Summary
이 종이 식 수의 미생물 시험에 대 한 적응력, 저가 및 이동식 인큐베이터를 구축 하기 위한 방법을 설명 합니다. 우리의 디자인 널리 자료에 근거 하 고 여전히 높은-엔드 실험실 기반 모델의 장점을 제공 하면서 다양 한 현장 조건에서 동작할 수 있습니다.
Abstract
Incubators 문화 기반 미생물 메서드를 막 여과 뒤에 식 수 품질 평가 대 한 경작의 범위에 대 한 필수적입니다. 그러나, 상용 인큐베이터 들은 비용이 많이 드는, 수송, 볼륨, 측면에서 유연 하지 하기 어려운 또는 로컬 필드 조건에 부실한 전기에 대 한 액세스 신뢰할 수 있다. 이 연구의 목적은 쉽게 사용할 수 있는 구성 요소를 사용 하 여 건설 수 있습니다 적응, 낮은-비용 및 이동식 인큐베이터를 개발 했다. 인큐베이터의 전자 핵심 처음 개발 되었다. 이러한 구성 요소 다음 세 가지 유형의 인큐베이터 포탄 (폴리스 티 렌 거품 상자, 하드 쿨러 상자, 및 생존 담요로 덮여 골 판지 상자)를 사용 하 여 주위 온도 조건 (3.5 ° C-39 ° C)의 범위에서 테스트 되었습니다. 전자 코어 설정된 온도, 내부 온도 안정성과 공간 분산, 전력 소비 및 미생물 성장에 도달 하는 데 필요한 시간 표준 실험실 인큐베이터에 대 등 한 성능을 보여주었다. 보육 설정 또한 효과적 (3.5 ° C와 27 ° C) 사이 중간 및 낮은 주위 온도에 있었고 높은 온도 (39 ° C)에서 인큐베이터 설정 온도 더 높은. 이 인큐베이터 프로토 타입은 저렴 한 비용 (< 300 USD)와 다양 한 재료와 볼륨에 적응. 떼어낼 구조를 쉽게 수송 수 있습니다. 그것은 그리드 전원 모두 설립된 실험실에서 또는 태양 에너지 또는 자동차 배터리에 의해 구동 하는 원격 설정에서 사용할 수 있습니다. 특히 수 질 모니터링에 대 한 리소스에 액세스가 제한 된 지역에서 현장 실험실을 위한 장비 옵션으로 유용합니다.
Introduction
미생물 오염 물질의 검출을 위한 문화 기반 메서드는 상태--예술의 산업화 모두 수 질 분석 및 개발 도상국1,2는. 미생물은 많은 환경에 존재 하 고 최적의 성장 위한 다른 온도 조건이 필요로. 따라서 온도 안정 보육 환경을 만들고 식 수에 관심사의 미생물 오염 물질의 믿을 수 있는 탐지를 위한 전제 조건입니다. 세계 보건 기구에 따르면 대장균 (대장균) (또는 양자 택일로, thermotolerant 대장균 (TTC))는 식 수3분 변 오염의 가장 적합 한 지표. 이러한 생물의 이루어져 있다, 예를 들어 멤브레인 막의 외피 35-37 ° C (대장균) 또는 44-45 ° C (TTC)3에서 선택적 미디어 다음을 통해 100 mL 물 샘플을 필터링.
문화 기반 방법의 응용 프로그램 필드 기반 최근 몇 년 동안에 점점 관련 되 고 있습니다. 지속 가능한 개발 목표 6, 대상 6.1에서 정부는 국가 수준4에서 식용 수의 정기적으로 보고서 세균 품질에 최선을 다하고 있다. 이러한 공중 보건 감시 노력 뿐만 아니라 물 인프라의 운영 모니터링 정기적으로 로컬 또는 지역 레벨5에서 착수 된다. 이러한 감시와 모니터링 캠페인 필요한 실험실 인프라는 부족 또는 사용할 수 없는 원격 위치에 자주 있습니다. 6 마찬가지로, 문화 기반 방법은 널리 이용 된다 의료 진단 및 미생물 연구 지역 병원 및 연구 기관 한정 된 자원에 의해 도전 될 수 있습니다 및 불안정 한 전원 공급 장치7.
