Лабораторный инкубатор

<час />

Инкубатор состоит из прозрачной камеры и оборудования, регулирующего ее температуру, влажность и вентиляцию. В течение многих лет основные виды использования контролируемой среды, обеспечиваемой инкубаторами, включали инкубацию из яиц домашней птицы и уход за недоношенными или больными младенцами, но недавно появилось новое и важное применение, а именно культивирование и манипулирование микроорганизмами для лечения и исследований. В данной статье речь пойдет о лабораторных (медицинских) инкубаторах.

Первые инкубаторы использовались в Древнем Китае и Египте, где они состояли из отапливаемых огнем помещений, в которые помещались оплодотворенные куриные яйца для вылупления, тем самым давая курицам возможность продолжать откладывать яйца. Позже для обогрева инкубаторов стали использовать дровяные печи и спиртовые лампы. Сегодня инкубаторы для птицы представляют собой большие помещения с электрическим обогревом для поддержания температуры от 99,5 до 100 градусов по Фаренгейту (37,5 и 37,8 градусов по Цельсию). Вентиляторы используются для равномерной циркуляции нагретого воздуха по яйцам, а влажность в помещении устанавливается на уровне около 60 процентов, чтобы свести к минимуму испарение воды из яиц. Кроме того, в инкубатор закачивается наружный воздух, чтобы поддерживать постоянный уровень кислорода в 21 процент, что является нормальным для свежего воздуха. За один раз в большом коммерческом инкубаторе можно вырастить до 100 000 яиц, и все они будут чередоваться минимум 8 раз в день в течение 21-дневного инкубационного периода.

В конце девятнадцатого века врачи начали использовать инкубаторы для спасения жизни младенцев, рожденных после периода беременности менее 37 недель (оптимальная продолжительность беременности у человека составляет 280 дней или 40 недель). Первый детский инкубатор, обогреваемый керосиновыми лампами, появился в 1884 году в парижской женской больнице.

В 1933 году американец Джулиус Хесс разработал инкубатор для младенцев с электрическим подогревом (большинство из них до сих пор с электрическим подогревом). Современные детские инкубаторы напоминают кроватки, за исключением того, что они закрытые. Обычно крышки прозрачные, чтобы медицинский персонал мог постоянно наблюдать за младенцами. Кроме того, многие инкубаторы имеют отверстия в боковой стенке, в которые можно вставить резиновые перчатки с длинными рукавами, что позволяет медсестрам ухаживать за младенцами, не снимая их. Температура обычно поддерживается на уровне от 88 до 90 градусов по Фаренгейту (от 31 до 32 градусов по Цельсию). Поступающий воздух проходит через фильтр HEPA (высокоэффективный очищенный воздух), который очищает и увлажняет его, а уровень кислорода в камере регулируется в соответствии с конкретными потребностями каждого младенца. Инкубаторы в отделениях для новорожденных, центры, специализирующиеся на уходе за недоношенными детьми, часто оснащены электронными устройствами для контроля температуры ребенка и количества кислорода в его крови.

Лабораторные (медицинские) инкубаторы были впервые использованы в двадцатом веке, когда врачи поняли, что их можно использовать для выявления патогенов (болезнетворных бактерий) в жидкостях организма пациентов и, таким образом, для более точной диагностики их заболеваний. После получения образца его переносят в чашку Петри, колбу или другой стерильный контейнер и помещают на штатив внутри инкубатора. Чтобы способствовать развитию патогенных микроорганизмов, воздух внутри камеры увлажняется и нагревается до температуры тела (98,6 градусов по Фаренгейту или 37 градусов по Цельсию). Кроме того, эти инкубаторы обеспечивают количество атмосферного углекислого газа или азота, необходимое для роста клеток. По мере того как этот тщательно кондиционированный воздух циркулирует вокруг него, микроорганизмы размножаются, что облегчает и более надежную идентификацию.

Связанное с этим использование инкубаторов - это культивирование тканей, метод исследования, при котором врачи извлекают фрагменты ткани из растений или животных, помещают эти эксплантаты в инкубатор и контролируют их последующий рост. Температура внутри инкубатора поддерживается на уровне или близком к температуре организма, из которого был получен эксплант. Наблюдение за эксплантатами в инкубаторах дает ученым представление о работе и взаимодействии отдельных клеток; например, это позволило им понять раковые клетки и разработать вакцины от полиомиелита, гриппа, кори и эпидемического паротита. Кроме того, культура тканей позволила исследователям обнаружить нарушения, вызванные нехваткой определенных ферментов.

