Для культивування мікроорганізмів (мікроби, рикетсії, віруси, гриби) і широко використовуються термостати спеціального призначення, що мають різні габарити і межі регулювання температури. Термостатирующие пристрої можуть бути як сухожаровыми, 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 анаеробних мікробів [28].
Серію лабораторних термостатів спеціального призначення випускає фірма «Feinmechanik-Optik» (НДР). Бактеріологічні інкубатори цієї фірми -„104", BS-2, WS-2-призначені для вирощування і зберігання бактеріальних та 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, місткість - 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. В термостатах може міститися до 50 спеціальних чашок з живильним середовищем, що випускаються фірмою, або 35 звичайних чашок Петрі. Живлення від батарей постійного струму. Маса - 8,2 кг
Розвиток досліджень з мікробіологічного синтезу ставить перед фахівцями численні задачі, одна з яких - розробка апаратури та систем безперервного культивування мікроорганізмів.
Нарощування темпів наукових досліджень у галузі мікробіології, фізіології і біохімії мікроорганізмів привело в нашій країні, в шістдесятих роках, до розробки і виготовлення комплексних установок - таких, як «Биостенд» (інститут фізики АН СРСР), АНКУМ-1 - комплексу апаратури для безперервного культивування мікроорганізмів (ВКВ біологічного приладобудування АН СРСР), проте в даний час питання про масове оснащення 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 ферментери 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, підтримання певної температури.
Представляє безперечний інтерес вітчизняний апарат АК-10 для глибинної ферментації мікроорганізмів [4].
У ферментері робочої ємністю 5 л здійснюється автоматична стабілізація температури живильної середовища, її аерування 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 з зворотним клапаном, що запобігає потраплянню клітинної суспензії в повітряний клапан при припиненні аерації. Система ротаметров дозволяє регулювати потік повітря. На виході відпрацьованого повітря є конденсаційний посудину з фільтром для запобігання попадання клітин в робоче приміщення.
Перемішування здійснюється турбінною мішалкою, насадженої на вал приводу. На верхній частині валу мішалки укріплений диск механічного піногасіння, що перешкоджає підйому піни до вихідних штуцерам.
Для відбору проб і роботи з проточними датчиками, наприклад з датчиком оптичної щільності клітинної суспензії, в апараті АК-Ю є циркуляційний насос. В нагнітальному каналі насоса встановлений пробовідбиральний клапан. Конструкція приладу виконана у вигляді несучого каркасу, на якому укріплений ферментер і допоміжні пристрої. Корпус ферментера виготовлений з термостійкого скляного циліндра, обмеженого металевою кришкою і основою. Кришка ферментера має 12 штуцерів для введення в живильне середовище добавок, титрующих агентів і піногасників. об'єм - 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 ферментерів до апаратів для безперервного культивування мікробів [30.] Пристрій обладнаний з'єднувальними шлангами для подачі пари і води та розраховано на тиск до 2 атмосфер (рис. 47). Пристрій являє собою посудину, обладнаний сорочкою і поміщений на передвигаемую опору на колесах. Для перемішування використовується магнітна мішалка, що приводиться в рух трифазним електродвигуном. 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 обертів мішалки - від 50 до 1500± ±10% об/хв. Маса приладу - 65 кг.
Шведською фірмою «Biotec» випускаються судини для зберігання і транспортування поживних середовищ. Серія апаратів МЛ (MJI-075, загальний обсяг - 90 л, МЛ-100, обсяг - 160 л, МЛ-150,
Ряд зарубіжних фірм випускає комплекти ферментационного обладнання, які оснащені пристроями і приладами, що забезпечують автоматичне регулювання основних параметрів процесу культивування мікроорганізмів.
В якості прикладу такого пристрою може бути наведена контрольна панель ЛП-300 з ферментером (рис. 48) шведської фірми [27].
Рис. 48. Контрольна панель ЛП-300 з ферментером.
Панель забезпечує контроль і підтримання в заданих межах швидкості перемішування живильного середовища, температури та подачі газу, дозування компонентів живильного середовища. Протипінні препарати вводяться за допомогою перистальтичного насосу, який автоматично включається, якщо пінний пробовідбірник визначає наявність піни.
Найбільше поширення отримали на міжнародному ринку встановлення «Biotec», які випускаються в декількох модифікаціях з ферментерами ємністю 1,3, 10 і 15 л [26]. Набір з окремих функціональних блоків забезпечує термостатування, рН-статирование, хімічне пеногашение, аерацію і можливість ведення безперервних процесів. Найбільше поширення отримали ферментери типів ФО-103 і ФЛ-110 (рис. 49). Ферментер ФЛ-103 має корисний об'єм 1 і 3 л, а ферментер ФЛ-110 - 10 і 20 л.
Рис. 49. Ферментер ФЛ-110.
Ферментери виготовлені з пирексового 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 штуцерам, вмонтованим в дно приладу, датчиків різних приладів (рН-метри, вимірювача оптичної щільності, газоаналізатора та ін), а також для введення добавок, титрующих агентів, піногасників.
Ферментер типу ФМ-100, що випускається фірмою «Biotec», є пересувною моделлю і призначається для ферментації непатогенних бактерій. Ферментер складається з власне ферментера ФМ-100 загальним обсягом близько 150 л, з вбудованим в дно пристроєм для перемішування і систем контролю температури, подачі повітря і 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, перемішувач легко виймається і може бути встановлений на будь необхідній висоті над дном посудини. Потужний електромотор пристроями, що перемішують має електронний контроль швидкості обертання. Заглушки і повітроводи легко видаляються, якщо необхідна вихрова аерація. Введення різних препаратів забезпечується наявністю п'яти вступних отворів на кришці. Взяття проб та введення додаткових компонентів під поверхню рідини забезпечуються через вхідні отвори з мембранами. Контроль температури здійснюється електронним пристроєм. Є пристрій для противопенного контролю і вимірювання рН.
Фірма «Biotec» випускає миниферментер - портативний, компактний пристрій, легко автоклавируемое, легко збиране і швидко подготавливаемое до роботи. З допомогою миниферментера можна швидко отримувати культури для їх біохімічного дослідження. Значення температури всередині посудини ємністю 700 мл може вибиратися в інтервалі від 20 до 60° С. Кількість оборотів перемішувача - від 100 до 2000 в 1 хв. У миниферментере легко можуть бути використані пристосування для додаткового контролю рН, р02, що дозволяє культивувати різні види мікроорганізмів як в аеробних, так і анаеробних умовах. Кришка миниферментера зроблена з кислотостійкої нержавіючої сталі і забезпечена двома патрубками для введення і виведення повітря і двома отворами, 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» (НДР) випускає ферментер для аеробних культур ФС/002 і для анаеробних культур ФС/003.
Обидва автоклавируемых типу ферментера мають циліндричну конструкцію з термостійкого скла з подвійною сорочкою, що дозволяє проводити культивування при необхідній температурі. Вдавлені кришка зі стандартним шлифом забезпечена п'ятьма конічними шлифами, 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].
Всередині цього апарату розміщені обертаються титанові диски, збільшують площу при даному обсязі живильного середовища, дозволяючи отримувати великі кількості первинних клітин як дослідних, так і для промислових цілей, включаючи виробництво вакцин і сироваток. Випускається в двох модифікаціях: на 4 л зі скла (рис. 51) і на 14 л з нержавіючої сталі.
Рис. 51. Багатодискове пристрій для отримання тканинних культур.
Роллерниє установки призначені для культивування тканинних культур при вірусологічних дослідженнях на внутрішніх стінках циліндричних судин при обертанні їх на рухомих валиках (роликах) з різними швидкостями. В цих умовах відбувається зрошення культури, прикріпленою на внутрішній стінці судини, а разом з тим і більш оптимальна аерація, що сприяє більш ефективному розмноженню вірусу.
Ролерний 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). Роллерниє апарати дозволяють максимально використовувати простір для живильного середовища і дають високий вихід клітин з квадратного сантиметра поверхні, забезпечуючи хороший доступ кисню і живильного середовища до клітин, створюючи в кінцевому підсумку значну економію часу при посіві, вирощуванні і збиранні їх [26].
Випускаються ролери різних моделей: від настільної, розрахованої на 5-15 флаконів, до підлогової з 7 полицями, 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, яка вмикається при падінні напруги в мережі або при відключенні апарата. На рис. 52, а, б, в представлені різні варіанти роллерних пристроїв.
Рис. 52. Роллерниє апарати.
а, б - настільні варіанти; в - підлоговий варіант
Крім згаданих зарубіжних фірм, що спеціалізуються на випуску лабораторного ферментационного обладнання, слід також згадати японську фірму «Marubishi», англійської - «Gallenkamp» і швейцарську «Chemap».
Фірма «Biotec» випускає прилад (фірмове назва «Х-прес»), з допомогою якого виробляється дезінтеграція клітин з великим виходом дезинтегрированной маси [31]. Прилад може знайти застосування в імунології та ензимології.
Заморожений біологічний матеріал за допомогою гідравлічного преса продавлюється через вузький отвір у спеціальну камеру. Маніпуляція із проштовхуванням може бути повторена кілька разів, у результаті чого утворюється досить дезинтегрированная клітинна маса, яка для кількісного обліку може піддаватися нефелометрированию на колориметре - нефелометре. Дезінтеграції можуть піддаватися як бактеріальні, так і тканинні клітини.
Для аналогічних цілей фірмою MSE (Англія) випущена модель ультразвукового дезінтегратора клітин (рис. 53).
Рис. 53. Ультразвуковий дезінтегратор клітин.
Принцип роботи дезінтегратора заснований на кавітаційне дії ультразвукової хвилі, яка 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 в якості 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 бактеріємії, 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 має інгібуючу дію проти того чи іншого виду мікроорганізмів, в 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 год, а сама підготовча процедура не вимагає багато часу, можна рекомендувати цю чи аналогічну їй апаратуру для широкого застосування в мікробіологічній практиці.
Рис. 54. Прилад для аналізу і підрахунку мікробних колоній.
