Inkubator Laboratorium

Inkubator terdiri dari ruang transparan dan peralatan yang mengatur suhu, kelembaban, dan ventilasinya. Selama bertahun-tahun, prinsip penggunaan untuk lingkungan terkontrol yang disediakan oleh inkubator termasuk penetasan telur unggas dan merawat bayi prematur atau sakit, tetapi aplikasi baru dan penting baru-baru ini muncul, yaitu budidaya dan manipulasi mikroorganisme untuk perawatan medis dan penelitian. Artikel ini akan fokus pada inkubator laboratorium (medis).

Inkubator pertama digunakan di Cina dan Mesir kuno, di mana mereka terdiri dari ruangan berpemanas api di mana telur ayam yang telah dibuahi ditempatkan untuk menetas, sehingga membebaskan ayam untuk terus bertelur. Kemudian, kompor kayu dan lampu alkohol digunakan untuk memanaskan inkubator. Saat ini, inkubator unggas adalah ruangan besar, dipanaskan dengan listrik untuk mempertahankan suhu antara 99,5 dan 100 derajat Fahrenheit (37,5 dan 37,8 derajat Celcius). Kipas angin digunakan untuk mengedarkan udara panas secara merata di atas telur, dan kelembapan ruangan diatur sekitar 60 persen untuk meminimalkan penguapan air dari telur. Selain itu, udara luar dipompa ke dalam inkubator untuk mempertahankan tingkat oksigen konstan 21 persen, yang normal untuk udara segar. Sebanyak 100.000 telur dapat dipelihara dalam inkubator komersial besar pada satu waktu, dan semuanya dirotasi minimal 8 kali sehari selama masa inkubasi 21 hari.

Selama akhir abad kesembilan belas, dokter mulai menggunakan inkubator untuk membantu menyelamatkan nyawa bayi yang lahir setelah masa kehamilan kurang dari 37 minggu (kehamilan manusia yang optimal berlangsung 280 hari, atau 40 minggu). Inkubator bayi pertama, yang dipanaskan dengan lampu minyak tanah, muncul pada tahun 1884 di rumah sakit wanita Paris.

Pada tahun 1933, Julius H. Hess dari Amerika merancang inkubator bayi berpemanas listrik (kebanyakan masih menggunakan pemanas listrik sampai sekarang). Inkubator bayi modern menyerupai boks bayi, hanya saja tertutup. Biasanya penutupnya transparan agar tenaga medis bisa terus mengamati bayi. Selain itu, banyak inkubator dibuat dengan lubang dinding samping tempat sarung tangan karet berlengan panjang dapat dipasang, memungkinkan perawat merawat bayi tanpa melepasnya. Suhu biasanya dipertahankan antara 88 dan 90 derajat Fahrenheit (31 hingga 32 derajat Celcius). Udara yang masuk dilewatkan melalui filter HEPA (udara murni yang dimurnikan dengan efisiensi tinggi), yang membersihkan dan melembabkannya, dan tingkat oksigen di dalam ruangan disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan khusus setiap bayi. Inkubator di unit neonatal, pusat yang mengkhususkan diri dalam merawat bayi prematur, sering dilengkapi dengan perangkat elektronik untuk memantau suhu bayi dan jumlah oksigen dalam darahnya.

Laboratorium (medis) inkubator pertama kali digunakan selama abad kedua puluh, ketika dokter menyadari bahwa mereka dapat digunakan untuk mengidentifikasi patogen (bakteri penyebab penyakit) dalam cairan tubuh pasien dan dengan demikian mendiagnosis gangguan mereka lebih akurat. Setelah sampel diperoleh, dipindahkan ke cawan Petri, labu, atau wadah steril lainnya dan ditempatkan di rak di dalam inkubator. Untuk mendorong pertumbuhan patogen, udara di dalam ruangan dilembabkan dan dipanaskan sampai suhu tubuh (98,6 derajat Fahrenheit atau 37 derajat Celcius). Selain itu, inkubator ini menyediakan jumlah karbon dioksida atmosfer atau nitrogen yang diperlukan untuk pertumbuhan sel. Saat udara yang dikondisikan dengan hati-hati ini bersirkulasi di sekitarnya, mikroorganisme berkembang biak, memungkinkan identifikasi yang lebih mudah dan lebih pasti.

