Wyposażenie i aparatura w nowoczesnym laboratorium mikrobiologicznym

W dozorowaniu procesów wytwarzania jednym z nieodzownych elementów jest nadzór nad sprzętem pomiarowo-kontrolnym. Wyposażenie pomiarowe musi być odpowiednio nadzorowane, aby jego użytkownik miał pewność, że jest ono dobrze dobrane i odpowiednio skalibrowane do wykonywanych pomiarów.

TITLE: Equipment and instruments in a modern microbiological laboratory

STRESZCZENIE: Współczesna mikrobiologia w dużej mierze opiera się na metodach biochemicznych lub genetycznych, które wymagają adekwatnego i prostego w użyciu sprzętu. Od wielu lat aparatura laboratoryjna jest podmiotem ciągłego doskonalenia. Do kluczowych elementów każdego laboratorium mikrobiologicznego zalicza się: komory laminarne, autoklawy oraz drobny sprzęt, taki jak pipety lub wagi laboratoryjne. Z progresem oraz rozbudową katalogów sprzętu laboratoryjnego wiąże się odpowiedni nadzór nad jego użytkowaniem i sprawnością.

SŁOWA KLUCZOWE: sprzęt laboratoryjny, komora laminarna, autoklaw, pipety, nadzór

SUMMARY: Modern microbiology is largely based on biochemical or genetic methods that require adequate and easy-to-use equipment. For many years, laboratory equipment has been the subject of continuous improvement. The key elements of any microbiological laboratory include: laminar chambers, autoclaves and small equipment such as pipettes or laboratory scales. The progress and expansion of catalogues of laboratory equipment involve appropriate supervision over its use and functionality.

KEYWORDS: laboratory equipment, laminar chamber, autoclave, pipettes, supervision

Współczesna mikrobiologia stosuje nie tylko metody bezpośredniej obserwacji drobnoustrojów pod mikroskopem, ale także metody oparte na badaniach genetycznych, immunologicznych i biochemicznych mikroorganizmów oraz przeprowadzanych przez nie procesów. W związku z tym każda pracownia, czy to w instytucie badawczym, czy w zakładzie produkcyjnym, musi być odpowiednio zaplanowana i wyposażona. Na przestrzeni lat sprzęt pomiarowy i aparatura laboratoryjna były i są przedmiotem procesu unowocześniania, z którym wiąże się także uproszczony sposób obchodzenia się z nimi. W dozorowaniu procesów wytwarzania jednym z nieodzownych elementów jest nadzór nad sprzętem pomiarowo-kontrolnym. Wyposażenie pomiarowe musi być odpowiednio nadzorowane, aby jego użytkownik miał pewność, że jest ono dobrze dobrane i odpowiednio skalibrowane do wykonywanych pomiarów.

Komory laminarne

Rozwój technologii komór laminarnych był długim procesem. Pierwsze zgłoszenie infekcji będącej wynikiem ekspozycji na materiały badane w laboratorium nastąpiło w 1893 roku, a pierwsze badania choroby nabytej w wyniku pracy laboratoryjnej (był nią dur brzuszny) rozpoczęto w 1915 roku. W połowie XX wieku połączenie między pracą laboratoryjną a kontaminacją i potencjalnymi infekcjami zostało w pełni zrozumiane. W przeglądzie przeprowadzonym z ramienia Amerykańskiego Stowarzyszenia Zdrowia Publicznego odnotowano, że w 5000 różnych laboratoriów odnotowane zostały 1342 przypadki zakażeń laboratoryjnych, w wyniku których zginęło 39 osób. Prekursorem komory laminarnej był skonstruowany w 1909 roku wentylowany kaptur.

Urządzenie było odpowiedzią na zapobieganie wystąpieniu infekcji gruźlicą podczas przygotowywania tuberkuliny. Pierwsza wzmianka o bardziej rozbudowanej komorze pojawiła się w literaturze naukowej w 1943 roku i kolejno we wczesnych latach 50. XX wieku. Komory, które są nam znane dzisiaj i wszechobecne w laboratoriach mikrobiologicznych, zostały podzielone na klasy pod względem ich efektywności i przeznaczenia [1].

Klasa I. Komora z otworem w ścianie frontowej, przez który laborant może wykonywać czynności w jej wnętrzu. Skonstruowana została tak, aby chroniła pracownika i jednocześnie, aby wydostawanie się makrocząstek zanieczyszczeń powstających w komorze i przenoszonych za pośrednictwem powietrza dzięki wymuszonemu przepływowi do wnętrza komory przez otwór w ścianie komory i filtracji powietrza wylotowego podlegało kontroli. Komory klasy I są przeznaczone do badań biologicznych niskiego lub średniego ryzyka. Chronią personel i środowisko laboratoryjne, ale nie produkt poddawany analizie znajdujący się we wnętrzu komory [1, 2].

Klasa II. Rozszerzona wersja komory klasy I. Podstawową różnicą między klasą I i II jest fakt istnienia bariery powietrznej z przodu komory klasy II, tworzącej podciśnienie za pomocą płata, który kieruje powietrze pod powierzchnię roboczą, zamiast nad nią. Filtruje również dopływ powietrza do wewnętrznego obszaru roboczego i wykorzystuje laminarny przepływ powietrza w celu wyeliminowania turbulencji i możliwości zanieczyszczenia krzyżowego w szafie. Powietrze rozdziela się na powierzchni roboczej i jest wciągane do kratek umieszczonych z przodu i tyłu obudowy. Część lub całość powietrza jest ponownie wprowadzana do obszaru roboczego szafy przez zasilający filtr HEPA. Komory klasy I są przeznaczone do badań biologicznych niskiego lub umiarkowanego ryzyka. Należy pamiętać o zakłóceniach mogących wpłynąć negatywnie na prace przeprowadzane w obszarze kontrolowanym. W wyniku np. przechodzenia innych pracowników za plecami osoby pracującej przy danej komorze, na skutek zawirowań powietrza wokół aparatury umieszczonej wewnątrz komory lub raptownych zmian ciśnienia powietrza w pomieszczeniu.

Klasa III. Komora bezpiecznej pracy, w której przestrzeń robocza jest całkowicie zamknięta. Zwykle zaprojektowana do pracy z niebezpiecznymi dla zdrowia patogenami. Osoba pracująca z zastosowaniem tego typu komory najczęściej korzysta z przymocowanych mechanicznie rękawic przechodzących przez zamkniętą ścianę przednią, nie narażając się w żaden sposób na zakażenia krzyżowe i ingerencje środowiska na obszar roboczy. Powietrze wywiewane przepływa przez dwa oddzielne filtry HEPA. Klasa III zazwyczaj nie zapewnia laminarnego przepływu powietrza. Materiały trafiają do obszaru roboczego przez zbiornik zanurzeniowy na podłodze szafy lub przez podwójną skrzynkę przelotową, którą można odkazić między zastosowaniami. Komory są przeznaczone do zastosowań biologicznych wysokiego ryzyka.

Podczas rutynowej pracy mikrobiologicznej laboranci nierzadko mają do czynienia z drobnoustrojami o różnym stopniu zagrożenia biologicznego. Komora laminarna stanowi idealne narzędzie zapewniające bezpieczeństwo wykonywanej pracy. Ze względu na konieczność zapewnienia odpowiedniej czystości powietrza mającego kontakt z wykonywanymi czynnościami, jak i z pracownikami niezbędne jest stosowanie systemu filtracji. Dostosowanie się do zalecanych rozwiązań w tym zakresie pozwoli na zminimalizowanie i wyeliminowanie zagrożenia dla zdrowia ludzi, a także jakości samego produktu [1, 2].

Wagi, młynki i homogenizatory

Rutynową czynnością analityka jest określenie masy, wagi są więc jednym z ważniejszych sprzętów w laboratorium. W pracowni korzysta się z wag elektronicznych – technicznych i analitycznych. Wagi techniczne służą do odważania określonych ilości substancji pomocniczych i wstępnego przygotowania odważek substancji wzorcowych, umieszczone są na stołach laboratoryjnych. Wagi analityczne posiadają większą precyzję ważenia i są niezbędne do uzyskania bardzo dokładnych ilości ważonych substancji. Każdorazowe użycie wagi laboratoryjnej wymaga od laboranta upewnienia się, czy jest ona dokładnie wypoziomowana i posiada ważny status wzorcowania/kalibracji. Waga analityczna ze względu na dużą precyzję wymaga odpowiedniej obsługi i warunków pracy. Zasadnicza różnica polega na tym, że waga analityczna powinna być umieszczona w przeznaczonym i wydzielonym pomieszczeniu i z reguły otoczona szklanymi ściankami zapobiegającymi wpływowi ruchu powietrza otoczenia na wagę substancji [2].

Prawidłowo skalibrowana waga służy przede wszystkim do ważenia rutynowych próbek zgodnie z obowiązującymi wymogami. Precyzyjna naważka badanej próbki jest wymagana do jej kolejnego rozcieńczenia w odpowiedniej ilości rozcieńczalnika, proporcjonalnie do jej wagi. Ze względu na ciągłe doskonalenie pracy laboratoria często w celu zapewnienia jakości prowadzonych procesów wyposażają wagi w drukarki, które mogą drukować prowadzone naważki i przypisać je do konkretnej daty, godziny i numeru próbki. Jest to niezwykle pomocne w pracy, zarówno na poziomie laboranta, jak i audytora oraz umożliwia prześledzenie wszystkich etapów trwającego badania [1-3].

Ze względu na różne formy badanych i analizowanych próbek należy je wszystkie doprowadzić do jak najbardziej jednolitej tekstury, która umożliwi dokładne rozpuszczenie i wiarygodną ocenę mikrobiologiczną. W tym celu coraz częściej stosowane są takie urządzenia, jak młynki elektryczne i homogenizatory umożliwiające mielenie i rozdrabnianie substancji twardych lub ciężko rozpuszczalnych. Innym rodzajem homogenizacji jest także mielenie przy pomocy młynków. Najlepsze zastosowanie znajdują do mielenia niewielkich próbek substancji zawierających wodę, tłuszcz lub olej i materiałów suchych, jak: pasze, ziarna, nasiona, przyprawy, mrożonki, owoce, warzywa, produkty liofilizowane, używki, farmaceutyki.

Próbki poddawane homogenizacji zamyka się w sterylnych woreczkach, a następnie wkłada do komory urządzenia. Dzięki temu nie zachodzi ryzyko zanieczyszczenia homogenizowanej substancji pozostałościami poprzedniej. Proces rozdrabniania zachodzi za pomocą łopatek rozcierających. W przypadku przedziurawienia woreczków urządzenia często są wyposażone w tacki, które zbierają ociekający płyn. Takie wydarzenie może mieć miejsce np. w przypadku użycia zbyt dużej mocy łopatek na zbyt twardą bądź ostro zakończoną powierzchnię produktu. Na rynku istnieje wiele rodzajów homogenizatorów i z reguły są one idealnym komponentem pracy laboratoryjnej ze względu na precyzyjne działanie i cichą, niezaburzającą pracę. Ponadto istnieje możliwość regulacji siły i czasu prac urządzenia, co jest bardzo przydatne w zależności od materiału, z jakim pracujemy. W mikrobiologii zajmującej się żywnością lub farmaceutykami tego typu urządzenia znajdują swoje zastosowanie zwłaszcza w przypadku twardych, dużych lub trudno rozpuszczalnych próbek, takich jak np.: tabletki, kapsułki, zioła, warzywa [1, 2].

Pipety automatyczne

Pipeta laboratoryjna to urządzenie niezbędne do funkcjonowania jakiegokolwiek laboratorium mikrobiologicznego. Zazwyczaj ma regularny kształt i bywa szklaną, ale aktualnie, z reguły, wykonaną z tworzywa sztucznego rurką. Jest zwężona u dołu, co ułatwia zasysanie cieczy. W historii wykorzystania pipet można wyróżnić ich trzy rodzaje. Pierwszym z nich jest tak zwana pasterówka (pipeta Pasteura), czyli najprostsza w budowie i obsłudze plastikowa pipeta przenosząca niewielkie ilości cieczy. Drugim rodzajem jest pipeta miarowa, mogąca mieć nawet metr długości. Ten rodzaj jest o wiele bardziej precyzyjną szklaną rurką zakończoną u góry gumową ssawką lub pompką. Ostatnią kategorię stanowią pipety automatyczne. W nich za pobieranie odpowiedniej ilości substancji odpowiada mechanizm na bazie tłoczka, który w momencie zwolnienia pobiera odpowiednią ilość substancji. Całością steruje automatyczny lub manualny regulator, za pomocą którego laborant ustala ilość pobranej cieczy. Pipety automatycznej używa się do szybkiego pobrania różnych ilości substancji, wahających się w przedziale m.in. od 1 µl do 10 ml [1, 3].

Czytaj także: Higiena w laboratorium mikrobiologicznym kontroli jakości w firmie farmaceutycznej