Inkubator kultur drobnoustrojów jest kluczowy w procesie hodowli drobnoustrojów. To, czy jego ilość, jakość, wydajność, dokładność i inne aspekty spełniają wymagania kultury, zależy od tego, czy laboratorium może normalnie funkcjonować. Różne przepisy mają stosunkowo wysokie wymagania dotyczące temperatury hodowli drobnoustrojów, z ogólną dokładnością ± 1 ℃, a niektóre nawet wyższą i wynoszącą ± 0,5 ℃. Jednocześnie podczas hodowli drobnoustrojów łatwo może dojść do skażenia, co wymaga od użytkowników pełnego zrozumienia jakości, wydajności, dokładności i innych aspektów inkubatora podczas zakupu, aby wybrać najodpowiedniejszy.
1
Budowa i typy inkubatorów hodowli mikrobiologicznej
Inkubatory hodowli mikrobiologicznych są szeroko stosowane w dziedzinach badawczych, takich jak mikrobiologia farmaceutyczna, mikrobiologia żywności, mikrobiologia rolnicza, mikrobiologia medyczna i stały się jednym z powszechnie używanych instrumentów w laboratoriach w tych obszarach. Zasada działania inkubatora polega na symulowaniu środowiska wzrostu mikroorganizmów wewnątrz żywego organizmu w komorze inkubatora i zapewnieniu urządzenia do hodowli mikroorganizmów poza ich naturalnym środowiskiem.
Struktura Inkubatorów Kultury Mikrobiologicznej
Większość nowoczesnych inkubatorów do hodowli mikrobiologicznych wykonana jest z wysokiej jakości płyt stalowych i ma pionową konstrukcję skrzynkową. Drzwi wewnętrzne są zwykle wykonane ze szkła hartowanego, a wewnątrz inkubatora znajdują się przegrody ze stali nierdzewnej w celu przechowywania próbek hodowli. Przegrody są ruchome i można je regulować na wysokość. Pomiędzy komorą roboczą a szklanymi drzwiami znajduje się uszczelka z gumy silikonowej, a wewnątrz inkubatora znajdują się kanały gorącego i zimnego powietrza, zapewniające płynną cyrkulację gazu i równomierny rozkład temperatury. Inkubator wyposażony jest w niezależny system alarmowy ograniczający temperaturę, który automatycznie przerwie pracę w przypadku przekroczenia zadanej temperatury. Inkubatory do hodowli grzybów składają się zazwyczaj z układu chłodniczego, układu grzewczego, układu dezynfekcji ultrafioletem, komory hodowlanej, nawilżacza powietrza, obwodu sterującego i panelu operacyjnego. Do utrzymania stabilnego środowiska wewnątrz inkubatora służą czujniki temperatury i wilgotności.
Klasyfikacja inkubatorów hodowli mikrobiologicznej
Inkubatory do hodowli mikrobiologicznych można podzielić ze względu na sposób ogrzewania na płaszczowe i powietrzne. Inkubatory z płaszczem wodnym ogrzewają komorę wewnętrzną poprzez ogrzewanie warstwy cieczy otaczającej inkubator. Ta metoda ogrzewania jest wolniejsza, ale pozwala na utrzymanie stałej temperatury wewnątrz inkubatora przez dłuższy czas. Inkubatory z płaszczem powietrznym ogrzewają komorę wewnętrzną za pomocą elementu grzejnego w warstwie płaszcza powietrznego otaczającego inkubator.
Inkubatory do hodowli mikrobiologicznych można podzielić ze względu na sposób kontroli temperatury na sterowanie inteligentne komputerowe (programowalne) i automatyczne ustawianie stałej temperatury (mechaniczne). Inteligentne sterowanie komputerowe jest podstawową metodą kontroli temperatury w inkubatorach. Większość komputerowych inteligentnych systemów sterowania wykorzystuje mikrokomputerowe regulatory PID jako jednostkę sterującą, z czujnikami temperatury jako elementami termicznymi. Wartości zadane i zmierzone są wyświetlane cyfrowo, tworząc kompletny system sterowania.
