生长介质的制作方法

生长介质


背景技术：

1.本发明涉及用于植物栽培的生长介质，以及更具体地涉及合成生长介质，包含可以用于在栽培植物中代替常规土壤和岩棉的生长介质。
2.水培是一种在没有天然尘土或土壤的情况下栽培植物的方法，使用水溶剂中的矿物营养物溶液。植物可以仅在其根暴露于营养液下生长，或者根可以由生长介质物理支撑。随着植物根的生长，根倾向于围绕介质块。这不仅可以固定植物，还可以让根向外生长并为植物吸收营养物。在自然界中，生长介质通常是尘土或土壤。水培系统的好处包含提高生长速度、降低用水量并且降低劳动力。
3.已知的生长介质包含膨胀粘土骨料和砾石。这样的介质具有几个缺点。为了使植物的产率最大化，其中植物生长的营养液的营养物水平受到严格控制。监测营养物水平的常用方法是测量液体的ph。当植物根抓住膨胀粘土或砾石时，介质分解，随着生长介质的化学成分溶解，这会改变液体的整体营养物成分和ph，从而负面影响植物生长。
4.另外，生长介质的形状可能存在问题。膨胀粘土和砾石往往是不规则的球状体。因为这些生长介质本质上是球形的，膨胀的粘土和砾石可以轻松地相互滑过，并且不会为植物根创建稳定的基础。这意味着植物根必须生长通过膨胀粘土或砾石并进入另一个基质诸如网篮，之后植物才能保持直立。
5.最后，生长介质诸如膨胀粘土和砾石通常是多孔的。植物根和细菌可以在生长介质的孔中生长。这使得清洁生长介质变得如此困难，以至于生长介质仅在一个生长周期期间使用并然后丢弃是很常见的。
6.其他已知的生长介质包含岩棉、由玻璃废物制成的生长石(growstone)、珍珠岩、椰糠、米糠、蛭石、浮石、砾石和聚苯乙烯花生状填充物。这些生长介质还可能对营养液、根稳定性和可复用性造成障碍。


技术实现要素：

7.本发明的合成生长介质克服了上述挑战。
8.在一种实施方式中，合成生长介质包括一体式塑料本体，所述一体式塑料本体包括从共同中心伸出并指向不同方向的多个腿，所述多个腿中的至少一个包括与所述共同中心连接的近侧端部和包含膨大状末端的远侧端部，所述膨大状末端具有的主尺寸大于所述多个腿中的至少一个的宽度。
9.在另一种实施方式中，提供了水培(水培)生长系统，所述水培生长系统包括合成生长介质，所述合成生长介质包括合成生长介质的骨料。
10.在又另一种实施方式中，提供了合成生长介质，所述合成生长介质包括合成生长介质的骨料。
11.本发明的这些和其他特征和优点将通过参考包含说明书、权利要求和附图的整个申请而得到更充分的理解和领会。
附图说明
12.图1是对于骨料生长介质的合成生长介质的一种实施方式的俯视透视图；
13.图2是来自图1的生长介质的仰视透视图；
14.图3是来自图1的生长介质的俯视图；
15.图4是来自图1的生长介质的仰视图；
16.图5是来自图1的生长介质的右视图；
17.图6是来自图1的生长介质的前视图；
18.图7是沿图1的线vii-vii截取的生长介质的横截面视图；
19.图8是沿图1的线viii-viii截取的生长介质的横截面视图；
20.图9是包括图1的多个合成生长介质的骨料生长介质的一种实施方式的透视图；以及
21.图10是包括图1的多个合成生长介质作为骨料生长介质的水培系统的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
22.在详细解释本发明的实施方式之前，应当理解本发明不限于以下描述中阐述的或附图中图示的操作细节或结构细节和部件布置。本发明可以在各种其他实施方式中实施并且可以以本文未明确公开的替代方式来实践或执行。另外，应当理解，本文使用的措辞和技术术语是为了描述的目的，并且不应视为限制。“具有”、“包含”和“包括”及其变体的使用意指涵盖其后列出的项目及其等效物以及额外的项目及其等效物。此外，列举可以用于各种实施方式的描述中。除非另有明确说明，否则列举的使用不应被解释为将本发明限制为任何特定顺序或部件数量。列举的使用也不应被解释为从本发明的范围内排除可能与列举的步骤或部件组合或在列举的步骤或部件中的任何额外的步骤或部件。
