Выбор инкубатора для лаборатории

Введение

Хотя за последние годы инкубаторные технологии не так сильно продвинулись вперед как другие
лабораторные технологии, старые инкубаторы все равно уже не удовлетворяют потребностям
современной лаборатории. Правильный выбор инкубатора может сэкономить драгоценное время
и бюджет.

Инкубаторы как с естественной так и с принудительной конвекцией идеально подходят для
хранения чувствительных образцов в подогреваемом пространстве. Кроме того, в инкубаторах с
принудительной конвекцией можно создавать как подогреваемое, так и охлаждаемое
пространство.

Чтобы определить, какой тип инкубатора лучше всего соответствует потребностям вашей
лаборатории, воспользуйтесь этим руководством, чтобы разобраться в наиболее важных
особенностях инкубаторов с естественной и принудительной конвекцией.

Содержание

Естественная конвекция 

     Области применения     
     Точность и контроль температуры 
     Основные характеристики
     Энергопотребление   
     Снижение риска попадания загрязнения

 Принудительная конвекция 

     Применение 
     Точность температуры и её контроль  
     Основные параметры для выбора инкубатора

Инкубаторы с естественной конвекцией     

Естественная конвекция

Естественная конвекция, так же известная как «свободная конвекция» — это механизм переноса массы и тепла, при котором движение тепла генерируется только за счет разницы плотностей по всему температурному градиенту, а не за счет какого-либо внешнего источника (например насоса, вентилятора, всасывающего устройства и т.д.) короче говоря, горячий воздух поднимается наверх.

Поскольку в инкубаторах с естественной конвекцией не используется дополнительное воздействие на атмосферу внутри камеры, воздействие тепла на образцы происходит очень мягко и бережно. Инкубаторы с естественной конвекцией — самый экономичный вариант с точки зрения бюджета. Так же это лучший вариант если Вы хотите иметь гарантию, что образцы не пересохнут.

Классическим примером высококачественной рабочей лошадки, инкубатора с естественной конвекцией, является универсальный инкубатор серии IC от Yamato с внутренним объемом от 37 до 567 литров в следующих вариантах:

• Со сплошной дверью
• С дверью со смотровым окном 
• С коммуникационным портом
• С коммуникационным портом и дверью со смотровым окном

Области применения

Благодаря тому что нагрев внутри этого типа инкубаторов очень мягкий, продукты, находящиеся внутри, редко подвергаются повреждениям. Инкубаторы общего назначения с естественной конвекцией используются в самых различных целях, таких как:

Точность/Контроль температуры

Рабочая температура

Как правило, диапазон рабочих температур любого инкубатора с естественной конвекцией составляет от комнатной температуры от +5°C до 80°C, что делает его пригодным для широкого спектра микробиологических жизненных циклов.

Контроль температуры

Естественная конвекция поддерживает равномерную температуру во всей камере, что делает точность измерения температуры и контроль за ней важными функциями универсального инкубатора с естественной конвекцией.

Как только температура в инкубаторе с естественной конвекцией достигнет заданной, пользователи могут быть уверены, что она будет стабильно поддерживаться на этом значении.

Точность температуры

Чтобы быть абсолютно уверенным в точности температуры, некоторые инкубаторы естественной конвекцией оснащены ПИД-микропроцессором.

Микропроцессорное управление с ПИД-регулятором обеспечивает непрерывное изменение выходной мощности и обратную связь для точного управления процессом нагрева. Мониторинг температуры в режиме реального времени снижает вероятность ее колебаний. Дозирование тепла внутри устройства означает, что если температура приближается к заданному значению, нагреватель снижает свою мощность до “поддерживающей”, при которой он точно поддерживает заданную температуру с помощью микроизменений мощности.

Основные характеристики

Инкубаторы общего назначения с естественной конвекцией бывают различной вместимости — от десятков до сотен литров.

Как правило, инкубаторы каждого размера комплектуются функциями, которые, по мнению производителя, лучше всего подходят для применения в инкубаторах данного размера.

Основные опции и функции:

 Смотровые окна и сплошные дверцы

Каждый инкубатор имеет либо сплошную дверцу, либо дверцу со смотровым окном.

• Смотровые окна позволяют пользователям визуально контролировать образцы, не открывая дверцу, что снижает риск загрязнения как для пользователя, так и для образца и помогает поддерживать стабильность температуры на протяжении всего цикла выращивания любого образца.

