Mikrobiální kultivační inkubátor je klíčový v procesu mikrobiální kultivace. Zda její množství, kvalita, výkon, přesnost a další aspekty splňují požadavky kultury, souvisí s tím, zda laboratoř může normálně fungovat. Různé předpisy mají relativně vysoké požadavky na teplotu mikrobiální kultury, s obecnou přesností ±1℃ a některé dokonce vyšší na ±0,5℃. Při mikrobiální kultivaci zároveň snadno dochází ke kontaminaci, což vyžaduje, aby uživatelé při nákupu plně porozuměli kvalitě, výkonu, přesnosti a dalším aspektům inkubátoru, aby si mohli vybrat ten nejvhodnější.
1
Struktura a typy mikrobiologických kultivačních inkubátorů
Mikrobiologické kultivační inkubátory jsou široce používány ve výzkumných oborech, jako je farmaceutická mikrobiologie, potravinářská mikrobiologie, zemědělská mikrobiologie, lékařská mikrobiologie, a staly se jedním z běžně používaných nástrojů v laboratořích v těchto oblastech. Principem inkubátoru je simulovat růstové prostředí mikroorganismů uvnitř živého organismu v komoře inkubátoru a poskytnout zařízení pro kultivaci mikroorganismů mimo jejich přirozené prostředí.
Struktura inkubátorů mikrobiologických kultur
Většina moderních mikrobiologických kultivačních inkubátorů je vyrobena z vysoce kvalitních ocelových plechů a má vertikální krabicovou konstrukci. Vnitřní dvířka jsou obecně vyrobena z tvrzeného skla a uvnitř inkubátoru jsou umístěny nerezové přepážky, které udržují vzorky kultury. Příčky jsou pohyblivé a lze je výškově nastavit. Mezi pracovní komorou a skleněnými dvířky je těsnění ze silikonové pryže a uvnitř inkubátoru jsou rozvody horkého a studeného vzduchu pro hladkou cirkulaci plynu a rovnoměrné rozložení teploty. Inkubátor je vybaven nezávislým alarmem omezujícím teplotu, který automaticky přeruší provoz, když teplota překročí nastavenou mez. Inkubátory pro kultivaci hub se obecně skládají z chladicího systému, topného systému, systému ultrafialové dezinfekce, kultivační komory, zvlhčovače vzduchu, řídicího okruhu a ovládacího panelu. K udržení stabilního prostředí uvnitř inkubátoru se používají snímače teploty a vlhkosti.
Klasifikace mikrobiologických kultivačních inkubátorů
Mikrobiologické kultivační inkubátory lze klasifikovat podle způsobu ohřevu na vodní nebo vzduchové. Inkubátory s vodním pláštěm ohřívají vnitřní komoru zahříváním vrstvy kapaliny obklopující inkubátor. Tento způsob ohřevu je pomalejší, ale dokáže udržet konstantní teplotu uvnitř inkubátoru po delší dobu. Inkubátory se vzduchovým pláštěm ohřívají vnitřní komoru pomocí topného prvku ve vrstvě vzduchového pláště obklopujícího inkubátor.
Mikrobiologické kultivační inkubátory lze klasifikovat podle způsobu řízení teploty na počítačové inteligentní řízení (programovatelné) a automatické nastavování konstantní teploty (mechanické). Počítačové inteligentní řízení je hlavní metodou řízení teploty pro inkubátory. Většina počítačových inteligentních řídicích systémů používá jako řídicí jednotku mikropočítačové PID regulátory s teplotními senzory jako tepelnými prvky. Nastavené a naměřené hodnoty se zobrazují digitálně a tvoří tak kompletní řídicí systém.
Zařízení pro automatickou regulaci teploty na konstantní teplotu často používají typ 'kovový pás', který používá kovový pás s větším koeficientem tepelné roztažnosti k vytvoření spirálového tvaru. Jeden konec kovového pásku je upevněn na vnitřní stěně inkubátoru a druhý konec je opatřen pohyblivým kontaktním bodem. Při normální teplotě jsou oba kontaktní body uzavřeny. Po zapnutí napájení se teplota uvnitř inkubátoru zvýší, což způsobí, že se pevný kovový pásek vlivem tepla roztáhne, změní své zakřivení a způsobí, že se druhý konec kontaktního bodu oddálí, čímž dojde k přerušení okruhu a zastavení ohřevu. Když teplota klesne na určitou úroveň, spirálový kovový pás se vrátí do svého původního tvaru, oba kontaktní body se dostanou do kontaktu a okruh se zapne, čímž se opět spustí ohřev. Tímto způsobem se okruh zapíná a vypíná, aby se uvnitř inkubátoru udržela konstantní teplota.
