本文介绍了一种用于饮用水微生物检测的可调节、低成本且便于运输的培养箱构建方法。我们的设计基于广泛可得的材料，可在多种野外条件下运行，同时仍具备高端实验室培养箱的优势。
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摘要
摘要
培养箱对于多种基于培养的微生物检测方法至关重要，例如用于评估饮用水质量的膜过滤法结合后续培养。然而，市面上可购得的培养箱通常价格昂贵、运输不便、体积缺乏灵活性，和/或难以适应电力供应不稳定的野外现场环境。本研究旨在开发一种可调节、低成本且便于运输的培养箱，其组件易于获取，可就地组装。首先设计了培养箱的电子核心部分，随后在不同环境温度条件（3.5 °C - 39 °C）下，结合三种类型的培养箱外壳（聚苯乙烯泡沫箱、硬质保温箱、以及覆盖应急保温毯的纸箱）对电子核心进行了测试。该电子核心在达到设定温度所需时间、内部温度稳定性与空间均匀性、功耗以及微生物生长效果等方面，表现与标准实验室培养箱相当。该培养箱在中低温环境温度（3.5 °C 至 27 °C）下运行有效；在高温环境（39 °C）下，当设定温度高于环境温度时，亦能有效工作。该培养箱原型成本低廉（< 300 美元），可适配多种材料与不同容积。其可拆卸结构便于运输，既可用于接入电网的常规实验室，也可在偏远地区利用太阳能或汽车蓄电池供电运行。该设备特别适用于资源有限地区的水质监测野外实验室，是一种实用的仪器选择。
引言
基于培养的方法是工业化国家和发展中国家水质分析中检测微生物污染物的现行标准技术1,2。微生物存在于多种环境中，其最佳生长需要不同的温度条件。因此，建立一个温度稳定的培养环境，是可靠检测饮用水中目标微生物污染物的前提。根据世界卫生组织的建议，Escherichia coli（E. coli）（或 alternatively，耐热性大肠菌群（TTC））是指示饮用水中粪便污染的最合适指标3。检测这些微生物的方法包括，例如，将100 mL水样通过膜过滤，随后将滤膜置于选择性培养基上，在35 - 37 °C（E. coli）或44 - 45 °C（TTC）条件下进行培养3。
近年来，基于培养的方法在野外应用中变得越来越重要。根据可持续发展目标6的子目标6.1，各国政府已承诺定期报告国家层面饮用水的细菌质量4。除了此类公共卫生监测工作外，水基础设施的运行监测通常在地方或区域层面定期开展5。这些监测和监控活动往往位于偏远地区，缺乏或不具备所需的实验室基础设施6。同样，在医学诊断和微生物学研究中，基于培养的方法也被广泛使用，而当地的诊所和研究机构可能面临资源有限和电力供应不稳定的问题7。
在上述情况下，传统的培养箱往往不够用或无法获得。作为替代方案，野外培养箱被专门开发用于实验室外的环境，例如 Aquatest 项目8，英国布里斯托大学；DelAgua9，英国马尔文；或 Aquagenx10，美国北卡罗来纳大学。然而，这些设备的容积相对较小，因而限制了可同时处理的样本数量。市售的野外培养箱也未设计用于极低（< 20 °C）或极高（> 40 °C）环境温度条件下运行，使其在沙漠或高山环境中使用变得困难。其他替代方案包括酸奶制作设备11、体戴式加热带以及相变培养箱12。然而，这类非传统培养箱可能运行不稳定或操作繁琐11。
因此，需要一种既能提供实验室型培养箱优势（操作简便、容积较大、温度精确）又适用于野外应用（成本低、便于运输和维护、对环境温度变化具有耐受性、节能且能适应间歇性电源供应）的培养箱（表1）。本实验方案的目的是详细介绍一种低成本培养箱的制作过程，该培养箱利用广泛可得的材料，旨在优化传统型与野外适用型培养箱的各项优势。
