क्षेत्र और प्रयोगशाला उपयोग के लिए एक कम लागत वाले मोबाइल इनयूबेटर का निर्माण
Summary
यह कागज पीने के पानी के माइक्रोबियल परीक्षण के लिए एक अनुकूलनीय, कम लागत और परिवहनीय इनयूबेटर के निर्माण के लिए एक विधि का वर्णन करता है । हमारे डिजाइन व्यापक रूप से उपलब्ध सामग्री पर आधारित है और क्षेत्र की स्थिति की एक श्रृंखला के तहत काम कर सकते हैं, जबकि अभी भी उच्च अंत प्रयोगशाला आधारित मॉडल के लाभ की पेशकश की ।
Abstract
संस्कृति आधारित माइक्रोबियल विधियों, जैसे झिल्ली निस्पंदन और पेयजल गुणवत्ता का आकलन करने के लिए खेती के बाद इनक् यूबेटरों की एक श्रृंखला के लिए आवश् यक है । हालांकि, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इनक् यूबेटरों अक्सर महंगे होते हैं, परिवहन के लिए कठिन, मात्रा के मामले में लचीला नहीं, और/या खराब स्थानीय क्षेत्र की स्थितियों के लिए अनुकूलित जहां बिजली का उपयोग अविश्वसनीय है । इस अध्ययन के उद्देश्य के लिए एक अनुकूलनीय, कम लागत और परिवहनीय इनयूबेटर है कि आसानी से उपलब्ध घटकों का उपयोग कर निर्माण किया जा सकता है विकसित करना था । इनयूबेटर का इलेक्ट्रॉनिक कोर पहले विकसित किया गया था । इन घटकों को तब परिवेशी तापमान स्थितियों की एक श्रेणी के तहत परीक्षण किया गया (३.५ डिग्री सेल्सियस-३९ डिग्री सेल्सियस) इनकूबेटर गोले के तीन प्रकार का उपयोग (polystyrene फोम बॉक्स, हार्ड कूलर बॉक्स, और गत्ता बॉक्स एक अस्तित्व कंबल के साथ कवर) । इलेक्ट्रॉनिक कोर निर्धारित तापमान, आंतरिक तापमान स्थिरता और स्थानिक फैलाव, बिजली की खपत, और माइक्रोबियल वृद्धि तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय के संदर्भ में एक मानक प्रयोगशाला इनयूबेटर के लिए तुलनीय प्रदर्शन दिखाया । इनयूबेटर सेट अप भी मध्यम और कम परिवेश के तापमान पर प्रभावी थे (३.५ डिग्री सेल्सियस और 27 डिग्री सेल्सियस के बीच), और उच्च तापमान (३९ डिग्री सेल्सियस) पर जब इनसेबेटर सेट तापमान अधिक था । इस इनयूबेटर प्रोटोटाइप कम लागत (< ३०० USD) और सामग्री और संस्करणों की एक किस्म के लिए अनुकूलनीय है । इसकी अवसारणीय संरचना परिवहन को आसान बनाती है । यह ग्रिड शक्ति के साथ या दूरदराज के सौर ऊर्जा या एक कार बैटरी द्वारा संचालित सेटिंग्स में दोनों स्थापित प्रयोगशालाओं में इस्तेमाल किया जा सकता है । यह जल गुणवत्ता निगरानी के लिए संसाधनों तक सीमित पहुंच वाले क्षेत्रों में क्षेत्र प्रयोगशालाओं के लिए उपकरण विकल्प के रूप में विशेष रूप से उपयोगी है ।
Introduction
माइक्रोबियल contaminants का पता लगाने के लिए संस्कृति आधारित तरीकों औद्योगिक और विकासशील दोनों देशों में जल गुणवत्ता विश्लेषण के लिए राज्य के अत्याधुनिक हैं1,2. सूक्ष्मजीवों कई वातावरण में मौजूद है और इष्टतम विकास के लिए अलग तापमान स्थितियों की आवश्यकता है । इसलिए, एक तापमान स्थिर ऊष्मायन वातावरण का निर्माण पीने के पानी में चिंता का माइक्रोबियल contaminants का विश्वसनीय पता लगाने के लिए एक पूर्व शर्त है । विश्व स्वास्थ्य संगठन के अनुसार, एस्चेरीच्या कोलाई (ई.कोलाई) (या वैकल्पिक रूप से, THERMOTOLERANT कोलिफॉर्म (ttc)) पीने के पानी में मल संदूषण के सबसे उपयुक्त संकेतक हैं3. उदाहरण के लिए, इन जीवों का पता लगाने के लिए एक झिल्ली के माध्यम से १०० मिलीलीटर पानी के नमूने को छानने के बाद चयनात्मक मीडिया पर झिल्ली का उष्मायन ३५-३७ डिग्री सेल्सियस (ई.कोलाई) या ४४-४५ डिग्री सेल्सियस (टीटीसी)3।
