Инкубатор микробной культуры имеет решающее значение в процессе микробной культуры. От того, сможет ли лаборатория нормально работать, зависит то, соответствуют ли ее количество, качество, производительность, точность и другие аспекты требованиям культуры. Различные нормативные акты предъявляют относительно высокие требования к температуре микробной культуры с общей точностью ± 1 ℃, а некоторые даже выше - ± 0,5 ℃. В то же время во время микробной культуры легко произойти загрязнение, что требует от пользователей полного понимания качества, производительности, точности и других аспектов инкубатора при покупке, чтобы выбрать наиболее подходящий.
1
Структура и типы инкубаторов микробиологических культур
Инкубаторы микробиологических культур широко используются в таких областях исследований, как фармацевтическая микробиология, пищевая микробиология, сельскохозяйственная микробиология, медицинская микробиология, и стали одним из широко используемых инструментов в лабораториях в этих областях. Принцип работы инкубатора заключается в моделировании среды роста микроорганизмов внутри живого организма внутри камеры инкубатора и обеспечении устройства для культивирования микроорганизмов вне их естественной среды обитания.
Структура инкубаторов микробиологических культур
Большинство современных микробиологических культуральных инкубаторов изготовлены из высококачественных стальных пластин и имеют вертикальную коробчатую конструкцию. Внутренняя дверь обычно изготавливается из закаленного стекла, а внутри инкубатора размещаются перегородки из нержавеющей стали для хранения образцов культуры. Перегородки подвижные и регулируются по высоте. Между рабочей камерой и стеклянной дверью имеется уплотнение из силиконовой резины, а внутри инкубатора имеются каналы горячего и холодного воздуха для плавной циркуляции газа и равномерного распределения температуры. Инкубатор оснащен независимой системой сигнализации ограничения температуры, которая автоматически прерывает работу, когда температура превышает установленный предел. Инкубаторы для культивирования грибов обычно состоят из системы охлаждения, системы нагрева, системы ультрафиолетовой дезинфекции, культуральной камеры, увлажнителя воздуха, схемы управления и панели управления. Датчики температуры и влажности используются для поддержания стабильной среды внутри инкубатора.
Классификация инкубаторов микробиологических культур
Инкубаторы для микробиологических культур можно классифицировать в зависимости от метода нагрева как с водяной или воздушной рубашкой. Инкубаторы с водяной рубашкой нагревают внутреннюю камеру за счет нагрева слоя жидкости, окружающей инкубатор. Этот метод нагрева медленнее, но позволяет поддерживать постоянную температуру внутри инкубатора в течение более длительного периода времени. Инкубаторы с воздушной рубашкой нагревают внутреннюю камеру с помощью нагревательного элемента в слое воздушной рубашки, окружающем инкубатор.
Инкубаторы микробиологических культур можно классифицировать по способу регулирования температуры на компьютерное интеллектуальное управление (программируемое) и автоматическое регулирование постоянной температуры (механическое). Компьютерное интеллектуальное управление является основным методом контроля температуры в инкубаторах. В большинстве компьютерных интеллектуальных систем управления в качестве блока управления используются микрокомпьютерные ПИД-регуляторы, а в качестве термоэлементов — датчики температуры. Заданные и измеренные значения отображаются в цифровом виде, образуя полную систему управления.
В устройствах контроля температуры с автоматической постоянной регулировкой температуры часто используется тип «металлической полосы», в котором используется металлическая полоса с большим коэффициентом теплового расширения для придания спиральной формы. Один конец металлической полосы закреплен на внутренней стенке инкубатора, а другой конец снабжен подвижной контактной точкой. При нормальной температуре обе точки контакта закрыты. После включения питания температура внутри инкубатора повышается, в результате чего фиксированная металлическая полоса расширяется из-за нагрева, изменяя ее кривизну и заставляя другой конец точки контакта отходить, разрывая цепь и прекращая нагрев. Когда температура падает до определенного уровня, спиральная металлическая полоса возвращается к исходной форме, две точки контакта соприкасаются, и цепь включается, снова запуская нагрев. Таким образом, схема включается и выключается для поддержания постоянной температуры внутри инкубатора.
