Inkubator (biologi)

En inkubator , og inkubator , inkubator eller medisinsk temperering , er en innretning som i biologien kontrollerte omgivelsesforhold for forskjellige utviklings- og vekstprosesser kan opprettes og vedlikeholdes. Den brukes til å lage og vedlikeholde et mikroklima med nøye regulerte fuktighets- og temperaturforhold .

historie

Den nederlandske fysikeren, kjemikeren, designeren og instrumentprodusenten Cornelis Drebbel (1572–1633) anses å være oppfinneren av den første moderne termostaten , som danner grunnlaget for inkubatoren. Han utviklet den for alkymiske ovner og for inkubatorer for klekking av kyllingegg. I dette tilfellet brant det en brann i inkubatoren under selve inkubatoren, hvis hule vegger var fylt med vann. Forbrenningsgassene steg på utsiden av inkubatorens vegger og klarte å rømme gjennom en røykventil. For å regulere vanntemperaturen var det en glass temperaturføler i den vannfylte bunnen av inkubatoren. En sylindrisk formet del av dette langstrakte glasslegemet var fylt med alkohol , en andre, U-formet del med kvikksølv . Med vanntemperaturen beveget kvikksølvkolonnen seg også på grunn av alkoholens termiske ekspansjon . Med kvikksølvnivået på ble en flytende pinne på den flyttet. Røykutløpet og dermed også oksygentilførselen ble stengt eller åpnet via en spak som var koblet til den, som ble brukt til å regulere brannen i ovnen og dermed også temperaturen.

På 1700-tallet var det endelig den franske oppfinneren og kyllingbonden Jean Simon Bonnemain (~ 1743–1828) som var den første som oppfant en industrielt produsert temperaturregulering - igjen for en inkubator som ble brukt i kyllingavl. Det er basert på prinsippet om at forskjellige metaller utvider seg forskjellig under påvirkning av temperatur. En jernstang i et bly- eller sinkrør fungerte som en temperatursensor i vannet. Ledningsrøret er lukket i den nedre enden, og jernstangen skrus fast til denne lukkingen. En kobber- eller messingholder er loddet til den øvre enden av røret og er koblet til friskluftsklaffen via en spakarm. Siden koeffisienten for lineær ekspansjon av bly er større enn jernets, utvider røret seg mer enn jernstangen når temperaturen stiger, friskluftsklaffen lukkes og temperaturen synker på grunn av den fallende oksygentilførselen.

I andre halvdel av 1800-tallet viet spesielt Robert Koch og hans instituttmedarbeidere seg til utvikling av mikrobiologiske metoder og teknikker. I 1881 fikk han for eksempel bygget en inkubator for å dyrke bakterier. Kort tid senere ble inkubatorer allerede masseprodusert, fremfor alt av det Berlin-selskapet Lautenschläger. Lautenschlägers "termoregulator" var basert (i likhet med Drebbels konstruksjon) på den termiske utvidelsen av kvikksølv som ble brukt i et lukket system for å regulere en gassbrenner. I løpet av denne tiden ble inkubatorer operert utelukkende ved konstant temperatur; temperaturkontroll ved flere temperaturer var ennå ikke mulig. De ble isolert med asbest eller linoleum , en vannkappe sørget for overføring av varme til det indre, og gass ble brukt til oppvarming. Doble dører, de indre av glass, var allerede standard. Den kalibrering av temperaturregulatoren, var imidlertid vanskeligere enn i dag.

Med økende elektrifisering av byer flyttet elektrisk oppvarmede inkubatorer inn i laboratorier fra begynnelsen av det 20. århundre. Kontrollprinsippene forble imidlertid mekaniske i lang tid, og kvikksølv ble ofte brukt fordi den termiske ekspansjonen i stor grad er direkte proporsjonal med temperaturen. Med oppfinnelsen av kontakttermometre var de den vanligste koblingsmålesonden i temperaturkontrollenheter langt inn i det 20. århundre. Først hadde de faste kontakter og kunne bare slå en elektrisk varmeovn på eller av via et relé . I 1926 søkte Ilmenau-firmaet Juchheim patent på det første glasskontakttermometeret, med variabel temperaturinnstilling som var mulig ved hjelp av justerbare metalltråder.

Fra 1970-tallet og utover sørget fullelektroniske kontrollere, senere med begynnelsen av den digitale tidsalderen, mikroprosessorstyrte kontrollere i kombinasjon med høysensitive temperaturfølere for at temperaturkontrollenheter i dag har presis kontrollatferd. Motstandstermometre med platinatemperaturfølere brukes vanligvis . Dagens enheter muliggjør en rekke temperaturkontroller og temperaturovervåking. De kommuniserer med andre enheter eller eksterne datamaskiner og utveksler data med enhetsspesifikke eller høyere nivå programmer. Mange enheter har interne dataloggere der alle måleverdier og parametere blir registrert på en manipulasjonssikker måte over en viss tidsperiode.

