Для культивування мікроорганізмів (мікроби, рикетсії, віруси, гриби) необхідні і широко використовуються термостати спеціального призначення, що мають різні габарити і межі регулювання температури. Термостатують пристрої можуть бути як сухожарові, так і з водяним обігрівом. У деяких моделях термостатів передбачено пристрій для подачі і рівномірної циркуляції CO2 і повітря, що дозволяє використовувати термостат як для аеробних, так і для анаеробних бактерій [28].
Серію лабораторних термостатів спеціального призначення випускає фірма «Feinmechanik-Optik» (НДР). Бактеріологічні інкубатори цієї фірми - "104", BS-2, WS-2-призначені для вирощування та зберігання бактеріальних і вірусних культур [3]. Робочий діапазон температур термостата BS-2 - в межах від +30 до + 100 ° С. Точність регулювання температури ± 0,1 ° С. Робочий простір камери (висота, ширина, глибина) -400X440X400 мм, ємність - 70 л. Напруга живлення - 220 В, 50 Гц, споживана потужність - 880 Вт Загальна висота - 580 мм, маса - 63 кг.
Фірма «Millipore» [24] випускає малогабаритний лабораторний термостат, який може бути використаний і в польових умовах. В термостаті автоматично підтримується температура в заданому режимі з похибкою ± 0,5 ° С. Температура може встановлюватися в межах від +18 до + 60 ° С. У термостатах може поміщатися до 50 спеціальних чашок з живильним середовищем, що випускаються фірмою, або 35 звичайних чашок Петрі. Харчування - від батарей постійного струму. Маса - 8,2 кг.
Розвиток досліджень по мікробіологічному синтезу ставить перед фахівцями численні завдання, одна з яких - розробка апаратури та систем безперервного культивування мікроорганізмів.
Нарощування темпів наукових досліджень в галузі мікробіології, фізіології та біохімії мікроорганізмів привело в нашій країні, в шістдесятих роках, до розробки та виготовлення комплексних установок - таких, як «Біостенд» (інститут фізики СО АН СРСР), Анкум-1 - комплексу апаратури для безперервного культивування мікроорганізмів (ВКВ біологічного приладобудування АН СРСР), проте в даний час питання про масове оснащенні наукових установ лабораторними ферментаційними установками ще не вирішене. Ферментери - прилади, призначені для безперервного культивування бактерій. Випускаються у вигляді великих (стаціонарних) та малих лабораторних установок. У ферментерах зазвичай є пристрої для подачі в мікробну масу при її культивуванні кисню для аерації, для безперервного перемішування мікробної маси, для вимірювання та регулювання рН середовища, підтримки певної температури.
Представляє безперечний інтерес вітчизняний апарат АК-10 для глибинного ферментирование мікроорганізмів [4].
У ферментере робочою ємністю 5 л здійснюється автоматична стабілізація температури живильного середовища, її аерірованіе і перемішування. Повітря, попередньо очищений від механічних домішок, подається до апарату під тиском 1,4 кг / см2 через регулюючий клапан, індикатор витрати і біофільтр. Введення повітря проводиться через форсунку із зворотним клапаном, що запобігає потраплянню клітинної суспензії в повітряний клапан при припиненні аерації. Система ротаметрів дозволяє регулювати потік повітря. На виході відпрацьованого повітря є конденсаційний посудину з фільтром для запобігання потрапляння клітин в робоче приміщення.
Перемішування здійснюється турбінної мішалкою, насадженої на вал приводу. На верхній частині валу мішалки укріплений диск механічного піногасіння, що перешкоджає підйому піни до вихідних штуцерів.
Для відбору проб і роботи з проточними датчиками, наприклад з датчиком оптичної щільності клітинної суспензії, в апараті АК-Ю є циркуляційний насос. У нагнітальному каналі насоса встановлений занурити пробовідбиральний клапан. Конструкція приладу виконана у вигляді несучого каркаса, на якому укріплений ферментер і допоміжні пристрої. Корпус ферментера виготовлений з термостійкого скляного циліндра, обмеженого металевою кришкою і підставою. Кришка ферментера має 12 штуцерів для введення в живильне середовище добавок, титри агентів і піногасників. обсяг - 200 л) фірми «Біотек» являє собою новий тип пристрою, призначеного для стерилізації великої кількості середовищ або для збору та охолодження вирощених культур мікроорганізмів при використанні випускаються цією ж фірмою ферментеров до апаратів для безперервного культивування мікробів [30.] Пристрій обладнаний сполучними шлангами для подачі пари й води і розраховано на тиск до 2 атмосфер (рис. 47). Пристрій являє собою посудину, обладнаний сорочкою і поміщений на пересувається опору на колесах. Для перемішування використовується магнітна мішалка, що приводиться в рух трифазним електромотором. Робоча швидкість перемішування у всіх трьох моделей фіксована - 770 об / хв.