| 特性 | 基于实验室 | 野外使用 | 优化后 |
| 用户友好设计 |  |  | |
| 大容量 | | | |
| 对宽范围环境温度具有鲁棒性 | | | |
| 维持恒定温度 | | | |
| 低成本 | | | |
| 易于运输 | | | |
| 节能 | | | |
| 对间歇性供电具有韧性 | | | |
表1：市售培养箱（实验室用和现场用）及优化方案的特性。
以下组装方案详细说明了构建培养箱所需的材料和步骤。整个过程分为四个阶段：第一，加热单元的组装；第二，控制单元的组装；第三，培养箱电学核心的组装；第四，培养箱整体的组装。本方案重点阐述培养箱电子核心的构建方法，该核心可适配多种类型的培养箱外壳。有关本方案所用全部组件及其技术参数的完整列表，请参见材料表。下述内容提供了一个野外用培养箱的功能性示例，但只要满足电气要求，亦可灵活选用其他组件。使用不同组件可能会影响培养箱的性能表现。建议由具备电气专业技能的人员进行电气部件的组装与接线工作。
方案
1. 加热装置
- 准备以下组件（图1）：
支撑板（280 × 250 mm），带所需锚固孔
轴流风扇（60 × 60 × 25 mm）；2个
间隔套管（长度20 mm，内径4.25 mm（M4））；4个
三针光亮接线端子
螺母（M4）；4个 和（M3）；1个
垫圈（M4）；8个 和（M3）；1个
螺钉（M4）；4个 和（M3）；1个
图1：加热单元的各个组件。 支撑板， 轴流风扇， 间隔垫圈， 光泽端子， 螺母， 垫片 和 螺钉。 请点击此处查看此图的放大版本。
- 在支撑板上钻出所需孔位（图2），以固定轴流风扇以及灯座接线端子（图1）。
图 2：支撑板示意图。 标注了在支撑板上钻孔以固定轴流风扇以及接线端子的位置。尺寸单位为毫米。请点击此处查看此图的放大版本。
- 如图3所示，使用两个M4螺钉、螺母和垫圈将轴流风扇固定在支撑板的中心位置，每个风扇各用、、。使用间隔垫片在风扇与支撑板之间留出一定距离（图3）。
- 使用M3螺钉、螺母和垫圈将接线端子固定在支撑板上。固定风扇电缆。（图3）
- 将风扇电缆连接至接线端子。将每个风扇的正极电缆相互连接，负极电缆也相互连接（图3）。无需使用转速传感器。
图3：固定在支撑板上的轴流风扇。 请点击此处查看该图的放大版本。
注意：所提及的电缆颜色对应图中使用的颜色。电缆颜色可能因所用材料不同而有所变化。
2. 控制单元（电源）
- 准备以下组件：
通用外壳（此处为 200 × 120 × 60 mm，但尺寸需根据 DC/DC 转换器和 PID 温度控制器的大小而定）
电源开关
DC/DC 转换器，输入电压范围 9 - 36 V，输出电压 12 V
PID 温度控制器，工作电压 12 - 35 V 直流
电缆密封接头，M12 × 15 mm，夹紧范围 2 - 7.5 mm（或根据所用电缆选择）
Pt100 温度传感器
交流电源
注意：培养箱可连接市电或电池供电。若使用市电，需配备交流电源；若仅连接市电，则 DC/DC 转换器非必需。若采用电池供电，则强烈建议使用 DC/DC 转换器，并以双芯电缆替代交流电源。本方案描述的是同时配备 DC/DC 转换器和交流电源的版本。培养箱电气核心的电路图详见补充材料（图 S1）。 - 使用钻头和曲线锯或等效工具，在外壳上铣出用于安装 PID 温度控制器、电源开关和电缆密封接头的开孔（图 4）。
图4：通用外壳的示意图。（a） 指示在通用外壳中安装温度控制器 
、电源开关 
以及电缆接头 
的位置；尺寸以毫米为单位。（b） 通用外壳的三维视图。请点击此处查看该图的放大版本。
