انکوباتور و آون آزمایشگاهی؛ بررسی کارکرد و تفاوت آن‌ها

یکی از سوالات اصلی در مورد ابزار آزمایشگاهی تفاوت میان انکوباتور و آون (فور) است. امروز اینجا هستیم تا به بررسی دقیق هر دوی این دستگاه ها بپردازیم تا تفاوت آن ها را برای شما آشکار کنیم. با ما همراه باشید. 

حتما تا به امروز در مورد کشت سلول در آزمایشگاه زیاد شنیده اید. این فرایند برای اولین بار توسط فیزیولوژیست انگلیسی قرن نوزدهم، سیدنی رینجر انجام شد. او محلول های نمکی حاوی کلریدهای سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم مناسب برای حفظ ضربان یک قلب جانوری جدا شده در خارج از بدن را ایجاد کرد. در سال 1885، ویلهلم روکس بخشی از صفحه مدولاری یک مرغ جنینی را برداشته و آن را برای مدت چند روز در یک محلول نمکی گرم نگه داشت و  کشت بافت را بنیان گذاری کرد. سپس راس گرانویل هریسون، که در دانشکده پزشکی جانس هاپکینز و سپس در دانشگاه ییل فعالیت می کرد، نتایج آزمایش های خود را از سال 1907 تا 1910 منتشر کرد و روش های کشت بافت را تعیین کرد.

مقاله History of Cell Culture منبع intechopen در تاریخ 14 مارچ 2016

امروزه به فرایند کشت کنترل شده سلول‌های پروکاریوتی یا یوکاریوتی در فلاسک فیلتر دار یا بدون فیلتر و یا پلیت کشت سلول توسط محیط کشت مناسب، کشت سلول گفته می شود. این اصطلاح بیشتر در مورد کشت سلول‌های جانوران پر سلولی کاربرد دارد. برای کشت سلول‌های جانوری از محیط کشت‌های خاصی استفاده می‌شود. معمولا سلول‌های جانوری را در دمای ۳۷ درجه سانتی گراد و در تجهیزاتی مانند انکوباتور‌های CO2 دار کشت می‌دهند.

انکوباتور چیست؟

انکوباتور آزمایشگاهی وسیله ای است که به منظور رشد و نگهداری از کشت‌های میکروبی و کشت‌های سلولی به کار گرفته می‌شود. آن ها همچنین دما، رطوبت و دیگر شرایط مانند میزان منواکسیدکربن (CO)، دی‌اکسیدکربن (CO2) و اکسیژن (O2) را برای رشد ارگانیسم‌های زنده، در حالت بهینه نگه‌ می‌ دارد. انکوباتورهای آزمایشگاهی برای بسیاری از کارهای تحقیقاتی که در زمینه‌های زیست‌شناسی سلولی، میکروبیولوژی و زیست‌شناسی مولکولی صورت می‌ گیرند، وسیله ای ضروری محسوب شده و برای کشت باکتری و همین‌طور کشت سلول‌های یوکاریوتی استفاده می‌ شوند.

ساده‌ترین نوع انکوباتور آزمایشگاهی شامل یک محفظه‌ی ایزوله و عایق است که به یک هیتر با قابلیت تنظیم مجهز شده است. انکوباتورهای آزمایشگاهی معمولا می‌توانند دمای داخل محفظه را تا 60 الی 70 درجه‌ی سانتی گراد بالا ببرند. البته بعضی از انکوباتورها توانایی آن را دارند که دمای داخل محفظه را تا نزدیک 100درجه‌ی سانتی گراد نیز برسانند. 

انکوباتور هوشمند 100 لیتری شیماز

انکوباتور هوشمند 55 لیتری یک درب برند شیماز

انکوباتور آزمایشگاهی دو درب هوشمند 55 لیتری برند شیماز

انکوباتور آزمایشگاهی برند هستاران طب

انکوباتور شیکردار یخچالدار 80 لیتری برند شیماز

انکوباتور یخچالدار تمام دیجیتال 55 لیتری BOD برند شیماز

انکوباتور 55 لیتری یخچالدار تمام استیل دیجیتال برند شیماز

دستگاه های آزمایشگاهی انکوباتور دارای انواع مختلفی هستند. هر یک از این دستگاه ها شرایط خاصی را برای نگهداری و رشد سلول های میکروبی و کشت های سلولی مهیا می کنند. از نمونه دستگاه های انکوباتور باید به موارد زیر اشاره کنیم:

• انکوباتور خنک کننده

از این نمونه دستگاه های انکوباتور برای تامین دمای پایین در محیط های آزمایشگاهی استفاده می شود. زمانی که ممکن است سلول های میکروبی برای رشد نیاز به دمای پایین تر از دمای محیط داشته باشند، می توان از این دستگاه ها استفاده کرد.

