Dieses Papier beschreibt eine Methode für den Aufbau ein anpassungsfähig, Low-Cost und transportablen Brutkasten für mikrobielle Tests des Trinkwassers. Unser Design kann basiert auf weithin verfügbaren Materialien und unter einer Reihe von Bedingungen, und bietet dennoch die Vorteile der High-End Labor-basierte Modelle.
Gründerzentren sind unerlässlich für eine Reihe von Kultur-basierte mikrobiellen Methoden wie Membranfiltration, gefolgt von Anbau für die Beurteilung der Qualität des Trinkwassers. Allerdings sind handelsübliche Inkubatoren oft teuer, schwer zu transportieren, nicht flexibel in Bezug auf Volumen, und/oder lokalen Feldbedingungen schlecht angepasst wo Zugriff auf das Stromnetz unzuverlässig. Der Zweck dieser Studie war, anpassungsfähig, Low-Cost und transportablen Brutkasten zu entwickeln, die mit leicht verfügbaren Komponenten konstruiert werden können. Der elektronische Kern des Inkubators wurde zuerst entwickelt. Diese Komponenten wurden dann unter verschiedenen Umgebungstemperaturen (3,5 ° C – 39 ° C) mit drei Arten von Inkubator Schalen (Styropor-Box, harte Kühlbox und Karton mit einer Rettungsdecke bedeckt) getestet. Der elektronische Kern zeigten vergleichbaren Leistung zu einem Standardlabor Inkubator im Hinblick auf den Zeitaufwand, die eingestellte Temperatur, innere Temperaturstabilität und räumliche Streuung, Stromverbrauch und mikrobielles Wachstum zu erreichen. Der Inkubator-Set-ups waren auch wirksam bei moderaten und niedrigen Umgebungstemperaturen (zwischen 3,5 ° C und 27 ° C), und bei hohen Temperaturen (39 ° C) bei der Brutkasten Temperatur höher war. Dieser Inkubator-Prototyp ist günstig (< 300 USD) und anpassungsfähig an eine Vielzahl von Materialien und Mengen. Die abnehmbare Struktur macht es leicht zu transportieren. Es kann in beiden etablierten Laboratorien mit Netzstrom oder Ferneinstellung angetrieben durch Sonnenenergie oder eine Autobatterie verwendet werden. Es eignet sich besonders als eine Ausstattungsoption für Feld Labore in den Bereichen mit begrenztem Zugang zu Ressourcen für die Überwachung der Wasserqualität.
Kultur-basierte Methoden zur Erkennung von mikrobiellen Verunreinigungen sind Stand für Wasseranalytik Qualität sowohl Industrie- und Entwicklungsländern1,2. Mikroorganismen sind in vielen Umgebungen vorhanden und erfordern unterschiedliche Temperaturbedingungen für optimales Wachstum. Rahmenbedingungen für temperaturstabile Inkubation ist daher eine Voraussetzung für die zuverlässige Erkennung von mikrobiellen Verunreinigungen in Trinkwasser Sorge. Nach der World Health Organization sind Escherichia coli (E. Coli) (oder alternativ Thermotolerant Coliformen (TTC)) die am besten geeignete Indikatoren für fäkale Verunreinigungen im Trinkwasser3. Erkennung dieser Organismen besteht aus, z. B. Filtern eine 100 mL Wasserprobe durch eine Membran, gefolgt von Bebrütung der Membran auf Selektivmedien bei 35-37 ° C (E. Coli) oder 44-45 ° C (TTC)3.
Feld-basierte Anwendungen Kultur-basierter Methoden geworden in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Unter nachhaltiger Entwicklung Ziel 6, Ziel 6.1, haben Regierungen regelmäßig Bericht bakteriologische Qualität des Trinkwassers auf der nationalen Ebene4verpflichtet. Neben solchen öffentlichen Gesundheit Überwachung Bemühungen Betriebsüberwachung der Wasser-Infrastruktur regelmäßig auf lokaler oder regionaler Ebene5erfolgt. Diese Überwachung und monitoring-Kampagnen sind oft an abgelegenen Orten, wo die erforderlichen Labortests Infrastruktur unzureichend oder nicht verfügbar ist. 6 in ähnlicher Weise sind Kultur-basierte Methoden verbreitet in medizinischer Diagnostik und mikrobiologische Forschung, wo lokale Kliniken und Forschungsinstituten werden, mit begrenzten Ressourcen angefochten können und unsicheren Netzteile7.