위의 상황에서 기존의 인큐베이터 들은 부적절 하거나 사용할 수 없게 합니다. 대신, 입력란 incubators 개발 되었으며, 특히, 예를 들어, Aquatest 프로젝트8, 브리스톨 대학, 영국; 실험실 밖에 서 사용 DelAgua9, 말보로, 영국; 또는 Aquagenx10북캐롤라이나의 대학, 미국. 그러나,이 장치는 상대적으로 작은 볼륨을 동시에 처리 될 수 있는 샘플의 수를 제한 하는 따라서. 입력란 incubators 시장에는 또한 작동 하도록 설계 되지에서 매우 낮은 (< 20 ° C) 또는 매우 높은 (> 40 ° C) 온도 조건, 어려운 사막이 나 고산 환경에 그들의 사용을 만들기. 추가 대체 솔루션 요구르트 만들기 기기11, 몸 벨트, 및 위상 변화 incubators12포함 됩니다. 그러나, 이러한 파격적 incubators 신뢰할 기능 또는11운영에 부담이 되지.
따라서 현장 응용에 적합 하면서 실험실 기반 모델 (간편한 사용, 큰 볼륨 및 온도 정밀도)의 이점을 제공 하는 보육에 대 한 필요는 (낮은-비용, 쉽게 수송 및 유지, 견고성에는 주변 온도, 에너지 효율, 그리고 간헐적으로 탄력 전원 공급의 범위) (표 1). 이 프로토콜의 목적은 널리 자료를 사용 하 여 기존 및 필드 기반 모델의 장점은 최적화 하도록 설계 된 저비용 인큐베이터의 제작 과정을 자세히 설명 하는 것입니다.
| 특성 | 실험실 기반 | 필드 | 최적화 |
| 사용자 친화적인 디자인 |  |
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| 큰 용량 | |
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| 주변 온도의 넓은 범위에 강력한 | |
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| 일정 한 온도 유지 | |
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| 저렴 한 비용 | |
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| 쉽게 수송 | |
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| 에너지 효율 | |
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| 간헐적인 전원 공급 장치에 탄력 | |
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표 1: 상용 인큐베이터 (실험실 기반 및 필드)와 최적화 된 접근의 특성.
다음 어셈블리 프로토콜 필요한 재료와 인큐베이터를 구축 하기 위한 단계를 지정 합니다. 그것은 4 단계로 구성 되어있다: 첫째, 난방 단위;의 조립 두 번째, 조립 제어 장치; 셋째, 조립 인큐베이터 전기 코어; 그리고는 인큐베이터의 네 번째, 조립입니다. 이 프로토콜의 인큐베이터, 인큐베이터 껍질의 다양 한 사용할 수 있는 전자 코어의 건설에 설명 합니다. 프로토콜 및 그들의 기술 사양에 사용 되는 모든 부품의 전체 목록에 대 한 테이블의 자료 를 참조 하십시오. 프로토콜 아래의 필드 인큐베이터의 기능 예를 선물 하지만 전기적 요구 사항을 충족으로 다른 부품의 유연한 사용이 가능 하다. 다른 구성 요소를 사용 하 여 인큐베이터의 성과 영향을 미칠 수 있습니다. 건설 및 전기 부품의 배선 전기 분야에 숙련 된 사람에 의해 수행 될 것이 좋습니다.
Protocol
1. 난방 장치
- 다음 구성 요소 (그림 1) 수집:
필요한 앵커리지 구멍 판 (280 x 250 m m)를 지원
축 팬 (60 x 60 x 25 m m); 2 x
스페이서 (길이 20 m m, 내부 지름 4.25 m m (M4)); 4 x
3 핀 광택 터미널
나사 너트 (M4); 4 x와 (M3); 1 x
세탁기 (M4); 8 x와 (M3); 1 x
나사 (M4); 4 x와 (M3); 1 x
그림 1: 난방 장치의 개별 구성 요소. 
플레이트, 지원 
축 팬, 
스페이서, 
광택 터미널 
너트, 나사 
와셔 및 
나사. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 지원 플레이트에 필요한 구멍 (그림 2) 드릴 축 팬 들을 확보 하 여 광택 터미널 뿐만 아니라 (그림 1).
그림 2: 지원 플레이트의 회로도. 축 팬 들 뿐만 아니라 광택 터미널을 해결 하기 위해 지원 플레이트에 앵커리지 구멍을 드릴을 표시. 거리는 밀리미터에 부여 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 축 팬 앵커 지원 플레이트에 센터에서 두 개의 M4 나사, 나사 너트와 와셔 그림 3 에서 같이 , , 팬 당. 스페이서를 사용 하 여 팬 들 및 지원 플레이트 (그림 3) 사이의 거리를 두고.
- 앵커 광택 터미널 지원 플레이트에 M3 나사, 나사 너트와 와셔를 사용 하 여. 보안 케이블 팬 들. (그림 3)입니다.