- 将直流/直流转换器连接到开关：将交流电源适配器的正极电缆连接到开关，将交流电源适配器的负极电缆连接到直流/直流转换器的“- Vin”端口（图5）。
- 使用一根电缆将开关连接到直流/直流转换器的“+ Vin”端口（图5）。
图5：安装好的控制单元。 通用外壳 配备直流/直流转换器 ，连接至 PID 温度控制器 和电源开关 。请点击此处查看此图的放大版本。
- 按照以下方式将加热装置的电缆连接至PID温度控制器（图6）：
- 将PID温度控制器的“1”端子连接至加热单元接线中的“DC –”导线，以及DC/DC转换器的“- Vout”端子。
- 将通往加热单元的“DC +”导线连接至PID温度控制器的“4”端子，同时连接至PID温度控制器的“2”端子（参见第3.2步）。
- 将PID温度控制器的“2”端子连接至DC/DC转换器的“+ Vout”端子。
- 将PID温度控制器的“5”端子连接至通往加热单元的“command”导线（参见第3.2步）。
- 将温度传感器连接至“10”、“11”和“12”端子。
注意：温度传感器的红色导线必须连接至PID温度控制器的“11”端子。
- 使用魔术贴带将DC/DC转换器固定在 enclosure 底部，并关闭通用 enclosure。
图6：直流/直流转换器与 PID 温度控制器的电缆连接。直流/直流转换器 ，PID 温度控制器 ，连接至培养箱（电缆 A）以及连接至温度传感器（电缆 B）。请点击此处查看此图的放大版本。
注意：所用 PID 温度控制器端子的功能见表 2。
| PID 温度控制器端子 | 功能 |
| 端子 "1" | 电源输入 + |
| 端子 "2" | 电源输入 - |
| 端子 "4" | 控制输出公共触点 |
| 端子 "5" | 控制输出常开触点 |
表2：PID温度控制器端子对应的功能。
3. 培养箱电控核心的组装
- 准备以下组件：
第1节中的加热单元
第2节中的控制单元
自粘加热膜，100 × 200 mm，12 V/20 W，2片 - 按照以下方式将控制单元的连接电缆与加热单元相连（图7）：
- 将控制单元的“DC-”导线连接至每片加热膜的一个导体端以及每个风扇的负极导线。
- 将控制单元引出的“DC+”导线连接至每个风扇的正极电缆。
- 将控制单元的“command”导线连接至加热膜剩余的两个导体端。
图7：加热箔片的电缆连接 带PID温度控制器。 请点击此处查看此图的放大版本。
注意：培养箱的完整电场培养箱电气核心如图8所示。
图8： 完整的野外培养箱电气核心。 加热单元 ，控制单元 和温度探头 。 请点击此处查看此图的放大版本。
4. 培养箱的组装
- 准备以下组件：
孵育器电热核心
孵育器外壳（此处为聚苯乙烯泡沫箱，但也可使用任何由隔热材料制成的箱体）
支撑架（此处为金属架，但也可使用其他材料） - 按照以下步骤组装孵育器组件（图9）：
- 将孵育器外壳侧放，使孵育器开口（门）位于侧面。
- 将带有加热装置的支撑板放置在孵育器外壳底部。
- 将支撑架置于加热装置上方，确保加热装置与支撑架之间至少留有10 cm的空间。
- 将温度探头放置在支撑架上，并在孵育器内固定好。
- 在孵育器门上钻孔，以便电缆穿入（图9）。
- 将孵育器连接至电源。
- 开启孵育器，并调节PID温度控制器的设置（详细设置请参见补充材料中的表S1）。
图9：完整的野外培养箱。 打开状态（左）和关闭状态（右）。加热单元 ，支撑架 ，温度探头 ，控制单元 
，培养箱外壳 
，以及培养箱外壳上的电缆穿孔（圆圈区域）。 请点击此处查看此图的放大版本。