In den oben genannten Zusammenhängen sind konventionellen Inkubatoren oft unzureichend oder nicht verfügbar. Als Alternative wurden speziell für den Einsatz außerhalb des Labors, z. B. die Aquatest Projekt8, Universität von Bristol, Vereinigtes Königreich Feld Inkubatoren entwickelt; DelAgua9, Marlborough, Vereinigtes Königreich; oder Aquagenx10, University of North Carolina, Vereinigte Staaten von Amerika. Diese Geräte sind jedoch relativ klein im Volumen, wodurch die Anzahl der Samples, die gleichzeitig verarbeitet werden können. Feld-Inkubatoren auf dem Markt werden auch nicht ausgelegt, unter sehr niedrig ( 40 ° C), ihre Verwendung in der Wüste oder alpine Umgebung erschwert. Weitere alternative Lösungen Joghurt-Herstellung Geräte11, Körper-Gürtel und Phasenwechsel Inkubatoren12. Jedoch können solche unkonventionellen Inkubatoren zuverlässig funktionieren oder belastend für11betreiben.
Daher besteht die Notwendigkeit für einen Inkubator, der die Vorteile der Labor-basierte Modelle (Benutzerfreundlichkeit, größeres Volumen, und Temperaturgenauigkeit) bietet während der verbleibenden Bereich einsetzbar (Low-Cost, leicht transportiert und gepflegt, Robustheit, ein Bereich der Umgebungstemperaturen, energieeffizient und widerstandsfähig gegenüber intermittierenden Netzteile) (Tabelle 1). Dieses Protokoll dient zum detail des Fertigungsprozess eine kostengünstige Inkubator entwickelt, um die Vorteile der konventionellen und Feld-basierte Modelle unter Verwendung allgemein verfügbare Material zu optimieren.
Charakteristisch | Labor-basierte | Feld | Optimiert |
Benutzerfreundliches design | ![]() |
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Große Kapazität | ![]() |
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Robust, breite Palette von Umgebungstemperaturen | ![]() |
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Konstante Temperatur | ![]() |
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Low-cost | ![]() |
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Leicht zu transportieren | ![]() |
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Energie-effizient | ![]() |
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Unterbrochene Stromversorgung widerstandsfähig | ![]() |
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Tabelle 1: Eigenschaften der handelsüblichen Inkubatoren (Labor und Feld) und der optimierten Ansatz.
Das folgende Protokoll der Versammlung gibt den benötigten Materialien und Schritte für den Aufbau des Inkubators. Es gliedert sich in vier Schritten: Erstens, Montage des Heizkörpers; zweite, Montage der Steuereinheit; Dritte, Montage von den Inkubator elektrischen Kern; und Viertens: Montage des Inkubators. Dieses Protokoll erklärt den Bau der elektronischen Kern des Inkubators, die mit einer Vielzahl von Schalen der Inkubator arbeiten können. Sehen Sie die Tabelle der Materialien für eine vollständige Liste aller Komponenten, die in das Protokoll und ihre technischen Spezifikationen verwendet. Das Protokoll unten präsentiert ein Funktionsbeispiel des Inkubators Feld, aber flexible Nutzung der unterschiedlichen Komponenten ist möglich, solange sie die elektrischen Anforderungen erfüllen. Mit verschiedenen Komponenten beeinflussen könnten die Leistungen des Inkubators. Es wird empfohlen, den Bau und die Verdrahtung von elektrischen Komponenten durch einen Fachmann im elektrischen Feld erfolgen.
