Инкубатор — это устройство, используемое для выращивания и поддержания микробиологических культур или культур клеток . В инкубаторе поддерживается оптимальная температура , влажность и другие условия, такие как содержание CO 2 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 , состав газа или вентиляцию внутри камеры.
Простейшие инкубаторы представляют собой изолированные коробки с регулируемым нагревателем, температура которого обычно достигает 60–65 °C (от 140 до 149 °F), хотя в некоторых может быть немного выше (обычно не более 100 °C). Наиболее часто используемая температура как для бактерий, таких как часто используемая кишечная палочка , 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 почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisiae , оптимальной является температура роста 30 °C (86 °F).
Более сложные инкубаторы могут также включать возможность снижения температуры (посредством охлаждения) или способность контролировать влажность или уровень CO 2 . Это важно при культивировании клеток млекопитающих, где относительная влажность обычно составляет >80% для предотвращения испарения, а слегка кислый pH достигается за счет поддержания уровня CO 2 на уровне 5%.
Лабораторный инкубатор за годы своего использования нашел множество применений: от помощи в высиживании куриных яиц до предоставления ученым возможности понять и разработать вакцины от смертельных вирусов. Инкубатор также обеспечил основу для медицинских достижений и экспериментальной работы в области клеточной и молекулярной биологии .
Несмотря на то, что с тех пор, как примитивные инкубаторы впервые использовались в Древнем Египте и Китае, произошло множество технологических достижений, основная цель инкубаторов осталась неизменной: создать стабильную, контролируемую среду, способствующую исследованиям, изучению и выращиванию.
Самые ранние инкубаторы были изобретены тысячи лет назад в Древнем Египте и Китае, где их использовали для поддержания тепла куриных яиц. [1] Использование инкубаторов произвело революцию в производстве продуктов питания, поскольку позволило цыплятам вылупляться из яиц, не требуя, чтобы на них сидела курица, что позволило курам откладывать больше яиц за более короткий период времени. И ранние египетские, и китайские инкубаторы представляли собой большие помещения, отапливаемые огнем, где обслуживающий персонал регулярно переворачивал яйца, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла.
Инкубатор был обновлен в 16 веке, когда Жан Батист Порта использовал древнеегипетский дизайн, чтобы создать более современный инкубатор для яиц. Хотя в конечном итоге ему пришлось прекратить свою работу из-за испанской инквизиции, Рене-Антуан Фершо де Реомюр принял вызов в середине 17 века. [2] Реомюр согревал свой инкубатор дровяной печью и контролировал его температуру с помощью термометра Реомюра, еще одного из его изобретений.
В 19 веке исследователи наконец начали осознавать, что использование инкубаторов может способствовать развитию медицины. Они начали экспериментировать, чтобы найти идеальную среду для хранения запасов клеточных культур. Эти первые инкубаторы представляли собой просто колпаки, в которых находилась одна зажженная свеча. Культуры помещали возле пламени на нижней стороне крышки банки, а всю банку помещали в сухую нагретую духовку.
В конце 19 века врачи поняли еще одно практическое применение инкубаторов: сохранение жизни недоношенных или слабых детей. Первый инкубатор для новорожденных, использовавшийся в женской больнице в Париже, обогревался керосиновыми лампами . Пятьдесят лет спустя Джулиус Х. Хесс , американский врач, которого часто считают отцом неонатологии, разработал 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 CO 2 инкубатор. [4] Спрос появился, когда врачи поняли, что они могут использовать CO 2 инкубаторы для выявления и изучения патогенов, обнаруженных в телесных жидкостях пациентов. Для этого образец собирали, помещали на стерильную чашку и в инкубатор. Воздух в инкубаторе поддерживался при температуре 37 градусов по Цельсию, той же температуре, что и человеческое тело, и в инкубаторе поддерживался уровень углекислого газа и азота в атмосфере, необходимый для стимулирования роста клеток.
В это время инкубаторы стали использовать и в генной инженерии . Ученые могли бы создать биологически необходимые белки, такие как инсулин, с помощью инкубаторов. Генетическая модификация теперь может происходить на молекулярном уровне, помогая улучшить питательную ценность и устойчивость фруктов и овощей к эпидемиям и болезням.
Инкубаторы выполняют множество функций в научной лаборатории. В инкубаторах обычно поддерживается постоянная температура, однако часто в них встроены дополнительные функции. Многие инкубаторы также контролируют влажность. Встряхивающие инкубаторы включают в себя движение для смешивания культур. Газовые инкубаторы регулируют внутренний газовый состав. В некоторых инкубаторах есть средства циркуляции воздуха внутри, обеспечивающие равномерное распределение температуры. Многие инкубаторы, созданные для лабораторного использования, имеют резервный источник питания, чтобы гарантировать, что перебои в подаче электроэнергии не помешают экспериментам. Инкубаторы изготавливаются самых разных размеров: от настольных моделей до теплых комнатных, служащих инкубаторами для большого количества проб.