注意：培养箱外壳可以是任何材质的容器。建议使用隔热材料，并确保容器能够紧密闭合，以避免热量散失。支撑架应设有较大的孔洞，以防止热量在支架上积聚，支架材料可以是金属或其他材料。例如 塑料
结果
一个可靠的野外培养箱的可靠性在于其在各种条件下达到并维持设定温度的能力。为监测不同培养箱配置的性能，进行了以下测量：达到设定温度所需的时间、开门一分钟对温度的影响、连续运行24小时的功耗、连续运行24小时内的内部温度稳定性，以及观察 E. coli 生长。培养箱内的温度使用4个温度记录仪每分钟测量一次，这些记录仪分别放置在结构的不同位置（支撑架、壁面、顶部、生长板内部）。当所有测量值均处于设定温度的正负范围内时，即认为已达到设定温度 2 °C，这是孵育的可接受范围 E. coli13
使用三种不同类型的外壳对电子核心部件进行了测试，所用材料在许多国家均容易获取：聚苯乙烯泡沫箱（78升）、硬质塑料冷藏箱（30升）以及覆盖应急保温毯的纸板箱（46升）（图10）。为涵盖现场可能遇到的不同环境条件，这些培养装置在三种环境温度下进行了测试：常温（约27 °C）、低温（约3.5 °C和7.5 °C）以及高温（约39 °C）。性能测试时设定内部温度分别为37 °C和44.5 °C。
达到培养箱设定温度所需的时间受环境温度和培养箱外壳材料的影响。在环境温度约为 27 °C，三个培养箱的设置均达到了设定温度（37 °C 和 44.5 °C）在相似的时间内（图11a 和 图12a）且性能与标准培养箱相当（表3）。在寒冷环境中（3.5 °C 和 7.5 °C），具有较厚壳体的培养箱， 即， 聚苯乙烯泡沫和冷藏箱均达到了预设的目标温度（37 °C 和 44.5 °C）所需时间相近，约为在常温环境下所需时间的四倍 27 °C. 由于隔热性能较低，在低温环境条件下，带救生毯的纸板箱从未完全达到设定温度图11b 和 图12b）。在温暖的环境（39 °C），三种培养箱设置均达到了目标温度 44.5 °C 在不到10分钟内图12c）。然而，当设定温度为 37 °C, 即， 低于环境温度，所有培养箱均无法降低温度，导致三种培养箱设置均出现过热情况（图11c).
环境温度和培养箱外壳类型影响了打开培养箱门一分钟所造成的影响。在低温环境中，热量损失更大，恢复至内部设定温度所需的时间也更长，但纸箱培养箱除外，因其始终未能达到设定温度（图13b 和 图14b）。在较温暖的环境中，热量损失较小，且设定温度可在10分钟内恢复（图13a、c 和 图14a、c）。当环境温度为39 °C、设定温度为37 °C时，打开箱门既未引起也未减轻培养箱的过热现象（图13c）。
在寒冷环境中，随着设定温度的升高，功耗也随之增加。相较于纸板箱孵育器，具有良好隔热性能的孵育器外壳（如聚苯乙烯泡沫和冷藏箱）表现出更低的功耗。在相似环境条件下（环境温度约为 27 °C），这三种培养箱设置比测试的标准培养箱每天少消耗 0.22 至 0.52 千瓦时的电能（表3).
在所有测试的培养箱外壳类型和环境温度条件下，培养箱内的温度在24小时内保持稳定（图13 和 图14）。根据温度记录仪在培养箱内放置位置的不同，测得的温度与设定温度相比存在轻微偏差。除环境温度（39 °C）高于设定温度（37 °C）的测试情况外（图13c），所有温度偏差均在大肠杆菌（E. coli）培养所允许的2 °C范围内。
所有检测均在存在以下条件的情况下进行 E. coli 以及总大肠菌群测量材料（置于培养皿上的膜滤器）。每个培养箱设置中均放置样品的重复样本，并在标准培养箱中设置对照。在所有设置和条件下，细菌的生长情况 E. coli 且总大肠菌群的生长成功，与标准培养箱中观察到的生长情况相当。不同培养箱配置及环境温度条件的测试结果汇总如下所示 表3.
