方法論記事

フィールドと実験室の使用のための低コスト モバイル インキュベーターの建設

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DOI：

10.3791/58443

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2019年3月19日

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1Department of Sanitation, Water & Solid Waste for Development, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag), 2Department of Environmental Microbiology, Eawag, 3Department of Environmental Social Sciences, Eawag, 4Department of Urban Water Management, Eawag

この記事について

サマリー

本稿では、飲料水の微生物検査の適応、低コストと可搬式インキュベーターを構築するためのメソッドについて説明します。私たちのデザインは、広く入手可能な材料に基づいており、まだ実験室ベースの高いハイエンド モデルの利点を提供しながら圃場条件の範囲の下で動作することができます。

要約

インキュベーターは、飲料水の品質を評価するため栽培が続く膜ろ過などの培養技術を用いた微生物メソッドの範囲に不可欠です。しかし、市販のインキュベーター、しばしば高価なボリュームの面で柔軟性がなく、輸送に困難および/または不十分な現場条件に適応電気へのアクセスは信頼性の高いされています。本研究の目的は、容易に利用可能なコンポーネントを使用して構築することができます適応、低コストと可搬式インキュベーターを開発します。インキュベーターの電子の核心は最初に開発されました。これらのコンポーネントは、インキュベーター シェル (発泡スチロール ボックス、ハード クーラー ボックスとサバイバル ブランケットで覆われた段ボール箱) の 3 種類を使用して範囲の周囲温度条件 (3.5 ° C から 39 ° C) において、テストされました。電子のコアは、設定温度、内部温度安定性と空間分散、消費電力、および微生物の増殖に到達するために必要な時間という点で標準的な研究所インキュベーターに匹敵する性能を示した。インキュベーターのセットアップも中度または低度の周囲温度 (3.5 ° C と 27 ° C) の間で効果的な高温 (39 ° C) でインキュベーターを設定温度が高かった。このインキュベーターのプロトタイプは低コスト (< 300 米ドル)、様々 な素材、ボリュームに適応。その脱着構造輸送しやすくなります。それは、グリッド電力の両方の確立された所や太陽エネルギーまたは車のバッテリーから給電リモート設定で使用できます。水質監視のためのリソースにアクセスが制限されたエリアのフィールド研究室用機器オプションとして特に便利です。

概要

文化に基づく汚染微生物の検出法は、工業化の水質解析と開発途上国1,2の芸術の状態です。微生物は多くの環境に存在し、異なる温度、最適な成長条件を必要とします。したがって、飲料水の懸念の汚染微生物の確実な検出のための前提条件は、温度安定した培養環境を作成します。世界保健機関によるとエシェリヒア属大腸菌(E. 大腸菌) (または別の方法として、耐熱性大腸菌群 (TTC))、飲料水3で糞便汚染の最も適切な指標です。これらの生物の検出で構成されます、たとえば、35-37 ° C (エシェリヒア属大腸菌) または 44 ~ 45 ° C (TTC)3で選択培地で培養膜の続く膜を通して 100 mL 水試料をフィルタ リングします。

近年ますます関連文化ベースのメソッドのフィールド ベースのアプリケーションとなっています。持続可能な開発目標 6、ターゲット 6.1 の下で政府は定期的に国家レベル4で飲料水の細菌学的品質のレポートにコミットしています。このような公衆衛生監視活動に加え、水インフラの運用監視は定期的にローカルか地方レベル5で実施されます。これらのサーベイランスとモニタリング キャンペーンが必要な所のインフラが不十分なまたは利用できない遠隔地に多いです。6同様に、培養技術を用いた方法は広く医療診断と地域の診療所や研究機関は、限られた資源で唱えることができます不安定な電源7微生物学的研究。

上記のコンテキストでは、従来のインキュベーターがしばしば不十分または使用できません。フィールド インキュベーター代わりに、研究所、例えば、 Aquatest プロジェクト8、ブリストル大学、イギリスの外の使用のために開発されています。DelAgua9マールボロ、イギリス;または Aquagenx10, ノース ・ カロライナ大学、アメリカ合衆国。ただし、これらのデバイスは比較的小音量で同時に処理することができますサンプル数が少なくています。市場でフィールド インキュベーターも非常の下で動作するように設計されていない低 (< 20 ° C) または非常に高い (> 40 ° C) 周囲温度条件、砂漠や高山環境での使用が困難します。さらにヨーグルトを作る器具11、本体ベルトと相変化インキュベーター12に、代替ソリューションが含まれます。ただし、このような型破りなインキュベーターはいい加減機能、11の動作に負担になります。

