Методическая статья

Строительство недорогих мобильных инкубатора для поля и лабораторного использования

15.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/58443

⸱

19 марта 2019 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Этот документ описывает метод для создания адаптируемых, лоу кост и переносные инкубатора для микробиологических испытаний питьевой воды. Наш дизайн основан на широко доступных материалов и может работать под широкий спектр полевых условиях, при этом по-прежнему предлагает преимущества моделей на основе лабораторных высок конца.

Аннотация

Инкубаторы являются необходимым для диапазона на основе культуры микробиологических методов, таких как мембранная фильтрация следуют культивирования для оценки качества питьевой воды. Однако коммерчески доступных инкубаторы часто дорогостоящих, трудно транспорта, не гибких объему, и/или плохо приспособлена к условиям местах где доступ к электроэнергии является ненадежной. Целью данного исследования было разработать адаптируемых, лоу кост и переносные инкубатор, который может быть построен с помощью легко доступных компонентов. Впервые была разработана электронная ядро инкубатора. Затем эти компоненты были протестированы под ряда условий температуры окружающей среды (3,5 ° С - 39 ° C) с помощью трех типов раковин инкубатора (пенополистирола коробки, жесткий кулер коробки и картонную коробку, покрытая одеяло выживания). Электронные ядро показал сопоставимой производительности в стандартный лабораторный инкубатор с точки зрения времени, необходимого для достижения заданной температуры, стабильность внутренней температуры и пространственной дисперсии, потребление электроэнергии и микробного роста. Инкубатор структурах также эффективны при умеренной и низкой температуре (между 3,5 ° C и 27 ° C), и при высоких температурах (39 ° C), когда инкубатор температура была выше. Этот прототип инкубатор лоу кост (< 300 долл. США) и адаптируется для различных материалов и томов. Сборно-разборные структура делает его легко транспортировать. Он может использоваться в обоих установленных лабораторий с сетки питания или в удаленной настройки, питание от аккумулятора автомобиля или солнечной энергии. Это особенно полезно, как вариант оборудования для лаборатории в районах с ограниченным доступом к ресурсам для мониторинга качества воды.

Введение

Методы, основанные на культуру, для обнаружения микробиологических загрязнений являются государство о--искусство для анализа качества воды в промышленно развитых и развивающихся стран1,2. Микроорганизмы существуют во многих средах и требуют различных температурных условий для оптимального роста. Таким образом создание стабильной температуры инкубации среды является предпосылкой для надежного обнаружения значимых микробных загрязнителей в питьевой воде. По данным Всемирной организации здравоохранения, Escherichia coli (E. coli) (или, альтернативно, thermotolerant кишечной палочки (TTC)) являются наиболее подходящих индикаторов фекального загрязнения питьевой воды3. Обнаружение этих организмов состоит из, например, фильтрация образца воды 100 мл через мембрану после инкубации мембран по селективного СМИ на 35-37 ° C (E. coli) или 44-45 ° C (TTC)3.

На местах применения методов на основе культуры становится все более актуальной в последние годы. Рамках устойчивого развития цели 6, сформулированной цели 6.1, правительства обязались регулярно отчет бактериологического качества питьевой воды на национальном уровне4. Помимо таких усилий наблюдения общественного здравоохранения оперативный мониторинг инфраструктуры водоснабжения регулярно проводится на местном или региональном уровне5. Эти наблюдения и мониторинга кампании зачастую в отдаленных местах, где требуется лабораторная инфраструктура, неадекватными или отсутствуют. 6 аналогичным образом, методы на основе культуры широко используются в медицинской диагностике и микробиологических исследований, где местные клиники и научно-исследовательские институты могут быть оспорены на ограниченные ресурсы и небезопасным питания7.

В выше контекстов обычные инкубаторы часто являются неадекватными или отсутствуют. В качестве альтернативы поле инкубаторы были разработаны специально для использования за пределами лаборатории, например, Aquatest проекта8, Бристольский университет, Великобритания; DelAgua9, Мальборо, Соединенное Королевство; или Aquagenx10, Университет штата Северная Каролина, Соединенные Штаты Америки. Однако эти устройства являются относительно небольшими, в объеме, тем самым ограничивая количество выборок, которые могут обрабатываться одновременно. Также поле инкубаторы на рынке не предназначены для работы под очень низкая (< 20 ° C) или очень высокой (> 40 ° C) температуры окружающей среды условия, затрудняет их использование в пустыне или альпийских среды. Дополнительные альтернативные решения включают в себя йогурт изготовление приборов11, смирительных поясов и изменение фазы инкубаторы12. Однако такие нетрадиционные инкубаторы могут работать нестабильно или быть обременительным для работы11.