В зависимости от культуральной среды микробиологические культуральные инкубаторы можно разделить на стандартные инкубаторы, углекислотные инкубаторы, гипоксические инкубаторы и анаэробные инкубаторы.
В зависимости от целевого организма инкубаторы для микробиологических культур можно разделить на инкубаторы для культур грибов, инкубаторы с постоянной температурой, инкубаторы с постоянной температурой и влажностью и инкубаторы для световых культур.
В зависимости от уровня автоматизации температуры микробиологические культуральные инкубаторы можно разделить на полностью автоматические инкубаторы для измерения температуры, полуавтоматические инкубаторы для измерения температуры и инкубаторы для измерения температуры вручную.
2
Факторы загрязнения биологической культуры
ветраСкорость и направление
Как правило, инкубаторы микробиологических культур оснащены воздуховодами и системами циркуляции внутри камеры. Соответствующая скорость и направление ветра благоприятны для однородности температуры в инкубаторе и нормального роста микроорганизмов. Однако слишком высокая скорость ветра может привести к высыханию питательной среды и получению неточных результатов. Кроме того, согласно требованиям фармакопеи, чашки с культурами во время инкубации следует переворачивать. После нескольких проверок пустых культуральных чашек было обнаружено, что при одинаковой скорости ветра, если направление воздушного потока в инкубаторе противоположно направлению крышки культуральной чашки, пыль и другие загрязняющие вещества в воздухе могут легко загрязнять микробные культуры. Поэтому лучше всего, чтобы направление воздушного потока в инкубаторе совпадало с направлением крышки культуральной чашки во время работы.
Герметичность или герметичность чашки с культурой
Чашки для культивирования состоят из плоского круглого дна и крышки и в основном изготовлены из пластика и стекла. Культуральные чашки, используемые в микробиологических лабораториях, обычно имеют диаметр 90 мм и закрываются крышкой. Между дном и крышкой плоского блюда имеется определенное пространство, и они не полностью герметичны. Такая конструкция может удовлетворить потребность аэробных микроорганизмов в кислороде, но также увеличивает вероятность загрязнения.
В частности, культурные чашки разных производителей имеют разные зазоры между дном и крышкой из-за разных процессов и параметров формования. Благодаря экспериментальной проверке при одинаковых условиях культивирования культуральные чашки с большими промежутками имеют более высокую вероятность и степень загрязнения по сравнению с чашками с меньшими промежутками. Кроме того, разница в размере зазора между дном и крышкой плоской чашки также может привести к несоответствию уровня испарения влаги из культуральной среды в культуральной чашке, что приводит к нестабильным результатам культивирования.
Влажность внутри инкубатора культуры
Влага – одно из главных условий выживания и размножения микроорганизмов. Микробные клетки содержат от 70% до 85% воды и должны жить во влажной среде. Влияние влажности на рост микробов заключается в ее влиянии на активность воды (АВ) внутри микробных клеток, тем самым влияя на метаболизм и рост. Рост микробов имеет оптимальный AW, а при снижении AW рост микробов замедляется и прекращается на определенном уровне. Минимальная влажность в процессе развития микробов различна, а оптимальная влажность для роста и размножения различных грибов и микроорганизмов незначительно варьирует в зависимости от рода.
Вообще говоря, наиболее чувствительными являются бактерии, за ними следуют дрожжи и плесень. Это означает, что AW, необходимый для роста бактерий, выше, чем необходимый для роста дрожжей, а AW, необходимый для роста дрожжей, выше, чем необходимый для плесени. В общем, бактерии не могут расти, когда AW<0,90, большинство дрожжей ингибируются, когда AW<0,87, а большинство плесеней не могут расти, когда AW<0,80. Снижение влажности приведет к снижению AW и замедлению скорости роста микроорганизмов.
