انکوباتور آزمایشگاهی

 

 

انکوباتور محفظه ای عایق بندی شده ای است که توسط آن شرایط خاص محیطی از نظر دما , رطوبت و ترکیب گازهای موجود در هوا مانند اکسیژن و دی اکسید کربن برای رشد میکروارگانیسم های زنده فراهم می کند .

محیط های کشت ( مایع و جامد ) را بعد از کشت دادن در درون این دستگاه تنظیم می کنند و بعد تا مدت معین محیط های کشت در آن باقی می مانند.

 

اصول عملکرد:

انکوباتور از روش های مختلف انتقال گرما و کنترل محیطی جهت رسیدن به شرایط لازم برای روش های ویژه آزمایشگاه استفاده می کند. معمولاً انکوباتورها دارای یک سیستم متشکل از مقاوم های الکتریکی یا همان المنت ها است که با ترموستات و یا میکرو پروسسور کنترل می شود و برای سیستم های انتقال گرما، از هدایت و یا همرفت طبیعی و یا اجباری گرما استفاده می کند.

هدایت گرما:  در انکوباتورهایی که با هدایت گرما کار می کنند، یک سری از مقاوم های الکتریکی حرارت را به طور مستقیم به دیواره اتاقک، جایی که نمونه ها انکوبه می شوند، انتقال میدهد. مقاوم ها دمای بالا دارند. درحالیکه اتاقک یکی از نواحی با دمای پایین تر است. انتقال انرژی حرارتی همیشه از ناحیه ای با دمای بالاتر به ناحیه ای با دمای پایین تر اتفاق می افتد.

همرفت گرما: گرمای تولید شده به وسیلة مقاوم ها در انکوباتورهای دارای سیستم همرفت گرما، توسط هوایی که در اتاقک انکوباسیون جریان دارد، به نمونه ها انتقال می یابد. کارایی این فرآیند به الگوهای جریان هوا بستگی دارد. معمولاً هوا از کف انکوباتور وارد محفظة اتاقک شده و گرم می شود و به طور یکسان در داخل اتاقک انکوباسیون جریان پیدا می کند. در نهایت ازطریق لوله ای که در قسمت بالایی انکوباتور قراردارد، خارج می شود. بعضی از انکوباتورها هواکش هایی دارند که هوا را با همرفت اجباری به جریان درمی آورند.

 

در اتاقک انکوباسیون زمانی که دمای پایین تر از دمای اتاق مورد نیاز است، باید سیستم سردکننده وجود داشته باشد. این سیستم گرما را خارج و اتاقک انکوباسیون را خنک نگهداشته و با سیستم کنترل کننده دمای انکوباتور کار می کند. آب در حالت مایع ظرفیت بالایی در جذب و حفظ گرما دارد. بعضی از سازندگان در طراحی های خود اتاقک های آبی را در اطراف اتاقک انکوباسیون تعبیه می کنند. این کار، برای تضمین حفظ شرایط دمایی ثابت در درون اتاقک انکوباسیون مفید است. سیستم کنترل دمای انکوباتور، مبتنی بر استفاده از ترموستات ها، ترموکوپل ها ، مقاوم های حرارتی یا عوامل نیمه رسانای گوناگون است. مدارهای الکترونیک ازطریق میکروپروسسورها، دما و عملکرد انکوباتور را کنترل می کنند. برای تنظیم صحیح دمای انکوباتور، باید حداقل 5 درجه سانتیگراد تفاوت بین دمای اتاقک و دمای اتاق وجود داشته باشد. اگر دمای اتاقک باید پایین تر از دمای اتاق باشد، کی سیستم سردکننده مورد نیاز خواهد بود. بنابراین خرید انکوباتورها به نوع روش های انجام شده در آزمایشگاه بستگی دارد. مشخصات فنی باید مطالعه و به طور دقیق تعریف گردد تا خرید مطابق با نیازهای واقعی هر آزمایشگاه صورت گیرد.