Urządzenia do kontroli temperatury z automatyczną regulacją stałej temperatury często wykorzystują typ „metalowej taśmy”, która wykorzystuje metalową taśmę o większym współczynniku rozszerzalności cieplnej, aby uzyskać kształt spiralny. Jeden koniec metalowego paska jest przymocowany do wewnętrznej ściany inkubatora, a drugi koniec jest wyposażony w ruchomy punkt styku. W normalnej temperaturze oba punkty kontaktowe są zamknięte. Po włączeniu zasilania temperatura wewnątrz inkubatora wzrasta, powodując rozszerzanie się przymocowanego metalowego paska pod wpływem ciepła, zmianę jego krzywizny i powodując odsunięcie drugiego końca punktu styku, odcinając obwód i zatrzymując ogrzewanie. Gdy temperatura spadnie do pewnego poziomu, spiralny metalowy pasek powraca do swojego pierwotnego kształtu, oba punkty styku stykają się i obwód zostaje włączony, ponownie rozpoczynając ogrzewanie. W ten sposób obwód jest włączany i wyłączany, aby utrzymać stałą temperaturę wewnątrz inkubatora.
W zależności od środowiska hodowli inkubatory do hodowli mikrobiologicznych można sklasyfikować jako inkubatory standardowe, inkubatory na dwutlenek węgla, inkubatory hipoksyczne i inkubatory beztlenowe
W zależności od organizmu docelowego Inkubatory do hodowli mikrobiologicznych można podzielić na inkubatory do hodowli grzybów, inkubatory stałotemperaturowe, inkubatory o stałej temperaturze i wilgotności oraz inkubatory do hodowli świetlnych.
W zależności od poziomu automatyzacji temperatury inkubatory do hodowli mikrobiologicznych można podzielić na w pełni automatyczne inkubatory do pomiaru temperatury, półautomatyczne inkubatory do pomiaru temperatury i inkubatory do ręcznego pomiaru temperatury.
2
Czynniki zanieczyszczeń w kulturze biologicznej
Prędkość i kierunek wiatru
Generalnie inkubatory do hodowli mikrobiologicznych wyposażone są w kanały powietrzne i systemy cyrkulacji wewnątrz komory. Odpowiednia prędkość i kierunek wiatru korzystnie wpływają na równomierność temperatury w inkubatorze oraz prawidłowy rozwój mikroorganizmów. Jednakże, gdy prędkość wiatru jest zbyt duża, może to spowodować wyschnięcie pożywki i prowadzić do niedokładnych wyników. Dodatkowo, zgodnie z wymogami farmakopei, w trakcie inkubacji płytki hodowlane należy odwracać. Po wielokrotnej weryfikacji ślepych naczyń hodowlanych stwierdzono, że przy tej samej prędkości wiatru i jeśli kierunek przepływu powietrza w inkubatorze jest przeciwny do kierunku pokrywy naczynia hodowlanego, kurz i inne zanieczyszczenia w powietrzu mogą łatwo zanieczyścić kultury drobnoustrojów. Dlatego najlepiej jest, aby kierunek przepływu powietrza w inkubatorze był zgodny z kierunkiem pokrywy szalki hodowlanej podczas pracy.
Szczelność lub szczelność naczynia hodowlanego
Naczynia hodowlane składają się z płaskiego, okrągłego dna i pokrywy i są wykonane głównie z tworzywa sztucznego i szkła. Szalki hodowlane stosowane w laboratoriach mikrobiologicznych mają zazwyczaj średnicę 90 mm i są zamykane pokrywką. Pomiędzy dnem a pokrywą płaskiego naczynia znajduje się pewna przestrzeń, która nie jest całkowicie szczelna. Taka konstrukcja może zaspokoić zapotrzebowanie tlenowe mikroorganizmów tlenowych, ale także zwiększa możliwość skażenia.