- 광택 단말기와 팬 케이블을 연결 합니다. 함께 각 팬의 긍정적인 케이블 및 각 팬 함께 (그림 3)의 부정적인 케이블을 연결 합니다. 속도 센서가 필요 하지 않습니다.
그림 3: 지원 플레이트에 고정 축 팬. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
참고: 언급 된 케이블 색상 그림에 사용 되는 것에 해당 합니다. 케이블 색상 사용 되는 재료에 따라 변경 될 수 있습니다.
2. 제어 장치 (전원 공급 장치)
- 다음 구성 요소를 수집.
보편적인 인클로저 (여기 200 x 120 x 60 m m, 그러나 크기에 따라 달라 집니다 DC/DC 컨버터 및 PID 온도 컨트롤러의 크기)
에/오프 스위치
DC/DC 컨버터, 입력된 전압 범위 9-36V, 출력 전압 12V
PID 온도 컨트롤러, 12-35 V/DC 동작 전압
케이블 동맥, M12 x 15 m m, 2-7.5 m m 범위 클램핑 (또는 케이블 사용)
온도 센서, Pt100
AC 전원 공급 장치
참고: 인큐베이터는 배터리 또는 전원 전원 공급 장치에 연결할 수 있습니다. 주 동작의 경우 AC 전원 공급 장치가 필요 하 고 단위는 독점적으로 전원에 연결 하는 경우 DC/DC 컨버터는 필수. 배터리 작동 하는 경우 DC/DC 컨버터는 것이 좋습니다 하 고 2 선 케이블은 AC 전원 공급 대신 필요. 이 프로토콜은 DC/DC 컨버터 및 AC 전원 공급 장치 버전을 제공합니다. 인큐베이터 전기 코어의 전기 다이어그램은 보충 자료 (그림 S1)에 상세 하다. - 드릴 및 퍼즐, 또는 해당 도구 (그림 4)와 함께 인클로저에 PID 온도 컨트롤러, 온/오프 스위치, 및 케이블 땀 샘에 대 한 채용을 밀.
케이블 동맥, M12 x 15 m m, 2-7.5 m m 범위 클램핑 (또는 케이블 사용)
온도 센서, Pt100
AC 전원 공급 장치
그림 4: 범용 케이스의 회로도. (a) 온도 컨트롤러를 표시 
온/오프 스위치, 
및 케이블 땀 샘 
유니버설 인클로저에; 거리는 밀리미터에 부여 됩니다. (b) 유니버설 인클로저의 3D 보기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 온/오프 스위치에 DC/DC 컨버터를 연결: 온/오프 스위치와 AC 전원 어댑터에 부정적인 케이블에 AC 전원 어댑터의 긍정적인 케이블 연결에서 "-Vin" DC/DC 컨버터 (그림 5)의.
- + Vin"DC/DC 컨버터 (그림 5)의 온/오프 스위치를 연결 하는 케이블을 사용 합니다.
그림 5: 탑재 장치 제어 보편적인 인클로저 
DC/DC 컨버터와 
PID 온도 컨트롤러에 연결 된 
온/오프 스위치 및 
. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 케이블을 연결 합니다 난방 단위에서 PID 온도 컨트롤러 (그림 6) 다음과 같이:
- 터미널 "1" PID 온도 컨트롤러의 "DC-" 철사 난방에서 연결 장치 연결에는 "-Vout" DC/DC 컨버터의 터미널.
- 연결에서 "DC +" 와이어 터미널 "4"는 PID 온도 컨트롤러의 터미널 "2"로 PID 온도 조절기의 난방 장치 하려고 (참조 3.2 포인트).
- "2"는+ Vout"터미널 DC/DC 컨버터의 PID 온도 컨트롤러의 터미널을 연결 합니다.
- PID 온도 컨트롤러의 터미널 "5"가 난방 장치에 "명령" 와이어를 연결 합니다. (참조 포인트 3.2).
- "10", "11", "12" 터미널에 온도 센서를 연결 합니다.
참고: 온도 센서의 빨간색 케이블 터미널 "11" PID 온도 컨트롤러의에 연결 해야 합니다.
- Velcro 테이프를 케이스의 하단에는 DC/DC 컨버터를 고정 하 고 보편적인 인클로저를 닫습니다.
그림 6: PID 온도 컨트롤러와 DC/DC 컨버터의 연결 케이블. DC/DC 컨버터 , PID 온도 컨트롤러 , 인큐베이터 (케이블 A)과 온도 센서 (케이블 B)에 연결에 연결. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
참고: 사용 하는 PID 온도 컨트롤러 단말기의 기능 표 2에 주어진 다.
| PID 온도 컨트롤러 터미널 | 함수 |
| 터미널 "1" | 입력 공급 + |
| 터미널 "2" | 전원 입력- |
| 터미널 "4" | 제어 출력 공통 연락처 |
| 터미널 "5" | 제어 출력 개방 접점 |
표 2: PID 온도 컨트롤러 터미널에 해당 기능을 합니다.
