This study describes the development of a microfluidic device for the high-throughput screening of culture conditions, such as the optimum sodium acetate concentration for promoting rapid growth and high lipid accumulation of C. reinhardtii. An analysis of the microalgal growth on the microfluidic device revealed an optimum sodium acetate concentration of 5.72 g L-1. The lipid content, determined by the BODIPY staining method, increased with the sodium acetate concentration. The results were found to be statistically reproducible with respect to the cell growth and lipid production. Other nutrient conditions, including the nitrogen and phosphorus concentrations, can also be optimized on the same microfluidic platform. The microfluidic device performance results agreed well with the results obtained from the flask-scale experiments, validating that the culture conditions were scalable. Finally, we, for the first time, established a method for the absolute quantification of the microalgal lipid content in the picoliter culture volumes by comparing the on-chip and off-chip data. In conclusions, we successfully demonstrated the high-throughput screening of sodium acetate concentrations that induced high growth rates and high lipid contents in C. reinhardtii cells on the microfluidic device.
본 연구에서는 C. reinhardtii 미세조류의 빠른 성장 속도와 높은 지질 축적을 위한 최적의 아세트산 나트륨의 농도를 스크리닝 하기 위한 고속 고효율 미세유체 소자의 개발과 그 유효성에 대해 설명한다. 미세유체 소자에서의 미세조류는 5.72 g/L 의 아세트산 나트륨 농도에서 가장 빠른 성장 속도를 보였고, 미세조류 내 지질 축적 량은 BODIPY 염색법에 의해 이루어졌으며, 지질 함량은 아세트산 나트륨의 농도에 선형적으로 비례한 것으로 나타났다. 고속 고효율 미세유체 소자 내에서 얻어진 미세조류 성장 및 지질 축적 실험 결과는, 통계적으로 재현 가능한 것으로 판단되며, 추후 실험에서 배양 변수로 도입된 아세트산 나트륨뿐만 아니라, 질소, 인 등 기타 영양소 조건 또한 동일한 미세 유체 플랫폼에서 최적화 될 수 있다. 미세유체 소자의 실험 결과는 일반적인 플라스크 규모의 배양 실험에서 실험 결과와 동일한 경향을 보였다. 본 연구의 독창성은 최초로 미세유체 소자 내에서의 배양 조건 스크리닝 결과와 일반적인 벌크 스케일에서의 실험 데이터 비교하여, 피코 리터 배양 부피에서 미세조류의 지질 함량을 절대 정량 하는 방법을 확립하였다는 것에 있다.