フィールド アプリケーションに適したまま実験室ベース モデル (使いやすさより大きい容積と温度精度) の利点を提供するインキュベーターの必要性はこう (低コスト、簡単に輸送および維持、堅牢性、周囲温度、エネルギー効率、および断続的に弾力性のある電源の範囲) (表 1)。このプロトコルの目的は、広く利用可能な素材を使用、従来、フィールド ベースのモデルの利点を最適化するために設計された低コストのインキュベーターの作製プロセスの詳細をすることです。

特性実験室ベースフィールド最適化
ユーザーフレンドリーな設計figure-introduction-1figure-introduction-2figure-introduction-3
大容量figure-introduction-4figure-introduction-5figure-introduction-6
周囲温度の広い範囲にロバストなfigure-introduction-7figure-introduction-8figure-introduction-9
一定温度を維持します。figure-introduction-10figure-introduction-11figure-introduction-12
低コストfigure-introduction-13figure-introduction-14figure-introduction-15
簡単に転送figure-introduction-16figure-introduction-17figure-introduction-18
エネルギー効率の高いfigure-introduction-19figure-introduction-20figure-introduction-21
断続的な電力供給に弾力性のあります。figure-introduction-22figure-introduction-23figure-introduction-24

表 1: 市販インキュベーター (実験室とフィールド) と最適化されたアプローチの特性。

次のアセンブリ プロトコルは、必要な材料とインキュベーターを構築するための手順を指定します。それは 4 つのステップで構成されて: まず、ヒーター ユニットの組立コントロール ユニットの 2 番目のアセンブリ第三に、総会、インキュベーター電気中心である;インキュベーターの第四に、アセンブリ。このプロトコルでは、さまざまなインキュベーター シェルで動作するインキュベーターの電子核の構造について説明します。プロトコルとその技術仕様で使用されているすべてのコンポーネントの完全なリストのための材料表を参照してください。以下のプロトコル フィールド インキュベーターの機能例を示しますが、電気的要件を満たしている限り、さまざまなコンポーネントの柔軟な使用が可能です。さまざまなコンポーネントを使用するとインキュベーターのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。建設、電気部品の配線が電気分野の業者によって行われることをお勧めします。

プロトコル

1. 加熱装置

  1. (図 1) の次のコンポーネントを収集します。
    figure-protocol-1必要なアンカレッジ穴プレート (280 x 250 mm) をサポートします。
    figure-protocol-2軸流ファン (60 × 60 × 25 mm);2 x
    figure-protocol-3スペーサー (長さ 20 mm、内部直径 4.25 mm (M4));4 x
    figure-protocol-43 つのピンが付いている光沢ターミナル
    figure-protocol-5スクリュー ナット (M4);4 x と (M3);1 x
    figure-protocol-6洗濯機 (M4);8 x と (M3);1 x
    figure-protocol-7固定用ねじ (M4);4 x と (M3);1 x

figure-protocol-8
図 1: 加熱装置の個々 のコンポーネント。figure-protocol-9サポート板、figure-protocol-10軸流ファンfigure-protocol-11スペーサー、figure-protocol-12光沢ターミナルfigure-protocol-13スクリュー ナット、figure-protocol-14洗濯機とfigure-protocol-15のネジ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 支持板に必要な穴 (図 2) をドリルfigure-protocol-16軸流ファンを確保するためfigure-protocol-17光沢ターミナルだけでなく、 figure-protocol-18 (図 1)。

figure-protocol-19
図 2: サポート プレートの図。光沢ターミナルと同様に、軸流ファンを固定するサポート プレートにアンカレッジの穴をドリルする徴候。距離がミリメートル単位で与えられます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. アンカー軸流ファンfigure-protocol-20サポート プレート上センターにfigure-protocol-212 つの M4 ネジ、ナット、洗濯機と図 3に示すように、 figure-protocol-22 、 figure-protocol-23 、figure-protocol-24ファンあたり。スペーサーを使用figure-protocol-25ファンと支持プレート (図 3) の間の距離を残す。
  2. 光沢ターミナルをアンカーfigure-protocol-26サポート プレートにfigure-protocol-27M3 ねじ、スクリュー ナット、ワッシャーを使用します。ケーブル ファンを固定します。(図 3)。
  3. 光沢ターミナルでファンのケーブルを接続します。一緒にそれぞれのファンの肯定的なケーブルと各ファンは一緒に (図 3) の負のケーブルを接続します。スピード センサーは必要ありません。

figure-protocol-28
図 3: 軸流ファンは支持板に固定します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

