Un incubatore di coltura microbica è fondamentale nel processo di coltura microbica. Il fatto che quantità, qualità, prestazioni, accuratezza e altri aspetti soddisfino i requisiti della cultura dipende dalla capacità del laboratorio di operare normalmente. Varie normative impongono requisiti relativamente elevati per la temperatura della coltura microbica, con una precisione generale di ±1℃, e alcune addirittura superiori a ±0,5℃. Allo stesso tempo, è facile che si verifichi una contaminazione durante la coltura microbica, il che richiede agli utenti di comprendere appieno la qualità, le prestazioni, l'accuratezza e altri aspetti dell'incubatrice al momento dell'acquisto, al fine di scegliere quella più adatta.
1
Struttura e tipi di incubatori di colture microbiologiche
Gli incubatori di colture microbiologiche sono ampiamente utilizzati in campi di ricerca come la microbiologia farmaceutica, la microbiologia alimentare, la microbiologia agricola, la microbiologia medica e sono diventati uno degli strumenti comunemente utilizzati nei laboratori di queste aree. Il principio dell'incubatore è simulare l'ambiente di crescita dei microrganismi all'interno di un organismo vivente all'interno della camera dell'incubatrice e fornire un dispositivo per coltivare microrganismi al di fuori del loro habitat naturale.
Struttura degli incubatori di colture microbiologiche
La maggior parte dei moderni incubatori per colture microbiologiche sono realizzati con piastre di acciaio di alta qualità e hanno una struttura a scatola verticale. La porta interna è generalmente realizzata in vetro temperato e all'interno dell'incubatore sono posizionati divisori in acciaio inossidabile per contenere i campioni di coltura. Le partizioni sono mobili e possono essere regolate in altezza. Tra la camera di lavoro e la porta in vetro è presente una guarnizione in gomma siliconica e all'interno dell'incubatrice sono presenti condotti dell'aria calda e fredda per una circolazione regolare del gas e una distribuzione uniforme della temperatura. L'incubatrice è dotata di un sistema di allarme indipendente per la limitazione della temperatura, che interromperà automaticamente il funzionamento quando la temperatura supera il limite impostato. Gli incubatori per colture fungine sono generalmente costituiti da un sistema di refrigerazione, un sistema di riscaldamento, un sistema di disinfezione a raggi ultravioletti, una camera di coltura, un umidificatore d'aria, un circuito di controllo e un pannello operativo. I sensori di temperatura e umidità vengono utilizzati per mantenere un ambiente stabile all'interno dell'incubatore.
Classificazione degli incubatori di colture microbiologiche
Gli incubatori per colture microbiologiche possono essere classificati in base al metodo di riscaldamento come con camicia d'acqua o con camicia d'aria. Gli incubatori con camicia ad acqua riscaldano la camera interna riscaldando lo strato liquido che circonda l'incubatore. Questo metodo di riscaldamento è più lento, ma consente di mantenere una temperatura costante all'interno dell'incubatrice per un periodo di tempo più lungo. Gli incubatori con camicia d'aria riscaldano la camera interna utilizzando un elemento riscaldante nello strato della camicia d'aria che circonda l'incubatore.
Gli incubatori per colture microbiologiche possono essere classificati in base al metodo di controllo della temperatura come controllo intelligente del computer (programmabile) e regolazione automatica della temperatura costante (meccanica). Il controllo intelligente del computer è il metodo di controllo della temperatura tradizionale per gli incubatori. La maggior parte dei sistemi di controllo intelligente dei computer utilizza controller PID a microcomputer come unità di controllo, con sensori di temperatura come elementi termici. I valori impostati e misurati vengono visualizzati digitalmente, formando un sistema di controllo completo.
I dispositivi di controllo della temperatura con regolazione automatica della temperatura costante utilizzano spesso il tipo 'striscia di metallo', che utilizza una striscia di metallo con un coefficiente di dilatazione termica maggiore per creare una forma a spirale. Un'estremità della striscia metallica è fissata alla parete interna dell'incubatrice e l'altra estremità è dotata di un punto di contatto mobile. A temperatura normale i due punti di contatto sono chiusi. Dopo l'accensione, la temperatura all'interno dell'incubatrice aumenta, provocando l'espansione della striscia metallica fissa a causa del calore, modificandone la curvatura e provocando l'allontanamento dell'altra estremità del punto di contatto, interrompendo il circuito e interrompendo il riscaldamento. Quando la temperatura scende ad un certo livello, la striscia metallica a spirale ritorna alla sua forma originale, i due punti di contatto entrano in contatto e il circuito si accende riavviando il riscaldamento. In questo modo il circuito viene acceso e spento per mantenere una temperatura costante all'interno dell'incubatrice.
