Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

הקמת חממה נייד בעלות נמוכה עבור שדה והשתמש מעבדה

Published: March 19, 2019 doi: 10.3791/58443

Summary

מאמר זה מתאר שיטה לבניית אינקובטור וישימה, בעלות נמוכה, יביל בדיקה מיקרוביאלית של מי שתייה. העיצוב שלנו מבוססת על חומרים הנפוצה ופועלים תחת מגוון תנאים שדה, ועדיין מציע את היתרונות של מודלים מבוססי המעבדה האיכותיים.

Abstract

חממות חיוניים עבור טווח המבוסס על תרבות שיטות מיקרוביאלי, כגון סינון ממברנה ואחריו טיפוח להערכת איכות המים לשתייה. עם זאת, חממות זמינים מסחרית לעיתים קרובות יקר, קשה להעביר, לא גמיש מבחינת נפח, ו/או אינם מתאימים לתנאי שדה מקומי איפה לא אמין גישה לחשמל. מטרת מחקר זה הייתה לפתח אינקובטור וישימה, בעלות נמוכה, יביל זה נבנה רכיבים זמינים. הגרעין אלקטרונית של החממה פותחה לראשונה. רכיבים אלה נבדקו אז תחת מגוון תנאים טמפרטורת הסביבה (3.5 ° C - 39 מעלות צלזיוס) באמצעות שלושה סוגי פגזים חממה (פוליסטירן מוקצף תיבת תיבת קריר יותר קשה, קופסת קרטון, מכוסה בשמיכה הישרדות). הליבה אלקטרוניות הראו ביצועים דומים חממה מעבדה רגיל מבחינת הזמן הדרוש כדי להגיע את הטמפרטורה להגדיר יציבות טמפרטורה פנימית, פיזור מרחבי, צריכת החשמל, צמיחת חיידקים. שבחבורה חממה היו גם יעיל בטמפרטורות סביבה בינוני ונמוך (בין 3.5 ° C עד 27 ° C), בטמפרטורות גבוהות (39 ° C) כאשר החממה הטמפרטורה היתה גבוהה יותר. את אב הטיפוס של חממה הוא בעלות נמוכה (< 300 USD) וניתנת להתאמה למגוון רחב של חומרים ואמצעי אחסון. מבנהו מתקפל מקל על תחבורה. זה יכול לשמש שתי מעבדות הוקמה לרשת החשמל או בהגדרות המרוחק מופעל על ידי אנרגיה סולארית או מצבר של מכונית. זה שימושי במיוחד כאפשרות ציוד למעבדות שדה באזורים בעלי גישה מוגבלת למשאבי לניטור איכות המים.

Introduction

מבוסס על תרבות שיטות לאיתור חיידקים מזהמים הן המדינה-של-the-art עבור בדיקות איכות מים בשני מתועשת במדינות מתפתחות1,2. מיקרואורגניזמים קיימים בסביבות רבות ודורשים בתנאי טמפרטורה שונה לצמיחה אופטימלית. לכן, יצירת סביבה הטמפרטורה יציב הדגירה היא תנאי מקדים זיהוי אמין של חיידקים מזהמים של דאגה במי השתייה. על פי ארגון הבריאות העולמי, Escherichia coli (e. coli) (או לחלופין, thermotolerant coliforms (TTC)) הם הסימנים המתאימים ביותר לזיהום צואתי מים לשתיה3. זיהוי של אורגניזמים אלה מורכב, לדוגמה, סינון מדגם 100 מ ל מים דרך קרום ואחריו דגירה של הקרום במדיה סלקטיבי-35-37 מעלות צלזיוס (e. coli) או 44-45 ° C (TTC)3.

יישומים מבוססי-שדה של שיטות מבוססות-תרבות לרלוונטית יותר ויותר בשנים האחרונות. תחת פיתוח בר קיימא המטרה 6, 6.1 היעד, ממשלות ביצעו בקביעות דוח איכות בקטריולוגית של שתיית מים ברמה הלאומית4. בנוסף מאמצים כאלה מעקב בריאות הציבור, פיקוח תפעולי של תשתיות המים באופן קבוע נעשה ב מקומיים או אזוריים ברמה5. מעקב אלה וקמפיינים ניטור לעיתים קרובות במיקומים מרוחקים איפה התשתית הנדרשת מעבדה לקוי או לא זמינה. 6 . באופן דומה, שיטות מבוססות-תרבות נמצאים בשימוש נרחב אבחון רפואי ומחקר מיקרוביולוגי מרפאות מקומיות ומוסדות מחקר עשוי לערער על-ידי משאבים מוגבלים ואיפה7ספקי כוח ביטחון.