23.将方向性术语诸如“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“内部”、“向内”、“外部”和“向外”用于帮助基于图示中示出的实施方式的方向来描述本发明。方向术语的使用不应被解释为将本发明限制于任何特定的一个或多个方向。
24.现在参考附图和图1-2。具体参考1，示出了根据本发明第一实施方式的合成生长介质10。合成生长介质10包含从指向不同方向的共同中心或连接部14伸出的多个外伸部分或腿12。在示出的实施方式中，生长介质10可以更具体地具有四足类形状，即具有，指向四个不同方向的从连接部14伸出的四个外伸部分或腿12的形状。生长介质10的形状允许个体介质在受限空间(诸如水培中常见的生长盘或网篮)中与其他介质缠结，而无需相互连结(interlocking)。这为植物的待固定的根系统提供了稳定的基础，同时提供了根生长所需的间隙。合成生长介质10可以与包含以下项的各种水培系统一起使用：包含灯芯方式、深水培养、营养膜技术、潮起和潮落(例如漫灌和排水)和滴灌系统。
25.每个腿12具有两个端部，与连接部14连接的近侧端部16，以及包括腿12的自由端部的远侧端部18。连接部14是腿12互连的核心或中心。腿12的每一个从连接部14沿不同方向向外延伸，即朝向空间中的不同点。末端20设置在远侧端部18的每一个处。一个或多个末端20优选地具有膨大状形状，如下文详细描述的。
26.另外参考图3-6，腿12可以具有圆柱形形状。如本文所用，术语“圆柱形形状”是指
垂直于腿12的轴线方向(即腿12在近侧端部16和远侧端部18之间延伸的方向)的方向上具有圆形横截面(可以是正圆形或椭圆形)的柱状形状。腿12的横截面可以从近侧端部16到远侧端部18保持不变，或者可以改变。在替代的实施方式中，一个或多个腿12可以具有锥形或截头圆锥形形状，诸如朝向腿12的远侧端部18逐渐变细。腿12的其他柱状形状是可能的，包括三角柱形、方柱形、六边柱形、八边柱形或其他棱柱形形状。在图1-8中示出的实施方式中，每条腿12具有基本相同的形状。在替代实施方式中，一个或多个腿12可以具有不同的形状。
27.在图1-8中示出的实施方式中，腿12具有沿腿12的轴线方向x测量(即从近侧端部16和远侧端部18测量)的相同或相似的长度l。腿12可以具有的腿长l为0.185英寸(约4.7mm)。在替代的实施方式中，一个或多个腿12的长度不同于一个或多个其他腿12的长度。
28.在图1-8中示出的实施方式中，腿12具有垂直于腿12的轴线方向x(即腿在近侧端部16和远侧端部18之间延伸的方向)测量的相同或相似的宽度w。腿12可以具有的腿宽度w为0.15英寸(约3.81mm)。在替代的实施方式中，一个或多个腿12的宽度不同于一个或多个其他腿12的宽度。
29.末端20设置在每个腿12的远侧端部18处。末端20可以是球形的，并且在远侧端部18上形成球体形状的本体。末端20可以具有多种形状，并且不限于所示的球形几何形状。例如，末端20可以是类似球体或椭球体，如球或蛋，半球形，类似球形，或具有又其他圆形或膨大状形状。仍其他替代是可能的。例如，一个或多个腿12的末端20可以具有截短圆锥形状，其朝向其远侧端部逐渐变细。
30.尽管末端20不限于任何特定形状，但至少一个末端20优选为膨大状，并且膨大状形状定义了主尺寸d，该主尺寸d大于其相关腿12的宽度w，即设置末端20的腿12。换言之，膨大状末端20的厚度大于腿12的厚度。如本文所用，术语“主尺寸”是指可以在一个方向上跨过末端20进行的最大测量，并定义末端20的整体尺寸。取决于末端20的形状，主尺寸d可以是直径、宽度、高度或长度。对于如图1-8中示出的球形尖端20，主尺寸为末端20的直径d。在一种实施方式中，末端20的直径d可以是腿宽w的2x的量级。在一种实施方式中，末端20可以具有的直径d为0.38英寸(约9.65mm)。
31.应当注意，膨大状末端20比穿过腿12和末端20的中心的至少一个平面中的腿12更厚，例如，如在图7-8的横截面图中示出的在其中测量主尺寸d的平面。在一些实施方式中，末端20可以等于或小于在穿过腿12和末端20中心的不同平面中的腿12的厚度。