 

انواع انکوباتور:

انکوباتورها بر اساس نوع موادی که در آنها قرار می دهند و شرایط مورد نیاز آن مواد به چند دسته تقسیم می شود:

 

انکوباتورهای استاندارد:  انکوباتورهایی که دمای داخلی آنها از دمای محیط شروع شده و قابلیت گرم کردن تا 80 درجه بالاتر از دمای محیط را دارد.

 

انکوباتورهای یخچال دار:  این دستگاه ها داری سیستم سرمایشی و هم سیستم گرمایشی بوده با قابلیت ایجاد دمای قابل کنترل از 5 درجه سانتیگراد تا 65 درجه سانتیگراد است و برای کشت باکتری های خاص در دماهای پایین به کار برده می شود.

 

انکوباتورهای مرطوب:  انکوباتورهایی است که علاوه بر کنترل دما قابلیت کنترل رطوبت محفظه داخلی را نیز دارد. رطوبت مورد نیاز توسط یک ظرف مسی کوچک که حاوی مقداری آب تصفیه شده است، تامین میشود. به این صورت که بخار توسط سیستم گرمایش انکوباتور تولید شده و از طریق یک دریچه کنترلی وارد محفظه دستگاه می شود.

 

انکوباتورهای دی اکسید کربن:  کاربرد این انکوباتورها در موارد بیولوژیک است و علاوه بر کنترل دما قابلیت تامین درصد خاصی از دی اکسید کربن داخل محفظه انکوباتور را دارد. گاز دی اکسید کربن مورد نیاز از سیلندر گازی که در خارج از دستگاه قرار دارد و حاوی این گاز است تامین می شود. در برخی موارد ممکن است به رطوبت بالا درون محفظه نیاز داشته باشیم، این میزان رطوبت را با استفاده از حمام های آبی و تبخیر مداوم آب فراهم می سازد. میزان CO2 در انکوباتورهای کشت سلولی با میزان رطوبت میزان عکس دارد یعنی پایین آمدن رطوبت باعث بالا رفتن میزان گاز CO2 در دستگاه می شود. غلظت CO2 توسط سنسورهای گرمایشی و یا سنسورهای مادون قرمز سنجش می شود. برای تمیز نگه داشتن این سنسورها باید به طور مرتب با الکل 70 درصد یا ایزوپروپیل الکل تمیز شوند.

 

انکوباتورهای شِیکردار:  این انکوباتور علاوه بر کنترل دمای محفظه، قابلیت تکان دادن فلاسک ها به صورت اوربیتالی یا دایره ای را دارد. این انکوباتورها در انواع دیواری یا ایستاده روی زمین موجود هستند و اکثرا قابلیت خنک کنندگی در دمای پایین تر از دمای محیط را دارند.

 

انکوباتورهای هیبریدی: انکوباتورهایی است مجهز به میله های گردان به منظور قرار دادن شیشه های هیبریدیزاسیون با سایزهای مختلف و چرخاندن آنها با سرعت تعیین شده تا هیبریدیزاسیون محتویات آنها فعال شود. این دستگاه ها دارای شیکرهای متحرک و طبقات متعدد است.

 

اجزاء دستگاه انکوباتور:

البته ممکن است بسته به نوع دستگاه انکوباتور، دستگاهی چند مورد از اجزا زیر را نداشته باشد و یا اینکه اجزای اضافی دیگری داشته باشد. این اجزاء عبارتند از :

  • محفظه نگهداری نمونه ها:  یک محیط بسته دو جدار است که با عایق بندی مناسب تا حد امکان از لحاظ دما و رطوبت و ورود و خروج گازها از محیط بیرون جدا شده اند. جنس بدنه آن از ورقه فلزی استیل ضدزنگ با ضخامتی در حدود نیم تا یک سانتیمتر می باشد. علت استفاده از استیل ضدزنگ این است که احتمال خوردگی و زنگ زدگی آن در مجاورت دو عامل موثر گرما و رطوبت بسیار پایین است.