注: 記載されているケーブルの色が図に使用されるものに対応します。ケーブルの色は、使用される材料に応じて変更可能性があります。

2. コントロール ユニット (電源)

  1. 次のコンポーネントを収集します。
    figure-protocol-29普遍的なエンクロージャ (ここで 200 × 120 × 60 mm、実際の寸法は、サイズに依存の DC/DC コンバーターと PID 温度コント ローラー)
    figure-protocol-30オフ/スイッチ
    figure-protocol-31DC/DC コンバーターは、入力電圧範囲は 9 - 36 v、出力電圧 12 v
    figure-protocol-3212-35 V/直流電圧を動作 PID 温度コント ローラー
    figure-protocol-33ケーブル腺、M12 × 15 mm、クランプ範囲 2 7.5 mm (またはケーブルを使用)
    figure-protocol-34温度センサー Pt100
    figure-protocol-35AC 電源
    注: インキュベーターは主電源またはバッテリーに接続できます。電源操作の場合に、AC 電源の供給が必要な電源に専用ユニットを接続している場合、DC/DC コンバーターは必須ではありません。バッテリー操作の場合に、DC/DC コンバーターの使用を強くお勧めします、二芯ケーブルは AC 電源ではなく必要。このプロトコルは、DC/DC コンバーター、AC 電源とバージョンを表示します。インキュベーター電気コアの電気回路図は、補足資料 (図 S1) で詳細です。
  2. ドリルとジグソー パズル、または同等のツール (図 4) で筐体に PID 温度コント ローラー、オン/オフ スイッチ、およびケーブル腺の開口部を加工します。

figure-protocol-36
図 4: ユニバーサル筐体の模式図。(a)適応温度コント ローラーを配置するfigure-protocol-37、オン/オフ スイッチfigure-protocol-38とケーブル腺figure-protocol-39普遍的なエンクロージャに距離がミリメートル単位で与えられます。(b)普遍的なエンクロージャの 3D ビュー。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. DC/DC コンバーターをオン/オフ スイッチに接続: オン/オフ スイッチと負のケーブル、AC 電源アダプターの AC 電源アダプターの肯定的なケーブルに接続、"-Vin「DC/DC コンバーター (図 5) の。
  2. 「Vin +「DC/DC コンバーター (図 5) のオン/オフ スイッチを接続するケーブルを使用します。

figure-protocol-40
図 5: マウント制御ユニットユニバーサル筐体figure-protocol-41DC/DC コンバーターでfigure-protocol-42PID 温度コント ローラーに接続されているfigure-protocol-43、オン/オフ スイッチfigure-protocol-44。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. PID 温度コント ローラー (図 6) を次のように加熱装置からのケーブルを接続します。
    1. 接続、ターミナル「1」PID 温度コント ローラーの"DC-"ワイヤ加熱からユニット接続と、「-Vout"DC/DC コンバーターのターミナル。
    2. 接続、"DC +"ターミナル「4」PID 温度コント ローラーと同様の端子「2」に関して PID 温度コント ローラーのヒーター ユニットに行く線 (を参照してくださいポイント 3.2)。
    3. 「+ Vout」ターミナルの DC/DC コンバーター PID 温度コント ローラーの端子「2」を接続します。
    4. PID 温度コント ローラーの端子「5」を加熱装置に入っていく「コマンド」線に接続します。(を参照してくださいポイント 3.2)。
    5. 「10」、「11」と「12」端末に温度センサーを接続します。
      注: 温度センサーの赤いケーブルは、PID 温度コント ローラーのターミナル「11」に接続する必要があります。
  2. エンクロージャの下部に Velcro テープで DC/DC コンバーターを固定し、普遍的なエンクロージャを閉じます。

figure-protocol-45
図 6: ケーブルの DC/DC コンバーターの PID 温度コント ローラーとの接続します。DC/DC コンバーター figure-protocol-46 、PID 温度コント ローラー figure-protocol-47 、インキュベーター (ケーブル A)、温度センサー (ケーブル B) への接続に接続します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