| 测试 1： 达到设定温度所需时间 | 测试 2： 侧门开启一分钟 | 测试 3： 24 小时内的能耗 | 测试 4： 24 小时内的温度波动 | 测试 5： E. coli 生长情况观察 | |||
| 环境温度 | 设定温度 | (min) | 最大温度损失 (°C)；恢复至设定温度所需时间 (min) | (kWh/24 h) | 绝对最高温度 (°C)；绝对最低温度 (°C) * | (是 / 否) | |
| 聚苯乙烯泡沫箱 | 3.5 °C | 37 °C | 45 | 10 °C；17 min | 0.78 | 37；35.5 | 是 |
| 7.5 °C | 44.5 °C | 74 | 16.5 °C；31 min | 0.89 | 44.5；42.5 | ND† | |
| 27 °C | 37 °C | 12 | 2.5 °C；3 min | 0.28 | 37.5；36.5 | 是 | |
| 44.5 °C | 20 | 4.5 °C；7 min | 0.43 | 44.5；43.5 | ND† | ||
| 39 °C | 37 °C | 0 (过热) | 2 °C；0 min (过热) | 0.11 | 42.5；42 | 是 | |
| 44.5 °C | 7 | 3.5 °C；5 min | 0.17 | 45；43.5 | ND† | ||
| 硬质保温箱 | 3.5 °C | 37 °C | 54 | 8 °C；10 min | 0.86 | 37.5；36 | 是 |
| 7.5 °C | 44.5 °C | 96 | 12 °C；30 min | 1.05 | 45；43 | ND† | |
| 27 °C | 37 °C | 13 | 1.5 °C；0 min | 0.27 | 37.5；36.5 | 是 | |
| 44.5 °C | 25 | 2 °C；4 min | 0.50 | 45；43.5 | ND† | ||
| 39 °C | 37 °C | 0 (过热) | 1 °C；0 min (过热) | 0.11 | 43；42.5 | 是 | |
| 44.5 °C | 9 | 4 °C；3 min | 0.19 | 45.5；44.5 | ND† | ||
| 带救生毯的纸板箱 | 3.5 °C | 37 °C | 未达到（109 分钟后温度稳定） | 6.5 °C；30 分钟后温度稳定 | 1.24 | 33.5；30.5 | 是 |
| 7.5 °C | 44.5 °C | 未达到（120 分钟后温度稳定） | 8 °C；20 分钟后温度稳定 | 1.28 | 36.5；32 | ND† | |
| 27 °C | 37 °C | 15 | 2.5 °C；6 min | 0.42 | 36.5；35.5 | 是 | |
| 44.5 °C | 24 | 3 °C；8 min | 0.70 | 44.5；42.5 | ND† | ||
| 39 °C | 37 °C | 0 (过热) | 1.5 °C；0 min (过热) | 0.11 | 41.5；40 | 是 | |
| 44.5 °C | 9 | 2 °C；0 min | 0.20 | 45；43.5 | ND† | ||
| 标准培养箱 | 27 °C | 37 °C | 18 | 1 °C；0 min (过热) | 0.64 | 38.5；36 | ND† |
| 44.5 °C | 23 (过热) | 2.5 °C；0 min | 0.95 | 47.5；43.5 | ND† |
表3：测试的培养箱配置和环境温度条件的结果汇总。 测试4：稳定期间记录的绝对最高和最低温度， 即， 从干扰事件结束后的10分钟开始（达到设定温度所需时间、打开门的时间）。 †ND：无数据，未进行检测。
图10：测试的培养箱外壳。 打开状态（上排）和关闭状态（下排）。聚苯乙烯泡沫箱（左），厚度3.5 cm，外部尺寸39 × 56 × 36 cm；硬质塑料冷藏箱（中），厚度2.5 cm，外部尺寸32 × 41 × 47 cm；纸板箱（右），外覆标准救生毯，厚度12 µm，折叠两次，外部尺寸30 × 42 × 37 cm。请点击此处查看该图的放大版本。
图11：在不同环境温度条件下，培养箱装置达到设定温度（37 °C）所需的时间。 使用聚苯乙烯泡沫箱、硬质冷藏箱以及覆盖救生毯的纸板箱作为外壳的培养箱性能比较。分别在室温环境温度 (a)、低温环境温度 (b) 和高温环境温度 (c) 下进行测试。温度数据记录于培养箱的支撑架上。 请点击此处查看该图的放大版本。
图12：在不同环境温度条件下，培养装置达到设定温度（44.5 °C）所需的时间。 分别使用聚苯乙烯泡沫箱、硬质冷藏箱以及覆盖应急保温毯的纸板箱作为外壳的培养装置性能比较。在室温环境温度 (a)、低温环境温度 (b) 和高温环境温度 (c) 下的测试结果。温度数据记录于培养装置的支撑架上。请点击此处查看该图的放大版本。
图13：在不同环境温度条件下，24小时内温度变化及开门对温度的影响。设定温度为37 °C。 使用聚苯乙烯泡沫箱、硬质保温箱以及覆盖救生毯的纸板箱作为外壳的培养箱性能测试结果。测试环境分别为室温条件 (a)、低温环境 (b) 和高温环境 (c)。圆圈标注区域显示了因开门一分钟所导致的温度波动情况。温度数据记录于培养箱的支撑架上。请点击此处查看此图的放大版本。
