用于野外和实验室的低成本移动培养箱的构建

培养箱对于许多微生物方法至关重要，尤其是在饮用水的基于培养的分析中。本文旨在解决在基础设施有限的地区对低成本培养箱的需求。我们将详细介绍如何使用常见易得的材料构建一种可调节、低成本且便于运输的培养箱。

该培养箱可在多种环境条件下运行，其性能与实验室用型号相当。此方法适用于任何需要在有无稳定电网供电的场所中维持恒定温度的培养操作。只要满足电气要求，可以使用与本文所述不同的组件，但不同组件可能会影响培养箱的性能表现。

本版本培养箱的主要发明者是我们实验室的技术人员 Jurg Sigrist 和 Christian Ebi。在组装加热单元之前，准备以下材料：一块 280 × 250 毫米的支撑板、两个 60 × 60 × 25 毫米的轴流风扇、四个长度为 20 毫米、内径为 4.25 毫米的间隔柱、一个三针接线端子、四个 M4 和一个 M3 螺母、八个 M4 和一个 M3 垫圈，以及四个 M4 和一个 M3 螺丝。接下来，在支撑板上钻出适当的固定孔，用于安装轴流风扇和接线端子。

当所有孔钻完后，每个风扇使用两颗 M4 螺丝、两个螺母和四个垫圈，通过间隔件将轴流风扇固定在支撑板的中心位置，间隔件用于保持风扇与支撑板之间的间距。使用 M3 螺丝、螺母和垫圈将接线端子固定在支撑板上，并固定风扇电缆。然后将风扇电缆连接至接线端子。

将每个风扇的正极和负极电缆连接在一起。组装控制单元时，准备通用外壳、电源开关、输入电压范围为9至36伏、输出电压为12伏的直流/直流转换器、工作电压为12至35伏直流的PID（比例-积分-微分）温度控制器、压接范围为2至7.5毫米的12至15毫米电缆接头、铂电阻温度传感器（Pt100）以及交流电源。使用电钻和曲线锯在外壳上铣出用于安装PID温度控制器、电源开关和电缆接头的开口，并安装电源开关和电缆接头。

将交流电源适配器的正极电缆连接到电源开关，将交流电源适配器的负极电缆连接到DC/DC转换器的负电压输入端。使用一根电缆将电源开关连接到DC/DC转换器的正电压输入端。将PID温度控制器的端子一连接到加热单元接线的直流负极导线，再连接到DC/DC转换器的负电压输出端。

将连接至加热单元的直流正极导线接到PID温度控制器的第四端子，以及PID温度控制器的第二端子。将PID温度控制器的第二端子连接至DC/DC转换器的正电压输出端。并将PID温度控制器的第五端子连接至连接至加热单元的控制导线。

将温度传感器连接到 10、11 和 12 号端子。然后使用钩面和毛面胶带将 DC/DC 转换器固定在 enclosure 底部，并合上通用 enclosure。设置培养箱电气核心时，准备两片尺寸为 100 × 200 毫米、12 伏、20 瓦的自粘式加热膜，将控制单元的直流负极导线连接到 luster terminal，并连接每片加热膜的一根导线以及每个风扇的负极导线。

然后将来自控制单元的正极导线与每个风扇的正极电缆连接，并将控制单元的控制导线连接到加热箔片的其余两个导体上。组装培养箱时，需准备培养箱外壳和支撑架。

将培养箱外壳侧放，使培养箱门位于外壳的一侧，并将带加热装置的支撑板置于培养箱外壳底部。将支撑架放置在加热装置上方，确保加热装置与支撑架之间至少保留10厘米的间距。将温度探头放置在支撑架上并固定牢固。

在培养箱门上钻孔，以便插入电缆。将培养箱紧密关闭后，将其连接至电源。然后启动培养箱，并根据实验需求调节PID温度控制器的设置。

对于具有代表性的培养箱设置，培养箱达到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。在约27摄氏度的环境温度下，三种培养箱设置达到设定温度所需的时间相近，性能与标准培养箱相当。在低温环境中，外壳较厚的培养箱达到目标设定温度的速度比在正常环境温度下更慢，但彼此之间所需时间相近；而隔热层较薄的培养箱则始终未能完全达到设定温度。

在温暖环境中，三种培养箱设置均在10分钟内达到目标温度。然而，当设定温度为37摄氏度而环境温度为39摄氏度时，由于设定温度低于环境温度，三种培养箱均无法降温，导致全部出现过热现象。在类似环境中，这三种培养箱设置每24小时比测试的标准培养箱节能0.22至0.52千瓦时；在所有设置和条件下，大肠杆菌（E.coli）和总大肠菌群的生长均成功，且与标准培养箱中观察到的生长情况相当。

外壳的选择至关重要。保温性能更好的外壳在达到设定温度所需的时间以及功耗方面表现更佳。建议由具备电气领域专业知识的人员进行电气部件的组装和布线工作。