注: 使用する PID 温度コント ローラー端末の機能は、表 2で示されます。

PID 温度コント ローラー端子関数
ターミナル「1」入力 +
ターミナル「2」入力電源
ターミナル「4」制御出力一般的なお問い合わせ
ターミナル「5」制御出力通常開いている連絡先

表 2: 関数は、PID 温度コント ローラー端子に対応します。

3. インキュベーター電気コアのアセンブリ

  1. 次のコンポーネントを収集します。
    セクション 1 から加熱装置
    セクション 2 からコントロール ユニット
    figure-protocol-48暖房の箔、粘着、100 × 200 mm、12 V/20 W、2 x
  2. 加熱装置 (図 7) を次のようにコントロール ユニットの接続ケーブルをリンクします。
    1. 「DC -」ワイヤー暖房ホイルのそれぞれの 1 つの導線でコントロール ユニットから、各ファンの負のワイヤを接続します。
    2. 各ファンの正のケーブルでコントロール ユニットから来ている「DC +」線を接続します。
    3. コントロール ユニットから「コマンド」ワイヤーを暖房ホイルの残りの 2 つの導体に接続します。

figure-protocol-49
図 7: ケーブル接続の箔を加熱 figure-protocol-50 PID 温度コント ローラーと。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

注: 完成したフィールド インキュベーター インキュベーターの電気のコアは、図 8に示すです。

figure-protocol-51
図 8:完全なフィールド インキュベーター電気コア。加熱装置figure-protocol-52、コントロール ユニットfigure-protocol-53と温度プローブfigure-protocol-54。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

4. インキュベーターのアセンブリ

  1. 次のコンポーネントを収集します。
    インキュベーター電気コア
    インキュベーター シェル (ポリスチレン発泡ボックスとここが作ることができる任意の種類ボックスの断熱材)
    ラックをサポート (ここで金属ラック、しかし、別の材料にすることができます)
  2. (図 9) を次のように一緒にインキュベーター コンポーネントを配置します。
    1. インキュベーター (ドア) の開口部側にあるので、その側にインキュベーター シェルを配置します。
    2. インキュベーター シェルの下部にヒーター ユニットと支持板を配置します。
    3. 加熱装置は、加熱装置とサポートのラックに 10 cm 以上のスペースを残して上にサポート ラックを配置します。
    4. サポート棚の温度プローブを置き、インキュベーターで固定します。
  3. ケーブル (図 9) のエントリを許可するインキュベーターのドアに穴をあけます。
  4. インキュベーターを電源に接続します。
  5. インキュベーターをオンにして、PID 温度コント ローラーの設定を調整する (詳細設定の補足資料の表 S1を参照)。

figure-protocol-55
図 9: 完全なフィールド インキュベーター 。(左) オープンし、クローズ (右)。加熱装置figure-protocol-56、ラックをサポートfigure-protocol-57、温度プローブfigure-protocol-58、コントロール ユニットfigure-protocol-59、インキュベーター シェルfigure-protocol-60とインキュベーター シェル (囲まれた領域) にケーブル用の穴。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

注: インキュベーターのシェルは、材料の任意のタイプのボックスをすることができます。絶縁材料の使用をお勧めは、ボックスは熱の損失を避けるために堅く閉まります。サポート ラックは、ラック内の熱の蓄積を避けるために大きな穴を含める必要があり、材料は金属または他の (例えばプラスチック) をすることができます。

結果

堅牢なフィールド インキュベーターの信頼性に到達し、様々 な条件下で設定温度を維持する能力であります。次の測定が行われたさまざまなインキュベーター組み立てのパフォーマンスを監視する: 操作、内部温度安定性以上 24 の 24 時間以上の消費電力、設定温度、1 つ分のドアを開いた場合の影響を達するに必要な時間操作と大腸菌の成長の観察の時間。保育器内の温度は、構造 (サポート ラック、壁、成長板の中のトップ) で別の位置に配置 4 の温度ロギング デバイスで毎分を測定しました。設定温度は、すべての測定値がプラスまたはマイナス 2 ° C 以内に達成されると考えられていたの孵化のための許容範囲である大腸菌。13