Zwłaszcza naczynia hodowlane różnych producentów mają różne odstępy między dnem a pokrywą ze względu na różne procesy i parametry formowania. Dzięki weryfikacji eksperymentalnej, w tych samych warunkach hodowli, szalki hodowlane z większymi szczelinami charakteryzują się większym prawdopodobieństwem i stopniem zanieczyszczenia w porównaniu do naczyń z mniejszymi szczelinami. Ponadto różnica w wielkości szczeliny między dnem a pokrywą płaskiego naczynia może również powodować niespójności w poziomie parowania wilgoci z pożywki w naczyniu hodowlanym, co prowadzi do niespójnych wyników hodowli.
Wilgotność wewnątrz inkubatora kultury
Wilgoć jest jednym z głównych warunków przeżycia i rozmnażania się mikroorganizmów. Komórki drobnoustrojów zawierają od 70% do 85% wody i muszą żyć w wilgotnym środowisku. Wpływ wilgoci na rozwój drobnoustrojów wynika z jej wpływu na aktywność wody (AW) wewnątrz komórek drobnoustrojów, wpływając w ten sposób na metabolizm i wzrost. Wzrost drobnoustrojów ma optymalne AW, a gdy AW maleje, wzrost drobnoustrojów spowalnia i zatrzymuje się na pewnym poziomie. Minimalna wilgotność powietrza podczas rozwoju drobnoustrojów jest różna, a optymalna wilgotność dla wzrostu i reprodukcji różnych grzybów i mikroorganizmów różni się nieznacznie w zależności od rodzaju.
Ogólnie rzecz biorąc, najbardziej wrażliwe są bakterie, a następnie drożdże i pleśń. Oznacza to, że AW wymagana do wzrostu bakterii jest wyższa niż wymagana dla drożdży, a AW wymagana do wzrostu drożdży jest wyższa niż wymagana dla pleśni. Ogólnie rzecz biorąc, bakterie nie mogą rosnąć, gdy AW < 0,90, większość drożdży jest zahamowana, gdy AW < 0,87, a większość pleśni nie może rosnąć, gdy AW < 0,80. Zmniejszenie wilgotności obniży AW i spowolni tempo wzrostu mikroorganizmów.
Nadmiernie wysoka lub niska wilgotność w inkubatorze hodowlanym może powodować brak równowagi wilgotności pomiędzy pożywką hodowlaną a inkubatorem. Na przykład, jeśli wilgotność w inkubatorze jest zbyt wysoka, na naczyniu hodowlanym mogą tworzyć się kropelki wody, które mogą kapać do pożywki hodowlanej i sprzyjać wzrostowi bakterii, wpływając na wyniki eksperymentu. Jeśli wilgotność w inkubatorze jest zbyt niska, może nastąpić utrata wilgoci z pożywki, co wpływa na rozwój bakterii w pożywce. Dlatego odpowiednia temperatura i wilgotność sprzyjają rozwojowi bakterii, pleśni i drożdży.
Źródłami wilgoci wewnątrz inkubatora kultury są:
1) utratę wilgoci z pożywki;
2) regulacja wilgotności za pomocą ręcznego lub automatycznego układu sterowania inkubatorem hodowli;
3) środowisko, w którym znajduje się inkubator hodowli, czyli zazwyczaj czyste, suche i dobrze wentylowane środowisko naturalne.
Rozlanie materiału hodowlanego
Rozlanie materiału hodowlanego oznacza przypadkowe oddzielenie się substancji płynnych lub stałych zawierających materiały niebezpieczne biologicznie od materiału opakowaniowego. W przypadku przedostania się zagrożenia biologicznego do inkubatora hodowli oraz wzrostu i rozmnażania się mikroorganizmów, inkubator należy natychmiast wyczyścić. Do dezynfekcji wewnętrznych ścian inkubatora i wszystkich materiałów mających kontakt z rozsypanym materiałem należy stosować skuteczne środki dezynfekcyjne lub sterylizować je pod wysokim ciśnieniem.