Unter nachhaltiger Entwicklung Ziel 6.1 steigt die Nachfrage für die Wasser-Qualität-Probenahme, vor allem in entlegenen ländlichen Gebieten wo Überwachung Praktiken weniger etablierten14sind. Ein großes Hindernis für die Durchführung regelmäßiger Wasserqualität in diesen Einstellungen testen ist schlechter Zugang zu Labors der mikrobiellen Methoden6unterstützt. Dieses Papier stellt eine Methode für eine zuverlässige Inkubator, hergestellt aus Materialien, die relativ billig und überall verfügbar sind. Die elektrischen Komponenten sind relativ leicht zu beschaffen und zu montieren, erfordert Fachwissen nur begrenzt. Darüber hinaus die Brutkasten-Shell-Design ist flexibel und von lokal verfügbaren Materialien konstruiert werden kann. Dies ist vor allem wünschenswert für Reisende an remote-Standorten, da Platz für unser Gepäck für eine schwere und sperrige Shell nicht benötigt wird. Abhängig von der Shell verwendet das Volumen des Inkubators ist auch anpassungsfähig und kann angepasst werden, um einen bestimmten Stichprobenumfang aufzunehmen. Die vorgestellte Aufbau können gebrauchte auf – und netzunabhängige, es robust, Stromausfälle oder fehlen zuverlässige elektrische Versorgung macht. Während bestimmte Einschränkungen zu beobachten waren, dieses Set-up, in der Regel erwies sich als wirksam unter verschiedenen Umgebungstemperaturen (3,5 ° C bis 39 ° C).
Es gibt mehrere Schritte im Protokoll, die entscheidend zur Erreichung einer Inkubator Design für seine Bedürfnisse geeignet sind. Die erste ist die Auswahl der elektrischen Komponenten des Inkubators. Alternative Komponenten können basierend auf den Preis oder die lokale Verfügbarkeit gewählt werden. Je nach gewählten Materials und deren technische Spezifikationen kann der Inkubator Leistungen im Vergleich zu den vorgestellten Ergebnisse geändert. Ein weiterer wichtiger Schritt in dem Protokoll ist die Wahl des Shell-Material, die gemacht werden sollten anhand des erwarteten Bereichs Umgebungstemperaturen, lokale Stromversorgung und Verfügbarkeit der Materialien. Bei niedrigeren Umgebungstemperaturen (< 25 ° C) eine Schale aus Polystyrol-Hartschaum gebaut und eine harte Kühlbox wird empfohlen, eine eingestellte Temperatur von 37 ° C auf 44,5 ° c zu erreichen Basierend auf den experimentellen Daten vorgestellt, setzen diese USV können erwarten, dass die eingestellte Temperatur in 45-96 Minuten erreichen und verbrauchen 0.78 – 1,05 kWh / 24h in kalten Umgebungen (3,5 bis 7,5 ° C). Der Karton mit Rettungsdecke wird nicht empfohlen für den Einsatz bei niedrigeren Umgebungstemperaturen da dies nie erreichte einzurichten, dass eine stabile Temperatur während der experimentellen Beobachtungsperiode eingestellt. Bei mäßiger Temperatur (27 ° C) sind die Shell-Typen getestet akzeptabel, mit ähnlich leicht höhere Leistungsaufnahme beobachtet für die Karton-Box-Set auf. Bei höheren Umgebungstemperaturen (39 ° C) neigten die hier vorgestellten Inkubator-Designs auf Überhitzung, wenn, wenn die eingestellte Temperatur sogar noch höher (d. h. 44,5 ° C) war. Daher würden solche Bedingungen erfordern eine Kühleinrichtung oder in einem klimatisierten Raum verwenden.
Die Kosten für den Bau des hier vorgestellten Inkubators war etwa 300 USD als Materialien in der Schweiz bezogen wurden. Diese Kosten können jedoch deutlich an verschiedenen Standorten, vor allem, wenn die Versandkosten für die elektronischen Kernkomponenten auf ein Minimum reduziert werden kann. Änderung der verschiedenen Komponenten im Protokoll beschrieben kann weiter senken. Das Protokoll hier vorgestellten ist begrenzt, da es nur drei Shell Materialtypen an zwei Solltemperaturen sowie Überprüfung des mikrobiellen Wachstums für E. Coli nur vergleicht. Zukünftige Forschung sollte die Eignung dieser Inkubator Konstruktion unter eine größere Reichweite des Temperatur-Parameter und mit zusätzlichen mikrobielle Indikatorarten (z. B. Enterococcus) und Krankheitserreger (z. B. Salmonellen, Vibrio testen. Cholerae). Zukünftige Forschung sollte auch auf die Entwicklung der effektiven Kühltechniken innerhalb der Inkubator konzentrieren, die für den Einsatz in sehr warmer Umgebung (> 40 ° C) erlauben würde.
