Mikrobiálny kultivačný inkubátor je v procese mikrobiálnej kultivácie kľúčový. To, či jeho množstvo, kvalita, výkon, presnosť a ďalšie aspekty spĺňajú požiadavky kultúry, súvisí s tým, či môže laboratórium normálne fungovať. Rôzne predpisy majú relatívne vysoké požiadavky na teplotu mikrobiálnej kultúry so všeobecnou presnosťou ± 1 °C a niektoré dokonca vyššou na ± 0,5 °C. Zároveň pri mikrobiálnej kultivácii ľahko dochádza ku kontaminácii, čo si vyžaduje, aby používatelia pri nákupe plne porozumeli kvalite, výkonu, presnosti a ďalším aspektom inkubátora, aby si vybrali ten najvhodnejší.
1
Štruktúra a typy inkubátorov mikrobiologických kultúr
Mikrobiologické kultivačné inkubátory sú široko používané vo výskumných oblastiach, ako je farmaceutická mikrobiológia, potravinová mikrobiológia, poľnohospodárska mikrobiológia, lekárska mikrobiológia, a stali sa jedným z bežne používaných nástrojov v laboratóriách v týchto oblastiach. Princípom inkubátora je simulovať rastové prostredie mikroorganizmov vo vnútri živého organizmu v komore inkubátora a poskytnúť zariadenie na kultiváciu mikroorganizmov mimo ich prirodzeného prostredia.
Štruktúra inkubátorov mikrobiologických kultúr
Väčšina moderných mikrobiologických kultivačných inkubátorov je vyrobená z vysokokvalitných oceľových platní a má vertikálnu krabicovú štruktúru. Vnútorné dvierka sú vo všeobecnosti vyrobené z tvrdeného skla a vo vnútri inkubátora sú umiestnené priečky z nehrdzavejúcej ocele na uchovávanie vzoriek kultúry. Priečky sú pohyblivé a dajú sa výškovo nastaviť. Medzi pracovnou komorou a sklenenými dvierkami je tesnenie zo silikónovej gumy a vo vnútri inkubátora sú rozvody horúceho a studeného vzduchu pre hladkú cirkuláciu plynu a rovnomerné rozloženie teploty. Inkubátor je vybavený nezávislým alarmom obmedzujúcim teplotu, ktorý automaticky preruší prevádzku, keď teplota prekročí nastavenú hranicu. Inkubátory na pestovanie húb vo všeobecnosti pozostávajú z chladiaceho systému, vykurovacieho systému, systému ultrafialovej dezinfekcie, kultivačnej komory, zvlhčovača vzduchu, ovládacieho okruhu a ovládacieho panela. Na udržanie stabilného prostredia vo vnútri inkubátora sa používajú snímače teploty a vlhkosti.
Klasifikácia mikrobiologických kultivačných inkubátorov
Mikrobiologické kultivačné inkubátory môžu byť klasifikované podľa spôsobu ohrevu ako s vodným plášťom alebo vzduchovým plášťom. Inkubátory s vodným plášťom ohrievajú vnútornú komoru zahrievaním vrstvy kvapaliny obklopujúcej inkubátor. Tento spôsob ohrevu je pomalší, ale dokáže udržať konštantnú teplotu vo vnútri inkubátora dlhší čas. Inkubátory so vzduchovým plášťom ohrievajú vnútornú komoru pomocou vyhrievacieho prvku vo vrstve vzduchového plášťa obklopujúceho inkubátor.
Mikrobiologické kultivačné inkubátory možno klasifikovať podľa spôsobu regulácie teploty ako počítačovo inteligentné riadenie (programovateľné) a automatické nastavenie konštantnej teploty (mechanické). Počítačové inteligentné riadenie je hlavnou metódou regulácie teploty pre inkubátory. Väčšina počítačových inteligentných riadiacich systémov používa mikropočítačové PID regulátory ako riadiacu jednotku s teplotnými senzormi ako tepelnými prvkami. Nastavené a namerané hodnoty sa zobrazujú digitálne a tvoria tak kompletný riadiaci systém.