Jeśli rozlana kultura zawierająca pleśń lub inne bakterie chorobotwórcze nie zostanie szybko usunięta i zostanie następnie wykorzystana do hodowli innych mikroorganizmów, pozostałości pleśni lub bakterii chorobotwórczych mogą zanieczyścić inkubator, prowadząc do skażenia krzyżowego i wpływając na dokładność wyników eksperymentu. Dlatego w codziennych doświadczeniach należy w miarę możliwości unikać rozsypywania materiału hodowlanego. W przypadku rozlania inkubator powinien zostać natychmiast wyczyszczony i zdezynfekowany przez wykwalifikowaną osobę.
Jeśli rozlany materiał zawiera potłuczone szkło, nie należy go usuwać ani wyrzucać bezpośrednio ręcznie. Zamiast tego należy go obchodzić się z twardym kartonem i kleszczami, umieszczać w trwałym pojemniku na odpady, a powierzchnię instrumentu i sprzętu należy dwukrotnie przecierać 75% etanolem przez 3 minuty. Na koniec należy zdezynfekować narzędzia czyszczące.
Zanieczyszczenie środowiska
Inkubator hodowli należy umieścić w czystym, suchym i dobrze wentylowanym środowisku naturalnym. Jeśli czystość powietrza w otoczeniu jest niska, łatwo rozmnażają się bakterie, grzyby i wirusy, zanieczyszczając pożywkę przez szczelinę pomiędzy dnem a pokrywką szalki Petriego i wpływając na dokładność wyników hodowli.
3
Wybór i zarządzanie inkubatorami biochemicznymi
Pierwszym wymogiem przy wyborze inkubatora biochemicznego jest precyzyjna kontrola temperatury i wilgotności. Po drugie, powinien skutecznie zapobiegać zanieczyszczeniom mikrobiologicznym w inkubatorze, a najlepiej regularnie eliminować zanieczyszczenia. Istnieje wiele rodzajów inkubatorów biochemicznych, a przy wyborze jednego z nich ważne jest, aby wziąć pod uwagę następujące czynniki w oparciu o praktyczne potrzeby i warunki laboratoryjne.
Metoda ogrzewania w inkubatorach biochemicznych
Zaletą ogrzewania płaszcza wodnego jest to, że w przypadku przerwy w dostawie prądu system może utrzymać dokładność i stabilność temperatury w inkubatorze przez dłuższy czas. Czas utrzymywania stałej temperatury jest 3-4 razy dłuższy niż w przypadku systemu z płaszczem powietrznym. Jest to korzystne w przypadku eksperymentów w niestabilnym środowisku, które wymagają stabilnych warunków przez długi okres czasu. Ogrzewanie płaszcza wodnego wymaga dodania, opróżnienia i oczyszczenia wody, a także regularnego monitorowania działania zbiornika wody. Ogrzewanie z płaszczem powietrznym ma tę zaletę, że szybko się nagrzewa i odzyskuje temperaturę szybciej niż inkubator z płaszczem wodnym, co jest korzystne dla krótkotrwałej hodowli oraz częstego otwierania i zamykania drzwi inkubatora.
System kontroli temperatury i jednorodność inkubatorów biochemicznych
Dokładny i niezawodny system kontroli temperatury jest istotną częścią inkubatora. Powinien mieć trzy niezależne funkcje kontroli temperatury w inkubatorze, umożliwiające kontrolę temperatury, kontrolę alarmu przekroczenia temperatury i monitorowanie temperatury otoczenia. Parametry systemu kontroli temperatury obejmują wahania temperatury, rozdzielczość temperatury i jednorodność temperatury. Równomierność temperatury w inkubatorze jest powiązana z cyrkulacją powietrza w inkubatorze, dlatego należy wybrać inkubator wyposażony w wentylator i kanały powietrzne w obudowie.
Kontrola zakresu temperatur w inkubatorach biochemicznych
Wybierz produkt o odpowiednim zakresie temperatur w oparciu o pożądaną temperaturę eksperymentalną. Zakres regulacji temperatury w inkubatorze biochemicznym może wynosić: temperatura pokojowa od 5 ℃ do 60 ℃, od 0 ℃ do 60 ℃, od 4 ℃ do 60 ℃ lub od 5 ℃ do 50 ℃. Inkubatory stałotemperaturowe dzielą się na dwa typy: inkubator niskotemperaturowy, który utrzymuje temperaturę w zakresie od 0℃ do 35℃ i zawiera układ chłodniczy oraz system grzewczy, co czyni je droższymi. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura tego typu inkubatora jest stała i mieści się w zakresie od 0 ℃ do 50 ℃.
