موضوع: دستگاه انکوباتور (همه چیز)

كنترل دما، رطوبت و شرایط محیطی در انكوباتور

انکوباتور(به انگلیسی: Incubator) یک ابزار آزمایشگاهی است که در آزمایشگاه های بیولوژی برای کشت و رشد دادن نمونه های زنده مانند سلول ها یا میکروب ها به کار می رود.این وسیله با کنترل رطوبت، دما، میزان اکسیژن و دی اکسید کربن شرایطی مناسب برای رشد اورگانیسم های زنده فراهم می کند.انکوباتور یکی از ابزار های مهم در آزمایش های میکروبیولوژی، زیستشناسی سلولی و... به حساب می آید.این وسیله توسط پزشک کودکانفیلیپینیفیدل موندو (به انگلیسی: Fe del Mundo) اختراع شده است.

انكوباتورهای آزمایشگاهی دستگاه هایی هستند كه دما، رطوبت و دیگر شرایط محیطی را برای نگهداری و كشت نمونه های آزمایشگاهی كنترل می كنند. این انكوباتورها محفظههای بسته و ایزولهای هستند كه تا حد امكان از لحاظ دما و ورود و خروج گازها از بیرون آن جدا شده اند، انكوباتورها هیتر قابل تنظیمی دارند كه میتوانند از طریق المنت هایی دمای آن را به 60 تا 100 درجه سانتی گراد نیز بالا ببرند. با استفاده از سنسورهایی دمایی، دمای داخل انكوباتور سنجیده شده و سیستم كنترل دمای موجود در آن از طریق ترموكوپلهای معمولی یا سیستم های مبتنی بر میكرو كنترلرها و plc، دمای داخل آن را در حد تعیین شده ثابت نگه میدارد.

انـكـوبـاتـورهـای آزمـایـشـگـاهـی انـواع مـخـتـلفی دارند، كه در ادامه اشاره ای به آن ها شده است:

1-انكوباتورهای استاندارد


انـكـوباتورهایی كه دمای داخلی آن ها از دمای محیط شروع شده و قابلیت گرم كردن تا 80 درجه بالاتر از دمای محیط را دارند.


2-انكوباتورهای خنك كننده


انكوباتورهایی كه برای تامین دمایی پایین تر از دمای محیط به كار می روند.


3-انكوباتورهای مرطوب انـكـوباتورهایی كه علاوه بر كنترل دما قابلیت كنترل رطوبت محفظه داخلی را نیز دارند. رطوبت مـورد نـیـاز تـوسـط مـخـزن آب و سـیـسـتم گرمایش انـكـوبـاتور تامین می شود. كنترل دقیق رطوبت با واحـدهـایی انجام می شوند كه به جای استفاده از گـرمـایـش مستقیم، توسط سیستم خنك كننده ای رطوبت اضافی را كاهش می دهند.


4-انكوباتورهای دی اكسید كربن


كـاربـرد ایـن انـكـوبـاتـورهـا در مـوارد بـیولوژیك اسـت و عـلاوه بـر كـنـتـرل دمـا بـرای تـامـین درصد خاصی از دی اكسید كربن (مثلا 5)% داخل محفظه انـكـوبـاتـور بـه كـار گـرفـتـه مـی شـونـد. گـاز 2CO از سـیـلـنــدر گــازی كــه حــاوی ایــن گـاز اسـت تـامـیـن مـیشـود. غـلـطـت 2CO یـا با سنسورهای رسانای گــرمــایــی(TCD) یـا بـا سـنـسـور هـای مـادون قـرمـز (infra-red) مـانـیـتـور مـی شود. سنسورهای مادون قـرمـز از سـنـسـورهای TCD گرانقیمت تر هستند. برخی كاربران به رطوبت بسیار بالا درون محفظه نیاز دارند، كه آن را با استفاده از حمام های آبی و تبخیر مداوم آب فراهم می سازند


در برخی از این انكوباتورها امكانات اضافی نیز گذاشته شده است. به عنوان نمونه : فیلترهایی به نام فیلتر HEPA هوا یا فیلتر HEPA ورودی گاز، سطح داخـلـی پـوشـیـده شـده از مـس جـهت كاهش رشد باگ، كنترل گازهای دیگر مانند نیتروژن و اكسیژن، در داخلی شیشه ای، امكان استریلیزاسیون مثلا با لامـپ فـرابـنـفـش(ultra-violet)، اسـتـریـلـیـزاسـیون هوای مرطوب 90 درجه یا استریلیزاسیون با دمای بالای 180درجه، تعویض خودكار شیشه 2CO و ...


