Innovative modular pour plating microbiology culture media technology

Abstract

(English) The current methods used in microbiological quality analysis rely on the use of traditional and manual methods, such as the pour plate method. The need to perform more analyses of different matrices makes it necessary to improve these methods. Thus, this thesis focuses on the design of systems in which the manual work of laboratory technicians is reduced.

In order to meet the main objective, this thesis has been separated into two subjects, i.e., microbiology and mechanical and fluid engineering. The union of these two fields is essential for the achievement of this need.

The starting point for microbiology focused on the separation of culture media into their different phases. This separation would allow both easier maintenance of the media and a simpler dosage of the same. In addition, studies and the establishment of a protocol for sterilizing the culture medium in a microwave oven were also carried out. By means of Computational Fluid dynamics (CFD), studies were carried out to design a static homogenizer so that the culture medium would be completely mixed when pouring onto the plates. In addition, a device was designed with which the dosing of the culture medium, once separated into its components, was possible.

The favorable results obtained in both microbiological and engineering studies demonstrate that a pour plate method automation system is possible. Hence, the development of this new line of research will continue, as this study is only the starting point for the development of such a system.

(Català) Els mètodes actuals utilitzats en l'anàlisi de la qualitat microbiològica es basen en l'ús de mètodes tradicionals i manuals, com el mètode de la sembra en massa. La necessitat de realitzar més anàlisi de matrius diferents fa necessari millorar aquests mètodes. Per això, aquesta tesi es centra en el disseny de sistemes en els quals es disminueixi el treball manual dels tècnics de laboratori.

Per a complir amb l'objectiu principal, aquesta tesi s'ha dividit en dues matèries, la microbiologia i l'enginyeria mecànica i de fluids. La unió d'aquests dos camps és essencial per a aconseguir i satisfer aquesta necessitat.

El punt de partida de la microbiologia es va centrar en la separació dels medis de cultiu en les seves diferents fases. Aquesta separació permetria tant un manteniment més fàcil dels medis com un dosatge més senzill d'aquests. A més, es van realitzar estudis i es va establir un protocol per a l'esterilització dels medis de cultiu en un forn microones.

Mitjançant dinàmica de fluids computacional (CFD), es van realitzar estudis per a dissenyar un homogeneïtzador estàtic de manera que el medi de cultiu es barregés completament en ser abocat en les plaques. A més, es va dissenyar un dispositiu amb el qual fos possible el dosatge del medi de cultiu, una vegada separat en els seus components.

Els resultats favorables obtinguts tant als estudis microbiològics com als d'enginyeria demostren que és possible un sistema d'automatització del mètode de sembra en massa. Per això, es continuarà amb el desenvolupament d'aquesta nova línia de recerca, ja que aquest estudi és només el punt de partida per al desenvolupament d'aquest sistema.

(Español) Los métodos actuales usados en el análisis de la calidad microbiológica se basan en el uso de métodos tradicionales y manuales, como el método de la siembra en masa. La necesidad de realizar más análisis de matrices diferentes hace necesario mejorar estos métodos. Por ello, esta tesis se centra en el diseño de sistemas en los que se disminuya el trabajo manual de los técnicos de laboratorio.

Para cumplir con el objetivo principal, esta tesis se ha dividido en dos materias, la microbiología y la ingeniería mecánica y de fluidos. La unión de estos dos campos es esencial para alcanzar y satisfacer esta necesidad.

El punto de partida de la microbiología se centró en la separación de los medios de cultivo en sus diferentes fases. Esta separación permitiría tanto un mantenimiento más fácil de los medios como una dosificación más sencilla de los mismos. Además, se realizaron estudios y se estableció un protocolo para la esterilización de los medios de cultivo en un horno microondas.

Mediante dinámica de fluidos computacional (CFD), se realizaron estudios para diseñar un homogeneizador estático de forma que el medio de cultivo se mezclara completamente al ser vertido en las placas. Además, se diseñó un dispositivo con el que fuera posible la dosificación del medio de cultivo, una vez separado en sus componentes.

Los resultados favorables obtenidos tanto en los estudios microbiológicos como en los de ingeniería demuestran que es posible un sistema de automatización del método de siembra en masa. Por ello, se continuará con el desarrollo de esta nueva línea de investigación, ya que este estudio es sólo el punto de partida para el desarrollo de dicho sistema.