انکوباتور آزمایشگاهی چیست

تعریف انکوباتور آزمایشگاهی:
انکوباتور(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 از ابزار های مهم در آزمایش های میکروبیولوژی، زیست شناسی سلولی و... به حساب می آید.این وسیله توسط پزشک کودکان فیلیپینی فیدل موندو ( Fe del Mundo) اختراع شده است.
دیگر کاربرد انکوباتورها کشت بافت است، که محققان بخشی از بافت حیوان یا گیاهی را جدا می کنند و در انکوباتور قرار داده و متعاقبا رشد آن را مانیتور می کنند. دمای داخلی انکوباتور متناسب با دمای موجودی که این بافت از آن جدا شده، تنظیم می شود. مشاهده رفتار این بافت در انکوباتور، بینش وسیعی از عملکرد و واکنش سلول های خاص در اختیار محققان قرار می دهد. به طور مثال با کمک همین روش رفتار سلول های سرطانی را مطالعه کردند و همچنین برای بیماری هایی چون فلج اطفال، آنفولانزا و سرخک واکسن درست کردند. در کل کشت بافت به پژوهشگران امکان ریشه یابی اختلالات ناشی از کمبود آنزیم خاصی را فراهم کرد.
انکوباتورها در مهندسی ژنتیک نیز کاربرد گسترده ای دارند. با مطالعه کشت بافت ها و تکثیر آن ها، دانشمندان به مواد ژنتیکی زیادی که اغلب از منابع DNA گسسته به دست آمده بود برای ساخت ارگانیسم های مختلف دست پیدا کردند. از جمله کاربرد های آن می توان به استفاده در بانک اسپرم، همزاد سازی و اصلاح مشکلات نژادی اشاره کرد. امروزه پیشرفت های زیادی در علم ژنتیک با استفاده از همین دستگاه مشاهده شده است که برای مثال می توان به ساخت انسولین و دیگر پروتئین های حیاتی بیولوژیک اشاره کرد. مهندسی ژنتیک مواد مغذی بسیاری از میوه ها و سبزیجات را بهبود بخشیده و مقاومت در برابر بسیاری بیماری ها را نیز افزایش داده است. این موارد همه در زمینه بیوتکنولوژی است که انکوباتور زمینه ساز تمامی آن ها بوده است.

انواع انکوباتورهای آزمایشگاهی:
انکوباتورهای استاندارد
انکوباتورهایی که دمای داخلی آن ها از دمای محیط شروع شده و قابلیت گرم کردن تا 80 درجه بالاتر از دمای محیط را دارند.

انکوباتورهای خنک کننده
انکوباتورهایی که برای تامین دمایی پایین تر از دمای محیط به کار می روند.

انکوباتورهای مرطوب
انکوباتورهایی که علاوه بر کنترل دما قابلیت کنترل رطوبت محفظه داخلی را نیز دارند. رطوبت مورد نیاز توسط مخزن آب و سیستم گرمایش انکوباتور تامین می شود. کنترل دقیق رطوبت با واحدهایی انجام می شوند که به جای استفاده از گرمایش مستقیم، توسط سیستم خنک کننده ای رطوبت اضافی را کاهش می دهند.