A seconda dell'ambiente di coltura Gli incubatori di colture microbiologiche possono essere classificati come incubatori standard, incubatori ad anidride carbonica, incubatori ipossici e incubatori anaerobici
A seconda dell'organismo bersaglio, gli incubatori di colture microbiologiche possono essere classificati come incubatori di colture fungine, incubatori a temperatura costante, incubatori a temperatura e umidità costanti e incubatori per colture leggere.
In base al livello di automazione della temperatura, gli incubatori per colture microbiologiche possono essere classificati come incubatori per l'acquisizione della temperatura completamente automatici, incubatori per l'acquisizione della temperatura semiautomatici e incubatori per l'acquisizione manuale della temperatura.
2
Fattori di contaminazione nella coltura biologica
Velocità del vento e direzione del vento
Generalmente gli incubatori per colture microbiologiche sono dotati di condotti d'aria e sistemi di circolazione all'interno della camera. Una velocità e una direzione del vento adeguate sono benefiche per l'uniformità della temperatura dell'incubatrice e per la normale crescita dei microrganismi. Tuttavia, una velocità del vento troppo elevata può far seccare il terreno di coltura e portare a risultati imprecisi. Inoltre, secondo i requisiti della farmacopea, le piastre di coltura devono essere capovolte durante l'incubazione. Dopo numerose convalide della piastra di coltura vuota, si è scoperto che, con la stessa velocità del vento, se la direzione del flusso d'aria nell'incubatore è opposta alla direzione del coperchio della piastra di coltura, la polvere e altri contaminanti presenti nell'aria possono facilmente inquinare le colture microbiche. Pertanto, è meglio che la direzione del flusso d'aria nell'incubatore sia coerente con la direzione del coperchio della piastra di coltura durante il funzionamento.
Impermeabilità o tenuta del piatto di coltura
I piatti di coltura sono composti da un fondo piatto circolare e da un coperchio e sono realizzati principalmente in plastica e vetro. Le piastre di coltura utilizzate nei laboratori microbiologici hanno solitamente un diametro di 90 mm e sono sigillate con un coperchio. C'è un certo spazio tra il fondo e il coperchio del piatto piano e i due non sono completamente ermetici. Questo design può soddisfare il fabbisogno di ossigeno dei microrganismi aerobici ma aumenta anche la possibilità di contaminazione.
In particolare, le piastre di coltura di diversi produttori presentano spazi diversi tra il fondo e il coperchio a causa dei diversi processi e parametri di stampaggio. Attraverso la verifica sperimentale, nelle stesse condizioni di coltura, le piastre di coltura con spazi più ampi hanno una probabilità e un grado di contaminazione più elevati rispetto a quelli con spazi più piccoli. Inoltre, la differenza nella dimensione dello spazio tra il fondo e il coperchio della piastra piana può anche causare incoerenze nel livello di evaporazione dell'umidità dal terreno di coltura nella piastra di coltura, portando a risultati di coltura incoerenti.
Umidità all'interno dell'incubatore culturale
L'umidità è una delle condizioni principali per la sopravvivenza e la riproduzione dei microrganismi. Le cellule microbiche contengono dal 70% all'85% di acqua e devono vivere in un ambiente umido. L’effetto dell’umidità sulla crescita microbica avviene attraverso il suo effetto sull’attività dell’acqua (AW) all’interno delle cellule microbiche, influenzando così il metabolismo e la crescita. La crescita microbica ha un AW ottimale e quando l'AW diminuisce, la crescita microbica rallenta e si ferma ad un certo livello. L'AW minima durante lo sviluppo microbico varia e l'umidità ottimale per la crescita e la riproduzione di vari funghi e microrganismi varia leggermente a seconda del genere.
In generale i batteri sono i più sensibili, seguiti da lieviti e muffe. Ciò significa che l’AW richiesto per la crescita batterica è superiore a quello richiesto per il lievito, e l’AW richiesto per la crescita del lievito è superiore a quello richiesto per la muffa. In generale, i batteri non possono crescere quando AW<0,90, la maggior parte dei lieviti viene inibita quando AW<0,87 e la maggior parte delle muffe non può crescere quando AW<0,80. Ridurre l’umidità ridurrà l’AW e rallenterà il tasso di crescita dei microrganismi.