• انکوباتور استاندارد

دستگاه انکوباتور استاندارد از دمای محیط برای رشد سلول های میکروبی استفاده می کند و قابلیت افزایش نیز دارد. می توان میزان دمای داخلی این دستگاه ها را تا 80 درجه بالاتر از محیط افزایش داد.  این نمونه از دستگاه های آزمایشگاهی قابلیت استفاده در دمای بالا برای استریل کردن تجهیزات آزمایشگاهی را دارند. از این رو می توانیم آن ها را همان انکوباتور های استاندارد دانست.

• انکوباتور مرطوب

نمونه دیگری از دستگاه های انکوباتور آزمایشگاهی، انکوباتورهای مرطوب هستند. تکنسین های آزمایشگاهی در استفاده از این نوع دستگاه ها، می توانند علاوه بر کنترل دما، میزان رطوبت محفظه داخلی را نیز کنترل نمایند. میزان رطوبت مورد نیاز در داخل محفظه های این دستگاه از طریق سیستم گرمایش انکوباتور و مخزن آب تامین خواهد شد.

• انکوباتور دی اکسید کربن

از دستگاه انکوباتور آزمایشگاهی دی اکسید کربن، بیشتر در آزمایشگاه های بیولوژیک استفاده می شود. این دستگاه ها دارای سنسورهای مادون قرمز گران قیمتی بوده و برای سلول هایی که نیاز به رطوبت بالای درون محفظه ای جهت رشد نیاز دارند، مناسب است. در اصل محفظه این نوع دستگاه ها حمام های آبی و تبخیر مداوم آب را ایجاد می کند، تا محیط برای رشد سلول ها مناسب گردد.

منبع: مقاله Everything you need to know about a laboratory Incubators وب سایت mrclab 

• انکوباتور هیبریدیزاسیون (شیکر دار)

این نمونه از دستگاه های آزمایشگاهی انکوباتور مجهز به میله های گردان هستند. می توان شیشه های هیبریدیزاسیون را با سایزهای مختلف در داخل محفظه نگهداری نموده و با سرعت مناسب اقدام به فعال کردن محتویات داخل آن نمود. این دستگاه ها خود در نمونه های مختلفی طراحی و تولید می شوند که هر یک ممکن است از نظر تعداد طبقات و شیکرهای متحرک با یکدیگر متفاوت باشند.

• انکوباتور ارتعاشی

این نوع از دستگاه انکوباتور محیط آزمایشگاه، علاوه بر آن که می توانند دمای داخل محفظه را کنترل کند، بلکه قابلیت تکان دادن فلاسک ها به صورت دایره ای و اوربیتالی را نیز دارد. می توان این دستگاه ها را در 2 نوع دیواری و زمینی تهیه کرده و در محیط آزمایشگاهی از آن ها استفاده کرد. همچنین باید بدانید که این دستگاه های انکوباتور می توانند دمای پایین تر از دمای محیط را برای رشد سلولی مهیا کنند.

انکوباتور از چه بخش هایی تشکیل شده است؟

هر انکوباتور از هر نوعی که باشد از 11 بخش مهم تشکیل شده است. 

1. محفظه نگهدارنده: تمام دستگاه های انکوباتور دارای یک محفظه مکعب مستطیل شکل با ظرفیتی بین 20 تا 800 لیتر می باشند. دیواره خارجی آن ها با فولاد ضدزنگ پوشانده شده و حدفاصل دیواره بیرونی و درونی با پشم شیشه عایق شده است. وجود این عایق گرمای داخل دستگاه را تا مدت زیادی حفظ کرده و در مصرف انرژی صرفه جویی می کند. 