انکوباتورهای دی اکسید کربن
کاربرد این انکوباتورها در موارد بیولوژیک است و علاوه بر کنترل دما برای تامین درصد خاصی از دی اکسید کربن (مثلا 5)% داخل محفظه انکوباتور به کار گرفته می شوند. گاز CO2 از سیلندر گازی که حاوی این گاز است تامین می شود. غلطت CO2 یا با سنسورهای رسانای گرمایی(TCD) یا با سنسور های مادون قرمز (infra-red) مانیتور می شود. سنسورهای مادون قرمز از سنسورهای TCD گرانقیمت تر هستند. برخی کاربران به رطوبت بسیار بالا درون محفظه نیاز دارند، که آن را با استفاده از حمام های آبی و تبخیر مداوم آب فراهم می سازند.
در برخی از این انکوباتورها امکانات اضافی نیز گذاشته شده است. به عنوان نمونه: فیلترهایی به نام فیلتر HEPA هوا یا فیلتر HEPA ورودی گاز، سطح داخلی پوشیده شده از مس جهت کاهش رشد باگ، کنترل گازهای دیگر مانند نیتروژن و اکسیژن، در داخلی شیشه ای، امکان استریلیزاسیون مثلا با لامپ فرابنفش(ultra-violet)، استریلیزاسیون هوای مرطوب 90 درجه یا استریلیزاسیون با دمای بالای 180درجه، تعویض خودکار شیشه CO2 و …
بهترین انواع انکوباتورهای CO2 آن ها هستند که محفظه داخلی انکوباتور به قسمت های کوچک تر با درب های مجزا تقسیم شده اند که در صورت وجود آلودگی در یک قسمت به سایر قسمت ها انتقال داده نمی شود. همچنین بهتر است این نوع دستگاه مجهز به سیستم خودکار استریلیزاسیون باشد. ضمنا دو ورودی گاز CO2 از دو سیلندر داشته باشد تا در هنگام تمام شدن یک سیلندر از دیگری استفاده شود. سنسور CO2 در انکوباتورهای کشت سلولی با میزان رطوبت رابطه عکس دارد، پایین آمدن رطوبت باعث بالارفتن میزان گاز CO2 در دستگاه می شود. باید این سنسور مرتبا با الکل 70 درصد یا ایزوپروپیل الکل تمیز شود.

انکوباتورهای ارتعاشی
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 دمایی پایین تر از دمای محیط را دارند.

انکوباتورهای Hybridization
انکوباتورهایی که مجهز به میله های گردان هستند 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 شود. انواع مختلف این دستگاه ها دارای شیکرهای متحرک و طبقات متعدد هستند.

انکوباتورهای واکنشی
این انکوباتورها در علم بافت شناسی کاربرد دارد و ماکزیمم دمای تولید شده در داخل آن ها 100 درجه سانتیگراد است. محفظه داخلی این دستگاه ها پوششی از استیل ضد زنگ دارد و اکثرا دارای محفظه ای دو جداره هستند.

انکوباتورهای استریل کننده
امکان استفاده به عنوان انکوباتورهای استاندارد را دارند یا می توان در دمای بالا برای استریل کردن ابزارها و وسایل از آن ها استفاده کرد.