32.主要尺寸d可以大于其相关的腿12(即末端20设置在其上的腿12)的长度l。在一种实施方式中，末端20的直径d可以是腿长度l的1.25x的量级、替代地是腿长度l的1.33x的量级、替代地是腿长度l的1.5x的量级。
33.生长介质10由合成材料诸如塑料制成。适用于生长介质的塑料的一些非限制性实例包括聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)。这种材料在水的存在下不会分解。因此，它将不会改变水培系统中营养液的化学成分。
34.生长介质10可以更具体地由无孔塑料材料诸如如前提及的聚丙烯或abs制造。如本文所用关于生长介质，术语“无孔”是指空气和液体不能通过的材料。如果细菌或其他不期望的有机生长物生长在生长介质10上，则无孔材料防止外来生长物穿透生长介质10的表面。由于将塑料材料插入到最常见的清洁产品，包括过氧化氢和漂白剂中，因此可以使用标
准清洁技术从生长介质的表面去除或杀死这种外来生长物。这允许合成生长介质10被复用和/或再利用。
35.在一些实施方式中，可以在制造过程期间将抗菌、抗微生物或杀生物添加剂添加至塑料中，也有助于清洁性，并保护生长介质10免受细菌、藻类、真菌和/或霉菌的侵害。这种添加剂可以在注模过程或其他制造过程期间添加。适用于塑料生长介质10的添加剂的实例包括但不限于10
′
,10
′‑
氧代双吩噁砒、2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮和二氯-2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮。含有三丁基锡、银和银化合物的杀生物剂产品也很有效。
36.每个生长介质10是一体式本体，例如经由注模或增材制造(例如3d打印)来制造的。在一个实例中，生长介质10是塑料注模结构。在另一个实例中，生长介质10是具有由增材制造机器沉积的多层塑料材料的3d打印结构。
37.参考图3-4，在示出的实施方式中，生长介质10具有四个腿12并且当从上方(图3)或下方(图4)观察时通常呈十字形或“x”形。在替代的实施方式中，生长介质10可以具有多于四个腿或少于四个腿。例如，生长介质10可以有六个腿。在一种六腿的实施方式中，生长介质可以具有带有球形末端20的四个腿12和带有尖头末端的两个腿12，类似于起重器。在另一实施方式中，生长介质10可以具有至少两个腿12，替代地至少三个腿12，从共同中心14伸出并指向不同的方向。在前述实施方式的任何一种中，一个或多个腿12可以具有膨大状末端20，以及一个或多个腿12可以具有非膨大状末端20。
38.如上所述，对于图中示出的四腿实施方式，生长介质10具有四足类形状。腿12被设置为使得少于所有的腿12可以接触相对平或平坦的表面，诸如图7-8中示出的表面s。一个或多个其他腿12从表面s偏移。腿12可以交替指向上和下，使得无论生长介质10如何放置在相对平的表面上，诸如图7-8中示出的表面s，两个腿12，更具体地，一对相对的腿12的末端20将形成支撑，而另一对相对的腿12将指向上方，远离表面s。因此，两对相对的腿12在不同的方向上偏移，使得它们不接触共同的表面s。相对的腿12可以是具有相同腿长度l的直径相对的腿，使得生长介质10可以对称地接合表面s。
39.相邻的腿12在接合部22处连接在一起。当从上方(图3)或下方(图4)观察时，相邻的腿12在接合部22的内侧围成夹角a。对于示出的十字形或x形本体，夹角a可以为大约90度。该间隔可以允许一种生长介质10的末端20嵌套在另一种生长介质10的相邻腿12之间。例如，一种生长介质10的末端20可以嵌套在另一种生长介质10的接合部22中。
40.当在横截面中观察时(图7-8)，相对的腿12在节点部14处连接在一起。相对的腿12在节点部14的第一侧24上围成夹角b，在第一侧24上的腿12之间的顶点部26处测量。对于示出的生长介质10，夹角b可以小于180度，替代地是小于180度且大于90度的钝角。
