絶対に知らない微生物培養インキュベーターの選択、使用、メンテナンス

微生物培養インキュベーターは微生物培養のプロセスにおいて非常に重要です。その量、品質、性能、精度などが培養上の要件を満たしているかどうかは、実験室が正常に稼働できるかどうかに関係します。さまざまな規制により、微生物培養の温度については比較的高い要件が定められており、一般的な精度は ±1℃ で、一部の精度は ±0.5℃ とさらに高くなります。一方、微生物の培養ではコンタミネーションが発生しやすいため、ご購入の際にはインキュベータの品質、性能、精度などを十分にご理解いただき、最適なインキュベータを選択する必要があります。

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微生物培養器の構造と種類

微生物培養インキュベーターは、製薬微生物学、食品微生物学、農業微生物学、医療微生物学などの研究分野で広く使用されており、これらの分野の研究室で一般的に使用される機器の1つとなっています。インキュベーターの原理は、インキュベーター室内で生体内の微生物の生育環境を模擬し、自然生息地の外で微生物を培養する装置を提供することです。

微生物培養器の構造

最新の微生物培養インキュベーターのほとんどは高品質の鋼板で作られており、垂直の箱構造になっています。内側のドアは通常強化ガラスでできており、培養サンプルを保持するためにインキュベーターの内側にステンレス鋼の仕切りが配置されています。仕切りは可動式で高さ調節可能です。作業チャンバーとガラスドアの間にはシリコンゴムシールがあり、インキュベーター内には温風と冷気のダクトがあり、スムーズなガス循環と均一な温度分布を実現します。インキュベーターには独立した温度制限警報システムが装備されており、温度が設定制限を超えると自動的に動作を中断します。真菌培養インキュベーターは一般に、冷却システム、加熱システム、紫外線消毒システム、培養チャンバー、空気加湿器、制御回路、および操作パネルで構成されます。インキュベーター内の環境を安定に維持するために、温度と湿度のセンサーが使用されます。

微生物培養インキュベーターの分類

微生物培養インキュベーターは加熱方法によりウォータージャケット式とエアジャケット式に分類できます。ウォータージャケット付きインキュベーターは、インキュベーターの周囲の液体層を加熱することで内部チャンバーを加熱します。この加熱方法は時間はかかりますが、インキュベーター内の温度を長期間にわたって一定に維持できます。エアジャケット付き保育器は、保育器を囲むエアジャケット層内の発熱体を使用して内部チャンバーを加熱します。

微生物培養インキュベーターは、温度制御方式によりコンピュータインテリジェント制御（プログラム可能）と自動定温調整（機械式）に分類できます。保育器の温度制御方法はコンピュータインテリジェント制御が主流です。ほとんどのコンピュータ インテリジェント制御システムは、制御ユニットとしてマイクロコンピュータ PID コントローラを使用し、熱素子として温度センサーを使用します。設定値と測定値はデジタル表示され、完全な制御システムを形成します。

自動定温調整型の温度制御装置には、熱膨張係数の大きい金属帯をスパイラル状に加工した「金属帯状」タイプが多く使用されています。金属片の一端は保育器の内壁に固定され、もう一端には可動接点が取り付けられています。常温では2つの接点は閉じています。電源投入後、インキュベータ内の温度が上昇し、固定されていた金属片が熱により膨張し、曲率が変化して接点の他端が遠ざかり、回路が遮断され加熱が停止します。温度が一定レベルまで下がると、スパイラル状の金属ストリップが元の形状に戻り、2つの接点が接触し、回路がオンになり、再び加熱が始まります。このようにして、回路がオン/オフされ、インキュベーター内の温度が一定に維持されます。

微生物培養器は培養環境に応じて  標準培養器、炭酸ガス培養器、低酸素培養器、嫌気培養器に分類されます。

微生物培養器は対象生物に応じて 菌類培養器、恒温器、恒温恒湿器、光培養器に分類されます。

温度自動化のレベルに応じて、   微生物培養インキュベーターは、全自動温度取得インキュベーター、半自動温度取得インキュベーター、および手動温度取得インキュベーターに分類できます。