Инкубаторы также используются в генной инженерии, расширении культивирования тканей, при котором ученые манипулируют генетическим материалом в эксплантах, иногда комбинируя ДНК из дискретных источников для создания новых организмов. Хотя такие приложения, как банки спермы, клонирование и евгеника, беспокоят многих современных наблюдателей, генетический материал уже подвергся ощутимым положительным изменениям - например, для производства инсулина и других биологически важных белков. Генная инженерия может также улучшить питательную ценность многих фруктов и овощей и повысить устойчивость различных культур к болезням. Наибольший потенциал инкубаторов заключается в области биотехнологий.

Сырье

Для изготовления инкубатора необходимы три основных типа материалов. Первый - нержавеющая сталь . листовой металл обычного сорта, обычно толщиной от 0,02 до 0,04 дюйма (от 0,05 до 0,1 сантиметра). Используется нержавеющая сталь, потому что она противостоит ржавчине и коррозии, которые могут быть вызваны как естественными факторами окружающей среды, так и тем, что находится внутри устройства. Следующая категория необходимых компонентов - это товары, приобретаемые у сторонних поставщиков:гайки, винты, изоляция, двигатели, вентиляторы и другие разные предметы. Третий тип необходимого материала - это корпус электроники, сложность которого будет зависеть от сложности рассматриваемого устройства. Такой пакет может иметь простые переключатели включения / выключения с аналоговым контролем температуры или современный микропроцессор, который может быть запрограммирован на поддержание разных температур в течение различных интервалов или на управление различными внутренними системами освещения.

Дизайн

Как и стандартные холодильники, инкубаторы измеряются по объему камеры, который составляет от 5 до 10 кубических футов (1,5 - 3 кубических метра) для моделей со столешницей и от 18 до 33 кубических футов (5,5 - 10 кубических метров) для отдельно стоящих моделей. модели.

Листовой металл используется для изготовления коробок двух конфигураций:внутренней камеры и кожуха, который ее закрывает. Изоляция (если камера нагревается электрически) или водяная рубашка (если она нагревается водой) окружает камеру, а корпус поддерживает ее, элементы управления и двери. Чтобы предотвратить заражение и рост грибков или бактерий, камера должна быть герметично закрыта или сделана герметичной, как и любые отверстия, встроенные в ее стенки. Стеклянная дверь, которая позволяет ученым наблюдать за содержимым камеры, не беспокоя его, прилегает к прокладке камеры, что помогает поддерживать герметичность инкубатора. Стальная дверь, прочная и изолированная, закрывается над стеклянной дверью.

Используются два типа источников тепла:электрические нагреватели, которые используют вентиляторы для циркуляции тепла, которое они генерируют, и рубашки для горячей воды. В первом варианте внутренняя камера оснащена электронагревателем, установленным на внутренней стене и закрытым перфорированной защитной панелью. В стенке камеры непосредственно над нагревателем установлен вентилятор, двигатель которого проходит через стенку камеры в зону управления корпуса и чьи лопасти обращены внутрь. Другие производители нагревают камеру, окружая ее водонаполненной рубашкой.

Каменный обогреватель имеет несколько преимуществ по сравнению с водяной рубашкой. Во-первых, первый может быстрее изменять температуру в камере. Кроме того, блоки с электрическим обогревом можно термически обеззараживать, поскольку настенные обогреватели не только быстрее нагревают камеру, но и нагревают ее до более высоких температур (устройство считается чистым после того, как температура в его камере была повышена до 212 градусов по Фаренгейту или 100 градусов Цельсия. или выше). Водяные рубашки представляют собой еще одну проблему, которой не обладают настенные обогреватели:поскольку они находятся под давлением, в них могут возникать протечки.

Влажность создается за счет нагрева небольшой медной емкости, содержащей ограниченное количество очищенной воды; образующийся пар может быть введен в камеру с помощью регулирующего клапана. Также можно использовать внутреннее освещение. Флуоресцентный и УФ (ультрафиолетовый) Самые большие компоненты лабораторного инкубатора сделаны из листового металла из нержавеющей стали, который разрезан, перфорирован и изогнут. правильная форма. Детали соединяются винтами, точечной или дуговой сваркой. Ближе к концу процесса сборки в камеру вставляется либо водяная рубашка, либо изоляция. светильники можно устанавливать по отдельности или в комбинации. Для регулировки температуры, влажности, освещения, вентиляции и других специальных функций более сложные инкубаторы оснащены панелями управления на внешнем корпусе. Однако, если устройство относительно простое, оно будет иметь только базовые переключатели включения / выключения с простыми аналоговыми регуляторами температуры. Внутри камеры стратегически размещен термостат или термопара, так что их можно легко увидеть снаружи.