• Очевидно, что в сплошных дверцах нет смотрового окна. Они часто дешевле и в некоторых ситуациях предпочтительнее (например, если Вы работаете со светочувствительными образцами). 

Но бывают ситуации, когда сплошная дверь не означает, что Вы не можете взглянуть на свой образец, не подвергая его воздействию внешней среды.

• Многие модели оснащены внутренними стеклянными дверцами – полноформатной стеклянной дверью, установленной внутри наружной двери. Они не так изолированы, как основная дверь, но обеспечивают защиту образцов и целостность обогреваемого (или охлаждаемого) пространства.

• Эта двухдверная система является стандартной конструкцией серии Yamato IC (за исключением моделей с наименьшим объемом). Это позволяет легко просматривать содержимое, не нарушая атмосферу в инкубаторе.

 Самодиагностика

Многие инкубаторы общего назначения с естественной конвекцией оснащены функциями самодиагностики безопасности, которые могут предупреждать пользователей о:

• Ошибках датчика температуры.
• Неисправностях нагревателя.
• Коротком замыкании.

Некоторые инкубаторы также самостоятельно диагностируют перегрев (из-за любой из вышеперечисленных ошибок или по другим непредвиденным причинам) и запускают функцию его предотвращения, чтобы обезопасить как образец, так и пользователя.

 Замок с ключом

В некоторые инкубаторы встроен простой замок с ключом. В некоторых моделях для контроля доступа используются клавиатуры и коды.

Уверенность в том, что никто в ваше отсутствие не будет вмешиваться в работу с вашими образцами необходима.

Простая блокировка с помощью ключа является наиболее экономичным средством защиты инкубатора. Несмотря на то, что некоторые производители выпускают цифровые панели управления с контролем доступа, связанные с этим затраты редко оправдывают вложенные средства.

Замок с ключом справляется с этой задачей так же хорошо, если не лучше

 Коммуникация

Взаимосвязанность в лаборатории облегчает работу каждого.

Инкубатор с коммуникационным портом предоставляет пользователям доступ к функциям экономии времени и повышения контроля, такими как:

• Дистанционное управление важными настройками.
• Простой мониторинг и слежение из любого места внутри лаборатории или за ее пределами.

Коммуникационный порт и связанные с ним функциональные возможности особенно важны, если образцы оставляются на ночь или на нескольких дней.

 Изоляция

Инкубаторы общего назначения обычно изолированы простой изоляцией из стекловолокна.

Стекловолокно  легкий, прочный, нетеплопроводный материал. Тепло  стремится  к распространению, но изоляция препятствует этому.

Инкубаторы общего назначения изолируются с помощью стекловолоконной изоляции или пенополистирола. Как правило, стекловолокно является наиболее доступным вариантом. Оно справляется с этой задачей не хуже пенополистирола, но не так хорошо переносит присутствие влаги. В большинстве случаев такая уязвимость к воздействию влаги не является серьезным фактором, но это может быть связано с вашим применением инкубатора.

 Нагрев

Нагрев в вашем инкубаторе может осуществляться в несколькими способами:

• Нагревательная труба из нержавеющей стали.
  
  Нержавеющая сталь доступна по цене и хорошо сохраняет умеренный нагрев. Потребляемая мощность при использовании нагревательной трубы из нержавеющей стали невелика, поэтому это хороший выбор, когда речь идет в первую очередь о стоимости приобретения и эксплуатации.

Малообъемные модели Yamato IC103C и IC113C оснащены нагревательной трубой из нержавеющей стали.

• Железо-хромовый проволочный нагреватель.
  
  Железо-хромовые проволочные нагреватели быстро нагреваются и дольше остаются горячими, не повреждая нагревательный элемент. Кроме того, они имеют небольшой вес, выдерживают высокую поверхностную нагрузку и, как правило, имеют длительный срок службы.

Модели серии IC большей емкости оснащены нагревателями из железохромовой проволоки.

Потребляемая мощность

Потребление электроэнергии также является важным фактором. В большинстве лабораторий инкубаторы потребляют электроэнергию круглосуточно и без выходных.

Несколько инкубаторов, работающих в лаборатории, могут стоить очень дорого, поэтому инкубаторы с функциями энергосбережения (которые могут быть такими же простыми, как дополнительные слои стекловолокна или более низкая максимальная температура) могут существенно повлиять на ваш годовой бюджет.

Инкубаторы с функциями энергосбережения также часто имеют высокоэффективную систему компенсации перебоев в подаче электроэнергии. Это означает, что ваши лабораторные инкубаторы могут продолжать функционировать в случае отключения электроэнергии, что делает эту функцию особенно важной для пользователей, которые хранят критически важные образцы и не могут позволить себе потерять несколько поколений образцов и недели работы.