בהקשרים הנ ל, חממות קונבנציונליים הם לעתים קרובות לקוי או לא זמינה. כחלופה, חממות שדה פותחו במיוחד לשימוש מחוץ למעבדה, למשל, Aquatest פרוייקט8, אוניברסיטת בריסטול, אנגליה; DelAgua9, מרלבורו, ארצות הברית; או Aquagenx10, אוניברסיטת צפון קרוליינה, ארצות הברית. עם זאת, התקנים אלה קטנות יחסית בכרך, ובכך יגביל במספר הדגימות אשר ניתן לעבד בו זמנית. שדה חממות בשוק גם שלא מתוכננות לפעול תחת מאוד נמוך (< 20 ° C) או גבוה מאוד (> 40 ° C) טמפרטורת הסביבה תנאים, מקשה על השימוש שלהם במדבר או סביבות אלפיני. עוד פתרונות חלופיים כוללים מכשירים להכנת יוגורט11, הגוף חגורות, וקרס חממות שינוי-שלב12. אולם, כאלה אינקובטורים קונבנציונאלי עשוי לתפקד unreliably או יכול להיות מעיק לפעול11.

יש בכך צורך אינקובטור מציעה את היתרונות של מודלים מבוססי המעבדה (קלות שימוש, נפח גדול, דיוק טמפרטורה) תוך שמירה על מתאים ליישומי שדה (חוסן נמוכים, בקלות מועבר ומתוחזק טווח טמפרטורות הסביבה, חיסכון באנרגיה, וספקי כוח גמיש כדי לסירוגין) (טבלה 1). המטרה של פרוטוקול זה היא לפרט את תהליך ייצור חממה בעלות נמוכה מיועד למטב את היתרונות של מודלים קונבנציונלי והן מבוססות על שדה שימוש בחומר הנפוצה.

מאפיין מבוסס המעבדה שדה אופטימיזציה
עיצוב מסוגנן וידידותי למשתמש Check X Check
קיבולת גדולה Check X Check
עמיד לטווח רחב של טמפרטורות הסביבה Check X Check
שומר על טמפרטורה קבועה Check X Check
עלות נמוכה X Check Check
בנקל X Check Check
צריכת אנרגיה יעילה X Check Check
גמיש לאספקת החשמל לסירוגין X Check Check

טבלה 1: מאפייני חממות זמינים מסחרית (מבוסס המעבדה ואת השדה) ואת הגישה ממוטבת.

פרוטוקול האסיפה הבא מציין את החומרים הנדרשים ואת השלבים לבניית החממה. זה מובנה בארבעה שלבים: ראשית, הרכבה של יחידת החימום; השני, הרכבה של יחידת הבקרה; שלישית, הרכבה של חממה הליבה חשמל; והרכבה הרביעית, של החממה. פרוטוקול זה מסביר את הקמת הגרעין אלקטרונית של החממה, זה יכול לעבוד עם מגוון רחב של מוניטורים פגזים. ראה טבלה של חומרים עבור רשימה מלאה של כל הרכיבים בשימוש בפרוטוקול ובמפרט הטכני שלהם. להלן הפרוטוקול מציג דוגמה פונקציונלי של החממה שדה, אך שימוש גמיש של מרכיבים שונים אפשרי כל עוד הם למלא את דרישות חשמל. באמצעות מרכיבים שונים עשויים להשפיע על ההופעות של החממה. מומלץ כי הבנייה ואת החיווט של רכיבים חשמליים להיעשות על ידי אדם מיומן בתחום חשמל.

Protocol

1. חימום יחידה

  1. לאסוף את הרכיבים הבאים (איור 1):
    Equationתמיכה פלייט (280 x 250 מ"מ) עם חורים anchorage נדרש
    Equationמפוח (60 x 60 x 25 מ מ); 2 x
    Equationמרווח (אורך 20 מ מ, קוטר פנימי מ מ 4.25 (M4)); 4 x
    Equationברק מסוף עם שלושה פינים
    Equationההברגה (M4); 4 x ו (M3); 1 x
    Equationמכונת כביסה (M4); 8 x ו (M3); 1 x
    Equationבורג (M4); 4 x ו (M3); 1 x

Figure 1
איור 1: רכיבים בודדים של יחידת החימום.  Equation תומך צלחת, Equation האוהדים צירית, Equation מפרידי, Equation הברק מסוף, Equation לעזאזל עם אגוזים, Equation דיסקיות, Equation ברגים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. לקדוח חורים הנדרש (איור 2) המשקולת תמיכה Equation כדי לאבטח את האוהדים צירית Equation כמו גם הטרמינל ברק Equation (איור 1).

Figure 2
איור 2: תרשים סכמטי של תמיכה צלחת- אינדיקציות לקדוח חורים anchorage המשקולת תמיכה כדי לתקן את האוהדים צירית, כמו גם הטרמינל הברק. מרחקים ניתנת במילימטרים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. עיגון האוהדים צירית Equation במרכז בצלחת תמיכה Equation כפי שמוצג באיור 3 עם שני ברגים M4, שיבות דיסקיות Equation , Equation , Equation לכל אוהד. השתמש קפיציות Equation לעזוב. המרחק בין האוהדים את הצלחת תמיכה (איור 3).
  2. עיגון הטרמינל ברק Equation לצלחת תמיכה Equation באמצעות M3 בורג ההברגה, מכונת כביסה ומייבש. אבטח את האוהדים בכבלים. (איור 3).
  3. חבר את כבלי מאוורר עם הטרמינל הברק. מחברים את כבלי חיובית של כל אוהד יחד שהכבלים שלילי של כל אוהד ביחד (איור 3). חיישן מהירות אינה נדרשת.