 

  • منبع تغذیه: منبع تغذیه این سیستم عموماً یک منبع تغذیه 220 ولت شهری با آمپر بالا برای تغذیه المنت های دستگاه و یک منبع تغذیه برای بردهای دیجیتال و کنترلر میباشد که بسته به نوع مدار میتواند ولتاژ کاری متفاوتی داشته باشد.

 

  • سیستم کنترل دما: برای گرم کردن محفظه داخل انکوباتور معمولاً هیترهای الکتریکی که از فن برای انتشار گرما سود می برند، استفاده می کنند. در اکثر انکوباتورها محفظه داخلی مجهز به هیتر الکتریکی )المنت( است که روی دیواره داخلی نصب شده و با صفحه مشبک محافظی پوشانده شده است. اما در برخی مدل های دیگر، برای گرم کردن محفظه فاصله بین دیواره دو جداره را از آب داغ انباشته می کنند. البته استفاده از هیترهای خشک مزایای زیادی نسبت به این روش دارد. به عنوان مثال می توان دمای داخل چمبر یا اتاقک را به سرعت تغییر داد و غیره. کنترل دمای داخل دستگاه توسط سیستم های کنترلی ساده مانند ترموستات و یا مدارات میکروکنترلی پیچیده صورت می گیرد. برای این منظور از یک سری سنسور مانند ترموکوپل های معمولی یا سیستم های مبتنی بر میکروکنترلرها برای نمونه برداری از دمای داخل محفظه استفاده می شود.

 

  • سیستم کنترل رطوبت: این سیستم رطوبت داخل انکوباتور را در حد مورد نیاز نمونه ها ثابت نگه می دارد. برای این منظور از یک سری سنسور جهت نمونه برداری از رطوبت داخل محفظه استفاده می کنند. رطوبت مورد نیاز در انکوباتور توسط یک مخزن کوچک که حاوی مقداری آب تصفیه شده است، و سیستم گرمایش انکوباتور تامین می شود.

 

  • سیستم کنترل گازها: این سیستم ترکیب گازهای داخل انکوباتور را در حد مورد نیاز نمونه ها ثابت نگه می دارد. این کار توسط سنسورهایی برای نمونه برداری از ترکیب گاز داخل محفظه استفاده می شود. گاز مورد نیاز توسط مخازن خارجی تامین می شود و کنترل ترکیب گازها نیز با استفاده از سیستم های مبتنی بر میکروکنترلرها و پی ال سی انجام می پذیرد.

 

  • سیستم آلارم: با توجه به مقادیر مجاز تعیین شده برای هر یک از فاکتورها، در صورت تجاوز هر یک از آنها از مقادیر مجاز، این رویداد توسط دستگاه به وسیله ی آلارم مناسب گزارش داده می شود. برخی آلارم ها عبارتند از:

 

  1. هشدارهای استاندارد که مربوط به عملکرد یا خرابی بخش های مختلف سیستم است.
  2. هشدار مربوط به افزایش دما بیش از 38 درجه یا در حالت ویژه بیش از 40 درجه .
  3. هشدار مربوط به قطع گردش هوا .
  4. هشدار مربوط به نقص در سیستم حس کننده دمای درون محفظه
  5. هشدار مربوط به نقص در سیستم حسگر دمای قطع کننده منبع تغذیه.

 

  • سیستم ثبات: این سیستم به اپراتور دستگاه این امکان را می دهد تا مشخصه مورد نظر را بصورت مداوم ثبت و تغییرات آن را کنترل کند.

 

کنترل کیفی دستگاه انکوباتور:

برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه به خصوص کنترل دما و رطوبت و میزان گاز، انجام آزمایشات کنترل کیفی حائز اهمیت است به این منظور آزمایش های زیر صورت می گیرد:

 

  1. کنترل سیستم گرمایش

در کلیه انکوباتورها سیستم گرمایش و کنترل دما از قسمت های زیر تشکیل شده است که روش کنترل کیفی هر کدام از آنها متفاوت است:

منبع تغذیه: برای کنترل کیفی منبع تغذیه از مولتی مترهای کالیبره شده استفاده کرده و میزان جریان برق قسمت های مختلف اعم از ورودی و خروجی های مختلف آن بررسی می شود.

