該如何正確選擇二氧化碳培養箱

[2019/10/22]

二氧化碳培養箱原理是其通過在培養箱箱體內模擬形成一個類似細胞/組織在生物體內的生長環境如恒定的酸堿度(pH值:7.2~7.4)、穩定的溫度(37℃)、較高的相對濕度(95%)、穩定的CO2水平(5%),來對細胞/組織進行體外培養的一種裝置。二氧化碳培養箱廣泛應用于醫學、免疫學、遺傳學、微生物、農業科學、藥物學的研究和生產,已經成為上述領域實驗室最普遍使用的常規儀器之一

全世界的用戶對二氧化碳培養箱都有兩條最基本的要求,一是要求二氧化碳培養箱能夠對溫度、二氧化碳濃度和濕度提供最精確穩定的控制,以便于其研究工作的進展;二是要求二氧化碳培養箱能夠對培養箱內的微生物污染進行有效的防范,并且能夠定期消除污染,以保護研究成果,防止樣品損失。所以,選購二氧化碳培養箱的老師最關心的當然就是其高可靠性、對污染的防范和控制及使用方便。

 

一、溫度控制

1. 加熱方式:

氣套式加熱和水套式加熱,兩種加熱系統都是精確和可靠的,同時它們都有著各自的優點和缺點。

水套式加熱是通過一個獨立的水套層包圍內部的箱體來維持溫度恒定的,其優點:水是一種很好的絕熱物質,當遇到斷電的時候,水套式系統就可以比較長時間的保持培養箱內的溫度準確性和穩定性(維持溫度恒定的時間是氣套式系統的3~4倍),有利于實驗環境不太穩定(如有用電限制,或者經常停電)并需要保持長時間穩定的培養條件的用戶選用。

氣套式加熱是通過遍布箱體氣套層內的加熱器直接對內箱體進行加熱的,又叫六面直接加熱。氣套式與水套式相比,具有加熱快,溫度的恢復比水套式培養箱迅速的特點,特別有利于短期培養以及需要箱門頻繁開關的培養。此外,對于使用者來說氣套式設計比水套式更簡單化(水套式需要對水箱進行加水、清空和清洗,并要經常監控水箱運作的情況)。

2. 溫控系統:

保持培養箱內恒定的溫度是維持細胞健康生長的重要因素,因此精確可靠的溫控系統是培養箱不可或缺的重要部分。為了使培養箱更加穩定的工作,我們推薦用戶選用具備相互獨立三重溫度控制功能的二氧化碳培養箱,即箱內溫度控制、超溫報警控制和環境溫度監控

我們知道培養箱的最低工作溫度一般是高于室溫5℃,如果沒有緩慢加熱模式就非常容易在夏天高溫天氣(如室溫30℃左右時)產生箱內溫度過高;HF90的獨立超溫報警功能能夠快速準確的在培養箱內溫度高于培養溫度1℃時,切斷培養箱的主加熱系統,同時聲光報警;HF90的環境溫度監控可以根據環境溫度的變化自 動調節培養箱外門輔助加熱系統的功率,達到精確控制箱體內溫度的目的。

3. 溫度均一性:

二氧化碳培養箱箱體內的溫度均一性也是用戶需要考慮的主要因素,一般在箱體內配備了風扇以及風道的培養箱的均一度要好很多,同時此裝置還有助于箱內溫度、CO2濃度和相對濕度的迅速恢復。

當然,風扇/風道的優化也是同等重要的,HF90二氧化碳培養箱獨特設計的大直徑風扇和循環風道能夠保證箱體內溫度和二氧化碳濃度的均一性。大直徑風扇相比其他品牌培養箱的風扇,能夠在低轉速(低風速)時產生大的空氣循環流量,在達到均一性目的的同時,降低風速、減少箱內震動。降低風速、減少震動同時也就大大提高了箱內細胞培養的成功率。

 

二、二氧化碳濃度控制

1. 兩種控制系統:

紅外傳感器(IR)熱導傳感器(TCD)進行測量。兩種傳感器都是準確的,但都各有優缺點。熱導傳感器監控CO2濃度的工作原理是基于對內腔空氣熱導率的連續測量,輸入CO2氣體的低熱導率會使腔內空氣的熱導率發生變化,這樣就會產生一個與CO2濃度直接成正比的電信號。紅外傳感器(IR)它是通過一個光學傳感器來檢測CO2水平的。IR系統包括一個紅外發射器和一個傳感器,當箱體內的CO2吸收了發射器發射的部分紅外線之后,傳感器就可以檢測出紅外線的減少量,而被吸收紅外線的量正好對應于箱體內CO2的水平,從而可以得出箱體內CO2的濃度。由于IR系統是通過紅外線減少來確定箱內CO2濃度,而箱體內顆粒物能夠反射或部分吸收紅外線,使得IR系統對箱體內顆粒物的多少比較敏感,因此IR傳感器應用在含HEPA高效空氣過濾器的培養箱內比較合適。

