Manual de fabricación de una incubadora de laboratorio

Tiempo de lectura: 10 min.

Tiempo de realización: 1 hora.

Dificultad del taller: Media.

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Índice

  • Introducción

  • Materiales

  • Hardware

  • Consejos de Montaje

  • Preparación del medio de cultivo

  • Sembrado de muestras

Introducción

Esta incubadora, permite el crecimiento de cultivos microbianos de una forma relativamente barata mediante el calor que proporciona una bombilla.
La bombilla es controlada por un Arduino que activa un relé en función de la temperatura que mide un sensor.
Con el fin de distribuir el calor de forma uniforme, hemos añadido un ventilador que remueva el aire.

Materiales

Los materiales que hemos usado son los siguientes:

  • Una caja de poliespán. La nuestra la sacamos de un envío de hielo seco que hicieron al laboratorio donde trabajamos, pero también se pueden encontrar en pescaderías o supermercados de forma gratuita pidiéndoselo al dependiente.
  • Una bombilla de 100w (aunque recomendamos una de menor potencia, como de unos 25 w) y su casquillo.
  • Un Arduino.
  • Un relé.
  • Un transformador de 9v (aunque sirve cualquiera que pueda alimentar al Arduino). Https://www.open-electronics.org/the-power-of-arduino-this-unknown/
  • Un sensor de temperatura, nosotros hemos usado el dht22, en primer lugar, por su precio (5 euros en Amazon) y en segundo lugar porque da mediciones con un error razonable (0.5 ºc).
  • Unas bisagras. En nuestro caso son estas, http://www.thingiverse.com/thing:47591, impresas en 3d, aunque es más fácil (y muy barato) comprarse un par en una ferretería.
  • Clavos, para clavar las bisagras y el ventilador.
  • Silicona para pegar el resto de cosas a la caja. Aquí cuidado, los pegamentos con acetona, como la mayoría de superglues (con cianocrilato) desharán el poliespán, haciendo un boquete, los pegamentos termofusibles normales tienen demasiada temperatura y también derretirán el poliespán, por lo que sólo podrás utilizarlo si consigues pistolas de baja temperatura. Prueba antes en un lado para asegurarte de que no te cargas la caja.
  • Cables, termoretractil y estaño, para hacer las conexiones.
  • Un trozo de cartón, para tapar las placas y que no les dé la luz de la bombilla directamente.
  • También necesitarás las siguientes herramientas:
  • Un taladro con un adaptador para hacer el hueco del casquillo de la bombilla en la tapa.
  • Un soldador.
  • Pistola de silicona, si para pegar usas al final el termofusible.

El esquema de montaje del circuito es el siguiente:

Hardware

Montaje y consejos

Algunos consejos que te serán útiles a la hora de montar la incubadora:

  • Que la bombilla no toque el poliespán, ¡si no, lo fundirá! Que solo toque el casquillo y, si tu bombilla es muy potente, que este sea de cerámica o de algún material que resista la temperatura.
  • No pongas nada en contacto con la bombilla o la liarás muy parda. (os lo decimos por experiencia, solo hay que ver las quemaduras que rodean el poliespán de la bombilla).
  • Intenta que la bombilla que compres, al contrario que la nuestra, ocupe poco espacio, sino será espacio perdido para las placas de cultivo.
  • Centra bien la bombilla, para que el calor se distribuya uniformemente por la cámara interior.
  • Coloca el sensor en un sitio donde la temperatura sea similar a la que van a tener las placas. Por ejemplo, no lo pegues a la bombilla y ponlo en un lugar donde fluya el aire.

Software

El programa del Arduino consiste en una señal que hace que el tiempo que la bombilla está encendida en intervalos de cinco segundos, sea menor cuanto más cerca estamos de la temperatura objetivo.
Es decir, es una especie de señal proporcional discreta.

El código se encuentra en el siguiente repositorio de GitHub y os animamos a editarlo para mejorarlo:

Las siguientes gráficas muestran como converge la temperatura a la temperatura objetivo (para 30º,35º y 40º, partiendo de una temperatura inicial de unos 22º):

Se observa que el sistema tarda en llegar al estado estacionario unos diez minutos, pero una vez llegado, se queda en la temperatura con pequeñas oscilaciones de 0,1-0,3 ºC.

Preparación de los medios de cultivo

Para que un medio de cultivo permita el crecimiento de microorganismos ha de tener tres cosas; fuente de carbono, fuente de nitrógeno y gelificante que de la textura adecuada.

Fuente de carbono y de nitrógeno
Son el alimento que usarán las bacterias para crecer y sobrevivir en nuestro medio. El nitrógeno lo utilizarán para construir estructuras proteicas (es a partir del cual sintetizan todos los aminoácidos que usarán para generar proteínas). La fuente de carbono es a través de dónde obtendrán el carbono para sintetizar estructuras basadas en él, pero también a partir de la cual obtendrán la energía.
La fuente tanto de carbono como de nitrógeno que estamos usando es cualquier caldo de carne o de pescado que tengas por casa. Esto aportará proteínas suficientes para que las bacterias puedan obtener tanto carbono como nitrógeno.
Para asegurarnos de que las bacterias tienen suficiente energía en el medio añadimos también azúcar (o mermelada, pero quizás esta última tiene más tropezones lo cual luego será un problema para trabajar con el medio), un par de cucharadas.
¡Ojo! Si para preparar el caldo vas a usar pastillas o caldo precocinado, asegúrate de que no llevan conservantes estos son, por definición aniquiladores de microorganismos. Aun así, nunca puedes estar seguro, a veces no lo añaden a la etiqueta, así que te recomendamos hervir tu mismo un trozo de carne en agua caliente y prepararte un caldito rápido en el momento.

Gelificante
Es lo que va a dar la consistencia sólida al medio de cultivo para que podamos sembrar sobre él. Aquí hay dos versiones una DIY completa y otra semi DIY.
La DIY completa emplea gelatina de cocina neutra (en nuestro caso de la marca royal), nosotros al probarla nos dimos cuenta de que si usábamos la concentración de gelatina que te recomendaba la casa comercial, la gelatina se derretía fuera del frigorífico. Aumentando la concentración al máximo de gelatina que diluía el agua (que viene siendo 4 veces la que te recomienda la receta) conseguíamos que la gelatina aguantase temperaturas de 27 grados sin derretirse como máximo. Es el problema de hacerlo de esta forma, aun así, es más sencillo y gelatina podrás encontrar en cualquier supermercado.
Para hacerlo así sigue los pasos de la receta de tu gelatina, simplemente recuerda usar 4 veces la cantidad de gelatina que te recomiendan y en vez de agua usar el caldo de pollo con dos cucharadas de azúcar, preparado del paso anterior.
La DIY “a medias’ usa agar-agar en vez de gelatina, es un producto un poco más caro y que probablemente no encuentres en el supermercado y tengas que comprar por internet (lo venden en tiendas de productos de cocina). El resultado aun así es un medio profesional, mucho más consistente y que aguantan perfectamente las temperaturas de 35 grados que son las máximas con las que trabajaremos.
Para preparar esto se pueden disolver entre 15 y 25 gramos de agar (depende de lo resistente que quieras el medio, te recomendamos empezar con lo mínimo, y si te vale, te ahorras dinero) por cada litro de caldo con azúcar.

Cuanto volumen preparar
para que os hagáis una idea, para una placa de Petri (como la de la imagen de abajo) necesitareis unos 10ml de medio, tienen 55 cm^2 de superficie. Hacer el cálculo para la superficie que queráis preparar. Una alternativa barata a las placas de Petri es usar fiambreras.

Siembra de muestras

Ahora viene la parte más divertida, después de montar la incubadora y preparar los medios, hay que comprobar que todo lo que hemos hecho hasta este punto funciona y es capaz de mantener microorganismos con vida. Es hora de sembrar.
Para ello coge muestras de cualquier lugar, puedes utilizar un bastoncillo para recogerlas y posteriormente frotarlo por la placa para extenderlo por ella. Existen muchas técnicas para repartir los microorganismos por la placa, una muy sencilla y efectiva es dividir la placa en cuatro secciones (como si de un queso se tratara) y en cada una de las secciones sembrar una muestra haciendo el dibujo de un tornado con el bastoncillo.

Algunos sitios curiosos dónde puedes encontrar microorganismos son:

  • La masa madre que se usa para hacer pan. Tiene levaduras (el microorganismo, no la levadura química que se compra en el super).
  • La boca, los oídos, la piel… el ser humano vive en simbiosis con multitud de bacterias, tenemos aproximadamente la misma cantidad de células nuestras que de células de microorganismos en nuestro cuerpo, así que haceros una idea del filón que es para obtener microorganismos.
  • El suelo.
  • El yogurt, que tiene multitud de bacterias lácticas que se han usado para su fermentación. Por ejemplo, el famoso “bifidus activo” en realidad es una bacteria lactica, el Lactobacillus bifidus.
  • La fruta, como las uvas, que contienen, entre otras, Saccharomyces cerevisiae.

Cuando acabes de sembrar te recomendamos etiquetar con un permanente las placas en la base, ya que, aunque la tapa se puede perder o intercambiar entre placas, el medio siempre permanecerá pegado a la base de la placa.
A la hora de meter las placas en la incubadora deberás ponerlas apoyadas sobre su tapa (boca abajo) de esta forma evitas que las gotas de agua que se condensan sobre la tapa vuelvan a caer al medio de cultivo y arrastren las colonias que hayan crecido sobre él mezclándolas.
Por último, solo queda tapar las placas con algo opaco (como un cartón) para impedir que la luz llegue a las placas de forma directa. Esto es porque queremos que las placas se calienten por convección, no por radiación, tomando así la temperatura a la que está el aire del ambiente (que es la que mide y regula el sensor de temperatura) y no la supere por efecto de la radiación que les llega desde la bombilla.
La temperatura genérica para cultivar microorganismos (cuando no sabemos que microorganismo puede crecernos y cuál es su temperatura óptima) es entre los 25-35ºc. Nosotros estamos usando

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