Incubateur de laboratoire de microbiologie sobre

Description générale

L’un des équipements phares des laboratoires de microbiologie est l’incubateur, une enceinte chauffée à une température constante pour permettre la croissance de cultures bactériennes. Par exemple, l’incubateur va rester à 37°C jour et nuit pour permettre la croissance d’Escherichia coli sur boîtes de Petri. Ces enceintes sont rarement éteintes et pas toujours parfaitement isolées, leur maintien en température est donc coûteux en énergie. De plus, ce sont des équipements onéreux et exigent une maintenance professionnelle. Nous souhaitons étudier la faisabilité d’une enceinte faite à partir de matériaux à bas coûts voire recyclés, facile à concevoir et réparer et proposant une bonne isolation type marmite norvégienne1. Il est à noter cependant qu’à la différence d’une marmite norvégienne conçue pour la cuisine, l’incubateur doit assurer une température constante et modulable et être en adéquation avec les exigences d’hygiène des laboratoires de microbiologie.

Dans nos usages de laboratoire, nous avons de surcroît besoin de deux fonctionnalités supplémentaires : les incubateurs doivent disposer d’un mode d’agitation pour permettre la culture homogène et liquide et intégrer une mesure de potentiel pour le suivi électrochimique desdites cultures2.

Les solutions actuelles sont des incubateurs à plateaux tournants3 et des potentiostats/galvanostats4. Nous souhaitons savoir si ces solutions très technologiques et chères pourraient être remplacées.

Portage du projet

Brunelle Archambeaud et Thibaut Souligoux-Babin (CEA)

Contexte et utilisateur·rices

Le contexte visé est une utilisation dans les pays en voie de développement (Low Ressource Settings). Cet environnement particulier nécessite l’utilisation de matériaux bas coût, une réparabilité avec le minimum de moyen disponible ainsi que la possibilité de faire fonctionner le dispositif malgré des coupures d’énergie régulières.

Les utilisateur·rices seront en majorité le personnel soignant de différents types de structure de santé : hôpital de brousse, petit centre de santé, centre hospitalier.

Sous-projets

Le projet peut être découpé en trois thématiques distinctes avec chacune ses objectifs.

L’enceinte chauffée

  • Comment assurer une température stable et réglable allant de 25°C à 50°C (précision +/-2°C) ?

  • Quels matériaux utiliser pour répondre aux objectifs du low-tech tout en étant facilement nettoyable afin de ne pas favoriser la formation de biofilms (surfaces lisses, matières supportant l’éthanol à 70°C) ?

  • Comment répondre à la problématique des coupures de courant régulières ?

Le module d’agitation

  • Comment agiter plusieurs flacons d’environ 80 mL (flacons d’hémoculture), remplis à moitié, afin d’homogénéiser le milieu liquide en continue, avec les contraintes du low-tech ?

  • Comment intégrer ce module mode d’agitation dans un incubateur, en assurant la robustesse et une limitation des nuisances sonores ?

  • Comment répondre à la problématique des coupures de courant régulières ?

Le potentiomètre low-tech

  • Benchmarker les kits commerciaux et méthodes « fait maison » pour construire un dispositif permettant de mesurer une différence de potentiel électrique entre deux électrodes (quelques centaines de mV maximum, 1 point de mesure toutes les 5 mins, 5 jours d’enregistrement).

  • Comment développer un dispositif équivalent permettant une mesure multiplexée dans plusieurs flacons d’hémoculture en même temps ?

  • Comment répondre à la problématique des coupures de courant régulières ?

ExemplePistes bibliographiques

  1. Reporterre. Comment fabriquer votre marmite norvégienne. Reporterre, le média de l’écologie - Indépendant et en accès libre https://reporterre.net/Comment-fabriquer-votre-marmite-norvegienne (2024).

  2. Babin, T. C. et al. Electrochemical label-free pathogen identification for bloodstream infections diagnosis: Towards a machine learning based smart blood culture bottle. Sens. Actuators B Chem. 387, 133748 (2023).

  3. INCUBATEUR AGITÉ - BREMA®. Fourni-Labo https://www.fourni-labo.fr/produit/incubateur-agite.

  4. Autolab PGSTAT204. https://www.metrohm.com/fr_fr/products/a/ut20/aut204_s.html.

  5. Gougis, M. & Marcoux, P. SYSTEM INCLUDING A BOX AND AN INSTRUMENTED CONTAINER FOR DETECTING THE PRESENCE OF MICRO-ORGANISMS IN A LIQUID SAMPLE.

  6. By. Game Boy Advance Hiding In A Medical Device. Hackaday https://hackaday.com/2017/09/24/game-boy-advance-hiding-in-a-medical-device/ (2017).

  7. La Game boy du coeur | INA.

  8. GBECG. Elektor https://www.elektormagazine.fr/magazine/elektor-200610/10565.

ExemplePistes pour l’enceinte chauffée

  1. Mesure de la puissance nécessaire pour faire fonctionner un incubateur commercial

  2. Explorer les concepts tel que la marmite norvégienne ou des matériaux à changement de phase (type chaufferettes), avec un benchmark des isolants possibles (une préférence pour les matières naturelles et/ou recyclées)

  3. Possibilités pour un incubateur de fonctionner sur batterie en fonction de son volume

  4. Evaluer la faisabilité de coupler le dispositif avec des panneaux solaires

ExemplePistes pour le module d’agitation

  1. Explorer les différentes méthodes d’agitation (orbitale, vortex, linéaire, à ressort5…) et de leur puissance nécessaire pour homogénéiser un flacon d’hémoculture

  2. Calcul de la possibilité d’un module à fonctionner sur batterie en fonction du nombre de flacons à agiter

  3. Evaluer la faisabilité de coupler le dispositif avec des panneaux solaires

ExemplePistes pour le potentiomètre low-tech

  1. Dimensionner les besoins en termes de puissance et de capacité de stockage de données en fonction du cahier des charges

  2. Explorer les offres commerciales type kit Arduino et les expériences type Game Boy-ECG6–8

  3. Chercher une méthode pour multiplexer les mesures dans l’incubateur