Существует таким образом потребность в инкубатор, который предлагает преимущества моделей на основе лабораторных (простота использования, больший объем и точность температуры), оставаясь при этом подходит для области приложений (лоу кост, легко переноситься и ухоженный, устойчивость к Диапазон температуры окружающей среды, энергоэффективных и устойчивы к прерывистой питания) (Таблица 1). Цель настоящего Протокола заключается в деталях процесс изготовления инкубатора лоу кост, призванные оптимизировать преимущества как обычных, так и на местах моделей, с помощью широко доступных материалов.

ХарактеристикаНа базе лабораторииПолеОптимизированный
Потребитель-содружественная конструкцияfigure-introduction-1figure-introduction-2figure-introduction-3
Большой емкостиfigure-introduction-4figure-introduction-5figure-introduction-6
Надежные в широком диапазоне температур окружающегоfigure-introduction-7figure-introduction-8figure-introduction-9
Поддерживает постоянную температуруfigure-introduction-10figure-introduction-11figure-introduction-12
Низкая стоимостьfigure-introduction-13figure-introduction-14figure-introduction-15
Легко транспортируетсяfigure-introduction-16figure-introduction-17figure-introduction-18
Энергоэффективностьfigure-introduction-19figure-introduction-20figure-introduction-21
Устойчивы к прерывистый источник питанияfigure-introduction-22figure-introduction-23figure-introduction-24

Таблица 1: Характеристики коммерчески доступных инкубаторы (на основе лабораторных и полевых) и оптимизированный подход.

Следующий протокол Ассамблея определяет необходимые материалы и шаги для создания бизнес-инкубатор. Он состоит из четырех этапов: во-первых, Ассамблея нагревательного элемента; Во-вторых, Ассамблея блока управления; Третий, Ассамблея инкубатор электрические ядра; и в-четвертых, Ассамблея инкубатора. Этот протокол объясняет строительство электронного суть инкубатор, который может работать с различными инкубатор снарядов. Смотрите Таблицу материалов для получения полного списка всех компонентов, используемых в протоколе и их технические характеристики. Протокол ниже представляет пример функциональной области инкубатора, но гибкое использование различных компонентов возможен до тех пор, как они выполняют требования к электропитанию. Использование различных компонентов может повлиять выступления инкубатора. Он сообщил, что строительство и монтаж электрических компонентов быть сделано специалистом в электрическом поле.

Протокол

1. Теплоприемник

  1. Соберите следующие компоненты (рис. 1):
    figure-protocol-1Поддержка (280 x 250 мм) с отверстиями требуется Анкоридж
    figure-protocol-2Осевой вентилятор (60 x 60 x 25 мм); 2 x
    figure-protocol-3Распорка (длина 20 мм, внутренний диаметр 4,25 мм (M4)); 4 x
    figure-protocol-4Блеск терминал с тремя штырями
    figure-protocol-5Гайки (M4); 4 x и (м3); 1 x
    figure-protocol-6Шайба (M4); 8 x и (м3); 1 x
    figure-protocol-7Винт (M4); 4 x и (м3); 1 x

figure-protocol-8
Рисунок 1: Отдельные компоненты нагревательного элемента.  figure-protocol-9 Поддержки пластина, figure-protocol-10 осевые вентиляторы, figure-protocol-11 прокладки, figure-protocol-12 блеск терминал, figure-protocol-13 гайки, figure-protocol-14 шайбы и figure-protocol-15 винтов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Просверлить необходимые (рис. 2) в пластину поддержки figure-protocol-16 для обеспечения осевые вентиляторы figure-protocol-17 а также блеск терминал figure-protocol-18 (рис. 1).

figure-protocol-19
Рисунок 2: схема опорная пластина. Показания к Просверлите отверстия для крепления в пластину поддержки исправить осевые вентиляторы, а также терминал блеск. Расстояния даны в миллиметрах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Якорь осевые вентиляторы figure-protocol-20 в центре на пластину поддержки figure-protocol-21 как показано на рисунке 3 с двумя винтами M4, гайки и шайбы figure-protocol-22 , figure-protocol-23 , figure-protocol-24 каждого вентилятора. Используйте прокладки figure-protocol-25 оставить расстояние между фанатами и опорная плита (рис. 3).
  2. Якорь блеск терминал figure-protocol-26 к опорной пластиной figure-protocol-27 с помощью м3 винт, винт, шайба и гайка. Закрепите кабель болельщиков. (Рис. 3).
  3. Подключите кабели вентилятора с терминалом блеск. Подключите положительный каждого вентилятора вместе и отрицательные кабели каждого вентилятора вместе (рис. 3). Датчик скорости не требуется.

figure-protocol-28
Рисунок 3: осевые вентиляторы зафиксировано на опорная пластина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Примечание: Кабель цвета упоминалось соответствуют тем, которые используются в цифрах. Кабель цветов может меняться в зависимости от используемого материала.