Penggunaan inkubator terkait adalah kultur jaringan, teknik penelitian di mana dokter mengekstrak fragmen jaringan dari tumbuhan atau hewan, menempatkan eksplan ini dalam inkubator, dan memantau pertumbuhan selanjutnya. Suhu di dalam inkubator dipertahankan pada atau mendekati suhu organisme tempat eksplan berasal. Mengamati eksplan dalam inkubator memberi ilmuwan wawasan tentang operasi dan interaksi sel tertentu; misalnya, memungkinkan mereka memahami sel kanker dan mengembangkan vaksin untuk polio, influenza, campak, dan gondok. Selain itu, kultur jaringan telah memungkinkan peneliti untuk mendeteksi gangguan yang berasal dari kekurangan enzim tertentu.

Inkubator juga digunakan dalam rekayasa genetika, perluasan kultur jaringan di mana para ilmuwan memanipulasi bahan genetik dalam eksplan, kadang-kadang menggabungkan DNA dari sumber terpisah untuk menciptakan organisme baru. Sementara aplikasi seperti bank sperma, kloning, dan eugenika menyusahkan banyak pengamat kontemporer, materi genetik telah dimanipulasi untuk efek positif yang terukur—untuk membuat insulin dan protein penting biologis lainnya, misalnya. Rekayasa genetika juga dapat meningkatkan kandungan nutrisi banyak buah dan sayuran dan dapat meningkatkan ketahanan berbagai tanaman terhadap penyakit. Di bidang bio-teknologi inilah letak potensi terbesar inkubator.

Bahan Baku

Tiga jenis bahan utama diperlukan untuk membuat inkubator. Yang pertama adalah baja tahan karat lembaran logam dengan kualitas yang sama, biasanya setebal 0,02 hingga 0,04 inci (0,05 hingga 0,1 sentimeter). Baja tahan karat digunakan karena tahan karat dan korosi yang mungkin disebabkan oleh agen lingkungan yang terjadi secara alami dan oleh apa pun yang ditempatkan di dalam unit. Kategori berikutnya dari komponen yang diperlukan termasuk barang yang dibeli dari pemasok luar:mur, sekrup, insulasi, motor, kipas, dan barang lain-lain. Jenis bahan yang diperlukan ketiga adalah paket elektronik, yang kerumitannya akan tergantung pada kecanggihan unit yang bersangkutan. Paket semacam itu mungkin memiliki sakelar hidup/mati sederhana dengan kontrol suhu analog atau mikroprosesor canggih yang dapat diprogram untuk mempertahankan suhu yang berbeda untuk interval yang bervariasi, atau untuk mengoperasikan berbagai sistem lampu internal.

Desain

Seperti lemari es standar, inkubator diukur berdasarkan volume ruang, yang berkisar antara 5 hingga 10 kaki kubik (1,5 hingga 3 meter kubik) untuk model meja dan dari 18 hingga 33 kaki kubik (5,5 hingga 10 meter kubik) untuk berdiri bebas. model.

Lembaran logam digunakan untuk membuat dua konfigurasi kotak, ruang dalam dan kasing yang membungkusnya. Isolasi (jika ruangan dipanaskan secara elektrik) atau jaket air (jika dipanaskan dengan air) mengelilingi ruangan, dan casing mendukungnya, kontrol, dan pintu. Untuk mencegah kontaminasi dan menghindari pertumbuhan jamur atau bakteri, ruangan harus tertutup rapat, atau dibuat kedap udara, seperti halnya lubang yang dibangun di dindingnya. Sebuah pintu kaca yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati isi ruangan tanpa mengganggu mereka cocok dengan paking ruangan, yang membantu menjaga kedap udara inkubator. Sebuah pintu baja, padat dan terisolasi, menutup pintu kaca.

Dua jenis sumber panas yang digunakan:pemanas listrik yang menggunakan kipas untuk mensirkulasikan kehangatan yang dihasilkannya, dan jaket air panas. Dalam desain sebelumnya, ruang dalam memiliki pemanas listrik yang dipasang di dinding bagian dalam dan ditutupi oleh panel pelindung berlubang. Dipasang di dinding ruang tepat di atas pemanas adalah kipas yang motornya memanjang melalui dinding ruang ke area kontrol kasing dan yang bilahnya menghadap ke dalam. Pabrikan lain memanaskan ruangan dengan mengelilinginya dengan jaket berisi air.