2. صفحه کنترل: بر روی صفحه کنترل در انکوباتور، دکمه ها و نشانگرهایی قرار دارد که به وسیله آن ها دستگاه کنترل می شود. با توجه به نمونه ها، پارامترهای مورد نیاز دستگاه از طریق این صفحه کنترل و تنظیم خواهد شد. همچنین تنظیم ترموستات از همین بخش صورت می گیرد.

3. درب: درب اتوکلاو کاملا محفظه را ایزوله کرده و مانع ورود یا خروج گرما می شود. علاوه بر آن بر روی درب یک صفحه شیشه ای قرار دارد تا بتوان فرایند کشت را زیر نظر گرفت. 

4. قفسه های سوراخ دار: این قفسه ها در دیواره های داخلی انکوباتور تعبیه شده تا بتوان پلیت های آزمایشگاهی را بر روی آن ها قرار داد. این قفسه ها قابل جدا شدن هستن و این به آن معناست که می توان آن ها را به راحتی تمیز کرد. سوراخ های موجود در این قفسه ها همچنین اجازه جاری شدن راحت هوا داخل قفسه را می دهد.

5. ترموستات: ترموستات انکوباتور دمای داخل دستگاه را به حد مورد نیاز می رساند. این بخش از انکوباتور می تواند دوره های دمادهی و قطع دما را تنظیم کند.

6. دماسنج: برای آن که بتوانیم دمای داخل انکوباتور را تحت نظر بگیریم، لحظه به لحظه نیاز به یک دماسنج داریم. بنابراین وجود یک دماسنج در انکوباتور امری ضروری است. یک طرف این دماسنج درجه بندی شده، در خارج محفظه قرار دارد و نمایش دهنده دمای داخل محفظه است. سر دیگر دماسنج که حاوی جیوه است در داخل محفظه تعبیه شده است . 

7. سیستم کنترل گاز و رطوبت: کارکرد این سیستم، حفظ رطوبت داخل محفظه است. یک محفظه حاوی CO2 که در زیر محفظه نصب شده است.

8. فیلتر HEPA: در بعضی از مدل های مدرن و به روز انکوباتور، فیلترهای HEPA تعبیه شده تا از ورود آلودگی های احتمالی که بر اثر جریان هوا وارد محفظه داخلی می شوند، جلوگیری کند. پمپ هوا و فیلترها با ایجاد سیستم حلقه، آلودگی را کاهش می دهند.

9. منبع تغذیه: منبع تغذیه تمام انکوباتورها 220 ولت شهری و تک فاز است. 

10. سیستم هشدار: دستگاه های انکوباتور مجهز به سیستم هشدار می باشند. اگرهر یک از مقادیر مجاز تعیین شده بیش از حد باشد خیلی سریع گزارش داده شده و توسط آلارم ها اعلام می شود. این هشدارها می توانند شامل هشدار گردش هوا، سیستم زنگ خطر دمای محفظه، هشدار دمای بالای بیش از 38 یا 40 درجه، هشدار برای منبع تغذیه معیوب و همچنین هشدار در خصوص عملکرد و اشکالاتی است که ممکن است در بخش های مختلف سیستم ایجاد شود، باشد.

11. واشر درب: این بخش بین درب و کابینت دستگاه قرار دارد و ضد ورود و خروج هوا است. کاربرد این قسمت برای آن است که از ورود هوای خارج جلوگیری کرده و دمای داخل محفظه برای مدت طولانی حفظ شود. 

منبع: Laboratory Incubator: Principle, Parts, Types, and Uses وب سایت microbeonline در تاریخ 19 آگوست 2022 

حالا که با انکوباتور به طور کامل آشنا شدیم نوبت به دستگاه آون آزمایشگاهی می رسد. مانند انکوباتور اول کمی با تاریخچه این دستگاه آشنا می شویم. 