Figure 3
איור 3: מאווררים ציריים קבוע בצלחת תמיכה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הערה: הצבעים כבל הזכיר מקבילים אלה שבהם הדמויות. הצבעים כבל עשוי להשתנות בהתאם החומר המשמש.

2. שליטה יחידה (ספק כוח)

  1. לאסוף את המרכיבים הבאים:
    Equationמארז אוניברסלי (כאן 200 x 120 x 60 מ מ, אבל מידות יהיה תלוי בגודל של הממיר DC/DC לבין בקר טמפרטורה PID)
    Equation/ את החשמל
    Equationממיר DC/DC, טווח קלט מתח 9 - 36V, פלט מתח 12V
    Equationבקר טמפרטורה PID, V 12-35/הפעלה מתח DC
    Equationבלוטת כבל, M12 x 15 ממ, מחבר חובק למעקה טווח 2-7.5 מ מ (או על פי על הכבל המשמש)
    Equationחיישן טמפרטורה Pt100
    Equationספק כוח AC
    הערה: החממה ניתן לחבר את ספק הכוח עיקריות או סוללה. במקרה של פעולת עיקריות, אספקת חשמל AC נדרש, אם יחידת מחובר באופן בלעדי עיקריות, הממיר DC/DC אינה חובה. במקרה של פעולת הסוללה, הממיר DC/DC מומלץ בחום, כבל תיל-שני נדרש במקום אספקת החשמל AC. פרוטוקול זה מציג את הגירסה עם הממיר DC/DC ו- AC הזרם. דיאגרמה החשמל של הליבה חשמל חממה מפורט בחומר משלים (איור S1).
  2. מיל הפתחים עבור בקר טמפרטורה PID, הדלקה וכיבוי מתג, בלוטות כבל אל תוך המתחם עם מקדחה, פאזל, או כלי המקביל (איור 4).

Figure 4
איור 4: תרשים סכמטי של המתחם אוניברסלי. (א) אינדיקציות כדי למקם את בקר טמפרטורה Equation , מתג הפעלה/כיבוי Equation , בלוטות כבל Equation אל תוך המתחם אוניברסלי; מרחקים ניתנת במילימטרים. (b) תצוגת תלת-ממד של המתחם אוניברסלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. לחבר את הממיר DC/DC מתג הפעלה/כיבוי: חבר את כבל חיובית של מתאם זרם החילופין את המתג ואת הכבל שלילי של מתאם זרם החילופין "-וין" של הממיר DC/DC (איור 5).
  2. להשתמש בכבל כדי לחבר את המתג+ וין"של הממיר DC/DC (איור 5).

Figure 5
איור 5: רכוב לשלוט ההוראה מארז אוניברסלי Equation עם ממיר/DC Equation מחובר בקר טמפרטורה PID Equation , מתג הפעלה/כיבוי Equation . אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. חבר את כבלי מ יחידת החימום בקר טמפרטורה PID כדלקמן (איור 6):
    1. חיבור מסוף "1" של בקר טמפרטורה PID לכבל "DC –" מן החימום יחידת חיבור ולחוות "-Vout" מסוף של הממיר DC/DC.
    2. לחבר "DC +" חוט הולך יחידת חימום עד מסוף "4" של בקר טמפרטורה PID גם לגבי ה-"2" מסוף בקר טמפרטורה PID (ראה הצבע 3.2).
    3. לחבר את מסוף "2" של בקר טמפרטורה PID+ Vout"מסוף של הממיר DC/DC.
    4. להתחבר מסוף "5" של בקר טמפרטורה PID החבל "הפקודה" הולך יחידת החימום. (ראה הצבע 3.2).
    5. לחבר את חיישן טמפרטורה המסופים "10", "11" ו "12".
      הערה: הכבל האדום של החיישן בטמפרטורה חייב להיות מחובר המסוף "11" של בקר טמפרטורה PID.
  2. לעגן את הממיר DC/DC עם קלטת Velcro בחלק התחתון של המתחם וסגור את המתחם אוניברסלי.

Figure 6
איור 6: כבל חיבור של ממיר DC/DC עם בקר טמפרטורה PID. ממיר/DC Equation , בקר טמפרטורה PID Equation , חיבור מוניטורים (כבל A) וחיבור חיישן טמפרטורה (כבל B). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הערה: הפונקציות של המסופים בקר טמפרטורה PID בשימוש ניתנים בטבלה מס ' 2.

בקר טמפרטורה PID מסוף פונקציה
מסוף "1" לספק קלט +
מסוף "2" אספקת קלט-
"טרמינל" פקד הפלט קשר משותף
מסוף "5" פקד הפלט פתוחים בדרך כלל קשר

טבלה 2: פונקציות המתאים המסופים בקר טמפרטורה PID.

3. הרכבה של ליבת חשמל חממה

  1. לאסוף את המרכיבים הבאים:
    יחידת חימום של סעיף 1
    יחידת בקרה של סעיף 2
    Equationחימום foils, דביק, 100 x 200 מ מ, 12 V/20 W, 2 x
  2. קישור את כבלי חיבור מיחידת הבקרה אל יחידת חימום כדלקמן (איור 7):
    1. מחברים את החוט "DC -" מיחידת הבקרה עם ה מנצח אחד של כל אחד foils חימום החוט שלילי של כל אוהד.
    2. לחבר את החוט "DC +" בא מיחידת הבקרה עם הכבל חיובית של כל אוהד.
    3. לחבר את החוט "פקודה" מיחידת הבקרה מנצחים שני הנותרים של foils חימום.