電子コアは通常、多くの国で見られる材料を使用してシェルの 3 種類でテストされた: サバイバル ブランケット (46 リットル) (で覆われている段ボール箱、ハード プラスチック製のクーラー ボックス (30 リットル)、発泡スチロール箱 (78 リットル)図 10)。3 周囲温度でテストされたこれらのインキュベーター セットアップ分野で経験することができます周囲条件の範囲をカバーする: 周囲 (約 27 ° C)、冷たい (約 3.5 ° C と 7.5 ° C) (約 39 ° C) と。37 ° C および 44.5 ° C で内部温度を設定パフォーマンスの測定値を調べた

インキュベーターで設定温度に到達する時間は、周囲温度やインキュベーターのシェルの素材に影響されました。約 27 ° C の周囲温度で 3 インキュベーター セットアップまで設定温度 (37 ° C と 44.5 ° C) (図 11 aと図 12 a) 同様の時間と標準インキュベーター (表 3) のパフォーマンスに匹敵します。寒い環境 (3.5 ° C と 7.5 ° C) で厚い殻、すなわち、発泡スチロールやクーラー ボックスを持つインキュベーターまでターゲット設定温度 (37 ° C と 44.5 ° C) 同様の時間;27 ° C の周囲温度の下でより長い約 4 回その下の断熱材とサバイバル ブランケットと段ボール箱は決して完全に冷たい周囲温度条件 (図 11 bと図 12 b) の下で設定温度を達した。暖かい環境 (39 ° C) で 3 インキュベーター組み立ては 10 分 (図 12 c) の下で 44.5 ° C の温度が設定温度を達した。ただし、設定温度は、37 ° C、すなわち、周囲の温度よりも低いときは、すべての 3 つの保育器の過熱の結果、温度を下げることができる、インキュベーターのどれも設定 ups (図 11 c)。

周囲温度やインキュベーター シェルの型 1 つ分のインキュベーターのドアを開放の影響の影響。寒冷環境下での熱損失が大きかったし、温度が決してセットに達する (図 13 bと図 14 b) 段ボール箱インキュベーターを除いてに内部設定温度を回復する時間が長かった。暖かい環境で熱損失が限定と温度が (図 13 a、cと図 14 a、c) 10 分以内で回収されたセット。39 ° C の周囲温度と設定温度 37 ° C、扉を開いてはいない原因もインキュベーター (図 13 c) の過熱を軽減します。

消費電力は、寒い環境と設定温度の増加に増加しました。よい絶縁のインキュベーター シェル (発泡ポリスチレンとクーラー ボックス) 段ボール箱インキュベーターと比較して消費電力の削減を示した。同じような環境 (約 27 ° C の周囲温度)、標準のインキュベーターより 3 インキュベーター消費アップ 0.22 に 0.52 kWh/24 h 少ないエネルギー テスト (表 3)。

以上 24 時間インキュベーター シェルおよび周囲温度テスト (図 13と図 14) のすべてのタイプで、孵卵器内の温度は安定していた。設定温度と比較して測定された温度のわずかな変化は、インキュベーター内の温度ロギング デバイスの位置によると認められました。周囲温度 (39 ° C) 設定温度 (37 ° C) (図 13 c) よりも暖かいとテストを除いて温度の変化は、大腸菌培養の 2 ° C の許容範囲内のすべてだった。

すべてのテストは、エシェリヒア属大腸菌および大腸菌計測材料 (膜成長プレート上に配置) の存在下で行われました。サンプルの複製は、各インキュベータの設定との比較のための標準的なインキュベーターに置かれました。すべてのセットアップおよび条件、エシェリヒア属大腸菌および大腸菌群の増殖は成功し標準のインキュベーターで観察された成長に匹敵します。インキュベーターの構成と結果をテストの周囲温度条件の概要は表 3のとおりです。

テスト 1:
温度を設定する時間		テスト 2:
側ドア 1 つ分の開口		テスト 3:
24 時間の期間にわたって電力消費		テスト 4:
24 時間にわたって温度変化		テスト 5:
エシェリヒア属大腸菌の成長が見られました。
周囲温度設定温度(分)最大損失の温度 (° C);設定温度 (分) を回復する時間(kWh/24 h)絶対最大温度 (° C);絶対温度 (° C) *(はい/いいえ)
発泡スチロール ボックス3.5 ° C37 ° C4510 ° C;17 分0.7837;35.5うん
7.5 ° C44.5 ° C7416.5 ° C;31 分0.8944.5;42.5ND†
27 ° C37 ° C122.5 ° C;3 分0.2837.5;36.5うん
44.5 ° C204.5 ° C;7 分0.4344.5;43.5ND†
39 ° C37 ° C0 (オーバーヒート)2 ° C;0 分 (オーバーヒート)0.1142.5;42うん
44.5 ° C73.5 ° C;5 分0.1745;43.5ND†
ハード クーラー ボックス3.5 ° C37 ° C548 ° C;10 分0.8637.5;36うん
7.5 ° C44.5 ° C9612 ° C30 分1.0545;43ND†
27 ° C37 ° C131.5 ° C;0 分0.2737.5;36.5うん
44.5 ° C252 ° C;4 分0.5045;43.5ND†
39 ° C37 ° C0 (オーバーヒート)1 ° C;0 分 (オーバーヒート)0.1143;42.5うん
44.5 ° C94 ° C;3 分0.1945.5;44.5ND†
サバイバル ブランケットと段ボール箱3.5 ° C37 ° C(109 分後安定した温度) に達したこと6.5 ° C;30 分後の安定した温度1.2433.5;30.5うん
7.5 ° C44.5 ° C決して達された (安定した温度 120 分後)8 ° C;20 分後の安定した温度1.2836.5;32ND†
27 ° C37 ° C152.5 ° C;6 分0.4236.5;35.5うん
44.5 ° C243 ° C;8 分0.7044.5;42.5ND†
39 ° C37 ° C0 (オーバーヒート)1.5 ° C;0 分 (オーバーヒート)0.1141.5;40うん
44.5 ° C92 ° C;0 分0.2045;43.5ND†
標準的なインキュベーター27 ° C37 ° C181 ° C;0 分 (オーバーヒート)0.6438.5;36ND†
44.5 ° C23 (オーバーヒート)2.5 ° C;0 分0.9547.5;43.5ND†

テーブル 3: インキュベーター構成および周囲温度条件に対する結果の概要をテストします。* テスト 4:すなわち、破壊的なイベント (ドアを開ける、設定温度に達するまでの時間) の終わりの後の 10 分から安定した期間中に絶対最高・最低気温を記録しました。†ND: データなし、テストは実行されません。

figure-results-1
図 10: テスト インキュベーター シェルします。(上段) が開閉 (下段)。発泡スチロール ボックス (左)、厚さ 3.5 cm、外側寸法 39 x 56 x 36 cm;ハード プラスチック製クーラー ボックス (中央) の厚さ 2.5 cm、外側寸法 32 x 41 x 47 cm;(右) 厚さ 12 μ m の標準的な生存毛布で覆われてダン ボール箱折り、二度外形寸法 30 × 42 × 37 cmこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。 。

figure-results-2
図 11: 異なる温度条件下でインキュベーターのセットアップの設定温度 (37 ° C) に達するまでの時間。発泡スチロール箱、ハード クーラー ボックス、段ボール箱の製シェルとインキュベーターの性能はサバイバル ブランケットで覆われています。部屋温度(a)、冷たい周囲温度(b)と暖かい温度(c)。インキュベーターの支援ラックの温度を記録しました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-3
図 12: 異なる温度条件下でインキュベーターのセットアップの設定温度 (44.5 ° C) に達するまでの時間。発泡スチロール箱、ハード クーラー ボックス、段ボール箱の製シェルとインキュベーターの性能はサバイバル ブランケットで覆われています。部屋温度(a)、冷たい周囲温度(b)と暖かい温度(c)。インキュベーターの支援ラックの温度を記録しました。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-4
図 13: 24 時間と異なる温度条件下で開くドアの効果気温の変動。37 ° c. の温度を設定します。サバイバル ブランケット覆われて発泡スチロール ボックス、ハード クーラー ボックス、段ボール箱の製シェルとインキュベーターの公演。部屋温度(a)、冷たい周囲温度(b)と暖かい温度(c)。丸で囲んだ領域は、ドア 1 つ分の開口部による温度の変化を示しています。インキュベーターの支援ラックの温度を記録しました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-5
図 14: 24 時間と異なる温度条件下で開くドアの効果気温の変動。44.5 ° c. の温度を設定します。サバイバル ブランケット覆われて発泡スチロール ボックス、ハード クーラー ボックス、段ボール箱の製シェルとインキュベーターの公演。部屋温度(a)、冷たい周囲温度(b)と暖かい温度(c)。丸で囲んだ領域は、ドア 1 つ分の開口部による温度の変化を示しています。インキュベーターの支援ラックの温度を記録しました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-6
図 S1: インキュベーター電気コア配線の電気図。電源操作や電池の代替が示されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

パラメーター選択した値
1制御出力の種類制御第 1 四半期第 2 四半期をアラーム/
2接続されているセンサーの種類Pt100 (140 ° C に-200)
3下限設定ポイントの値の選択0
4上限設定ポイントの値の選択50
5コントロールの種類暖房
6オン/オフ履歴や P.I.D. コントロールの不感帯0
7単位として表現されるプロセスの比例帯域幅 (° C 場合温度)1
8積分時間。プロセスの秒単位の慣性80.0
9P.I.D. の微分時間20.0
10時間比例出力周期時間10
11前面キーボードで設定値の変更を許可/拒否します。すべて規定値の変更を許可します。
12ソフトウェア フィルター。数測定値の比較を計算する値 PV SPV10
13学位の種類° C
14冷却液の種類空気

表 S1: PID 温度コント ローラー設定します。設定値の表示インキュベーターを実行する必要はありませんその他のパラメーターはデフォルト値に残っていた。

ディスカッション

持続可能な開発目標 6.1 下監視手段が少ない確立された14をへき地を中心に、水品質サンプリングの需要が高まってください。定期的に水の品質がこれらの設定でテストを実装するための主要な障壁は研究所微生物法6のサポートの対応への悪いアクセス。比較的安く、広く利用可能な材料から構築された信頼性の高いインキュベーターの手法を提案します。電気部品、比較的簡単にソース、組み立てる、限られた専門知識を必要とします。また、インキュベーター シェル デザイン、柔軟性、したがってローカルで利用可能な材料から構成することができます。これは重くてかさばるシェルでラゲッジ スペースが必要ないので遠隔地へのご旅行に特に望ましくです。使用しているシェルに応じてインキュベーターのボリュームも適応あり特定のサンプル サイズを格納できるサイズします。提示セットアップは使用されるとオフ-グリッド上、消費電力削減や信頼性の高い電気供給がない時に堅牢なそれにをすることができます。特定の設計上の制限が認められ, この設定を一般的に周囲温度条件 (3.5 ° C から 39 ° C) の範囲の下で有効であること判明しました。

インキュベーター設計を 1 つのニーズに最適を達成するためには不可欠なプロトコルのいくつかの手順があります。最初は、インキュベーターの電気コンポーネントの選択です。代替コンポーネントは、価格またはローカルの可用性に基づいて選択できます。によって選択された材料とその技術仕様、インキュベーターに提示される結果と比較すると性能を変更可能性があります。プロトコルの別の重要なステップはシェル材料のべきである材料の可用性、ローカル電源の周囲温度の範囲に基づく選択です。低い周囲温度 (< 25 ° C) で発泡スチロール製シェルまたはハード クーラー ボックスは 44.5 ° c. に 37 ° c 設定温度を達成するためにお勧めします提示実験データに基づき、これらを設定 ups 45 96 分で設定温度に達するし、0.78 - を消費することが期待できる 1.05 kWh/24 h の寒冷環境 (3.5 から 7.5 ° C)。低い周囲温度で使用するサバイバル ブランケットと段ボール箱は推奨されません安定した実験観察期間中の温度の設定この設定決して達されたので。適度な温度 (27 ° C) でテスト シェル型のいずれかは受け入れられます、段ボール ボックス セットを観察に似て少し大きい消費電力設定温度も高い (すなわち、 44.5 ° C) がある場合を除きより高い周囲温度 (39 ° C) で紹介インキュベーター デザインだった場合は過熱しやすかった。したがって、そのような条件は冷却装置を必要とするか気候の制御空間で使用します。

