Введение
Устройство, используемое для выращивания и поддержания микробиологических или клеточных культур.
Инкубатор – это устройство, используемое для выращивания и поддержания микробиологических или клеточных культур. Инкубатор поддерживает оптимальную температуру, влажность и другие условия, такие как содержание CO2 и кислорода во внутренней атмосфере. Инкубаторы необходимы для большинства экспериментальных работ в клеточной биологии, микробиологии и молекулярной биологии и используются для культивирования как бактериальных, так и эукариотических клеток. Инкубатор состоит из камеры с регулируемой температурой. Некоторые инкубаторы также регулируют влажность, состав газов или вентиляцию внутри этой камеры. Самые простые инкубаторы представляют собой изолированные боксы с регулируемым нагревателем, обычно достигающим 60–65 °C (140–150 °F), хотя некоторые могут нагреваться и выше (обычно не более 100 °C). Наиболее часто используемая температура как для бактерий, таких как широко используемая E. coli, так и для клеток млекопитающих составляет примерно 37 °C (99 °F), поскольку эти организмы хорошо растут в таких условиях. Для других организмов, используемых в биологических экспериментах, таких как дрожжи Saccharomyces cerevisiae, оптимальной является температура роста 30 °C (86 °F). Более сложные инкубаторы могут также включать возможность понижения температуры (с помощью охлаждения) или контроль влажности и уровня CO2. Это важно при культивировании клеток млекопитающих, где относительная влажность обычно превышает 80% для предотвращения испарения, а слабокислая среда достигается поддержанием уровня CO2 на уровне 5%.
История лабораторного инкубатора
За годы своего существования лабораторный инкубатор нашёл множество применений – от помощи в вылуплении яиц до возможности для учёных понимать и разрабатывать вакцины против смертельных вирусов. Инкубатор также заложил основу для медицинских достижений и экспериментальных работ в области клеточной и молекулярной биологии. Несмотря на многочисленные технологические усовершенствования, произошедшие с момента появления первых примитивных инкубаторов в Древнем Египте и Китае, основное назначение инкубатора осталось неизменным: создание стабильной, контролируемой среды, способствующей исследованиям, изучению и культивированию.
Самые ранние инкубаторы
Самые ранние инкубаторы были изобретены тысячи лет назад в Древнем Египте и Китае, где их использовали для поддержания тепла куриных яиц. Использование инкубаторов совершило революцию в производстве продуктов питания, поскольку позволило цыплятам вылупляться из яиц без необходимости насиживания курицей, тем самым освобождая кур для откладки большего количества яиц за более короткий период времени. Как ранние египетские, так и китайские инкубаторы по сути представляли собой большие помещения, которые обогревались огнем, где дежурные регулярно переворачивали яйца для обеспечения равномерного распределения тепла.
В 16 и 17 веках
Инкубатор был усовершенствован в 16 веке, когда Жан Батист Порта, опираясь на древнеегипетские разработки, создал более современный инкубатор для яиц. Хотя ему в конечном итоге пришлось прервать свои исследования из-за испанской инквизиции, Рене Антуан Фершо де Реамур продолжил эту работу в середине 17 века. Реамур обогревал свой инкубатор дровяной печью и контролировал температуру с помощью термометра Реамура, еще одного его изобретения.
В XIX веке
В XIX веке исследователи наконец осознали, что использование инкубаторов может способствовать медицинскому прогрессу. Они начали экспериментировать, чтобы найти идеальную среду для поддержания клеточных культур. Эти первые инкубаторы представляли собой стеклянные колбы с одной зажженной свечой внутри. Клеточные культуры помещались рядом с пламенем на внутренней стороне крышки колбы, а вся колба ставилась в сухую, нагретую печь. В конце XIX века врачи обнаружили еще одно практическое применение инкубаторов: поддержание жизни недоношенных или ослабленных младенцев. Первый инкубатор для младенцев, использованный в женской больнице в Париже, обогревался керосиновыми лампами. Через пятьдесят лет американский врач Джулиус Х. Хесс, которого часто считают отцом неонатологии, разработал электрический инкубатор для младенцев, конструкция которого во многом соответствует современным моделям.
В 20-м веке
Следующее нововведение в технологии инкубаторов произошло в 1960-х годах, когда инкубатор CO2 был представлен на рынке. Спрос возник, когда врачи осознали, что могут использовать инкубаторы CO2 для идентификации и изучения патогенов, обнаруженных в биологических жидкостях пациентов. Для этого брался образец и помещался в стерильную чашку Петри, а затем в инкубатор. В инкубаторе поддерживалась температура 37 градусов Цельсия, соответствующая температуре человеческого тела, и поддерживался необходимый уровень углекислого газа и азота для стимуляции роста клеток. В это же время инкубаторы стали применяться и в генетической инженерии. Ученые могли создавать биологически важные белки, такие как инсулин, с использованием инкубаторов. Генетическая модификация теперь стала возможна на молекулярном уровне, что способствовало улучшению питательной ценности и устойчивости фруктов и овощей к вредителям и болезням.
Сегодня
Инкубаторы выполняют разнообразные функции в научной лаборатории. Обычно инкубаторы поддерживают постоянную температуру, однако часто в них предусмотрены дополнительные возможности. Многие инкубаторы также контролируют влажность. Инкубаторы с перемешиванием включают в себя механизм для смешивания культур. Газовые инкубаторы регулируют состав газа внутри. Некоторые инкубаторы оснащены системой циркуляции воздуха для обеспечения равномерного распределения температуры. Многие инкубаторы, предназначенные для лабораторного использования, имеют резервный источник питания, чтобы перебои в электроснабжении не прерывали эксперименты. Инкубаторы выпускаются в различных размерах – от настольных моделей до теплых комнат, которые используются в качестве инкубаторов для большого числа образцов.