Struktur og former

Inkubatoren har en temperaturregulator med tidskontroll (f.eks. Konstant temperatur eller temperaturgradienter ved hjelp av oppvarming og / eller kjøling) og under visse omstendigheter et alternativ for å regulere frisk luft som tilføres. Inkubatoren overholder strengt temperaturen. For å sikre reproduserbare testresultater er temperaturkonstant og temperaturhomogenitet viktige kvalitetskriterier for en inkubator selv uten at en vifte er i drift. Mikrobiologiske inkubatorer har vanligvis et temperaturområde på +5 til +100 ° C. For applikasjoner som krever temperaturer i området romtemperatur og under ned til minusgrader, eller når omgivelsestemperaturen er veldig høy, er det spesielle avkjølte inkubatorer (f.eks. For holdbarhetstester av mat).

Den innstilte temperaturen justeres til den optimale temperaturen til mikroorganismer som skal inkuberes. For tarmbakterien Escherichia coli er denne temperaturen 37 ° C. Jordorganismer, for eksempel av slekten Pseudomonas , inkuberes ved 28 ° C. Marine organismer (f.eks. Vibrio fischeri ) trenger bare temperaturer fra 4 til 10 ° C. For agrobakterier er en jordbakterie derimot en temperatur på 21 ° C optimal.

Hvis inkubatoren brukes til en restriksjonsfordøyelse , avhenger temperaturen av mikroorganismen som enzymet ble isolert fra. Siden mange av de vanlige enzymene er hentet fra E. coli , er temperaturen her vanligvis 37 ° C.

CO 2 inkubatorer

CO 2 inkubatorer brukes til å dyrke dyreceller og regulere CO 2 -andelen til ca. 5% (V / V). Med in vitro-dyrking vokser celle- og vevskulturer i laboratoriet i et miljø som er så naturlig som mulig, ofte over flere uker. I en CO 2 inkubator, også kalt en gassinkubator, kan i tillegg til temperatur, fuktighet og CO 2 innhold også reguleres. Med noen enheter, spesielt for in vitro-befruktning, kan oksygen- og nitrogeninnholdet også reguleres. Et annet kvalitetskriterium for moderne gassinkubatorer er muligheten for å dekontaminere eller sterilisere interiøret inkludert beslag og sensorer. Inkubatorer med spesielle dreieinnretninger brukes til embryonerte høneegg .

  • Inkubator lukket

  • Inkubator åpen

  • CO 2 inkubator åpen

  • Enkel inkubator for det lille laboratoriet. Den brukes til å ruge kopier og nedsenkningsobjekter.

Inkubasjonsryster

Det er også rystende inkubatorer der bunnplaten er bevegelig. Disse inkubatorene brukes til å forhindre at bakteriene som skal dyrkes, danner en form . Med disse inkubatorene kan den tilsvarende rystefrekvensen stilles inn ved hjelp av kontrollelementet.

Sammenlignet med en normal inkubator blandes prøven konstant med en inkubasjonsryster. Dette fremmer cellevekst, noe som kan resultere i kortere testtider. Blandingen tillater også en simulering av prosesser i den menneskelige organismen. Avhengig av applikasjon kreves testkjøringer på flere uker, og det er derfor noen inkubasjonsrystere er godkjent for ukontrollert drift.

Inkubasjonsrystere kommer i en rekke størrelser, fra små bordmodeller til store gulvstående modeller. Størrelsen på enheten avhenger av mengden prøve som skal behandles.

Temperaturinnstillinger er vanligvis mulige fra -10 ° C til +80 ° C. Svært presis temperaturkontroll er viktig for medisinske og biologiske anvendelser for å oppnå optimal cellevekst. Derfor er det vanligvis installert flere temperatursensorer under panseret for å holde temperaturen konstant ved hjelp av elektronisk kontroll.

Prøver lagres vanligvis i vanlig laboratorieglass, f.eks. B. Erlenmeyer-kolber eller petriskåler og festet på ristebordet med klemmer eller holdere.

  • Inkubasjonsryster med feste og glass

  • Ristende inkubator forfra

  • Rister kuvøse innvendig

Individuelle bevis

  1. ↑ a b c d e f g Rüdiger Kramme: Medisinsk teknologi - prosedyrer - systemer - informasjonsbehandling . Springer-Verlag, 2016, ISBN 978-3-662-48771-6 , pp. 733 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
  2. ↑ John M. Davis: Animal Cell Culture. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-0-470-97563-3 .
  3. ↑ vwr.com: Shaking Incubators | VWR , åpnet 18. mai 2017.