Inkubator-Überwachung

Inkubatoren werden in verschiedenen Branchen, wie beispielsweise der Pharma- und der Biotech-Industrie eingesetzt. In diesem Fall werden wir uns mit dem wissenschaftlichen Feld der Mikrobiologie beschäftigen.

Die Mikrobiologie befasst sich mit Mikroorganismen wie Bakterien, Einzellern und Viren. Die Inokulation ist das Einbringen von Mikroorganismen in Umgebungen, in denen sie wachsen und sich vermehren. Diese bezeichnet man als Zellkultur oder Mikroorganismenkultur. Viele Impfstoffe werden aus Zellkulturen gewonnen.

Ein Inkubator ist ein Gerät, in dem mit Mikroorganismen inokulierte Medien unter optimierten, kontrollierten Bedingungen kultiviert werden:

Für ein optimales Zellwachstum muss die Umgebung die folgenden grundlegenden Anforderungen erfüllen:

• Temperatur
• Relative Feuchte
• Kohlendioxid (CO2)

Ein entscheidender Faktor für die Herstellung der idealen Wachstumsumgebung ist der richtige pH-Wert, der je nach Kultur unterschiedlich sein kann. In Kulturmedien wird oft Phenolrot zur Sicherstellung der korrekten pH-Werte verwendet (Gelb für niedrige pH-Werte, Violett für hohe pH-Werte und Rot für pH-Werte bei 7).

Für die Inokulation werden verschiedene Kulturmedien verwendet. Das am häufigsten zur Vermehrung von Bakterien und anderen Mikroorganismen eingesetzte Kulturmedium sind Agarplatten. Eine Agarplatte ist eine Petrischale, die Agar sowie Nährstoffe enthält. Basal Medium Eagle (BME) ist ein weit verbreitetes synthetisches Basalmedium, das das Wachstum vieler verschiedener Säugetierzellen unterstützt.

Um einen pH-Wert von 7,4 zu erhalten, müssen für BME die folgenden Umgebungsbedingungen erfüllt sein:

• Temperatur: 37°C.
• Relative Feuchte: 90…95 %rF
• Kohlendioxid (CO₂₎: 5% CO₂

Je nach Inkubator besteht die Schwierigkeit bei dieser Konfiguration darin, dass es leicht zu Kondensation kommen kann. Bei einer Temperatur von 37 °C und einer relative Feuchte von 95 %rF liegt die Temperatur des Taupunkts (die Temperatur, bei der Kondensation auftritt), ungefähr bei 36 °C. Die Temperatur des Raums, in dem der Inkubator steht, beträgt üblicherweise 23 °C. Das bedeutet, dass je nach Isolierung des Inkubators Kondensation auftreten kann, und unabhängig von der Isolierung kommt es auch durch das Öffnen der Tür zu Kondensation.

Während 37 °C für die Temperaturmessung überhaupt kein Problem ist, wird es bei der relativen Feuchte und CO2 doch etwas komplizierter.

Die relative Feuchte wird meistens mit kapazitiven Sensoren gemessen. Konstruktionsbedingt sind kapazitive Sensoren bei hohen Feuchtewerten anfällig für Drift und müssen daher häufiger kalibriert werden. Kondensation kann auch zu einem Ausfall des Sensors führen, deshalb ist die richtige Anordnung im Inkubator sehr wichtig. Selbst bei hoher relativer Feuchte mit Kondensation bietet der in den Fühler RMS-HCD-S oder RMS-HCD-IC102 eingebaute bewährte kapazitive HygroMer-Sensor von Rotronic eine erstaunliche Leistung.

Weitere Informationen über die Messung der relativen Feuchte finden Sie hier. Die Fühler RMS-HCD messen sowohl Temperatur als auch relative Feuchte (oder den Taupunkt) und ermöglichen dank der digitalen Kommunikation den Austausch dieser digitalen Fühler nahezu ohne Ausfallzeit und mit vollständiger Datenintegrität in der Software Rotronic Monitoring System, die den Austausch eines Fühlers automatisch erkennt. Die Fühler RMS-HCD ermöglichen Messungen von -100…200 °C und von 0…100 %rF.

Ja nach verwendeter Messtechnik kann auch die Messung von Kohlendioxid bei hoher relativer Feuchte eine knifflige Aufgabe sein. Am häufigsten wird CO2 mit Hilfe der Infrarot (IR)-Absorption gemessen; genauere Informationen, wie Rotronic CO2 misst, finden Sie hier. Infrarotabsorption hat den Nachteil, dass, sobald Kondensation auftritt, das Licht aus der Lichtquelle vom Wasser gebrochen wird und nicht mehr am Detektor ankommt. Um dieses Problem zu lösen, wird der RMS-CCA-S-20X beheizt, um Kondensationsbildung zu vermeiden. Sollte dennoch Kondensation auftreten, liegt höchstwahrscheinlich ein positiver Gasmesswert vor und kein Defekt des Sensors. Sobald die Sensoren ausreichend aufgewärmt sind, erholen sie sich von der Kondensation und die Wassertröpfchen verdunsten. Rotronic nutzt Infrarotabsorption für die genaue und präzise Messung von CO2. Der Sensor RMS-CCA-S-20X eignet sich für Messungen von 0…20 %CO2.

Um eine ähnliche Umgebung wie im Körper eines Säugetieres zu reproduzieren, müssen die Sauerstoffkonzentrationen in einem Bereich zwischen 1 und 12 % liegen, d. h. deutlich niedriger als in der Atmosphäre, wo sie 21 % beträgt. In einem Inkubator können die Sauerstoffwerte durch Zugabe von Stickstoffgas (N2) reguliert werden, um dadurch den Sauerstoffanteil zu verringern. Mit dem GCA-S-O2-XX21-SET bietet Rotronic auch eine Lösung für die O2-Überwachung. Der Sensor GCA-S-O2-XX21 eignet sich für Messungen von 0…21 %O2.

RMS-VORTEILE AUF EINEN BLICK

Inkubatoren werden von verschiedenen Unternehmen angeboten, beispielsweise Adolf Huhner AG, Binder GmbH, Fischer Scientific, Memmert… Normalerweise verfügen die Inkubatoren über einen optionalen analogen Ausgang, damit die Inkubator-Messwerte verarbeitet werden können. RMS bietet Analog-Digital-Wandler, um die Ausgänge in das RMS einzubinden. Über die Programmierschnittstelle (API) des RMS und die AtmoWEB-Software von Memmert kann RMS zudem die folgenden Punkte direkt aus ihrer Memmert-Kammer überwachen:

• TempSet: Temperatur-Sollwert
• Temp1Read: Temperaturmesswert Fühler 1
• Temp2Read: Temperaturmesswert Fühler 2
• Temp3Read: Temperaturmesswert Fühler 3
• Temp4Read: Temperaturmesswert Fühler 4
• HumSet: Sollwert für relative Feuchte
• HumRead: Messwert für relative Feuchte
• CO2Set: CO2-Sollwert
• CO2Read: CO2-Messwert
• O2Set: O2-Sollwert
• O2Read: O2-Messwert
• DoorOpen: Türstatus offen/geschlossen

DIE ROTRONIC MONITORINGSYSTEM-LÖSUNG

Das Rotronic Monitoring-System (RMS) ist eine Software der GAMP©5-Kategorie 4 in Kombination mit Hardware der Kategorie 1, die Benutzern dabei hilft, ihre GxP-kompatiblen Anwendungen zu überwachen, die kritischen Qualitätsattribute zu prüfen und die kritischen Prozessparameter zu überwachen. Auf diese Weise haben Sie die Möglichkeit, sich auf die Patientensicherheit, Produktqualität und Datenintegrität zu konzentrieren und die Kompatibilität mit EudraLex Anhang 11 und FDA 21 CFR Part 11 zu gewährleisten.

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