Figure 7
איור 7: כבל חיבור של חימום foils Equation עם בקר טמפרטורה PID. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הערה: השדה שמולאו חממה חשמל הליבה של החממה מוצג באיור8.

Figure 8
איור 8: השדה השלם חממה הליבה חשמל. יחידת חימום Equation , יחידת בקרה Equation , רגש טמפרטורה Equation . אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

4. הרכבה של החממה

  1. לאסוף את המרכיבים הבאים:
    הליבה חשמל חממה
    חממה מעטפת (כאן פוליסטירן מוקצף תיבת, אבל יכול להיות כל סוג של תיבת עשוי חומר בידוד)
    תומך מדף (כאן מתכת לארון תקשורת, אבל יכול להיות חומר נוסף)
  2. למקם את הרכיבים חממה יחד כדלקמן (איור 9):
    1. המקום המעטפת חממה על צידה, כך הפתח של החממה (הדלת) ממוקם בצד.
    2. הנח לצלחת תמיכה עם יחידת החימום בחלק התחתון של המעטפת חממה.
    3. במקום המדף תמיכה מעל יחידת החימום, משאיר רווח של מינימום של 10 ס מ בין יחידת חימום התמיכה ארון תקשורת.
    4. למקם את המכשיר הטמפרטורה על המדף תמיכה ואבטח אותו בחממה.
  3. קודחים חורים הדלת של החממה כדי לאפשר כניסתם של הכבלים (איור 9).
  4. להתחבר החממה מקור הכוח.
  5. הפעלת החממה והתאם את ההגדרות של בקר טמפרטורה PID (ראה טבלה S1 בחומר משלים עבור הגדרות מפורטות).

Figure 9
איור 9: חממה השדה השלם- (משמאל) פתוחות וסגורות (מימין). יחידת חימום Equation , תומך מדף Equation , רגש טמפרטורה Equation , יחידת בקרה Equation , חממה מעטפת Equation חורים עבור כבלי במעטפת חממה (חגו באזור). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הערה: הקליפה של החממה ניתן קופסה של כל סוג של חומר. מומלץ להשתמש בחומר בידוד, וכי תיבת נסגרת היטב כדי למנוע פיזור החום. המתלה תמיכה צריך להכיל חורים גדולים כדי למנוע ההצטברות של חום בארון, החומר יכול להיות מתכת או אחרים (למשל פלסטיק).

Representative Results

האמינות של חממה שדה חזקים טמון ביכולת לשמור על טמפרטורה קבועה בתנאים שונים. כדי לפקח על הביצועים של שבחבורה מגשים שונים, נעשו מדידות הבאות: הזמן הדרוש כדי להגיע לטמפרטורה להגדיר, ההשפעה של פתיחת הדלת למשך דקה אחת, צריכת חשמל 24 שעות של פעולה, יציבות טמפרטורה פנימית מעל 24 שעות של הפעולה, והתבוננות של e. coli צמיחה. הטמפרטורה בתוך החממה נמדדה כל דקה עם 4 התקנים רישום הטמפרטורה ממוקמים בעמדות שונות במבנה (תמיכה מתלה קיר, העליון, בתוך צלחת צמיחה). לטמפרטורה להגדיר נחשב להגבות, כאשר כל המדידות היו בתוך פלוס או מינוס 2 ° C, וזו הטווח המקובל עבור הדגירה של e. coli. 13

ליבת אלקטרונית נבדקה יחד עם שלושה סוגי פגזים, שימוש בחומרים המצויים בדרך כלל במדינות רבות: תיבה פוליסטירן מוקצף (78 ליטר) קופסת קריר פלסטיק קשיח (30 ליטר), קופסת קרטון מכוסה בשמיכה הישרדות (46 ליטר) ( איור 10). כדי לכסות את מגוון של תנאי הסביבה זה יכולה להיות מנוסה בתחום, קופצים מדגרה אלה נבדקו בטמפרטורות סביבה שלושה: אמביינט (בערך 27 ° C), קר (בערך 3.5 ° C ו 7.5 ° C), חם (כ 39 ° C). נבדקו מדדי הביצוע קובעת את הטמפרטורה הפנימית 37 ° C ו- 44.5 ° C.