در سال 1864، لوئیز پاستور، دانشمند فرانسوی اقدام به خلق فرایندی کرد که امروزه با نام پاستوریزاسیون یا پاستوریزه کردن آن را می شناسیم. او اولین کسی بود که نشان داد وقتی برخی از نوشیدنی ها را با دمای 57 درجه سانتی گراد حرارت بدهیم و این کار را تا چند دقیقه ادامه بدهیم، مانع تخمیر نامطلوب نوشیدنی خواهد شد. چون یک سری باکتری هایی در برخی از نوشیدنی ها وجود دارد که می تواند آن ها را خراب کند. این حرارت و گرما باکتری های موجود را از بین برد. به این ترتیب بود که این دانشمند، پاستوریزاسیون را اختراع کرد و به همین دلیل به نام او نام گذاری شد. این عمل پاستوریزه کردن با استفاده از دمای بالای خشک صورت می گرفت که به مرور باعث پدید آمدن دستگاهی به نام آون (Oven) آزمایشگاهی شد. 

آون (Oven) چیست؟

دستگاه آون برای ضد عفونی و استریل کردن تجهیزات فلزی مورد نظر به وسیله ی حرارت غیر مستقیم خشک تا حدود 300 درجه سانتی گراد می باشد. برخی از انواع آون ها می توانند دما را تا 600 درجه سانتی گراد نیز افزایش دهند. آون آزمایشگاهی که با نام فور نیز معروف است از جمله دستگاه های آزمایشگاهی است که با ایجاد حرارت بالا باعث خشک و استریل شدن ظروف مختلف شیشه‌ای و فلزی می شود. از این دستگاه برای انجام پروژه های تحقیقاتی در آزمایشگاه های زیست‌ شناسی ، شیمی ، داروسازی و پزشکی قانونی استفاده می شود. انواع آون آزمایشگاهی متناسب با اهداف و کاربرد های مختلف ساخته می شوند که می توان آن ها را به دو دسته از نظر ساختار و کاربرد تقسیم کنیم. 

انواع آون آزمایشگاهی بر اساس ساختار

آون آزمايشگاهي محفظه آلومينيوم تايمردار

آون آزمايشگاهي محفظه استيل تايمردار

آون آزمايشگاهي محفظه آلومينيوم ديجيتال

آون آزمايشگاهي محفظه استيل ديجيتال

آون آزمايشگاهي محفظه آلومينيوم هوشمند

آون آزمايشگاهي محفظه استيل هوشمند

آون آزمايشگاهي محفظه آلومينيوم هوشمند فن دار

فور رومیزی 22 لیتری هوشمند برند شیماز

فور آزمایشگاهی 55 لیتری با درب شیشه ای برند شیماز

دستگاه آون آزمایشگاهی هوشمند برند بهسان

آون آزمایشگاهی 200 لیتری هوشمند فن دار برند شیماز

فور آزمایشگاهی 100 لیتری فن دار هوشمند برند شیماز

آون آزمایشگاهی هوشمند فندار 55 لیتری برند شیماز

برای بررسی انواع تجهیزات آزمایشگاهی به مقاله "در آزمایشگاه به چه تجهیزاتی نیاز داریم؟ بخش اول و دوم" مراجعه کنید. 

انواع آون آزمایشگاهی براساس کاربرد

آون خشک کن (Vacuum): در این نوع آون آزمایشگاهی به کمک محفظه خلا عمل خشک کردن تجهیزات انجام می‌شود . یک پمپ خلاء در کنار یا زیر دستگاه تعبیه شده که با مکش هوا، خلا ایجاد می کند. جنس بدنه ی این نوع آون می تواند از چدن، آلومینیوم یا استیل ضد زنگ باشد. از آون خشک کن بیشتر در صنایع داروسازی استفاده می‌ شود .

آون همرفتی (Convection): در این نوع آون از یک فن و یک المنت (Element) گرمایشی برای تامین گرمای مورد نیاز جهت استریل استفاده می شود . ممکن است المنت‌ها در خارج از دستگاه قرار داشته‌ باشند. این موضوع سبب می‌شود از تابش مستقیم گرما به مواد درون آون جلوگیری شود. فن آون برای ایجاد جریان هوا در داخل محفظه ضروری است. برخی منابع، این نوع آون را به دو نوع آون همرفت مکانیکی و همرفت جاذبه تقسیم می کنند. در این دستگاه ها از تجهیزات مختلفی مانند پنکه برای ایجاد جریان همرفت دما استفاده می ‌شود.

