में कई एंटीबायोटिक दवा प्रतिरोध प्राप्त करते हैं। उन्होंने ऑप्टिकल घनत्व माप के लिए कुछ कम लागत वाले घटकों का उपयोग किया है, लेकिन फिर भी पूरी विधानसभा बोझिल है और प्रत्येक रिएक्टर को स्वतंत्र रूप से प्रोग्राम करने की क्षमता का अभाव है।

तब से हमारी टीम ने बायोरिएक्टर बनाना शुरू कर दिया है। हमारे प्रयासों का अंतिम परिणाम बहुत कम लागत (100 डॉलर प्रति यूनिट से कम) के साथ एक डिजाइन है और फिर भी यह उतना ही अच्छा है जितना कि प्रतिष्ठित अकादमिक पत्रिकाओं में बताया गया है। सरलतम विन्यास में, बायोरिएक्टर इकाई में एक संस्कृति पोत, एक सरगर्मी इकाई और ऑप्टिकल घनत्व माप उपकरण होते हैं। पोषक तत्व माध्यम अच्छी तरह से बैक्टीरिया के साथ मिश्रित है यह सुनिश्चित करने के लिए एक सरगर्मी इकाई के रूप में सेवा करने के लिए एक चुंबक के साथ एक शीतलन प्रशंसक। एलईडी और फोटोट्रांसिस्टर की एक जोड़ी ऑप्टिकल शोषक द्वारा बैक्टीरिया के ऑप्टिकल घनत्व को मापने के साधन के रूप में कार्य करती है। एक पीजो माइक्रोपम्प का उपयोग लगातार पोषक माध्यम के साथ-साथ एंटीबायोटिक दवा को इंजेक्ट करने के लिए किया जाता है। पूरा ऑपरेशन Arduino के साथ ऑर्केस्ट्रेटेड है और एक TOSHIBA पावर आईसी के साथ संचालित है। यह साबित करने के लिए कि हम काम करते हैं, हमने ~ 10 दिनों के लिए प्रयोग चलाया है और धीरे-धीरे दवा एकाग्रता बढ़ाने और एंटीबायोटिक दवा प्रतिरोध का निरीक्षण करने के लिए एक प्रतिक्रिया एल्गोरिथ्म लगाया है। एक सामान्य एंटीबायोटिक दवा, ट्राइमेथोप्रिम का उपयोग कर एक बेंचमार्क प्रयोग से पता चला है कि बैक्टीरिया दवा प्रतिरोध के 1000 गुना से अधिक का अधिग्रहण करते हैं।

एंटीबायोटिक दवा प्रतिरोध का अध्ययन करने के लिए मॉर्बिडोस्टैट ऑपरेशन के लिए बायोरिएक्टर।

मॉड्यूल पर ऐड के साथ ऐसे कम लागत वाले बायोरिएक्टर के कई संभावित विस्तार की कल्पना कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, बायोरिएक्टर को प्रकाश संश्लेषण के लिए एलईडी के अतिरिक्त प्रकाश संश्लेषण के साथ संशोधित किया जा सकता है ताकि साइनोबैक्टीरिया के लिए फोटोबॉयरिएक्टर बन सकें। एक अन्य बहुत उपयोगी उपकरण फ्लोरोसेंट माप इकाई है। हरे रंग के फ्लोरोसेंट प्रोटीन (GFP) जैसे फ्लोरोसेंट मार्करों का व्यापक रूप से वैज्ञानिकों द्वारा जीन अभिव्यक्ति के लिए संवाददाताओं के रूप में उपयोग किया गया है। एक प्रतिदीप्ति माप इकाई को आसानी से उत्तेजना स्रोत, फोटो डिटेक्टर और ऑप्टिकल फिल्टर के एक सेट के रूप में एलईडी के साथ लागू किया जा सकता है। ऑपरेशन को स्केल करने के लिए, कोई बस बायोरिएक्टर की संख्या बढ़ा सकता है। पिछली रणनीति एक बड़े क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप का उपयोग करने के लिए एक साथ विभिन्न बायोरिएक्टर इकाई में माध्यम को इंजेक्ट करना है। हमारे डिजाइन के साथ, प्रत्येक इकाई एक पंप से सुसज्जित है और इसलिए प्रत्येक व्यक्ति बायोरिएक्टर एक अलग प्रयोग को अंजाम दे सकता है।

हमारा समूह वर्तमान में सिंथेटिक फोटो जीव विज्ञान के लिए बायोरिएक्टर बनाने का प्रयास करता है। अधिक सटीक रूप से, कोई रसायन का उपयोग करने के बजाय जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करने के लिए प्रकाश का उपयोग कर सकता है। जैसे कि प्रकाश स्रोत जैसे कि एलईडी उत्तरोत्तर सस्ते हो जाते हैं, वे बायोरिएक्टर में जैविक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए बहुत अच्छे तरीके के रूप में काम कर सकते हैं। एक इन किटों को शिक्षा किट के रूप में उपयोग करने की कल्पना भी कर सकता है जो हाई स्कूल के छात्रों को पिछवाड़े में परिष्कृत जीवाणु संवर्धन प्रयोग करने के लिए प्रेरित करती है। मेक में पिछला अंक: पत्रिका ने पिछवाड़े में जीव विज्ञान की दृष्टि का वर्णन किया है, इसलिए इस तरह के बायोरिएक्टर को सूची में जोड़ा जा सकता है।

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