图14：在不同环境温度条件下，24小时内的温度变化及开门对温度的影响。设定温度为44.5 °C。 使用聚苯乙烯泡沫箱、硬质冷藏箱以及覆盖救生毯的纸板箱作为外壳的培养箱性能比较。分别在室温环境 (a)、低温环境 (b) 和高温环境 (c) 下进行测试。圆圈区域显示了因开门一分钟所引起的温度波动。温度数据记录于培养箱的支撑架上。请点击此处查看该图的放大版本。
图 S1：培养箱电气核心接线的电气示意图。 图中标明了市电运行和电池运行的可选方案。请点击此处查看该图的放大版本。
| 参数 | 选定值 | |||||
| 1 | 控制输出类型 | 控制 Q1 / 报警 Q2 | ||||
| 2 | 所连接传感器类型 | Pt100 (-200 至 140°C) | ||||
| 3 | 设定值可选下限 | 0 | ||||
| 4 | 设定值可选上限 | 50 | ||||
| 5 | 控制类型 | 加热 | ||||
| 6 | ON/OFF 滞回或 P.I.D. 控制的死区 | 0 | ||||
| 7 | 以单位表示的过程比例带（温度时为 °C） | 1 | ||||
| 8 | 积分时间。以秒表示的过程惯性 | 80.0 | ||||
| 9 | P.I.D. 微分时间 | 20.0 | ||||
| 10 | 时间比例输出的周期时间 | 10 | ||||
| 11 | 允许/禁止通过前面板键盘修改设定值 | 允许修改所有设定值 | ||||
| 12 | 软件滤波。用于计算比较值 PV-SPV 的读数次数 | 10 | ||||
| 13 | 温度单位类型 | °C | ||||
| 14 | 冷却液类型 | 空气 | ||||
表 S1：PID 温度控制器设置。 显示设定值；其他非运行培养箱所必需的参数均保持默认值。
讨论
根据可持续发展目标6.1，水质采样的需求正在增加，尤其是在监测实践尚不完善的偏远农村地区14。在这些地区实施常规水质检测的主要障碍之一，是难以获得能够支持微生物检测方法的实验室6。本文介绍了一种利用相对廉价且广泛可得材料构建可靠培养箱的方法。其电气组件相对容易获取和组装，仅需有限的专业知识。此外，培养箱外壳设计具有灵活性，因此可使用本地可得材料制作。这对于前往偏远地区工作的人员尤为有利，因为无需在行李中携带沉重且体积庞大的外壳。根据所用外壳的不同，培养箱的容积也可灵活调整，以适应特定的样品量。该装置既可在电网供电下运行，也可在无电网条件下使用，因此对停电或缺乏稳定电力供应的情况具有较强适应性。尽管观察到某些设计上的局限性，但该装置在多种环境温度条件下（3.5 °C 至 39 °C）总体上被证明是有效的。
在本方案中，有多个步骤对于实现符合特定需求的培养箱设计至关重要。首先是培养箱电气组件的选择，可根据价格或本地可获得性选用替代组件。根据所选材料及其技术参数的不同，培养箱的性能可能与本文所展示的结果有所差异。方案中的另一个关键步骤是外壳材料的选择，该选择应基于预期的环境温度范围、当地的电源条件以及材料的可获得性。在较低的环境温度下（< 25 °C），建议使用聚苯乙烯泡沫或硬质保温箱作为外壳材料，以实现37 °C至44.5 °C的设定温度。根据实验数据，此类装置在低温环境（3.5 至 7.5 °C）下可在45至96分钟内达到设定温度，能耗为0.78至1.05 kWh/24h。不建议在较低环境温度下使用纸箱加应急保温毯的结构，因为在实验观察期间，该装置始终未能达到稳定的设定温度。在中等环境温度（27 °C）下，所有测试的外壳类型均可接受，其中纸箱结构的能耗略高或相近。在较高环境温度（39 °C）下，若设定温度未更高（i.e., 44.5 °C），本文所展示的培养箱设计容易发生过热。因此，在此类条件下需要配备冷却装置，或在温控环境中使用。
在瑞士采购材料时，本文所述培养箱的建造成本约为300美元。然而，在不同地区，特别是当电子核心组件的运输费用可降至最低时，这些成本可能会显著降低。对本方案中描述的各种组件进行修改可进一步降低成本。本方案的局限性在于，仅在两个设定温度下比较了三种外壳材料类型，并且仅验证了大肠杆菌（E. coli）的微生物生长情况。未来的研究应测试该培养箱设计在更广泛温度参数下的适用性，并使用更多的微生物指示菌种（例如，肠球菌 Enterococcus）和病原体（例如，沙门氏菌 salmonella、霍乱弧菌 Vibrio cholerae）。未来的研究还应聚焦于在培养箱内开发有效的冷却技术，从而使其能够在极端高温环境（> 40 °C）中使用。