संस्कृति आधारित विधियों के क्षेत्र-आधारित अनुप्रयोग हाल के वर्षों में तेजी से प्रासंगिक हो गए हैं । सतत विकास लक्ष्य 6, लक्ष्य ६.१ के अंतर्गत, सरकारों ने राष्ट्रीय स्तर पर पेयजल की जीवाणु संबंधी गुणवत्ता की नियमित रूप से रिपोर्ट करनेके लिए वचनबद्धता की है । ऐसे जन स्वास्थ्य निगरानी प्रयासों के अतिरिक्त, स्थानीय अथवा क्षेत्रीय स्तर पर जल अवसंरचना की प्रचालनात्मक मानीटरिंग नियमित रूप से की जातीहै । इन निगरानी और निगरानी अभियानों अक्सर दूरदराज के स्थानों में जहां आवश्यक प्रयोगशाला बुनियादी ढांचे अपर्याप्त या अनुपलब्ध है । 6 इसी प्रकार, संस्कृति आधारित विधियों का व्यापक रूप से चिकित्सा निदान और सूक्ष्मजीवविज्ञानी अनुसंधान में प्रयोग किया जाता है जहां स्थानीय क्लीनिक और अनुसंधान संस्थानों को सीमित संसाधनों औरअसुरक्षित विद्युत आपूतयों द्वारा चुनौती दी जा सकती है ।
उपरोक्त संदर्भों में, पारंपरिक इनक् यूबेटरों अक्सर अपर्याप्त या अनुपलब्ध होते हैं । एक विकल्प के रूप में, फील्ड इनयूबेटरों विशेष रूप से प्रयोगशाला के बाहर उपयोग के लिए विकसित किया गया है, जैसे, Aquatest परियोजना8, ब्रिस्टल विश्वविद्यालय, यूनाइटेड किंगडम; DelAgua9, मार्लबोरो, यूनाइटेड किंगडम; या Aquagenx10, उत्तरी कैरोलिना, संयुक्त राज्य अमेरिका के विश्वविद्यालय । हालांकि, इन उपकरणों की मात्रा में अपेक्षाकृत छोटे हैं, इस प्रकार नमूनों की संख्या है कि एक साथ संसाधित किया जा सकता है सीमित । बाजार पर फील्ड इनक् यूबेटरों को बहुत कम ( ४० डिग्री सेल्सियस) परिवेशी तापमान स्थितियों के अंतर्गत संचालित करने के लिए भी डिजाइन नहीं किया गया है, जिससे रेगिस्तान या एल्पाइन वातावरण में उनका उपयोग कठिन हो रहा है । इसके अलावा वैकल्पिक समाधान दही बनाने के उपकरण11, शरीर बेल्ट, और चरण-परिवर्तन इंयूबेटरों12शामिल हैं । हालांकि, इस तरह के अपरंपरागत इंक् यूबेटरों अपरंपरागत से काम करने के लिए या11काम करने के लिए भारी हो सकता है ।
इस प्रकार एक मशीन के लिए एक की जरूरत है कि प्रयोगशाला के लाभ प्रदान करता है आधारित मॉडल (उपयोग में आसानी, बड़ी मात्रा, और तापमान परिशुद्धता) जबकि शेष क्षेत्र अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त (कम लागत, आसानी से उत्पात और बनाए रखा, मजबूती के लिए एक परिवेश के तापमान, ऊर्जा कुशल, और आंतरायिक बिजली की आपूर्ति करने के लिए लचीला की सीमा) (तालिका 1) । इस प्रोटोकॉल का उद्देश्य विस्तार करने के लिए एक कम लागत इनयूबेटर दोनों पारंपरिक और क्षेत्र आधारित मॉडल व्यापक रूप से उपलब्ध सामग्री का उपयोग कर के लाभों का अनुकूलन डिजाइन के निर्माण की प्रक्रिया है ।
| विशेषता | प्रयोगशाला आधारित | फ़ील्ड | अनुकूलित |
| उपयोगकर्ता के अनुकूल डिजाइन |  |
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| बड़ी क्षमता | |
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| परिवेश के तापमान की विस्तृत रेंज के लिए मजबूत | |