Podle kultivačního prostředí lze mikrobiologické kultivační inkubátory klasifikovat jako standardní inkubátory, inkubátory s oxidem uhličitým, hypoxické inkubátory a anaerobní inkubátory
Podle cílového organismu lze mikrobiologické kultivační inkubátory klasifikovat jako inkubátory pro plísňové kultury, inkubátory s konstantní teplotou, inkubátory s konstantní teplotou a vlhkostí a inkubátory pro světelné kultury.
Podle úrovně automatizace teploty lze mikrobiologické kultivační inkubátory klasifikovat jako plně automatické inkubátory pro získávání teploty, poloautomatické inkubátory pro získávání teploty a inkubátory pro manuální získávání teploty.
2
Faktory kontaminace v biologické kultuře
Rychlost větru a směr větru
Obecně jsou mikrobiologické kultivační inkubátory vybaveny vzduchovými kanály a cirkulačními systémy uvnitř komory. Vhodná rychlost větru a směr větru jsou prospěšné pro rovnoměrnost teploty inkubátoru a pro normální růst mikroorganismů. Pokud je však rychlost větru příliš vysoká, může to způsobit vysychání kultivačního média a vést k nepřesným výsledkům. Kromě toho by podle požadavků lékopisu měly být kultivační misky během inkubace převráceny. Po několikanásobných validacích slepých kultivačních misek bylo zjištěno, že při stejné rychlosti větru, pokud je směr proudění vzduchu v inkubátoru opačný než směr krytu kultivační misky, prach a další nečistoty ve vzduchu mohou snadno znečišťovat mikrobiální kultury. Proto je nejlepší, aby byl směr proudění vzduchu v inkubátoru během provozu konzistentní se směrem krytu kultivační misky.
Vzduchotěsnost nebo těsnost kultivační misky
Kulturní misky se skládají z plochého kruhového dna a víka a jsou vyrobeny převážně z plastu a skla. Kultivační misky používané v mikrobiologických laboratořích mají obvykle průměr 90 mm a jsou uzavřeny víkem. Mezi dnem a krytem ploché misky je určitý prostor a oba nejsou zcela vzduchotěsné. Tato konstrukce může splnit požadavky na kyslík aerobních mikroorganismů, ale také zvyšuje možnost kontaminace.
Zejména kultivační misky od různých výrobců mají různé mezery mezi dnem a víkem v důsledku různých procesů a parametrů formování. Prostřednictvím experimentálního ověření mají za stejných kultivačních podmínek kultivační misky s většími mezerami vyšší pravděpodobnost a stupeň kontaminace ve srovnání s miskami s menšími mezerami. Kromě toho může rozdíl ve velikosti mezery mezi dnem a krytem ploché misky také způsobit nekonzistenci v úrovni odpařování vlhkosti z kultivačního média v kultivační misce, což vede k nekonzistentním výsledkům kultivace.
Vlhkost uvnitř kultivačního inkubátoru
Vlhkost je jednou z hlavních podmínek přežití a rozmnožování mikroorganismů. Mikrobiální buňky obsahují 70 % až 85 % vody a musí žít ve vlhkém prostředí. Vliv vlhkosti na mikrobiální růst je prostřednictvím jejího vlivu na vodní aktivitu (AW) uvnitř mikrobiálních buněk, čímž ovlivňuje metabolismus a růst. Mikrobiální růst má optimální AW, a když se AW sníží, mikrobiální růst se zpomalí a zastaví se na určité úrovni. Minimální AW během mikrobiálního vývoje se liší a optimální vlhkost pro růst a rozmnožování různých hub a mikroorganismů se mírně liší v závislosti na rodu.
Obecně lze říci, že nejcitlivější jsou bakterie, následované kvasinkami a plísněmi. To znamená, že AW potřebné pro růst bakterií je vyšší než pro kvasinky a AW potřebné pro růst kvasinek je vyšší než pro plísně. Obecně platí, že bakterie nemohou růst, když AW<0,90, většina kvasinek je inhibována, když AW<0,87, a většina plísní nemůže růst, když AW<0,80. Snížení vlhkosti sníží AW a zpomalí rychlost růstu mikroorganismů.