3입니다. 어셈블리의 인큐베이터 전기 코어
- 다음 구성 요소를 수집.
섹션 1에서에서 난방 장치
섹션 2에서에서 제어 장치
난방 필름, 자동 접착, 100 x 200 m m, 12 V/20 W, 2 x - (그림 7)을 다음과 같이 난방 장치에 제어 장치에서 연결 케이블을 연결:
- "DC-" 난방 포 일의 각 한 지휘자와 제어 장치에서 와이어 및 각 팬의 부정적인 와이어를 연결 합니다.
- 각 팬의 긍정적인 케이블 제어 장치에서 오는 "DC +" 와이어를 연결 합니다.
- 난방 포 일의 나머지 두 명의 도선에 제어 장치에서 "명령" 와이어를 연결 합니다.
그림 7: 포 일 난방의 연결 케이블 
PID 온도 컨트롤러와. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
참고: 완료 필드 인큐베이터 전기 코어 인큐베이터의 그림 8에 표시 됩니다.
그림 8: 완전 한 필드 인큐베이터 전기 코어. 난방 장치 , 제어 장치 온도 프로브 . 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
4입니다. 인큐베이터의 조립
- 다음 구성 요소를 수집.
인큐베이터 전기 코어
인큐베이터 셸 (여기는 폴리스 티 렌 거품 상자, 하지만 단열재의 모든 유형의 상자 만들 수 있습니다)
랙 지원 (여기는 금속 랙, 그러나 다른 물자 일 수 있다) - (그림 9)를 다음과 같이 함께 인큐베이터 컴포넌트를 배치할:
- 인큐베이터 (문)의 오프닝 측면에 위치 하 고 있습니다 있도록 인큐베이터 포탄을 측면에 놓습니다.
- 인큐베이터 포탄의 바닥에 난방 장치 지원 플레이트를 놓습니다.
- 지원 랙을 랙 지원과 난방 장치 사이 10 cm의 최소의 공간을 떠나 난방 장치 위에 놓습니다.
- 온도 프로브를 지원 선반에 놓고 인큐베이터에 그것을 확보 합니다.
- 케이블 (그림 9)의 항목에 대 한 있도록 인큐베이터의 구멍을 드릴 합니다.
- 인큐베이터 전원에 연결 합니다.
- 인큐베이터를 켜고 PID 온도 컨트롤러의 설정을 조정 (세부 설정에 대 한 보충 자료의 테이블 s 1 참조).
그림 9: 완전 한 필드 인큐베이터. (왼쪽) 열고 (오른쪽) 폐쇄. 난방 장치 , 랙 지원 , 온도 프로브 , 제어 장치 
, 인큐베이터 쉘 
및 케이블 인큐베이터 셸 (원된 지역)에 대 한 구멍. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
참고: 인큐베이터의 껍질 재료의 모든 종류의 상자를 하실 수 있습니다. 단 열 재료를 사용 하는 것이 좋습니다 그리고 상자는 열 분산을 피하기 위해 단단히 닫습니다. 지원 랙 랙, 열 축적을 피하기 위하여 큰 구멍을 포함 해야 하 고 재료 금속 또는 다른 (예: 플라스틱) 될 수 있습니다.
Representative Results
강력한 필드 인큐베이터의 신뢰성은 다양 한 조건에서 설정된 온도 유지 하는 능력에 속 인 다. 다양 한 보육 체제의 성능 모니터링, 다음 측정 되었다: 전력 소비 작업, 내부 온도 안정성 이상 24 이상 24 시간, 설정된 온도, 문을 여는 1 분의 효과 도달 하는 데 필요한 시간 운영 시간, 및의 대장균 성장 관찰. 부 화기 내부 온도 4 온도 기록 장치 (지원 선반, 벽, 탑, 성장 플레이트 내부) 구조에서 서로 다른 위치에 배치와 함께 매 순간을 측정 했다. 설정된 온도 모든 측정 플러스 또는 마이너스 2 ° C 때 달성 될 여겨졌다의 보육에 대 한 허용 범위는 대장균. 13
전자 핵심 세 가지 유형의 포탄, 많은 국가에서 일반적으로 발견 되는 재료를 사용 하 여 테스트를 했다: 발포 폴리스 티 렌 상자 (78 리터), 단단한 플라스틱 쿨러 상자 (30 리터), 그리고 골 판지 상자 생존 담요 (46 리터) ( 로 덮여 그림 10). 커버 하기 위해 다양 한 분야에서 경험 될 수 있는 주변 환경, 이러한 보육 업 3 주변 온도에서 시험 되었다: 주변 (약 27 ° C), 감기 (약 3.5 ° C와 7.5 ° C) 뜨거운 (약 39 ° C). 성능 측정 설정 내부 온도 37 ° C와 44.5 ° C에서 테스트 되었습니다.