2. CO2測量系統自動校準功能:

無論哪種CO2測量系統在使用一段時間后都會產生漂移,而產生漂移后直接會導致箱體內二氧化碳濃度不能穩定在我們的設定值,致使培養失敗,所以我們在這里強烈建議用戶在選購培養箱時必須要選擇帶有CO2測量系統自動校準功能的培養箱。

3. CO2濃度均一性:此點與溫度均一性的要求類似,在此就不做贅述。

 

三、相對濕度

箱內濕度對于培養工作來說是一項非常重要然而又經常被忽略的因素。維持足夠的濕度水平并且要有足夠快的濕度恢復速度(如在開關門后)才能保證不會由于過度干燥而導致培養失敗。目前大多數的二氧化碳培養箱是通過增濕盤的蒸發作用產生濕氣的(其產生的相對濕度水平可達95%左右,但開門后濕度恢復速度很慢)。我們在此建議用戶在選購二氧化碳培養箱的時候盡量選擇濕度蒸發面積大的培養箱,因為我們知道濕度蒸發面積越大,越容易達到最大相對飽和濕度并且開關門后的濕度恢復的時間越短。

 

四、防污染設計和消毒滅菌系統

污染是導致細胞培養失敗的一個主要因素,因而,二氧化碳培養箱的制造商們設計了多種不同的裝置去減少和防止污染的發生,其主要途徑都是盡量減少微生物可以生長的區域和表面,并結合自動排除污染裝置來有效防止污染的產生。例如,鑒于CO2培養箱在使用過程中有時會伴有霉菌生長,為確保培養箱免受污染并且保證儀器箱體內的生物清潔性,相繼問世了多種消毒滅菌方式,如帶有紫外消毒功能的CO2培養箱;還有的設計生產了HEPA過濾器能過濾培養箱內空氣,可過濾除去99.97%的0.3微米以上的顆粒;此外,還開發設計了能使箱內達到高溫濕熱的環境從而殺死污染微生物,達到消毒滅菌目的的培養箱。這些裝置對于細胞培養來說是必不可少,但選擇何種清潔裝置呢?首先,我們考慮的當然是各種方式的滅菌能力,紫外消毒能力是與紫外燈距離目標的距離的二次方成反比,距離越遠,消毒能力越差,所以紫外消毒方式有其局限性,難以達到徹底滅菌的要求;

HEPA過濾器由于受到過濾膜孔徑的影響,無法去除病毒和一些微小細菌,也有其局限性;相比較而言,高溫消毒是目前比較有效消毒滅菌的方法,高溫消毒又分為兩類,一是傳統的高溫干熱消毒,另一種是先進的高溫濕熱滅菌。

接下來我們重點說一下高溫干熱和高溫濕熱兩種方法的優劣。高溫濕熱由于蒸汽潛熱大,穿透力強,容易使蛋白質變性或凝固,因此該法的滅菌效率比干熱滅菌法高。其原因有三:

蛋白質凝固所需的溫度與其含水量有關,含水量愈大,發生凝固所需的溫度愈低。濕熱滅菌的菌體蛋白質吸收水分,所以較同一溫度的干熱空氣中易于凝固。

濕熱滅菌過程中蒸汽放出大量潛熱,加速提高濕度。因而濕熱滅菌比干熱所需溫度低,如在同一溫度下,則濕熱滅菌所需時間比干熱短。

濕熱的穿透力比干熱大,使其深部也能達到滅菌溫度,故濕熱比干熱收效好一些。

所以高溫消毒并不是簡單的看消毒溫度,主要是看是否濕熱消毒。另外,從使用角度看,濕熱消毒一般控制在90℃就能達到很徹底的消毒效果,整個消毒過程中培養 箱內的所有附件都不用取出,可以全部進行消毒;而干熱消毒為了達到較好的效果,溫度一般都在100℃以上,在這種溫度下消毒培養箱內的傳感器、HEPA過 濾器等都要在消毒過程中取出,等消毒結束再裝上,這樣即麻煩,附件又不能同時消毒,而且增加二次污染的幾率,再者要達到100℃以上的高溫,培養箱的加熱 系統的電熱絲必然要加粗,這會導致培養箱的溫度控制難度增加,均一性變差。所以我們建議用戶在選購二氧化碳培養箱時選擇含高溫濕熱滅菌方式的培養箱。

 

五、其它因素

二氧化碳培養箱的容積也是一個不可忽略的因素,買小了不夠用,大了又浪費又占地方。二氧化碳培養箱的可選容積非常廣,而且每種類型又有不同的容積可選。此時,就需要您在選購前對所需培養箱容積的范圍有一個比較準確的了解,并在此基礎上多預留一點空間,以保證不時之需。

此外,每一個使用者都希望所用的儀器能夠方便好用,微處理控制系統和其它各種功能附件(如高溫自動調節和警報裝置、CO2警報裝置、密碼保護設置、自動校準系統、LCD顯示系統等等)的運用,就使得二氧化碳培養箱的操作和控制都非常的簡便。不同的微處理系統雖然名字不相同,但是其原理與控制效果則無甚區別,選購時不必太在意它們名字上的區別,關鍵是要自己覺得使用起來方便,容易操作。

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