Inkubator (mikrobiologija)

Inkubator je uređaj koji se koristi za uzgoj i održavanje mikrobioloških kultura ili ćelijskih kultura. Inkubator održava optimalnu temperaturu, vlažnost i druge uslove kao što su koncentracije ugljen-dioksid i sadržaj kiseonika u unutrašnjem prostoru inkubatora. Inkubatori su neophodni uređaji za veliki eksperimentalni rad u ćelijskoj biologiji, mikrobiologiji i molekularnoj biologiji i koriste se za kultivaciju bakterijskih i eukariotskih ćelija.

Istorija

Laboratorijski inkubator je tokom godina upotrebe imao brojne primene, od pomaganja u inkubaciji kokošijih jaja što je omogućavalo naučnicima da razumeju i razviju vakcine za smrtonosne viruse.

Primena inkubator je takođe obezbedila osnovu za medicinski napredak i eksperimentalni rad u ćelijskoj i molekularnoj biologiji.

Iako je došlo do velikog tehnološkog napretka od primitivnih inkubatora koji su prvi put korišćeni u drevnom Egiptu i Kini, glavna svrha inkubatora je ostala nepromenjena: da stvori stabilno, kontrolisano okruženje pogodno za istraživanje, proučavanje i kultivaciju.

Najraniji inkubatori

Najraniji inkubatori su izmišljeni pre hiljadama godina u starom Egiptu i Kini, gde su korišćeni za održavanje toplote kokošjih jaja. Upotreba inkubatora je revolucionirala proizvodnju hrane, jer je omogućila pilićima da se izlegu iz jaja bez potrebe da kokoš sedi na njima, čime su kokoške oslobodile da nose više jaja u kraćem vremenskom periodu. I rani egipatski i kineski inkubatori su u suštini bile velike prostorije koje su se grejale vatrom, gde su službenici okretali jaja u redovnim intervalima kako bi osigurali ravnomernu distribuciju toplote.

Inkubatori u 16. i 17. veku

Reaumurov termometar

Hersonov bakteriološki inkubator

Inkubator je usavršen u 16. veku kada je Žan Batist Porta koristećidrevni egipatski dizajn napravio moderniji inkubator za jaja. Kada je morao da prekine svoj rad zbog španske inkvizicije, Rene-Antoan Feršo de Reaumur je prihvatio njegovu ideju i sredinom 17. veka. Reaumur je zagrevao svoj inkubator šporetom na drva i pratio njegovu temperaturu koristeći Reaumurov termometar, još jedan od njegovih izuma.

Inkubator u 19. veku

U 19. veku, istraživači su konačno počeli da shvataju da upotreba inkubatora može doprineti medicinskom napretku. Počeli su da eksperimentišu kako bi pronašli idealno okruženje za održavanje zaliha ćelijske kulture. Ovi rani inkubatori su jednostavno bili sastavljeni od tegli u kojima se nalazila jedna upaljena sveća. Kulture su stavljene blizu plamena na donjoj strani poklopca tegle, a cela tegla je stavljena u suvu, zagrejanu rernu.

Hesov inkubator

Inkubator Džulijusa H. Hesa

Krajem 19. veka, lekari su shvatili još jednu praktičnu namenu inkubatora: održavanje prevremeno rođene ili vitalno ugrođene deca. Prvi inkubator za bebe, koji je korišćen u ženskoj bolnici u Parizu, grejan je kerozinskim lampama.

Pedeset godina kasnije, Džulijus H. Hes, američki lekar koji se često smatra ocem neonatologije, dizajnirao je električni inkubator za bebe. Inkubator je bio napravljen od teškog lima bakra sa unutrašnjim merama: dužina 30 inča, širina 17 inča i dubina 13 inča. Pod i strane su okruženi vodenim slojem debljine 1 inč. Bočni zidovi su, prekriveni slojem plute debljine jedne četvrtine inča, a imali su za cilj da spreče prodor toplote sa spoljašnje površine, ograničavajući toplotno zračenje na unutrašnju površinu komore, odnosno na bočne strane i pod. Ovaj inkubator je veoma sličan inkubatorima za bebe koji se danas koriste.

Inkubator u 20. veku

Sledeća inovacija u tehnologiji inkubatora došla je 1960-ih, kada je uveden prvi inkubator sa ugljen-dioksidom. Ova vrsta inkubatora je osmišljena je na zahtev lekara koji su shvatili da mogu da koriste inkubatore sa ugljen-dioksidom da identifikuju i proučavaju patogene koji se nalaze u telesnim tečnostima pacijenata. Da bi se to uradilo, uzorak je uzet i stavljen u sterilnu posudu i u inkubator. Vazduh u inkubatoru je održavan na 37°C, istoj temperaturi kao i ljudsko telo, a inkubator je održavao nivoe atmosferskog ugljen-dioksida i azota neophodne za podsticanje rasta ćelija.