41.在示出的实施方式中，第一夹角a在第一平面内，以及第二夹角b在与第一平面正交的第二平面内取。第二平面由图7或图8中的横截面限定，它们两者都与第一平面正交以及与图3-4的俯视图和仰视图正交。其他方向是可能的。
42.腿12可以是弯曲的，并且可以在其第一侧形成凹形轮廓并且在其第二侧形成凸形轮廓。节点部14的第一侧24可以形成凹形轮廓，腿12从第一侧24上的节点14延伸持续凹形轮廓。在节点部14的相对的第二侧28上，其可以是与第一侧相对的一侧，生长介质10形成凸形轮廓，腿12从第二侧28上的节点部14延伸连续凸形轮廓。弯曲的腿12可以使腿的远侧端部18或末端20处的应力集中最小化。在替代实施方式中，相对的腿12可以在节点部14的区
域中的相对侧24、28中的一个或两个上形成角，而不是曲线。
43.当从侧面(图5-6)或横截面(图7-8)观察时，末端20可以至少部分地相互重叠，这使得生长介质的整体形状更加紧凑，具有低轮廓。例如，主尺寸d，例如在图1-8中示出的实施方式中的直径，相对的末端可以部分重叠相邻末端。
44.在图1-8中示出的实施方式中，球形末端20的中心c可以与节点部14等距。在替代实施方式中，一个或多个末端20的中心c可以比至少一个其他末端20的中心更靠近或更远离节点部14。
45.图9是包括图1的多个合成生长介质10的骨料生长介质30的视图。图9是包括多个图1的合成生长介质10的骨料生长介质30的视图。多孔结构由不规则排列的生长介质10和其间形成互连孔的空间组成。生长介质10可以随机排列在不规则和/或偏移的方向上，例如一个生长介质10相对于相邻的生长介质10在方向上旋转，并且一层中的生长介质10相对于上面或下面层中的生长介质10偏移。
46.生长介质10的形状允许个体介质在受限空间(诸如生长盘或网篮)中与其他介质缠结而无需互连结。各种缠结是可能的。例如，一种生长介质10的末端20可以嵌套在另一种生长介质10的相邻腿12之间，或更具体地嵌套在另一种生长介质10的接合部22中。在另一个实例中，一种生长介质10的末端20可以置于另一种生长介质10的连接部14的顶部。
47.骨料生长介质30的示例性外观在图9中示出。应当理解，对于骨料生长介质30的生长介质10的数量、方向和分层可以取决于条件以各种方式形成。
48.本公开还提供了用于植物栽培的水培系统，该系统包括本文所述的合成生长介质10。水培系统没有特别限制，只要它包括本文所述的合成生长介质10，并且可以包括常规已知的包括以下项的水培系统的结构，水培系统包括灯芯方式、深水养殖、营养膜技术、潮起和潮落(例如洪水和排水)和滴灌系统。
49.图10是包括图1的多个合成生长介质10作为骨料生长介质30的水培系统40的一种实施方式的示意图。水培系统40包括容纳骨料生长介质30的生长容器42。生长容器42可以是盘、网篮、花盆或用于容纳生长介质10并支持植物44的生长的任何其他合适的容器。
50.将植物44支撑在容器42中营养液48的储器46上方，仅植物44的根50或根50的末端延伸到营养液48中。空气泵52可以使空气鼓泡通过营养液48以向根50提供氧气。可选地，水培系统40可以包括再循环系统，用于使用泵(未示出)将液体从储器46递送至多个容器42。2020年2月13日公布的美国专利申请公开号2020/0045899中公开了合适的再循环系统的一个实例，其全部内容通过援引并入本文。
51.本公开的若干优点源于本文所述的装置、系统和方法的各个方面或特征。例如，上述方面提供了用于植物栽培的改进的人工生长介质。生长介质10的非球形形状允许单个介质与其他介质缠结并为植物根系统提供稳定的基础，同时提供根生长所需的间隙。
52.本公开的方面的另一个优点涉及生长介质的可再利用性/可复用性。合成生长介质可以包括可以使用标准清洁技术可以被容易清洁的无孔塑料材料，从而允许生长介质复用于多个生长循环。
53.本公开的方面的又另一个优点是合成生长介质在水的存在下不分解。植物根可以抓住生长介质的腿和末端，而不会破坏生长介质。生长培养基保持完整，并且不会影响营养液的ph，从而更容易优化植物生长。
