Incubatore (biologia)
Un incubatore e incubatore , incubatore o tempera medica , è un dispositivo con cui nella biologia è possibile creare e mantenere condizioni ambientali controllate per vari processi di sviluppo e crescita . Viene utilizzato per creare e mantenere un microclima con condizioni di umidità e temperatura strettamente regolate .
storia
Il fisico, chimico, designer e costruttore di strumenti olandese Cornelis Drebbel (1572–1633) è considerato l'inventore del primo termostato moderno, che costituisce la base dell'incubatrice. Lo ha sviluppato per forni alchemici e per incubatrici per la schiusa delle uova di gallina. In questo caso, un fuoco ardeva nell'incubatrice sotto l'incubatrice vera e propria, le cui pareti cave erano riempite d'acqua. I gas di combustione sono saliti all'esterno delle pareti dell'incubatrice e sono stati in grado di fuoriuscire attraverso uno sfiato per il fumo. Per regolare la temperatura dell'acqua, c'era un sensore di temperatura in vetro sul fondo pieno d'acqua dell'incubatore. Una parte di forma cilindrica di questo corpo di vetro allungato è stata riempita con alcol , una seconda parte a forma di U con mercurio . Con la temperatura dell'acqua, anche la colonna di mercurio si è spostata a causa dell'espansione termica dell'alcol. Con il livello di mercurio acceso, un bastoncino galleggiante su di esso è stato spostato. Lo scarico fumi e quindi anche l'alimentazione dell'ossigeno venivano chiusi o aperti tramite una leva ad esso collegata, che serviva per regolare il fuoco nel forno e quindi anche la temperatura.
Nel XVIII secolo fu l'inventore e allevatore di polli francese Jean Simon Bonnemain (~ 1743–1828) a inventare per primo un controllo della temperatura prodotto industrialmente, sempre per un'incubatrice utilizzata nell'allevamento di polli. Si basa sul principio che diversi metalli si espandono in modo diverso sotto l'influenza della temperatura. Una barra di ferro in un tubo di piombo o zinco fungeva da sensore di temperatura nell'acqua. Il tubo di piombo è chiuso all'estremità inferiore e l'asta di ferro è saldamente avvitata a questa chiusura. Un supporto in rame o ottone è saldato all'estremità superiore del tubo ed è collegato allo sportello dell'aria fresca tramite un braccio di leva. Poiché il coefficiente di espansione lineare del piombo è maggiore di quello del ferro, il tubo si espande più del tondino di ferro quando la temperatura aumenta, la valvola dell'aria fresca si chiude e la temperatura scende a causa della diminuzione dell'erogazione di ossigeno.
Nella seconda metà del XIX secolo, Robert Koch e il personale del suo istituto si dedicarono in particolare allo sviluppo di metodi e tecniche microbiologiche. Nel 1881 fece costruire un'incubatrice per far crescere i batteri. Poco tempo dopo, gli incubatori venivano già prodotti in serie, soprattutto dall'azienda berlinese Lautenschläger. Il “termoregolatore” di Lautenschläger si basava (simile alla costruzione di Drebbel) sull'espansione termica del mercurio che veniva utilizzato in un sistema chiuso per regolare un bruciatore a gas. Durante questo periodo, gli incubatori funzionavano esclusivamente a temperatura costante; il controllo della temperatura a più temperature non era ancora possibile. Erano isolati con amianto o linoleum , una camicia d'acqua assicurava il trasferimento del calore all'interno e il gas veniva utilizzato per il riscaldamento. Le doppie porte, quelle interne in vetro, erano già di serie. La taratura del termoregolatore era molto più complessa di quanto non lo sia oggi.
Con la crescente elettrificazione delle città, gli incubatori riscaldati elettricamente sono entrati nei laboratori dall'inizio del XX secolo. I principi di controllo sono rimasti meccanici per molto tempo, tuttavia, e il mercurio è stato spesso utilizzato perché la sua espansione termica è in gran parte direttamente proporzionale alla temperatura. Con l'invenzione dei termometri a contatto , erano le più comuni sonde di misura a commutazione nei dispositivi di controllo della temperatura fino al XX secolo. All'inizio avevano contatti fissi e potevano accendere o spegnere un riscaldatore elettrico solo tramite un relè . Nel 1926, l'azienda Juchheim di Ilmenau fece domanda per un brevetto per il primo termometro a contatto in vetro, con il quale era possibile impostare temperature variabili utilizzando fili metallici regolabili.
Dagli anni '70 in poi, i controller completamente elettronici, più tardi con l'inizio dell'era digitale, i controller controllati da microprocessore in combinazione con sensori di temperatura altamente sensibili hanno assicurato che i dispositivi di controllo della temperatura oggi abbiano un comportamento di controllo preciso. Di solito vengono utilizzate termoresistenze con sensori di temperatura al platino . I dispositivi odierni consentono una varietà di controllo e monitoraggio della temperatura. Comunicano con altri dispositivi o computer esterni e scambiano dati con programmi specifici del dispositivo o di livello superiore. Molti dispositivi dispongono di data logger interni in cui tutti i valori misurati e i parametri vengono registrati in modo a prova di manomissione per un determinato periodo di tempo.