Zariadenia na automatické nastavenie konštantnej teploty na reguláciu teploty často používajú typ „kovového pásu“, ktorý používa kovový pásik s väčším koeficientom tepelnej rozťažnosti na vytvorenie špirálovitého tvaru. Jeden koniec kovového pásika je upevnený na vnútornej stene inkubátora a druhý koniec je vybavený pohyblivým kontaktným bodom. Pri normálnej teplote sú dva kontaktné body uzavreté. Po zapnutí napájania sa teplota vo vnútri inkubátora zvýši, čo spôsobí, že sa pevný kovový pás v dôsledku tepla roztiahne, zmení sa jeho zakrivenie a druhý koniec kontaktného bodu sa vzdiali, čím sa preruší okruh a zastaví sa zahrievanie. Keď teplota klesne na určitú úroveň, špirálový kovový pás sa vráti do pôvodného tvaru, dva kontaktné body sa dostanú do kontaktu a okruh sa zapne, čím sa opäť spustí ohrev. Týmto spôsobom sa okruh zapína a vypína, aby sa udržala konštantná teplota vo vnútri inkubátora.
Podľa kultivačného prostredia možno mikrobiologické kultivačné inkubátory klasifikovať ako štandardné inkubátory, inkubátory s oxidom uhličitým, hypoxické inkubátory a anaeróbne inkubátory
Podľa cieľového organizmu možno inkubátory mikrobiologických kultúr klasifikovať ako inkubátory pre hubové kultúry, inkubátory s konštantnou teplotou, inkubátory s konštantnou teplotou a vlhkosťou a inkubátory pre svetelné kultúry.
Podľa úrovne automatizácie teploty možno mikrobiologické kultivačné inkubátory klasifikovať ako plne automatické inkubátory na získavanie teploty, poloautomatické inkubátory na získavanie teploty a manuálne inkubátory na získavanie teploty.
2
Faktory kontaminácie v biologickej kultúre
Rýchlosť vetra a smer vetra
Vo všeobecnosti sú mikrobiologické kultivačné inkubátory vybavené vzduchovými kanálmi a cirkulačnými systémami vo vnútri komory. Vhodná rýchlosť a smer vetra sú prospešné pre rovnomernosť teploty inkubátora a pre normálny rast mikroorganizmov. Keď je však rýchlosť vetra príliš vysoká, môže to spôsobiť vysušenie kultivačného média a viesť k nepresným výsledkom. Okrem toho by sa podľa požiadaviek liekopisu mali kultivačné misky počas inkubácie prevrátiť. Po viacerých overeniach slepých kultivačných misiek sa zistilo, že pri rovnakej rýchlosti vetra, ak je smer prúdenia vzduchu v inkubátore opačný ako smer krytu kultivačnej misky, prach a iné kontaminanty vo vzduchu môžu ľahko znečistiť mikrobiálne kultúry. Preto je najlepšie, aby bol smer prúdenia vzduchu v inkubátore počas prevádzky konzistentný so smerom krytu kultivačnej misky.
Vzduchotesnosť alebo tesnosť kultivačnej misky
Kultúrne misky sa skladajú z plochého kruhového dna a pokrievky a sú vyrobené prevažne z plastu a skla. Kultivačné misky používané v mikrobiologických laboratóriách majú zvyčajne priemer 90 mm a sú uzavreté krytom. Medzi dnom a krytom plochej misky je určitý priestor a nie sú úplne vzduchotesné. Tento dizajn môže spĺňať požiadavky na kyslík aeróbnych mikroorganizmov, ale tiež zvyšuje možnosť kontaminácie.
