실험실 인큐베이터

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인큐베이터는 투명한 챔버와 온도, 습도 및 환기를 조절하는 장비로 구성됩니다. 수년 동안 인큐베이터가 제공하는 통제된 환경의 주요 용도는 가금류 알의 부화, 미숙아 또는 병든 영아 돌보는 것이었습니다. 그러나 최근에는 의료 및 연구를 위한 미생물의 배양 및 조작이라는 새롭고 중요한 응용 프로그램이 등장했습니다. 이 기사는 실험실(의료) 인큐베이터에 초점을 맞출 것입니다.

최초의 인큐베이터는 고대 중국과 이집트에서 사용되었으며, 불로 가열된 방으로 구성되어 수정된 닭 알을 부화시켜 암탉이 계속 알을 낳을 수 있도록 했습니다. 나중에 나무 스토브와 알코올 램프를 사용하여 인큐베이터를 가열했습니다. 오늘날 가금류 부화기는 화씨 99.5도에서 100도(섭씨 37.5도에서 37.8도) 사이의 온도를 유지하기 위해 전기적으로 가열되는 큰 방입니다. 팬은 가열된 공기를 계란 위로 고르게 순환시키는 데 사용되며 실내 습도는 약 60%로 설정되어 계란에서 물의 증발을 최소화합니다. 또한 외부 공기가 인큐베이터로 펌핑되어 신선한 공기의 경우 정상적인 21%의 일정한 산소 수준을 유지합니다. 대형 상업용 인큐베이터에서 한번에 100,000개의 알을 키울 수 있으며, 21일의 부화 기간 동안 모두 하루에 최소 8번씩 회전합니다.

19세기 후반에 의사들은 인큐베이터를 사용하여 임신 기간이 37주 미만(인간의 최적 임신 기간은 280일 또는 40주) 미만인 후 태어난 아기의 생명을 구하는 데 도움을 주기 시작했습니다. 등유 램프로 가열되는 최초의 유아 인큐베이터는 1884년 파리 여성 병원에 등장했습니다.

1933년, 미국인 Julius H. Hess는 전기 가열식 유아 인큐베이터를 설계했습니다(대부분은 오늘날에도 여전히 전기 가열식입니다). 현대의 아기 인큐베이터는 유아용 침대와 비슷하지만 동봉되어 있습니다. 일반적으로 커버는 투명하여 의료진이 지속적으로 아기를 관찰할 수 있습니다. 또한 많은 인큐베이터에는 긴 팔이 달린 고무 장갑을 끼울 수 있는 측면 벽 구멍이 있어 간호사가 아기를 벗지 않고 돌볼 수 있습니다. 온도는 일반적으로 화씨 88~90도(섭씨 31~32도)로 유지됩니다. 유입된 공기는 HEPA(고효율 정화 공기) 필터를 통과하여 청소 및 가습되며 챔버 내의 산소 수준은 각 유아의 특정 요구에 맞게 조정됩니다. 미숙아를 전문적으로 돌보는 센터인 신생아실의 인큐베이터에는 종종 영아의 체온과 혈액 내 산소량을 모니터링하는 전자 장치가 장착되어 있습니다.

실험실(의료) 인큐베이터는 20세기에 의사가 환자의 체액에서 병원체(질병 유발 박테리아)를 식별하여 장애를 보다 정확하게 진단하는 데 사용할 수 있다는 것을 깨달았을 때 처음 사용되었습니다. 샘플을 얻은 후에는 페트리 접시, 플라스크 또는 기타 멸균 용기로 옮기고 인큐베이터 내부의 랙에 놓습니다. 병원성 성장을 촉진하기 위해 챔버 내부의 공기는 가습되고 체온(화씨 98.6도 또는 섭씨 37도)으로 가열됩니다. 또한 이러한 인큐베이터는 세포 성장에 필요한 대기 중 이산화탄소 또는 질소의 양을 제공합니다. 이 세심하게 조절된 공기가 주위를 순환함에 따라 미생물이 증식하여 보다 쉽고 확실한 식별이 가능합니다.

