Quá trình hình thành giáo trình kết cấu mạch điện từ có xung trong quy trình nuôi cấy vi khuẩn p2 pot

Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 11 Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi khuẩn là NH 3 và NH + 4 . Nhiều khi để nuôi cấy vi khuẩn bằng nguồn nitơ là Urê ngời ta phải bổ sung thêm muối amon (nh amon sunphat chẳng hạn). Sở dĩ nh vậy là bởi vì có thức ăn nitơ dễ hấp thụ cho vi khuẩn phát triển đã thì mới có thể sản sinh ra đợc Ureaza để thủy phân Urê. Cũng có loại vi khuẩn sở dĩ không phát triển đợc trên môi trờng chỉ có nguồn thức ăn nitơ là muối amon không phải là không đồng hóa đợc muối này mà là do chúng đòi hỏi phải đợc cung cấp thêm một vài loại axit amin không thay thế nào đó. Vi khuẩn có khả năng đồng hóa rất tốt nitơ chứa trong các thức ăn hữu cơ. Các thức ăn này sẽ vừa là nguồn cacbon vừa là nguồn nitơ cung cấp cho vi khuẩn. Nguồn nitơ hữu cơ thờng đợc sử dụng để nuôi cấy vi khuẩn là Pepton loại chế phẩm thủy phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy. Đối với đa số vi khuẩn ngời ta thờng nuôi cấy có những thành phần sau: pepton (5g), cao thịt (3g), NaCl (8g), nớc cất (1000ml). Nếu làm môi trờng đặc thì bổ sung thêm 15 - 20g thạch. 1.3.4. Nguồn thức ăn khoáng của vi khuẩn Khi sử dụng các môi trờng thiên nhiên để nuôi cấy vi khuẩn ngời ta thờng không cần thiết bổ sung các nguyên tố khoáng. Trong nguyên liệu dùng làm các môi trờng này (khoai tây, nớc thịt, sữa, huyết thanh, pepton, giá đậu ) thờng có chứa đủ các nguyên tố khoáng cần thiết đối với vi khuẩn. Ngợc lại khi làm các môi trờng tổng hợp (dùng nguyên liệu hóa chất) bắt buộc phải bổ sung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết. Những nguyên tố mà vi khuẩn đòi hỏi phải đợc cung cấp với liều lợng lớn gọi là các nguyên tố đa lợng. Còn các nguyên tố khoáng mà vi khuẩn chỉ đòi hỏi với những liều lợng rất nhỏ gọi là các nguyên tố vi lợng. Nồng độ cần thiết của từng nguyên tố vi lợng trong môi trờng thờng chỉ vào khoảng 10 -6 - 10 -8 M. Hàm lợng các chất khoáng chứa trong nguyên Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 12 sinh chất vi khuẩn thờng thay đổi tùy loại, tùy giai đoạn phát triển và tùy điều kiện nuôi cấy. Thành phần khoáng của tế bào vi khuẩn khác nhau thờng là chênh lệch nhau rất nhiều. Chẳng hạn nh theo nghiên cứu của Mesrobiana và Peunesko năm 1963 cho biết thành phần khoáng ở một số vi khuẩn gây bệnh là (% chất khoáng): P 2 O 5 4.93-74. 8 Na 2 O 0.2-28.08 K 2 O 2.4-39.8 Cl 0.03-43.69 SO 3 0.5-28.8 MgO 0.12-12.0 CaO 0.3-14.0 1.4. Tác động của môi trờng đối với điều kiện phát triển của vi khuẩn Sinh trởng, phát triển và trao đổi chất của vi khuẩn liên quan chặt chẽ với các điều kiện của môi trờng. Các điều kiện này bao gồm hàng loạt các yếu tố khác nhau, tác động qua lại với nhau. Đa số các yếu tố đó đều có một đặc tính tác dụng chung biểu hiện ở ba điểm hoạt động: cực tiểu, tối thích và cực đại. Hình 1.4a. Đồ thị biểu diễn tác dụng của môi trờng lên vi khuẩn Với tác dụng tối thiểu của yếu tố môi trờng vi khuẩn bắt đầu sinh trởng và mở đầu các quá trình trao đổi chất, với tác dụng tối thích vi khuẩn sinh trởng, với tốc độ cực đại và biểu hiện hoạt tính trao đổi chất, trao đổi năng lợng lớn nhất, với tác dụng cực đại vi khuẩn ngừng sinh trởng và thờng bị chết. Tác động của môi trờng lên vi khuẩn có thể là thuận lợi hoặc bất lợi. Tác động bất lợi sẽ dẫn đến tác dụng ức khuẩn hoặc diệt khuẩn. Do tác dụng Tối thích Cực đại Cực tiểu Cờng độ tác dụng của môi trờng Cờng độ hoạt động sống Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 13 ức khuẩn của yếu tố môi trờng, tế bào ngừng phân chia, nếu loại bỏ yếu tố này khỏi môi trờng vi khuẩn lại tiếp tục sinh trởng và phát triển. Khi có mặt chất diệt khuẩn, vi khuẩn ngừng sinh trởng, phát triển và chết nhanh chóng. Sự chết của tế bào thờng không xảy ra ngay một lúc trong quần thể mà diễn ra dần dần, có thể biểu diễn bằng đờng cong tử vong logarit dới đây (Hình 1.4b, 1.4c). Hình 1.4b Hình 1.4c Tác dụng ức khuẩn và diệt Tốc độ chết của vi khuẩn tùy theo khuẩn của yếu tố môi trờng thời gian tác dụng của diệt khuẩn Một số yếu tố, chủ yếu là các hóa chất, có thể tác dụng ức khuẩn hoặc diệt khuẩn tùy theo nồng độ. Tác dụng kháng khuẩn của các yếu tố môi trờng chịu ảnh hởng của một số điều kiện nh tính chất và cờng độ tác dụng của bản thân yếu tố, đặc tính của vi khuẩn và tính chất của môi trờng. 1.4.1. Cơ chế tác dụng của các yếu tố môi trờng lên vi khuẩn Các yếu tố môi trờng bên ngoài tác dụng lên tế bào thuộc ba loại: Yếu tố vật lý (độ ẩm, nhiệt độ, tia bức xạ ), yếu tố hóa học (pH môi trờng, thể oxi hóa khử, các chất diệt khuẩn) và các yếu tố sinh học (chất kháng sinh). Dù là yếu tố nào nhng khi tác dụng bất lợi lên tế bào thì thờng gây tổn hại đến các cấu trúc quan Sinh trởn g bình thờng ức khuẩn Diệt khuẩn Thời gian tác dụng của yếu tố Lo g N 0 510 15 20 50 10 0 80% 80% 80% Vi khuẩn sốn g sót ( % ) Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 14 trọng cho sự sống của tế bào. Những tổn hại đó dẫn đến phá hủy chức phận hoạt động của các cấu trúc và làm tế bào chết. Chừng nào tế bào có thể sống sót chính là do chúng đã thích ứng với yếu tố đã cho bằng những thay đổi về sinh lý hoặc di truyền. Những tác dụng có hại của các yếu tố bên ngoài tế bào vi khuẩn thể hiện ở những biến đổi sau: + Phá hủy thành tế bào. + Biến đổi tính thấm của màng tế bào chất: một số chất không nhất thiết phải xâm nhập tế bào. Nhng vẫn gây tác dụng kháng khuẩn. + Thay đổi đặc tính keo của nguyên sinh chất: các yếu tố vật lý hay hóa học đều có thể gây nên tác dụng này. + Kìm hãm hoạt tính. + Hủy hoại các quá trình tổng hợp. 1.4.2. Tác động của các yếu tố vật lý + Độ ẩm: hầu hết các quá trình sống của vi khuẩn có liên quan đến nớc do đó độ ẩm là yếu tố quan trọng của môi trờng. Đa số vi khuẩn thuộc các sinh vật a nớc nghĩa là chúng cần nớc ở dạng tự do, dễ hấp thụ. + Nhiệt độ: hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn có thể coi là kết quả của các phản ứng hóa học. Vì các phản ứng này phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ nên yếu tố nhiệt độ rõ ràng ảnh hởng sâu sắc đến các quá trình sống của tế bào. Tế bào thu đợc nhiệt chủ yếu từ môi trờng bên ngoài, một phần cũng do cơ thể thải ra do kết quả của hoạt động trao đổi chất. Hoạt động của vi khuẩn bị giới hạn trong môi trờng chứa nớc ở dạng có thể hấp thụ. Vùng này của nớc nằm ở 2 0 đến khoảng 100 0 gọi là vùng sinh động học. Hầu hết tế bào sinh dỡng của vi khuẩn chết ở nhiệt độ cao do protein bị biến tính. Vi khuẩn chết ở nhiệt độ cao cũng có thể còn là hậu quả của không hoạt hóa ARN và sự phá hoại màng tế bào chất. ở nhiệt độ thấp có thể làm ngừng quá trình vận chuyển các chất hòa tan qua màng tế bào chất do thay đổi hình không gian của một số permeaza chứa Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 15 trong màng hoặc ảnh hởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP cần cho quá trình vận chuyển chủ động các chất dinh dỡng. Vi khuẩn thờng chịu đựng đợc nhiệt độ thấp. ở nhiệt độ dới điểm băng hoặc thấp hơn chúng không thể thực hiện hoạt động trao đổi chất rõ rệt. Nhiệt độ thấp có thể coi là yếu tố ức khuẩn nếu làm lạnh khá nhanh. Trong trờng hợp làm lạnh dần dần xuống dới điểm băng cấu trúc của tế bào bị tổn hại do các tinh thể băng đợc tạo thành nhng kích thớc nhỏ, do đó tế bào không bị phá hủy. Giới hạn giữa nhiệt độ cực tiểu và nhiệt độ cực đại là vùng nhiệt sinh trởng của vi khuẩn. Giới hạn này rất khác nhau giữa các loại vi khuẩn, tơng đối rộng ở các vi khuẩn hoại sinh, nhng rất hẹp ở các vi khuẩn gây bệnh. Tùy theo quan hệ với vùng nhiệt có thể chia vi khuẩn thành một số nhóm sau: - Vi khuẩn a lạnh (Psychrophilic) sinh trởng tốt nhất ở nhiệt độ dới 20 0 C, thờng gặp trong nớc biển, các hố sâu và suối nớc lạnh, chẳng hạn vi khuẩn phát quang, vi khuẩn sắc. Hoạt tính trao đổi chất ở các vi khuẩn này thấp. Trong điều kiện phòng thí nghiệm nhiều vi khuẩn a lạnh dễ dàng thích ứng với nhiệt độ cao hơn. - Vi khuẩn a ấm (Mesophilic) chiếm đa số, cần nhiệt độ trong khoảng 20 0 C 40 0 C. Ngoài các dạng hoại sinh ta còn gặp các loài kí sinh, gây bệnh cho ngời và động vật, chúng sinh trởng tốt nhất ở 37 0 C ứng với nhiệt độ của cơ thể ngời và động vật. - Vi khuẩn a nóng (Thermophilic) sinh trởng tốt nhất ở 55 0 C. Một số không sinh trởng ở nhiệt độ dới +30 0 C. Nhiệt độ sinh trởng cực đại của các vi khuẩn a nóng dao động giữa +75 0 C và +80 0 C. Các loài Bacillus sống trong đất thờng có nhiệt độ sinh trởng khá rộng (15 - 40 0 C). Vi khuẩn E.coli có nhiệt độ sinh trởng 10 - 47.5 0 C. Vi khuẩn gây bệnh lậu (Neisseria gonorrhoeae) phát triển ở nhiệt độ 30 - 40 0 C. Vi khuẩn Methylococus capsulatus sinh trởng thích hợp ở 37 0 C cũng còn có thể sinh trởng ở nhiệt độ 55 0 C. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 16 áp lực, áp suất thẩm thấu và áp suất thủy tĩnh có thể ảnh hởng đến cấu trúc của tế bào vi khuẩn. + Âm thanh: sóng âm thanh, đặc biệt trong vùng siêu âm (trên 20KHz), có ảnh hởng lớn đến sinh trởng của vi khuẩn. Các tế bào sinh dỡng bị chết nhanh tróng. Tế bào con mẫn cảm hơn nhiều so với tế bào già. + Sức căng bề mặt: khi sinh trởng trong môi trờng dịch thể vi khuẩn chịu ảnh hởng của sức căng bề mặt của môi trờng. Những thay đổi của sức căng bề mặt có thể là ngừng sinh trởng và tế bào có thể bị chết. + Các tia bức xạ: ánh sáng có thể gây ra những biến đổi hóa học. Do đó, những tổn thơng sinh học nếu đợc tế bào hấp thụ thì mức độ gây hại tùy thuộc vào mức năng lợng trong lợng tử ánh sáng đợc hấp thụ và mức năng lợng trong lợng tử lại phụ thuộc gián tiếp vào chiều dài sóng của tia chiếu. Các lợng tử bức xạ gây lên những biến đổi hóa học của các phân tử và nguyên tử có chiều dài sóng khoảng 10000 A 0 . 1.4.3. Tác động của các yếu tố hóa học Trong số các tác động hóa học ảnh hởng đến chức phận sống của tế bào trớc hết phải kể đến nồng độ ion hidro (pH), thế oxi hóa khử (Eh) của môi trờng, các chất sát trùng và các chất hóa trị liệu. + Tác động của pH môi trờng: pH của môi trờng có ý nghĩa quyết định đối với sinh trởng và phát triển của vi khuẩn. Các ion H + và OH - là hai ion hoạt động lớn nhất trong tất cả các ion, những biến đổi dù nhỏ trong nồng độ của chúng cũng có ảnh hởng mạnh mẽ. Cho nên việc xác định thích hợp ban đầu vào việc duy trì pH cần thiết trong thời gian sinh trởng của tế bào là rất quan trọng. Đa số vi khuẩn sinh trởng tốt nhất ở pH trung bình (7.0) nh nhiều vi khuẩn gây bệnh (môi trờng tự nhiên là máu và bạch huyết máu của cơ thể động vật). + Tác động của thế oxi hóa khử (Eh): biểu thị mức độ thoáng khí của môi trờng. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 17 + Các chất diệt khuẩn ( sát trùng): thờng dùng nhất là phenol và các hợp chất của phenol, các ancohol, halogen, kim loại nặng, H 2 O 2 , các thuốc nhuộm, xà phòng và các chất rửa tổng hợp của muối amon bậc bốn. 1.4.4. Tác động của các yếu tố sinh học Các yếu tố sinh học tác động có hại lên quá trình sinh sống của vi khuẩn đó là kháng thể và chất kháng sinh. 1.5. Kết luận Nh vậy, qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về quy trình nuôi cấy vi khuẩn, các điều kiện sinh sống của vi khuẩn chúng tôi đa ra một số kết luận sau: + Vi khuẩn có vai trò vô cùng to lớn đối với con ngời, động vật, thực vật trên trái đất. Chẳng hạn nh chúng tham gia tích cực vào quá trình phân giải các xác hữu cơ, các phế thải công nghiệp. Đặc biệt là vi khuẩn có vai trò rất quan trọng trong ngành năng lợng đó là việc chúng đóng góp rất lớn trong việc tạo ra dầu mỏ, than đá và khí đốt + Muốn cho vi khuẩn sinh trởng và phát triển đợc cần phải nuôi cấy trong các môi trờng thích hợp, môi trờng là những chất dinh dỡng cần thiết đợc phối hợp theo yêu cầu sinh trởng và phát triển của vi khuẩn đối với điều kiện và hoàn cảnh sống. Ví dụ nh: Môi trờng dịch thể hay môi trờng lỏng là môi trờng hợp thành do sự hoà tan của các chất dinh dỡng cần thiết ở trong nớc, nh môi trờng nớc thịt, nớc pepton, nớc gan, nớc dạ dầy, nớc các loại thân củ (nh ngô, đậu nành, cà rốt). Môi trờng bán cố thể là môi trờng nớc có cho thêm một ít chất (thạch, keo) vào để làm cho môi trờng sánh lại, môi tr ờng này dùng để theo dõi sự di động của vi khuẩn, nó hợp với điều kiện phát triển sinh lý của vi khuẩn. Môi trờng cố thể hay môi trờng rắn đặc nh môi trờng khoai tây để nuôi cấy vi khuẩn lao; môi trờng lỏng thêm thạch để tạo thành môi trờng Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 18 thạch đĩa, thạch nghiêng dùng để phân lập và xem hình thái các khuẩn lạc; môi trờng gelatin để kiểm tra xem vi khuẩn có làm tan chảy gelatin không. Môi trờng tự nhiên là các môi trờng mà các chất dinh dỡng có sẵn trong thiên nhiên nh máu, huyết thạch, nớc tiểu, nớc trứng, khoai tây hay môi trờng nhân tạo là hỗn hợp của nhiều chất dinh dỡng cần thiết cho vi khuẩn nh nớc thịt, nớc thịt gan + Ngoài ra ánh sáng cũng rất cần thiết đối với một số loại vi khuẩn nhng trong quá trình nuôi cấy nhân tạo ngời ta có thể tạo ra môi trờng thích hợp cho vi khuẩn sinh trởng. Nhng nhiệt độ thì do điều kiện khí hậu luôn thay đổi vì vậy khi nhiệt độ thay đổi có thể làm cho vi khuẩn chết. Do đó nhiệt độ là rất cần quan tâm, trong nghiên cứu, chữa trị và sản xuất thì việc duy trì nhiệt độ nhằm duy trì sự sống cho vi khuẩn là vấn đề rất quan trọng. Nh vậy, từ những phân tích ở trên chúng tôi thấy ánh sáng, độ ẩm, môi trờng đã đợc các nhà vi sinh vật nghiên cứu và tạo ra. Do đó trong đề tài này chúng tôi chỉ quan tâm đến nhiệt độ. Với những kết quả nghiên cứu và tìm hiểu về vi khuẩn, tôi tiến hành nghiên cứu và tìm hiểu một số tủ nuôi cấy vi khuẩn đang đợc sử dụng trong thực tế, cụ thể là đang đợng sử dụng trong bệnh viện Bạch Mai. Chơng 2 Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 19 Giới thiệu chung về tự động điều khển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn đang đợc sử dụng hiện nay 2.1. Nguyên lý cấu tạo chung Hình dáng và cấu tạo bên trong của một số tủ nuôi cấy vi khuẩn hiện nay đang đợc sử dụng đợc thể hiện trên hình 2.1 sau: Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo của tủ nuôi cấy vi khuẩn Trong đó: 1) Vỏ tủ: thờng làm bằng tôn sắt dày cỡ 1,5mm, ở mặt trong có sơn lớp sơn chịu nhiệt, mặt ngoài sơn chống rỉ. Có loại làm bằng tôn thép không rỉ. 2) Lớp cách nhiệt: thờng bằng bông thuỷ tinh để cách nhiệt cho tủ với môi trờng ngoài. 3) Cửa ngoài bằng tôn thép, xung quanh có một gioăng amiăng. 4) Cửa trong bằng kính chịu nhiệt cho phép nhìn thấy vật sấy và cách nhiệt ra ngoài. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 20 5) Sàng ngăn cách giữa điện trở dây đốt với phần nuôi cấy bên trong, mắt sàng có nhiều lỗ thủng để nhiệt có thể đi vào bên trong. 6) Giá đỡ: để xếp, đựng các vật sấy, thờng trong đó có khoảng hai hoặc ba giá đỡ làm bằng thép không rỉ. 7) Gờ đỡ: dùng để đỡ các giá đỡ. 8) Dây đốt: là điện trở dây quấn hình lò xo thờng làm bằng Ferô-Niken. 9) Chân đế. 10) Lỗ thoát ẩm: có thể khoá hoặc mở ra giúp cho tủ thoát ẩm. 11) Nhiệt kế: dùng để đo nhiệt độ trong tủ. 12) Hộp chứa đựng mạch điều khiển và các thiết bị liên quan. 13) Khoảng trống phía sau tủ dùng để đa dây chuyền tín hiệu điều khiển vào tủ. 14) Cảm biến nhiệt độ. 15) Nắp máy có thể tháo ra sửa chữa khi tủ gặp sự cố. 16) Quạt dùng để lu thông nhiệt trong tủ. 2.2. Nguyên lý làm việc chung Thông thờng vi khuẩn đợc nuôi cấy ở một nhiệt độ nhất định (thờng là 37 0 C). Do đó, trong quá trình làm việc khi nhiệt độ trong tủ gần bằng nhiệt độ đặt thì hệ thống điều khiển nhiệt độ sẽ tự động cắt để ngừng việc cấp điện cho dây đốt cho đến khi nhiệt độ trong tủ bằng nhiệt độ đặt, do quán tính nên dây đốt vẫn nóng lên và nhiệt độ trong tủ lớn hơn nhiệt độ đặt đến một thời điểm nào đó nhiệt độ trong tủ lại giảm xuống thấp hơn và dao động quanh giá trị nhiệt độ đặt. Sau đó đến một thời điểm nào đó thì nhiệt độ trong tủ lại hạ cho đến khi thấp hơn nhiệt độ đặt thì hệ thống điều khiển nhiệt độ lại điều khiển đóng điện cho dây đốt làm nhiệt độ tăng dần lên đến giá trị cần thiết và quá trình tạo nhiệt lại lặp lại liên tục nh vậy trong suốt khoảng thời gian yêu cầu của việc nuôi cấy vi khuẩn. Nh vậy, tủ ấm 37 0 C hoạt động theo một chu . học tác động có hại lên quá trình sinh sống của vi khuẩn đó là kháng thể và chất kháng sinh. 1.5. Kết luận Nh vậy, qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về quy trình nuôi cấy vi khuẩn, các. động điều khển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn đang đợc sử dụng hiện nay 2.1. Nguyên lý cấu tạo chung Hình dáng và cấu tạo bên trong của một số tủ nuôi cấy vi khuẩn hiện nay đang đợc. của vi khuẩn. Giới hạn này rất khác nhau giữa các loại vi khuẩn, tơng đối rộng ở các vi khuẩn hoại sinh, nhng rất hẹp ở các vi khuẩn gây bệnh. Tùy theo quan hệ với vùng nhiệt có thể chia vi khuẩn