Incubadora de Laboratório

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Uma incubadora é composta por uma câmara transparente e um equipamento que regula sua temperatura, umidade e ventilação. Durante anos, os principais usos para o ambiente controlado fornecido pelas incubadoras incluíram a incubação de ovos de aves domésticas e o cuidado de bebês prematuros ou doentes, mas uma nova e importante aplicação surgiu recentemente, ou seja, o cultivo e manipulação de microrganismos para tratamento médico e pesquisa. Este artigo se concentrará em incubadoras de laboratório (médicas).

As primeiras incubadoras foram usadas na China e no Egito antigos, onde consistiam em salas aquecidas pelo fogo nas quais ovos fertilizados de galinha eram colocados para eclodir, liberando assim as galinhas para continuarem botando ovos. Mais tarde, fogões a lenha e lâmpadas a álcool foram usados ​​para aquecer incubadoras. Hoje, as incubadoras de aves são salas grandes, aquecidas eletricamente para manter as temperaturas entre 37,5 e 37,8 graus Celsius (99,5 e 100 graus Fahrenheit). Ventiladores são usados ​​para circular o ar aquecido uniformemente sobre os ovos, e a umidade da sala é fixada em cerca de 60 por cento para minimizar a evaporação da água dos ovos. Além disso, o ar externo é bombeado para a incubadora para manter um nível de oxigênio constante de 21 por cento, o que é normal para o ar fresco. Até 100.000 ovos podem ser alimentados em uma grande incubadora comercial ao mesmo tempo, e todos são girados no mínimo 8 vezes por dia durante o período de incubação de 21 dias.

Durante o final do século XIX, os médicos começaram a usar incubadoras para ajudar a salvar a vida de bebês nascidos após um período de gestação de menos de 37 semanas (uma gravidez humana ideal dura 280 dias, ou 40 semanas). A primeira incubadora infantil, aquecida por lâmpadas de querosene, apareceu em 1884 em um hospital feminino de Paris.

Em 1933, o americano Julius H. Hess projetou uma incubadora infantil com aquecimento elétrico (a maioria ainda é aquecida eletricamente hoje). As incubadoras de bebês modernas lembram berços, exceto pelo fato de serem fechadas. Normalmente, as tampas são transparentes para que a equipe médica possa observar os bebês continuamente. Além disso, muitas incubadoras são feitas com aberturas nas paredes laterais nas quais luvas de borracha com braços longos podem ser encaixadas, permitindo que as enfermeiras cuidem dos bebês sem removê-los. A temperatura geralmente é mantida entre 31 e 32 graus Celsius (88 e 90 graus Fahrenheit). O ar que entra é passado por um filtro HEPA (ar purificado de alta eficiência), que o limpa e umidifica, e o nível de oxigênio dentro da câmara é ajustado para atender às necessidades particulares de cada criança. As incubadoras em unidades neonatais, centros especializados no atendimento de bebês prematuros, costumam ser equipadas com aparelhos eletrônicos para monitorar a temperatura do bebê e a quantidade de oxigênio no sangue.

Incubadoras de laboratório (médicas) foram utilizadas pela primeira vez durante o século XX, quando os médicos perceberam que poderiam ser usadas para identificar patógenos (bactérias causadoras de doenças) nos fluidos corporais dos pacientes e, assim, diagnosticar seus distúrbios com mais precisão. Após a obtenção da amostra, ela é transferida para uma placa de Petri, frasco ou outro recipiente estéril e colocada em um rack dentro da incubadora. Para promover o crescimento patogênico, o ar dentro da câmara é umidificado e aquecido à temperatura corporal (98,6 graus Fahrenheit ou 37 graus Celsius). Além disso, essas incubadoras fornecem a quantidade de dióxido de carbono atmosférico ou nitrogênio necessária para o crescimento da célula. À medida que esse ar cuidadosamente condicionado circula ao seu redor, o microrganismo se multiplica, permitindo uma identificação mais fácil e segura.

Um uso relacionado de incubadoras é a cultura de tecidos, uma técnica de pesquisa na qual os médicos extraem fragmentos de tecido de plantas ou animais, colocam esses explantes em uma incubadora e monitoram seu crescimento subsequente. A temperatura dentro da incubadora é mantida igual ou próxima à do organismo do qual o explante foi derivado. A observação de explantes em incubadoras dá aos cientistas uma visão sobre a operação e a interação de células específicas; por exemplo, permitiu-lhes compreender as células cancerosas e desenvolver vacinas contra a poliomielite, gripe, sarampo e caxumba. Além disso, a cultura de tecidos permitiu aos pesquisadores detectar distúrbios decorrentes da falta de determinadas enzimas.