Производственный
процесс

Резка, перфорация и гибка
листового металла

• 1 Сначала металлические листы размером 48 на 112 дюймов (122 на 284 см) разрезаются на маленькие квадратные кусочки с помощью плоских ножниц, которые напоминают очень большой настольный резак для бумаги.
• 2 Револьверный пресс с ЧПУ - это станок, на котором запрограммированы размеры перфорированного листового металла и расположение каждого отверстия и надреза; также вводятся формы и размеры каждого отверстия и выемки. У станка есть магазин пуансонов различных размеров и заранее определенных положений в револьверном (поворотном) держателе. Оператор кладет лист на станину (стол) станка, размещает его в трех фиксированных точках, чтобы обеспечить прямоугольность, и зажимает его на столе. Затем машина будет перемещать листовую сталь по станине роликов в различные положения под револьверной головкой, прежде чем повернуть револьверную головку на пуансон, запрограммированный для этого конкретного места, и запустить пресс для пробивки отверстия. Машины этой конструкции могут содержать до 60 пуансонов различной геометрии и перемещать и ударять по листу с высокой скоростью. Большинство производителей столярных изделий из листового металла широко используют эту технологию.
• 3 Обычные штамповочные прессы с компьютерным программированием или автоматикой не предназначены для тяжелой обработки; Другими словами, они пробивают отверстия только определенной формы и размера. Листовой металл помещается в матрицу оператором. Когда пресс движется вниз, листовой металл пробивается. Эти станки стоят меньше, чем прессы с ЧПУ, но листовой металл необходимо помещать в многочисленные прессы, чтобы получить желаемую конфигурацию пуансонов.
• 4 После того, как листовой металл был разрезан и перфорирован, некоторые детали необходимо согнуть на станках, известных как листогибочные прессы . или тормоза коротко. Тормоза могут иметь длину от 4 до 20 футов (от 1,2 до 6,1 метра), но обычно они имеют длину около 10 футов (3 метров). И неподвижное дно, или кровать, и движущийся верхний, или плунжер, имеют прорези по всей длине машины. Поскольку эти слоты выровнены, любой инструмент, помещенный в них, всегда будет идеально выровнен. Станина имеет прямоугольный блок с открытой буквой «V» на его верхней стороне, в то время как ползун имеет лезвие с острым лезвием и радиусом на его режущей кромке. Спуск тарана в открытое дно «V» регулируется; глубина, на которой лезвие входит в станину, определяет угол изгиба листового металла. Простая линейка служит задним упором.

Сборка шкафов

• 5 Затем компоненты камеры и корпуса соединяются вместе, некоторые с помощью винтов для листового металла. Другие соединяются с помощью точечной сварки, процесса, при котором отдельные куски материала плавятся под действием давления и тепла.
• 6 Остальные компоненты свариваются дуговой сваркой одним из трех способов. В первом методе, известном как сварка MIG (металлическая дуга в инертном газе), катушка тонкой проволоки пропускается через ручной пистолет. К наконечнику сопла пистолета подключается шланг от баллона с инертным газом (обычно аргоном). Машина, генерирующая электрический ток, прикреплена к проводу пистолета и обрабатываемой детали. Когда спусковой крючок пистолета нажимается, проволочный стержень движется по направлению к заготовке, и газ выпускается, создавая атмосферу в точке, где проволока соединяется с металлом. Это позволяет соединять детали.
• 7 Второй метод дуговой сварки известен как сварка штучной сваркой. В этом процессе тонкий стержень длиной примерно 12 дюймов, толщиной 0,187 дюйма (длиной 30 сантиметров, толщиной 0,47 см), покрытый флюсом, помещается в ручной держатель. Этот держатель прикреплен к машине, генерирующей электрический заряд. К машине также подключен заземляющий кабель, конец которого зажимается на свариваемой детали. Когда стержень приближается к деталям, возникает дуга, выделяющая сильное тепло, плавящее стержень и флюс. Флюс действует как очищающее средство, позволяя материалу стержня прилипать к обеим металлическим частям. Сварщик протаскивает стержень по швам металла, сохраняя при этом расстояние от шва, чтобы дуга оставалась постоянной.
• 8 Третий метод дуговой сварки, используемый для сборки инкубатора, - это сварка TIG (вольфрамовая дуга в инертном газе), комбинация электродной сварки и сварки MIG. В этом процессе стационарный вольфрамовый стержень без флюса вставляется в ручной пистолет. Инертный газ выходит из баллона через сопло пистолета. При нажатии на спусковой крючок газ создает атмосферу; когда вольфрамовый стержень зажигает свою дугу, две части сливаются вместе без присадочного металла.

