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Incubateur de laboratoire


Un incubateur comprend une chambre transparente et l'équipement qui régule sa température, son humidité et sa ventilation. Pendant des années, les principales utilisations de l'environnement contrôlé fourni par les incubateurs comprenaient l'éclosion d'œufs de volaille et les soins aux nourrissons prématurés ou malades, mais une nouvelle application importante a récemment émergé, à savoir la culture et la manipulation de micro-organismes pour le traitement médical et la recherche. Cet article se concentrera sur les incubateurs de laboratoire (médicaux).

Les premiers incubateurs ont été utilisés dans l'ancienne Chine et l'Égypte, où ils consistaient en des pièces chauffées au feu dans lesquelles des œufs de poule fécondés étaient placés pour éclore, libérant ainsi les poules pour continuer à pondre. Plus tard, des poêles à bois et des lampes à alcool ont été utilisés pour chauffer les incubateurs. Aujourd'hui, les incubateurs de volailles sont de grandes pièces, chauffées électriquement pour maintenir les températures entre 99,5 et 100 degrés Fahrenheit (37,5 et 37,8 degrés Celsius). Des ventilateurs sont utilisés pour faire circuler l'air chauffé uniformément sur les œufs, et l'humidité de la pièce est réglée à environ 60 % pour minimiser l'évaporation de l'eau des œufs. De plus, l'air extérieur est pompé dans l'incubateur pour maintenir un niveau d'oxygène constant de 21 pour cent, ce qui est normal pour l'air frais. Jusqu'à 100 000 œufs peuvent être élevés en même temps dans un grand incubateur commercial, et tous sont alternés au moins 8 fois par jour tout au long de la période d'incubation de 21 jours.

À la fin du XIXe siècle, les médecins ont commencé à utiliser des incubateurs pour aider à sauver la vie des bébés nés après une période de gestation de moins de 37 semaines (une grossesse humaine optimale dure 280 jours ou 40 semaines). La première couveuse pour nourrissons, chauffée par des lampes à pétrole, est apparue en 1884 dans un hôpital pour femmes de Paris.

En 1933, l'Américain Julius H. Hess a conçu un incubateur pour nourrissons chauffé électriquement (la plupart sont encore chauffés électriquement aujourd'hui). Les couveuses modernes ressemblent à des berceaux, sauf qu'elles sont fermées. Habituellement, les couvertures sont transparentes afin que le personnel médical puisse observer les bébés en permanence. De plus, de nombreux incubateurs sont dotés d'ouvertures sur les parois latérales dans lesquelles peuvent être insérés des gants en caoutchouc à bras longs, permettant aux infirmières de s'occuper des bébés sans les retirer. La température est généralement maintenue entre 88 et 90 degrés Fahrenheit (31 à 32 degrés Celsius). L'air entrant passe à travers un filtre HEPA (air purifié à haute efficacité), qui le nettoie et l'humidifie, et le niveau d'oxygène dans la chambre est ajusté pour répondre aux besoins particuliers de chaque nourrisson. Les incubateurs des unités néonatales, centres spécialisés dans les soins aux prématurés, sont fréquemment équipés d'appareils électroniques pour surveiller la température du nourrisson et la quantité d'oxygène dans son sang.

Les incubateurs de laboratoire (médicaux) ont été utilisés pour la première fois au cours du vingtième siècle, lorsque les médecins ont réalisé qu'ils pouvaient être utilisés pour identifier les agents pathogènes (bactéries causant des maladies) dans les fluides corporels des patients et ainsi diagnostiquer leurs troubles avec plus de précision. Une fois qu'un échantillon a été obtenu, il est transféré dans une boîte de Pétri, un flacon ou un autre récipient stérile et placé dans un rack à l'intérieur de l'incubateur. Pour favoriser la croissance pathogène, l'air à l'intérieur de la chambre est humidifié et chauffé à la température du corps (98,6 degrés Fahrenheit ou 37 degrés Celsius). De plus, ces incubateurs fournissent la quantité de dioxyde de carbone ou d'azote atmosphérique nécessaire à la croissance de la cellule. Au fur et à mesure que cet air soigneusement conditionné circule autour de lui, le micro-organisme se multiplie, permettant une identification plus facile et plus sûre.

Une utilisation connexe des incubateurs est la culture tissulaire, une technique de recherche dans laquelle les cliniciens extraient des fragments de tissus de plantes ou d'animaux, placent ces explants dans un incubateur et surveillent leur croissance ultérieure. La température à l'intérieur de l'incubateur est maintenue à ou près de celle de l'organisme à partir duquel l'explant est dérivé. L'observation d'explants dans des incubateurs donne aux scientifiques un aperçu du fonctionnement et de l'interaction de cellules particulières; par exemple, cela leur a permis de comprendre les cellules cancéreuses et de développer des vaccins contre la polio, la grippe, la rougeole et les oreillons. De plus, la culture tissulaire a permis aux chercheurs de détecter des troubles dus au manque d'enzymes particulières.

Les incubateurs sont également utilisés dans le génie génétique, une extension de la culture tissulaire dans laquelle les scientifiques manipulent le matériel génétique des explants, combinant parfois l'ADN de sources discrètes pour créer de nouveaux organismes. Alors que des applications telles que les banques de sperme, le clonage et l'eugénisme dérangent de nombreux observateurs contemporains, le matériel génétique a déjà été manipulé pour obtenir un effet positif mesurable, pour fabriquer de l'insuline et d'autres protéines biologiquement essentielles, par exemple. Le génie génétique peut également améliorer le contenu nutritionnel de nombreux fruits et légumes et peut augmenter la résistance de diverses cultures aux maladies. C'est dans le domaine des biotechnologies que réside le plus grand potentiel des incubateurs.

Matières premières

Trois principaux types de matériaux sont nécessaires pour fabriquer un incubateur. Le premier est en acier inoxydable tôle d'une qualité commune, généralement de 0,02 à 0,04 pouce (0,05 à 0,1 centimètre) d'épaisseur. L'acier inoxydable est utilisé car il résiste à la rouille et à la corrosion qui pourraient être causées à la fois par des agents environnementaux naturels et par tout ce qui est placé à l'intérieur de l'unité. La catégorie suivante de composants nécessaires comprend les articles achetés auprès de fournisseurs externes :écrous, vis, isolation, moteurs, ventilateurs et autres articles divers. Le troisième type de matériel nécessaire est le boîtier électronique, dont la complexité dépendra de la sophistication de l'unité en question. Un tel boîtier peut avoir de simples interrupteurs marche/arrêt avec contrôle de température analogique ou un microprocesseur de pointe qui peut être programmé pour maintenir différentes températures à des intervalles variables, ou pour faire fonctionner divers systèmes d'éclairage internes.

Conception

Comme les réfrigérateurs standard, les incubateurs sont mesurés en termes de volume de la chambre, qui varie de 5 à 10 pieds cubes (1,5 à 3 mètres cubes) pour les modèles de comptoir et de 18 à 33 pieds cubes (5,5 à 10 mètres cubes) pour les modèles autonomes. des modèles.

La tôle est utilisée pour faire deux configurations de boîte, une chambre intérieure et le boîtier qui l'entoure. Une isolation (si la chambre est chauffée électriquement) ou une chemise d'eau (si elle est chauffée à l'eau) entoure la chambre et le boîtier la supporte, les commandes et les portes. Pour empêcher la contamination et éviter la croissance fongique ou bactérienne, la chambre doit être hermétiquement scellée ou rendue étanche à l'air, de même que toutes les ouvertures construites dans ses parois. Une porte vitrée qui permet aux scientifiques d'observer le contenu de la chambre sans les déranger s'adapte au joint de la chambre, ce qui aide à maintenir l'incubateur hermétique. Une porte en acier, solide et isolée, se referme sur la porte vitrée.

Deux types de sources de chaleur sont utilisés :les radiateurs électriques qui utilisent des ventilateurs pour faire circuler la chaleur qu'ils génèrent, et les vestes d'eau chaude. Dans l'ancienne conception, la chambre intérieure a un radiateur électrique monté sur une paroi intérieure et recouvert d'un panneau de protection perforé. Monté dans la paroi de la chambre juste au-dessus du radiateur se trouve un ventilateur dont le moteur s'étend à travers la paroi de la chambre dans la zone de commande du boîtier et dont les pales sont tournées vers l'intérieur. D'autres fabricants chauffent la chambre en l'entourant d'une chemise remplie d'eau.

L'appareil de chauffage à cloison sèche offre plusieurs avantages par rapport à la veste d'eau. Premièrement, le premier peut changer la température à l'intérieur de la chambre plus rapidement. De plus, les unités chauffées électriquement peuvent être décontaminées thermiquement car les radiateurs muraux non seulement réchauffent la chambre plus rapidement, mais la chauffent également à des températures plus élevées (une unité est considérée comme sans contaminant une fois que la température de sa chambre a été élevée à 212 degrés Fahrenheit ou 100 degrés Celsius ou au-dessus). Les chemises d'eau posent un autre problème que les radiateurs muraux n'ont pas :parce qu'elles sont sous pression, elles peuvent développer des fuites.

L'humidité est générée en chauffant un petit bol en cuivre qui contient des quantités limitées d'eau purifiée; la vapeur résultante peut être introduite dans la chambre au moyen d'une vanne de régulation. L'éclairage intérieur peut également être utilisé. Fluorescent et UV (ultra-violet) Les plus gros composants d'un incubateur de laboratoire sont en tôle d'acier inoxydable qui est cisaillée, perforée et pliée pour la bonne forme. Les pièces sont assemblées par vis, soudage par points ou soudage à l'arc. Vers la fin du processus d'assemblage, une chemise d'eau ou une isolation est insérée dans la chambre. les lampes peuvent être installées séparément ou en combinaison. Pour régler la température, l'humidité, l'éclairage, la ventilation et toute autre fonction spéciale, les incubateurs plus sophistiqués comportent des panneaux de commande sur leur boîtier extérieur. Cependant, si l'unité est relativement simple, elle ne fournira que des interrupteurs marche/arrêt de base avec des commandes de température analogiques simples. A l'intérieur de la chambre, un thermostat ou un thermocouple est stratégiquement placé pour qu'il puisse être vu sans difficulté de l'extérieur.

Le processus de fabrication

Découpe, perforation et pliage
de la tôle

Assemblage des armoires

Peindre l'incubateur

Isolation ou chemisage de la chambre

Assemblage du panneau de commande

Assemblage final, tests et nettoyage

Contrôle qualité

Aucune norme de qualité n'est acceptée par l'ensemble de l'industrie de la fabrication d'incubateurs. Certaines régions du pays peuvent exiger une approbation électrique UL (Underwriters Laboratory), mais ces normes s'appliquent uniquement aux appareils électromécaniques utilisés. Pendant le travail de la tôle, les fabricants utilisent des processus d'inspection internes qui peuvent varier considérablement, de l'inspection formelle de la première pièce à l'inspection par échantillonnage de lots aléatoires. Certaines entreprises peuvent conserver des enregistrements de leurs découvertes, tandis que d'autres ne le font pas. Presque sans exception, les fabricants effectuent des tests de niveau de performance avant expédition, comme décrit ci-dessus.

Le futur

Alors que les hôpitaux auront toujours besoin d'incubateurs néonatals, l'industrie biotechnologique est le marché de croissance pour ce produit. Les incubateurs de type chambre de croissance devront contrôler la température et l'humidité relative à des réglages plus précis, alors que les microbiologistes et les chercheurs étudient de nouvelles façons d'améliorer notre santé et notre bien-être.


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