הפעם כדי להגיע לטמפרטורה להגדיר ב וייצג הושפע טמפרטורת הסביבה של החומר של המעטפת חממה. בטמפרטורת החדר של 27 ° C, שבחבורה חממות שלוש הגיעו הטמפרטורות set (37 ° C ו- 44.5 ° C) בזמן דומה (איור 11 א ואיור 12a) דומה עם הביצועים של חממה סטנדרטי (טבלה 3). בסביבות קר (3.5 ° C ו- 7.5 ° C), וייצג עם קליפות עבות, קרי, קצף פוליסטירן, תיבת קריר יותר, הגיעו הטמפרטורות קבע את היעד (37 ° C ו- 44.5 ° C) זמן דומה; . ארבע פעמים יותר מאשר תחת טמפרטורת הסביבה של 27 מעלות צלזיוס. עם בידוד התחתון שלה, קופסת קרטון עם שמיכת הישרדות הגיעה לעולם מלא הטמפרטורות קבע בתנאים קר בטמפרטורת הסביבה (איור 11 ב וכן איור 12b). בסביבה חמה (39 ° C), שבחבורה חממה שלושה להגיע את טמפרטורת היעד של 44.5 ° C בתוך פחות מ-10 דקות (איור 12 c). עם זאת, כאשר לטמפרטורה להגדיר היה של 37 ° C, קרי, נמוך יותר, טמפרטורת הסביבה של אף אחד וייצג יכול להנמיך את הטמפרטורה, וכתוצאה מכך התחממות יתר עבור כל חממה 3 להגדיר ups (איור 11 c).

טמפרטורת הסביבה של ואת הסוג של חממה מעטפת השפיע על ההשפעה של פתיחת הדלת של החממה במשך דקה. איבוד חום גדולה יותר בסביבה קר והיה הזמן כדי להתאושש הטמפרטורות ערכה הפנימי יותר, למעט החממה קופסת קרטון איפה ערכת הטמפרטורות היו מעולם לא הגיעו (איור 13 ב' , איור 14 ב). בסביבות חם, איבוד חום הייתה מוגבלת ערכת טמפרטורות התגלו ב פחות מ-10 דקות (איור 13aג , איור 14 א'ג). טמפרטורת הסביבה של 39 מעלות צלזיוס, טמפרטורה קבועה של 37 ° C, פותח את הדלת לא לגרום ולא להפחית התחממות יתר אינקובטורים (איור 13 ג).

צריכת הזרם גדל עם סביבות קר ועם עלייה לטמפרטורה להגדיר. בידוד טוב יותר במדגרה פגזים (פוליסטירן מוקצף, תיבת קריר יותר) הראה על צריכת חשמל מופחתת לעומת החממה קופסת קרטון. בסביבות דומות (טמפרטורת הסביבה של 27 ° C), האנרגיה 0.22 כדי 0.52 קוט ש/24 שעות פחות set-ups נצרך אינקובטור שלוש מאשר חממות רגיל בדקה (טבלה 3).

הטמפרטורה בחממה נשארה יציבה יותר מ 24 שעות עם כל סוג של חממה פגזים, טמפרטורת החדר נבדק (איור 13 ואיור 14). סטיות של הטמפרטורה שנמדדה בהשוואה לטמפרטורה להגדיר נצפו בהתאם למיקום של המכשיר רישום הטמפרטורה בחממה. מלבד הבדיקות עם טמפרטורת הסביבה של (39 ° C) חם יותר מאשר לטמפרטורה להגדיר (37 ° C) (איור 13 ג), הווריאציות טמפרטורה היו הכל בתוך הטווח המקובל 2 ° C עבור e. coli הדגירה.

כל הבדיקות בוצעו בנוכחות e. coli ו חומרים סך מדידה קוליפורם (ממברנה מסנן מניחים על הצלחת הגידול). בית מדגם הונחו כל הגדרת חממה ובתחום של חממה סטנדרט להשוואה. כל set-ups, תנאים, הגידול של e. coli ו הכולל קוליפורם היה מצליח להשוות הגידול שנצפה בחממה סטנדרטי. סיכום של תצורות חממה ובתנאים טמפרטורת הסביבה נבדק עם התוצאות מוצגות בטבלה3.