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生物培養における汚染因子

風速と風向

一般に、微生物培養インキュベーターにはチャンバー内にエアダクトと循環システムが装備されています。適切な風速と風向は、インキュベーター内の温度を均一にし、微生物の正常な増殖に役立ちます。ただし、風速が高すぎると培地が乾燥し、不正確な結果が生じる可能性があります。さらに、薬局方の要件に従って、培養皿はインキュベーション中に反転する必要があります。ブランク培養皿を複数回検証した結果、同じ風速でも、インキュベーター内の気流の方向が培養皿カバーの方向と逆の場合、空気中の塵やその他の汚染物質が微生物培養物を容易に汚染する可能性があることが判明しました。したがって、インキュベーター内の空気の流れの方向は、動作中の培養皿カバーの方向と一致していることが最善です。

培養皿の気密性または気密性

培養皿は平らな円形の底と蓋で構成されており、主にプラスチックやガラスでできています。微生物研究室で使用される培養皿は通常直径 90 mm で、カバーで密閉されています。平皿の底と蓋の間には一定の空間があり、両者は完全に気密ではありません。この設計は好気性微生物の酸素要件を満たすことができますが、汚染の可能性も高くなります。

特に、培養皿のメーカーが異なると、成形プロセスやパラメーターの違いにより、底とカバーの間の隙間が異なります。実験による検証により、同じ培養条件下で、ギャップが大きい培養皿は、ギャップが小さい培養皿に比べて汚染の確率と程度が高くなります。さらに、平らなディッシュの底とカバーの間の隙間サイズの違いにより、培養ディッシュ内の培地からの水分蒸発レベルに不一致が生じ、一貫性のない培養結果が生じる可能性があります。

培養器内の湿度

湿気は微生物の生存と繁殖のための主要な条件の 1 つです。微生物細胞には 70% ～ 85% の水分が含まれており、湿った環境で生存する必要があります。微生物の増殖に対する湿度の影響は、微生物細胞内の水分活性 (AW) への影響によって行われ、それによって代謝と増殖に影響を与えます。微生物の増殖には最適なAWがあり、AWが減少すると微生物の増殖は遅くなり、あるレベルで停止します。微生物の発育中の最小AWは異なり、さまざまな菌類や微生物の成長と繁殖に最適な湿度は属によってわずかに異なります。

一般に、細菌が最も感受性が高く、次に酵母、カビが続きます。これは、細菌の増殖に必要な AW が酵母に必要な AW よりも高く、酵母の増殖に必要な AW がカビに必要な AW よりも高いことを意味します。一般に、AW < 0.90 の場合、細菌は増殖できず、AW < 0.87 の場合、ほとんどの酵母は抑制され、AW < 0.80 の場合、ほとんどのカビは増殖できません。湿度を下げると AW が低下し、微生物の増殖速度が遅くなります。

培養インキュベーター内の湿度が高すぎるか低すぎると、培地とインキュベーターの間の湿度の不均衡が生じる可能性があります。たとえば、インキュベーター内の湿度が高すぎると、培養皿上に水滴が形成され、培地に滴下して細菌の増殖を促進し、実験結果に影響を与える可能性があります。インキュベーター内の湿度が低すぎると、培地からの水分の損失が発生し、培地上の細菌の増殖に影響を与える可能性があります。したがって、適切な温度と湿度は、細菌、カビ、酵母の増殖に有益です。

培養インキュベーター内の湿気の原因は次のとおりです。 

1) 培地からの水分の損失。

２）培養インキュベーターの手動または自動制御システムによる湿度の調整。

3) 培養インキュベーターが置かれる環境。通常は清潔で乾燥した換気の良い自然環境です。

培養資材の流出

培養材料の流出とは、生物学的有害物質を含む液体または固体物質が包装材料から誤って分離することを指します。生物学的危険物が培養インキュベーター内に流出し、微生物が増殖して繁殖した場合は、インキュベーターを直ちに洗浄する必要があります。効果的な消毒剤を使用して、インキュベーターの内壁およびこぼれた物質と接触するすべての物質を消毒するか、高圧で滅菌する必要があります。

カビや他の病原性細菌を含む培養液の流出が迅速に処理されず、その後他の微生物の培養に使用された場合、残ったカビや病原性細菌がインキュベーターを汚染し、相互汚染を引き起こし、実験結果の精度に影響を与える可能性があります。したがって、日常の実験では培養液の流出を極力避ける必要があります。こぼれが発生した場合は、資格のある担当者がインキュベーターを直ちに洗浄および消毒する必要があります。