인큐베이터의 관련 용도는 임상의가 식물이나 동물에서 조직 조각을 추출하고 이러한 외식편을 인큐베이터에 넣고 후속 성장을 모니터링하는 연구 기술인 조직 배양입니다. 인큐베이터 내의 온도는 외식편이 유래된 유기체의 온도 또는 그 근처에서 유지됩니다. 인큐베이터에서 외식편을 관찰하면 과학자들에게 특정 세포의 작동 및 상호 작용에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, 암 세포를 이해하고 소아마비, 인플루엔자, 홍역 및 볼거리에 대한 백신을 개발할 수 있었습니다. 또한, 조직 배양을 통해 연구자들은 특정 효소의 결핍으로 인한 장애를 감지할 수 있습니다.

인큐베이터는 또한 과학자들이 외식편의 유전 물질을 조작하는 조직 배양의 확장인 유전 공학에도 사용되며, 때로는 별개의 출처에서 얻은 DNA를 결합하여 새로운 유기체를 생성하기도 합니다. 정자 은행, 복제 및 우생학과 같은 응용 프로그램은 많은 현대 관찰자들에게 문제를 일으키지만 유전 물질은 이미 측정 가능한 긍정적인 효과로 조작되어 예를 들어 인슐린 및 기타 생물학적 필수 단백질을 만들 수 있습니다. 유전 공학은 또한 많은 과일과 채소의 영양 함량을 향상시킬 수 있으며 다양한 작물의 질병 저항성을 증가시킬 수 있습니다. 인큐베이터의 가장 큰 잠재력은 바로 생명공학 분야에 있습니다.

원자재

인큐베이터를 제작하려면 세 가지 주요 유형의 재료가 필요합니다. 첫 번째는 스테인리스 스틸 입니다. 일반적으로 두께가 0.02~0.04인치(0.05~0.1센티미터)인 일반 등급의 판금. 스테인리스 스틸은 자연적으로 발생하는 환경 인자와 장치 내부에 있는 모든 물질로 인해 발생할 수 있는 녹 및 부식에 강하기 때문에 사용됩니다. 필요한 구성 요소의 다음 범주에는 너트, 나사, 절연체, 모터, 팬 및 기타 기타 품목과 같은 외부 공급업체로부터 구매한 품목이 포함됩니다. 필요한 재료의 세 번째 유형은 해당 장치의 정교함에 따라 복잡성이 달라지는 전자 패키지입니다. 이러한 패키지에는 아날로그 온도 제어 기능이 있는 간단한 온/오프 스위치 또는 다양한 간격 동안 다른 온도를 유지하거나 다양한 내부 조명 시스템을 작동하도록 프로그래밍할 수 있는 최첨단 마이크로프로세서가 있을 수 있습니다.

디자인

표준 냉장고와 마찬가지로 인큐베이터는 조리대 모델의 경우 5~10입방피트(1.5~3입방미터), 독립형 모델의 경우 18~33입방피트(5.5~10입방미터) 범위인 챔버의 부피로 측정됩니다. 모델.

판금을 사용하여 내부 챔버와 이를 둘러싸는 케이스의 두 가지 상자 구성을 만들 수 있습니다. 단열재(챔버가 전기적으로 가열되는 경우) 또는 워터 재킷(물로 가열되는 경우)이 챔버를 둘러싸고 케이스가 이를 지지하고, 제어 장치 및 도어를 지원합니다. 오염을 방지하고 곰팡이나 박테리아의 증식을 피하기 위해 챔버는 벽에 내장된 구멍과 마찬가지로 완전히 밀봉되거나 밀폐되어야 합니다. 과학자들이 챔버의 내용물을 방해하지 않고 관찰할 수 있도록 하는 유리 도어는 챔버의 개스킷에 딱 맞아 인큐베이터를 기밀하게 유지하는 데 도움이 됩니다. 견고하고 단열된 강철 문이 유리문 위로 닫힙니다.