인큐베이터에 설정된 온도 도달 시간 온도 인큐베이터 껍질의 재료에 의해 좌우 되었다. 약 27 ° C의 주위 온도에 3 incubators 설정 (그림 11a 및 그림 12a)와 비슷한 시간에 설정된 온도 (37 ° C와 44.5 ° C) 도달 및 표준 보육 (표 3)의 성능 비교. 추운 환경 (3.5 ° C와 7.5 ° C), 두꺼운 껍질, 즉, 폴리스 티 렌 거품 및 쿨러 상자, 인큐베이터 비슷한 시간; 대상 설정된 온도 (37 ° C와 44.5 ° C) 도달 약 4 배 이상 27 ° C의 온도에서 그것의 낮은 절연 생존 담요로 골 판지 상자 완벽 하 게 차가운 온도 조건 (그림 11b와 그림 12b)에서 설정된 온도 도달. (39 ° C)의 따뜻한 환경에서 3 개의 인큐베이터 업 10 분 (그림 12 c) 44.5 ° C의 목표 온도 도달. 그러나 때 설정된 온도 37 ° c, 즉, 주위 온도 보다 낮은 인큐베이터의 모든 3 개의 인큐베이터에 대 한 과열에 따른 온도 낮출 수 설정 ups (그림 11c).
주위 온도 인큐베이터 쉘 유형의 문을 여는 인큐베이터의 1 분의 영향을 영향을 받습니다. 열 손실 추운 환경에 더 큰 되었고 내부 설정된 온도 회복 시간이 설정 온도 적이 있었다 (그림 13b , 14b 그림)를 도달 하는 있는 골 판지 상자 인큐베이터를 제외 하 고, 더 이상 했다. 따뜻한 환경에서 열 손실을 제한 및 온도 (그림 13ac 및 그림 14ac) 10 분 미만에 복구 했다 세트를 했다. 39 ° C의 주위 온도와 설정된 온도 37 ° C의 문을 여는 않았다 하지 발생도 인큐베이터 (그림 13c)의 과열 감소.
전력 소비는 추운 환경 설정된 온도 증가 함께 증가. 더 나은 절연 인큐베이터 포탄 (폴리스 티 렌 거품과 쿨러 상자) 골 판지 상자 인큐베이터에 비해 감소 된 전력 소비를 보였다. 비슷한 환경 (주위 온도 약 27 ° c)에서 표준 incubators 보다 3 보육 업 소비 0.22 0.52 kWh/24 시간 더 적은 에너지 (표 3) 테스트.
인큐베이터에서 온도 이상 24 시간 보육 포탄 및 주위 온도 테스트 (그림 13 및 그림 14)의 모든 유형으로 안정 유지. 인큐베이터에서 온도 기록 장치의 위치에 따라 측정 된 온도가 설정된 온도에 비해의 약간의 변화가 관찰 되었다. 설정된 온도 (37 ° C) (그림 13c) 보다 따뜻한 대기 온도 (39 ° C)와 함께 테스트를 제외 하 고 온도 있는 변이 대장균 외피의 2 ° C 허용 범위 내에서 모든 했다.
모든 테스트는 대장균 과 총 coliform 측정 자료 (성장 판에 멤브레인 필터)의 수행 했다. 샘플의 복제 각 인큐베이터 설치 및 비교에 대 한 표준 인큐베이터에 배치 했다. 모든 설정 및 조건, 대장균 및 총 coliform 성장 성공적이 고 성장 표준 인큐베이터에서 관찰에 비교 했다. 인큐베이터 구성 및 온도 조건 시험 결과 요약 표 3에 표시 됩니다.