بهترین انواع انكوباتورهای 2CO آن ها هستند كــه مـحـفـظــه داخـلــی انـكـوبـاتـور بـه قـسـمـت هـای كوچك تر با درب های مجزا تقسیم شده اند كه در صـورت وجـود آلـودگـی در یـك قـسـمـت بـه سـایر قسمت ها انتقال داده نمی شود. همچنین بهتر است ایـــن نـــوع دســتــگــاه مـجـهــز بــه سـیـسـتــم خــودكــار استریلیزاسیون باشد. ضمنا دو ورودی گاز 2CO از دو سیلندر داشته باشد تا در هنگام تمام شدن یك سـیـلندر از دیگری استفاده شود. سنسور 2CO در انـكـوبـاتـورهـای كـشـت سـلـولـی بـا مـیـزان رطوبت رابـطــه عـكــس دارد، پــایـیـن آمـدن رطـوبـت بـاعـث بالارفتن میزان گاز 2CO در دستگاه می شود. باید ایـن سنسور مرتبا با الكل 70 درصد یا ایزوپروپیل الكل تمیز شود.


5-انكوباتورهای ارتعاشی علاوه بر كنترل دمای محفظه، قابلیت تكان دادن فلاسك ها به صورت اوربیتالی یا دایره ای را دارد. ایـن انـكـوباتورها در انواع دیواری یا ایستاده روی زمین موجود هستند و اكثرا قابلیت خنككنندگی در دمایی پایین تر از دمای محیط را دارند.


6-انكوباتورهای Hybridization


انـكـوبـاتـورهـایـی كـه مـجـهز به میله های گردان هـسـتند تا شیشه های هیبریدیزاسیون با سایزهای مختلف را نگه داشته و آن ها را با سرعت تعیین شده بچرخاند تا هیبریدیزاسیون محتویات آن ها فعال شــــود. انـــواع مــخــتــلـــف ایـــن دســتــگـــاه هـــا دارای شیكرهای متحرك و طبقات متعدد هستند.


7-انكوباتورهای واكسیایـن انـكـوبـاتـورها در علم بافت شناسی كاربرد دارد و ماكزیمم دمای تولید شده در داخل آن ها 100 درجـــه ســـانــتـیـگــراد اســت. مـحـفـظــه داخـلــی ایــن دستگاه ها پوششی از استیل ضد زنگ دارد و اكثرا دارای محفظه ای دو جداره هستند.


8-انكوباتورهای استریل كننده امـكـــان اســتــفـــاده بـــه عــنـــوان انــكــوبــاتــورهــای اسـتـانـدارد را دارنـد یـا مـی توان در دمای بالا برای استریل كردن ابزارها و وسایل از آن ها استفاده كرد.


مراحل ساخت انكوباتورها


سه گروه اصلی از مواد مورد نیاز برای ساخت یك انكوباتور عبارتند از: ورق فلزی از استیل ضد زنگ با ضخامتی در حدود 05/0 تا 1 سانتیمتر. از این جـهــت اسـتـیــل ضــد زنــگ پـیـشـنـهـاد داده شـده كـه احـتـمـال خوردگی و زنگ زدگی در مجاورت دو عامل موثر گرما و رطوبت، در این ماده بسیار پایین اسـت. دومـیـن گروه از مواد مورد نیاز عبارتند از : اقلامی چون پیچ، مهره، عایق بندی، فن ها و موارد گـونـاگـونـی كـه بـرای مـونـتـاژ انـكـوباتورنیاز است. سومین گروه از مواد لازم، پكیج های الكترونیك اسـت، كـه پـیچیدگی آن ها بستگی به نوع كاركرد مورد انتظار دارد. برخی پكیج ها ممكن است تنها یك سوییچ روشن و خاموش ساده با كنترل دمای آنالوگ باشد و در برخی دیگر ممكن است مجهز به جدیدترین تكنولوژی میكرو پروسسوری باشند تا بتوان آن ها را برنامه ریزی كرد.