Příliš vysoká nebo nízká vlhkost v kultivačním inkubátoru může způsobit nerovnováhu vlhkosti mezi kultivačním médiem a inkubátorem. Pokud je například vlhkost v inkubátoru příliš vysoká, mohou se na kultivační misce tvořit kapičky vody, které odkapávají do kultivačního média a podporují růst bakterií, což ovlivňuje výsledky experimentu. Pokud je vlhkost v inkubátoru příliš nízká, může dojít ke ztrátě vlhkosti z kultivačního média, což ovlivňuje růst bakterií na kultivačním médiu. Proto je vhodná teplota a vlhkost prospěšná pro růst bakterií, plísní a kvasinek.
Zdroje vlhkosti uvnitř kultivačního inkubátoru jsou:
1) ztráta vlhkosti z kultivačního média;
2) regulace vlhkosti pomocí ručního nebo automatického řídicího systému kultivačního inkubátoru;
3) prostředí, kde je kultivační inkubátor umístěn, což je obvykle čisté, suché a dobře větrané přírodní prostředí.
Rozlití kulturního materiálu
Rozlití kultivačního materiálu znamená náhodné oddělení kapalných nebo pevných látek obsahujících biologicky nebezpečné materiály z obalového materiálu. Jakmile se biologické nebezpečí rozlije do kultivačního inkubátoru a mikroorganismy rostou a rozmnožují se, je třeba inkubátor okamžitě vyčistit. K dezinfekci vnitřních stěn inkubátoru a všech materiálů, které přicházejí do styku s rozlitým materiálem, by měly být použity účinné dezinfekční prostředky, případně by měly být sterilizovány pod vysokým tlakem.
Pokud není rozlitá kultura obsahující plíseň nebo jiné patogenní bakterie neprodleně řešena a následně je použita ke kultivaci jiných mikroorganismů, zbytková plíseň nebo patogenní bakterie mohou kontaminovat inkubátor, což vede ke křížové kontaminaci a ovlivňuje přesnost výsledků experimentu. Při každodenních experimentech by se proto mělo co nejvíce zamezit rozlití kultivačního materiálu. Pokud dojde k rozlití, inkubátor by měl být okamžitě vyčištěn a dezinfikován kvalifikovanou osobou.
Pokud rozlitý materiál obsahuje rozbité sklo, nemělo by se odstraňovat ani likvidovat přímo ručně. Místo toho by se s ním mělo manipulovat pomocí tvrdého kartonu a kleští, umístěných do odolné nádoby na odpad a povrchy nástroje a vybavení by se měly dvakrát otřít 75% etanolem po dobu 3 minut. Nakonec je třeba dezinfikovat čisticí nástroje.
Kontaminace životního prostředí
Kultivační inkubátor by měl být umístěn v čistém, suchém a dobře větraném přirozeném prostředí. Pokud je čistota vzduchu v prostředí špatná, snadno se množí bakterie, plísně a viry, které kontaminují kultivační médium mezerou mezi dnem a krytem Petriho misky a ovlivňují přesnost výsledků kultivace.
3
Výběr a řízení biochemických inkubátorů
Při výběru biochemického inkubátoru je prvním požadavkem, že musí mít přesnou kontrolu nad teplotou a vlhkostí. Za druhé by měl být schopen účinně předcházet mikrobiální kontaminaci v inkubátoru a v ideálním případě by měl být schopen pravidelně odstraňovat kontaminaci. Existuje mnoho typů biochemických inkubátorů a při výběru jednoho z nich je důležité zvážit následující faktory vycházející z praktických potřeb a laboratorních podmínek.
Způsob ohřevu biochemických inkubátorů
Výhodou ohřevu vodního pláště je, že při výpadku proudu dokáže systém udržet přesnost a stabilitu teploty uvnitř inkubátoru po delší dobu. Doba, po kterou udržuje konstantní teplotu, je 3-4krát delší než u systému vzduchového pláště. To je výhodné pro experimenty v nestabilním prostředí, které vyžadují stabilní podmínky po dlouhou dobu. Ohřev vodního pláště vyžaduje doplňování, vypouštění a čištění vody a provoz vodní nádrže je třeba pravidelně sledovat. Vyhřívání vzduchového pláště má výhodu rychlého zahřátí a rychlejšího obnovení teploty než inkubátor s vodním pláštěm, což je výhodné pro krátkodobou kultivaci a časté otevírání a zavírání dveří inkubátoru.