آون سنگین (Heavy Duty): این نوع آون دارای تنظیمات خاص و پیشرفته ‌ای است و برای انجام کار های پیچیده و فنی در صنایع، مورد استفاده قرار می گیرد. از آون سنگین معمولا برای خشک کردن دستگاه ها استفاده می شود.

منبع: مقاله Hot air oven Definition, Principle, Parts, Application, Procedure وب سایت microbiologynote در تاریخ 7 دسامبر 2021

آون آزمایشگاهی از چه اجزایی تشکیل شده است؟

هر آون آزمایشگاهی از 5 قسمت اصلی تشکیل شده است.

1. محفظه اصلی آون: برای خشک کردن و استریل وسایل آن ها را درون محفظه اصلی قرار می دهند. جنس این محفظه اغلب از استیل ضدزنگ و یا آلیاژهای مقاوم نسبت به حرارت و رطوبت است. درون محفظه اصلی اجزای خاص و مهمی مانند ترموکوپل و سنسور دما تعبیه شده است.

2. عایق آون: از آن جایی که درون آون آزمایشگاهی دمای بسیار بالایی تولید می شود بنابراین ضرورت دارد که تا حد امکان از هدر‌رفتن انرژی جلوگیری شود. علاوه بر این، اگر گرمای بسیار بالایی که در داخل محفظه ایجاد می‌شود به بخش خارجی و مدارهای دستگاه نفوذ کند، آن را ذوب خواهد کرد. از این رو استفاده از عایق بسیار حائز اهمیت است.

3. المنت آون: در نزدیکی جداره بیرونی آون، المنت‌هایی تعبیه شده اند که می توانند دمای آون را به میزان مورد نیاز تنظیم کنند. در بیشتر آون ها از یک تا دو المنت فلزی استفاده می شود که پوششی سرامیکی دارند. استفاده از پوشش نسوز و عایق، خطر آتش‌سوزی به دلیل اتصال جریان به محفظه را تا حد زیادی کاهش می دهد.

4. بخش حفاظتی: در دستگاه های آون به دلیل گرمای بسیار بالایی که تولید می شود باید سیستم هایی وجود داشته باشد تا بتواند از مدارهای الکتریکی و داخلی محافظت کند . علاوه بر سیستم کنترل دمای مناسب که در دستگاه وجود دارد ، فیوزهای الکتریکی نیز تعبیه شده اند که در موارد اضطراری وظیفه قطع جریان برق را بر عهده دارند.

5. دماسنج: سیستم نمایش دما با استفاده از ابزار های مختلفی مانند دماسنج ، برد الکتریکی متصل به سنسور حرارتی، ترموکوپل فلزی یا جیوه‌ای، دمای داخل محفظه را اندازه‌گیری کرده و آن را نمایش می ‌دهد.

حال می رسیم به اصلی ترین بخش مقاله یعنی تفاوت میان آون و انکوباتور. تا به این جا به توضیح کارکرد هریک و بررسی بخش های مختلف آن ها پرداختیم. در این قسمت به طور خلاصه تر به بررسی تفاوت های آن ها خواهیم پرداخت. 

انکوباتور و آون چه تفاوتی دارند؟

• اولین و اصلی ترین تفاوت این دو این است که آون آزمایشگاهی یا فور وسیله‌ ای برای خشک یا استریل کردن تجهیزات است در حالیکه از انکوباتور برای کشت نمونه‌ های زنده مانند میکروب یا سلول ‌های مختلف استفاده می ‌شود.

• محدوده دمایی آون معمولا از 70 تا 300 درجه سانتی گراد است . البته دمای برخی از آون ها تا 600 درجه سانتی گراد هم قابل تنظیم است. این در حالی است که محدوده دمایی انکوباتور بین 35 تا 65 درجه سانتی گراد است.

• دستگاه آون محدوده دمایی بالایی دارد و گرمای فراوانی ایجاد می کند. به همین دلیل نسبت به دستگاه انکوباتور مصرف برق بیشتری دارد .

• دستگاه انکوباتور به دلیل نوع کاربردی که دارد باید مجهز به یک درب شیشه ‌ای باشد که بتوان داخل آن را مشاهده کرد. درحالی که در آون برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی باید تمامی محفظه خارجی عایق ‌بندی شود. به همین دلیل در آون امکان استفاده از شیشه وجود ندارد. 

در هنگام خرید انکوباتور و آون به چه نکاتی باید توجه کنیم؟

از خود بپرسید چه ظرفیتی نیاز دارید؟ 

اولین نکته مهم در خرید انکوباتور شیکردار، توجه به ظرفیت مورد نظر شما است. به همین دلیل پیش از اینکه به سراغ خرید انکوباتور شیکردار بروید، حتما موارد زیر را بررسی کنید:

• معمولا با چه حجمی از نمونه کار می‌کنید.
• معمولا از چه ظروفی برای کشت یا استریل کردن استفاده می‌کنید؟ فلاسک یا پتری دیش (Petri Dish) یا پلیت (Plate)؟
• آیا تمامی ظروف کشت یا ظروفی که نیاز به استریل دارند یکسان و یک اندازه هستند؟

تعیین این موارد علاوه بر اینکه به انتخاب ظرفیت انکوباتور و آون مورد نظر شما کمک می‌کند، در انتخاب لوازم جانبی شیکر، مانند انواع سینی‌ها، نیز موثر است.

آیا فضای شما متناسب با سایز دستگاه است؟

یکی دیگر از فاکتورهایی که باید حین خرید انکوباتور و آون در نظر گرفت، اندازه و ابعاد دستگاه است. اندازه‌ای که به آن نیاز دارید با توجه به حجم کاری آزمایشگاه و فضای آزمایشگاه تعیین می‌شود. انکوباتورها و آون ها ابعاد و اندازه های متفاوتی دارند بنابراین باید به این نکته توجه کنید. 

آیا دستگاه خدمات پس از فروش دارد؟

یکی از مهم‌ ترین نکات خرید هر وسیله‌ یا تجهیزاتی، توجه به خدمات پس از فروش سریع و مناسب آن است. در خرید انکوباتور و آون خود حتما به مدت زمان گارانتی و نحوه ارائه خدمات پس از فروش دقت کنید. توصیه می‌شود آن ها را  از شرکت‌های معتبر ایرانی خریداری کنید. به این ترتیب در صورت بروز خرابی یا مشکل برای تجهیز، به راحتی می‌توانید از خدمات پس از فروش سریع بهره‌‌ مند شوید. این دستگاه ها قیمت های نسبتا بالایی دارند بنابراین توجه به گارانتی و خدمات پس از فروش بسیار مهم و ضروری است. 

کلام آخر

انکوباتور و آون آزمایشگاهی برخلاف ظاهر بسیار شبیه به هم، کارکردهای متفاوتی دارند. از انکوباتور برای کشت سلول و از آون برای استریل و خشک کردن ابزار و ظروف آزمایشگاهی استفاده می شود. هردوی این دستگاه ها قیمت های نسبتا بالایی در در مقایسه با سایر تجهیزات آزمایشگاهی دارند بنابراین مهم است که در انتخاب آن ها دقت لازم را به خرج دهید. اما قیمت نباید تنها موضوعی باشد که به آن فکر می کنید. بر اساس مطالعه ای که پرفسور دیتمار هوتماچر، اقتصاددان سلامت انجام داده است، به طور متوسط آزمایش ها در محیط آزمایشگاهی با کشت های سلولی حدود 9000 یورو هزینه دارد. حال اگر آلودگی رخ دهد، این آزمایش کاملاً بی فایده است و به هزینه بیش تر از خرید یک دستگاه جدید در دراز مدت ختم می شود. بنابراین هزینه یک آزمایش شکست خورده چندین برابر هزینه خرید یک دستگاه با کیفیت است. بنابراین هنگام خرید علاوه بر فاکتورهای توضیح داده شده در این مقاله فکر کنید؛ که آیا دستگاه طراحی هوشمندانه ای دارد به طوری که استفاده و نگهداری آن آسان است؟ و آیا از یک سیستم مدیریت رطوبت مطلوب و یک سیستم تأمین و کنترل گاز برخوردار است؟در نهایت آیا خرید آن با توجه به هزینه های نگهداری در آینده مقرون به صرفه است؟

ممنون که با ما همراه بودید. برای مطالعه مقالات بیش تر آکادمی یونیت را دنبال کنید.