مراحل ساخت انکوباتورها:
سه گروه اصلی از مواد مورد نیاز برای ساخت یک انکوباتور عبارتند از: ورق فلزی از استیل ضد زنگ با ضخامتی در حدود 05/0 تا 1 سانتیمتر. از این جهت استیل ضد زنگ پیشنهاد داده شده که احتمال خوردگی و زنگ زدگی در مجاورت دو عامل موثر گرما و رطوبت، در این ماده بسیار پایین است. دومین گروه از مواد مورد نیاز عبارتند از: اقلامی چون پیچ، مهره، عایق بندی، فن ها و موارد گوناگونی که برای مونتاژ انکوباتورنیاز است. سومین گروه از مواد لازم، پکیج های الکترونیک است، که پیچیدگی آن ها بستگی به نوع کارکرد مورد انتظار دارد. برخی پکیج ها ممکن است تنها یک سوییچ روشن و خاموش ساده با کنترل دمای آنالوگ باشد و در برخی دیگر ممکن است مجهز به جدیدترین تکنولوژی میکرو پروسسوری باشند تا بتوان آن ها را برنامه ریزی کرد.
انکوباتورها نیز همانند یخچال ها، بر حسب حجم محفظه طبق بندی می شوند. که حجم آن ها ممکن است از 5/1تا 3 سانتی متر مکعب شروع شود یا به بزرگی 5/5 تا 10 مترمکعب باشد. از ورقه های فلزی برای ساخت دو باکس استفاده می شود. یک محفظه داخلی و یک محفظه دیگری که آن را در بر می گیرد. در صورتی که محفظه به صورت الکتریکی گرم می شود آن را ایزوله کرده و در صورتی که با گرمای آب گرم می شود، دور چمبر را آبدان مناسبی می پوشانند. برای جلوگیری از آلودگی و اجتناب از رشد قارچ یا باکتری، باید محفظه را کاملا سربسته و محکم کرد تا حتی نسبت به هوا هم غیر قابل نفوذ باشند. برای اینکه دانشمندان بدون تماس با مواد کشت داده شده بتوانند آن ها را مشاهده کنند، شیشه ای در جلوی آن قرار داده می شود. دور شیشه نیز دربی استیل و کاملا ایزوله قرار می گیرد.
برای گرم کردن محفظه داخل انکوباتور از دو منبع می توان استفاده کرد، هیترهای الکتریکی که از فن برای انتشار گرما استفاده می کنند یا از آبدان داغ. اکثرا در انکوباتورها محفظه داخلی مجهز به هیتر الکتریکی است که روی دیواره داخلی نصب شده و با صفحه مشبک محافظی پوشانده شده است. دقیقا زیر هیتر دیواری، فنی نصب شده است که موتور آن به سمت دیواره و پره های آن به سمت داخل چمبر است. اما در برخی مدل های دیگر، برای گرم کردن محفظه، فاصله بین دیواره دوجداره را انباشته از آب داغ می کنند. هیترهای خشک دیواری مزایای زیادی نسبت به آبدان داغ دارند. اول اینکه دمای داخل چمبر را به سرعت می توان تغییر داد. ضمنا واحدهای گرمایش الکتریکی به صورت گرمایی گند زدایی نیز می شوند. چرا که این هیترهای دیواری نه تنها درون محفظه را با سرعت بالا گرم می کنند، بلکه می توانند دمای آن را نیز بسیار بالاتر برند. از دیگر معایب آبدان ها نشتی بسیار بالاتر آن ها نسبت به هیتر های الکتریکی است.
رطوبت مورد نیاز در انکوباتور توسط یک جام مسی کوچک که حاوی مقداری آب تصفیه شده است، تامین می شود. بخار تولید شده توسط یک دریچه کنترلی وارد محفظه می شود. همچنین ممکن است انکوباتور نیاز به نور داخلی داشته باشد. بدین منظور می توان لامپ های فلورسانسی یا UV درون محفظه نصب کرد. در انکوباتورهای پیشرفته تر، برای تنظیم دما، رطوبت، نور، تهویه، و دیگر امکانات انکوباتور، صفحه کنترلی بر روی دیواره خارجی دستگاه تعبیه شده است. اما در انکوباتورهای ساده به جای این صفحه تنها یک کلید روشن و خاموش قرار دارد. درون محفظه یک ترموستات یا ترموکوپل نیز قرار می دهند تا بدون مشکل دما از خارج انکوباتور قابل رویت و تنظیم باشد.

تفاوت انکوباتور آزمایشگاهی با فور آزمایشگاهی:
دستگاه انکوباتور آزمایشگاهی (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. فور آزمایشگاهی( Dry Heat) (به فرانسوی Four) یا اجاق گرمای خشک در پزشکی نام دستگاهی برای ضدعفونی و استریلیزاسیون تجهیزات و وسایل فلزی می باشد.
محدوده دمایی انکوباتور آزمایشگاهی از 35+ درجه سانتیگراد ( در انکوباتور یخچالدار از 5- درجه سانتی گراد) تا 65+ می باشد در حالی که در دستگاه فور آزمایشگاهی ( آون آزمایشگاهی) محدوده دمایی قابل کنترل از تقریبا 70+ درجه سانتی گراد تا 250+ درجه سانتی گراد می باشد.
در انکوباتور آزمایشگاهی دقت دستگاه بسیار بالا بوده در حالی که در فور آزمایشگاهی دقت چندان مهم نیست و دستگاه، گاها تا 5 درحه سانتی گراد اختلاف دمایی، گواهی استاندارد و کالیبراسیون دریافت می کند.
در دستگاه انکوباتور آزمایشگاهی داشتن تایمر چندان مهم نیست ولی در دستگاه فور آزمایشگاهی داشتن تایمر حتمی و قطعی می باشد.

انکوباتور آزمایشگاهی دارای درب شیشه ای یا پنجره شیشه ای می باشد تا بتوان داخل دستگاه را مشاهده کرد ولی فور آزمایشگاهی دارای چنین قابلیتی نیست و دارای درب فلزی می باشد.
قدرت المنت دستگاه فور آزمایشگاهی بسیار بالا بوده و مصرف برق آن نیز نسبت به انکوباتور بیشتر می باشد.