Чрезмерно высокая или низкая влажность в культуральном инкубаторе может вызвать дисбаланс влажности между культуральной средой и инкубатором. Например, если влажность в инкубаторе слишком высока, капли воды могут образовываться на культуральной чашке, капать в культуральную среду и способствовать росту бактерий, влияя на результаты эксперимента. Если влажность в инкубаторе слишком низкая, может произойти потеря влаги из культуральной среды, что повлияет на рост бактерий в культуральной среде. Следовательно, подходящая температура и влажность благоприятствуют росту бактерий, плесени и дрожжей.
Источниками влажности внутри инкубатора культуры являются:
1) потеря влаги из питательной среды;
2) регулирование влажности ручной или автоматической системой управления культуральным инкубатором;
3) среда, в которой находится культуральный инкубатор, которая обычно представляет собой чистую, сухую и хорошо вентилируемую естественную среду.
Утечка культурального материала
Под утечкой культурального материала понимается случайное отделение жидких или твердых веществ, содержащих биологически опасные материалы, от упаковочного материала. Если в культуральном инкубаторе пролилась биологическая опасность, а микроорганизмы начали расти и размножаться, инкубатор следует немедленно очистить. Для дезинфекции внутренних стенок инкубатора и всех материалов, контактирующих с пролитым материалом, следует использовать эффективные дезинфицирующие средства или стерилизовать их под высоким давлением.
Если утечка культуры, содержащей плесень или другие патогенные бактерии, не устраняется незамедлительно и впоследствии используется для культивирования других микроорганизмов, остаточная плесень или патогенные бактерии могут загрязнить инкубатор, что приведет к перекрестному загрязнению и повлияет на точность результатов эксперимента. Поэтому в ежедневных экспериментах следует избегать, насколько это возможно, утечки культурального материала. В случае утечки инкубатор должен быть немедленно очищен и продезинфицирован квалифицированным специалистом.
Если пролитый материал содержит битое стекло, его нельзя удалять или выбрасывать вручную. Вместо этого с ним следует обращаться с помощью твердого картона и щипцов, поместить его в прочный контейнер для отходов, а поверхности инструментов и оборудования дважды протереть 75% этанолом в течение 3 минут. Наконец, чистящие инструменты следует продезинфицировать.
Загрязнение окружающей среды
Культуральный инкубатор следует размещать в чистом, сухом и хорошо вентилируемом естественном помещении. Если чистота воздуха в окружающей среде плохая, легко размножаться бактериями, грибками и вирусами, загрязняя культуральную среду через зазор между дном и крышкой чашки Петри и влияя на точность результатов культивирования.
3
Выбор и управление биохимическими инкубаторами
При выборе биохимического инкубатора первым требованием является то, что он должен иметь точный контроль температуры и влажности. Во-вторых, он должен быть в состоянии эффективно предотвращать микробное заражение внутри инкубатора и, в идеале, иметь возможность регулярно устранять заражение. Существует множество типов биохимических инкубаторов, и при выборе одного из них важно учитывать следующие факторы, исходя из практических потребностей и лабораторных условий.
Метод нагрева биохимических инкубаторов
Преимущество обогрева с водяной рубашкой заключается в том, что при отключении электроэнергии система может поддерживать точность и стабильность температуры внутри инкубатора в течение более длительного периода времени. Время поддержания постоянной температуры в 3-4 раза больше, чем у системы с воздушной рубашкой. Это полезно для экспериментов в нестабильной среде, требующих стабильных условий в течение длительного периода времени. Для нагрева водяной рубашки необходимо добавлять, сливать и очищать воду, а также необходимо регулярно контролировать работу резервуара для воды. Преимущество обогрева с воздушной рубашкой состоит в том, что он быстро нагревается и быстрее восстанавливает температуру, чем инкубатор с водяной рубашкой, что полезно для кратковременного культивирования и частого открытия и закрытия двери инкубатора.