こぼれた物質に割れたガラスが含まれている場合は、直接手で取り除いたり廃棄したりしないでください。代わりに、硬いボール紙と鉗子を使用して取り扱い、耐久性のある廃棄容器に入れ、器具と装置の表面を 75% エタノールで 3 分間 2 回拭きます。最後に、掃除用具も消毒する必要があります。

環境汚染

培養インキュベーターは、清潔で乾燥した換気の良い自然環境に設置する必要があります。空気清浄度が悪い環境では、細菌、菌類、ウイルスが繁殖しやすく、シャーレの底と蓋の隙間から培地が汚染され、培養結果の精度に影響を与えます。

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生化学インキュベーターの選択と管理

生化学インキュベーターを選択する際の最初の要件は、温度と湿度を正確に制御できることです。第二に、インキュベーター内の微生物汚染を効果的に防止でき、理想的には定期的に汚染を除去できる必要があります。生化学インキュベータには多くの種類があり、選択する際には、実際のニーズと実験室の条件に基づいて次の要素を考慮することが重要です。

生化学インキュベーターの加熱方法

ウォータージャケット加熱の利点は、停電時にシステムが保育器内の温度の精度と安定性を長期間維持できることです。一定温度を維持する時間がエアジャケット方式の3～4倍です。これは、長期間にわたって安定した状態を必要とする不安定な環境での実験に有益です。ウォータージャケット加熱では、水を追加、空にし、洗浄する必要があり、水タンクの動作を定期的に監視する必要があります。エアジャケット加熱は、ウォータージャケットインキュベーターよりも素早く加熱し、温度を素早く回復するという利点があり、短期間の培養やインキュベーターのドアを頻繁に開閉する場合に有利です。

生化学インキュベーターの温度制御システムと均一性

正確で信頼性の高い温度制御システムは、保育器にとって不可欠な部分です。インキュベータ内には、温度制御、過熱警報制御、環境温度監視の 3 つの独立した温度制御機能が必要です。温度制御システムのパラメータには、温度変動、温度分解能、温度均一性が含まれます。保育器の温度の均一性は保育器内の空気流の循環に関係しており、筐体内にファンと空気ダクトを備えた保育器を選択する必要があります。

生化学インキュベーターの温度範囲制御

希望する実験温度に基づいて、適切な温度範囲の製品を選択してください。生化学インキュベーターの温度制御範囲は室温5℃～60℃、0℃～60℃、4℃～60℃、5℃～50℃です。恒温器には2つのタイプがあり、1つは0℃から35℃に温度を保つ低温保育器で、冷蔵装置や加温装置が付いているため高価になります。通常、この種のインキュベーターの温度は0℃～50℃の間で一定に設定されます。 

もう 1 つのタイプは、室温以上の温度を維持する室温インキュベーターです。この種のインキュベーターの温度は室温から65℃の間で一定に設定されるのが一般的です。低温インキュベーターの選択は、周囲温度よりも低い望ましい培養温度を達成するように選択する必要があるため、比較的簡単です。

生化学インキュベーターの相対湿度制御

蒸発面積が大きいほど相対湿度飽和に達しやすく、扉の開閉後の湿度の回復時間が短くなりますので、湿度の蒸発面積が大きいインキュベーターを選択してください。

生化学インキュベーターの消毒・滅菌システム

保育器の消毒・滅菌システムには、保育器内の空気をUV滅菌、高温滅菌、HEPAフィルター滅菌する方法が一般的です。 UV殺菌能力はUVランプと対象物との距離の二乗に反比例し、遠ざかるほど殺菌能力は低下します。そのため、UV滅菌には限界があり、完全な滅菌ができない場合があります。高温滅菌には乾熱滅菌と湿熱滅菌の2種類があります。湿熱滅菌は、蒸気の浸透力が強くタンパク質の変性や凝固を起こしやすいため、乾熱滅菌に比べ滅菌効率が高くなります。 HEPA フィルターは、0.3μm を超える粒子に対して 99.97% の濾過効率でインキュベーター内の空気を濾過できます。