Рис. 47. Посудина для зберігання і транспортування поживних середовищ МЛ-100.
Система терморегуляції забезпечує плавне регулювання і підтримка температури в діапазоні від 20 до 60 ° С, з точністю ± 5 ° С. Число оборотів мішалки - від 50 до 1500 ± ± 10% об / хв. Маса приладу - 65 кг.
Шведською фірмою «Biotec» випускаються посудини для зберігання і транспортування поживних середовищ. Серія апаратів МЛ (MJI-075, загальний обсяг-90 л, МЛ-100, об'єм - 160 л, МЛ-150,
Ряд зарубіжних фірм випускає комплекти ферментаційного обладнання, які оснащені пристроями і приладами, що забезпечують автоматичне регулювання основних параметрів процесу культивування мікроорганізмів.
Як приклад такого пристрою може бути приведена контрольна панель ЛП-300 з ферментера (рис. 48) шведської фірми [27].
Рис. 48. Контрольна панель ЛП-300 з ферментера.
Панель забезпечує контроль і підтримка в заданих межах швидкості перемішування живильного середовища, температури і подачі газу, дозування компонентів живильного середовища. Протипінні препарати вводяться за допомогою перистальтичного насоса, який автоматично включається, якщо пінний пробовідбірник визначає наявність піни.
Найбільшого поширення набули на міжнародному ринку установки «Biotec», які випускаються в декількох модифікаціях з ферментерами ємністю 1,3, 10 і 15 л [26]. Набір з окремих функціональних блоків забезпечує термостатирование, рН-статірованіе, хімічне піногасіння, аерацію і можливість ведення безперервних процесів. Найбільшого поширення набули ферментери типів ФО-103 і ФЛ-110 (рис. 49). Ферментер ФО-103 має корисний об'єм 1 і 3 л, а ферментер ФО-110 - 10 і 20 л.
Рис. 49. Ферментер ФО-110.
Ферментери виготовлені з пірексового скла. Дно і кришка ферментера виконані з нержавіючої сталі. Лабораторні ферментери встановлені на металевих ніжках, що полегшує зняття дна і кришки ферментера і дає можливість приєднувати до штуцерів, вмонтованим в дно приладу, датчиків різних приладів (рН-метра, вимірювача оптичної щільності, газоаналізатора і ін.), А також для введення добавок, Титри агентів, піногасників.
Ферментер типу ФМ-100, що випускається фірмою «Biotec», є пересувною моделлю і призначається для ферментирование непатогенних бактерій. Ферментер складається з власне ферментера ФМ-100 із загальним обсягом близько 150 л, з вбудованим в дно пристроєм для перемішування, і систем контролю температури, подачі повітря та стерилізації. Система подачі повітря обладнана вимірювачем швидкості подачі повітря і фільтром для його очищення. Зовнішній вигляд приладу наведено на рис. 50.
Рис. 50. Ферментер ФМ-100.
Основні переваги цього типу ферментера: щоперемішує пристрій, вмонтований у дно посудини, полегшує маніпуляції, перемешиватель легко виймається і може бути встановлений на будь необхідній висоті над дном посудини. Потужний електромотор перемішують має електронний контроль швидкості обертання. Заглушки і повітроводи легко видаляються, якщо необхідна вихорову аерація. Введення різних препаратів забезпечується наявністю п'яти ввідних отворів на кришці. Взяття проб і введення додаткових компонентів під поверхню рідини забезпечуються через вхідні отвори з мембранами. Контроль температури здійснюється електронним пристроєм. Мається пристрій для протипінних контролю та вимірювання рН.
Фірма «Biotec» випускає мініферментер - портативне, компактний пристрій, легко автоклавуємий, легко збиране і швидко готується до роботи. За допомогою мініферментера можна швидко отримувати культури для їх біохімічного дослідження. Значення температури всередині судини ємністю 700 мл може вибиратися в інтервалі від 20 до 60 ° С. Кількість обертів перемешівателі - від 100 до 2000 в 1 хв. У мініферментере легко можуть бути використані пристосування для додаткового контролю рН, р02, що дозволяє культивувати різні види мікроорганізмів як в аеробних, так і анаеробних умовах. Кришка мініферментера зроблена з кислотоустойчивой нержавіючої сталі і забезпечена двома патрубками для введення і виведення повітря і двома отворами, що закриваються гумовими мембранами (пробками), що дозволяє брати проби, змінювати кислотність середовища, додавати поживні речовини і т. Д. Без ризику порушити стерильність [26 ].
Підприємство «Glas KeramiK» (ГДР) випускає ферментер для аеробних культур ФС / 002 і для анаеробних культур ФС / 003.
Обидва автоклавуємий типу ферментера мають циліндричну конструкцію з термостійкого скла з подвійною сорочкою, що дозволяє проводити культивування при необхідній температурі. Втиснута кришка зі стандартним шліфом забезпечена п'ятьма конічними шліфами, які можна використовувати для різних цілей. Обидва ферментера мають водозливи, а на нижньому кінці є пристрій для відбору проб.
У вірусологічних лабораторіях знаходить все більше застосування апаратура, що дозволяє отримувати великі кількості клітинної маси. Прикладом такої апаратури може служити багатодискове пристрій для отримання тканинних культур, що випускається американською фірмою «New Brunswik» [29].
Усередині цього апарату розміщені обертові титанові диски, що збільшують площу при даному обсязі живильного середовища, дозволяючи отримувати великі кількості первинних клітин як для дослідних, так і для промислових цілей, включаючи виробництво вакцин і сироваток. Випускається у двох модифікаціях: на 4 л зі скла (рис. 51) і на 14 л з нержавіючої сталі.
Рис. 51. Багатодискове пристрій для отримання тканинних культур.
Ролерні установки призначені для культивування тканинних культур при вірусологічних дослідженнях на внутрішніх стінках циліндричних судин при обертанні їх на рухомих валиках (роликах) з різними швидкостями. У цих умовах відбувається зрошення культури, прикріпленою на внутрішній стінці судини, а разом з тим і більш оптимальна аерація, що сприяє більш ефективному розмноженню вірусу.
Роллерний апарат американської фірми «Forma Scientific» призначений також для отримання клітинної маси у великих обсягах, в одному шарі в циліндричних посудинах, що обертаються одночасно при різних швидкостях (від 0,1 до 8 об / хв). Ролерні апарати дозволяють максимально використовувати простір для живильного середовища і дають високий вихід клітин з квадратного сантиметра поверхні, забезпечуючи хороший доступ кисню і поживного середовища до клітин, створюючи в кінцевому підсумку значну економію часу при посіві, вирощуванні і зборі їх [26].
Випускаються ролери різних моделей: від настільної, розрахованої на 5-15 флаконів, до підлогової з 7 полками, на кожній з яких можна розмістити по 4 судини. Всі моделі обладнані тахометрами, з похибкою в межах 1%, для контролю швидкості обертання судин. Інтервали швидкостей обертання можуть змінюватися від 0,1 до 4 об / хв. Апарати обладнані звуковою сигналізацією, включається при падінні напруги в мережі або при відключенні апарату. На рис. 52, а, б, в представлені різні варіанти роллерних пристроїв.
Рис. 52. Ролерні апарати.
а, б - настільні варіанти-в - підлоговий варіант
Крім згаданих зарубіжних фірм, що спеціалізуються на випуску лабораторного ферментаційного обладнання, слід також згадати японську фірму «Marubishi», англійську - «Gallenkamp» і швейцарську «Chemap».
Фірма «Biotec» випускає прилад (фірмову назву «Х-прес»), за допомогою якого проводиться дезінтеграція клітин з великим виходом дезінтегрованою маси [31]. Прилад може знайти застосування в імунології та ензимології.
Заморожений біологічний матеріал за допомогою гідравлічного преса продавлюється через вузький отвір в спеціальну камеру. Маніпуляція з продавливанием може бути повторена кілька разів, в результаті чого утворюється досить дезінтегрованих клітинна маса, яка для кількісного обліку може піддаватися нефелометрірованію на колориметрі - нефелометрія. Дезінтеграції можуть піддаватися як будь-які бактеріальні, так і тканинні клітини.
Для аналогічних цілей фірмою MSE (Англія) випущена модель ультразвукового дезінтегратора клітин (рис. 53).
Рис. 53. Ультразвуковий дезинтегратор клітин.
Принцип роботи дезінтегратора заснований на кавітаційному дії ультразвукової хвилі, що розповсюджується в рідини, що містить клітинну масу, в результаті чого відбувається руйнування мікроорганізмів, клітин тканин та інших біологічних матеріалів. Прилад забезпечений саморегулівної налаштуванням, що дозволяє підтримувати вироблену оператором частоту, амплітуду коливань і потужність. Прилад може бути також використаний як ультразвукової мийної машини для миття дрібної капілярної посуду.
Американська фірма «Millipore» пропонує ряд пристосувань і пристроїв для мікробіологічного аналізу [23]. Зокрема, для мікробіологічного аналізу крові людини, особливо при підгострій бактериемии, коли на видачу аналізу в звичайних умовах йде кілька діб, використовують апарат, показаний на рис. 54. Апарат випускається з набором спеціальних фільтрів, що є основою всього комплекту. Кожен з фільтрів набору володіє інгібуючим дією проти того чи іншого виду мікроорганізмів, у результаті чого після фільтрації крові на фільтрі, вміщеному на живильне середовище, виростають колонії, отримані селективним методом. Враховуючи, що результати аналізу можна визначати вже через 24 годин, а сама підготовча процедура не вимагає багато часу, можна рекомендувати цю або аналогічну їй апаратуру для широкого застосування в мікробіологічній практиці.
Рис. 54. Прилад для аналізу і підрахунку мікробних колоній.