CO2-Inkubator

Versuche, die die Abläufe in lebenden Organismen nachbilden, nennt man in vitro. Dabei wachsen Zell- und Gewebekulturen im Labor in einer möglichst naturgetreuen Umgebung oftmals über mehrere Wochen heran.

Die Kultivierung geschieht in einem CO2-Inkubator, auch Begasungsbrutschrank genannt, in dem neben der Temperatur zusätzlich Feuchte und Kohlendioxid-Gehalt kontrollierbar sein müssen. Bei einigen Geräten können darüber hinaus Sauerstoff- und Stickstoffgehalt geregelt werden.

Der CO2-Inkubator verfügt üblicherweise über ein Innenraumvolumen zwischen 50 und 300 Liter sowie einen Temperaturbereich beginnend zwischen +4 °C und +8 °C über Raumtemperatur bis +60 °C (siehe Details zur grundsätzlichen Funktionsweise und Ausstattung eines Temperierschranks – verlinken). Die Innenräume von CO2-Inkubatoren sind in der Regel aus rostfreiem Edelstahl 1.4301 (gem. Norm ASTM 304) gefertigt und werden von manchen Herstellern durch Elektropolieren zusätzlich geglättet, um das Ansiedeln von Keimen zu verhindern und die Reinigung zu erleichtern. Um das Beschickungsgut beobachten zu können, ohne die Atmosphäre im Innenraum zu beeinflussen, sind CO2-Inkubatoren meist mit einer inneren Glastür oder einer zusätzlichen Gasblende ausgestattet.

Regelung der Luftfeuchtigkeit

Die üblichen Temperaturen in einem CO2-Inkubator liegen rund um die menschliche Körpertemperatur (37 °C). Wesentlich ist die kontrollierte Aufrechterhaltung der Feuchte bei gleichzeitiger Vermeidung von Kondensation im Innenraum. Dies geschieht in der Praxis entweder durch eine Befeuchtung über Wasserschalen im Innenraum des CO2-Inkubators, über den direkten Kontakt des Wassers mit dem Boden oder durch ein aktiv regelbares System für die Be- und Entfeuchtung, bei dem der Wasservorrat außerhalb des Arbeitsraums liegt. Das Wasser aus dem externen Wasserbehälter wird in einem Verdampfer erhitzt und als Dampf in den Innenraum eingebracht, was bedeutet, dass nur steriles Wasser (pyrolytische Keimsperre) den Innenraum und die Proben befeuchtet, und dass die Feuchte gezielt dosiert werden kann.

Die aktive Regelung der Luftfeuchtigkeit garantiert ein schnelles Erreichen der geforderten Luftfeuchte nach dem Öffnen und Schließen der Tür (siehe Kapitel DIN 12880:2007-05). 

Beheizung des Innenraums

Die präzise Aufrechterhaltung der Atmosphäre ist in einem CO2-Inkubator unabdingbar, um die Proben zu schützen. Daher finden sich in der Praxis eine ganze Reihe an unterschiedlichen Heizungssystemen, die teilweise durch motorische Lüfter, teilweise durch turbulenzfreie Umluftsysteme unterstützt werden.

In vielen CO2-Inkubatoren unterstützt ein beheizter Luft-, seltener auch ein Wassermantel, die gleichmäßige Temperaturverteilung und Temperaturkonstanz, schnelle Erholzeiten nach dem Öffnen der Tür und die Aufrechterhaltung der Temperatur nach einem Stromausfall. Gleichzeitig verhindert der Luftmantel die Kondensation. Einige Hersteller, die auf einen Luft- oder Wassermantel verzichten, beheizen den Innenraum stattdessen direkt über alle sechs Seiten und umgeben den Innenraum zusätzlich mit einem isolierenden Mantel. Bei dieser Form der Direktbeheizung ist eine hohe Flexibilität und Dichte bei der Anordnung der Heizelemente Grundlage für die Temperaturhomogenität.

CO2-Inkubator mit innerer Glastür
 
 

Sterilisation und Dekontamination

Vor jeder neuen Beladung muss ein CO2-Inkubator gereinigt werden, um eine Cross-Kontamination des Beschickungsgutes zu verhindern. Die Gerätehersteller haben ergänzend zur Reinigung mit Desinfektionsmitteln verschiedene Technologien entwickelt, die teilweise kombinierbar sind.

Einige Geräte ermöglichen eine Sterilisation des Innenraums mit UV-Licht, andere bieten eine permanente Filterung der Luft an. Luftfilter wie z.B. HEPA-Filter bedeuten jedoch finanziellen und auch zeitlichen Aufwand, da sie ausgetauscht werden müssen.

Einige Hersteller bieten eine Dekontaminationsroutine mit feuchter Hitze bei 90 bis 95 °C, die viele Stunden in Anspruch nimmt, andere dekontaminieren über mehrere Stunden bei 120 °C. Gebräuchlich und als sicheres Verfahren anerkannt, ist die Heißluftsterilisation zwischen 160 °C und 180 °C. Das Deutsche Arzneibuch 10 (DAB 10), eine Sammlung anerkannter pharmazeutischer Regeln über die Qualität, Prüfung, Lagerung, Abgabe und Bezeichnung von Arzneimitteln und den bei ihrer Herstellung verwendeten Stoffen mit rechtlich bindendem Charakter, gibt folgende Richtwerte für die  Sterilisationsdauer vor:

HEPA-Filter im Innenraum eines CO2-Brutschranks
 
 

Heißluft 180 °C: mindestens 30 Minuten
Heißluft 170 °C: mindestens 1 Stunde
Heißluft 160 °C: mindestens 2 Stunden

Ein weiteres Qualitätskriterium bei modernen CO2-Inkubatoren ist die Möglichkeit, den Innenraum inklusive der Einbauten und Sensoren zu dekontaminieren bzw. zu sterilisieren.

 

Übersicht Glossar Temperierschrank

 


Bildnachweis: Memmert GmbH + Co. KG