Un'umidità eccessivamente alta o bassa nell'incubatore di coltura può causare uno squilibrio di umidità tra il terreno di coltura e l'incubatore. Ad esempio, se l'umidità nell'incubatrice è troppo elevata, sulla piastra di coltura possono formarsi goccioline d'acqua che gocciolano nel terreno di coltura e favoriscono la crescita di batteri, influenzando i risultati sperimentali. Se l'umidità nell'incubatrice è troppo bassa, può verificarsi una perdita di umidità dal terreno di coltura, influenzando la crescita dei batteri sul terreno di coltura. Pertanto, temperatura e umidità adeguate sono benefiche per la crescita di batteri, muffe e lieviti.
Le fonti di umidità all'interno dell'incubatore culturale sono:
1) la perdita di umidità dal terreno di coltura;
2) la regolazione dell'umidità mediante il sistema di controllo manuale o automatico dell'incubatrice di coltura;
3) l'ambiente in cui è collocata l'incubatrice di coltura, che solitamente è un ambiente naturale pulito, asciutto e ben ventilato.
Fuoriuscita del materiale culturale
Per sversamento del materiale di coltura si intende la separazione accidentale di sostanze liquide o solide contenenti materiali biologici pericolosi dal materiale di imballaggio. Una volta che un pericolo biologico si è riversato nell'incubatrice di coltura e i microrganismi crescono e si riproducono, l'incubatrice deve essere pulita immediatamente. È necessario utilizzare disinfettanti efficaci per disinfettare le pareti interne dell'incubatrice e tutti i materiali che entrano in contatto con il materiale versato, oppure è necessario sterilizzarli ad alta pressione.
Se una fuoriuscita di una coltura contenente muffe o altri batteri patogeni non viene gestita tempestivamente e viene successivamente utilizzata per coltivare altri microrganismi, la muffa residua o i batteri patogeni possono contaminare l'incubatore, provocando una contaminazione incrociata e influenzando l'accuratezza dei risultati sperimentali. Pertanto, la fuoriuscita di materiale di coltura dovrebbe essere evitata il più possibile negli esperimenti quotidiani. In caso di fuoriuscita, l'incubatrice deve essere pulita e disinfettata immediatamente da una persona qualificata.
Se il materiale versato contiene vetri rotti, non deve essere rimosso o smaltito direttamente a mano. Dovrebbe invece essere maneggiato con un cartone rigido e una pinza, collocato in un contenitore per rifiuti durevole, e le superfici dello strumento e dell'attrezzatura dovrebbero essere pulite due volte con etanolo al 75% per 3 minuti. Infine, gli strumenti per la pulizia dovrebbero essere disinfettati.
Contaminazione ambientale
L'incubatrice di coltura deve essere collocata in un ambiente naturale pulito, asciutto e ben ventilato. Se la pulizia dell'aria nell'ambiente è scarsa, è facile generare batteri, funghi e virus, contaminando il terreno di coltura attraverso lo spazio tra il fondo e il coperchio della capsula di Petri e influenzando l'accuratezza dei risultati della coltura.
3
Selezione e gestione degli incubatori biochimici
Quando si seleziona un incubatore biochimico, il primo requisito è che abbia un controllo preciso della temperatura e dell'umidità. In secondo luogo, dovrebbe essere in grado di prevenire efficacemente la contaminazione microbica all’interno dell’incubatrice e, idealmente, essere in grado di eliminare regolarmente la contaminazione. Esistono molti tipi di incubatori biochimici e, quando se ne sceglie uno, è importante considerare i seguenti fattori in base alle esigenze pratiche e alle condizioni di laboratorio.
Metodo di riscaldamento degli incubatori biochimici
Il vantaggio del riscaldamento con camicia d'acqua è che in caso di interruzione di corrente, il sistema può mantenere la precisione e la stabilità della temperatura all'interno dell'incubatrice per un periodo di tempo più lungo. Il tempo in cui mantiene una temperatura costante è 3-4 volte quello di un sistema a camicia d'aria. Ciò è vantaggioso per gli esperimenti in un ambiente instabile che richiedono condizioni stabili per un lungo periodo di tempo. Il riscaldamento della camicia d'acqua richiede l'aggiunta, lo svuotamento e la pulizia dell'acqua e il funzionamento del serbatoio dell'acqua deve essere monitorato regolarmente. Il riscaldamento con camicia d'aria ha il vantaggio di riscaldarsi rapidamente e di ripristinare la temperatura più rapidamente rispetto a un'incubatrice con camicia d'acqua, il che è vantaggioso per la coltura a breve termine e per le frequenti aperture e chiusure della porta dell'incubatrice.