מבחן 1:
זמן לקביעת טמפרטורה
מבחן 2:
לצד הדלת נפתחת דקה אחת
מבחן 3:
צריכת החשמל במשך 24 שעות ביממה
מבחן 4:
טמפרטורה וריאציה במשך 24 שעות ביממה
מבחן 5:
E. coli צמיחה שנצפו
טמפרטורת הסביבה טמפרטורה קבועה (דקות) ההפסד המקסימלי של טמפרטורה (° C); זמן להתאושש טמפרטורה קבועה (דקות) (h קוט ש/24) טמפרטורה מקסימלית מוחלטת (° C); טמפרטורה מינמלית מוחלטת (° C) * (כן / לא)
תיבת פוליסטירן מוקצף 3.5 ° C 37 ° C 45 10 ° C; 17 דקות 0.78 37; 35.5 כן
7.5 ° C 44.5 ° C 74 16.5 מעלות צלזיוס; 31 דקות 0.89 44.5; 42.5 NDא
27 ° C 37 ° C 12 2.5 ° C; 3 דקות 0.28 37.5; 36.5 כן
44.5 ° C 20 4.5 ° C; 7 דקות 0.43 44.5; 43.5 NDא
39 ° C 37 ° C 0 (התחממות יתר) 2 ° C; 0 דקות (התחממות יתר) 0.11 42.5; 42 כן
44.5 ° C 7 3.5 ° C; 5 דקות 0.17 45; 43.5 NDא
תיבת קריר יותר קשה 3.5 ° C 37 ° C 54 8 ° C; 10 דקות 0.86 ולגובה 37.5; 36 כן
7.5 ° C 44.5 ° C 96 12 ° C; 30 דקות 1.05 45; 43 NDא
27 ° C 37 ° C 13 1.5 ° C; 0 דקות 0.27 37.5; 36.5 כן
44.5 ° C 25 2 ° C; 4 דקות 0.50 45; 43.5 NDא
39 ° C 37 ° C 0 (התחממות יתר) 1 ° C; 0 דקות (התחממות יתר) 0.11 43; 42.5 כן
44.5 ° C 9 4 ° C; 3 דקות 0.19 45.5; 44.5 NDא
קופסת קרטון עם שמיכת הישרדות 3.5 ° C 37 ° C לא הגיעה (טמפרטורה יציבה לאחר 109 דקות) 6.5 מעלות צלזיוס; טמפרטורה יציבה לאחר 30 דקות 1.24 33.5; 30.5 כן
7.5 ° C 44.5 ° C לא הגיעה (טמפרטורה יציבה לאחר 120 דקות) 8 ° C; טמפרטורה יציבה לאחר 20 דקות 1.28 36.5; 32 NDא
27 ° C 37 ° C 15 2.5 ° C; 6 דקות 0.42 36.5; 35.5 כן
44.5 ° C 24 3 ° C; 8 דקות 0.70 44.5; 42.5 NDא
39 ° C 37 ° C 0 (התחממות יתר) 1.5 ° C; 0 דקות (התחממות יתר) 0.11 41.5; 40 כן
44.5 ° C 9 2 ° C; 0 דקות 0.20 45; 43.5 NDא
חממה סטנדרטי 27 ° C 37 ° C 18 1 ° C; 0 דקות (התחממות יתר) 0.64 38.5; 36 NDא
44.5 ° C 23 (התחממות יתר) 2.5 ° C; 0 דקות 0.95 47.5; 43.5 NDא

טבלה 3: סיכום התוצאות עבור תצורות חממה ו טמפרטורת הסביבה תנאים נבדק. * מבחן 4: טמפרטורה מקסימלית וללא מינימלית מוחלטת שנרשם במהלך התקופות יציב, קרי, מ- 10 דקות לאחר סיום אירוע משובש (זמן כדי להגיע לטמפרטורה להגדיר, פותח את הדלת). א ND: אין נתונים, הבדיקה לא יפעל.

Figure 10
איור 10: חממה פגזים בדקה. פתח (בשורה העליונה) ונסגר (השורה התחתונה). פוליסטירן מוקצף (שמאל), התיבה עובי 3.5 ס"מ, מידות החיצוני 39 x 56 x 36 ס מ; קשה פלסטיק קריר תיבת (באמצע), עובי 2.5 ס מ, מידות החיצוני 32 x 41 x 47 ס מ; קופסת קרטון (מימין) מכוסה בשמיכה הישרדות סטנדרטי של עובי של 12 מיקרומטר מקופל פעמיים, 30 x 42 x 37 ס"מ. מידות החיצוני אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 11
איור 11: זמן להגיע לטמפרטורה להגדיר (37 מעלות צלזיוס) של שבחבורה חממה בתנאים שונים טמפרטורת הסביבה. הופעות של חממות עם פגז של תיבה פוליסטירן מוקצף תיבה קריר יותר קשה, קופסת קרטון, מכוסה בשמיכה הישרדות. -חדר טמפרטורת הסביבה (), טמפרטורת הסביבה קר (b)ו בטמפרטורת חמה (c). הטמפרטורות הקליט על המדף תמיכה אינקובטורים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 12
איור 12: זמן להגיע לטמפרטורה להגדיר (44.5 ° C) של שבחבורה חממה בתנאים שונים טמפרטורת הסביבה. הופעות של חממות עם פגז של תיבה פוליסטירן מוקצף תיבה קריר יותר קשה, קופסת קרטון, מכוסה בשמיכה הישרדות. -חדר טמפרטורת הסביבה (), טמפרטורת הסביבה קר (b)ו בטמפרטורת חמה (c). הטמפרטורות הקליט על המדף תמיכה אינקובטורים.  אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 13
איור 13: הבדלי הטמפרטורות על פני 24 שעות ואת ההשפעה של הדלת נפתחת בתנאים שונים טמפרטורת הסביבה. הגדר בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס. הופעות של חממות עם פגז של תיבה פוליסטירן מוקצף תיבה קריר יותר קשה, קופסת קרטון, מכוסה בשמיכה הישרדות. -חדר טמפרטורת הסביבה (), טמפרטורת הסביבה קר (b)ו בטמפרטורת חמה (c). אזורים חגו להראות הווריאציות הטמפרטורה עקב הדלת נפתחת למשך דקה אחת. הטמפרטורות הקליט על המדף תמיכה אינקובטורים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 14
איור 14: הבדלי הטמפרטורות על פני 24 שעות ואת ההשפעה של הדלת נפתחת בתנאים שונים טמפרטורת הסביבה. טמפרטורה קבועה של 44.5 מעלות צלזיוס. הופעות של חממות עם פגז של תיבה פוליסטירן מוקצף תיבה קריר יותר קשה, קופסת קרטון, מכוסה בשמיכה הישרדות. -חדר טמפרטורת הסביבה (), טמפרטורת הסביבה קר (b)ו בטמפרטורת חמה (c). אזורים חגו להראות הווריאציות הטמפרטורה עקב הדלת נפתחת למשך דקה אחת. הטמפרטורות הקליט על המדף תמיכה אינקובטורים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 15
S1 איור: תרשים חשמלי של חיווט חשמלי הליבה חממה. חלופות עיקריות מבצע ותפעול סוללה מצוינים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