Systém řízení teploty a jednotnost biochemických inkubátorů
Přesný a spolehlivý systém regulace teploty je nezbytnou součástí inkubátoru. Měl by mít tři nezávislé funkce regulace teploty v inkubátoru pro kontrolu teploty, kontrolu alarmu přehřátí a monitorování okolní teploty. Parametry systému řízení teploty zahrnují kolísání teploty, rozlišení teploty a rovnoměrnost teploty. Rovnoměrnost teploty inkubátoru souvisí s cirkulací vzduchu v inkubátoru a měl by být vybrán inkubátor vybavený ventilátorem a vzduchovými kanály v uzavřeném prostoru.
Řízení teplotního rozsahu biochemických inkubátorů
Vyberte produkt s vhodným teplotním rozsahem na základě požadované experimentální teploty. Rozsah regulace teploty biochemického inkubátoru může být: pokojová teplota 5℃ až 60℃, 0℃ až 60℃, 4℃ až 60℃ nebo 5℃ až 50℃. Inkubátory s konstantní teplotou se dělí na dva typy: jeden s nízkoteplotním inkubátorem, který udržuje teplotu mezi 0 ℃ a 35 ℃, a zahrnuje chladicí systém a topný systém, takže je dražší. Obecně je teplota tohoto typu inkubátoru nastavena tak, aby byla konstantní mezi 0 °C a 50 °C.
Druhým typem je inkubátor s pokojovou teplotou, který udržuje teplotu nad pokojovou teplotou. Teplota tohoto typu inkubátoru je obecně nastavena tak, aby byla konstantní mezi pokojovou teplotou a 65℃. Volba nízkoteplotního inkubátoru je poměrně jednoduchá, protože by měl být zvolen tak, aby bylo dosaženo požadované kultivační teploty pod teplotou okolí.
Regulace relativní vlhkosti biochemických inkubátorů
Vyberte si inkubátor s velkou odpařovací plochou pro vlhkost, protože větší odpařovací plocha usnadňuje dosažení relativní vlhkosti nasycení a doba zotavení vlhkosti po otevření a zavření dveří je kratší.
Systém dezinfekce a sterilizace biochemických inkubátorů
Dezinfekční a sterilizační systém inkubátoru má obecně následující metody: UV sterilizace, vysokoteplotní sterilizace a HEPA filtrační sterilizace vzduchu uvnitř inkubátoru. Schopnost UV sterilizace je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi UV lampou a cílem a čím dále, tím horší je sterilizační schopnost. Proto má UV sterilizace svá omezení a nemusí dosáhnout důkladné sterilizace. Vysokoteplotní sterilizace se dělí na dva typy: sterilizace suchým teplem a sterilizace vlhkým teplem. Sterilizace vlhkým teplem má vyšší účinnost sterilizace než sterilizace suchým teplem, protože pára má silnou penetrační schopnost a je snadné způsobit denaturaci nebo koagulaci proteinů. HEPA filtry dokážou filtrovat vzduch uvnitř inkubátoru s účinností filtrace 99,97 % pro částice větší než 0,3 μm.
Kapacita biochemických inkubátorů
Pokud je kapacita inkubátoru příliš malá, nemusí stačit, a pokud je příliš velká, může zabírat příliš mnoho místa. Kapacita biochemických inkubátorů sahá od malých inkubátorů s kapacitou menší než 50L, vhodných pro laboratoře s malými kulturami, až po velké inkubátory s kapacitou nad 400L, vhodné pro velké laboratoře. Běžně používaná kapacita inkubátoru je mezi těmito dvěma rozsahy a kapacita by měla být zvolena na základě praktických potřeb. Je také důležité vyhradit si určitý prostor, aby bylo zajištěno, že budou splněny budoucí potřeby.