Drugi typ to inkubator w temperaturze pokojowej, który utrzymuje temperaturę powyżej temperatury pokojowej. Temperatura w tego typu inkubatorach jest na ogół stała w zakresie od temperatury pokojowej do 65 ℃. Wybór inkubatora niskotemperaturowego jest stosunkowo prosty, gdyż należy go tak dobrać, aby uzyskać pożądaną temperaturę hodowli poniżej temperatury otoczenia.
Kontrola wilgotności względnej w inkubatorach biochemicznych
Wybierz inkubator z dużą powierzchnią odparowania wilgoci, ponieważ większa powierzchnia odparowania ułatwia osiągnięcie nasycenia wilgocią względną, a czas odzyskiwania wilgoci po otwarciu i zamknięciu drzwi jest krótszy.
System Dezynfekcji i Sterylizacji Inkubatorów Biochemicznych
System dezynfekcji i sterylizacji w inkubatorze obejmuje zazwyczaj następujące metody: sterylizację promieniami UV, sterylizację w wysokiej temperaturze i sterylizację powietrza wewnątrz inkubatora za pomocą filtra HEPA. Zdolność sterylizacji UV jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między lampą UV a celem, a im dalej, tym gorsza zdolność sterylizacji. Dlatego sterylizacja UV ma swoje ograniczenia i może nie zapewniać dokładnej sterylizacji. Sterylizację wysokotemperaturową dzieli się na dwa typy: sterylizację ciepłem suchym i sterylizację ciepłem wilgotnym. Sterylizacja ciepłem wilgotnym ma wyższą skuteczność sterylizacji niż sterylizacja ciepłem suchym, ponieważ para ma dużą siłę penetracji i łatwo jest spowodować denaturację lub koagulację białek. Filtry HEPA mogą filtrować powietrze wewnątrz inkubatora ze skutecznością filtracji 99,97% dla cząstek większych niż 0,3 μm.
Pojemność inkubatorów biochemicznych
Jeśli pojemność inkubatora będzie za mała, może nie wystarczyć, a jeśli będzie za duża, może zająć za dużo miejsca. Pojemność inkubatorów biochemicznych sięga od małych inkubatorów o pojemności poniżej 50L, odpowiednich dla laboratoriów prowadzących małe kultury, po duże inkubatory o pojemności ponad 400L, odpowiednie dla dużych laboratoriów. Powszechnie stosowana pojemność inkubatora mieści się pomiędzy tymi dwoma zakresami i należy ją dobierać w oparciu o praktyczne potrzeby. Ważne jest również, aby zarezerwować trochę miejsca, aby zapewnić możliwość zaspokojenia przyszłych potrzeb.
Materiał inkubatorów biochemicznych
Na rynku dostępne są generalnie dwa rodzaje materiałów stosowanych do wykonania wewnętrznych komór inkubatorów mikrobiologicznych: żelazo (materiał ocynkowany) i stal nierdzewna. Komory żelazne są lżejsze i wygodniejsze w transporcie, natomiast stal nierdzewna jest trwalsza. Obecnie najpopularniejszym materiałem na komorę wewnętrzną jest stal nierdzewna 304, która jest bardziej odporna na korozję i trwała niż tradycyjne blachy stalowe walcowane na zimno. Jeśli komora wewnętrzna ma zaokrągloną konstrukcję narożników, jest łatwa do czyszczenia i nie pozostawia martwych narożników.
Czynnik cenowy przy zakupie inkubatora mikrobiologicznego
Inkubatory o wyższych konfiguracjach, takich jak ochrona hasłem, automatyczna regulacja wysokiej temperatury i urządzenia alarmowe, systemy automatycznej kalibracji, systemy wyświetlaczy LCD/systemy wyprowadzania danych itp. są wygodniejsze w użyciu i mają dobrą wydajność, ale są droższe ze względu na ich wszechstronne funkcje. Dlatego ważne jest, aby wybrać inkubator pasujący do Twojego budżetu i głównych potrzeb związanych z uprawą, aby osiągnąć najlepszy stosunek jakości do ceny.