Struttura e forme
L'incubatore ha un termoregolatore con controllo a tempo (es. Temperatura costante o gradienti di temperatura mediante riscaldamento e / o raffreddamento) e, in determinate circostanze, un'opzione per la regolazione dell'aria fresca fornita. L'incubatore aderisce rigorosamente alla temperatura. Al fine di garantire risultati di test riproducibili, la costanza della temperatura e l'omogeneità della temperatura sono criteri di qualità importanti per un incubatore anche senza un ventilatore in funzione. Gli incubatori microbiologici di solito hanno un intervallo di temperatura compreso tra +5 e +100 ° C. Per applicazioni che richiedono temperature nell'intervallo della temperatura ambiente e inferiori fino a meno gradi, o se la temperatura ambiente è molto alta, esistono speciali incubatori raffreddati (ad es. Per test di durata di conservazione degli alimenti).
La temperatura impostata viene regolata alla temperatura ottimale dei microrganismi da incubare. Per il batterio Escherichia coli che vive nell'intestino , questa temperatura è di 37 ° C. Gli organismi del suolo, ad esempio del genere Pseudomonas , vengono incubati a 28 ° C. Gli organismi marini (ad esempio Vibrio fischeri ) necessitano solo di temperature comprese tra 4 e 10 ° C. Per gli agrobatteri , un batterio del suolo, invece, una temperatura di 21 ° C è ottimale.
Se l'incubatore viene utilizzato per una digestione di restrizione , la temperatura dipende dal microrganismo da cui è stato isolato l'enzima. Poiché molti degli enzimi comuni sono ottenuti da E. coli , la temperatura qui è solitamente di 37 ° C.
Incubatori a CO 2
Gli incubatori a CO 2 vengono utilizzati per coltivare cellule animali e regolare la proporzione di CO 2 a circa il 5% (V / V). Con la coltivazione in vitro, le colture di cellule e tessuti crescono in laboratorio in un ambiente il più naturale possibile, spesso per diverse settimane. In un incubatore a CO 2 , chiamato anche incubatore a gas, oltre alla temperatura, è possibile regolare anche l' umidità e il contenuto di CO 2 . Con alcuni dispositivi, soprattutto per la fecondazione in vitro, è possibile regolare anche il contenuto di ossigeno e azoto. Un altro criterio di qualità per i moderni incubatori a gassificazione è la possibilità di decontaminare o sterilizzare l'interno compresi i componenti e i sensori integrati. Per le uova di gallina embrionate vengono utilizzate incubatrici con speciali dispositivi di rotazione .
Incubatore chiuso
Incubatore aperto
Incubatore a CO 2 aperto
Semplice incubatore per il piccolo laboratorio. Viene utilizzato per incubare copie e oggetti da immersione.
Agitatore per incubazione
Esistono anche incubatori a scuotimento in cui la piastra di base è mobile. Questi incubatori vengono utilizzati per evitare che i batteri da coltivare formino una muffa . Con questi incubatori, la frequenza di agitazione corrispondente può essere impostata utilizzando l'elemento di controllo.
Rispetto a un normale incubatore, il campione viene costantemente miscelato con un agitatore di incubazione. Ciò promuove la crescita cellulare, che può comportare tempi di test più brevi. La miscelazione consente inoltre una simulazione dei processi nell'organismo umano. A seconda dell'applicazione, sono necessarie prove di diverse settimane, motivo per cui alcuni agitatori di incubazione sono approvati per il funzionamento senza supervisione.
Gli agitatori di incubazione sono disponibili in una varietà di dimensioni, dai piccoli modelli da tavolo ai grandi modelli da pavimento. La dimensione del dispositivo dipende dalla quantità di campione da processare.
Le impostazioni della temperatura sono generalmente possibili da −10 ° C a +80 ° C. Il controllo della temperatura estremamente preciso è essenziale per applicazioni mediche e biologiche al fine di ottenere una crescita cellulare ottimale. Questo è il motivo per cui vengono solitamente installati diversi sensori di temperatura sotto la cappa per mantenere la temperatura costante con l'aiuto del controllo elettronico.
I campioni vengono solitamente conservati nella comune vetreria da laboratorio, ad es. B. beute Erlenmeyer o capsule Petri e fissate sul tavolo vibrante con morsetti o supporti.
Agitatore per incubazione con accessorio e vetreria
Vista frontale dell'incubatore con agitazione
Agitazione dell'incubatore vista interna
Prove individuali
- ↑ a b c d e f g Rüdiger Kramme: Tecnologia medica - procedure - sistemi - elaborazione delle informazioni . Springer-Verlag, 2016, ISBN 978-3-662-48771-6 , pagg. 733 ( anteprima limitata nella ricerca di Google Libri).
- ↑ John M. Davis: Animal Cell Culture. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-0-470-97563-3 .
- ↑ vwr.com: Shaking Incubators | VWR , accesso 18 maggio 2017.