المنت: یک یا چند المنت وظیفه ایجاد حرارت لازم برای فراهم آوردن محیط با دمای مناسب را برعهده دارند. اگر اشکال یا مشکلی در نحوه تامین گرمای سیستم وجود داشته باشد باید این قسمت کنترل شود. نحوه تست المنت ها به این صورت است که ابتدا دو سر آنها را از منبع تغذیه جدا کرده و سپس بوسیله اهم متر میزان مقاومت آن ها سنجیده میشود. مقاومت المنت ها کم است و در صورت داشتن مقاومت کم، المنت سالم است.

سیستم کنترل دما: این سیستم وظیفه کنترل دمای داخل انکوباتور را به وسیله فرمان دادن به المنت ها بر عهده دارد. نحوه تست این سیستم به این صورت است که ابتدا سیستم را برای ایجاد دمای معینی تنظیم کرده و سپس به وسیله یک دماسنج کالیبره دمای داخل انکوباتور کنترل می شود.

 

  1. کنترل سنسور حرارت

سنسور دما به صورت دوره ای کالیبر می شود. برای این منظور هرچند وقت یک بار جهت کنترل کالیبره بودن حرارت داخل محفظه در پنج قسمت مختلف داخل محفظه ، ترمومتر کار گذاشته و در فواصل زمانی مشخص ترمومترها قرائت می شوند. اختلاف دماها نباید از یک درجه سانتیگراد بیشتر باشد.

 

  1. آزمایش استقامت دی الکتریک

دستگاه را در معرض ولتاژی حدود 4 هزار ولت قرار می دهند، اتصالات دستگاه باید در مقابل این ولتاژ بالا استقامت کنند و جریان نشتی در دستگاه بوجود نیاید. این آزمایش یک بار در حالت کار عادی و یک با پس از آنکه 48 ساعت در اتاق رطوبت قرار گرفت انجام می شود. هیچ جریان نشتی بین مدارات الکتریکی دستگاه و بدنه نباید وجود داشته باشد.

 

  عیوب و تعمیر دستگاه :

 

  1. انکوباتور خطای حراراتی نشان می دهد :
  • کنترل دما خراب است : کلید کنترل دما را بررسی و تنظیم کنید یا آن را تعویض کنید
  • مقاوم حرارتی خراب است : مقاوم را با نوع جایگزین و مشخصات یکسان با نمونه اصلی تعویض کنید
  • اتصال مقاوم حرارتی نقص دارد : محل اتصال را تمییز و تنظیم کنید
  • دمای انتخابی کمتر از دمای اتاق است : مشخصات انکوباتور را کنترل کنید فقط انکوباتور های یخچالدار می توانند در این شرایط کار کنند . معمولا دمای محیط پائین تر از دمای انکوباتور است.
  • تقویت کننده خراب است : تقویت کننده را تعویض کنید
  • واشر های در خراب است : تعویض واشرها

 

  1. آلارم فعال است و دما بالاتر از دمای انتخابی است :
  • دمای انتخاب شده نسبت به بیشترین حد دمای تعیین شده آلارم , به مقدار کم تغییر کرده است : منتظر بمانید تا دمای انکوباتور کم و به دمای انتخابی برسد
  • کنترل دما خراب است : کنترل دما را تعویض کنید
  • تقویت کننده خراب است : تقویت کننده را تعویض کنید

 

  1. صفحه نمایش مکررا پیغام خطا نشان می دهد :
  • چراغ آلارم چشمک می زند : اجازه دهید انکوباتور خنک شود تا در دمای کاربری انتخابی, تثبیت شود .