Покраска инкубатора

• 9 На этом этапе корпус может быть окрашен для дополнительной защиты поверхности как внутри, так и снаружи (внутренняя камера никогда не окрашивается). Коробка окрашена распылением, обычно электростатически заряженной порошковой краской. Этот процесс требует приложения небольшого электрического заряда, чтобы он притягивал частицы порошка с противоположным зарядом. После напыления на корпус его помещают в печь, в которой частицы порошка плавятся, в результате чего они прилипают к свежеочищенной металлической поверхности. Этот процесс очень чистый, эффективный и экологически чистый, а высококачественная краска выдерживает большинство лабораторных разливов.

Изоляция или оболочка камеры

• 10 Затем внутренняя камера оборачивается изоляцией (либо ватином, либо оргалитом), помещается внутрь корпуса и закрепляется. Если агрегат с водяной рубашкой, В инкубаторе с электрическим обогревом изоляция - ватина или твердый картон - оборачивается вокруг внутренней камеры. и помещен внутрь корпуса. В инкубаторах с водяным обогревом водяные рубашки также размещаются внутри внутренней камеры.
  Объем камеры типичного отдельно стоящего инкубатора составляет от 18 до 33 кубических футов. куртка размещается внутри корпуса, а камера внутри куртки. Дверь из листового металла строится с использованием методов, аналогичных упомянутым выше.

Сборка панели управления

• 11 Пока изготавливаются шкафы из листового металла, на заводе собирается панель управления. Следуя подробным электрическим распечаткам, электрики прикрепляют к электрическим устройствам провода разного цвета и различной толщины. Цветовая схема помогает техническим специалистам быстро диагностировать проблемы, а различная толщина обеспечивает безопасную и эффективную передачу более низких и высоких напряжений. Приобретенные электрические устройства, такие как блоки предохранителей, переключатели, клеммные колодки и реле, соответствуют строгим электрическим нормам. Наконец, провода от панели управления подключаются к устройствам управления (переключатели включения / выключения или микропроцессоры) и электромеханическим устройствам (двигатель вентилятора, освещение и нагреватели).

Окончательная сборка, тестирование и очистка

• 12 Теперь к инкубатору прикреплены внутреннее стекло и внешняя сплошная дверца, а также установлены стеллажи и дополнительные элементы. Каждый блок проходит 100-процентную функциональную проверку. Параметры для каждого теста устанавливаются для проверки производительности устройства в соответствии с заявленными спецификациями или требованиями заказчика, в зависимости от того, что является более строгим. Проблемы устранены, оборудование повторно протестировано. Копия результата теста хранится в файле, а оригинал отправляется заказчику.
• 13 Инкубатор проходит тщательную очистку изнутри и снаружи. Полки снимаются и упаковываются отдельно, а двери заклеиваются лентой. Под дверью находится скоба, которая предотвращает провисание. Затем каждую единицу прикрепляют к деревянной раме и гофрированному картону . Коробка размещается вокруг корпуса. Между коробкой и коробкой помещается наполнитель упаковки. Наконец, товар отправлен.

Контроль качества

Вся отрасль, производящая инкубаторы, не принимает никаких стандартов качества. В некоторых регионах страны может потребоваться электрическое одобрение UL (Лаборатория страховщиков), но эти стандарты применимы только к используемым электромеханическим устройствам. Во время работы с листовым металлом производители используют внутренние процессы инспекции, которые могут широко варьироваться, от формальной первичной инспекции до инспекции произвольной выборки. Некоторые компании могут вести записи о своих выводах, а другие нет. Почти все без исключения производители проводят тестирование уровня производительности перед отправкой, как описано выше.

Будущее

В то время как больницам всегда будут нужны инкубаторы для новорожденных, рынок биотехнологий - это то место, где этот продукт находится на растущем рынке. В инкубаторах с камерой роста потребуется более точный контроль температуры и относительной влажности, поскольку микробиологи и исследователи исследуют новые способы улучшения нашего здоровья и благополучия.