تفاوت انکوباتور آزمایشگاهی با انکوباتور یخچال دار:
در دستگاه انکوباتور معمولی محدوده دمایی قابل کنترل از 35+ درجه سانتیگراد ( 5 درجه بالاتر از دمای محیط که دمای محیط را 30 درجه سانتیگراد در نظر گرفتیم) تا 65+ درجه سانتی گراد می باشد در حالی که دمای قابل کنترل در دستگاه انکوباتور یخچالدار از -5 درجه سانتی گراد تا +65 درجه سانتی گراد می باشد بدون در نظر گرفتن دمای محیط ( دمای محیط در کار دستگاه هیچ تأثیری نمی گذارد.)
دستگاه انکوباتور یخچالدار دارای فن می باشد ولی دستگاه انکوباتور معمولی در لیتراژ پایین فاقد فن می باشد.
دستگاه انکوباتور یخچالدار در دمای 25+ درجه سانتی گراد قابل استفاده می باشد ولی انکوباتور معمولی در دمای 37+ قابل استفاده می باشد.
انکوباتور یخچالدار قابلیت تنظیم دما از 5- درجه سانتی گراد تا 65+ درجه سانتی گراد را دارد ولی انکوباتور معمولی از 37+ تا 65+ درجه سانتی گراد را کنترل می کند.

تفاوت انکوباتور آزمایشگاهی یک درب با انکوباتور آزمایشگاهی دو درب:
در انکوباتور آزمایشگاهی دودرب، یک درب فلزی و یک درب شیشه ای وجود دارد در صورتیکه در انکوباتور آزمایشگاهی یکدرب، تنها یک درب وجود دارد که وسط آن یک پنجره شیشه ای وجود دارد.
در انکوباتور آزمایشگاهی یک درب، نور به داخل انکوباتور از طریق پنجره روی درب به داخل دستگاه می رسد ولی در انکوباتور دودرب، نوری به داخل دستگاه انکوباتور نمی رسد.
در دستگاه انکوباتور آزمایشگاهی یکدرب، با باز کردن درب دستگاه مبادله هوایی انجام شده و دستگاه تغییر دما پیدا می کند لذا تا اتمام کار دستگاه نباید درب دستگاه را باز کرد و در انکوباتور آزمایشگاهی دودرب، پس از باز کردن درب آهنی، درب شیشه ای وجود دارد که از تبادل دمایی جلوگیری می کند.
دستگاه آزمایشگاهی انکوباتور یکدرب برای کشت محیط هایی که به نور احتیاج دارند و انکوباتور آزمایشگاهی دو درب برای کشت محیط هایی که باید در محیط تاریک رشد کنند استفاده می شود.

نکات ضروری هنگام کار با انکوباتور آزمایشگاهی:
انکوباتور در نزدیک درهای اصلی یا جریانات هوائی و هواکش ها قرار نگیرند.
انکوباتور بر روی سطحی صاف و در حالت تعادل قرار گیرد.
از گذاشتن مواد فرار یا قابل اشتعال(اتر، بنزین، الکل، پروپان) درانکوباتور خودداری شود.
تعویض به موقع ظرف آب داخل دستگاه، در انکوباتور های کشت سلولی بسیار ضروری می باشد.
برای جلوگیری از آلودگی در انکوباتور ها؛ قفسه ها و دیواره دستگاه همواره باید خشک باشد.

نحوه نگه داری از انکوباتور آزمایشگاهی:
تمامی انکوباتورها باید به طور ماهانه با محلول صابون تمیز و در صورت لزوم ضدعفونی شوند.
زمانی که دمای انکوباتورهای بدون CO2 خارج از محدوده قابل قبول برای واحد مورد نظر باشد، باید به کارشناس فنی اطلاع داده شده و سپس اقدامات اصلاحی مطابق موارد ذیل انجام گردد:
منبع برق، پریز برق و کلیدهای روشن یا خاموش بررسی شوند.
دمای تنظیمی (Set point).بررسی گردد.
اگر دستگاه هنوز درست کار نمی کند، باید به نماینده سرویس دهنده اطلاع داده شود.
تمام عملیات نگه داری، نظافت و تعویض سیلندر گازکربنیک باید در جداول مربوطه ثبت گردد.