As incubadoras também são usadas na engenharia genética, uma extensão da cultura de tecidos na qual os cientistas manipulam os materiais genéticos em explantes, às vezes combinando DNA de fontes discretas para criar novos organismos. Embora aplicações como bancos de esperma, clonagem e eugenia perturbem muitos observadores contemporâneos, o material genético já foi manipulado para obter um efeito positivo mensurável - para produzir insulina e outras proteínas biologicamente essenciais, por exemplo. A engenharia genética também pode melhorar o conteúdo nutricional de muitas frutas e vegetais e pode aumentar a resistência de várias safras a doenças. É no campo da biotecnologia que reside o maior potencial das incubadoras.

Matérias-primas

Três tipos principais de materiais são necessários para fabricar uma incubadora. O primeiro é aço inoxidável folha de metal de um grau comum, geralmente de 0,02 a 0,04 polegada (0,05 a 0,1 centímetro) de espessura. O aço inoxidável é usado porque resiste à ferrugem e à corrosão que podem ser causadas por agentes ambientais naturais e por qualquer coisa colocada dentro da unidade. A próxima categoria de componentes necessários inclui itens adquiridos de fornecedores externos:porcas, parafusos, isolamento, motores, ventiladores e outros itens diversos. O terceiro tipo de material necessário é a embalagem eletrônica, cuja complexidade dependerá da sofisticação do aparelho em questão. Tal pacote pode ter interruptores liga / desliga simples com controle de temperatura analógico ou um microprocessador de última geração que pode ser programado para manter diferentes temperaturas por intervalos variáveis, ou para operar vários sistemas de luz internos.

Design

Como geladeiras padrão, as incubadoras são medidas em termos de volume da câmara, que varia de 5 a 10 pés cúbicos (1,5 a 3 metros cúbicos) para modelos de bancada e de 18 a 33 pés cúbicos (5,5 a 10 metros cúbicos) para modelos independentes modelos.

A folha de metal é usada para fazer duas configurações de caixa, uma câmara interna e a caixa que a envolve. O isolamento (se a câmara for aquecida eletricamente) ou uma camisa de água (se for aquecida a água) circunda a câmara e a caixa a sustenta, os controles e as portas. Para prevenir a contaminação e evitar o crescimento de fungos ou bactérias, a câmara deve ser hermeticamente fechada ou hermeticamente fechada, assim como todas as aberturas embutidas em suas paredes. Uma porta de vidro que permite aos cientistas observar o conteúdo da câmara sem perturbá-lo se encaixa na gaxeta da câmara, o que ajuda a manter a incubadora hermética. Uma porta de aço, sólida e isolada, fecha-se sobre a porta de vidro.

Dois tipos de fontes de calor são usados:aquecedores elétricos que usam ventiladores para circular o calor que geram e jaquetas de água quente. No projeto anterior, a câmara interna tem um aquecedor elétrico montado em uma parede interna e coberto por um painel protetor perfurado. Montado na parede da câmara logo acima do aquecedor está um ventilador cujo motor se estende através da parede da câmara até a área de controle da caixa e cujas lâminas estão voltadas para dentro. Outros fabricantes aquecem a câmara envolvendo-a com uma camisa cheia de água.

O aquecedor de parede seca oferece várias vantagens sobre a camisa de água. Primeiro, o primeiro pode alterar a temperatura dentro da câmara mais rapidamente. Além disso, as unidades aquecidas eletricamente podem ser descontaminadas termicamente porque os aquecedores de parede não apenas aquecem a câmara mais rapidamente, mas também a aquecem a temperaturas mais altas (uma unidade é considerada livre de contaminantes depois que sua temperatura da câmara foi elevada para 212 graus Fahrenheit ou 100 graus Celsius ou acima). As jaquetas de água representam outro problema que os aquecedores de parede não:por serem pressurizados, podem desenvolver vazamentos.

A umidade é gerada pelo aquecimento de uma pequena tigela de cobre que contém quantidades limitadas de água purificada; o vapor resultante pode ser introduzido na câmara por meio de uma válvula de controle. Iluminação interna também pode ser usada. Fluorescente e UV (ultravioleta) Os maiores componentes em uma incubadora de laboratório são feitos de chapa de aço inoxidável que é cortada, perfurada e dobrada para a forma adequada. As peças são unidas por parafusos, soldagem a ponto ou soldagem a arco. Perto do final do processo de montagem, uma camisa de água ou isolamento é inserido na câmara. as lâmpadas podem ser instaladas separadamente ou em combinação. Para ajustar a temperatura, umidade, iluminação, ventilação e quaisquer outros recursos especiais, incubadoras mais sofisticadas apresentam painéis de controle em sua caixa externa. No entanto, se a unidade for relativamente simples, ela fornecerá apenas chaves liga / desliga básicas com controles analógicos simples de temperatura. Dentro da câmara, um termostato ou termopar é colocado estrategicamente para que possa ser visualizado sem dificuldade do lado de fora.

O processo de fabricação

Cortar, perfurar e dobrar
a chapa de metal

• 1 Primeiro, folhas de metal de 48 por 112 polegadas (122 por 284 centímetros) são cortadas em pequenos pedaços quadrados com uma tesoura plana que se assemelha a um grande cortador de papel de mesa.
• 2 Uma prensa de torre CNC é uma máquina programada com as dimensões da chapa a ser perfurada e a localização de cada furo e entalhe; as formas e tamanhos de cada furo e entalhe também são inseridos. A máquina possui um magazine de punções em diversos tamanhos e locais pré-determinados em um porta-torres (rotativo). Um operador coloca uma folha na base da máquina (mesa), posiciona-a contra três pontos fixos para garantir a esquadria e a fixa na mesa. A máquina irá então mover a chapa de aço sobre uma base de rolos para diferentes posições sob a torre antes de girar a torre para o punção programado para aquele local específico e acionar a prensa para fazer um furo. Máquinas com este projeto podem abrigar mais de 60 geometrias de punção diferentes e mover e bater na chapa de metal em altas velocidades. A maioria dos fabricantes de gabinetes de chapa de metal usa essa tecnologia extensivamente.
• 3 Nem programadas por computador nem automatizadas, as puncionadeiras convencionais executam ferramentas pesadas; em outras palavras, eles perfuram apenas um orifício de formato e tamanho específicos. A chapa metálica é colocada em uma matriz por um operador. Conforme a prensa se move para baixo, a folha de metal é puncionada. Essas máquinas custam menos que as prensas CNC, mas a chapa deve ser colocada em várias prensas para se obter a configuração desejada de punções.
• 4 Depois que a chapa de metal foi cortada e perfurada, algumas peças precisam ser dobradas em máquinas conhecidas como dobradeiras elétricas ou freios como diminutivo. Os freios podem variar em comprimento de 1,2 a 6,1 metros (4 a 20 pés), mas normalmente têm cerca de 3 metros de comprimento. Tanto o fundo estacionário, ou cama, e a parte superior móvel, ou ram, têm slots que percorrem o comprimento da máquina. Como esses slots estão alinhados, qualquer ferramenta colocada neles estará sempre perfeitamente alinhada. A cama tem um bloco retangular com um "V" aberto em sua parte superior, enquanto o aríete tem uma lâmina afiada em faca com um raio em sua borda cortante. A descida do carneiro para o fundo aberto "V" é controlada; a profundidade na qual a lâmina entra no leito controla o ângulo em que a folha de metal é dobrada. Uma régua simples serve como um medidor posterior.

Montagem dos armários

• 5 Em seguida, os componentes da câmara e da caixa são encaixados, alguns com parafusos de chapa metálica. Outros são unidos por meio de soldagem a ponto, um processo no qual peças separadas de material são fundidas com pressão e calor.
• 6 Outros componentes são soldados a arco usando um dos três métodos. No primeiro método, conhecido como soldagem MIG (gás inerte com arco metálico), uma bobina de fio fino é passada por uma pistola manual. Uma mangueira é conectada de um tanque de gás inerte (geralmente argônio) à ponta do bico da arma. Uma máquina que gera corrente elétrica é conectada ao fio da pistola e da peça de trabalho. Quando o gatilho da pistola é puxado, o fio-máquina se move, alimentando-se em direção à peça de trabalho, e o gás é liberado, criando uma atmosfera no ponto onde o fio forma um arco com o metal. Isso permite a junção das peças.
• 7 O segundo método de soldagem a arco é conhecido como soldagem eletrostática. Neste processo, uma haste fina de aproximadamente 12 polegadas de comprimento, 0,187 polegadas de espessura (30 centímetros de comprimento, 0,47 centímetros de espessura) e revestida com um material de fluxo é colocada em um suporte portátil. Este suporte é conectado a uma máquina que gera uma carga elétrica. Também conectado à máquina está um cabo de aterramento que possui uma extremidade presa à peça a ser soldada. Quando a haste está próxima das peças, um arco é formado, gerando um calor intenso que derrete a haste e o fluxo. O fluxo atua como um limpador, permitindo que o material da haste adira a ambas as peças de metal. O soldador arrasta a haste ao longo das costuras do metal, enquanto mantém sua distância da costura para permitir que o arco permaneça constante.
• 8 O terceiro método de soldagem a arco usado para montar a incubadora é a soldagem TIG (gás inerte com arco de tungstênio), uma combinação de soldagem stick e MIG. Neste processo, uma haste de tungstênio estacionária sem qualquer fluxo é inserida em uma arma de mão. O gás inerte flui de um tanque através do bico da arma. Quando o gatilho é puxado, o gás cria uma atmosfera; conforme a haste de tungstênio atinge seu arco, as duas partes se fundem sem nenhum metal de adição.

Pintando a incubadora

• 9 Neste ponto, a caixa pode ser pintada para fornecer proteção adicional da superfície, tanto interna quanto externamente (a câmara interna nunca é pintada). A caixa é pintada com spray, geralmente com uma tinta em pó carregada eletrostaticamente . Este processo requer que uma pequena carga elétrica seja aplicada para atrair as partículas de pó, que receberam uma carga oposta. Depois que a caixa é pulverizada, ela é movida para um forno que derrete as partículas de pó, fazendo com que elas adiram à superfície de metal recém-limpa. Esse processo é muito limpo, eficiente e ecologicamente correto, e a tinta de alta qualidade resiste à maioria dos derramamentos de laboratório.

Isolar ou revestir a câmara

• 10 Em seguida, a câmara interna é envolvida com isolamento (forro de manta ou placa rígida), colocada dentro da caixa e presa. Se a unidade for de jaqueta d'água, o Em uma incubadora aquecida eletricamente, o isolamento - seja manta de cobertura ou isolamento de placa dura - é enrolado em torno da câmara interna e colocado dentro da caixa. Em incubadoras aquecidas com água, as camisas de água são igualmente colocadas dentro da câmara interna.
  O volume da câmara para uma incubadora independente típica varia de 18 a 33 pés cúbicos. a jaqueta é colocada dentro da caixa e a câmara dentro da jaqueta. Uma porta de chapa metálica é construída usando métodos semelhantes aos mencionados acima.

Montagem do painel de controle

• 11 Enquanto os armários de chapa metálica são fabricados, um painel de controle é montado em outro local da fábrica. Seguindo as impressões elétricas detalhadas, os eletricistas prendem fios de cores diferentes e espessuras variadas em dispositivos elétricos. O esquema de cores ajuda os técnicos a diagnosticar problemas rapidamente e as várias espessuras permitem a transferência segura e eficiente de tensões mais baixas e mais altas. Dispositivos elétricos adquiridos, como blocos de fusíveis, interruptores, blocos de terminais e relés obedecem a códigos elétricos estritos. Finalmente, os fios do painel de controle são conectados aos dispositivos de controle (interruptores liga / desliga ou microprocessadores) e aos dispositivos eletromecânicos (motor do ventilador, luzes e aquecedores).

Montagem final, teste e limpeza

• 12 A incubadora agora tem seu vidro interno e a porta externa sólida anexadas, e prateleiras e recursos suplementares estão instalados. Cada unidade é 100 por cento testada funcionalmente. Os parâmetros de cada teste são definidos para verificar o desempenho da unidade em relação às especificações anunciadas ou às solicitações do cliente, o que for mais rigoroso. Os problemas são corrigidos e o equipamento é testado novamente. Uma cópia do resultado do teste é mantida em arquivo e o original é enviado ao cliente.
• 13 A incubadora recebe uma limpeza completa por dentro e por fora. As prateleiras são removidas e embaladas separadamente e as portas são fechadas com fita adesiva. Uma cinta é posicionada sob a porta para ajudar a prevenir a flacidez. Em seguida, cada unidade é presa a um patim de madeira e papelão ondulado a caixa é colocada ao redor da caixa. O enchimento da embalagem é colocado entre a caixa e a caixa. Finalmente, o produto é enviado.

Controle de qualidade

Nenhum padrão de qualidade é aceito por toda a indústria de fabricação de incubadoras. Algumas áreas do país podem exigir a aprovação elétrica UL (Underwriters Laboratory), mas esses padrões se aplicam apenas aos dispositivos eletromecânicos em uso. Durante o trabalho de chapa metálica, os fabricantes utilizam processos de inspeção internos que podem variar amplamente, desde a inspeção formal da primeira peça até a inspeção por amostragem de lote aleatório. Algumas empresas podem manter registros de suas descobertas, enquanto outras não. Quase sem exceção, os fabricantes fazem testes de nível de desempenho antes do envio, conforme descrito acima.

O Futuro

Embora os hospitais sempre precisem de incubadoras neonatais, é na indústria biotecnológica que reside o mercado em crescimento para este produto. As incubadoras do tipo câmara de crescimento precisarão controlar a temperatura e a umidade relativa para configurações mais precisas, à medida que microbiologistas e pesquisadores investigam novas maneiras de melhorar nossa saúde e bem-estar.