Najmä kultivačné misky od rôznych výrobcov majú rôzne medzery medzi dnom a krytom v dôsledku rôznych procesov a parametrov formovania. Experimentálnym overením za rovnakých kultivačných podmienok majú kultivačné misky s väčšími medzerami vyššiu pravdepodobnosť a stupeň kontaminácie v porovnaní s miskami s menšími medzerami. Okrem toho, rozdiel vo veľkosti medzery medzi dnom a krytom plochej misky môže tiež spôsobiť nezrovnalosti v úrovni odparovania vlhkosti z kultivačného média v kultivačnej miske, čo vedie k nekonzistentným výsledkom kultivácie.
Vlhkosť vo vnútri kultivačného inkubátora
Vlhkosť je jednou z hlavných podmienok prežitia a rozmnožovania mikroorganizmov. Mikrobiálne bunky obsahujú 70 % až 85 % vody a musia žiť vo vlhkom prostredí. Vplyv vlhkosti na mikrobiálny rast je prostredníctvom jej vplyvu na aktivitu vody (AW) vo vnútri mikrobiálnych buniek, čím ovplyvňuje metabolizmus a rast. Mikrobiálny rast má optimálnu AW a keď sa AW zníži, mikrobiálny rast sa spomalí a zastaví sa na určitej úrovni. Minimálna AW počas vývoja mikróbov sa mení a optimálna vlhkosť pre rast a rozmnožovanie rôznych húb a mikroorganizmov sa mierne líši v závislosti od rodu.
Vo všeobecnosti sú najcitlivejšie baktérie, nasledujú kvasinky a plesne. To znamená, že AW potrebné pre rast baktérií je vyššie ako AW potrebné pre kvasinky a AW potrebné pre rast kvasiniek je vyššie ako AW potrebné pre plesne. Vo všeobecnosti baktérie nemôžu rásť, keď je AW < 0,90, väčšina kvasiniek je inhibovaná, keď je AW < 0,87, a väčšina plesní nemôže rásť, keď je AW < 0,80. Zníženie vlhkosti zníži AW a spomalí rýchlosť rastu mikroorganizmov.
Príliš vysoká alebo nízka vlhkosť v kultivačnom inkubátore môže spôsobiť nerovnováhu vlhkosti medzi kultivačným médiom a inkubátorom. Napríklad, ak je vlhkosť v inkubátore príliš vysoká, na kultivačnej miske sa môžu vytvárať kvapky vody, ktoré kvapkajú do kultivačného média a podporujú rast baktérií, čo ovplyvňuje výsledky experimentu. Ak je vlhkosť v inkubátore príliš nízka, môže dôjsť k strate vlhkosti z kultivačného média, čo ovplyvňuje rast baktérií na kultivačnom médiu. Preto je vhodná teplota a vlhkosť prospešná pre rast baktérií, plesní a kvasiniek.
Zdroje vlhkosti vo vnútri kultivačného inkubátora sú:
1) strata vlhkosti z kultivačného média;
2) regulácia vlhkosti ručným alebo automatickým riadiacim systémom kultivačného inkubátora;
3) prostredie, kde je kultivačný inkubátor umiestnený, čo je zvyčajne čisté, suché a dobre vetrané prírodné prostredie.
Rozliatie kultúrneho materiálu
Rozliatie kultivačného materiálu sa vzťahuje na náhodné oddelenie kvapalných alebo pevných látok obsahujúcich biologicky nebezpečné materiály z obalového materiálu. Keď sa biologické nebezpečenstvo rozleje do kultivačného inkubátora a mikroorganizmy rastú a rozmnožujú sa, inkubátor by sa mal okamžite vyčistiť. Na dezinfekciu vnútorných stien inkubátora a všetkých materiálov, ktoré prichádzajú do kontaktu s rozliatym materiálom, je potrebné použiť účinné dezinfekčné prostriedky, prípadne ich sterilizovať pod vysokým tlakom.