| 테스트 1: 온도 설정 하는 시간 |
테스트 2: 쪽 문 1 분 여 |
테스트 3: 24 시간 동안 전력 소비 |
테스트 4: 24 시간 기간 동안 온도 편차 |
테스트 5: 대장균 성장 관찰 |
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| 주위 온도 | 설정된 온도 | (최소) | 최대 손실 온도 (° C); 설정된 온도 (분)을 복구 하는 시간 | (kWh/24 h) | 절대 최대 온도 (° C); 절대 최소한의 온도 (° C) * | (예 / 아니요) | |
| 발포 폴리스 티 렌 상자 | 3.5 ° C | 37 ° C | 45 | 10 ° C; 17 분 | 0.78 | 37. 35.5 | 예 |
| 7.5 ° C | 44.5 ° C | 74 | 16.5 ° C; 31 분 | 0.89 | 44.5; 42.5 | ND† | |
| 27 ° C | 37 ° C | 12 | 2.5 ° C; 3 분 | 0.28 | 37.5; 36.5 | 예 | |
| 44.5 ° C | 20 | 4.5 ° C; 7 분 | 0.43 | 44.5; 43.5 | ND† | ||
| 39 ° C | 37 ° C | 0 (과열) | 2 ° C; 0 분 (과열) | 0.11 | 42.5; 42 | 예 | |
| 44.5 ° C | 7 | 3.5 ° C; 5 분 | 0.17 | 45; 43.5 | ND† | ||
| 하드 쿨러 상자 | 3.5 ° C | 37 ° C | 54 | 8 ° C; 10 분 | 0.86 | 37.5; 36 | 예 |
| 7.5 ° C | 44.5 ° C | 96 | 12 ° C; 30 분 | 1.05 | 45; 43 | ND† | |
| 27 ° C | 37 ° C | 13 | 1.5 ° C; 0 분 | 0.27 | 37.5; 36.5 | 예 | |
| 44.5 ° C | 25 | 2 ° C; 4 분 | 0.50 | 45; 43.5 | ND† | ||
| 39 ° C | 37 ° C | 0 (과열) | 1 ° C; 0 분 (과열) | 0.11 | 43. 42.5 | 예 | |
| 44.5 ° C | 9 | 4 ° C; 3 분 | 0.19 | 45.5; 44.5 | ND† | ||
| 생존 담요로 골 판지 상자 | 3.5 ° C | 37 ° C | (안정적인 온도 109 분 후)에 도달 하지 | 6.5 ° C; 30 분 후 안정적인 온도 | 1.24 | 33.5; 30.5 | 예 |
| 7.5 ° C | 44.5 ° C | (안정적인 온도 120 분 후)에 도달 하지 | 8 ° C; 20 분 후 안정적인 온도 | 1.28 | 36.5; 32 | ND† | |
| 27 ° C | 37 ° C | 15 | 2.5 ° C; 6 분 | 0.42 | 36.5; 35.5 | 예 | |
| 44.5 ° C | 24 | 3 ° C; 8 분 | 0.70 | 44.5; 42.5 | ND† | ||
| 39 ° C | 37 ° C | 0 (과열) | 1.5 ° C; 0 분 (과열) | 0.11 | 41.5; 40 | 예 | |
| 44.5 ° C | 9 | 2 ° C; 0 분 | 0.20 | 45; 43.5 | ND† | ||
| 표준 보육 | 27 ° C | 37 ° C | 18 | 1 ° C; 0 분 (과열) | 0.64 | 38.5; 36 | ND† |
| 44.5 ° C | 23 (과열) | 2.5 ° C; 0 분 | 0.95 | 47.5; 43.5 | ND† |
표 3: 인큐베이터 구성 및 온도 조건에 대 한 결과 요약 테스트. * 테스트 4: 절대 최대와 최소 온도 안정 기간, 즉, 파괴적인 이벤트 (문을 여는 설정된 온도 도달 하는 시간)의 끝 후 10 분에서 동안 기록. † ND: 데이터, 테스트 실행 되지 않습니다.