Система контроля температуры и однородность биохимических инкубаторов
Точная и надежная система контроля температуры является неотъемлемой частью инкубатора. Он должен иметь три независимые функции контроля температуры внутри инкубатора: контроль температуры, контроль сигнализации о перегреве и мониторинг температуры окружающей среды. Параметры системы контроля температуры включают колебания температуры, температурное разрешение и однородность температуры. Равномерность температуры инкубатора связана с циркуляцией воздушного потока внутри инкубатора, поэтому следует выбирать инкубатор, оборудованный вентилятором и воздуховодами внутри корпуса.
Контроль температурного диапазона биохимических инкубаторов
Выберите продукт с подходящим температурным диапазоном в зависимости от желаемой температуры эксперимента. Диапазон регулирования температуры биохимического инкубатора может составлять: комнатная температура от 5 ℃ до 60 ℃, от 0 ℃ до 60 ℃, от 4 ℃ до 60 ℃ или от 5 ℃ до 50 ℃. Инкубаторы с постоянной температурой делятся на два типа: один с низкотемпературным инкубатором, который поддерживает температуру от 0 ℃ до 35 ℃ и включает в себя систему охлаждения и систему отопления, что делает его более дорогим. Обычно температура в инкубаторе этого типа устанавливается постоянной в диапазоне от 0 ℃ до 50 ℃.
Другой тип — инкубатор с комнатной температурой, в котором поддерживается температура выше комнатной. Температура этого типа инкубатора обычно устанавливается постоянной между комнатной температурой и 65 ℃. Выбор низкотемпературного инкубатора относительно прост, так как его следует выбирать так, чтобы достичь желаемой температуры культуры ниже температуры окружающей среды.
Контроль относительной влажности в биохимических инкубаторах
Выбирайте инкубатор с большой площадью испарения влажности, так как большая площадь испарения облегчает достижение насыщения относительной влажностью, а время восстановления влажности после открытия и закрытия дверцы короче.
Система дезинфекции и стерилизации биохимических инкубаторов
Система дезинфекции и стерилизации инкубатора обычно включает следующие методы: УФ-стерилизация, высокотемпературная стерилизация и стерилизация HEPA-фильтром воздуха внутри инкубатора. Способность к УФ-стерилизации обратно пропорциональна квадрату расстояния между УФ-лампой и мишенью, и чем дальше, тем хуже способность к стерилизации. Таким образом, УФ-стерилизация имеет свои ограничения и не может обеспечить полную стерилизацию. Высокотемпературная стерилизация делится на два типа: стерилизация сухим жаром и стерилизация влажным жаром. Стерилизация влажным жаром имеет более высокую эффективность стерилизации, чем стерилизация сухим жаром, поскольку пар обладает сильной проникающей способностью и легко вызывает денатурацию или коагуляцию белков. HEPA-фильтры могут фильтровать воздух внутри инкубатора с эффективностью фильтрации 99,97% для частиц размером более 0,3 мкм.
Производительность биохимических инкубаторов
Если емкость инкубатора слишком мала, его может не хватить, а если слишком большая, он может занять слишком много места. Вместимость биохимических инкубаторов варьируется от небольших инкубаторов вместимостью менее 50 л, подходящих для лабораторий с небольшими культурами, до больших инкубаторов вместимостью более 400 л, подходящих для крупных лабораторий. Обычно используемая мощность инкубатора находится между этими двумя диапазонами, и ее следует выбирать исходя из практических потребностей. Также важно зарезервировать некоторое пространство, чтобы обеспечить возможность удовлетворения будущих потребностей.
