Инкубатор — это устройство, используемое для выращивания и поддержания микробиологических культур или клеточных культур . Инкубатор поддерживает оптимальную температуру , влажность и другие условия, такие как содержание CO2 и кислорода в атмосфере внутри. Инкубаторы необходимы для многих экспериментальных работ в области 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 , газовый состав или вентиляцию внутри этой камеры.
Простейшие инкубаторы представляют собой изолированные коробки с регулируемым нагревателем, обычно до 60–65 °C (140–149 °F), хотя некоторые могут немного повышаться (обычно не более 100 °C). Наиболее часто используемая температура как для бактерий, таких как часто используемая E. coli , так и для клеток млекопитающих составляет приблизительно 37 °C (99 °F), поскольку эти организмы хорошо растут в таких условиях. Для других организмов, используемых в биологических экспериментах, таких как почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisiae , оптимальной является температура роста 30 °C (86 °F).
Более сложные инкубаторы могут также включать возможность понижения температуры (с помощью охлаждения) или возможность контроля влажности или уровня CO 2. Это важно при культивировании клеток млекопитающих, где относительная влажность обычно >80% для предотвращения испарения, а слегка кислый pH достигается путем поддержания уровня CO 2 5%.
От помощи в инкубации куриных яиц до предоставления ученым возможности понять и разработать вакцины от смертельных вирусов, лабораторный инкубатор видел многочисленные применения за годы своего использования. Инкубатор также обеспечил основу для медицинских достижений и экспериментальной работы в области клеточной и молекулярной биологии .
Хотя с момента появления примитивных инкубаторов, впервые использованных в Древнем Египте и Китае, произошло множество технологических достижений, основная цель инкубатора осталась неизменной: создание стабильной, контролируемой среды, благоприятной для исследований, изучения и выращивания растений.
Самые ранние инкубаторы были изобретены тысячи лет назад в Древнем Египте и Китае, где они использовались для поддержания куриных яиц в тепле. [1] Использование инкубаторов произвело революцию в производстве продуктов питания, поскольку позволило цыплятам вылупляться из яиц без необходимости в том, чтобы на них сидела курица, тем самым освободив кур для откладывания большего количества яиц за более короткий период времени. Как ранние египетские, так и китайские инкубаторы представляли собой по сути большие помещения, которые обогревались огнем, где служители переворачивали яйца через равные промежутки времени, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла.
Инкубатор был обновлен в XVI веке, когда Жан Батист Порта, опираясь на древнеегипетский дизайн, создал более современный инкубатор для яиц. Хотя ему в конечном итоге пришлось прекратить свою работу из-за испанской инквизиции, Рене-Антуан Фершо де Реомюр принял вызов в середине XVII века. [2] Реомюр обогревал свой инкубатор дровяной печью и контролировал его температуру с помощью термометра Реомюра, еще одного своего изобретения.
В 19 веке исследователи наконец начали осознавать, что использование инкубаторов может способствовать развитию медицины. Они начали экспериментировать, чтобы найти идеальную среду для поддержания запасов клеточных культур. Эти ранние инкубаторы были просто сделаны из стеклянных колпаков, в которых находилась одна зажженная свеча. Культуры помещались рядом с пламенем на нижней стороне крышки банки, а вся банка помещалась в сухую, нагретую печь.
В конце 19 века врачи осознали еще одно практическое применение инкубаторов: сохранение жизни недоношенных или слабых младенцев. Первый инкубатор для младенцев, использовавшийся в женской больнице в Париже, обогревался керосиновыми лампами . Пятьдесят лет спустя американский врач Юлиус Х. Гесс , которого часто считают отцом неонатологии, спроектировал электрический инкубатор для младенцев, который очень похож на инкубаторы для младенцев, используемые сегодня. [3]
Следующее новшество в технологии инкубаторов появилось в 1960-х годах, когда на рынке появился инкубатор CO2. [ 4] Спрос появился, когда врачи поняли, что они могут использовать инкубаторы CO2 для выявления и изучения патогенов, обнаруженных в биологических жидкостях пациентов. Для этого образец собирали и помещали на стерильную чашку и в инкубатор. Воздух в инкубаторе поддерживался на уровне 37 градусов по Цельсию, такой же температуры, как и у человеческого тела, а инкубатор поддерживал атмосферный уровень углекислого газа и азота, необходимый для стимуляции роста клеток.
В это время инкубаторы также начали использоваться в генной инженерии . Ученые могли создавать биологически важные белки, такие как инсулин, с помощью инкубаторов. Генетическая модификация теперь могла происходить на молекулярном уровне, помогая улучшить содержание питательных веществ и устойчивость к эпидемиям и болезням фруктов и овощей.
Инкубаторы выполняют множество функций в научной лаборатории. Инкубаторы обычно поддерживают постоянную температуру, однако часто в них встроены дополнительные функции. Многие инкубаторы также контролируют влажность. Встряхивающие инкубаторы используют движение для смешивания культур. Газовые инкубаторы регулируют внутренний газовый состав. Некоторые инкубаторы имеют средства циркуляции воздуха внутри них для обеспечения равномерного распределения температур. Многие инкубаторы, созданные для лабораторного использования, имеют резервный источник питания, чтобы гарантировать, что отключения электроэнергии не нарушат эксперименты. Инкубаторы изготавливаются в различных размерах, от настольных моделей до теплых комнат, которые служат инкубаторами для большого количества образцов.