2. блок управления (блок питания)

  1. Соберите следующие компоненты:
    figure-protocol-29Универсальный корпус (здесь 200 x 120 x 60 мм, но размеры будут зависеть от размера DC/DC преобразователь и PID-температурный контроллер)
    figure-protocol-30На/выкл переключатель
    figure-protocol-31Преобразователь DC/DC, диапазон входного напряжения 9 - 36В, выходное напряжение 12В
    figure-protocol-32PID-температурный контроллер, 12-35 вольт/DC напряжение
    figure-protocol-33Кабельный ввод, M12 x 15 мм, диапазон размеров зажимаемых проводников 2-7,5 мм (или согласно используемого кабеля)
    figure-protocol-34Датчик температуры Pt100
    figure-protocol-35Питания переменного тока
    Примечание: Инкубатор может быть подключен к сети переменного тока или батарею. В случае сетевой операции требуется блок питания переменного тока и если исключительно прибор подключен к электросети, DC/DC преобразователь не является обязательным. В случае аккумуляторов DC/DC преобразователь настоятельно рекомендуется, и 2 проводной кабель требуется вместо блока питания переменного тока. Этот протокол представляет версию с DC/DC преобразователь и блока питания переменного тока. Электрическая схема инкубатора электрические ядра подробно в дополнительном материале ( S1Рисунок ).
  2. Стан отверстия для PID-температурный контроллер, включено- выключено переключатель и кабельные вводы в корпус с дрелью и головоломки или эквивалентный инструмент (рис. 4).

figure-protocol-36
Рисунок 4: схема универсальный корпус. (a) показания поставить регулятор температуры figure-protocol-37 , выключатель figure-protocol-38 и кабельные вводы figure-protocol-39 в универсальный корпус; расстояния даны в миллиметрах. (b) 3D вид универсальный корпус. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Подключите DC/DC преобразователь для включения/выключения: положительные Подключите адаптер переменного тока для включения/выключения и отрицательный кабель адаптера питания переменного тока к «-Vin» DC/DC преобразователя (рис. 5).
  2. Используйте кабель для подключения переключателя вкл/выкл «+ Vin» DC/DC преобразователя (рис. 5).

figure-protocol-40
Рисунок 5: установлен контроль исполнимых Универсальные корпуса figure-protocol-41 с DC/DC преобразователь figure-protocol-42 подключен к PID-температурный контроллер figure-protocol-43 и включение/выключение figure-protocol-44 . Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Подключите кабели от нагревательного элемента к PID-температурный контроллер следующим образом (Рисунок 6):
    1. Подключите терминал «1» PID-температурный контроллер для «DC –» провод от нагрева подразделение связи и «-Vout«терминал DC/DC преобразователя.
    2. Подключите «DC +«проволока, собирается теплового агрегата для терминала «4» Регулятор температуры PID, а также относительно терминал «2» по PID-температурный контроллер (см. пункт 3.2).
    3. Подключите терминал «2» PID-температурный контроллер для «+ Vout«терминал DC/DC преобразователя.
    4. Подключите терминал «5» PID-температурный контроллер на провод «команда», собирается нагревательного элемента. (см. пункт 3.2).
    5. Подключение датчика температуры к клеммам «10», «11» и «12».
      Примечание: Красный кабель датчика температуры должен быть подключен терминал» 11 «PID-температурный контроллер.
  2. Якорь DC/DC преобразователь с Velcro ленты на нижней части корпуса и закройте универсальный корпус.

figure-protocol-45
Рисунок 6: Кабельное подключение DC/DC преобразователи с PID-температурный контроллер. DC/DC преобразователь figure-protocol-46 , PID-температурный контроллер figure-protocol-47 , подключение к инкубатора (кабель A) и подключение к температурный датчик (кабель B). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Примечание: Функции терминалов контроллер температуры PID, используемых даны в таблице 2.

PID-температурный контроллер терминалФункция
Терминал «1»Обеспечить ввод +
Терминал «2»Вход - поставка
Терминал «4»Контроль вывода общий контакт
Терминал «5»Контроль вывода нормально открытый контакт

Таблица 2: Функции соответствующих терминалов контроллер температуры PID.