Pemanas dinding kering menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan jaket air. Pertama, yang pertama dapat mengubah suhu di dalam ruangan lebih cepat. Juga, unit yang dipanaskan dengan listrik dapat didekontaminasi secara termal karena pemanas dinding tidak hanya menghangatkan ruangan lebih cepat tetapi juga memanaskannya ke suhu yang lebih tinggi (unit dianggap bebas kontaminan setelah suhu ruangannya dinaikkan menjadi 212 derajat Fahrenheit atau 100 derajat Celcius. atau diatas). Jaket air menimbulkan masalah lain pemanas dinding tidak:karena bertekanan, mereka dapat mengembangkan kebocoran.

Kelembaban dihasilkan dengan memanaskan mangkuk tembaga kecil yang berisi air murni dalam jumlah terbatas; uap yang dihasilkan dapat dimasukkan ke dalam ruang melalui katup kontrol. Pencahayaan interior juga dapat digunakan. Fluorescent dan UV (ultra-violet) Komponen terbesar dalam inkubator laboratorium terbuat dari lembaran logam stainless steel yang digunting, dilubangi, dan ditekuk bentuk yang tepat. Potongan-potongan tersebut disatukan dengan sekrup, pengelasan titik, atau pengelasan busur. Menjelang akhir proses perakitan, baik jaket air atau insulasi dimasukkan ke dalam ruangan. lampu dapat dipasang secara terpisah atau dalam kombinasi. Untuk menyesuaikan suhu, kelembaban, lampu, ventilasi, dan fitur khusus lainnya, inkubator yang lebih canggih memiliki panel kontrol di casing luarnya. Namun, jika unitnya relatif sederhana, unit ini hanya akan menyediakan sakelar hidup/mati dasar dengan kontrol suhu analog sederhana. Di dalam bilik, termostat atau termokopel ditempatkan secara strategis sehingga dapat dilihat tanpa kesulitan dari luar.

Manufaktur
Proses

Memotong, melubangi, dan menekuk
lembaran logam

• 1 Pertama, 48 inci kali 112 inci (122 sentimeter kali 284 sentimeter) lembaran logam dipotong menjadi potongan-potongan kecil berbentuk persegi dengan gunting datar yang menyerupai pemotong kertas di atas meja yang sangat besar.
• 2 Mesin Press Turret CNC adalah mesin yang diprogram dengan dimensi lembaran logam yang akan dilubangi dan letak setiap lubang dan takiknya; bentuk dan ukuran setiap lubang dan takik juga dimasukkan. Mesin memiliki magasin pukulan dalam berbagai ukuran dan lokasi yang telah ditentukan sebelumnya di dudukan turret (putar). Seorang operator menempatkan lembaran di atas alas mesin (meja), memposisikannya pada tiga titik tetap untuk memastikan kesejajaran, dan menjepitnya ke meja. Mesin kemudian akan memindahkan baja lembaran di atas tempat tidur rol ke posisi berbeda di bawah turret sebelum memutar turret ke punch yang diprogram untuk lokasi tertentu dan memicu pers untuk membuat lubang. Mesin dengan desain ini dapat menampung lebih dari 60 geometri pukulan yang berbeda dan bergerak serta menyerang lembaran logam dengan kecepatan tinggi. Sebagian besar produsen lemari logam lembaran menggunakan teknologi ini secara ekstensif.
• 3 Baik komputer diprogram maupun otomatis, mesin press konvensional tidak melakukan perkakas keras; dengan kata lain, mereka hanya membuat lubang dengan bentuk dan ukuran tertentu. Lembaran logam ditempatkan ke dalam cetakan oleh operator. Saat pers bergerak ke bawah, lembaran logam dilubangi. Mesin-mesin ini harganya lebih murah daripada CNC Press, tetapi lembaran logam harus ditempatkan di banyak tekanan untuk mendapatkan konfigurasi pukulan yang diinginkan.
• 4 Setelah lembaran logam dipotong dan dilubangi, beberapa bagian perlu ditekuk di mesin yang dikenal sebagai rem tekan daya atau rem Ringkasnya. Panjang rem dapat berkisar dari 4 hingga 20 kaki (1,2 hingga 6,1 meter), tetapi biasanya panjangnya sekitar 10 kaki (3 meter). Baik bagian bawah stasioner, atau tempat tidur, dan bagian atas yang bergerak, atau ram, memiliki slot yang menjalankan panjang mesin. Karena slot ini sejajar, alat apa pun yang ditempatkan di dalamnya akan selalu sejajar dengan sempurna. Tempat tidur memiliki balok persegi panjang dengan "V" terbuka di bagian atasnya, sedangkan domba jantan memiliki bilah bermata pisau dengan jari-jari di ujung tombaknya. Turunnya ram ke bagian bawah terbuka "V" dikendalikan; kedalaman di mana pisau memasuki tempat tidur mengontrol sudut di mana lembaran logam ditekuk. Garis lurus sederhana berfungsi sebagai pengukur belakang.