Снижение риска загрязнения

Загрязняющие вещества могут попасть в инкубатор просто при открытии дверцы, так же загрязнение может распространяться в обоих направлениях - как в образцы, так и в окружающую среду из образцов.

Кроме того, образцы могут быть загрязнены с самого начала вашего инкубационного цикла, если внутренняя часть инкубатора не будет должным образом стерилизована между циклами.

Для снижения риска любого вида загрязнения:

• Выбирайте инкубатор с небольшим количеством острых внутренних краев, если таковые имеются. Закругленные поверхности на внутренней поверхности инкубатора обеспечивают более полную стерилизацию после извлечения образцов каждого поколения.

• Выбирайте инкубатор с функциями, позволяющими просматривать образцы, не подвергаясь воздействию внешней среды, - стеклянным окошком во внешней двери или внутренними стеклянными окнами, а также подсветкой для просмотра.

Инкубаторы с принудительной конвекцией

Принудительная конвекция

Принудительная конвекция воздуха обеспечивает как оптимальную передачу тепла, так и высокую точность температуры в камере при минимальном потреблении энергии.

В инкубаторах с принудительной конвекцией используется вентилятор для подачи нагретого или охлажденного воздуха в камеру и вокруг нее. В инкубаторах большего размера принудительная конвекция обеспечивает лучшую равномерность температуры, чем естественная.

Принудительная конвекция также обеспечивает достижение заданных температур быстрее, чем естественная конвекция, поэтому ее часто используют для кратковременных применений или применений с высокими требованиями к точности, таких как ферментативные реакции.

Компания  Yamato  предлагает  два  типа  инкубаторов  с  принудительной  конвекцией:

• программируемый инкубатор серии IN;
• программируемый эко-инкубатор с охлаждением INE800.

Области применения

Многие инкубаторы с принудительной конвекцией могут как повышать так и понижать температуру в камере. Те которые могут понижать температуру называются охлаждающими лабораторными инкубаторами, хотя они так же могут и повышать температуру.

Они идеально подходят для применений, требующих контролируемой среды с температурой ниже или выше температуры окружающей среды.

Некоторые области применения лабораторных инкубаторов с охлаждением включают:

• Хранение лекарственных субстанций в фармацевтических лабораториях;
• Выращивание микробиологических культур, включая ткани человека и растений;
• Обеспечение температурного режима кондиционирования;
• Хранение сверхчувствительных материалов

Точность/контроль температуры

Ценность инкубатора на самом деле сводится к одному. Это способность точно поддерживать заданную температуру в течение заданного периода времени.

Без точности ваши результаты не будут стабильными. Ваши данные будут искажены. Ваша работа будет потрачена впустую.

В хорошем инкубаторе с принудительной конвекцией воздуха колебания температуры должны составлять не более 1,0°C, что обеспечивает стабильность, надежность и воспроизводимость условий. Как правило, охлаждаемые инкубаторы с принудительной подачей воздуха работают в диапазоне температур от -10°C до +50°C, например, программируемый охлаждаемый инкубатор серии IN Yamato.

Некоторые производители предлагают модели с более низким энергопотреблением и меньшей холодопроизводительностью. Они могут работать в диапазоне температур от 0°C до +50°C, но обеспечивают значительную экономию энергии по сравнению с другими агрегатами при работе при минимальных или максимальных температурах. Если для вашей лаборатории важна стоимость эксплуатации, обратите внимание на модели эко, например, на программируемый охлаждаемый эко-инкубатор Yamato INE800.

Ключевые особенности

Существует несколько ключевых функций, которые могут облегчить работу с микробиологическими образцами в вашей лаборатории. При покупке инкубатора с принудительной конвекцией, независимо от того, охлаждается он или нет, следующие функции могут облегчить вашу работу.

 Двойные двери

Двойные двери ценны по нескольким причинам:

• Вторая, внутренняя дверь всегда изготавливается из стекла, что позволяет вам просматривать образцы без ущерба для чистоты внутренней среды или температуры;
• Многослойные дверцы обеспечивают стабильность температуры и снижают энергетическую нагрузку в вашей лаборатории;
• Наличие нескольких дверей обеспечивает высокий уровень безопасности - если пользователь откроет наружную дверь, предварительно не проверив, используется ли инкубатор, ваш образец не пострадает

 Внутреннее освещение

Если образцы, с которыми Вы работаете, нечувствительны к свету, внутренняя подсветка может сделать мониторинг образцов более удобным для пользователя и помочь сохранить целостность внутренней части инкубатора.
В некоторых моделях используется светодиодное освещение, которое потребляет мало энергии. Срок службы светодиодных ламп также составляет десятки тысяч часов, а иногда и весь срок службы инкубатора.