פרמטר הערך שנבחר
1 סוג של פקד הפלט לשלוט Q1 / אזעקה Q2
2 סוג חיישן המחובר Pt100 (-200 עד 140 ° C)
3 הגבול התחתון ניתן לבחירה עבור ערך setpoint 0
4 גבול עליון לבחירה עבור ערך setpoint 50
5 סוג של שליטה חימום
6 ON/OFF היסטרזיס או להקה מת עבור פקד P.I.D. 0
7 ביחס רוחב פס של תהליך לבטא יחידות (° C אם הטמפרטורה) 1
8 זמן נפרד. Intertia של תהליך המבוטא שניות 80.0
9 נגזרות זמן P.I.D. 20.0
10 זמן מחזור לפלט מינון-זמן 10
11 לאפשר/למנוע שינוי של ערכים setpoint על ידי המקלדת חזיתית לאפשר שינוי של כל setpoints
12 תוכנת סינון. מספר הקריאות כדי לחשב את ההשוואה ערך PV-SPV 10
13 לימודים לתואר ° C
14 סוג של נוזל קירור אוויר

S1 טבלה: הגדרות בקר טמפרטורה PID. התצוגה של ערכי קבוצת; לא הכרחי להפעלת החממה פרמטרים אחרים נשארו לערכי ברירת המחדל.

Discussion

תחת 6.1 המטרה פיתוח בר קיימא, גוברת הדרישה דיגום איכות מים, במיוחד באזורים הכפריים איפה שיטות ניטור פחות הוקמה14. מחסום מרכזי להטמעת איכות מים רגילים בדיקות הגדרות אלה היא גישה המסכן מעבדות מסוגל לתמוך שיטות מיקרוביאלי6. מאמר זה מציג שיטה חממה אמין נבנה מחומרים זולים יחסית, הנפוצה. רכיבים חשמליים קלים יחסית מקור ולהרכיב, הדורשים מוגבלת מומחיות. יתר על כן, העיצוב של מעטפת חממה הוא גמיש, ולכן יכול להיות בנויים מחומרים זמינים באופן מקומי. זה רצוי במיוחד עבור אלה הנוסעים למקומות מרוחקים, מאז מטען אינה דרושה עבור פגז כבד, מגושם. בהתאם הפגז, הנפח של החממה גם יכולת הסתגלות, ניתן לשנות גודל כדי להתאים את גודל דגימה מסוים. הסידור שהוצגו יכול להיות בשימוש בואת מהשטח, מה שהופך אותו חזקים הפסקת חשמל או היעדר אספקת חשמל אמינה. בעוד מגבלות עיצוב מסוימים נצפו, זו הגדרת למעלה בדרך כלל הוכיח כיעיל תחת מגוון תנאים טמפרטורת הסביבה (3.5 ° C עד 39 מעלות צלזיוס).

ישנם מספר שלבים בפרוטוקול קריטית להשגת חממה בעל עיצוב מתאים לצרכים של האדם. הראשון הוא הבחירה של רכיבים חשמליים של החממה. רכיבים חלופית יכולה להיבחר על בסיס המחיר או את מידת זמינותם. בהתאם החומר שנבחר שלהם מפרט טכני, החממה אולי שינו הופעות לעומת התוצאות שהוצגו. עוד צעד קריטי בפרוטוקול הוא הבחירה של מעטפת חומר, אשר צריכה להיעשות בהתבסס על טווח טמפרטורות הסביבה, אספקת חשמל מקומיות וזמינות של חומרים הצפוי. בטמפרטורות נמוכות סביבה (< 25 ° C), פגז הבנוי פוליסטירן מוקצף או תיבה קריר יותר קשה מומלץ להשיג על טמפרטורה קבועה של 37 ° C עד 44.5 ° C. בהתבסס על נתונים ניסיוניים שהוצגו, אלה מגדירים עליות צפויים להגיע לטמפרטורה להגדיר ב 45-96 דקות, צורכים 0.78 - 1.05 קוט ש/24 שעות בסביבות קר (3.5 ל 7.5 ° C). תיבת קרטון עם שמיכת הישרדות לא מומלץ לשימוש בטמפרטורות סביבה התחתון מאז זה להגדיר מעולם לא הגיעו שאורווה להגדיר טמפרטורה במהלך תקופת הייזנרייך. בטמפרטורת החדר מתונה (27 ° C) בכל אחד מסוגי מעטפת נבדק מקובלים, עם צריכת החשמל הדומה מעט גדול יותר נצפו עבור ערכת תיבת קרטון למעלה. בטמפרטורות גבוהות יותר סביבה (39 ° C), חממה העיצובים המוצגים כאן היו מועדים אם ההתחממות אלא אם כן קבע הטמפרטורה היתה גבוהה יותר (קרי, 44.5 ° C). לכן, תנאים לדרוש מכשיר הקירור או להשתמש בחלל האקלים נשלטת.