Ak sa rozliatie kultúry obsahujúcej plesne alebo iné patogénne baktérie neodstráni okamžite a následne sa použije na kultiváciu iných mikroorganizmov, zvyšková pleseň alebo patogénne baktérie môžu kontaminovať inkubátor, čo vedie ku krížovej kontaminácii a ovplyvňuje presnosť experimentálnych výsledkov. Preto by sa pri každodenných pokusoch malo čo najviac vyhnúť rozliatiu kultivačného materiálu. Ak dôjde k rozliatiu, inkubátor by mala okamžite vyčistiť a vydezinfikovať kvalifikovaná osoba.
Ak rozliaty materiál obsahuje rozbité sklo, nemal by sa odstraňovať ani likvidovať priamo rukou. Namiesto toho by sa s ním malo manipulovať pomocou tvrdého kartónu a klieští, ktoré by sa malo umiestniť do odolnej nádoby na odpad a povrchy nástrojov a zariadení by sa mali dvakrát utrieť 75 % etanolom počas 3 minút. Nakoniec je potrebné dezinfikovať čistiace nástroje.
Kontaminácia životného prostredia
Kultivačný inkubátor by mal byť umiestnený v čistom, suchom a dobre vetranom prirodzenom prostredí. Ak je čistota vzduchu v prostredí nízka, je ľahké rozmnožovať baktérie, plesne a vírusy, kontaminovať kultivačné médium cez medzeru medzi dnom a krytom Petriho misky a ovplyvniť presnosť výsledkov kultivácie.
3
Výber a riadenie biochemických inkubátorov
Pri výbere biochemického inkubátora je prvou požiadavkou, že musí mať presnú kontrolu nad teplotou a vlhkosťou. Po druhé, mal by byť schopný účinne predchádzať mikrobiálnej kontaminácii v inkubátore a v ideálnom prípade by mal byť schopný pravidelne odstraňovať kontamináciu. Existuje mnoho typov biochemických inkubátorov a pri výbere jedného z nich je dôležité zvážiť nasledujúce faktory na základe praktických potrieb a laboratórnych podmienok.
Spôsob ohrevu biochemických inkubátorov
Výhodou ohrevu vodného plášťa je, že pri výpadku prúdu dokáže systém udržať presnosť a stabilitu teploty v inkubátore dlhší čas. Doba udržiavania konštantnej teploty je 3-4 krát dlhšia ako pri systéme vzduchového plášťa. To je výhodné pre experimenty v nestabilnom prostredí, ktoré vyžadujú stabilné podmienky počas dlhého časového obdobia. Ohrev vodného plášťa vyžaduje doplnenie, vyprázdnenie a čistenie vody a prevádzku nádrže na vodu je potrebné pravidelne monitorovať. Vyhrievanie vzduchového plášťa má tú výhodu, že sa rýchlo zahrieva a obnovuje teplotu rýchlejšie ako inkubátor s vodným plášťom, čo je výhodné pre krátkodobú kultiváciu a časté otváranie a zatváranie dverí inkubátora.
Systém kontroly teploty a jednotnosť biochemických inkubátorov
Presný a spoľahlivý systém regulácie teploty je nevyhnutnou súčasťou inkubátora. Mal by mať tri nezávislé funkcie regulácie teploty v rámci inkubátora na reguláciu teploty, alarm prehriatia a monitorovanie teploty prostredia. Parametre systému riadenia teploty zahŕňajú kolísanie teploty, rozlíšenie teploty a rovnomernosť teploty. Rovnomernosť teploty inkubátora súvisí s cirkuláciou vzduchu v inkubátore a mal by sa zvoliť inkubátor vybavený ventilátorom a vzduchovými kanálmi v uzavretom priestore.
Regulácia teplotného rozsahu biochemických inkubátorov
Vyberte produkt s vhodným teplotným rozsahom na základe požadovanej experimentálnej teploty. Rozsah regulácie teploty biochemického inkubátora môže byť: izbová teplota 5℃ až 60℃, 0℃ až 60℃, 4℃ až 60℃ alebo 5℃ až 50℃. Inkubátory s konštantnou teplotou sa delia na dva typy: jeden s nízkoteplotným inkubátorom, ktorý udržuje teplotu medzi 0 ℃ a 35 ℃ a zahŕňa chladiaci systém a vykurovací systém, čo ho robí drahším. Vo všeobecnosti je teplota tohto typu inkubátora nastavená na konštantnú hodnotu medzi 0 °C a 50 °C.