Merakit lemari

• 5 Selanjutnya, komponen bilik dan casing dipasang bersama, beberapa dengan sekrup lembaran logam. Yang lainnya disambung dengan cara pengelasan titik, suatu proses di mana potongan-potongan material yang terpisah digabungkan dengan tekanan dan panas.
• 6 Komponen lainnya dilas busur menggunakan salah satu dari tiga metode. Pada metode pertama, yang dikenal sebagai pengelasan MIG (metal-arc inert gas), sebuah gulungan kawat tipis dijalin melalui pistol genggam. Selang dihubungkan dari tangki gas inert (biasanya argon) ke ujung nosel pistol. Sebuah mesin yang menghasilkan arus listrik dipasang pada kawat di pistol dan benda kerja. Ketika pelatuk pistol ditarik, batang kawat bergerak, memberi makan ke arah benda kerja, dan gas dilepaskan, menciptakan suasana pada titik di mana kawat melengkung dengan logam. Hal ini memungkinkan bergabungnya bagian-bagian.
• 7 Metode pengelasan busur kedua dikenal sebagai pengelasan tongkat. Dalam proses ini, sebuah batang tipis dengan panjang kira-kira 12 inci, tebal 0,187 inci (panjang 30 sentimeter, tebal 0,47 sentimeter), dan dilapisi dengan bahan fluks ditempatkan ke dalam pegangan genggam. Dudukan ini dipasang pada mesin yang menghasilkan muatan listrik. Juga terhubung ke mesin adalah kabel pentanahan yang ujungnya dijepit ke bagian yang akan dilas. Ketika batang dekat dengan bagian, busur dipukul, menghasilkan panas yang hebat yang melelehkan batang dan fluks. Fluks bertindak sebagai pembersih, memungkinkan bahan batang untuk menempel pada kedua potongan logam. Tukang las menyeret batang di sepanjang lapisan logam sambil menjaga jaraknya dari jahitan untuk memungkinkan busur tetap konstan.
• 8 Metode las busur ketiga yang digunakan untuk merakit inkubator adalah pengelasan TIG (tungsten-arc inert gas), kombinasi las stick dan MIG. Dalam proses ini, batang tungsten stasioner tanpa fluks apa pun dimasukkan ke dalam pistol genggam. Gas inert mengalir dari tangki melalui nozzle pistol. Saat pelatuk ditarik, gas menciptakan atmosfer; saat batang tungsten membentur busurnya, kedua bagian itu menyatu tanpa logam pengisi.

Melukis inkubator

• 9 Pada titik ini, casing dapat dicat untuk lebih memberikan perlindungan permukaan, baik di dalam maupun di luar (ruang dalam tidak pernah dicat). Kotak itu dicat semprot, biasanya dengan cat bubuk bermuatan elektrostatis. Proses ini membutuhkan muatan listrik yang kecil sehingga akan menarik partikel serbuk, yang telah diberi muatan yang berlawanan. Setelah kasing disemprotkan, ia dipindahkan ke dalam oven yang melelehkan partikel bubuk, menyebabkannya menempel pada permukaan logam yang baru dibersihkan. Proses ini sangat bersih, efisien, dan ramah lingkungan, dan cat berkualitas tinggi tahan terhadap sebagian besar tumpahan laboratorium.