انـكـوبـاتـورهـا نـیز همانند یخچال ها، بر حسب حجم محفظه طبق بندی می شوند. كه حجم آن ها ممكن است از 5/1تا 3 سانتی متر مكعب شروع شود یا به بزرگی 5/5 تا 10 مترمكعب باشد. از ورقههای فلزی برای ساخت دو باكس استفاده می شود. یك محفظه داخلی و یك محفظه دیگری كه آن را در بر مـــیگـیــرد. در صــورتــی كــه مـحـفـظــه بــه صــورت الـكـتـریـكـی گـرم مـی شـود آن را ایـزولـه كـرده و در صورتی كه با گرمای آب گرم می شود، دور چمبر را آبـدان مـنـاسـبـی مـی پـوشـانـنـد. بـرای جـلـوگیری از آلـودگـی و اجـتـنـاب از رشـد قـارچ یـا باكتری، باید مـحـفـظـه را كـامـلا سـربـسـتـه و مـحـكم كرد تا حتی نسبت به هوا هم غیر قابل نفوذ باشند. برای اینكه دانـشـمـنـدان بـدون تـمـاس با مواد كشت داده شده بتوانند آن ها را مشاهده كنند، شیشه ای در جلوی آن قرار داده می شود. دور شیشه نیز دربی استیل و كاملا ایزوله قرار میگیرد.


بـرای گرم كردن محفظه داخل انكوباتور از دو منبع می توان استفاده كرد، هیترهای الكتریكی كه از فن برای انتشار گرما استفاده می كنند یا از آبدان داغ. اكثرا در انكوباتورها محفظه داخلی مجهز به هیتر الكتریكی است كه روی دیواره داخلی نصب شـده و بـا صـفـحـه مـشـبـك مـحافظی پوشانده شده است. دقیقا زیر هیتر دیواری، فنی نصب شده است كه موتور آن به سمت دیواره و پره های آن به سمت داخـل چـمـبر است. اما در برخی مدل های دیگر، بـــرای گـــرم كــردن مـحـفـظــه، فــاصـلــه بـیــن دیــواره دوجداره را انباشته از آب داغ می كنند. هیترهای خشك دیواری مزایای زیادی نسبت به آبدان داغ دارنـد. اول ایـنـكـه دمای داخل چمبر را به سرعت مــیتــوان تـغـیـیــر داد. ضـمـنـا واحـدهـای گـرمـایـش الـكـتـریـكـی بـه صـورت گـرمایی گند زدایی نیز می شـوند. چرا كه این هیترهای دیواری نه تنها درون مـحـفـظـه را بـا سـرعـت بالا گرم می كنند، بلكه می تـوانـنـد دمـای آن را نـیـز بـسیار بالاتر برند. از دیگر معایب آبدان ها نشتی بسیار بالاتر آن ها نسبت به هیتر های الكتریكی است.


رطوبت مورد نیاز در انكوباتور توسط یك جام مـسی كوچك كه حاوی مقداری آب تصفیه شده است، تامین می شود. بخار تولید شده توسط یك دریـچـه كـنـتـرلـی وارد مـحـفـظـه می شود. همچنین مـمـكـن اسـت انـكـوبـاتور نیاز به نور داخلی داشته بــــاشــــد. بــــدیــــن مــنــظــــور مـــی تـــوان لامـــپ هـــای فـلـورسـانـسی یا UV درون محفظه نصب كرد. در انـكــوبــاتــورهــای پـیـشــرفـتــه تـر، بـرای تـنـظـیـم دمـا، رطـوبـت، نـور، تهویه، و دیگر امكانات انكوباتور، صـفـحـه كـنـتـرلـی بـر روی دیـواره خارجی دستگاه تعبیه شده است. اما در انكوباتورهای ساده به جای ایـن صـفـحـه تـنها یك كلید روشن و خاموش قرار دارد. درون محفظه یك ترموستات یا ترموكوپل نیز قرار می دهند تا بدون مشكل دما از خارج انكوباتور قابل رویت و تنظیم باشد.