Ďalším typom je inkubátor s izbovou teplotou, ktorý udržuje teplotu nad izbovou teplotou. Teplota tohto typu inkubátora je vo všeobecnosti nastavená tak, aby bola konštantná medzi izbovou teplotou a 65 °C. Výber nízkoteplotného inkubátora je pomerne jednoduchý, pretože by sa mal zvoliť tak, aby sa dosiahla požadovaná kultivačná teplota pod teplotou okolia.
Kontrola relatívnej vlhkosti biochemických inkubátorov
Vyberte si inkubátor s veľkou odparovacou plochou pre vlhkosť, pretože väčšia odparovacia plocha uľahčuje dosiahnutie relatívnej vlhkosti a čas obnovy vlhkosti po otvorení a zatvorení dvierok je kratší.
Systém dezinfekcie a sterilizácie biochemických inkubátorov
Systém dezinfekcie a sterilizácie inkubátora má vo všeobecnosti nasledujúce metódy: UV sterilizáciu, vysokoteplotnú sterilizáciu a sterilizáciu vzduchu vo vnútri inkubátora HEPA filtrom. Schopnosť UV sterilizácie je nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi UV lampou a terčom a čím ďalej, tým je sterilizačná schopnosť horšia. Preto má UV sterilizácia svoje obmedzenia a nemusí dosiahnuť dôkladnú sterilizáciu. Vysokoteplotná sterilizácia sa delí na dva typy: sterilizácia suchým teplom a sterilizácia vlhkým teplom. Sterilizácia vlhkým teplom má vyššiu účinnosť sterilizácie ako sterilizácia suchým teplom, pretože para má silnú penetračnú silu a je ľahké spôsobiť denaturáciu alebo koaguláciu bielkovín. HEPA filtre dokážu filtrovať vzduch vo vnútri inkubátora s filtračnou účinnosťou 99,97 % pre častice väčšie ako 0,3 μm.
Kapacita biochemických inkubátorov
Ak je kapacita inkubátora príliš malá, nemusí stačiť a ak je príliš veľká, môže zaberať príliš veľa miesta. Kapacita biochemických inkubátorov siaha od malých inkubátorov s kapacitou menšou ako 50L, vhodných pre laboratóriá s malými kultúrami, až po veľké inkubátory s kapacitou nad 400L, vhodné pre veľké laboratóriá. Bežne používaná kapacita inkubátora je medzi týmito dvoma rozsahmi a kapacita by sa mala vyberať na základe praktických potrieb. Je tiež dôležité vyhradiť si určitý priestor, aby bolo možné uspokojiť budúce potreby.
Materiál biochemických inkubátorov
Na trhu sú vo všeobecnosti dva typy materiálov používaných na vnútornú komoru mikrobiologických inkubátorov: železo (pozinkovaný materiál) a nehrdzavejúca oceľ. Železné komory sú ľahšie a pohodlnejšie na prepravu, zatiaľ čo nehrdzavejúca oceľ je odolnejšia. V súčasnosti je najobľúbenejším materiálom pre vnútornú komoru nehrdzavejúca oceľ 304, ktorá je odolnejšia voči korózii a trvácnejšie ako tradičné oceľové plechy valcované za studena. Ak má vnútorná komora zaoblenú rohovú štruktúru, ľahko sa čistí a nezanecháva žiadne mŕtve rohy.