Mengisolasi atau melapisi ruangan

• 10 Selanjutnya, ruang dalam dibungkus dengan insulasi (baik batting selimut atau papan keras), ditempatkan di dalam kasing, dan diamankan. Jika unit berjaket air, Dalam inkubator berpemanas listrik, insulasi—baik batting selimut atau insulasi hard-board—dililitkan di sekitar ruang dalam dan ditempatkan di dalam kasing. Dalam inkubator berpemanas air, jaket air juga ditempatkan di dalam ruang dalam.
  Volume ruang untuk inkubator berdiri bebas tipikal berkisar antara 18 hingga 33 kaki kubik. jaket ditempatkan di dalam kasing dan ruang di dalam jaket. Pintu lembaran logam dibangun menggunakan metode yang mirip dengan yang disebutkan di atas.

Memasang panel kontrol

• 11 Saat lemari lembaran logam sedang dibuat, panel kontrol sedang dirakit di tempat lain di pabrik. Mengikuti cetakan listrik yang terperinci, teknisi listrik memasang kabel berwarna berbeda dengan ketebalan yang berbeda-beda ke perangkat listrik. Skema warna membantu teknisi untuk mendiagnosis masalah dengan cepat, dan berbagai ketebalan memungkinkan transfer tegangan rendah dan tinggi yang aman dan efisien. Perangkat listrik yang dibeli seperti blok sekering, sakelar, blok terminal, dan relai mematuhi kode kelistrikan yang ketat. Terakhir, kabel dari panel kontrol dipasang ke perangkat kontrol (saklar on/off atau mikroprosesor) dan perangkat elektro-mekanis (motor kipas, lampu, dan pemanas).

Perakitan akhir, pengujian, dan pembersihan

• 12 Inkubator sekarang memiliki kaca bagian dalam dan pintu solid luar yang terpasang, dan rak serta fitur tambahan dipasang. Setiap unit 100 persen diuji secara fungsional. Parameter untuk setiap pengujian diatur untuk memverifikasi kinerja unit terhadap spesifikasi yang diiklankan atau permintaan pelanggan, mana yang lebih ketat. Masalah diperbaiki, dan peralatan diuji ulang. Salinan hasil tes disimpan dalam arsip dan aslinya dikirim ke pelanggan.
• 13 Inkubator menerima pembersihan menyeluruh di dalam dan luar. Rak dilepas dan dikemas secara terpisah, dan pintu ditutup dengan selotip. Sebuah penjepit diposisikan di bawah pintu untuk membantu mencegah kendur. Selanjutnya, setiap unit diamankan ke selip kayu dan karton bergelombang kotak ditempatkan di sekitar kasing. Pengisi pengepakan diletakkan di antara karton dan kasing. Akhirnya, produk dikirim.

Kontrol Kualitas

Tidak ada standar kualitas yang diterima oleh seluruh industri manufaktur inkubator. Beberapa wilayah di negara ini mungkin memerlukan Persetujuan Kelistrikan UL (Underwriters Laboratory), tetapi standar tersebut hanya berlaku untuk perangkat elektro-mekanis yang digunakan. Selama pengerjaan lembaran logam, pabrikan menggunakan proses inspeksi internal yang dapat sangat bervariasi, mulai dari inspeksi formal bagian pertama hingga inspeksi pengambilan sampel lot secara acak. Beberapa perusahaan mungkin menyimpan catatan temuan mereka, sementara yang lain tidak. Hampir tanpa pengecualian, produsen melakukan pengujian tingkat kinerja sebelum pengiriman seperti yang dijelaskan di atas.

Masa Depan

Sementara rumah sakit akan selalu membutuhkan inkubator neonatal, industri bioteknologi adalah tempat pertumbuhan pasar untuk produk ini. Inkubator tipe ruang pertumbuhan perlu mengontrol suhu dan kelembaban relatif ke pengaturan yang lebih tepat, karena ahli mikrobiologi dan peneliti menyelidiki cara baru untuk meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan kita.