그림 10: 인큐베이터 포탄 테스트. (위쪽 행)을 열고 폐쇄 (아래쪽 행). 발포 폴리스 티 렌 상자 (왼쪽된), 두께 3.5 c m, 외부 차원 39 x 56 x 36 cm; 하드 플라스틱 쿨러 상자 (가운데), 두께 2.5 c m, 외부 크기 32 x 41 x 47 cm; 골 판지 상자 (오른쪽) 12 µ m 두께의 표준 생존 담요로 덮여 접혀 두 번, 외부 크기 30 x 42 x 37 cm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 11: 다른 주위 온도 조건 하에서 인큐베이터 설정의 설정된 온도 (37 ° C) 도달 하는 시간. 스티로폼 상자, 하드 쿨러 상자 및 골 판지 상자 쉘 incubators의 생존 담요로 덮여. 에 방 온도 (a), 차가운 온도 (b), 고 따뜻한 온도 (c). 온도 인큐베이터의 지원 선반에 기록. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 12: 다른 주위 온도 조건 하에서 인큐베이터 설정의 설정된 온도 (44.5 ° C) 도달 하는 시간. 스티로폼 상자, 하드 쿨러 상자 및 골 판지 상자 쉘 incubators의 생존 담요로 덮여. 에 방 온도 (a), 차가운 온도 (b), 고 따뜻한 온도 (c). 온도 인큐베이터의 지원 선반에 기록. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 13: 24 시간 동안 고 문 다른 주위 온도 조건 하에서 여의 효과 통해 온도 변화. 37 ° C의 온도 설정 폴리스 티 렌 거품 상자, 하드 쿨러 상자 및 골 판지 상자 쉘 incubators의 생존 담요로 덮여. 에 방 온도 (a), 차가운 온도 (b), 고 따뜻한 온도 (c). 동그라미 지역 문 1 분 여에 따른 온도 변화를 보여줍니다. 온도 인큐베이터의 지원 선반에 기록. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 14: 24 시간 동안 고 문 다른 주위 온도 조건 하에서 여의 효과 통해 온도 변화. 44.5 ° C의 온도 설정 폴리스 티 렌 거품 상자, 하드 쿨러 상자 및 골 판지 상자 쉘 incubators의 생존 담요로 덮여. 에 방 온도 (a), 차가운 온도 (b), 고 따뜻한 온도 (c). 동그라미 지역 문 1 분 여에 따른 온도 변화를 보여줍니다. 온도 인큐베이터의 지원 선반에 기록. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 S1: 인큐베이터 전기 코어 와이어의 전기 다이어그램. 주 동작 및 배터리 운영을 위한 대안 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 매개 변수 | 선택한 값 | |||||
| 1 | 제어 출력의 유형 | 제어 1 분기 / 2 분기 알람 | ||||
| 2 | 연결 된 센서의 종류 | Pt100 (140 ° c-200) | ||||
| 3 | 하 한 설정치 값 선택 가능 | 0 | ||||
| 4 | 상한 설정치 값 선택 가능 | 50 | ||||
| 5 | 컨트롤의 형식 | 난방 | ||||
| 6 | ON/OFF 히스테리시스 또는 P.I.D. 제어를 위한 데드 밴드 | 0 | ||||
| 7 | 단위로 표현 하는 과정의 비례 대역폭 (° C 경우 온도) | 1 | ||||
| 8 | 정수 계열 시간입니다. 초로 표현 하는 과정의 소외감 | 80.0 | ||||
| 9 | P.I.D.에 대 한 파생 시간 | 20.0 | ||||
| 10 | 시간 비례 시키기 출력 주기 시간 | 10 | ||||
| 11 | 정면 키보드 설정치 값의 수정 허용/거부 | 모든 설정값의 변경 허용 | ||||
| 12 | 소프트웨어 필터입니다. 리딩을 비교 계산의 수 가치 SPV 태양광 | 10 | ||||
| 13 | 학위의 종류 | ° C | ||||
| 14 | 액체 냉각의 유형 | 공기 | ||||
테이블 S1: PID 온도 컨트롤러 설정. 디스플레이 설정 값; 인큐베이터를 실행 하는 필요 하지 않은 다른 매개 변수는 기본값으로 남아 있었다.
Discussion
지속 가능한 개발 목표 6.1에서 모니터링 사례는 적은 설립된14원격 농촌 지역에 특히 수 질 샘플링에 대 한 수요가 증가 하고있다. 정기적으로 수 질이이 설정에서 테스트를 구현 하는 주요 장벽을 실험실 미생물 방법6을 지 원하는 가난한 액세스입니다. 이 문서는 신뢰할 수 있는 인큐베이터는 상대적으로 저렴 하 고 광범위 하 게 사용할 수 있는 소재로 건설에 대 한 메서드를 제공 합니다. 전기 구성 요소는 비교적 소스 모이게 쉬운, 전문 제한 된 요구. 또한, 인큐베이터 쉘 디자인은 유연 하며 따라서 로컬로 사용 가능한 재료에서 건설할 수 있다. 이것은 특히 수하물 공간 무 겁 고 부피가 큰 쉘에 대 한 필요 하지 않습니다 이후 원격 위치에 여행에 대 한 바람직한입니다. 사용 하는 쉘에 따라 인큐베이터의 볼륨도 적응력이 이며 특정 샘플 크기에 맞게 크기를 조정할 수 있습니다. 표시 설정 사용된에-및 오프-그리드, 정전 또는 신뢰할 수 있는 전기 공급의 부재를 강력 하 게 될 수 있습니다. 특정 디자인 제한, 관찰 되었다을이 설정 일반적으로 주위 온도 조건 (3.5 ° C ~ 39 ° C)의 범위 내에서 효과적인 것으로 입증.
