Summary
Dette papir beskriver en metode til at opbygge en fleksibel, billig og transportable inkubator for mikrobiel afprøvning af drikkevand. Vores design er baseret på almindeligt tilgængelige materialer og kan operere under en række markforhold, mens den stadig giver fordelene ved højere-end laboratorium-baserede modeller.
Abstract
Inkubatorer er afgørende for en række kultur-baserede mikrobielle metoder, såsom Membranfiltrering efterfulgt af dyrkning for vurdering af drikkevandets kvalitet. Kommercielt tilgængelige inkubatorer er dog ofte dyrt, vanskeligt at transportere, ikke fleksible med hensyn til volumen, og/eller dårligt tilpasset lokale markforhold hvor adgang til elektricitet er upålidelige. Formålet med denne undersøgelse var at udvikle en fleksibel, billig og transportable inkubator, der kan konstrueres ved hjælp af let tilgængelige komponenter. Den elektroniske kernen i rugemaskinen blev først udviklet. Disse komponenter blev derefter testet under en række omgivende temperaturforhold (3,5 ° C - 39 ° C) ved hjælp af tre typer af inkubator skaller (polystyren skum kasse, hårde køler box og papæske beklædt med en overlevelse tæppe). Den elektroniske core viste sammenlignelige resultater til en standard laboratorium inkubator i form af den tid, det tager at nå frem til den indstillede temperatur, indre temperatur stabilitet og geografisk spredning, strømforbrug og mikrobiel vækst. Inkubator set-ups var også effektiv ved moderat og lav omgivende temperaturer (mellem 3,5 ° C og 27 ° C), og ved høje temperaturer (39 ° C) når rugemaskinen indstillet temperatur var højere. Denne inkubator prototype er billig (< 300 USD) og kan tilpasses til en bred vifte af materialer og diskenheder. Den aftagelige struktur gør det nemt at transportere. Det kan bruges i både etablerede laboratorier med gitter magt eller i Fjernindstillinger drevet af solenergi eller en bilbatteri. Det er især nyttige som en udstyr mulighed for feltet laboratorier i områder med begrænset adgang til ressourcer for vand kvalitet overvågning.
Introduction
Kultur-baserede metoder til påvisning af mikrobielle forureninger er state-of-the-art for vand kvalitet analyse i både industrialiserede og udviklingslandene1,2. Mikroorganismer findes i mange miljøer og kræver forskellige temperaturforhold for optimal vækst. At skabe et temperatur-stabil inkubation miljø er derfor en forudsætning for pålidelige påvisning af mikrobielle forureninger af bekymring i drikkevand. Ifølge World Health Organization er Escherichia coli (E. coli) (eller alternativt, thermotolerant colibakterier (TTC)) de mest egnede indikatorer for fækal forurening i drikkevand3. Påvisning af disse organismer består af, for eksempel, filtrering et 100 mL vandprøve gennem en membran, efterfulgt af inkubation af membranen på selektiv medier på 35-37 ° C (E. coli) eller 44-45 ° C (TTC)3.
Felt-baserede applikationer af kultur-baserede metoder er blevet mere og mere relevante i de seneste år. Under bæredygtig udvikling mål 6, Target 6.1, har regeringerne forpligtet til regelmæssigt rapport bakteriologiske kvalitet af drikkevandet på det nationale niveau4. Ud over sådanne offentlige sundhed overvågning indsats, der operationel overvågning af vandinfrastruktur regelmæssigt iværksættes på den lokale eller regionale niveau5. Disse tilsyn og overvågning kampagner er ofte i fjerntliggende steder hvor den krævede laboratorium infrastruktur er utilstrækkelige eller utilgængelige. 6 tilsvarende kultur-baserede metoder anvendes i vid udstrækning medicinsk diagnose og mikrobiologiske forskning hvor lokale klinikker og forskningsinstitutioner kan anfægtes af begrænsede ressourcer og usikre strømforsyninger7.