紹介インキュベーターを構築するコストは、材料はスイス連邦共和国で供給されたとき約 300 米ドルをだった。ただし、これらの費用は、電子のコアコンポーネントのため送料を最小限に抑えることができる場合は特に、異なる場所にかなり低い可能性があります。プロトコルで説明されているさまざまなコンポーネントの変更は、コストをさらに削減できます。ここで提示されたプロトコルのみエシェリヒア属大腸菌の生菌の検証と同様、2 つの設定温度で 3 つだけシェル素材型を比較という制限があります。今後の研究は温度パラメーターとその他の微生物指標種 (例えば、腸球菌) と病原体 (例えばサルモネラ、ビブリオを使用してのより広い範囲の下でこのインキュベーター設計の適合性をテストする必要があります。コレラ菌)。今後の研究は、非常に暖かい環境 (> 40 ° C) での使用が可能となるインキュベーター内で効果的な冷却技術の開発に焦点を当てる必要があります。

私たちの知る限りでは、適応可能な容量を提供し、トランスと低コストを維持しながら、簡単にマウントが他の知られているフィールド インキュベーターはありません。市販のインキュベーターにこの革新的な代替は、政府と水質といくつかの実験施設が利用可能な他の文化に基づくテスト目標が組織の必要性を満たしています。簡単な水質検査機器を組み合わせた場合、このインキュベーターは、合理的なコストで永続的または季節研究所を確立する限られた容量を持つ実務家を助けることができます。遠隔地の研究室の数を増やして、定期的に水の品質監視を行ったり、時間厳守のシステムの操作の監視を実現する努力はますます可能になります。

開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

本研究は、開発協力と (牡羊座コード 201880) の発展途上国の利益のための国際開発省 (DFID) 英国省から英国の援助資金に達するプログラムのスイス代理店によって支えられました。見解とそれに含まれる情報は、必ずしもこれらのまたはそのようなビューまたは情報またはそれらに置かれる任意の依存のための責任を負いませんことができますこれらの機関によって承認されました。著者はまた、発泡ポリスチレンのインキュベーターのプロトタイプの初期のイテレーションへの貢献 Arnt ディーナーを感謝します。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
加熱ホイルサーモ2115337自己接着性10x20cm;動作電圧12V;電源20W
軸流ファンYen Sun Technology Corp.FD126025MB6x6x2.5 cm;動作電圧12VDC;パワー1.44W;最大消費電流 60mA
PID 温度コントローラーWachendorff Automation GmbH & Co. KGUR3274SPID コントローラー 32x74 mm;プロセス信号、熱電対、Pt100のユニバーサル入力。動作電圧 24 VDC;出力(サーモスタット)10Aリレー、5Aリレー、SSR、RS 485
センサーPt100ラッド198466温度範囲-100°C;Cから200°C;C;センサーPt100、タイプFS-400P
ユニバーサルエンクロージャOKW GehäシステムC2012201を使用 寸法 200 x 120 x 60
mm DC/DCコンバータTraco PowerTMDC 60-2412公称電圧 24 VDC;入力電圧9-36 VDC;出力電圧:12VDC;最大出力電流 5 A;電源 60W
AC 電源アダプターBicker ElektronikBET-0612出力電圧 12 VDC; 最大出力電流 5 A;入力電圧 115-230 VAC
スペーサーSchäfer Elektromechanik20/4糸なし;ねじサイズM4;ポリスチレン;距離 20 mm
ケーブルグランドWISKA10066410M12 x 1.5 cm; クランプ範囲 3 – 7 mm
光沢端子Adels コンタクト125312公称電流 25 A;公称電圧 500V
ネジ M4 x 50ボサード1579010M4 x 50 mm
ネジナット M4ボッサード1241478M4
ワッシャー M4ボッサード1887505M4
ネジ M3 x 25ボッサード1211099M3 x 25 mm
ネジナット M3ボッサード1241443M3
ワッシャー M3ボッサード1887483M3
サポートプレート -  - 断熱材(プラスチックなど)、28 x 25 cm
温度コン

参考文献

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