하나의 요구에 적합 한 보육 디자인을 달성 하기 위한 중요 한 프로토콜의 여러 단계가 있습니다. 첫 번째는 인큐베이터의 전기 부품의 선택 이다. 대체 구성 요소는 로컬 가용성 또는 가격에 따라 선택할 수 있습니다. 선택 재료 및 그들의 기술 사양에 따라 인큐베이터 공연 발표 결과 비교 하 여 변경 수 있습니다. 또 다른 중요 한 단계는 프로토콜에서 주변 온도, 로컬 전원 공급 장치, 및 물자의 가용성의 예상된 범위에 따라 이루어져야 하는 쉘 소재의 선택입니다. 낮은 주위 온도 (< 25 ° C), 쉘 폴리스 티 렌 거품의 건설 또는 하드 쿨러 상자는 44.5 ° c 37 ° C의 설정된 온도 달성 하는 것이 좋습니다. 실험 데이터를 바탕으로,이 설정 ups 하 45-96 분에 설정된 온도 도달 하 고 소비 하는 0.78-예상 될 수 있다 1.05 kWh/24 h 추운 환경 (3.5-7.5 ° C). 생존 담요로 골 판지 상자 권장 하지 않습니다 낮은 주위 온도에 사용 하기 위해이 설정 결코 도달 이후 안정적인 실험 관찰 기간 동안 온도 설정. 적당 한 온도 (27 ℃)에서 테스트 쉘 종류의 약간 큰 비슷한 전력 소모를 골 판지 박스 세트에 대 한 관찰, 사용할 수 있습니다. 높은 주변 온도 (39 ° C), 인큐베이터 디자인 여기에 제시 된 설정된 온도 더 높은 (즉, 44.5 ° C) 하지 않는 경우에 과열 하는 경향이 있었다. 따라서, 같은 조건 것 이다 냉각 장치를 필요로 하거나 기후 제어 공간에서 사용.
여기에 제시 된 인큐베이터 건설 비용 약 300 달러 때 자료 스위스에 공급 했다. 그러나, 이러한 비용은 상당히 낮은 다른 위치, 특히 경우 전자 핵심 구성 요소에 대 한 배송료는 최소로 유지 될 수 있을 수 있습니다. 수정 프로토콜에서 설명 하는 다양 한 부품의 추가 비용을 줄일 수 있습니다. 대장균 에 대 한 미생물 성장만의 확인 뿐만 아니라 두 개의 설정된 온도에 3 쉘 소재 종류 비교는 여기에 제시 된 프로토콜 제한 됩니다. 미래 연구는이 인큐베이터 디자인 온도 매개 변수 및 추가 미생물 지표 종 (예를 들어, Enterococcus) 및 병원 체 (예: 살 모 넬 라, 비 브리 오 를 사용 하 여 더 큰 범위에서의 적합성을 테스트 해야 합니다. cholerae). 미래 연구 또한 매우 따뜻한 환경 (> 40 ° C)에서 사용에 대 한 허용 인큐베이터 내에서 효과적인 냉각 기술의 개발에 집중 해야 한다.
우리의 지식, 적응력이 볼륨 용량을 제공 하 고 수송 하 고 저렴 하면서 쉽게 dismountable는 다른 없음 알려진된 필드 인큐베이터가입니다. 이 혁신적인 대안을 상용 incubators 정부 및 수 질 및 다른 문화 기반 테스트 목표 몇 실험실 시설 사용할 수 있는 조직에 대 한 필요 충족. 간단한 수 질 테스트 장비와 결합 하는 때이 인큐베이터는 합리적인 비용에 영구 또는 계절 연구소 설립 제한 용량 실무자를 도울 수 있다. 원격 지역에 연구소의 수를 증가, 일반 수 질 감시를 실시 하거나 시스템 작업의 정확한 모니터링 달성 노력 점점 실현 될 것입니다.
Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 연구 개발 협력 및 개발 도상국 (양자리 코드 201880)을 위하여 국제 개발 (DFID)를 위한 영국 부에서 영국 원조에 의해 자금 도달 프로그램 위한 스위스 기관에 의해 지원 되었다. 표현 및 그것에 포함 된 정보 또는 되지 않습니다 반드시 그들의 그러한 뷰 또는 정보에 대 한 또는 결과로 그들에 대 한 책임을 받아들일 수 있는 이러한 기관에 의해 승인. 저자는 또한 폴리스 티 렌 거품 인큐베이터 프로토 타입의 초기 반복에 기여한 Arnt Diener를 감사합니다.
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
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