54.本公开的方面的仍另一个优点是提供了包括具有上述优点的多种合成生长介质的水培系统。
55.以上描述是本发明的当前实施方式的描述。在不背离所附权利要求中限定的本发明的精神和更广泛的方面下，可以进行各种变化和改变，其将根据包括等效物原则的专利法的基本法则进行解释。本公开是出于说明性目的而呈现的，并且不应被解释为对本发明的所有实施放手的详尽描述或将权利要求的范围限制为结合这些实施方式示出或描述的特定要素。例如，但不限于，描述发明的任何一个或多个个体要素可以由替代要素来替换，这些替代要素提供基本相似的功能或以其他方式提供足够的操作。这包括，例如，目前已知的替代要素，诸如本领域技术人员目前可能已知的那些，以及未来可能开发的替代要素，诸如本领域技术人员在开发时可能开发的替代要素,认作替代品。此外，所公开的实施方式包括一致描述的并且可以协作提供一系列益处的多个特征。除非在所公布的权利要求中另有明确阐明的范围，否则本发明不仅限于包括所有这些特征或提供所有所述益处的那些实施方式。以单数形式对权利要求要素的任何援引，例如，使用冠词“一个/一种(a/an)”、“所述/该(the)”或“所述(said)”不应被解释为将要素限制为单数形式。
56.此外，在描述本发明的各种实施方式时所依赖的任何范围和子范围独立地和共同地落入所附权利要求的范围内，并且被理解为描述和考虑所有范围，包括其中的整数和/或分数值，甚至如果此类值未在本文明确写入。本领域技术人员容易认识到，所列举的范围和子范围充分描述并实现了本发明的各种实施方式，并且此类范围和子范围可以进一步描绘成相关的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。仅作为一个实例，“0.1至0.9”的范围可以进一步划分为下更小的三分之一，即0.1至0.3，中间三分之一，即0.4至0.6，以及上三分之一，即0.7至0.9，它们单独和共同在所附权利要求的范围内，并且可以单独和/或共同作为依据，并为所附权利要求范围内的特定实施方式提供足够的支持。另外，对于定义或修改范围的语言，诸如“至少”、“大于”、“小于”、“不大于”等，应理解为此类语言包括子范围和/或上限或下限。作为另一个实例，“至少10”的范围固有地包括从至少10至35的子范围、至少10至25的子范围、25至35的子范围等，并且每个子范围可以单独和/或共同作为依据，并为所附权利要求范围内的特定实施方式提供足够的支持。最后，在所附权利要求的范围内，可以依赖公开范围内的单个数字并为特定实施方式提供足够的支持。例如，“1至9”的范围包括各种单独的整数，诸如3，以及包括小数点(或小数)的单独数字，诸如4.1，它们可以作为依据并为所附权利要求范围内的特定的实施方式提供足够的支持。
57.术语如“优选”、“通常”和“典型地”但在本文中使用时不用于限制要求保护的发明的范围或暗示某些特征对于要求保护的发明的结构或功能是关键的、必要的或甚至是重要的。相反，这些术语仅旨在识别本公开的实施方式的特定方面或强调在本公开的特定实施方式中可以或不可以利用的替代或额外特征。
58.为了描述和定义本发明的目的，应当注意术语“基本上”、“约”和“大约”在本文中用于表示可归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定性程度。术语“基本上”、“约”和“大约”在本文中也用于表示定量表示可能与所述参考不同的程度，而不会导致所讨论主题的基本功能改变的程度。
59.已经详细描述了本公开的主题并通过参考其特定实施方式，应当注意，本文公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及本文描述的各种实施方式的基本组成部分的要
素，即使在伴随本说明书的每个附图中图示的特定要素的情况下。相反，所附权利要求应被视为本公开的广度和本文描述的各种发明的相应范围的唯一表示。此外，很明显，在不脱离所附权利要求限定的本发明范围下可以进行修改和变化。更具体地，尽管本公开的一些方面在本文中被确定为优选的或特别有利的，但是可以预期本公开不一定限于这些方面。