Cenový faktor pri kúpe mikrobiologického inkubátora
Inkubátory s vyššími konfiguráciami, ako je ochrana heslom, vysokoteplotné automatické nastavovacie a poplašné zariadenia, automatické kalibračné systémy, LCD zobrazovacie systémy/systémy výstupov dát atď., sú pohodlnejšie na použitie a majú dobrý výkon, ale sú drahšie kvôli svojim komplexným funkciám. Preto je dôležité vybrať si inkubátor, ktorý vyhovuje vášmu rozpočtu a hlavným pestovateľským potrebám, aby ste dosiahli najlepšiu hodnotu za peniaze.
4
Používanie, monitorovanie a údržba mikrobiologických inkubátorov
Pri preprave, opravách a údržbe inkubátora by mal byť maximálny uhol sklonu menší ako 45 stupňov. Inkubátor by mal byť umiestnený na chladnom, suchom, dobre vetranom mieste, mimo zdrojov tepla a priameho slnečného žiarenia. Vonkajší plášť inkubátora by mal byť spoľahlivo uzemnený a umiestnený stabilne, aby sa zabránilo hluku spôsobenému vibráciami. Vzdialenosť medzi inkubátorom a stenou by mala byť väčšia ako 10 cm, na bočnej strane inkubátora by mala byť medzera 5 cm a nad inkubátorom by mal byť priestor aspoň 30 cm, aby sa zabezpečil dobrý odvod tepla chladiaceho systému.
Pred použitím zariadenia starostlivo skontrolujte, či napätie zdroja zodpovedá požiadavkám prístroja. Ak inkubátor používa trojkolíkovú zástrčku, zásuvka by mala byť správne uzemnená, aby sa zabezpečil spoľahlivý kontakt medzi uzemňovacím vodičom inkubátora a uzemňovacím vodičom napájacieho zdroja. Kultúra v inkubátore by nemala byť umiestnená príliš tesne, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie teploty. Položky umiestnené na každej vrstve kovovej mriežky by nemali byť príliš ťažké, aby nedošlo k ohnutiu alebo rozbitiu kovovej mriežky a poškodeniu kultúry.
Do inkubátora neumiestňujte predmety, ktoré sú príliš horúce alebo príliš studené. Pri odoberaní alebo ukladaní predmetov zatvorte dvierka inkubátora, aby ste udržali konštantnú teplotu. Nezapínajte ani nevypínajte inkubátor často v krátkom čase, aby ste predišli nepretržitému spúšťaniu kompresora. Keď je inkubátor v prevádzke, vyhýbajte sa častému otváraniu dvierok, aby ste udržali teplotnú stabilitu a zabránili vniknutiu prachu a nečistôt. Keď zariadenie nepoužívate, vypnite hlavný vypínač a vypínač na zadnej strane zariadenia a odpojte sieťovú zástrčku pre dlhodobé uskladnenie. Keď sa inkubátor ochladzuje, teplotný rozdiel medzi vnútornou a vonkajšou stranou inkubátora by nemal presiahnuť 25 °C.
Počas nepretržitej prevádzky každý deň sledujte, či inkubátor funguje normálne, a vykonajte ročné overenie výkonu prístroja. Po vyčistení a dezinfekcii inkubátora vložte do vnútra niekoľko prázdnych kultivačných misiek, niektoré zakryté a niektoré nezakryté, aby ste otestovali, či kryt ovplyvňuje výsledky testu a koľko kontaminácie je v nezakrytých miskách.
Pri čistení inkubátora utrite vnútornú stenu inkubátora gázou namočenou v alkohole na dezinfekciu a potom utrite alkohol suchou handričkou. Ak ide o inkubátor plesní, použite dezinfekčný prostriedok, ktorý dokáže plesne eliminovať, alebo vykonajte pravidelnú UV sterilizáciu, aby ste znížili kontamináciu plesňou. Na utieranie vonkajšieho povrchu nepoužívajte kyslé/alkalické ani iné korozívne roztoky. Ak sa počas monitorovania inkubátora zistí abnormálne zahrievanie alebo chladenie, náhle vypnutie alebo iné anomálie, mala by sa urýchlene vykonať oprava a mali by sa viesť záznamy o údržbe.