Materiál biochemických inkubátorů
Na trhu jsou obecně dva typy materiálů používaných pro vnitřní komoru mikrobiologických inkubátorů: železo (pozinkovaný materiál) a nerezová ocel. Železné komory jsou lehčí a pohodlnější pro přepravu, zatímco nerezová ocel je odolnější. V současnosti je nejoblíbenějším materiálem pro vnitřní komoru nerezová ocel 304, která je odolnější proti korozi a trvanlivější než tradiční ocelové plechy válcované za studena. Pokud má vnitřní komora zaoblenou rohovou strukturu, snadno se čistí a nezanechává žádné hluché rohy.
Cenový faktor při nákupu mikrobiologického inkubátoru
Inkubátory s vyšší konfigurací, jako je ochrana heslem, vysokoteplotní automatická seřizovací a poplašná zařízení, automatické kalibrační systémy, LCD zobrazovací systémy/systémy výstupu dat atd. jsou pohodlnější k použití a mají dobrý výkon, ale jsou dražší díky svým komplexním funkcím. Proto je důležité vybrat si inkubátor, který vyhovuje vašemu rozpočtu a hlavním pěstitelským potřebám, abyste dosáhli nejlepšího poměru cena/výkon.
4
Použití, monitorování a údržba mikrobiologických inkubátorů
Při přepravě, opravách a údržbě inkubátoru by měl být maximální úhel sklonu menší než 45 stupňů. Inkubátor by měl být umístěn na chladném, suchém, dobře větraném místě, mimo zdroje tepla a přímého slunečního záření. Vnější plášť inkubátoru by měl být spolehlivě uzemněn a umístěn stabilně, aby se zabránilo hluku způsobenému vibracemi. Vzdálenost mezi inkubátorem a stěnou by měla být větší než 10 cm, na straně inkubátoru by měla být mezera 5 cm a nad inkubátorem by mělo být alespoň 30 cm prostoru, aby byl zajištěn dobrý odvod tepla chladicího systému.
Před použitím zařízení pečlivě zkontrolujte, zda napájecí napětí odpovídá požadavkům přístroje. Pokud inkubátor používá tříkolíkovou zástrčku, zásuvka by měla být řádně uzemněna, aby byl zajištěn spolehlivý kontakt mezi zemnicím vodičem inkubátoru a zemnicím vodičem napájecího zdroje. Kultura v inkubátoru by neměla být umístěna příliš těsně, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení teploty. Předměty umístěné na každé vrstvě kovové mřížky by neměly být příliš těžké, aby nedošlo k ohnutí nebo zlomení kovové mřížky a poškození kultury.
Do inkubátoru nevkládejte předměty, které jsou příliš horké nebo příliš studené. Při odebírání nebo ukládání předmětů zavřete dvířka inkubátoru, abyste udrželi konstantní teplotu. Nezapínejte a nevypínejte inkubátor často v krátkém časovém období, aby nedošlo k nepřetržitému spouštění kompresoru. Když je inkubátor v provozu, vyhněte se častému otevírání dveří, abyste udrželi teplotní stabilitu a zabránili vnikání prachu a nečistot. Když zařízení nepoužíváte, vypněte hlavní vypínač a vypínač na zadní straně zařízení a odpojte napájecí zástrčku pro dlouhodobé skladování. Když se inkubátor ochlazuje, teplotní rozdíl mezi vnitřní a vnější částí inkubátoru by neměl překročit 25 °C.
Během nepřetržitého provozu každý den sledujte, zda inkubátor funguje normálně, a proveďte roční ověření výkonu přístroje. Po vyčištění a dezinfekci inkubátoru do něj vložte několik prázdných kultivačních misek, některé zakryté a některé nezakryté, abyste otestovali, zda kryt ovlivňuje výsledky testu a jaké množství kontaminace je v nezakrytých miskách.
Při čištění inkubátoru otřete vnitřní stěnu inkubátoru gázou namočenou v alkoholu pro dezinfekci a poté setřete alkohol suchým hadříkem. Pokud se jedná o plísňový inkubátor, použijte dezinfekční prostředek, který dokáže plíseň eliminovat, nebo proveďte pravidelnou UV sterilizaci, abyste snížili kontaminaci plísní. K otírání vnějšího povrchu nepoužívejte kyselé/alkalické nebo jiné korozivní roztoky. Pokud je během monitorování inkubátoru zjištěno abnormální zahřívání nebo chlazení, náhlé vypnutí nebo jiné anomálie, měla by být okamžitě provedena oprava a měly by být vedeny záznamy o údržbě.