4
Użytkowanie, monitorowanie i konserwacja inkubatorów mikrobiologicznych
Podczas transportu, naprawy i konserwacji inkubatora maksymalny kąt nachylenia powinien być mniejszy niż 45 stopni. Inkubator należy umieścić w chłodnym, suchym i dobrze wentylowanym miejscu, z dala od źródeł ciepła i bezpośredniego światła słonecznego. Zewnętrzna skorupa inkubatora powinna być solidnie uziemiona i umieszczona stabilnie, aby zapobiec hałasowi spowodowanemu wibracjami. Odległość między inkubatorem a ścianą powinna być większa niż 10 cm, z boku inkubatora powinna znajdować się szczelina 5 cm, a nad inkubatorem powinna znajdować się co najmniej 30 cm przestrzeni, aby zapewnić dobre odprowadzanie ciepła z układu chłodniczego.
Przed użyciem urządzenia należy dokładnie sprawdzić, czy napięcie zasilania odpowiada wymaganiom urządzenia. Jeżeli w inkubatorze zastosowano wtyczkę z trzema bolcami, gniazdko powinno być odpowiednio uziemione, aby zapewnić niezawodny kontakt pomiędzy przewodem uziemiającym inkubatora a przewodem uziemiającym zasilacza. Kultury w inkubatorze nie należy umieszczać zbyt ciasno, aby zapewnić równomierny rozkład temperatury. Przedmioty umieszczone na każdej warstwie metalowej siatki nie powinny być zbyt ciężkie, aby uniknąć zgięcia lub złamania metalowej siatki i uszkodzenia kultury.
Nie umieszczaj w inkubatorze przedmiotów, które są zbyt gorące lub zbyt zimne. Podczas wyjmowania lub umieszczania przedmiotów należy zamknąć drzwi inkubatora, aby utrzymać stałą temperaturę. Nie należy często włączać ani wyłączać inkubatora w krótkim czasie, aby uniknąć ciągłego uruchamiania sprężarki. Kiedy inkubator pracuje, należy unikać częstego otwierania drzwi, aby utrzymać stabilność temperatury i zapobiec przedostawaniu się kurzu i brudu. Gdy urządzenie nie jest używane, wyłącz główny wyłącznik zasilania i wyłącznik zasilania z tyłu urządzenia, a następnie odłącz wtyczkę zasilania w celu długotrwałego przechowywania. Kiedy inkubator się ochładza, różnica temperatur pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem inkubatora nie powinna przekraczać 25℃.
Podczas ciągłej pracy należy codziennie obserwować, czy inkubator działa normalnie i przeprowadzać coroczną weryfikację działania urządzenia. Po wyczyszczeniu i dezynfekcji inkubatora należy umieścić w środku kilka czystych szalek hodowlanych, niektóre przykryte, inne odkryte, aby sprawdzić, czy pokrywa ma wpływ na wyniki testu i ile zanieczyszczeń znajduje się w odkrytych naczyniach.
Podczas czyszczenia inkubatora przetrzyj wewnętrzną ściankę inkubatora gazikiem nasączonym alkoholem w celu dezynfekcji, a następnie wytrzyj alkohol suchą szmatką. Jeśli jest to inkubator pleśni, użyj środka dezynfekującego, który może wyeliminować pleśń lub przeprowadzaj regularną sterylizację UV, aby zmniejszyć zanieczyszczenie pleśnią. Do wycierania powierzchni zewnętrznej nie należy używać roztworów kwaśnych/zasadowych ani innych żrących roztworów. Jeżeli podczas monitorowania inkubatora zostaną wykryte nieprawidłowe ogrzewanie lub chłodzenie, nagłe wyłączenie lub inne nieprawidłowości, należy niezwłocznie przeprowadzić naprawę i prowadzić dokumentację konserwacji.