Unseres Wissens gibt es keine anderen bekannten Bereich Inkubator, die anpassungsfähige Kapazität bietet und ist leicht zerlegbar, während noch transportabel und Low-Cost. Diese innovative Alternative zu handelsüblichen Inkubatoren erfüllt ein Bedürfnis für Behörden und Organisationen mit Wasserqualität und anderen Kultur-basierte Tests zielen wo paar Laboreinrichtungen zur Verfügung stehen. In Kombination mit einfachen Wasserqualität Prüfgeräte helfen dieser Inkubator Praktiker mit begrenzten Kapazitäten, dauerhaft oder saisonal Labors zu einem vernünftigen Preis zu etablieren. Durch die Erhöhung der Anzahl der Laboratorien in abgelegenen Gebieten, werden Anstrengungen zur Durchführung von regelmäßigen Wasser Qualitätsüberwachung oder erreichen pünktlich Überwachung der Systembetrieb immer machbar.
The authors have nothing to disclose.
Diese Forschung wurde von der Direktion für Entwicklungszusammenarbeit und REACH-Programm geförderten UK Hilfe seitens des britischen Ministeriums für internationale Entwicklung (DFID) zugunsten der Entwicklungsländer (Widder-Code 201880) unterstützt. Die geäußerten Ansichten und die darin enthaltenen Informationen sind nicht unbedingt die der oder gebilligt durch diese Agenturen, die keine Verantwortung für solche Ansichten oder Informationen oder Vertrauen auf sie gesetzt annehmen können. Die Autoren danken auch Arnt Diener für seine Beiträge zur frühen Iterationen der Polystyrol-Hartschaum-Inkubator-Prototyp.
Heating foil | Thermo | 2115337 | Self-adhesive 10×20 cm; Operating voltage 12V; Power 20W |
Axial fan | Yen Sun Technology Corp. | FD126025MB | 6x6x2.5 cm; Operating voltage 12VDC; Power 1.44W; Max. current consumption 60mA |
PID Temperature Controller | Wachendorff Automation GmbH & Co. KG | UR3274S | PID controller 32×74 mm; Universal input for process signals, thermocouples, Pt100; Operating voltage 24 VDC; Outputs (thermostats) 10 A relay, 5 A relay, SSR, RS 485 |
Temperature sensor Pt100 | Conrad | 198466 | Temperature range -100°C to 200°C; Sensor Pt100, Type FS-400P |
Universal enclosure | OKW Gehäuse System | C2012201 | Dimensions 200 x 120 x 60 mm |
ON/OFF Switch | SHIN CHIN INDUSTRIAL CO. | R13-70A-01 | Connection Type C CEE 7/16 plug 6.3 mm; Contact resistance Max 50 mΩ; Switching voltage 24 VDC; Switching current (mx.) 10A; Insulation resistance Min 100 MΩ/500 Vdc |
DC/DC converter | Traco Power | TMDC 60-2412 | Nominal voltage 24 VDC; Input voltage 9-36 VDC; Output voltage 12 VDC; Max. output current 5 A; Power 60W |
AC power adapter | Bicker Elektronik | BET-0612 | Output voltage 12 VDC; Max. output current 5 A; Input voltage 115-230 VAC |
Spacer | Schäfer Elektromechanik | 20/4 | Without thread; Thread size M4; Polystyrene; Distance 20 mm |
Cable gland | WISKA | 10066410 | M12 x 1.5 cm; clamping range 3 – 7 mm |
Luster terminal | Adels Contact | 125312 | Nominal current 25 A; Nominal Voltage 500V |
Screw M4 x 50 | Bossard | 1579010 | M4 x 50 mm |
Screw nut M4 | Bossard | 1241478 | M4 |
Washer M4 | Bossard | 1887505 | M4 |
Screw M3 x 25 | Bossard | 1211099 | M3 x 25 mm |
Screw nut M3 | Bossard | 1241443 | M3 |
Washer M3 | Bossard | 1887483 | M3 |
Support plate | - | - | Insulating material (plastic or other); 28 x 25 cm |