I de ovennævnte sammenhænge er konventionelle inkubatorer ofte utilstrækkelige eller utilgængelige. Som et alternativ, er felt inkubatorer blevet specielt udviklet til brug uden for laboratoriet, fx Aquatest project8, University of Bristol, Storbritannien; DelAgua9, Marlborough, Det Forenede Kongerige; eller Aquagenx10, University of North Carolina, USA. Disse enheder er dog relativt små i volumen, hvilket begrænser antallet af prøver, der kan behandles samtidigt. Feltet væksthuse på markedet er også ikke designet til at operere meget lav (< 20 ° C) eller meget høj (> 40 ° C) stuetemperatur betingelser, vanskeliggør deres brug i ørkenen eller alpine miljøer. Yderligere omfatter alternative løsninger yoghurt-making apparater11, kroppen bælter og fase-change væksthuse12. Dog kan sådan utraditionel væksthuse fungere unreliably eller være belastende at betjene11.
Der er således behov for en rugemaskine, der tilbyder fordele af laboratorie-baserede modeller (brugervenlighed, større volumen, og temperaturen præcision) mens de resterende velegnet til felt applikationer (billig, let transporteres og vedligeholdt, robusthed over for en række omgivelsestemperaturer, energieffektive og modstandsdygtige over for intermitterende strømforsyninger) (tabel 1). Formålet med denne protokol er at detalje fabrikationsproces en low-cost rugemaskine designet til at optimere fordelene ved både konventionel og felt-baserede modeller ved hjælp af almindeligt tilgængelige materiale.
| Karakteristisk | Laboratorium-baseret | Felt | Optimeret |
| Bruger venligt design |  |
 |
|
| Stor kapacitet | |
|
|
| Robust til bred vifte af omgivelsestemperaturer | |
|
|
| Vedligeholder konstant temperatur | |
|
|
| Lav pris | |
|
|
| Let transporteres | |
|
|
| Energieffektive | |
|
|
| Modstandsdygtige over for intermitterende strømforsyning | |
|
|
Tabel 1: Karakteristika af kommercielt tilgængelige væksthuse (laboratoriebaserede og feltet) og en optimeret tilgang.
Følgende forsamling protokol angiver de nødvendige materialer og trin til opbygning af rugemaskinen. Det er struktureret i fire trin: første, samling af varmeenhed; andet, forsamlings styreenheds; tredje, samling af inkubator elektriske kernen; og fjerde, montering af varmeskabet. Denne protokol beskriver opbygningen af den elektroniske core rugemaskine, der kan arbejde med en bred vifte af inkubator skaller. Se Tabel af materialer for en komplet liste over alle komponenter, der bruges i protokollen og deres tekniske specifikationer. Protokollen nedenfor præsenterer en funktionel eksempel felt rugemaskine, men fleksibel brug af forskellige komponenter er mulig, så længe de opfylder de elektriske krav. Ved hjælp af forskellige komponenter kan påvirke opførelser af varmeskabet. Det tilrådes, at konstruktion og ledninger af elektriske komponenter gøres en fagmand i det elektriske felt.
Protocol
1. opvarmning enhed
- Indsamle de følgende komponenter (figur 1):
Støtte plade (280 x 250 mm) med kræves forankring huller
Aksial ventilator (60 x 60 x 25 mm); 2 x
Spacer (længde 20 mm, indvendig diameter 4,25 mm (M4)); 4 x
Glans terminal med tre ben
Skru møtrikken (M4); 4 x og (M3); 1 x
Skive (M4); 8 x og (M3); 1 x
Skruen (M4); 4 x og (M3); 1 x
Figur 1: Individuelle komponenter af den opvarmning enhed. 
Støtte plade, 
aksiale ventilatorer, 
afstandsstykker, 
glans terminal, 
skrue nødder, 
skiver og 
skruer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
- Bore de nødvendige huller (figur 2) i støtte plade til at sikre de aksiale fans samt glans terminal (figur 1).
Figur 2: skematisk diagram over støtte plade. Indikationer at bore anchorage huller i støtte plade til at fastsætte de aksiale fans såvel som glans terminal. Mål er angivet i millimeter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
- Anker aksial fans i centrum på den støtte plade som vist i figur 3 med to M4 skruer, skrue møtrikker og skiver , , pr. fan. Bruge afstandsstykkerne skal være en afstand mellem fans og støtte plade (figur 3).
- Anker glans terminal at støtte plade ved hjælp af M3 skrue, skrue møtrik og spændeskive. Sikre kablet fans. (Figur 3).
- Tilslut fan med glans terminal. Tilslut de positive kabler af hver fan sammen og de negative kabler af hver fan sammen (figur 3). Hastighedssensoren er ikke påkrævet.
Figur 3: aksial fans fast på støtte plade. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Bemærk: Kabel farver nævnt svarer til dem, der anvendes i tallene. Kabel farver kan ændres afhængigt af det anvendte materiale.
2. control Unit (strømforsyning)
- Indsamle de følgende komponenter:
Universal kabinet (her 200 x 120 x 60 mm, men dimensioner vil afhænge af størrelsen af DC/DC konverteren og PID temperatur controller)
På/off-kontakten
DC/DC konverter, input spændingsområde 9 - 36V, output spænding 12V
PID temperatur controller, 12-35 V/DC driftsspænding
Kabel kirtel, M12 x 15 mm, fastspænding spænder 2-7,5 mm (eller efter det kabel, der bruges)
Temperaturføler Pt100
AC strømforsyning
Bemærk: Rugemaskine kan tilsluttes til lysnettet strømforsyning eller til et batteri. I forbindelse med handlingen lysnettet AC strømforsyning er påkrævet og hvis enheden er udelukkende tilsluttet lysnettet, DC/DC konverter er ikke obligatorisk. I forbindelse med batteri drift, DC/DC konverter er stærkt anbefales, og et toleder-kabel er påkrævet i stedet for AC strømforsyning. Denne protokol udgør versionen med DC/DC konverter og AC strømforsyning. Et elektrisk diagram af inkubator elektriske kernen er detaljeret i den supplerende materiale (figur S1). - Mill åbninger til PID temperatur controller, on/off switch og kabel kirtler ind i prøvelokalet med en boremaskine og puslespil eller en tilsvarende værktøj (figur 4).
Kabel kirtel, M12 x 15 mm, fastspænding spænder 2-7,5 mm (eller efter det kabel, der bruges)
Temperaturføler Pt100
AC strømforsyning
Figur 4: skematisk diagram over den universelle kabinet. (a) indikationer at placere temperatur controller 
, Tænd/sluk-knap 
og kabel kirtler 
ind i den universelle kabinet; mål er angivet i millimeter. (b) 3D-visning af den universelle kabinet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
- Tilslut DC/DC konverter til tænd/sluk-knappen: Tilslut AC-strømadapteren positive kablet til tænd/sluk-knappen og det negative kabel af AC-strømadapteren til den "-Vin" af DC/DC konverter (figur 5).
- Bruge et kabel til at forbinde on/off-knap til "+ Vin" af DC/DC konverter (figur 5).
Figur 5: monteret styre unit. Universal kabinet 
med DC/DC konverter 
tilsluttet PID temperatur controller 
og tænd/sluk-knap 
. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
- Tilslut kablerne fra den varmeenhed til PID temperatur controller som følger (figur 6):
- Tilslut den terminal "1" af PID temperatur controller til "DC-" wire fra varmen enhed connection og til den "-Vout" terminal af DC/DC konverter.
- Tilslut den "DC +" ledning går til opvarmning enhed til terminal "4" af PID temperatur controller samt om de terminal "2" af PID temperatur controller (se punkt 3.2).
- Tilslut de terminal "2" af PID temperatur controller til "+ Vout" terminal af DC/DC konverter.
- Tilslut de terminal "5" af PID temperatur controller til "kommando" ledning går til opvarmning enhed. (se punkt 3.2).
- Tilslut Temperaturføleren til terminalerne "10", "11" og "12".
Bemærk: Det røde kabel af Temperaturføleren skal forbindes til terminal "11" af PID temperatur controller.
- Anchor DC/DC konverter med Velcro tape i bunden af kabinettet, og luk den universelle kabinet.
Figur 6: kabel tilslutning af DC/DC konverter med PID temperatur controller. DC/DC konverter , PID temperatur controller , forbindelse til inkubator (kabel A) og forbindelse til temperaturføler (kabel B). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Bemærk: Funktioner af PID temperatur controller terminaler, der benyttes er givet i tabel 2.
| PID temperatur controller terminal | Funktion |
| Terminal "1" | Levere input + |
| Terminal "2" | Levering input- |
| Terminal "4" | Kontrol Output fælles kontakt |
| Terminal "5" | Kontrol Output normalt åben kontakt |
Tabel 2: Funktioner svarende til PID temperatur controller terminaler.
3. montering af inkubator elektriske Core
- Indsamle de følgende komponenter:
Opvarmning enhed fra afdeling 1
Styreenheden fra afsnit 2
Varme folier, selvklæbende, 100 x 200 mm, 12 V/20 W, 2 x - Link tilslutningskabler fra styreenheden til den varme enhed som følger (figur 7):
- Tilslut "DC -" ledningen fra kontrolenheden med en dirigent i hver af de varme folier og negativt wire for hver fan.
- Tilslut den ledning "DC +" kommer fra kontrolenheden med den positive kabel af hver fan.
- Tilslut "kommando" ledningen fra styreenheden til de resterende to ledere af varme folier.
Figur 7: Kabel tilslutning af varme folier 
med PID temperatur controller. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Bemærk: Feltet udført inkubator elektriske kernen i rugemaskinen er vist i figur 8.
Figur 8: Komplet felt inkubator elektriske core. Varmeenhed , styreenheden og temperatur sonde . Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
4. montering af væksthuset
- Indsamle de følgende komponenter:
Inkubator elektriske core
Inkubator shell (her en polystyren skum kasse, men kan være enhver form for kasse lavet af isolerende materialer)
Støtte rack (her en metal rack, men kan være et andet materiale) - Placer inkubator komponenter sammen som følger (figur 9):
- Placere inkubator shell på sin side, således at åbningen af inkubator (dør) er placeret på en side.
- Støtte pladen med den varmeenhed anbringes nederst i inkubator shell.
- Placer støtte rack på toppen af varmeenhed, forlader et rum af mindst 10 cm mellem den varme og støtte rack.
- Placer temperatursonden på støtte rack og sikre det i rugemaskinen.
- Bore huller i døren af inkubator til at tillade indrejse af kabler (figur 9).
- Tilslut rugemaskine til strømkilden.
- Tænd rugemaskine og justere indstillingerne for PID temperatur controller (Se Tabel S1 i det supplerende materiale til detaljerede indstillinger).
Figur 9: komplet felt inkubator. Åbn (venstre) og lukket (til højre). Varmeenhed , støtte rack , temperatur sonde , styreenheden 
, inkubator shell 
og huller til kabler i inkubator shell (kredsede området). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Bemærk: Skallen af rugemaskinen kan være en kasse med enhver form for materiale. Det anbefales at bruge en isolerende materiale, og at boksen lukker tæt for at undgå spredning af varmen. Støtte rack bør indeholde store huller for at undgå ophobning af varme i rack, og materialet kan være metal eller andre (f.eks. plastik).
Representative Results
Pålideligheden af en robust felt inkubator ligger i dens evne til at nå og opretholde en indstillede temperatur under forskellige betingelser. For at overvåge effektiviteten af de forskellige inkubator set-ups, følgende målinger blev foretaget: tid til at nå den indstillede temperatur, effekten af åbne døren for et minut, strømforbrug over 24 timers drift, indre temperatur stabilitet over 24 åbningstider, og observation af E. coli vækst. Temperaturen inde i rugemaskinen var målt hvert minut med 4 temperatur logføring enheder placeret i forskellige positioner i strukturen (støtte rack, væg, top, inde i en vækst plade). Den indstillede temperatur blev anset for at være nået, når alle målingerne var inden for plus eller minus 2 ° C, hvilket er det acceptable område for inkubation af E. coli. 13
Den elektroniske core blev testet med tre typer af skaller, ved hjælp af materialer, der typisk findes i mange lande: en polystyren skum kasse (78 liter), en hård plast køler box (30 liter) og en papæske beklædt med en overlevelse tæppe (46 liter) ( Figur 10). For at dække en række omgivende forhold, der kan opleves i området, disse inkubator set-ups blev testet på tre omgivende temperaturer: omgivende (omkring 27 ° C), kold (ca 3,5 ° C og 7,5 ° C) og varm (ca. 39 ° C). Resultater foranstaltninger blev testet, at den indre temperatur på 37 ° C og 44,5 ° C.
Tid til at nå den indstillede temperatur i væksthuse var påvirket af den omgivende temperatur og materiale af inkubator shell. Ved en omgivende temperatur på omkring 27 ° C, de tre væksthuse set-ups nåede de fastsatte temperaturer (37 ° C og 44,5 ° C) i en tilsvarende tid (fig. 11a og fig. 12a) og sammenlignelige med udførelsen af en standard inkubator (tabel 3). I kolde miljøer (3,5 ° C og 7,5 ° C) nåede væksthuse med tykkere skaller, dvs, polystyren skum og køler box, målet sæt temperaturer (37 ° C og 44,5 ° C) i et lignende tidsrum; omkring fire gange længere end under en omgivende temperatur på 27 ° C. Med sin lavere isolering nået papkasse med overlevelse tæppe aldrig fuldt ud de fastsatte temperaturer under kolde omgivende temperatur (fig. 11b og figur 12b). I et varmt miljø (39 ° C) nåede de tre inkubator set-ups target temperatur af 44,5 ° C på under 10 minutter (figur 12 c). Men når den indstillede temperatur var 37 ° c, dvs., lavere end den omgivende temperatur, kunne ingen af væksthuse sænke temperaturen, medfører overophedning for alle tre inkubator sæt ups (fig. 11 c).
Den omgivende temperatur og typen af inkubator shell påvirket virkningen af åbne døren til rugemaskine for et minut. Varmetabet var større i de kolde omgivelser, og tid til at genvinde de indre sæt temperaturer var længere, med undtagelse af den papkasse inkubator hvor sæt temperaturerne var aldrig nået (figur 13b og figur 14b). I de varmere miljøer var varmetabet limited og sæt temperaturer blev genoprettet på under 10 minutter (fig. 13ac og figur 14ac). I en omgivende temperatur på 39 ° C og indstillede temperatur på 37 ° C, åbne døren ikke forårsage eller reducere overophedning af væksthuse (Figur 13 c).
Magt-forbruget steg med kolde miljøer og med en stigning i den indstillede temperatur. Bedre isolerende inkubator skaller (polystyren skum og køler box) viste et reduceret strømforbrug i forhold til papkasse inkubator. I lignende miljøer (omgivende temperatur på omkring 27 ° C) testede tre inkubator set-ups forbruges 0,22 til 0,52 kWh / 24h mindre energi end de standard væksthuse (tabel 3).
Temperaturen i rugemaskinen forblev stabil over 24 timer med alle slags inkubator skaller og omgivelsestemperatur testet (Figur 13 og Figur 14). Små variationer af den målte temperatur i forhold til den indstillede temperatur blev observeret efter placeringen af temperatur logger enhed i rugemaskinen. Med undtagelse af prøver med den omgivende temperatur (39 ° C), som er varmere end den indstillede temperatur (37 ° C) (Figur 13 c) var variationer i temperatur alle inden for 2 ° C acceptabelt interval for E. coli inkubation.
Alle tests blev udført i overværelse af E. coli og samlede colibakterier måling materialer (membranfilter placeret på vækst plade). Replikater af en stikprøve blev placeret i hver inkubator set-up og i en standard inkubator for sammenligning. I alle set-ups og betingelser var væksten i E. coli og total coliforme vellykket og kan sammenlignes med den vækst, der er observeret i den standard inkubator. Et resumé af inkubator konfigurationer og omgivende temperatur betingelser testet med resultater er vist i tabel 3.
| Test 1: Tid til at indstille temperaturen |
Test 2: Side døråbningen et minut |
Test 3: Strømforbrug i 24-timers periode |
Test 4: Temperatur variation over 24-timers periode |
Test 5: E. coli vækst observeret |
|||
| Omgivende temperatur | Indstillede temperatur | (min) | Maksimal tab af temperaturen (° C); tid til at inddrive indstillede temperatur (min) | (kWh/24 h) | Absolut Maksimal temperatur (° C); absolut minimale temperatur (° C) * | (Ja / nej) | |
| Polystyren skum kasse | 3,5 ° C | 37 ° C | 45 | 10 ° C; 17 min | 0,78 | 37; 35.5 | Ja |
| 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 | Ja | |
| 44,5 ° C | 20 | 4,5 ° C; 7 min | 0,43 | 44,5; 43.5 | ND† | ||
| 39 ° C | 37 ° C | 0 (overophede) | 2 ° C; 0 min (overophede) | 0,11 | 42,5; 42 | Ja | |
| 44,5 ° C | 7 | 3,5 ° C; 5 min | 0,17 | 45. 43.5 | ND† | ||
| Hårde køler box | 3,5 ° C | 37 ° C | 54 | 8 ° C; 10 min | 0,86 | 37,5; 36 | Ja |
| 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 | Ja | |
| 44,5 ° C | 25 | 2 ° C; 4 min | 0,50 | 45. 43.5 | ND† | ||
| 39 ° C | 37 ° C | 0 (overophede) | 1 ° C; 0 min (overophede) | 0,11 | 43; 42,5 | Ja | |
| 44,5 ° C | 9 | 4 ° C; 3 min | 0,19 | 45,5; 44,5 | ND† | ||
| Papkasse med overlevelse tæppe | 3,5 ° C | 37 ° C | Aldrig nået (stabil temperatur efter 109 min) | 6,5 ° C; stabil temperatur efter 30 min | 1.24 | 33,5; 30,5 | Ja |
| 7,5 ° C | 44,5 ° C | Aldrig nået (stabil temperatur efter 120 min) | 8 ° C; stabil temperatur efter 20 min | 1.28 | 36,5; 32 | ND† | |
| 27 ° C | 37 ° C | 15 | 2,5 ° C; 6 min | 0,42 | 36,5; 35.5 | Ja | |
| 44,5 ° C | 24 | 3 ° C; 8 min | 0.70 | 44,5; 42,5 | ND† | ||
| 39 ° C | 37 ° C | 0 (overophede) | 1,5 ° C; 0 min (overophede) | 0,11 | 41,5; 40 | Ja | |
| 44,5 ° C | 9 | 2 ° C; 0 min | 0,20 | 45. 43.5 | ND† | ||
| Standard inkubator | 27 ° C | 37 ° C | 18 | 1 ° C; 0 min (overophede) | 0,64 | 38,5; 36 | ND† |
| 44,5 ° C | 23 (overophede) | 2,5 ° C; 0 min | 0,95 | 47,5; 43.5 | ND† |
Tabel 3: resultater Resumé inkubator konfigurationer og omgivende temperatur betingelser testet. * Test 4: Absolut maksimal og minimal temperaturer registreres i de stabile perioder, dvs, fra 10 minutter efter afslutningen af en forstyrrende event (tid til at nå indstillede temperatur, åbne døren). † ND: Ingen data, ikke testkørsel.
Figur 10: inkubator skaller testet. Åbne (øverste række) og lukket (nederste række). Polystyren skum kasse (venstre), tykkelse 3,5 cm, udvendige mål 39 x 56 x 36 cm; hårdt plast køler box (i midten), tykkelse på 2,5 cm, udvendige mål 32 x 41 x 47 cm; papkasse (højre) dækket med et standard overlevelse tæppe af tykkelse 12 µm foldet to gange, ydre dimensioner 30 x 42 x 37 cm. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 11: tid til at nå indstillede temperatur (37 ° C) af inkubator set-ups forskellige omgivende temperatur betingelser. Forestillinger af væksthuse med en shell fremstillet af en polystyren skum kasse, en skrap køler box og en papkasse dækket med en overlevelse tæppe. På værelse omgivende temperatur (a), kolde omgivende temperatur (b)og varm rumtemperatur (c). Temperaturer optaget på støtte rack af væksthuse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 12: tid til at nå indstillede temperatur (44,5 ° C) af inkubator set-ups forskellige omgivende temperatur betingelser. Forestillinger af væksthuse med en shell fremstillet af en polystyren skum kasse, en skrap køler box og en papkasse dækket med en overlevelse tæppe. På værelse omgivende temperatur (a), kolde omgivende temperatur (b)og varm rumtemperatur (c). Temperaturer optaget på støtte rack af væksthuse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 13: temperatur variationer over 24-timers periode og effekten af døråbningen forskellige omgivende temperatur betingelser. Indstillede temperatur på 37 ° C. Opførelser af væksthuse med en shell fremstillet af en polystyren skum kasse, en skrap køler box og en papæske beklædt med en overlevelse tæppe. På værelse omgivende temperatur (a), kolde omgivende temperatur (b)og varm rumtemperatur (c). Cirkel områder viser temperaturen variationer på grund af døråbningen i et minut. Temperaturer optaget på støtte rack af væksthuse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 14: temperatur variationer over 24-timers periode og effekten af døråbningen forskellige omgivende temperatur betingelser. Indstillede temperatur af 44,5 ° C. Opførelser af væksthuse med en shell fremstillet af en polystyren skum kasse, en skrap køler box og en papæske beklædt med en overlevelse tæppe. På værelse omgivende temperatur (a), kolde omgivende temperatur (b)og varm rumtemperatur (c). Cirkel områder viser temperaturen variationer på grund af døråbningen i et minut. Temperaturer optaget på støtte rack af væksthuse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur S1: elektrisk diagram af inkubator elektriske core ledninger. Alternativer til lysnettet og batteri operation er indiceret. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Parameter | Valgte værdi | |||||
| 1 | Kontrol outputtype | Styre Q1 / Alarm Q2 | ||||
| 2 | Type af tilsluttede sensor | Pt100 (-200 til 140 ° C) | ||||
| 3 | Nedre grænse kan vælges for setpunkt værdien | 0 | ||||
| 4 | Øvre grænse kan vælges for setpunkt værdien | 50 | ||||
| 5 | Type kontrolelement | Opvarmning | ||||
| 6 | ON/OFF hysterese eller døde band for P.I.D. kontrol | 0 | ||||
| 7 | Proportional båndbredde af processen udtrykt i enheder (° C Hvis temperatur) | 1 | ||||
| 8 | Integreret tid. Intertia af processen udtrykt i sekunder | 80,0 | ||||
| 9 | Afledte tid for P.I.D. | 20,0 | ||||
| 10 | Procestid for tid-doserings output | 10 | ||||
| 11 | Tillad/Afvis ændring af setpoint værdier af frontal tastatur | Tillad ændring af alle sætpunkter | ||||
| 12 | Software filter. Antallet af behandlinger til at beregne sammenligningen værdi PV-SPV | 10 | ||||
| 13 | Type af graden | ° C | ||||
| 14 | Type af afkøling flydende | Luft | ||||
Tabel S1: PID controller temperaturindstillinger. Visning af værdier; andre parametre, der er ikke nødvendigt at køre rugemaskinen var overladt til standardværdier.
Discussion
Under bæredygtig udvikling mål 6.1, er efterspørgslen efter vand kvalitet prøveudtagning stigende, især i fjerntliggende landdistrikter, hvor kontrolpraksis er mindre etablerede14. En afgørende hindring for gennemførelse af regelmæssig vandkvalitet test i disse indstillinger er dårlig adgang til laboratorier i stand til at støtte mikrobielle metoder6. Dette paper præsenterer en metode til en pålidelig inkubator konstrueret af materialer, der er relativt billige og bredt tilgængelige. De elektriske komponenter er forholdsvis let at kilde og samle, der kræver kun begrænset ekspertise. Derudover inkubator shell design er fleksibelt og derfor kan være fremstillet af lokalt tilgængelige materialer. Dette er især ønskeligt for dem, der rejser til fjerntliggende steder, da bagageplads ikke er behov for en tung og omfangsrig shell. Afhængigt af skallen anvendes, mængden af rugemaskinen er også fleksible og kan være dimensioneret til at rumme en specifik stikprøvestørrelse. Den præsenteres set-up kan være brugt på - og off-grid, hvilket gør den robust strømafbrydelser eller manglende pålidelig strømforsyning. Mens visse design begrænsninger blev observeret, dette set-up op generelt viste sig for at være effektivt med en vifte af omgivende temperatur betingelser (3,5 ° C til 39 ° C).
Der er flere trin i protokollen, der er kritiske for at opnå en inkubator design passer til ens behov. Først er udvælgelsen af de elektriske komponenter i rugemaskinen. Alternative komponenter kan være valgt på grundlag af prisen eller den lokale tilgængelighed. Afhængigt af materialet markeret og deres tekniske specifikationer, kan rugemaskinen har ændret forestillinger i forhold til resultaterne præsenteres. En anden kritisk trin i protokollen er valget af shell materiale, som bør gøres baseret på de forventede række omgivelsestemperaturer, lokale strømforsyning og tilgængeligheden af materialer. Ved lavere omgivelsestemperatur (< 25 ° C), en shell fremstillet af polystyren skum eller en hård køler box anbefales at opnå en indstillede temperatur 37 ° c til 44,5 ° C. Baseret på den eksperimentelle data præsenteret, disse sæt ups kan forventes at nå den indstillede temperatur på 45-96 minutter og forbruge 0,78 - 1,05 kWh / 24h i kolde miljøer (3.5 til 7,5 ° C). Papkasse med overlevelse tæppe er ikke anbefales til brug ved lavere omgivelsestemperatur da dette sæt aldrig nået en stabil indstillet temperatur i eksperimentel observationsperioden. Ved moderat omgivende temperatur (27 ° C) er nogen af typerne shell testet acceptabelt, med ligner lidt større strømforbrug observeret for pap bokssættet op. Ved højere omgivende temperaturer (39 ° C) var kuvøse design præsenteres her tilbøjelige til overophedning, hvis medmindre den indstillede temperatur var endnu højere (dvs. 44,5 ° C). Derfor, ville sådanne betingelser kræver en afkøling enhed eller bruge i et klima kontrolleret rum.
Prisen for at bygge rugemaskinen præsenteres her var omkring 300 USD når materialer blev indkøbt i Schweiz. Disse omkostninger kan dog betydeligt lavere i forskellige steder, især hvis shipping gebyrer for elektroniske kernekomponenterne kan holdes på et minimum. Ændring af de forskellige komponenter beskrevet i protokollen kan yderligere reducere omkostningerne. Protokollen præsenteres her er begrænset, det sammenligner kun tre shell materiale typer på to sæt temperaturer, samt kontrol af mikrobiel vækst for E. coli kun. Fremtidig forskning bør teste dette inkubator design under en større vifte af temperatur parametre og bruge yderligere indikator for mikrobielle arter (fx Enterococcus) og patogener (f.eks., salmonella, Vibrio egnethed cholerae). Fremtidig forskning bør også fokusere på udviklingen af effektiv køling teknikker inden for inkubator, som gør det muligt for dets anvendelse i meget varme miljøer (> 40 ° C).
Til vores viden er der ingen andre kendte felt inkubator, der tilbyder fleksibel volumen kapacitet og er let demonterbare, mens de resterende transportable og lave omkostninger. Denne innovative alternativ til kommercielt tilgængelige væksthuse opfylder et behov for regeringer og organisationer med vandkvalitet og andre kultur-baseret test mål hvor par laboratoriefaciliteter er tilgængelige. Når parret med enkle vandkvalitet test udstyr, kan denne inkubator hjælpe praktiserende læger med begrænset kapacitet til at etablere permanent eller årstidens laboratorier til en rimelig pris. Ved at øge antallet af laboratorier i fjerntliggende områder, bliver bestræbelser på at gennemføre regelmæssige vand kvalitet overvågning eller opnå punktlig overvågning af system operationer mere og mere gennemførlig.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Denne forskning blev støttet af den schweiziske agentur for udviklingssamarbejde og REACH-programmet finansieret af britiske støtte fra det britiske Department for International Development (DFID) til fordel for udviklingslandene (Vædderen kode 201880). De synspunkter og oplysninger, der findes i det er ikke nødvendigvis dem af eller godkendt af disse agenturer, som accepterer intet ansvar for sådanne synspunkter eller oplysninger eller for enhver tillid placeret på dem. Forfatterne også takke Arnt Diener for hans bidrag til tidlig gentagelser af polystyren skum inkubator prototype.
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 |
References
- 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).
- World Health Organization (WHO). Safely Managed Drinking Water - Thematic Report on Drinking Water. , WHO Press. Geneva. (2017).
- 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).
- 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).
- Malkin, R. A. Design of health care technologies for the developing world. Annual Review of Biomedical Engineering. 9 (1), 567-587 (2007).
- 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).
- DelAgua Water Testing Ltd. DelAgua Portable Water Testing Kit: User Manual Version 5.0. , Marlborough, UK. (2015).
- Aquagenx LLC. Portable Incubator Fabrication Instructions. , Chapel Hill, NC. (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
