实验室孵化器

培养箱包括一个透明的腔室和调节其温度、湿度和通风的设备。多年来，孵化器提供的受控环境的主要用途包括孵化家禽蛋和照顾早产儿或生病的婴儿，但最近出现了一个新的重要应用，即用于医疗和研究的微生物的培养和操作。本文将重点介绍实验室（医疗）培养箱。

第一个孵化器是在古代中国和埃及使用的，它们由火加热的房间组成，在里面放置受精的鸡蛋进行孵化，从而使母鸡可以继续下蛋。后来，柴炉和酒精灯被用来加热培养箱。今天，家禽孵化器是大房间，通过电加热将温度保持在 99.5 到 100 华氏度（37.5 到 37.8 摄氏度）之间。风扇用于使加热的空气在鸡蛋上均匀循环，房间的湿度设置在 60% 左右，以最大限度地减少鸡蛋中的水分蒸发。此外，外部空气被泵入培养箱以保持 21% 的恒定氧气水平，这对于新鲜空气来说是正常的。一次可以在大型商业孵化器中培养多达 100,000 个鸡蛋，并且在整个 21 天的孵化期内每天至少轮换 8 次。

在 19 世纪后期，医生开始使用保温箱来帮助挽救妊娠期少于 37 周（人类最佳妊娠期为 280 天，或 40 周）后出生的婴儿的生命。第一个由煤油灯加热的婴儿保温箱于 1884 年出现在巴黎的一家妇女医院。

1933 年，美国人 Julius H. Hess 设计了一种电加热的婴儿保温箱（今天大部分仍然是电加热的）。现代婴儿保温箱类似于婴儿床，只是它们是封闭的。通常，盖子是透明的，以便医务人员可以不断观察婴儿。此外，许多保温箱都带有侧壁孔，可以在其中安装长臂橡胶手套，使护士无需取下它们就可以照顾婴儿。温度通常保持在 88 至 90 华氏度（31 至 32 摄氏度）之间。进入的空气通过一个 HEPA（高效净化空气）过滤器，对它进行清洁和加湿，并调整室内的氧气水平以满足每个婴儿的特殊需要。新生儿病房的孵化器，专门照顾早产儿的中心，经常配备电子设备来监测婴儿的体温和血液中的氧气含量。

实验室（医疗）培养箱最早是在 20 世纪使用的，当时医生意识到它们可用于识别患者体液中的病原体（致病细菌），从而更准确地诊断他们的疾病。获得样品后，将其转移到培养皿、烧瓶或其他一些无菌容器中，并放置在培养箱内的架子上。为了促进病原体的生长，室内的空气被加湿并加热到体温（98.6 华氏度或 37 摄氏度）。此外，这些培养箱提供细胞生长所需的大气二氧化碳或氮气量。当这种经过精心调节的空气在其周围循环时，微生物就会繁殖，从而更容易、更确定地进行识别。

培养箱的一个相关用途是组织培养，这是一种研究技术，临床医生从植物或动物中提取组织碎片，将这些外植体放入培养箱中，并监测其随后的生长。培养箱内的温度保持在或接近外植体来源的生物体的温度。在培养箱中观察外植体让科学家们深入了解特定细胞的运作和相互作用；例如，它使他们能够了解癌细胞并开发脊髓灰质炎、流感、麻疹和腮腺炎疫苗。此外，组织培养使研究人员能够检测因缺乏特定酶而引起的疾病。

孵化器也用于基因工程，这是组织培养的延伸，科学家在其中操纵外植体中的遗传物质，有时将来自不同来源的 DNA 结合起来创造新的生物体。虽然诸如精子库、克隆和优生学之类的应用困扰着许多当代观察者，但遗传物质已经被操纵以产生可衡量的积极影响——例如，制造胰岛素和其他生物必需蛋白质。基因工程还可以提高许多水果和蔬菜的营养成分，并可以增加各种作物的抗病能力。孵化器最大的潜力在于生物技术领域。

原材料

制造培养箱需要三种主要类型的材料。第一个是不锈钢 普通等级的金属板，通常厚度为 0.02 到 0.04 英寸（0.05 到 0.1 厘米）。使用不锈钢是因为它可以抵抗可能由自然环境因素和放置在设备内部的任何物质引起的生锈和腐蚀。下一类必要组件包括从外部供应商处购买的物品：螺母、螺钉、绝缘材料、电机、风扇和其他杂项。第三种必需的材料是电子封装，其复杂程度取决于相关单元的复杂程度。这种封装可能有简单的开/关开关，带有模拟温度控制或最先进的微处理器，可以编程以在不同的时间间隔内保持不同的温度，或操作各种内部照明系统。

设计

与标准冰箱一样，孵化器也是根据腔室的容积来衡量的，台面型号的范围为 5 到 10 立方英尺（1.5 到 3 立方米），独立式的范围为 18 到 33 立方英尺（5.5 到 10 立方米）楷模。

金属板用于制作两个盒子结构，一个内腔和一个封闭它的外壳。绝缘体（如果腔室是电加热的）或水套（如果是水加热的）围绕腔室，并且外壳支撑它、控制器和门。为防止污染并避免真菌或细菌生长，腔室必须密封或密封，其壁上的任何孔也必须如此。一扇玻璃门可以让科学家在不干扰培养箱内的物品的情况下观察它们，该门安装在培养箱的垫圈上，这有助于保持培养箱的气密性。一扇坚固且绝缘的钢门关闭在玻璃门上。

使用两种类型的热源：使用风扇循环它们产生的热量的电加热器和热水夹套。在前一种设计中，内室的内壁安装有一个电加热器，并覆盖有穿孔保护板。安装在加热器正上方的腔壁中的是一个风扇，其电机穿过腔壁延伸到机箱的控制区域，其叶片面向内。其他制造商通过用充满水的夹套围绕它来加热腔室。

干壁式加热器与水套式加热器相比具有多项优势。首先，前者可以更快地改变室内温度。此外，电加热装置可以进行热净化，因为壁式加热器不仅可以更快地加热腔室，而且还可以将其加热到更高的温度（在腔室温度升高到 212 华氏度或 100 摄氏度后，装置被认为是无污染的或以上）。水套带来了壁式加热器没有的另一个问题：因为它们是加压的，所以它们会发生泄漏。

湿度是通过加热一个装有有限量纯净水的小铜碗来产生的；产生的蒸汽可以通过控制阀引入腔室。也可以使用室内照明。荧光和UV（紫外线） 实验室培养箱中最大的部件由不锈钢板制成，经过剪切、穿孔和弯曲适当的形状。这些部件通过螺钉、点焊或电弧焊连接在一起。在组装过程接近尾声时，将水套或绝缘材料插入腔室。灯具可以单独安装或组合安装。为了调节温度、湿度、灯光、通风和任何其他特殊功能，更复杂的培养箱在其外壳上设有控制面板。然而，如果该装置是一个相对简单的装置，它将仅提供带有简单模拟温度控制的基本开/关开关。在室内，恒温器或热电偶被巧妙地放置，以便从外面可以毫无困难地看到它。

制造
过程

切割、穿孔和弯曲
金属板

• 1 首先，将 48 英寸 x 112 英寸（122 厘米 x 284 厘米）的金属片用类似非常大的台式切纸机的平剪机切割成小的方形块。
• 2 CNC 转塔压力机是一种编程机器，其中包含要穿孔的金属板尺寸以及每个孔和凹口的位置；每个孔和凹口的形状和尺寸也被输入。该机器在转塔（旋转）支架上有一个不同尺寸和预定位置的冲头库。操作员将板材放在机床床身（工作台）上，将其靠在三个固定点上以确保垂直度，然后将其夹在工作台上。然后，机器会将钢板通过辊床移动到转塔下方的不同位置，然后将转塔旋转到为该特定位置编程的冲头并触发压力机打孔。这种设计的机器可以容纳多达 60 种不同的冲头几何形状，并高速移动和撞击金属板。大多数钣金橱柜制造商广泛使用这种技术。
• 3 计算机编程或自动化的传统冲床都不能进行硬模具加工； 换句话说，他们只打出特定形状和尺寸的孔。钣金由操作员放入模具中。随着压力机向下移动，金属板被冲压。这些机器的成本低于 CNC 压力机，但必须将金属板放入多个压力机中才能获得所需的冲头配置。
• 4 金属板经过剪切和穿孔后，需要在称为 电动折弯机 的机器中弯曲一些零件 或 刹车 简称。制动器的长度范围为 4 到 20 英尺（1.2 到 6.1 米），但通常长约 10 英尺（3 米）。无论是固定底部，还是 床， 和移动的上部，或 ram， 有运行机器长度的插槽。由于这些插槽是对齐的，因此放入其中的任何工具都将始终完美对齐。床身有一个矩形块，其顶部有一个开放的“V”字形，而柱塞有一个刀刃，其切割边缘有一个半径。冲头下降到敞开的底部“V”是受到控制的；刀片进入床身的深度控制着金属板的弯曲角度。一个简单的直尺用作后挡料。

组装橱柜

• 5 接下来，将腔体和外壳的组件安装在一起，其中一些使用金属板螺钉。其他的则通过点焊连接起来，在这种过程中，单独的材料块通过压力和热量熔化。
• 6 其他部件采用三种方法之一进行电弧焊接。在第一种方法中，称为 MIG（金属电弧惰性气体）焊接，将一圈细线穿过手持焊枪。一根软管从惰性气体罐（通常是氩气）连接到喷枪喷嘴的尖端。产生电流的机器连接到喷枪和工件的电线上。当扣动枪的扳机时，线材移动，向工件进给，并释放气体，在线材与金属形成电弧的点处形成一种气氛。这允许连接部件。
• 7 第二种电弧焊方法称为棒焊。在此过程中，将一根长约 12 英寸、厚 0.187 英寸（长 30 厘米、厚 0.47 厘米）并涂有助焊剂材料的细棒放入手持支架中。该支架连接到产生电荷的机器上。与机器相连的还有接地电缆，该电缆的一端夹在要焊接的零件上。当棒靠近零件时，会产生电弧，产生强烈的热量，熔化棒和焊剂。助焊剂充当清洁剂，使棒材能够粘附在两块金属上。焊工沿金属接缝拖动焊条，同时保持焊条与焊缝的距离，使电弧保持恒定。
• 8 用于组装培养箱的第三种电弧焊方法是 TIG（钨极惰性气体保护气体）焊，它是焊条焊和 MIG 焊的组合。在此过程中，将没有任何助焊剂的静止钨棒插入手持枪中。惰性气体从罐中流过喷枪的喷嘴。扣动扳机时，气体会产生气氛；当钨棒产生电弧时，两部分熔合在一起，无需任何填充金属。

绘制孵化器

• 9 此时，可以对外壳进行喷漆以进一步提供内部和外部的表面保护（内腔从未喷漆）。盒子是喷漆的，通常用带静电的粉末油漆。 该过程需要施加少量电荷，以便吸引带相反电荷的粉末颗粒。外壳喷涂后，将其移入烤箱，熔化粉末颗粒，使它们粘附在刚清洁过的金属表面上。这个过程非常干净、高效且环保，高质量的油漆可以抵抗大多数实验室溢出。

绝缘或夹套腔室

• 10 接下来，内室用绝缘材料（毛毯或硬纸板）包裹，放入箱内并固定。如果设备是水套的，则 在电加热培养箱中，绝缘材料（毯子棉絮或硬板绝缘材料）包裹在内室周围并放置在机箱内。在水加热培养箱中，水套同样放置在内腔内。
  典型的独立式培养箱的腔室容积为 18 到 33 立方英尺。护套放置在外壳内，腔室放置在护套内。使用与上述类似的方法构造金属板门。

组装控制面板

• 11 在制造钣金橱柜时，控制面板正在工厂的其他地方组装。根据详细的电子印刷品，电工将不同粗细的不同颜色的电线固定到电子设备上。配色方案可帮助技术人员快速诊断问题，并且各种厚度可以安全有效地传输较低和较高的电压。购买的电气设备（例如保险丝盒、开关、接线盒和继电器）遵守严格的电气规范。最后，来自控制面板的电线连接到控制设备（开/关开关或微处理器）和机电设备（风扇电机、灯和加热器）。

最终组装、测试和清洁

• 12 培养箱现在安装了内部玻璃和外部实心门，并安装了搁架和辅助功能部件。每个单元都经过 100% 的功能测试。设置每个测试的参数以根据广告规格或客户的要求（以更严格的为准）验证设备的性能。问题得到纠正，设备重新测试。测试结果的副本保存在文件中，并将原件发送给客户。
• 13 培养箱内外都经过彻底清洁。货架被拆除并单独包装，门用胶带封闭。门下有一个支架以帮助防止下垂。接下来，每个单元都固定在一个木制滑板和一个瓦楞纸板上 盒子放在箱子周围。包装填料放在纸箱和箱子之间。最后，产品发货。

质量控制

整个孵化器制造行业都没有接受任何质量标准。该国的某些地区可能需要 UL（保险商实验室）电气认证，但这些标准仅适用于正在使用的机电设备。在钣金加工过程中，制造商利用内部检验流程的差异很大，从正式的首件检验到随机批量抽样检验。一些公司可能会保留他们的调查结果记录，而另一些公司则不会。几乎无一例外，制造商都会在发货前进行如上所述的性能级别测试。

未来

虽然医院总是需要新生儿保育箱，但生物技术行业是该产品的增长市场所在。随着微生物学家和研究人员研究改善我们的健康和福祉的新方法，生长室型孵化器需要将温度和相对湿度控制到更精确的设置。