Материал биохимических инкубаторов
На рынке обычно используются два типа материалов, используемых для внутренней камеры микробиологических инкубаторов: железо (оцинкованный материал) и нержавеющая сталь. Железные камеры легче и удобнее при транспортировке, а нержавеющая сталь более долговечна. В настоящее время наиболее популярным материалом для внутренней камеры является нержавеющая сталь 304, которая более устойчива к коррозии и долговечна, чем традиционные пластины из холоднокатаной стали. Если внутренняя камера имеет закругленную угловую структуру, ее легко чистить и не остается мертвых углов.
Ценовой фактор при покупке микробиологического инкубатора
Инкубаторы с более высокими конфигурациями, такими как защита паролем, высокотемпературная автоматическая регулировка и устройства сигнализации, системы автоматической калибровки, системы ЖК-дисплея/системы вывода данных и т. д., более удобны в использовании и имеют хорошие характеристики, но они более дороги из-за своих комплексных функций. Поэтому важно выбрать инкубатор, который соответствует вашему бюджету и основным потребностям выращивания, чтобы добиться наилучшего соотношения цены и качества.
4
Использование, мониторинг и обслуживание микробиологических инкубаторов
При транспортировке, ремонте и обслуживании инкубатора максимальный угол наклона должен быть менее 45 градусов. Инкубатор следует размещать в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, вдали от источников тепла и прямых солнечных лучей. Внешняя оболочка инкубатора должна быть надежно заземлена и установлена устойчиво во избежание шума из-за вибрации. Расстояние между инкубатором и стеной должно быть больше 10 см, со стороны инкубатора должен быть зазор 5 см, а над инкубатором должно быть не менее 30 см пространства для обеспечения хорошего отвода тепла от холодильной системы.
Перед использованием оборудования тщательно проверьте, соответствует ли напряжение источника питания требованиям прибора. Если в инкубаторе используется трехконтактная вилка, розетка должна быть надлежащим образом заземлена, чтобы обеспечить надежный контакт между заземляющим проводом инкубатора и заземляющим проводом источника питания. Культуру в инкубаторе не следует размещать слишком плотно, чтобы обеспечить равномерное распределение температуры. Предметы, размещенные на каждом слое металлической сетки, не должны быть слишком тяжелыми, чтобы не погнуть или не сломать металлическую сетку и не повредить культуру.
Не помещайте в инкубатор слишком горячие или слишком холодные предметы. При приеме или размещении предметов закрывайте дверцу инкубатора, чтобы поддерживать постоянную температуру. Не включайте и не выключайте инкубатор часто в течение короткого периода времени, чтобы избежать непрерывного запуска компрессора. Когда инкубатор работает, избегайте частого открытия дверцы, чтобы сохранить стабильность температуры и предотвратить попадание пыли и грязи. Когда устройство не используется, выключите главный выключатель питания и выключатель питания на задней панели устройства, а также отсоедините вилку питания для длительного хранения. Когда инкубатор охлаждается, разница температур внутри и снаружи инкубатора не должна превышать 25 ℃.
Во время непрерывной работы ежедневно проверяйте, нормально ли работает инкубатор, и ежегодно выполняйте проверку производительности прибора. После очистки и дезинфекции инкубатора поместите внутрь несколько пустых культуральных чашек, некоторые закрытые, а некоторые открытые, чтобы проверить, влияет ли крышка на результаты теста и насколько загрязнена непокрытая чашка.
При чистке инкубатора протрите внутреннюю стенку инкубатора марлей, смоченной спиртом для дезинфекции, а затем вытрите спирт сухой тканью. Если это инкубатор плесени, используйте дезинфицирующее средство, которое может уничтожить плесень, или выполняйте регулярную УФ-стерилизацию, чтобы уменьшить загрязнение плесенью. Не используйте кислотные/щелочные или другие агрессивные растворы для протирки внешней поверхности. В случае обнаружения ненормального нагрева или охлаждения, внезапного отключения или других аномалий во время мониторинга инкубатора необходимо незамедлительно провести ремонт и вести записи по техническому обслуживанию.