据我们所知，目前尚无其他已知的野外培养箱能够同时具备可调节的容积容量、易于拆卸、便于运输且成本低廉的特点。这种创新性的替代方案可满足那些在实验室设施有限的地区、需开展水质及其他基于培养的检测工作的政府机构和组织的需求。当与简单的水质检测设备配合使用时，该培养箱能够帮助资源有限的实践人员以合理的成本建立永久性或季节性实验室。通过增加偏远地区实验室的数量，开展常规水质监测或对系统运行进行及时监控的努力将变得越来越可行。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由瑞士发展合作署以及由英国资助、英国国际发展部（DFID）为发展中国家利益资助的REACH项目（Aries编号201880）提供支持。文中表达的观点和包含的信息不一定代表这些机构的观点，也不一定得到其认可，这些机构对这些观点或信息以及对其产生的依赖不承担任何责任。作者还感谢Arnt Diener在聚苯乙烯泡沫培养箱原型早期版本开发中的贡献。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 加热箔 | Thermo | 2115337 | 自粘式，10×20 cm；工作电压 12 V；功率 20 W |
| 轴流风扇 | Yen Sun Technology Corp. | FD126025MB | 6×6×2.5 cm；工作电压 12 VDC；功率 1.44 W；最大电流消耗 60 mA |
| PID 温度控制器 | Wachendorff Automation GmbH & Co. KG | UR3274S | PID 控制器，32×74 mm；支持过程信号、热电偶、Pt100 的通用输入；工作电压 24 VDC；输出（温控开关）：10 A 继电器、5 A 继电器、SSR、RS 485 |
| Pt100 温度传感器 | Conrad | 198466 | 温度范围 -100°C 至 200°C；传感器 Pt100，型号 FS-400P |
| 通用外壳 | OKW Gehäuse System | C2012201 | 尺寸 200 × 120 × 60 mm |
| DC/DC 转换器 | Traco Power | TMDC 60-2412 | 额定电压 24 VDC；输入电压 9–36 VDC；输出电压 12 VDC；最大输出电流 5 A；功率 60 W |
| 交流电源适配器 | Bicker Elektronik | BET-0612 | 输出电压 12 VDC；最大输出电流 5 A；输入电压 115–230 VAC |
| 垫圈 | Schäfer Elektromechanik | 20/4 | 无螺纹；螺纹尺寸 M4；聚苯乙烯材质；间距 20 mm |
| 电缆接头 | WISKA | 10066410 | M12 × 1.5 cm；夹紧范围 3 – 7 mm |
| 接线端子 | Adels Contact | 125312 | 额定电流 25 A；额定电压 500 V |
| 螺钉 M4 × 50 | Bossard | 1579010 | M4 × 50 mm |
| 螺母 M4 | Bossard | 1241478 | M4 |
| 垫片 M4 | Bossard | 1887505 | M4 |
| 螺钉 M3 × 25 | Bossard | 1211099 | M3 × 25 mm |
| 螺母 M3 | Bossard | 1241443 | M3 |
| 垫片 M3 | Bossard | 1887483 | M3 |
| 支撑板 | - | - | 绝缘材料（塑料或其他）；28 × 25 cm |
参考文献
- Bain, R., et al. A summary catalogue of microbial drinking water tests for low and medium resource settings. International Journal of Environmental Research and Public Health. 9 (1609-1625), (2012).
- Köster, W., et al. Analytical methods for microbiological water quality testing. Assessing Microbial Safety of Drinking Water. , 237-277 (2003).
- World Health Organization (WHO). Guidelines for Drinking Water Quality. , 4th Edition, WHO Press. Geneva. (2011).
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- Peletz, R., Kumpel, E., Bonham, M., Rahman, Z., Khush, R. To what extent is drinking water tested in sub-Saharan Africa? A comparative analysis of regulated water quality monitoring. International Journal of Environmental Research and Public Health. 13 (3), 275(2016).
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