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| लगातार तापमान बनाए रखता है | |
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| कम लागत | |
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| आसानी से पहुंचाया | |
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| ऊर्जा दक्ष | |
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| आंतरायिक विद्युत आपूर्ति के लिए लचीला | |
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तालिका 1: व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इनक् यूबेटरों के लक्षण (प्रयोगशाला आधारित और क्षेत्र) और अनुकूलित दृष्टिकोण ।
निंनलिखित असेंबली प्रोटोकॉल आवश्यक सामग्री और कदम इनयूबेटर के निर्माण के लिए निर्दिष्ट करता है । यह चार चरणों में संरचित है: पहले, हीटिंग इकाई के विधानसभा; दूसरा, नियंत्रण इकाई के विधानसभा; तीसरे, इनयूबेटर इलेक्ट्रिकल कोर के विधानसभा; और चौथे, इनयूबेटर के विधानसभा । यह प्रोटोकॉल इनयूबेटर के इलेक्ट्रॉनिक कोर के निर्माण को बताता है, जो विभिन्न प्रकार के इनयूबेटर के गोले के साथ काम कर सकता है । प्रोटोकॉल और उनके तकनीकी विनिर्देशों में उपयोग किए गए सभी घटकों की पूरी सूची के लिए सामग्रियों की तालिका देखें । नीचे प्रोटोकॉल क्षेत्र इनक्बेटर का एक कार्यात्मक उदाहरण प्रस्तुत करता है, लेकिन विभिंन घटकों के लचीले उपयोग के रूप में वे बिजली की आवश्यकताओं को पूरा लंबे समय के रूप में संभव है । विभिंन घटकों का उपयोग कर इनयूबेटर के प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है । यह सलाह दी जाती है कि विद्युत घटकों के निर्माण और तारों को विद्युत क्षेत्र में दक्ष व्यक्ति द्वारा किया जाए ।
Protocol
Representative Results
Discussion
सतत विकास लक्ष्य ६.१ के अंतर्गत, जल गुणवत्ता नमूनाकरण की मांग में वृद्धि हो रही है, विशेष रूप से दूरस्थ ग्रामीण क्षेत्रोंमें जहां मॉनीटरिंग पद्धतियां कम स्थापित की गई हैं । इन सेटिंग्स में नियमित रूप से जल गुणवत्ता परीक्षण को लागू करने के लिए एक प्रमुख बाधा माइक्रोबियल तरीकों का समर्थन करने में सक्षम प्रयोगशालाओं के लिए गरीब पहुँच है6. यह कागज एक विश्वसनीय सामग्री है कि अपेक्षाकृत सस्ते और व्यापक रूप से उपलब्ध है से निर्माण इनयूबेटर के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है । बिजली के घटकों अपेक्षाकृत स्रोत और इकट्ठा करने के लिए आसान कर रहे हैं, केवल सीमित विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है । इसके अलावा, इनक्बेटर शैल डिजाइन लचीला है और इसलिए स्थानीय रूप से उपलब्ध सामग्री से निर्माण किया जा सकता है । यह दूरदराज के स्थानों के लिए यात्रा करने वालों के लिए विशेष रूप से वांछनीय है, क्योंकि सामान अंतरिक्ष एक भारी और स्थूल खोल के लिए की जरूरत नहीं है । इस्तेमाल किया खोल के आधार पर, मशीन की मात्रा भी अनुकूलनीय है और एक विशिष्ट नमूना आकार को समायोजित करने के लिए आकार किया जा सकता है । प्रस्तुत सेट अप पर इस्तेमाल किया जा सकता है और ऑफ-ग्रिड, जो यह शक्ति में कटौती या विश्वसनीय बिजली की आपूर्ति के अभाव को मजबूत बनाता है । हालांकि कुछ डिजाइन सीमाएं देखी गईं, यह सेट अप आमतौर पर परिवेशी तापमान स्थितियों (३.५ डिग्री सेल्सियस से ३९ डिग्री सेल्सियस) की श्रेणी में प्रभावी साबित हुआ ।
वहां प्रोटोकॉल है कि एक की जरूरत है के लिए उपयुक्त एक मशीन डिजाइन को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है में कई कदम हैं । पहले इनयूबेटर के विद्युत घटकों का चयन होता है । वैकल्पिक घटकों को मूल्य या स्थानीय उपलब्धता के आधार पर चुना जा सकता है । चयनित सामग्री और उनके तकनीकी विनिर्देशों के आधार पर, इनयूबेटर प्रस्तुत परिणामों की तुलना में प्रदर्शन बदल सकता है । प्रोटोकॉल में एक और महत्वपूर्ण कदम शैल सामग्री है, जो परिवेश तापमान, स्थानीय बिजली की आपूर्ति, और सामग्री की उपलब्धता की उंमीद की सीमा के आधार पर किया जाना चाहिए की पसंद है । कम परिवेश के तापमान पर (< 25 डिग्री सेल्सियस), polystyrene फोम या एक हार्ड कूलर बॉक्स का निर्माण एक खोल ३७ डिग्री सेल्सियस के लिए ४४.५ डिग्री सेल्सियस का एक सेट तापमान प्राप्त करने के लिए सिफारिश की है । प्रस्तुत प्रयोगात्मक आंकड़ों के आधार पर, इन सेट अप ४५-९६ मिनट में सेट तापमान तक पहुंचने और ठंडे वातावरण (३.५ से ७.५ डिग्री सेल्सियस) में ०.७८-१.०५ kWh/24h भस्म होने की उंमीद कर सकते हैं । अस्तित्व कंबल के साथ कार्डबोर्ड बॉक्स के बाद से इस सेट अप प्रयोगात्मक अवलोकन अवधि के दौरान एक स्थिर सेट तापमान कभी नहीं पहुंचे कम परिवेश के तापमान पर उपयोग के लिए अनुशंसित नहीं है । मॉडरेट परिवेश तापमान (27 ° c) पर परीक्षण किया गया कोई भी शेल प्रकार स्वीकार्य है, जो कार्डबोर्ड के सेट अप के लिए थोड़ा अधिक बिजली खपत के समान है । उच्च परिवेशी तापक्रम (३९ डिग्री सेल्सियस) पर, यहाँ प्रस्तुत किए गए इंसेबेटर डिजाइन तब तक भडक जाने के लिए प्रवण थे जब तक कि सेट तापमान भी अधिक (अर्थात, ४४.५ डिग्री सेल्सियस) नहीं था । इसलिए, ऐसी स्थितियों एक शीतलन डिवाइस या एक जलवायु नियंत्रित अंतरिक्ष में उपयोग की आवश्यकता होगी ।
इनयूबेटर के निर्माण की लागत यहां प्रस्तुत के बारे में ३०० USD जब सामग्री स्विट्जरलैंड में sourced थे । हालांकि, इन लागत काफी अलग स्थानों में कम हो सकता है, खासकर यदि इलेक्ट्रॉनिक कोर घटकों के लिए शिपिंग शुल्क एक ंयूनतम करने के लिए रखा जा सकता है । प्रोटोकॉल में वर्णित विभिन्न घटकों का संशोधन लागत को और कम कर सकता है । यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल में सीमित है कि यह दो सेट तापमान पर केवल तीन शैल सामग्री प्रकार की तुलना करता है, साथ ही ई. कोलाई के लिए माइक्रोबियल विकास के सत्यापन । भविष्य के अनुसंधान तापमान मापदंडों की एक बड़ी रेंज के तहत इस इनकूबेटर डिजाइन की उपयुक्तता का परीक्षण करना चाहिए और अतिरिक्त माइक्रोबियल संकेतक प्रजातियों का उपयोग (जैसे, Enterococcus) और रोगजनकों (जैसे, साल्मोनेला, vibrio cholerae) । भविष्य के अनुसंधान भी इनकूबेटर, जो अत्यंत गर्म वातावरण (> ४० डिग्री सेल्सियस) में इसके उपयोग के लिए अनुमति होगी के भीतर प्रभावी शीतलन तकनीकों के विकास पर ध्यान देना चाहिए ।
हमारे ज्ञान के लिए, वहां कोई अंय ज्ञात फील्ड इनयूबेटर है कि अनुकूलनीय मात्रा क्षमता प्रदान करता है और आसानी से अव्यवस्थित है, जबकि शेष परिवहनीय और कम लागत । व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इनक् यूबेटरों के लिए यह अभिनव विकल् प सरकारों और संगठनों की आवश् यकता को पूरा करता है, जिनमें जल गुणवत् ता और अन् य संस् कृति आधारित परीक्षण उद्देश् यों के साथ कुछ प्रयोगशाला सुविधाएं उपलब् ध हैं । जब सरल पानी की गुणवत्ता परीक्षण उपकरण के साथ बनती है, इस इनयूबेटर सीमित क्षमता के साथ चिकित्सकों की मदद कर सकते है एक उचित कीमत पर स्थाई या मौसमी प्रयोगशालाओं की स्थापना । दूरस्थ क्षेत्रों में प्रयोगशालाओं की संख्या में वृद्धि करके नियमित जल गुणवत्ता निगरानी करने अथवा प्रणाली प्रचालनों की समयनिष्ठ निगरानी प्राप्त करने के प्रयास तेजी से व्यवहार्य हो जाएंगे ।
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस शोध को स्विस एजेंसी फॉर डेवलपमेंट कोऑपरेशन और यूके एड फॉर इंटरनेशनल डेवलपमेंट (डीएफआईडी) से विकासशील देशों (Aries कोड २०१८८०) के लाभ के लिए वित्त पोषित रीच कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था । व्यक्त किए गए विचार और इसमें निहित सूचना अनिवार्यत इन एजेंसियों द्वारा की गई या समथत नहीं हैं, जो ऐसे विचारों या सूचनाओं के लिए या उन पर रखी गई किसी भी निर्भरता के लिए कोई उत्तरदायित्व स्वीकार नहीं कर सकते । लेखक भी polystyrene फोम इनटेक प्रोटोटाइप के जल्दी पुनरूक्तियां के लिए अपने योगदान के लिए arnt डायनर धंयवाद ।
Materials
| Heating foil | Thermo | 2115337 | Self-adhesive 10×20 cm; Operating voltage 12V; Power 20W |
| Axial fan | Yen Sun Technology Corp. | FD126025MB | 6x6x2.5 cm; Operating voltage 12VDC; Power 1.44W; Max. current consumption 60mA |
| PID Temperature Controller | Wachendorff Automation GmbH & Co. KG | UR3274S | PID controller 32×74 mm; Universal input for process signals, thermocouples, Pt100; Operating voltage 24 VDC; Outputs (thermostats) 10 A relay, 5 A relay, SSR, RS 485 |
| Temperature sensor Pt100 | Conrad | 198466 | Temperature range -100°C to 200°C; Sensor Pt100, Type FS-400P |
| Universal enclosure | OKW Gehäuse System | C2012201 | Dimensions 200 x 120 x 60 mm |
| ON/OFF Switch | SHIN CHIN INDUSTRIAL CO. | R13-70A-01 | Connection Type C CEE 7/16 plug 6.3 mm; Contact resistance Max 50 mΩ; Switching voltage 24 VDC; Switching current (mx.) 10A; Insulation resistance Min 100 MΩ/500 Vdc |
| DC/DC converter | Traco Power | TMDC 60-2412 | Nominal voltage 24 VDC; Input voltage 9-36 VDC; Output voltage 12 VDC; Max. output current 5 A; Power 60W |
| AC power adapter | Bicker Elektronik | BET-0612 | Output voltage 12 VDC; Max. output current 5 A; Input voltage 115-230 VAC |
| Spacer | Schäfer Elektromechanik | 20/4 | Without thread; Thread size M4; Polystyrene; Distance 20 mm |
| Cable gland | WISKA | 10066410 | M12 x 1.5 cm; clamping range 3 – 7 mm |
| Luster terminal | Adels Contact | 125312 | Nominal current 25 A; Nominal Voltage 500V |
| Screw M4 x 50 | Bossard | 1579010 | M4 x 50 mm |
| Screw nut M4 | Bossard | 1241478 | M4 |
| Washer M4 | Bossard | 1887505 | M4 |
| Screw M3 x 25 | Bossard | 1211099 | M3 x 25 mm |
| Screw nut M3 | Bossard | 1241443 | M3 |
| Washer M3 | Bossard | 1887483 | M3 |
| Support plate | - | - | Insulating material (plastic or other); 28 x 25 cm |
Referências
- Bain, R., et al. A summary catalogue of microbial drinking water tests for low and medium resource settings. International Journal of Environmental Research and Public Health. 9 (1609-1625), (2012).
- Köster, W., et al. Analytical methods for microbiological water quality testing. Assessing Microbial Safety of Drinking Water. , 237-277 (2003).
- World Health Organization (WHO). . Guidelines for Drinking Water Quality. , (2011).
- World Health Organization (WHO). . Safely Managed Drinking Water – Thematic Report on Drinking Water. , (2017).
- Peletz, R., Kumpel, E., Bonham, M., Rahman, Z., Khush, R. To what extent is drinking water tested in sub-Saharan Africa? A comparative analysis of regulated water quality monitoring. International Journal of Environmental Research and Public Health. 13 (3), 275 (2016).
- Diener, A., et al. Adaptable drinking-water laboratory unit for decentralised testing in remote and alpine regions. 40th WEDC International Conference. , 1-6 (2017).
- Malkin, R. A. Design of health care technologies for the developing world. Annual Review of Biomedical Engineering. 9 (1), 567-587 (2007).
- Rahman, Z., Khush, R., Gundry, S. Aquatest: Expanding Microbial Water Quality Testing for Drinking Water Management. Drinking Water Safety International. 1 (4), 15-17 (2010).
- DelAgua Water Testing Ltd. . DelAgua Portable Water Testing Kit: User Manual Version 5.0. , (2015).
- Aquagenx LLC. . Portable Incubator Fabrication Instructions. , (2015).
- Nair, J., Mathew, K., Ho, G. E. Experiences with implementing the H2S method for testing bacterial quality of drinking water in remote aboriginal communities in Australia. Water for all life: A decentralized infrastructure for a sustainable future. , (2007).
- Kandel, P., Kunwar, R., Lamichhane, P., Karki, S. Extent of fecal contamination of household drinking water in Nepal: Further analysis of Nepal Multiple Indicator Cluster Survey 2014. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. 96 (2), 446-448 (2017).
- Edberg, S. C., Rice, E. W., Karlin, R. J., Allen, M. J. Escherichia coli: the best biological drinking water indicator for public health protection. Journal of Applied Microbiology. 88 (51), 1065-1165 (2000).
- Taylor, D. D. J., Khush, R., Peletz, R., Kumpel, E. Efficacy of microbial sampling recommendations and practices in sub-Saharan Africa. Water Research. 134, 115-125 (2018).