Sistema di controllo della temperatura e uniformità degli incubatori biochimici
Un sistema di controllo della temperatura accurato e affidabile è una parte essenziale di un'incubatrice. Dovrebbe avere tre funzioni di controllo della temperatura indipendenti all'interno dell'incubatrice per il controllo della temperatura, il controllo dell'allarme di sovratemperatura e il monitoraggio della temperatura ambientale. I parametri del sistema di controllo della temperatura includono la fluttuazione della temperatura, la risoluzione della temperatura e l'uniformità della temperatura. L'uniformità della temperatura dell'incubatrice è correlata alla circolazione del flusso d'aria all'interno dell'incubatrice e deve essere selezionata un'incubatrice dotata di ventola e condotti dell'aria all'interno dell'involucro.
Controllo dell'intervallo di temperatura degli incubatori biochimici
Selezionare un prodotto con un intervallo di temperatura adatto in base alla temperatura sperimentale desiderata. L'intervallo di controllo della temperatura di un incubatore biochimico può essere: temperatura ambiente da 5 ℃ a 60 ℃, da 0 ℃ a 60 ℃, da 4 ℃ a 60 ℃ o da 5 ℃ a 50 ℃. Gli incubatori a temperatura costante si dividono in due tipologie: uno con un incubatore a bassa temperatura, che mantiene una temperatura compresa tra 0℃ e 35℃, e include un sistema di refrigerazione e un sistema di riscaldamento, il che lo rende più costoso. Generalmente, la temperatura di questo tipo di incubatrice è impostata su un valore costante compreso tra 0 ℃ e 50 ℃.
L'altro tipo è un'incubatrice a temperatura ambiente, che mantiene una temperatura superiore alla temperatura ambiente. La temperatura di questo tipo di incubatrice è generalmente impostata su un valore costante tra la temperatura ambiente e 65 ℃. La scelta di un incubatore a bassa temperatura è relativamente semplice, poiché dovrebbe essere selezionata per raggiungere la temperatura di coltura desiderata inferiore alla temperatura ambiente.
Controllo dell'umidità relativa degli incubatori biochimici
Scegliere un'incubatrice con un'ampia area di evaporazione dell'umidità, poiché un'area di evaporazione più ampia facilita il raggiungimento della saturazione dell'umidità relativa e il tempo di recupero dell'umidità dopo l'apertura e la chiusura della porta è più breve.
Sistema di disinfezione e sterilizzazione di incubatori biochimici
Il sistema di disinfezione e sterilizzazione di un'incubatrice prevede generalmente i seguenti metodi: sterilizzazione UV, sterilizzazione ad alta temperatura e sterilizzazione con filtro HEPA dell'aria all'interno dell'incubatrice. La capacità di sterilizzazione UV è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra la lampada UV e il bersaglio e quanto più lontana, tanto peggiore è la capacità di sterilizzazione. Pertanto, la sterilizzazione UV ha i suoi limiti e potrebbe non raggiungere una sterilizzazione completa. La sterilizzazione ad alta temperatura è divisa in due tipi: sterilizzazione a calore secco e sterilizzazione a calore umido. La sterilizzazione a calore umido ha un'efficienza di sterilizzazione maggiore rispetto alla sterilizzazione a calore secco perché il vapore ha un forte potere di penetrazione ed è facile provocare la denaturazione o la coagulazione delle proteine. I filtri HEPA possono filtrare l'aria all'interno dell'incubatrice, con un'efficienza di filtrazione del 99,97% per le particelle più grandi di 0,3μm.
Capacità degli incubatori biochimici
Se la capacità dell'incubatrice è troppo piccola, potrebbe non essere sufficiente, mentre se è troppo grande potrebbe occupare troppo spazio. La capacità degli incubatori biochimici varia da piccoli incubatori con una capacità inferiore a 50 litri, adatti a laboratori con piccole colture, a grandi incubatori con una capacità di oltre 400 litri, adatti a grandi laboratori. La capacità dell'incubatrice comunemente utilizzata è compresa tra questi due intervalli e la capacità deve essere selezionata in base alle esigenze pratiche. È inoltre importante riservare un po’ di spazio per garantire che le esigenze future possano essere soddisfatte.