نكاتی برای كار با انكوباتور


هـنـگام كار با انكوباتورها باید نكاتی را مد نظر قـرار داد. سـطحی كه انكوباتور قرار داده می شود بـایـد صـاف و تـراز بـاشـد و تا حد امكان نزدیك به هودهای كشت سلولی یا هودهای میكروبی قرار گیرند. دمای مناسب برای محیطی كه انكوباتور در آن قـرار دارد حدود 30 درجه سانتیگراد است، از قرار دادن انكوباتور در جای مرطوب و خیلی گرم پرهیز شود چراكه این شرایط برای رشد باكتری ها بسیار مناسب است. باید از قرار دادن انكوباتور در نـــزدیـــك درهـــای اصــلــی یــا جــریــانــات هــوائــی و هواكشها خود داری شود. از گذاشتن مواد فرار یا قـــابـــل اشــتــعــال (اتــر،بـنــزیــن، الـكــل ، پــروپــان) در انـكـوبـاتور پرهیز شود. كشت سلول یا پلیت های باكتری ها با فاصله از یكدیگر قرار گیرند تا جریان هـوا بـه خـوبی صورت گیرد، درصورت كم بودن فاصله ظروف، تعدیل دما و گاز 2CO در بین آن ها به خـوبـی صـورت نـمی گیرد. برای پر كردن محفظه آب باید از آب تقطیر شده یا خالص استفاده كرد. بـهـتــر اســت بــرای جـلـوگـیـری از رشـد قـارچ هـا و كـپــكهــا در آب داخــل انـكــوبــاتـور، مـقـدار كـمـی سولفات مس یا ساولون ریخته شود. تعویض به موقع ظرف آب داخل دستگاه، در انكوباتور های كـشـت سـلـولـی بـسـیـار ضـروری است. برای تمیز كـردن انـكـوبـاتـور بـهـتـریـن مـاده الـكـل 70 % اسـت. هـنـگـام تـمـیـز كـردن از ریـخـتـن آب، یـا اسـتـفاده از محلول سدیم كلراید یا محلول های هالوژن دار كه بـاعـث خـوردگـی رنـگ مـی شـوند یا محلول های قـلـیـائـی یـا اسـیـدی قـوی خـودداری كـنـیـد. هـنـگـام استفاده از الكل برای تمیز كردن داخل انكوباتور به ویژه اگر انكوباتور با درجه حرارت های بالا تمیز شود باید دقت بالایی داشت چراكه در این شرایط الكل تبخیر شده و تمام فضای داخل انكوباتور را فــرا مــیگـیــرد و امـكـان خـطـر انـفـجـار وجـود دارد بـنـابـرایـن بـاید تمام الكل باقی مانده به خوبی پاك شود. برای برداشتن فلاسك های كشت سلول و پلیت باكتری ها حتما از دستكشهای لاتكس ضد عـفـــونـــی شـــده اسـتـفــاده شــود. در صــورت دیــدن آلـودگـی در فـلاسـك هـای كـشـت بـلافـاصله تمام كـشـتهـا را خـارج كـرده و داخـل انـكـوبـاتـور ا بـه خوبی با الكل 70 % ضد عفونی كرد، می توان برای اسـتریل كردن قفسهها آن ها را در داخل فورقرار داد. قـفـسـه هـا و دیـواره های دستگاه همواره باید خـشـك بـاشـد و از بـاز مـانـدن درب دسـتـگـاه برای مـدت طـولانـی پرهیز شود چراكه در این صورت رطـوبـت مـوجود در انكوباتور به صورت قطرات آب در آمده و محیط مناسبی برای رشد باكتری ها، قارچ ها و مخمرها ایجاد می شود.