生化学インキュベーターの容量

インキュベーターの容量が小さすぎると十分ではない可能性があり、大きすぎると場所を取りすぎる可能性があります。生化学インキュベーターの容量は、小規模培養の研究室に適した容量 50L 未満の小型インキュベーターから、大規模研究室に適した容量 400L 以上の大型インキュベーターまで多岐にわたります。一般的に使用されるインキュベーターの容量はこれら 2 つの範囲の間にあり、容量は実際のニーズに基づいて選択する必要があります。将来のニーズに確実に対応できるように、ある程度のスペースを確保しておくことも重要です。

生化学インキュベーターの材質

市販されている微生物培養器の内室には、一般に鉄（亜鉛メッキ）とステンレス鋼の 2 種類の材質が使用されています。鉄製のチャンバーは軽量で持ち運びに便利ですが、ステンレス鋼はより耐久性があります。現在、インナーチャンバーの最も一般的な素材は 304 ステンレス鋼で、従来の冷間圧延鋼板よりも耐食性と耐久性に優れています。内室が角丸構造の場合、角が残らず掃除が簡単です。

微生物培養器を購入する際の価格要因

パスワード保護、高温自動調整・警報装置、自動校正システム、LCD表示システム・データ出力システムなどの高度な構成を備えたインキュベーターほど使いやすく性能も優れていますが、機能が充実しているため価格も高くなります。したがって、最高のコストパフォーマンスを実現するには、予算と主な栽培ニーズに合ったインキュベーターを選択することが重要です。

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微生物培養器の使用、監視、メンテナンス

保育器を輸送、修理、メンテナンスする場合、最大傾斜角度は 45 度未満にしてください。インキュベーターは、熱源や直射日光から離れた、涼しく乾燥した換気の良い場所に置く必要があります。インキュベーターの外殻は、振動による騒音を防ぐために確実に接地され、安定して配置される必要があります。冷却システムの良好な放熱を確保するために、保育器と壁の間の距離は 10 cm より大きく、保育器の側面には 5 cm の隙間があり、保育器の上には少なくとも 30 cm のスペースが必要です。

機器を使用する前に、電源電圧が機器の要件に適合しているかどうかを注意深く確認してください。保育器が三又プラグを使用している場合は、保育器のアース線と電源のアース線が確実に接触するように、ソケットを適切に接地する必要があります。均一な温度分布を確保するために、インキュベーター内の培養物をあまりきつく配置しないでください。金属グリッドの各層に置かれるアイテムは、金属グリッドが曲がったり壊れたりして文化に損傷を与えることを避けるために、重すぎてはなりません。

熱すぎるものや冷たすぎるものを保育器内に置かないでください。アイテムを取り出したり置いたりするときは、一定の温度を維持するためにインキュベーターのドアを閉めてください。コンプレッサーの連続始動を避けるため、インキュベーターの電源を短時間に頻繁にオンまたはオフにしないでください。インキュベーターの作動中は、温度の安定性を維持し、ほこりや汚れの侵入を防ぐために、ドアを頻繁に開けないようにしてください。装置を使用しないときは、主電源スイッチと装置背面の電源スイッチを切り、長期保管する場合は電源プラグを抜いてください。保育器を冷却するときは、保育器の内部と外部の温度差が25℃を超えないようにしてください。

連続運転中は、インキュベータが正常に動作しているかどうかを毎日観察し、装置の性能検証を年に一度実行します。インキュベーターを洗浄および消毒した後、いくつかの空の培養皿を内側に置き、一部は覆い、一部は覆いなくして、カバーが検査結果に影響を与えるかどうか、および覆われていない皿にどの程度の汚染があるかをテストします。

保育器を清掃する場合は、消毒用アルコールを浸したガーゼで保育器内壁を拭き、その後乾いた布でアルコールを拭き取ってください。カビのインキュベーターの場合は、カビを除去できる消毒剤を使用するか、定期的に UV 滅菌を行ってカビの汚染を軽減します。外面を拭くのに酸性/アルカリ性またはその他の腐食性溶液を使用しないでください。保育器の監視中に、異常な加熱または冷却、突然の停止、またはその他の異常が発見された場合は、速やかに修理を実施し、保守記録を保管する必要があります。