В других моделях используется галогеновое освещение. Несмотря на то, что галогеновые лампы потребляют больше энергии и имеют меньший срок службы, Вы привыкли рассматривать образцы при мягком освещении галогеновой лампой. Возможность рассматривать образцы при галогеновом освещении часто является веской причиной для выбора этого типа внутреннего освещения. Вы можете легко определить, все ли в инкубаторе идет правильно или неправильно, по знакомому внешнему виду ваших образцов.

 Самодиагностика

Как и многие инкубаторы с естественной конвекцией, инкубаторы с принудительной конвекцией также имеют функцию самодиагностики. Это дает им внутреннюю возможность отслеживать технические проблемы, которые могут негативно повлиять на вашу пробу, например:

• Ошибки датчика температуры.
• Отключение нагревателя.
• Внутренние короткие замыкания.
• Ошибки в системе реле из-за сбоев питания.
• Неожиданный перегрев (вызванный ошибками датчика температуры или другими внешними факторами).

Возможности  самодиагностики  обеспечивают  безопасность  ваших  образцов  и пользователей в лаборатории.

 Замки

Иногда важно иметь возможность подтвердить цепочку владения, чтобы ваши данные были достоверными. Простой замок на двери инкубатора поддерживает эту цепочку владения, а также защищает образцы от случайного попадания во внешнюю среду.

Некоторые замки являются цифровыми, с ключ-картами или кодами доступа. Они хороши в ситуациях, когда

• Несколько пользователей работают с одной и той же группой образцов.
• Приняты меры по обеспечению чистых помещений.
• Отслеживание доступа пользователей является частью рабочего процесса лаборатории

Цифровые замки требуют значительных затрат. Если в вашей лаборатории нет особых условий, требующих цифрового доступа, замок с ключом часто является наиболее безопасным и экономичным выбором.

Изоляция

Некоторые инкубаторы с принудительной конвекцией изолированы пенополистиролом, который является энергоэффективным, простым в установке и облегченным методом изоляции.

Он плохо проводит тепло и сохраняет свои рабочие характеристики даже при наличии влаги, поэтому является идеальным выбором для инкубаторов с принудительной конвекцией охлаждаемого воздуха.

В инкубаторах с принудительной конвекцией воздуха используются и другие типы изоляции, например стекловолокно, но из-за большего количества движущихся частей и соединений в инкубаторе влага с большей вероятностью проникает в изоляцию (это встречается нечасто, но все же случается). Вот почему пенополистирол рекомендуется использовать при принудительной конвекции воздуха.

Охлаждаемые инкубаторы Yamato серии IN и INE-800 изолированы пенополистиролом.

 Эксплуатация

Поскольку инкубаторы с принудительной конвекцией воздуха имеют широкий спектр применения, многие из них являются программируемыми.
Возможно, у вас есть биологический образец, который нужно нагревать постепенно, например:

• 2 часа при температуре +10°C;
• 2 часа при температуре +30°C;
• 4 часа охлаждения;
• 8 часов при температуре +50°C;
• 2 часа при температуре -5°C.

Вместо того чтобы повторно возвращаться к настройке температуры, Вы можете запрограммировать ее поэтапно и вернуться на следующий рабочий день.

Если для вас важна программируемость, разработайте свой рабочий процесс, прежде чем выбирать модель инкубатора. Вы же не хотите выбирать модель, которую можно запрограммировать за 20 шагов, когда на самом деле для вашего процесса требуется 30. Серия Yamato IN программируется на 32 шага, в то время как INE-800 может быть запрограммирован на 99 шагов.

Инкубатор — это целый мир в том что касается ваших образцов. Правильный выбор инкубатора может быть решающим между вашим успехом или неудачей.

Теперь Вы во всеоружии

Изложите свой рабочий процесс на бумаге, запишите наиболее важные функции из этого руководства по по выбору инкубатора и потратьте некоторое время на обсуждение вашего приложения с производителями. Возможно, вам нужен недорогой инкубатор с естественной конвекцией, или, возможно, для вашего приложения требуется что-то более мощное, например инкубатор с принудительной конвекцией.