두 가지 유형의 열원이 사용됩니다. 팬을 사용하여 발생하는 온기를 순환시키는 전기 히터와 온수 재킷입니다. 전자의 설계에서 내부 챔버에는 내부 벽에 장착된 전기 히터가 있으며 천공된 보호 패널로 덮여 있습니다. 히터 바로 위의 챔버 벽에 장착된 팬은 모터가 챔버 벽을 통해 케이스의 제어 영역으로 확장되고 블레이드가 안쪽을 향하고 있습니다. 다른 제조업체는 챔버를 물로 채워진 재킷으로 둘러싸서 가열합니다.

건식 벽체 히터는 워터 재킷에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 첫째, 전자는 챔버 내 온도를 더 빠르게 변경할 수 있습니다. 또한 전기 가열 장치는 벽 히터가 챔버를 더 빨리 가열할 뿐만 아니라 더 높은 온도로 가열하기 때문에 열적으로 오염을 제거할 수 있습니다. 이상). 워터 재킷은 벽 히터가 하지 않는 또 다른 문제를 제기합니다. 압력이 가해지기 때문에 누수가 발생할 수 있습니다.

제한된 양의 정제수가 들어 있는 작은 구리 그릇을 가열하면 습도가 발생합니다. 생성된 증기는 제어 밸브를 통해 챔버로 유입될 수 있습니다. 실내 조명을 사용할 수도 있습니다. 형광등 및 UV(자외선) 실험실 인큐베이터의 가장 큰 구성요소는 스테인리스 스틸 판금으로 만들어지며, 이 금속판은 전단되고 천공되고 적절한 모양. 조각은 나사, 스폿 용접 또는 아크 용접으로 함께 결합됩니다. 조립 공정이 거의 끝나갈 무렵, 워터 재킷이나 단열재가 챔버에 삽입됩니다. 램프는 별도로 또는 조합하여 설치할 수 있습니다. 온도, 습도, 조명, 환기 및 기타 특수 기능을 조정하기 위해 보다 정교한 인큐베이터에는 외부 케이스에 제어판이 있습니다. 그러나 장치가 비교적 단순한 장치인 경우 간단한 아날로그 온도 제어가 있는 기본 켜기/끄기 스위치만 제공합니다. 챔버 내부에는 외부에서 어려움 없이 볼 수 있도록 온도 조절기 또는 열전대가 전략적으로 배치되어 있습니다.

제조
프로세스

절단, 천공 및 굽힘
판금

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1 먼저 48인치 x 112인치(122cm x 284cm)의 금속 시트를 매우 큰 탁상용 종이 절단기와 유사한 평평한 가위로 작은 정사각형 조각으로 자릅니다.

2 CNC 터렛 프레스는 천공될 판금의 치수와 각 구멍 및 노치의 위치로 프로그래밍된 기계입니다. 각 구멍과 노치의 모양과 크기도 입력됩니다. 이 기계에는 터릿(로터리) 홀더에 다양한 크기와 미리 결정된 위치의 펀치 매거진이 있습니다. 작업자는 기계 베드(테이블)에 시트를 놓고 직각도를 보장하기 위해 3개의 고정 지점에 위치시킨 다음 테이블에 고정합니다. 그런 다음 기계는 특정 위치에 대해 프로그래밍된 펀치로 포탑을 회전시키고 프레스가 구멍을 펀칭하도록 트리거하기 전에 롤러 베드 위의 강판을 포탑 아래의 다른 위치로 이동합니다. 이 디자인의 기계는 60개 이상의 다른 펀치 형상을 수용할 수 있으며 판금을 고속으로 이동하고 타격할 수 있습니다. 대부분의 판금 캐비닛 제조업체는 이 기술을 광범위하게 사용합니다.

3 컴퓨터로 프로그래밍되거나 자동화되지 않은 기존의 펀치 프레스는 하드 툴링을 수행합니다. 즉, 특정 모양과 크기의 구멍만 뚫습니다. 작업자가 판금을 다이에 넣습니다. 프레스가 아래쪽으로 이동하면 판금이 펀칭됩니다. 이 기계는 CNC 프레스보다 비용이 적게 들지만 원하는 펀치 구성을 얻으려면 판금을 수많은 프레스에 배치해야 합니다.

4 판금이 절단되고 천공된 후 파워 프레스 브레이크 로 알려진 기계에서 일부 조각을 구부려야 합니다. 또는 브레이크 짧게. 브레이크의 길이는 1.2~6.1m(4~20피트)이지만 일반적으로 약 3m(10피트)입니다. 고정 바닥 또는 침대 그리고 움직이는 갑피 또는 램, 기계의 길이를 실행하는 슬롯이 있습니다. 이 슬롯이 정렬되어 있기 때문에 슬롯에 배치된 모든 도구는 항상 완벽하게 정렬됩니다. 침대에는 윗면에 열린 "V"자가 있는 직사각형 블록이 있고, 숫양에는 절단 모서리에 반경이 있는 칼날이 있습니다. 열린 바닥 "V"로 램의 하강이 제어됩니다. 블레이드가 베드에 들어가는 깊이는 판금이 구부러지는 각도를 제어합니다. 단순한 스트레이트 에지가 백 게이지 역할을 합니다.

캐비닛 조립

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5 다음으로, 챔버와 케이스의 구성 요소가 함께 장착되며 일부는 판금 나사로 고정됩니다. 다른 부분은 별도의 재료 조각을 압력과 열로 융합하는 과정인 스폿 용접을 통해 접합됩니다.

6 다른 구성 요소는 세 가지 방법 중 하나를 사용하여 아크 용접됩니다. MIG(금속-아크 불활성 가스) 용접으로 알려진 첫 번째 방법에서는 얇은 와이어 코일을 휴대용 총에 끼웁니다. 호스는 불활성 가스(보통 아르곤) 탱크에서 건의 노즐 끝으로 연결됩니다. 전류를 발생시키는 기계는 건의 와이어와 공작물에 부착됩니다. 건의 방아쇠를 당기면 선재가 이동하여 공작물을 향하여 급전되고 가스가 방출되어 선재가 금속과 호를 이루는 지점에 분위기가 형성됩니다. 이를 통해 부품을 결합할 수 있습니다.

7 두 번째 아크 용접 방법은 스틱 용접으로 알려져 있습니다. 이 과정에서 길이 약 12인치, 두께 0.187인치(길이 30센티미터, 두께 0.47센티미터)이고 플럭스 재료로 코팅된 얇은 막대를 휴대용 홀더에 넣습니다. 이 홀더는 전하를 생성하는 기계에 부착됩니다. 또한 용접할 부품에 고정된 끝이 있는 접지 케이블이 기계에 연결되어 있습니다. 로드가 부품에 가까우면 아크가 발생하여 로드와 플럭스를 녹이는 강렬한 열을 생성합니다. 플럭스는 세척제 역할을 하여 막대 재료가 두 금속 조각에 모두 부착되도록 합니다. 용접기는 호가 일정하게 유지되도록 솔기에서 거리를 유지하면서 금속 솔기를 따라 막대를 끕니다.

8 인큐베이터 조립에 사용되는 세 번째 아크 용접 방법은 스틱 용접과 MIG 용접을 결합한 TIG(텅스텐-아크 불활성 가스) 용접입니다. 이 과정에서 플럭스가 없는 고정된 텅스텐 막대가 휴대용 총에 삽입됩니다. 불활성 가스는 건의 노즐을 통해 탱크에서 흐릅니다. 방아쇠를 당기면 가스가 대기를 생성합니다. 텅스텐 막대가 아크에 부딪치면 두 부분이 용가재 없이 함께 융합됩니다.

인큐베이터 페인팅

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9 이 시점에서 케이스는 내부 및 외부 표면 보호를 추가로 제공하기 위해 페인트칠할 수 있습니다(내부 챔버는 페인트되지 않음). 상자는 일반적으로 정전기로 충전된 분말 페인트로 스프레이 페인트됩니다. 이 과정은 반대 전하가 주어진 분말 입자를 끌어당기도록 작은 전하가 가해질 것을 요구합니다. 케이스를 뿌린 후 오븐으로 이동하여 분말 입자를 녹여서 새로 세척한 금속 표면에 부착시킵니다. 이 공정은 매우 깨끗하고 효율적이며 환경 친화적이며 고품질 페인트는 대부분의 실험실 유출에 저항합니다.

챔버 단열 또는 재킷

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10 다음으로, 내부 챔버는 단열재(담요 솜 또는 하드보드)로 싸서 케이스 안에 넣어 고정됩니다. 장치가 방수 재킷인 경우 전기 가열 인큐베이터에서 단열재(블랭킷 배팅 또는 하드보드 단열재)가 내부 챔버 주위를 감쌉니다. 그리고 케이스 안에 넣었습니다. 물 가열 인큐베이터에서 워터 재킷은 마찬가지로 내부 챔버 내에 배치됩니다.
일반적인 독립형 인큐베이터의 챔버 부피는 18~33입방피트입니다. 재킷은 케이스 내부에 배치되고 챔버는 재킷 내부에 배치됩니다. 판금 도어는 위에서 언급한 것과 유사한 방법을 사용하여 구성됩니다.

제어판 조립

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11 판금 캐비닛을 제작하는 동안 공장의 다른 곳에서 제어판을 조립하고 있습니다. 상세한 전기 인쇄에 따라 전기 기술자는 다양한 두께의 다양한 색상의 와이어를 전기 장치에 고정합니다. 색 구성표는 기술자가 문제를 신속하게 진단하는 데 도움이 되며 다양한 두께를 통해 더 낮은 전압과 더 높은 전압을 안전하고 효율적으로 전송할 수 있습니다. 퓨즈 블록, 스위치, 단자 블록 및 릴레이와 같은 구매한 전기 장치는 엄격한 전기 규정을 준수합니다. 마지막으로 제어판의 전선은 제어 장치(켜기/끄기 스위치 또는 마이크로 프로세서)와 전기 기계 장치(팬 모터, 조명 및 히터)에 연결됩니다.

최종 조립, 테스트 및 청소

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12 이제 인큐베이터에는 내부 유리와 외부 솔리드 도어가 부착되어 있으며 선반 및 추가 기능이 설치됩니다. 각 장치는 100% 기능 테스트를 거쳤습니다. 각 테스트의 매개변수는 광고된 사양 또는 고객의 요청 중 더 엄격한 기준에 대한 장치의 성능을 확인하도록 설정됩니다. 문제가 수정되고 장비가 다시 테스트됩니다. 테스트 결과의 사본은 파일에 보관되고 원본은 고객에게 전송됩니다.

13 인큐베이터 내부와 외부를 철저히 청소합니다. 선반을 분리하여 따로 포장하고 문은 테이프로 닫아두었습니다. 처짐을 방지하기 위해 도어 아래에 버팀대가 배치됩니다. 다음으로 각 장치는 나무 스키드와 골판지 로 고정됩니다. 상자는 케이스 주위에 배치됩니다. 패킹 필러는 카톤과 케이스 사이에 넣습니다. 드디어 상품이 배송됩니다.

품질 관리

전체 인큐베이터 제조 산업에서 인정하는 품질 표준은 없습니다. 국가의 일부 지역에서는 UL(Underwriters Laboratory) 전기 승인이 필요할 수 있지만 해당 표준은 사용 중인 전기 기계 장치에만 적용됩니다. 판금 작업 중에 제조업체는 공식적인 첫 번째 부품 검사에서 무작위 로트 샘플링 검사에 이르기까지 매우 다양한 사내 검사 프로세스를 활용합니다. 일부 회사는 조사 결과를 기록할 수 있지만 다른 회사는 그렇지 않습니다. 거의 예외 없이 제조업체는 위에서 설명한 대로 선적 전에 성능 수준 테스트를 수행합니다.

미래

병원에는 항상 신생아 인큐베이터가 필요하지만 생명공학 산업은 이 제품의 성장 시장이 있는 곳입니다. 미생물 학자와 연구원이 건강과 웰빙을 향상시키는 새로운 방법을 조사함에 따라 성장 챔버 유형 인큐베이터는 온도와 상대 습도를보다 정확한 설정으로 제어해야합니다.