3. Ассамблея инкубатор электрические ядра

  1. Соберите следующие компоненты:
    Теплового агрегата из раздела 1
    Блок управления из раздела 2
    figure-protocol-48Отопление фольги, самоклеящиеся, 100 x 200 мм, 12 V/20 Вт, 2 x
  2. Ссылка соединительные кабели от блока управления к блоку Отопление следующим образом (Рисунок 7):
    1. Подключите «DC -» провод от блока управления с одной дирижер каждого из фольги Отопление и отрицательный провод каждого вентилятора.
    2. Подключите «DC +» провод, идущий от блока управления с позитивным кабель каждого вентилятора.
    3. Подключите провод «команда» от блока управления к оставшихся двух проводников Отопление фольги.

figure-protocol-49
Рисунок 7: Кабельное подключение нагрева пленки figure-protocol-50 с PID-температурный контроллер. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Примечание: Заполненные поля инкубатор электрические ядро инкубатор это показано на рисунке 8.

figure-protocol-51
Рисунок 8: Полное поле инкубатор электрические ядро. Отопительный прибор figure-protocol-52 , блок управления figure-protocol-53 и датчик температуры figure-protocol-54 . Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

4. Ассамблея инкубатора

  1. Соберите следующие компоненты:
    Инкубатор электрические ядро
    Инкубатор оболочки (здесь полистирола вспененного поле, но может быть любой тип коробки изготовлены из изоляционного материала)
    Поддержки стойку (здесь металлический стеллаж, но может быть другой материал)
  2. Место в инкубатор компоненты вместе, следующим образом (Рисунок 9):
    1. Место корпуса инкубатора на его стороне, так что открытие инкубатора (дверь) расположен на стороне.
    2. Место пластину поддержки с нагревательного элемента в нижней части корпуса инкубатора.
    3. Установите поддержку решетку поверх отопительный прибор, оставляя пространство как минимум 10 см между нагревательным элементом и поддержки стойку.
    4. Поместите датчик температуры на стойку поддержки и закрепите его в инкубаторе.
  3. Просверлите отверстия в двери инкубатора для ввода кабелей (рис. 9).
  4. Подключение к источнику питания инкубатора.
  5. Включите инкубатора и настроить параметры PID-температурный контроллер (см. Таблицу S1 в дополнительный материал для детальной настройки).

figure-protocol-55
Рисунок 9: полное поле инкубатора. Открыть (слева) и закрытые (справа). Отопительный прибор figure-protocol-56 , поддержка стойку figure-protocol-57 , датчик температуры figure-protocol-58 , блок управления figure-protocol-59 , инкубатор оболочки figure-protocol-60 и отверстия для кабелей в оболочке инкубатора (кружил область). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Примечание: Корпуса инкубатора может быть окно любого типа материала. Рекомендуется использовать изоляционным материалом, и что поле закрывается плотно, чтобы избежать рассеяния тепла. Поддержки стойку должен содержать большие отверстия во избежание накопления тепла в стойки, и материал может быть металла или другие (например пластик).

Результаты

Надежность надежные поля инкубатора заключается в его способности для достижения и поддержания заданной температуры в различных условиях. Для мониторинга производительности различных установок инкубатор, были сделаны следующие измерения: время, необходимое для достижения заданной температуры, эффект от открытия двери на одну минуту, потребляемая мощность свыше 24 часов работы, стабильность внутренней температуры свыше 24 Часы работы и наблюдения роста кишечной палочки . Температура внутри инкубатора измерялась каждую минуту с 4 устройствами протоколирование температуры в различных позициях в структуре (поддержки стойку, стена, топ, внутри роста пластины). Заданная температура считался будут достигнуты, когда все измерения были в пределах плюс или минус 2 ° C, которая является допустимый диапазон для инкубации E. coli. 13

Электронные ядро был протестирован с тремя типами корпусов, с использованием материалов, которые обычно встречаются во многих странах: пенополистирола коробки (78 литров), жесткий пластиковый кулер коробку (30 литров) и картонную коробку, покрытые выживания одеяло (46 литров) ( Рисунок 10). Чтобы охватить широкий спектр условий окружающей среды, которые могут быть опытным в поле, эти инкубатор установок были протестированы на трех температурах: окружающего (около 27 ° C), холодная (около 3,5 ° C и 7,5 ° C) и горячей (около 39 ° C). Показатели были протестированы Установка внутренней температуры при 37 ° C и 44,5 ° C.

Время, чтобы достичь заданной температуры в инкубаторах находился под влиянием температуры окружающей среды и материал, из инкубатора. При температуре около 27 ° c, три инкубатора установок достигла набора температуры (37 ° C и 44,5 ° C) в аналогичные сроки (Рисунок 11А и Рисунок 12А) и сопоставимых с выполнением стандартных инкубатора (Таблица 3). В холодных условиях (3,5 ° C и 7,5 ° C) инкубаторы с толще снарядов, т.е., пенополистирол и кулер box, достиг целевого набора температуры (37 ° C и 44,5 ° C) в то же время; примерно в четыре раза больше, чем при температуре окружающего воздуха + 27 ° C. С его нижней изоляцией картонную коробку с выживания одеяло никогда полностью не достиг установка температуры в условиях холодной температуры окружающей среды (рис. 11b и Рисунок 12b). В теплой среде (39 ° C) три инкубатора установок достигла целевого температура 44,5 ° C в возрасте до 10 минут (рис. 12 c). Однако, когда заданная температура 37 ° c, то есть, ниже, чем температура окружающей среды, ни один из бизнес-инкубаторы могли бы снизить температуры, что приводит к перегреву для всех трех инкубатор установить ИБП (Рисунок 11 c).

Температура окружающей среды и тип корпуса инкубатора влияние последствий открытия двери инкубатора на одну минуту. Потери тепла была больше в холодной окружающей среде, и время, чтобы восстановить внутренний набор температуры был длиннее, за исключением инкубатор картонную коробку, где набор температуры были никогда не достиг (рис. 13b и 14b рисунок). В средах с подогревом потери тепла был ограниченным и набор температуры были восстановлены в возрасте до 10 минут (рис. 13Аc и фигура 14Аc). Температура 39 ° c и настроенная температура 37 ° C открывая дверь не вызывают не уменьшить перегрев инкубаторы (Рисунок 13 c).

Потребляемая мощность увеличилась с холодных условиях и с увеличением температуры. Лучше изоляционного инкубатор снарядов (Вспененный пенополистирол и кулер поле) показали снижение энергопотребления по сравнению с картонной коробке инкубатора. В аналогичных условиях (температура около 27 ° c) три инкубатора структурах потребления 0,22 до 0,52 кВтч / 24h меньше энергии, чем стандартные инкубаторы испытания (Таблица 3).

Температуру в инкубаторе оставалась стабильной свыше 24 часов со всеми типами снарядов инкубатора и температуре испытания (рис. 13 и 14 рисунок). Небольшие изменения температуры по сравнению с заданной температуры наблюдались согласно позиции устройства протоколирования температуру в инкубаторе. За исключением тесты с температуры окружающей среды (39 ° C) теплее, чем заданная температура 37 ° C () (Рисунок 13 c) перепады температуры были все в допустимых пределах 2 ° C для инкубации E. coli .

Все тесты были проведены в присутствии E. coli и всего то измерения материалов (мембранный фильтр помещается на пластине роста). Реплицирует образца были размещены в каждом инкубатор set-up и в стандартных инкубатор для сравнения. Во всех структурах и условий рост E. coli и общая Колиформы был успешным и сопоставимых рост наблюдается в стандартных инкубатора. В таблице 3приводится сводная информация об инкубаторе конфигураций и температуре условий испытания с результатами.

Тест 1:
Время для установки температуры		Тест 2:
Сторона открывания одной минуты		Тест 3:
Потребляемая мощность в течение 24-часового периода		Тест 4:
Флуктуация температуры в течение 24-часового периода		Испытания 5:
E. coli рост наблюдается
Температура окружающей средыЗаданная температура(мин)Максимальная потеря температуры (° C); время восстановления температуры (мин)(kWh/24 h)Максимальная абсолютная температура (° C); Абсолютная минимальная температура (° C) *(Да / нет)
Пенополистирола коробки3.5 ° C37 ° C4510 ° C; 17 мин0.7837; 35,5Да
7.5 ° C44,5 ° C7416.5 ° C; 31 мин0,8944,5; 42,5ND†
27 ° C37 ° C122.5 ° C; 3 мин0.2837,5; 36,5Да
44,5 ° C204,5 ° C; 7 мин0,4344,5; 43,5ND†
39 ° C37 ° C0 (перегрев)2 ° C; 0 мин (перегрев)0,1142,5; 42Да
44,5 ° C73.5 ° C; 5 мин0.1745; 43,5ND†
Жесткий кулер коробки3.5 ° C37 ° C548 ° C; 10 мин0,8637,5; 36Да
7.5 ° C44,5 ° C9612 ° C; 30 мин.1.0545; 43ND†
27 ° C37 ° C131.5 ° C; 0 мин0,2737,5; 36,5Да
44,5 ° C252 ° C; 4 мин0,5045; 43,5ND†
39 ° C37 ° C0 (перегрев)1 ° C; 0 мин (перегрев)0,1143; 42,5Да
44,5 ° C94 ° C; 3 мин0.1945,5; 44,5ND†
Картонная коробка с выживания одеяло3.5 ° C37 ° CНикогда не достиг (стабильная температура после 109 мин)6.5 ° C; стабильная температура после 30 мин1.2433,5; 30,5Да
7.5 ° C44,5 ° CНикогда не достиг (стабильная температура после 120 мин)8 ° C; стабильная температура после 20 мин1.2836,5; 32ND†
27 ° C37 ° C152.5 ° C; 6 мин0.4236,5; 35,5Да
44,5 ° C243 ° C; 8 мин0,7044,5; 42,5ND†
39 ° C37 ° C0 (перегрев)1.5 ° C; 0 мин (перегрев)0,1141,5; 40Да
44,5 ° C92 ° C; 0 мин0,2045; 43,5ND†
Стандартный инкубатор27 ° C37 ° C181 ° C; 0 мин (перегрев)0,6438,5; 36ND†
44,5 ° C23 (перегрев)2.5 ° C; 0 мин0,9547,5; 43,5ND†

Таблица 3: резюме результатов для инкубатора конфигураций и температуре условий испытания. * Тест 4: Абсолютные максимальные и минимальные температуры записаны в стабильные периоды, т.е., от 10 минут после окончания разрушительные события (время достижения заданной температуры, открыв дверь). † ND: Нет данных, тест не выполняется.

figure-results-1
Рисунок 10: инкубатор снарядов испытаны. Открыть (верхняя строка) и закрытые (Нижняя строка). Вспененный пенополистирол коробка (слева), толщиной 3,5 см, внешние размеры 39 x 56 x 36 см; жесткие пластиковые кулер коробка (посередине), толщиной 2,5 см, внешние размеры 32 х 41 х 47 см; картонные коробки (справа) покрыты стандартным выживания одеяло толщиной 12 мкм сложить вдвое, внешние размеры 30 x 42 x 37 см. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-2
Рисунок 11: время, чтобы достичь заданной температуры (37 ° C) из инкубатора установок в условиях различных температуре. Выступления инкубаторы с оболочкой из пенополистирола коробки, жесткий кулер поле и картон покрытые выживания одеяло. В номере температура (a), холодные температуры окружающей среды (b)и теплая температура (c). Температуры, записанные на стойку поддержки инкубаторов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-3
Рисунок 12: время, чтобы достичь заданной температуры (44,5 ° C) из инкубатора установок в условиях различных температуре. Выступления инкубаторы с оболочкой из пенополистирола коробки, жесткий кулер поле и картон покрытые выживания одеяло. В номере температура (a), холодные температуры окружающей среды (b)и теплая температура (c). Температуры, записанные на стойку поддержки инкубаторов.  Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-4
Рисунок 13: колебания температуры в течение 24-часового периода и эффект проема при температуре окружающей среды различных условиях. Заданная температура 37 ° C. Выступления инкубаторы с оболочкой из пенополистирола коробки, жесткий кулер поле и картон, покрытые выживания одеяло. В номере температура (a), холодные температуры окружающей среды (b)и теплая температура (c). Кружил области показывают колебания температуры из-за двери, открытие на одну минуту. Температуры, записанные на стойку поддержки инкубаторов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-5
Рисунок 14: колебания температуры в течение 24-часового периода и эффект проема при температуре окружающей среды различных условиях. Заданная температура 44,5 ° c. Выступления инкубаторы с оболочкой из пенополистирола коробки, жесткий кулер поле и картон, покрытые выживания одеяло. В номере температура (a), холодные температуры окружающей среды (b)и теплая температура (c). Кружил области показывают колебания температуры из-за двери, открытие на одну минуту. Температуры, записанные на стойку поддержки инкубаторов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-6
Рисунок S1: электрическая схема проводки электрических основного инкубатора. Указаны альтернативы для сетевой работы и работы от батареи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

ПараметрВыбранное значение
1Тип выходных данных элемента управленияУправление Q1 / сигнализация Q2
2Тип подключенного датчикаPt100 (от -200 до 140 ° C)
3Нижний предел, выбираемые для значения уставки0
4Верхний предел выбираемые значения уставки50
5Тип элемента управленияОтопление
6ON/OFF гистерезиса или мертвых группы для управления P.I.D.0
7Пропорциональные пропускная способность процесса, выраженная в единицах (° C Если температура)1
8Неотъемлемой время. Intertia процесса, выраженный в виде секунд80.0
9Производные время для P.I.D.20,0
10Время цикла для дозирования время вывода10
11Разрешить/запретить модификации значений уставок к фронтального клавиатурыРазрешить изменения всех уставок
12Программное обеспечение фильтрации. Количество чтений для вычисления сравнение стоимости PV-SPV10
13Тип степени° C
14Тип охлаждающей жидкостиВоздуха

Таблица S1: параметры контроллера температуры PID. Отображение набора значений; другие параметры не необходимый к бежать инкубатор были оставлены значения по умолчанию.

Обсуждение

По устойчивому развитию цели 6.1 растет спрос на качество отбора проб воды, особенно в отдаленных сельских районах, где мониторинга практики являются менее установленных14. Основным препятствием для осуществления тестирования в этих настройках качества регулярных воды является плохой доступ к лаборатории, способной поддерживать микробиологические методы6. Этот документ представляет метод для надежного инкубатор, изготовлены из материалов, которые являются относительно дешевыми и широко доступны. Электрические компоненты являются относительно легко источник и собрать, требующие лишь ограниченный опыт. Кроме того дизайн корпуса инкубатора является гибким и поэтому могут быть построены из местного сырья. Это особенно желательно для тех, кто едет в отдаленные районы, поскольку багажного пространства для тяжелых и громоздких оболочки не требуется. В зависимости от оболочки используется объем инкубатора также адаптируется и могут быть размером с учетом конкретной выборки. Представлены настройки может быть используемые на - и -решетки, что делает его надежным для отключения электричества или отсутствие надежного электроснабжения. Хотя наблюдались определенные ограничения, дизайн, это соединение вверх вообще оказался эффективным диапазоне температуры окружающей среды условий (3,5 ° C до 39 ° C).

Есть несколько шагов, в протоколе, которые являются критическими для достижения инкубатор дизайн, подходящий для своих нужд. Во-первых, выбор электрических компонентов инкубатора. Альтернативные компоненты могут быть выбраны на основе цены или наличия местных. В зависимости от выбранного материала и их технические характеристики инкубатор может изменять выступления по сравнению с представленные результаты. Еще один важный шаг в протоколе является выбор материала оболочки, который должен быть сделан на основании ожидаемый диапазон температуры окружающей среды, местные источник питания и доступность материалов. При более низких температурах окружающей среды (< 25 ° C) оболочка построена из пенополистирола или жесткий кулер поле рекомендуется для достижения заданной температуры 37 ° C до 44,5 ° C. На основе экспериментальных данных представлены, эти установки ИБП можно ожидать, что 45-96 минут добраться до заданной температуры и потребляют 0,78 - 1,05 кВт/24 ч в холодных условиях (3,5 до 7,5 ° C). Картонную коробку с выживания одеяло не рекомендуется для использования при более низких температурах окружающей среды так, как это настроить никогда не достигли стабильного набора температуры во время периода экспериментальные наблюдения. При умеренной температуре (27 ° C) испытания типов оболочки являются приемлемыми, с похож на слегка больше потребление электроэнергии, наблюдается для Картонный бокс-сет вверх. При более высокой температуре (39 ° C) инкубатор проекты, представленные здесь были склонны к перегреву если если настроенная температура была еще выше (т.е., 44,5 ° C). Таким образом такие условия будут требуют охлаждения устройства или использовать в пространстве, климат-контролем.

Стоимость строительства в инкубаторе, представленные здесь было около 300 USD, когда материалы были получены в Швейцарии. Однако эти затраты могут быть значительно ниже, в разных местах, особенно если доставка сборы для электронных компонентов могут быть сведены к минимуму. Модификация различных компонентов, указанных в протоколе позволяет еще больше снизить издержки. Протокол, представленные здесь ограничена в том, что он сравнивает только три вида материала оболочки на два набора температуры, а также проверки только для е. coli микробного роста. Будущие исследования должны протестировать пригодность этого инкубатора дизайна под более широкий диапазон параметров температуры и использование дополнительных микробиологических индикаторных видов (например, Enterococcus) и патогены (например, сальмонелла, холерный cholerae). Будущие исследования также должны сосредоточиться на разработку методов эффективного охлаждения в инкубатор, который позволит для использования его в очень теплых средах (> 40 ° C).

Насколько нам известно существует без других известных местах инкубатор, который предлагает адаптации объём и легко разборные, оставаясь переносные и низкой стоимости. Эта инновационная альтернатива коммерчески доступных инкубаторах удовлетворяет потребность правительств и организаций с качеством воды и другие культуры на основе целей тестирования где доступны несколько лабораторных помещений. Когда в паре с простой воды качества тестирования оборудования, этот инкубатор может помочь практикующим с ограниченным потенциалом для создания постоянных или сезонных лабораторий по разумной цене. Увеличивая количество лабораторий в отдаленных районах, усилия для проведения регулярных воды качества наблюдения или достижения пунктуального мониторинг операций системы будет становиться все более осуществимым.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Это исследование было поддержано швейцарского агентства сотрудничества в целях развития и охвата программы, финансируемой помощи Великобритании от Великобритании Департамента международного развития (МВМР) в интересах развивающихся стран (Овен код 201880). Мнения и содержащуюся в нем информацию, не обязательно отражают или одобрены этими учреждениями, которые могут принять никакой ответственности для таких представлений или информации или полагаться на них. Авторы также поблагодарить Arnt Динер за его вклад в ранних итерациях прототипа инкубатор пенополистирола.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Нагревательная пленкаТермо2115337Самоклеящаяся 10х20 см; Рабочее напряжение 12В; Мощность осевого вентилятора 20 Вт
Yen Sun Technology Corp.FD126025MB6х6х2,5 см; Рабочее напряжение 12 В постоянного тока; Мощность 1,44 Вт; макс. потребляемый ток 60 мА
ПИД-регулятор температурыWachendorff Automation GmbH & Co. KGUR3274SПИД-регулятор 32х74 мм; Универсальный вход для технологических сигналов, термопары, Pt100; Рабочее напряжение 24 В постоянного тока; Выходы (термостаты) Реле 10 А, реле 5 А, SSR, RS 485
Датчик температуры Pt100Conrad198466Диапазон температур -100° С до 200°С; C; Датчик Pt100, тип FS-400P
Универсальный корпусOKW Gehä использование системыC2012201Размеры 200 x 120 x 60 мм
DC/DC преобразовательTraco PowerTMDC 60-2412Номинальное напряжение 24 В постоянного тока; Входное напряжение 9-36 В постоянного тока; Выходное напряжение 12 В постоянного тока; Макс. выходной ток 5 А; Мощность адаптера
переменного токаBicker ElektronikBET-0612Выходное напряжение 12 В постоянного тока; макс. выходной ток 5 А; Входное напряжение 115-230 В переменного тока
ПроставкаSchä fer Elektromechanik20/4Без резьбы; Размер резьбы М4; Полистирол; Расстояние 20 мм
Кабельный вводWISKA10066410M12 x 1,5 см; Диапазон зажима 3 – 7 мм
Блеск клеммыAdels Контактный125312Номинальный ток 25 А; Номинальное напряжение 500 В
Винт M4 x 50Bossard1579010M4 x 50 мм
Гайка M4Bossard1241478
M4 Шайба M4Bossard1887505M4
Винт M3 x 25Bossard1211099M3 x 25 мм
Винтовая гайка M3Bossard1241443M3
Шайба M3Bossard1887483M3
Опорная плита -  - Изоляционный материал (пластиковый или другой); 28 х 25 см
60 Вт

Ссылки

  1. 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).
  2. Köster, W., et al. Analytical methods for microbiological water quality testing. Assessing Microbial Safety of Drinking Water. , 237-277 (2003).
  3. World Health Organization (WHO). Guidelines for Drinking Water Quality. , 4th Edition, WHO Press. Geneva. (2011).
  4. World Health Organization (WHO). Safely Managed Drinking Water - Thematic Report on Drinking Water. , WHO Press. Geneva. (2017).
  5. 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).
  6. Diener, A., et al. Adaptable drinking-water laboratory unit for decentralised testing in remote and alpine regions. 40th WEDC International Conference. , Loughborough, UK. 1-6 (2017).
  7. Malkin, R. A. Design of health care technologies for the developing world. Annual Review of Biomedical Engineering. 9 (1), 567-587 (2007).
  8. Rahman, Z., Khush, R., Gundry, S. Aquatest: Expanding Microbial Water Quality Testing for Drinking Water Management. Drinking Water Safety International. 1 (4), 15-17 (2010).
  9. DelAgua Water Testing Ltd. DelAgua Portable Water Testing Kit: User Manual Version 5.0. , Marlborough, UK. (2015).
  10. Aquagenx LLC. Portable Incubator Fabrication Instructions. , Chapel Hill, NC. (2015).
  11. Nair, J., Mathew, K., Ho, G. E. Experiences with implementing the H2S method for testing bacterial quality of drinking water in remote aboriginal communities in Australia. Water for all life: A decentralized infrastructure for a sustainable future. , (2007).
  12. Kandel, P., Kunwar, R., Lamichhane, P., Karki, S. Extent of fecal contamination of household drinking water in Nepal: Further analysis of Nepal Multiple Indicator Cluster Survey 2014. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. 96 (2), 446-448 (2017).
  13. Edberg, S. C., Rice, E. W., Karlin, R. J., Allen, M. J. Escherichia coli: the best biological drinking water indicator for public health protection. Journal of Applied Microbiology. 88 (51), 1065-1165 (2000).
  14. Taylor, D. D. J., Khush, R., Peletz, R., Kumpel, E. Efficacy of microbial sampling recommendations and practices in sub-Saharan Africa. Water Research. 134, 115-125 (2018).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи