Summary
Denne artikkelen beskriver en metode for å bygge en tilpasses, rimelig og transportable inkubator for mikrobiell testing av drikkevann. Vår design er basert på lett tilgjengelige materialer og kan operere under en rekke feltforhold, samtidig tilby fordelene med høyere-end laboratorie-baserte modeller.
Abstract
Inkubatorer er avgjørende for en rekke kultur-baserte mikrobiell metoder, for eksempel membran filtrering etterfulgt av dyrking for å vurdere drikkevann kvalitet. Kommersielt tilgjengelige inkubatorer er imidlertid ofte kostbare, vanskelige å transportere, ikke fleksible i volum, og/eller dårlig tilpasset lokale feltforhold der tilgang til elektrisitet er upålitelig. Formålet med denne studien var å utvikle en tilpasses, rimelig og transportable inkubator som kan konstrueres ved hjelp av lett tilgjengelige komponenter. Elektronisk kjernen i inkubator ble først utviklet. Disse komponentene ble deretter testet under en rekke omgivelsestemperatur forhold (3,5 ° C - 39 ° C) med tre typer inkubator skjell (polystyren skum boks, hard kjøler boks og pappeske dekket med en overlevelse teppe). Elektronisk kjernen viste sammenlignbar ytelse til en standard laboratorium inkubator i tiden det tar å nå den innstilte temperaturen, indre temperatur stabilitet og romlig spredning, strømforbruk og mikrobiell vekst. Inkubator set-ups var også effektiv på moderat og lave temperaturer (mellom 3,5 ° C og 27 ° C), og ved høye temperaturer (39 ° C) når inkubator temperaturen var høyere. Denne prototypen inkubator er rimelig (< 300 USD) og tilpasningsdyktig til ulike materialer og volumer. Demonterbare strukturen gjør det enkelt å transportere. Den kan brukes i både etablerte laboratorier med strømnettet eller Fjernhjelp drevet av solenergi eller et bilbatteri. Det er spesielt nyttig som ekstrautstyr utstyr for feltet laboratorier i områder med begrenset tilgang til ressurser for overvåking av kvaliteten på vannet.
Introduction
Kultur-baserte metoder for påvisning av mikrobielle forurensninger er den state-of-the-art for vann kvalitet analyse i både industrialiserte og utviklingsland1,2. Mikroorganismer finnes i mange miljøer og krever forskjellige temperaturer for optimal vekst. Derfor er skaper et temperatur-stabil inkubasjon miljø en forutsetning for pålitelig påvisning av mikrobielle forurensning av bekymring i drikkevann. Ifølge Verdens helseorganisasjon er Escherichia coli (E. coli) (eller eventuelt thermotolerant coliforms (TTC)) de mest passende indikatorene fecal forurensning i drikkevannet3. Påvisning av disse organismer består av, for eksempel filtrering en 100 mL vann utvalget gjennom en membran etterfulgt av inkubering av membranen på selektiv medier på 35-37 ° C (E. coli) eller 44-45 ° C (TTC)3.
Feltet-baserte programmer av kultur-baserte metoder har blitt stadig viktigere de siste årene. Under bærekraftig utvikling mål 6, mål 6.1, har regjeringer forpliktet til regelmessig rapport bakteriologiske kvalitet av drikkevann på nasjonalt nivå4. I tillegg til slikt offentlig helse overvåking arbeid, er operasjonell overvåkning av vannet infrastruktur jevnlig gjennomført på lokalt eller regionalt nivå5. Disse overvåking og avlytting kampanjer er ofte i avsidesliggende steder hvor nødvendig laboratorium infrastrukturen er utilstrekkelig eller utilgjengelig. 6 tilsvarende kultur-baserte metoder er mye brukt i medisinsk diagnose og mikrobiologiske forskning der lokale klinikker og forskningsinstitusjoner kan bli utfordret av begrensede ressurser og usikre strømforsyninger7.
I de ovennevnte sammenhenger er konvensjonelle inkubatorer ofte utilstrekkelig eller utilgjengelig. Som et alternativ, har feltet inkubatorer er spesielt utviklet for bruk utenfor laboratoriet, f.eks Aquatest prosjektet8, University of Bristol, Storbritannia. DelAgua9, Marlborough, Storbritannia. eller Aquagenx10, University of North Carolina, USA. Men er disse enhetene relativt små i volum, dermed begrense antall eksempler som kan behandles samtidig. Feltet Inkubatorer på markedet er også ikke designet til å operere under svært lav (< 20 ° C) eller veldig høy (> 40 ° C) omgivelsestemperatur forhold, gjør deres bruk i ørkenen eller alpine forhold vanskelig. Videre inkluderer alternative løsninger yoghurt-making apparater11, kroppen belter og fase-endring inkubatorer12. Men kan slike ukonvensjonelle inkubatorer fungere unreliably eller være tyngende å operere11.
Det er derfor et behov for en inkubator som gir fordeler av laboratorie-baserte modeller (brukervennlighet, større volum, og temperaturen presisjon) mens resterende egnet for feltet programmer (rimelig, lett transporteres og vedlikeholdt, robusthet til en spekter av temperaturer, energieffektive og motstandsdyktige mot intermitterende strømforsyning) (tabell 1). Formålet med denne protokollen er å detalj fabrikasjon prosessen med en rimelig inkubator konstruert fordelene med både konvensjonell og feltbaserte modeller bruker allment tilgjengelig materiale.
| Karakteristisk | Laboratorie-baserte | Feltet | Optimalisert |
| Bruker vennlig design |  |
 |
|
| Stor kapasitet | |
|
|
| Robust til bredt spekter av temperaturer | |
|
|
| Holder konstant temperatur | |
|
|
| Lave kostnader | |
|
|
| Lett transporteres | |
|
|
| Energieffektive | |
|
|
| Motstandsdyktige mot intermitterende strømforsyning | |
|
|
Tabell 1: Kjennetegner kommersielt tilgjengelig inkubatorer (laboratorie-baserte og felt) og optimalisert tilnærming.
Følgende montering protokollen angir nødvendige materialer og trinn for å bygge inkubator. Det er strukturert i fire trinn: først, montering av oppvarming enhet; andre, montering av kontrollenheten; tredje, montering av inkubator elektrisk kjernen; og fjerde, montering av inkubator. Denne protokollen forklarer byggingen av elektroniske kjernen i inkubator, kan arbeide med en rekke inkubator skjell. Se Tabellen for materiale for en fullstendig liste over alle komponenter som brukes i protokollen og sine tekniske spesifikasjoner. Protokollen nedenfor presenterer en funksjonell eksempel av feltet inkubator, men fleksibel bruk av ulike komponenter er mulig så lenge de oppfyller kravene elektrisk. Bruke forskjellige komponenter kan påvirke forestillinger av inkubator. Det anbefales at bygging og ledninger av elektriske komponenter gjøres av en person dyktig i det elektriske feltet.
Protocol
1. oppvarming enhet
- Samle følgende komponenter (figur 1):
Støtte plate (280 x 250 mm) med nødvendige anchorage hull
Aksial fan (60 x 60 x 25 mm); 2 x
Avstand (lengde 20 mm indre diameter 4,25 mm (M4)); 4 x
Glans terminal med tre pinner
Skru mutteren (M4); 4 x og (M3); 1 x
Vaskemaskin (M4); 8 x og (M3); 1 x
Skruen (M4); 4 x og (M3); 1 x
Figur 1: Individuelle komponenter av oppvarming enhet. 
Støtte plate, 
aksial fans, 
avstandsstykker, 
glans terminal, 
skru nøtter, 
skiver og 
skruer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Bore nødvendig hullene (figur 2) i støtteplaten å sikre aksial fans og glans terminalen (figur 1).
Figur 2: skjematisk diagram av støtteplaten. Indikasjoner for å bore anchorage hullene i støtteplaten fikse aksial fans samt glans terminalen. Avstander er oppgitt i millimeter. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Forankre aksial fans i center på støtteplaten som vist i Figur 3 med to M4 skruene, skruen nøtter og skiver , , per fan. Bruke avstandsstykkene vil ha avstand mellom fans og støtteplaten (Figur 3).
- Forankre glans terminalen til støtteplaten M3 skruen, skru mutteren og vaskemaskin. Sikre kabel fans. (Figur 3).
- Koble vifte kabler med glans terminalen. Koble positiv kablene hver fan sammen og negative kabler av hver fan sammen (Figur 3). Hastighetssensoren er ikke nødvendig.
Figur 3: aksial fans fast på støtteplaten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Merk: Kabelen farvene omtalte tilsvarer de som brukes i tallene. Kabelfargene kan endres avhengig av materialet som brukes.
2. control Unit (strømforsyning)
- Samle følgende komponenter:
Universell kabinett (her 200 x 120 x 60 mm, men dimensjonene vil avhenge av størrelsen på DC/DC omformer og PID temperatur kontrolleren)
På/av-bryter
DC/DC omformer, spenningsintervall 9 - 36V, utgangsspenning 12 v
PID temperatur kontroller, 12-35 V/DC driftsspenning
Kabel kjertel, M12 x 15 mm og clamping rekkevidde 2 7.5 mm (eller ifølge kabelen brukes)
Temperatursensoren Pt100
AC strømforsyning
Merk: Inkubator kan kobles til strømnettet eller et batteri. Ved strømnett, vekselstrømmen som kreves og hvis enheten er utelukkende koblet til strømnettet, DC/DC konverteringsprogrammet er ikke obligatorisk. Ved batteridrift, DC/DC omformer anbefales, og en to-tråds kabel kreves i stedet for på nettspenning. Denne protokollen gir versjonen konverteringsprogrammet DC/DC og AC-strømforsyning. En elektrisk diagram av inkubator elektrisk kjernen er beskrevet i supplerende materiale (figur S1). - Mill åpningene for PID temperatur controller, av/på-bryteren, og kabelen kjertler i maskinen med en drill og puslespill eller et tilsvarende verktøy (Figur 4).
Kabel kjertel, M12 x 15 mm og clamping rekkevidde 2 7.5 mm (eller ifølge kabelen brukes)
Temperatursensoren Pt100
AC strømforsyning
Figur 4: skjematisk diagram av universell skapet. (a) indikasjoner plassere temperatur kontrolleren 
, av/på-bryteren 
og kabel kjertler 
i universell maskinen; avstander er oppgitt i millimeter. (b) 3D-visning av universell skapet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Koble DC/DC omformer til av/på-bryteren: koble positiv kabelen på strømadapteren til av/på-bryteren og negative kabelen på strømadapteren til den "-Vin" av DC/DC omformer (figur 5).
- Bruke en kabel til å koble av/på-bryteren til "+ Vin" av DC/DC omformer (figur 5).
Figur 5: montert kontroll enhet Universell kabinett 
med DC/DC omformer 
koblet til PID temperatur kontrolleren 
og på/av 
. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Koble kablene fra the heating enhet til PID temperatur kontrolleren som følger (figur 6):
- Koble terminalen "1" av PID temperatur kontrolleren til "DC-" ledningen fra oppvarming enhet tilkobling og det "-Vout" terminal av DC/DC omformer.
- Koble den "DC +" wire går til oppvarming enheten terminal "4" av PID temperatur kontrolleren også om terminal "2" av PID temperatur kontrolleren (se punkt 3.2).
- Koble terminalen "2" av PID temperatur kontrolleren til "+ Vout" terminal av DC/DC omformer.
- Koble til terminal "5" av PID temperatur kontrolleren til "kommandoen" ledningen går til oppvarming enhet. (se punkt 3.2).
- Koble temperatursensoren til terminalene "10", "11" og "12".
Merk: Røde kabelen i temperatursensoren må kobles til terminal "11" av PID temperatur kontrolleren.
- Forankre konverteringsprogrammet DC/DC med Velcro tape på bunnen av kabinettet, og Lukk universell skapet.
Figur 6: kabeltilkobling DC/DC omformer med PID temperatur kontroller. DC/DC omformer , PID temperatur kontrolleren , inkubator (kabel A) og tilkobling til temperatursensoren (kabel B). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Merk: Funksjonene til PID temperatur kontroller terminalene brukes er gitt i tabell 2.
| PID temperatur kontroller terminal | Funksjonen |
| Terminal "1" | Angi inndata + |
| Terminal "2" | Forsyning input- |
| Terminal "4" | Kontroll ut vanlige kontakt |
| Terminal "5" | Kontroll ut normalt åpen kontakt |
Tabell 2: Funksjonene som tilsvarer PID temperatur kontroller terminalene.
3. montering av inkubator elektrisk kjernen
- Samle følgende komponenter:
Oppvarming enheten fra del 1
Kontrollenheten fra delen 2
Oppvarming folier, selvklebende, 100 x 200 mm, 12 V/20 W, 2 x - Koble forbindelsen kablene fra kontrollenheten til oppvarming enhet som følger (figur 7):
- Koble "DC -" ledningen fra kontrollenheten med en dirigent av oppvarming-folier og negative ledningen av hver fan.
- Koble "DC +" ledningen kommer fra kontrollenheten med positiv kabelen av hver fan.
- Koble "kommandoen" ledningen fra kontrollenheten til de resterende to lederne av varme-folier.
Figur 7: Kabeltilkobling av oppvarming folier 
med PID temperatur kontroller. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Merk: Fullført feltet inkubator elektrisk kjernen av inkubatoren er vist i Figur 8.
Figur 8: Fullført inkubator elektrisk kjernen. Oppvarming enhet , kontrollenhet og temperatur probe . Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
4. montering av inkubator
- Samle følgende komponenter:
Inkubator elektrisk kjernen
Inkubator shell (her en polystyren skum boks, men kan være alle typer boksen laget av isolerende materiale)
Støtter rack (her et metall rack, men kan være en annen materiale) - Plass inkubator komponentene sammen som følger (figur 9):
- Plass inkubator skallet på siden, slik at åpningen av inkubatoren (dør) ligger på en side.
- Plass støtteplaten med oppvarming enheten nederst i inkubator skallet.
- Montere støtte over oppvarming enheten, forlate en plass på minst 10 cm mellom oppvarming enheten og støtte rack.
- Plasser temperaturmåleren på støtte stativet, og fest den i inkubator.
- Bore hull i døren av inkubatoren å tillate oppføring av kabler (figur 9).
- Koble inkubator til strømkilden.
- Aktivere inkubator og justere innstillingene for PID temperatur kontrolleren (se Tabell S1 supplerende materiale for detaljerte innstillinger).
Figur 9: fullført inkubator. Åpne (venstre) og lukket (høyre). Oppvarming enhet , støtter rack , temperatur probe , kontrollenhet 
, inkubator skall 
og hull for kabler i inkubator skallet (sirklet området). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Merk: Skallet av inkubator kan være en boks av noen type materiale. Det anbefales å bruke en isolasjonsmateriale, og at boksen lukker tett for å unngå spredning av varmen. Støtte stativet bør inneholde store hull for å unngå akkumulering av varme i racket, og materialet kan være metall eller andre (f.eks plast).
Representative Results
Påliteligheten av en robust feltet inkubator ligger i dens evne til å nå og vedlikeholde tildekket under ulike forhold. For å overvåke ytelsen til ulike inkubator set-ups, målingene nedenfor ble gjort: tiden det tar å nå innstilte, effekten av åpne døren i ett minutt, strømforbruk over 24 timer med drift, indre temperatur stabilitet over 24 timer med drift og observasjon av E. coli vekst. Temperaturen inne inkubator ble målt hvert minutt med 4 temperatur logging enheter plassert i ulike posisjoner i strukturen (støttet rack, vegg, topp, inne en vekst plate). Innstilte ble ansett å være nådd når alle mål var pluss eller minus 2 ° C, som er akseptable verdier for inkubasjonstiden for E. coli. 13
Elektronisk kjernen ble testet med tre typer skjell, bruke materialer som vanligvis finnes i mange land: en polystyren skum boks (78 liter), en hard plast kjøler boks (30 liter) og en pappeske dekket med en overlevelse teppe (46 liter) ( Figur 10). For å dekke en rekke forholdene som kan oppleves innen, disse inkubator set-ups ble testet på tre temperaturer: ambient (ca 27 ° C), kalde (om lag 3,5 ° C og 7.5 ° C) og varme (om 39 ° C). Arbeidsmål ble testet sette indre temperatur på 37 ° C og 44,5 ° C.
Tid til å nå innstilte i inkubatorer var påvirket av omgivelsestemperaturen og materialet av inkubator skallet. Ved en omgivelsestemperatur på ca 27 ° C, tre inkubatorer set-ups nådde de innstilte temperaturene (37 ° C og 44,5 ° C) på samme tid (figur 11a og figur 12a) og sammenlignbare med resultatene av en standard inkubator (tabell 3). I kalde miljøer (3,5 ° C og 7.5 ° C) nådde inkubatorer med tykke skall, dvs, polystyren skum og kjøler boks, de mål innstilte temperaturene (37 ° C og 44,5 ° C) på samme tid; omtrent fire ganger lenger enn under en Omgivelses temperatur på 27 ° C. Med dens lavere isolasjon nådde pappeske med overlevelse teppe aldri helt de innstilte temperaturene under kalde omgivelsestemperatur forhold (figur 11b og figur 12b). I et varmt miljø (39 ° C) nådd tre inkubator set-ups ønsket temperatur 44,5 ° c på under 10 minutter (Figur 12 c). Men når innstilte var 37 ° c, dvs. lavere enn omgivelsestemperaturen, kan ingen av inkubatorer senke temperaturen, resultere i overoppheting for alle tre inkubator satt ups (Figur 11 c).
Omgivelsestemperaturen og typen inkubator shell påvirket effekten av åpner døren av inkubatoren ett minutt. Heten forlis var større i det kalde miljøet, og tid til å gjenopprette de indre innstilte temperaturene var lenger, med unntak av pappeske inkubator der settet temperaturer var aldri nådd (figur 13b og finne 14b). I varmere omgivelser var varmetapet begrenset og hvilke temperaturer gjenvunnet på under 10 minutter (figur 13ac og figur 14ac). I en omgivelsestemperatur på 39 ° C og innstilte 37 ° c, åpne døren ikke forårsake eller redusere overoppheting av inkubatorer (figur 13 c).
Strømforbruket økt med kalde miljøer og en økning i innstilte. Bedre isolerende inkubator skjell (polystyren skum og kjøler boks) viste en redusert strømforbruk sammenlignet med pappeske inkubator. I lignende miljøer (temperaturen på ca 27 ° C), tre inkubator set-ups fortært 0.22 til 0.52 kWh/24t mindre energi enn de standard inkubatorer testet (tabell 3).
Temperaturen i inkubator stabilt over 24 timer med alle typer inkubator skjell og Omgivelses temperatur testet (figur 13 og figur 14). Små variasjoner av målt temperaturen sammenlignet med innstilte ble observert i henhold til plasseringen av temperatur logging enheten i inkubator. Med unntak av testene med temperaturen (39 ° C) varmere enn innstilte (37 ° C) (figur 13 c) var variasjoner i temperatur alle innen 2 ° C gyldig område for E. coli inkubasjon.
Alle tester ble utført i nærvær av E. coli og totale koliforme måling materialer (membran filter plassert på vekst plate). Av et utvalg plassert i hver inkubator oppsett og en standard inkubator for sammenligning. I alle set-ups og betingelser var veksten av E. coli og totale koliforme vellykket og sammenlignes med veksten i standard inkubator. Et sammendrag av inkubator konfigurasjoner og omgivelsestemperatur betingelsene testet med resultater er vist i tabell 3.
| Test 1: Tid til å sette temperaturen |
Test 2: Dør åpne ett minutt |
Test 3: Strømforbruk over 24-timers periode |
Test 4: Temperatur variasjon over 24-timers periode |
Test 5: E. coli vekst observert |
|||
| Omgivelsestemperatur | Innstilte | (min) | Maksimal tap av temperatur (° C); tid å gjenopprette innstilt temperatur (min) | (kWh/24 h) | Absolutt maksimal temperatur (° C); absolutt minimal temperatur (° C) * | (Ja / nei) | |
| Polystyren skum boks | 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 (overopphetet) | 2 ° C. 0 min (overopphetet) | 0,11 | 42,5; 42 | ja | |
| 44,5 ° C | 7 | 3,5 ° C. 5 min | 0,17 | 45; 43.5 | ND† | ||
| Hard kjøler boks | 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 minutter | 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 (overopphetet) | 1 ° C. 0 min (overopphetet) | 0,11 | 43; 42,5 | ja | |
| 44,5 ° C | 9 | 4 ° C; 3 min | 0,19 | 45,5; 44,5 | ND† | ||
| Pappeske med overlevelse teppe | 3,5 ° C | 37 ° C | Nådde aldri (stabil temperatur etter 109 min) | 6.5 ° C. stabil temperatur etter 30 minutter | 1.24 | 33,5; 30,5 | ja |
| 7.5 ° C | 44,5 ° C | Nådde aldri (stabil temperatur etter 120 minutter) | 8 ° C. stabil temperatur etter 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 (overopphetet) | 1,5 ° C; 0 min (overopphetet) | 0,11 | 41,5; 40 | ja | |
| 44,5 ° C | 9 | 2 ° C. 0 minutter | 0.20 | 45; 43.5 | ND† | ||
| Standard inkubator | 27 ° C | 37 ° C | 18 | 1 ° C. 0 min (overopphetet) | 0.64 | 38,5; 36 | ND† |
| 44,5 ° C | 23 (overopphetet) | 2,5 ° C. 0 minutter | 0,95 | 47.5; 43.5 | ND† |
Tabell 3: resultatsammendrag for inkubator konfigurasjoner og ambient temperaturer testet. * Test 4: Absolutt maksimal og minimal temperaturer registrert i stabil perioder, dvs, fra 10 minutter etter en forstyrrende hendelse (tid til innstilt temperatur, åpne døren). † ND: Ingen data, ikke prøvetur.
Figur 10: inkubator skjell testet. Åpne (øvre rad) og lukket (nederste rad). Polystyren skum boks (venstre), tykkelsen på 3,5 cm, ytre dimensjoner 39 x 56 x 36 cm; hard plast kjøligere boksen (midten), tykkelsen på 2,5 cm, ytre dimensjoner 32 x 41 x 47 cm; pappeske (høyre) dekket med en standard overlevelse teppe av tykkelse på 12 µm brettet to ganger, ytre dimensjoner 30 x 42 x 37 cm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 11: tid å nå innstilte (37 ° C) av inkubator set-ups under forskjellige omgivelsestemperatur forhold. Forestillinger av inkubatorer et skall av en polystyren skum boks, en vanskelig kjøler boks, og en pappeske dekket med en overlevelse teppe. På rommet omgivelsestemperatur (a), kaldt omgivelsestemperatur (b)og varm omgivelsestemperatur (c). Temperaturer registrert på støtte rack med inkubatorer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 12: tid å nå innstilte (44,5 ° C) av inkubator set-ups under forskjellige omgivelsestemperatur forhold. Forestillinger av inkubatorer et skall av en polystyren skum boks, en vanskelig kjøler boks, og en pappeske dekket med en overlevelse teppe. På rommet omgivelsestemperatur (a), kaldt omgivelsestemperatur (b)og varm omgivelsestemperatur (c). Temperaturer registrert på støtte rack med inkubatorer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 13: temperaturvariasjoner over 24-timers periode og effekten av døren åpning under forskjellige omgivelsestemperatur forhold. Innstilte på 37 ° C. Forestillinger av inkubatorer et skall av en polystyren skum boks, en vanskelig kjøler boks, og en pappeske dekket med en overlevelse teppe. På rommet omgivelsestemperatur (a), kaldt omgivelsestemperatur (b)og varm omgivelsestemperatur (c). Innringet områder viser temperaturvariasjoner på grunn av døren åpning i ett minutt. Temperaturer registrert på støtte rack med inkubatorer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 14: temperaturvariasjoner over 24-timers periode og effekten av døren åpning under forskjellige omgivelsestemperatur forhold. Innstilte 44,5 ° c. Forestillinger av inkubatorer et skall av en polystyren skum boks, en vanskelig kjøler boks, og en pappeske dekket med en overlevelse teppe. På rommet omgivelsestemperatur (a), kaldt omgivelsestemperatur (b)og varm omgivelsestemperatur (c). Innringet områder viser temperaturvariasjoner på grunn av døren åpning i ett minutt. Temperaturer registrert på støtte rack med inkubatorer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur S1: elektrisk diagram inkubator elektrisk kjernen ledninger. Alternativer for strømnett og batteridrift angis. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Parameteren | Valgt verdi | |||||
| 1 | Typen kontroll utskrift | Kontrollere Q1 / Alarm Q2 | ||||
| 2 | Type tilkoblet sensor | Pt100 (-200 til 140 ° C) | ||||
| 3 | Nedre grense kan velges for setpoint verdi | 0 | ||||
| 4 | Øvre grense velges for setpoint verdi | 50 | ||||
| 5 | Typen kontroll | Oppvarming | ||||
| 6 | PÅ hysteresis eller død band for P.I.D. kontroll | 0 | ||||
| 7 | Proporsjonal båndbredde av uttrykt som enheter (° C hvis temperatur) | 1 | ||||
| 8 | Integrert tid. Intertia av uttrykt i sekunder | 80.0 | ||||
| 9 | Avledede tid for P.I.D. | 20,0 | ||||
| 10 | Tidspunkt for tid-oppdeling utgang | 10 | ||||
| 11 | Tillate/avkrefte endring av setpoint verdier av frontal tastatur | Tillat endring av alle setpoints | ||||
| 12 | Programvare filter. Antall avlesninger beregne sammenligning verdi PV-SPV | 10 | ||||
| 13 | Type grad | ° C | ||||
| 14 | Typen kjøling væske | Air | ||||
Tabell S1: PID kontrolleren temperaturinnstillinger. Visning av sett verdier. andre parametere ikke nødvendig å kjøre inkubator var igjen til standardverdier.
Discussion
Under bærekraftig utvikling mål 6.1, er etterspørselen etter vann kvalitet prøvetaking økende, spesielt i avsidesliggende rurale områder der kartleggingen er mindre etablerte14. En stor hindring for å implementere vanlig vannkvalitet testing i disse innstillingene er dårlig tilgang til laboratorier støtter mikrobiell metoder6. Dette dokumentet presenterer en metode for en pålitelig inkubator laget av materialer som er relativt billig og lett tilgjengelig. De elektriske komponentene er relativt lett å kilde og montere, krever bare begrenset ekspertise. Videre inkubator shell design er fleksibelt, og derfor kan konstrueres fra lokalt tilgjengelige materialer. Dette er særlig ønskelig for dem som reiser til eksternt, siden bagasjeplass ikke er nødvendig for en tung og klumpete skall. Avhengig av skallet brukes, volumet av inkubatoren er også fleksible og kan vises til en bestemt utvalgsstørrelsen. Presentert oppsettet kan brukes på - og off-grid, som gjør det robust strøm kutt eller fravær av pålitelig strømforsyning. Mens enkelte design begrensninger ble observert, vist dette oppsettet opp generelt seg effektiv under en rekke omgivelsestemperatur forhold (3,5 ° C til 39 ° C).
Det er flere trinn i protokollen som er avgjørende for å oppnå en inkubator design passer til ens behov. Først er valg av de elektriske komponentene av inkubator. Alternative komponenter kan velges basert på pris eller lokal tilgjengelighet. Avhengig av materialet valgt og deres tekniske spesifikasjoner, kan inkubator ha endret forestillinger i forhold til resultatene som presenteres. En annen avgjørende skritt i protokollen er valget av shell materiale, som bør gjøres basert på forventet rekke temperaturer, lokale strømnett og tilgjengelighet av materialer. Ved lavere temperaturer (< 25 ° C), et skall laget av polystyrenskum eller en vanskelig kjøler boks anbefales å oppnå tildekket 37 ° c til 44,5 ° C. Basert på eksperimentelle data presenteres, disse angir ups kan forventes å nå innstilte på 45-96 minutter og forbruker 0.78 - 1.05 kWh / 24h i kalde miljøer (3,5 til 7.5 ° C). Pappeske med overlevelse teppe er ikke anbefalt for bruk ved lavere temperaturer siden dette setter opp aldri nådd en stabil plassert temperatur under eksperimentelle observasjon. Ved moderat omgivelsestemperatur (27 ° C) er noen av shell testet akseptabelt, med lik litt større strømforbruk observert i papp samleboksen opp. Ved høyere temperaturer (39 ° C) var inkubator design presenteres her utsatt for overoppheting hvis med mindre innstilte var enda høyere (dvs. 44,5 ° C). Derfor ville slike forhold kreve en kjøleenhet eller bruk i klima kontrollerte plass.
Kostnaden ved å bygge inkubator presenteres her var ca 300 USD når materialer ble hentet i Sveits. Men bli disse kostnadene vesentlig lavere i forskjellige steder, spesielt hvis frakt avgifter for de elektroniske komponentene kan holdes til et minimum. Endring av ulike komponenter beskrevet i protokollen kan ytterligere redusere kostnadene. Protokollen presenteres her er begrenset fordi det sammenligner tre shell materialet typer på to innstilte temperaturene, samt verifisering av mikrobiell vekst for E. coli bare. Fremtidig forskning bør teste egnetheten av denne inkubator design under et større utvalg av temperatur parametere og bruke ekstra mikrobiell indikator arter (f.eks Enterococcus) og patogener (f.eks salmonella, Vibrio cholerae). Fremtidig forskning bør også fokusere på utvikling av effektiv kjøling teknikker i inkubator, som ville tillate for bruk i svært varme miljøer (> 40 ° C).
Vi vet er det ingen andre kjente feltet inkubator som gir tilpasningsdyktig volumkapasitet og er lett demonterbart, mens resterende transportable og rimelig. Denne innovative alternativ til kommersielt tilgjengelig inkubatorer oppfyller behov for regjeringer og organisasjoner med vannkvalitet og andre kultur-baserte testing mål der noen laboratoriefasiliteter er tilgjengelige. Når sammenkoblet med enkel vannkvalitet prøveutstyr, kan denne inkubator hjelpe utøvere med begrenset kapasitet til å etablere permanent eller sesongmessige laboratorier til en rimelig pris. Ved å øke antallet laboratorier i avsidesliggende områder, blir tiltak for å gjennomføre vanlig vann kvalitet overvåking eller oppnå presis overvåking av systemoperasjoner stadig mer gjennomførbart.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Denne forskningen ble støttet av Swiss Direktoratet for utviklingssamarbeid og nå programmet finansiert av UK Aid fra UK Department for International Development (DFID) til fordel for utviklingsland (Væren koden 201880). Synspunkter og informasjon i det er ikke nødvendigvis de av eller godkjent av disse byråene, som aksepterer ikke ansvar for slike visninger eller informasjon eller stoler på dem. Forfatterne takker også Arnt Diener for hans bidrag til tidlig gjentakelser av polystyren skum inkubator prototypen.
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).