העלות של בניית החממה המובאת כאן היה כ 300 דולר, כאשר חומרים היו מקורות בשוויץ. עם זאת, עלויות אלה עשוי להיות נמוך משמעותית במקומות שונים, במיוחד אם והוצאות עבור רכיבי הליבה אלקטרונית המשלוח יכול להישמר עד למינימום. שינוי של הרכיבים השונים המתוארים הפרוטוקול יכול לצמצם עוד יותר את העלויות. פרוטוקול המוצג כאן הוא מוגבל בכך משווה רק שלושה סוגי חומרים מעטפת הטמפרטורות קבע, כמו גם אימות של צמיחת חיידקים עבור e. coli בלבד. למחקר עתידי צריך לבדוק את התאמת עיצוב זה חממה תחת טווח גדול יותר של פרמטרים טמפרטורה באמצעות מחוון חיידקים נוספים מינים (למשל, Enterococcus) ו פתוגנים (למשל, סלמונלה, ויבריו cholerae). למחקר עתידי גם להתמקד על פיתוח טכניקות קירור יעיל בתוך החממה, אשר תאפשר לשימוש בסביבות מאוד, חם (> 40 ° C).

הידע שלנו, יש אין חממה שדה ידועים אחרים מציע קיבולת נפח וישימה והוא בקלות ניתן לפריקה, תוך שמירה על יביל, בעלות נמוכה. חלופה חדשנית זו כדי חממות זמינים מסחרית ממלא צורך ממשלות וארגונים עם איכות המים ויעדים אחרים מבוססי-תרבות בדיקה שבו כמה מתקני המעבדה הינם זמינים. כאשר יחד עם איכות המים פשוט ציוד בדיקה, חממה זה יכול לעזור מתרגלים עם קיבולת מוגבלת להקים מעבדות קבוע או עונתי במחיר סביר. על ידי הגדלת מספר מעבדות באזורים מרוחקים, מאמצים כדי לנהל מעקב איכות מים רגילים או להשיג דייקן פיקוח על פעולות מערכת יהפכו יותר ויותר ריאלי.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי הסוכנות שוויצרי עבור פיתוח ושיתוף התכנית יד ממומן על ידי בריטניה סיוע ממשרד בבריטניה עבור הפיתוח הבינלאומי (DFID) לטובת מדינות מתפתחות (טלה קוד 201880). הדיעות והמידע הכלול בו אינם בהכרח אלה של או שאושרה על ידי סוכנויות אלה, אשר יכול לקבל אחריות עבור תצוגות או מידע כאמור או כל הסתמכות שהוטלו עליהם. המחברים מודים גם Arnt Diener על תרומותיו המוקדמות חזרות של האבטיפוס חממה פוליסטירן מוקצף.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Heating foil Thermo 2115337 Self-adhesive 10x20 cm; Operating voltage 12V; Power 20W
Axial fan Yen Sun Technology Corp. FD126025MB 6x6x2.5 cm; Operating voltage 12VDC; Power 1.44W; Max. current consumption 60mA
PID Temperature Controller Wachendorff Automation GmbH & Co. KG UR3274S PID controller 32x74 mm; Universal input for process signals, thermocouples, Pt100; Operating voltage 24 VDC; Outputs (thermostats) 10 A relay, 5 A relay, SSR, RS 485
Temperature sensor Pt100 Conrad 198466 Temperature range -100°C to 200°C; Sensor Pt100, Type FS-400P
Universal enclosure OKW Gehäuse System C2012201 Dimensions 200 x 120 x 60 mm
DC/DC converter Traco Power TMDC 60-2412 Nominal voltage 24 VDC; Input voltage 9-36 VDC; Output voltage 12 VDC; Max. output current 5 A; Power 60W
AC power adapter Bicker Elektronik BET-0612 Output voltage 12 VDC; Max. output current 5 A; Input voltage 115-230 VAC
Spacer Schäfer Elektromechanik 20/4 Without thread; Thread size M4; Polystyrene; Distance 20 mm
Cable gland WISKA 10066410 M12 x 1.5 cm; clamping range 3 – 7 mm
Luster terminal Adels Contact 125312 Nominal current 25 A; Nominal Voltage 500V
Screw M4 x 50 Bossard 1579010 M4 x 50 mm
Screw nut M4 Bossard 1241478 M4
Washer M4 Bossard 1887505 M4
Screw M3 x 25 Bossard 1211099 M3 x 25 mm
Screw nut M3 Bossard 1241443 M3
Washer M3 Bossard 1887483 M3
Support plate  -   -  Insulating material (plastic or other); 28 x 25 cm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

בדיקות מדעי הסביבה גיליון 145 חממה מעבדה חיידקים שדה שיטות Escherichia coli שתיית מים מים לבדיקת איכות
הקמת חממה נייד בעלות נמוכה עבור שדה והשתמש מעבדה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schertenleib, A., Sigrist, J.,More

Schertenleib, A., Sigrist, J., Friedrich, M. N. D., Ebi, C., Hammes, F., Marks, S. J. Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use. J. Vis. Exp. (145), e58443, doi:10.3791/58443 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter