Biolab Equipment/zh

生物实验室所需的设备因其用途而异。微生物实验室至少需要培养箱、无菌工作区和用于灭菌的压力锅。理想情况下，它还应配备离心机和合适的玻璃器皿，例如培养皿和试管。分子生物学（DNA/蛋白质）实验室需要更多设备来处理、观察和储存DNA/蛋白质。植物组织培养实验室与微生物实验室类似，但会在生长箱中安装人工照明设备。

以下是一些生物技术实验室中易于获取/自制的设备示例，大致按功能分类。由于许多实验室都需要基本的微生物设施才能正常运行（例如，DNA操作实验室需要微生物来携带和安全储存DNA），因此，我们假设微生物实验室是“最低配置”的实验室。

能够安全培养、储存和处理微生物（无论是细菌、酵母或其他真菌，还是单细胞藻类）的实验室称为微生物实验室。其要求包括无菌操作、培养、安全处理/储存以及在相关情况下安全处置。

微生物实验室的功能包括通过对血液或皮肤样本进行传统培养进行医学诊断、繁殖具有重要农业价值的菌株和物种、扩大用于发酵或堆肥的有用菌株的规模、对酵母和细菌进行营养发酵以供食用，或作为DNA操作等分子生物学方法的基础。

孵化器可以用简单的恒温器、加热器和隔热良好的隔间或容器制成。例如，一个装有辐射式红外加热垫和宠物专用恒温器的聚苯乙烯泡沫塑料运输箱，就能轻松精确地将温度维持在30摄氏度。

高压锅可用于对耐热液体、固体和设备进行灭菌，只需在保持高温高压的条件下持续20-25分钟即可。通常使用变色指示胶带确认灭菌效果，但也可使用耐热孢子培养物作为指示剂；灭菌后，将指示培养物进行培养并观察其生长情况，如果出现生长则表明灭菌失败。常用的孢子培养物是嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilis ），但枯草芽孢杆菌（B. subtilis）（见下文）的孢子也可能适用。

对于耐热设备，用金属箔包裹后在 200℃ 下烘烤 1 小时 20 分钟即可。如果现有设备无法达到 200℃，也可以在较低温度下延长烘烤时间。

在条件允许的情况下，过滤灭菌是一种对热敏性液体（例如抗生素样品）进行灭菌的有效方法。过滤器可以是用于水灭菌的“烛式”过滤器（尽管实验室的严格要求可能需要双重过滤），也可以是注射器驱动的滤芯。如果经过适当处理并施加合适的压力，自制的康普茶纤维素过滤器也可以使用（尽管从未进行过测试）。

最后，对于不耐热的食材，可以采用泰德尔灭菌法；连续三天，用蒸汽对样品进行巴氏杀菌。在蒸汽灭菌过程中，处于生长状态的细菌、酵母和真菌细胞会被杀死，而在接下来的两天里，新萌发的细胞也会被杀死。这种方法比高压烹饪温和一些，但更费时费力，也更容易失败。

离心机用于从液体培养物中分离细胞，以及将细胞从一个培养样品转移到另一个培养样品，有时可能需要进行“冲洗”步骤。操作步骤很简单：将细胞高速旋转，使其沉淀在样品瓶/管的底部，然后用移液器吸取细胞悬浮的液体。沉淀的细胞可以通过用移液器振荡或颠倒/涡旋/轻弹/旋转等方法重新悬浮在新的液体中。

DremelFuge是一款 3D 打印的离心转子，可以安装在 Dremel 多功能工具或电钻上，并且是开源硬件。

Blenderfuge是一种通过在转子上钻孔而制成的离心机，可用于家用搅拌机或类似设备。

高效空气微粒过滤器（HEPA过滤器），例如可从汽车或吸尘器中拆卸下来的，或作为室内空气净化器的一部分，可用于将无菌气流导向特定表面，从而形成无菌工作区域。在该区域内，如果操作人员采用正确的实验室方法，已灭菌的样品很可能保持无菌状态。

具有强烈蓝色火焰的本生灯或野营灯可以产生有效的无菌区域，这既是通过循环经过火焰的空气，也是通过提供局部上升气流来防止向下污染样品和培养皿。

微生物实验室必不可少的就是用于培养的微生物。这些微生物可以是为研究或开发而培养的本地或野生菌种、医疗样本（需小心处理），或是由其他实验室提供的实验室培养物。实验室菌株尤其值得关注：

大肠杆菌是典型的细菌，也是现代生物科学的“模式生物”。与人们普遍认为的大肠杆菌有害相反，大多数大肠杆菌菌株相对无害，而且可能就存在于大多数哺乳动物的体内。实验室培养的大肠杆菌菌株大多源自一种名为大肠杆菌K12的实验室菌株，它们通常适应能力较弱，无法在自然环境中（或者说在肠道中）生存。

大多数实验室使用大肠杆菌实验室菌株来携带称为载体的DNA构建体，这些载体通常指的是称为质粒的环状DNA分子。大多数转基因系统都是作为这些质粒的一部分导入大肠杆菌中进行读取和加工，或者作为中间构建体，最终在其他物种中完全构建。由于可以使用抗生素和编码的抗生素抗性基因来强制大肠杆菌在细胞内稳定地维持高拷贝数的质粒，因此它一直是DNA储存的主要方法。

然而，由于此应用场景中需要使用抗生素，因此使用此类抗生素耐药质粒并不适合社区使用；首先，抗生素极其重要，不应如此浪费；其次，用于此目的的抗生素成本过高或难以在本地生产。此外，大肠杆菌通常需要在极低温度下冷藏才能保持稳定，在机构或商业生物实验室中通常需要-80℃。要在社区实验室中满足这一要求，需要投入巨资，并采用规模庞大且远非稳健的工程技术。

枯草芽孢杆菌是生物技术和生物科学中另一种常用的模式细菌，尽管其应用程度远不及大肠杆菌。枯草芽孢杆菌在培养、操作和储存方面具有显著优势，因此更适合社区使用。目前尚未发现枯草芽孢杆菌的有害菌株（尽管它有一些容易被误认为是它的有害近缘种，例如炭疽杆菌和蜡样芽孢杆菌）。

由于枯草芽孢杆菌在饥饿状态下能形成稳定的孢子，因此无需冷藏。原则上，将质粒DNA导入枯草芽孢杆菌比导入大肠杆菌更容易，因为枯草芽孢杆菌具有天然的适应和利用环境中存在的相容DNA的能力（即在条件适宜时可以进行自我基因改造）。然而，目前工业上常用的基因改造方法也需要使用抗生素进行筛选。因此，可以开发无需抗生素抗性的替代方法。

由于人们认为DNA稳定性存在问题，枯草芽孢杆菌作为DNA载体并不受欢迎；然而，通过精心设计DNA，省略枯草芽孢杆菌拓扑异构酶识别的位点，有可能绕过这些稳定性问题。

枯草芽孢杆菌的主要实验室菌株源自枯草芽孢杆菌 168，它与大肠杆菌 K12一样，高度驯化，通常被认为在实验室环境之外无法生存。

除了上文所述的离心机外，分子生物学实验室的其他必备设备还包括PCR仪和电泳仪。PCR仪可以通过PCR（聚合酶链式反应）过程扩增DNA序列。PCR仪的主要功能是反复进行加热和冷却循环，以促进在不同温度下发生的化学反应。PCR仪的基本组成部分包括：加热元件、冷却装置、一个或多个温度传感器以及用于处理所有这些功能的微控制器。PCR仪的组装和操作说明很容易找到，此外还有OpenPCR等开源硬件可供选择。

电泳是一种根据分子大小和电荷分离分子的过程。通过施加电流，观察分子在半固体介质（例如琼脂糖凝胶）中的移动速度和方向，从而实现这一分离。带负电荷的分子向正极移动，反之亦然。较大的分子比小的分子移动得更慢。电泳装置本质上是一个腔室，通常由透明塑料制成，一端是阴极，另一端是阳极。还需要电源为电极施加电流。阳极可以使用多种材料，但阴极通常需要铂。此外，通常使用浇铸模具来灌注凝胶，并使用梳状工具在凝胶上创建孔，以便插入待分析的样品。许多组件都可以3D打印，可以在Thingiverse上找到stl文件。本节内容需要改进。

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