U to vreme, inkubatori su takođe počeli da se koriste u genetskom inženjeringu. Uz pomoć ovih inkubatora naučnici su mogli da stvore biološki esencijalne proteine, kao što je insulin, tako da je uz upotrebu inkubatora, ostvarena genetska modifikacija koja se odvijala na molekularnom nivou, pomažući da se poboljša nutritivni sadržaj i otpornost na kugu i bolesti voća i povrća.

Namena

Inkubatori sa vibracijama koji omogućava kretanje posuda i mešanje kultura.

Inkubatori imaju različite funkcije u naučnoj laboratoriji.

• Inkubatori uglavnom održavaju konstantnu temperaturu,
• Mnogi inkubatori kontrolišu vlažnost vazduha.
• Inkubatori sa vibracijama uključuju kretanje odnosno mešanje kultura.
• Gasni inkubatori regulišu unutrašnji sastav gasa.
• Neki inkubatori imaju sredstva za cirkulaciju vazduha unutar njih kako bi se obezbedila ravnomerna raspodela temperature.

Tehničke karakteristike

Inkubator se sastoji od komore u kojoj može da se reguliše:

• temperatura
• vlažnost vazduha,
• sastav gasa
• ventilaciju (provetravanje) unutar komore inkubatora.

Najjednostavniji inkubatori su izolovane metalne kutije sa podesivim grejačem, koji obično greju od 60 do 65°S, iako neki mogu grejati i nešto više (uglavnom ne više od 100°S).

Najčešće korišćena temperatura za uzgoj bakterija u inkubatoru i za ćelije sisara je približno 37°C (99°F), pošto ovi mikroorganizmi dobro rastu u takvim temperaturnim uslovima. Za druge organizme koji se koriste u biološkim eksperimentima, kao što je kvasac za pupanje Saccharomices cerevisiae, optimalna je temperatura rasta od 30°S (86 °F).

Složeniji inkubatori takođe mogu uključiti mogućnost snižavanja temperature (preko sistema hlađenja) ili mogućnost kontrole vlažnosti ili nivoa ugljen-dioksida. Ovo je važno u procesu kultivacije ćelija sisara, gde je neophodna relativna vlažnost obično >80% (kako bi se sprečilo isparavanje), i blaga kiselost pH vrednosti koja se postiže održavanjem nivoa ugljen-dioksida od 5%.

Ugljen-dioksidni inkubatori

Ugljen-dioksidni inkubatori se koriste za kultivaciju životinjskih ćelija i regulisanje udela CO₂ na oko 5% (V/V). Tokom in-vitro kultivacije, kulture ćelija i tkiva rastu u laboratoriji u okruženju koje je što je moguće bliže prirodi, često tokom nekoliko nedelja. U CO₂ inkubatoru, poznatom i kao gasni inkubator, osim temperature, može se regulisati i vlažnost i sadržaj CO₂

U nekim uređajima, posebno za vantelesnu oplodnju, može se regulisati i sadržaj kiseonika i azota.

Drugi kriterijum kvaliteta za moderne inkubatore za fumigaciju je sposobnost dekontaminacije ili sterilizacije unutrašnjosti, uključujući unutrašnje i senzore. Za embrionisana kokošja jaja koriste se inkubatori sa posebnim uređajima za okretanje.

• 
  Zatvoreni inkubator
• 
  Otvoreni inkubator
• 
  CO₂ inkubator
• 
  Jednostavan inkubator za male laboratorije.
• 
  Biološki inkubator za kultivaciju ćelija karcinoma

Mnogi inkubatori napravljeni za laboratorijsku upotrebu imaju rezervni izvor napajanja, kako bi se osiguralo da nestanci struje ne ometaju eksperimente.

Inkubatori se izrađuju u različitim veličinama, od stolnih modela, do toplih prostorija, koje služe kao inkubatori za veliki broj uzoraka.

• 
  Šejker za inkubaciju sa nastavkom i staklenim posuđem
• 
  Pogled spreda na inkubator sa vibracijama
• 
  Pogled na unutrašnjost inkubator sa vibracijama
• 
  inkubator sa 2 Erlenmajerove boce od 2L

Spoljašnje veze

Molimo Vas, obratite pažnju na važno upozorenje u vezi sa temama iz oblasti medicine (zdravlja).