Materiale degli incubatori biochimici
In commercio sono generalmente di due tipi i materiali utilizzati per la camera interna degli incubatori microbiologici: ferro (materiale zincato) e acciaio inox. Le camere in ferro sono più leggere e più comode per il trasporto, mentre l'acciaio inossidabile è più resistente. Attualmente, il materiale più popolare per la camera interna è l'acciaio inossidabile 304, che è più resistente alla corrosione e durevole rispetto alle tradizionali piastre di acciaio laminate a freddo. Se la camera interna ha una struttura ad angoli arrotondati, è facile da pulire e non lascia angoli morti.
Fattore di prezzo quando si acquista un'incubatrice microbiologica
Gli incubatori con configurazioni più elevate come protezione tramite password, dispositivi di regolazione e allarme automatici ad alta temperatura, sistemi di calibrazione automatica, sistemi di display LCD/sistemi di output dati, ecc. sono più comodi da usare e hanno buone prestazioni, ma sono più costosi a causa delle loro funzioni complete. Pertanto, è importante scegliere un incubatore adatto al tuo budget e alle principali esigenze di coltivazione per ottenere il miglior rapporto qualità-prezzo.
4
L'uso, il monitoraggio e la manutenzione degli incubatori microbiologici
Durante il trasporto, la riparazione e la manutenzione dell'incubatrice, l'angolo di inclinazione massimo deve essere inferiore a 45 gradi. L'incubatrice deve essere posizionata in un luogo fresco, asciutto e ben ventilato, lontano da fonti di calore e dalla luce solare diretta. L'involucro esterno dell'incubatrice deve essere collegato a terra in modo affidabile e posizionato in modo stabile per evitare rumori dovuti alle vibrazioni. La distanza tra l'incubatrice e la parete dovrebbe essere maggiore di 10 cm, dovrebbe esserci uno spazio di 5 cm sul lato dell'incubatrice e dovrebbero esserci almeno 30 cm di spazio sopra l'incubatrice per garantire una buona dissipazione del calore del sistema di refrigerazione.
Prima di utilizzare l'apparecchiatura, verificare attentamente se la tensione di alimentazione corrisponde ai requisiti dello strumento. Se l'incubatrice utilizza una spina a tre poli, la presa deve essere adeguatamente messa a terra per garantire un contatto affidabile tra il filo di terra dell'incubatrice e il filo di terra dell'alimentatore. La coltura nell'incubatrice non deve essere posizionata troppo stretta per garantire una distribuzione uniforme della temperatura. Gli oggetti posizionati su ogni strato della griglia metallica non devono essere troppo pesanti per evitare di piegare o rompere la griglia metallica e danneggiare la coltura.
Non posizionare oggetti troppo caldi o troppo freddi nell'incubatrice. Quando si prendono o si posizionano gli oggetti, chiudere la porta dell'incubatrice per mantenere la temperatura costante. Non accendere o spegnere frequentemente l'incubatrice in un breve periodo di tempo per evitare l'avvio continuo del compressore. Quando l'incubatrice è in funzione, evitare di aprire frequentemente la porta per mantenere la stabilità della temperatura ed evitare l'ingresso di polvere e sporco. Quando il dispositivo non è in uso, spegnere l'interruttore di alimentazione principale e l'interruttore di alimentazione sul retro del dispositivo e scollegare la spina di alimentazione per la conservazione a lungo termine. Quando l'incubatrice si sta raffreddando, la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno dell'incubatrice non deve superare i 25 ℃.
Durante il funzionamento continuo, osservare se l'incubatrice funziona normalmente ogni giorno ed eseguire una convalida annuale delle prestazioni dello strumento. Dopo aver pulito e disinfettato l'incubatore, posizionare all'interno diverse piastre di coltura bianche, alcune coperte e altre scoperte, per verificare se la copertura influisce sui risultati del test e quanta contaminazione è presente nelle piastre scoperte.
Quando si pulisce l'incubatrice, pulire la parete interna dell'incubatrice con una garza imbevuta di alcol per la disinfezione, quindi asciugare l'alcol con un panno asciutto. Se si tratta di un'incubatrice per muffe, utilizzare un disinfettante in grado di eliminare la muffa o eseguire regolarmente la sterilizzazione UV per ridurre la contaminazione da muffa. Non utilizzare soluzioni acide/alcaline o altre soluzioni corrosive per pulire la superficie esterna. Durante il monitoraggio dell'incubatrice, se si riscontrano riscaldamento o raffreddamento anomali, arresti improvvisi o altre anomalie, è necessario eseguire tempestivamente la riparazione e tenere registri di manutenzione.
