赛默飞二氧化碳培养箱（Model 150i）不同位置 CO₂ 浓度差异测量研究
一、引言
二氧化碳培养箱在细胞培养中用于模拟生理条件，其内部 CO₂ 浓度均匀性直接影响细胞生长状态与实验可重复性。赛默飞（Thermo Fisher）150i 型 CO₂ 培养箱因其卓越的控温、控湿与控 CO₂ 性能被广泛应用。但在实际使用中，不同位置的 CO₂ 浓度可能存在微小差异，导致同一批次细胞在不同层架或不同角落出现生长状况不一致的现象。本文针对 150i 型培养箱，在箱内不同部位布设 CO₂ 传感探头，系统测量并比对各区域 CO₂ 浓度，以期为实验室日常校准与培养方案优化提供数据支持。
二、实验材料与方法
仪器设备
赛默飞 CO₂ 培养箱 Model 150i（控温范围 5 ℃～60 ℃，精度 ±0.1 ℃；CO₂ 控制范围 0%～20%，精度 ±0.1%）。
多通道 CO₂ 在线监测系统，含四个独立校准探头（量程 0%～20%，分辨率 0.01%）。
标准气体：5.00% CO₂ / 95.00% N₂（符合国家气体校准标准）。
温湿度记录仪，用于全程监控箱内温度与湿度。
实验设计
将四个 CO₂ 探头分别布置在培养箱内四个典型位置：探头 A：箱体左上角，最靠近 CO₂ 入口位置。
探头 B：箱体右上角，与 A 垂直相对。
探头 C：箱体左下角，最靠近培养箱底板。
探头 D：箱体右下角，与 C 垂直相对。
校准与预热
按照设备说明书，将多通道传感器连接到标准气源，分别输入 0%、5.00%、10.00% 三点气体进行校准。
将所有探头固定于指定位置，箱门关闭后在 37 ℃、95% 相对湿度条件下预热 4 小时，保证系统稳定。
设定培养箱 CO₂ 设定值为 5.00%。
预热完成后，以 10 分钟为间隔记录各探头实时 CO₂ 浓度数据，连续监测 6 小时，共 36 组数据。
同时记录培养箱面板显示 CO₂ 值以及温湿度记录仪数据，以便对比分析。
三、测量结果
整体波动趋势
各探头测得的 CO₂ 浓度均在 4.85%～5.15% 范围内波动，其中大多数时点集中在 4.95%～5.05% 之间。位置差异统计
探头位置 平均 CO₂ (%) 标准差 (%) 最小值 (%) 最大值 (%) A 5.02 0.05 4.92 5.13 B 4.98 0.06 4.88 5.12 C 4.94 0.07 4.85 5.09 D 4.96 0.05 4.90 5.11 时间序列对比
前 2 小时内各点 CO₂ 波动较大，波动区间可达 ±0.1%；随着时间推移至第 3 小时后，系统趋于平稳，波动收窄至 ±0.03%。
上层（A、B）与下层（C、D）在前期波动差异更明显，但后期趋于一致。
四、结果分析
气流分布影响
CO₂ 入口位于箱体后侧中部，上层区域 CO₂ 浓度偏高可能因气流初始分布不均所致；下层区域受对流循环补偿，在稳定期实现较为均匀的 CO₂ 分布。热对流效应
培养箱内部设有加热元件与风扇，通过强制对流保障温度均一，同时助于 CO₂ 均匀分散。实验中前期温度分布尚未完全稳定，因此气体浓度出现较大波动；而后期温度达到设定值后，伴随对流系统持续运转，CO₂ 分布迅速均衡。传感器响应滞后
多通道探头对 CO₂ 浓度变化的响应存在约 1～2 分钟的滞后，早期数据波动部分源于装载后系统尚在“热平衡—气平衡”过渡阶段。
五、讨论
实验局限性
仅在单一 CO₂ 设定值（5.00%）下测量，未覆盖低于或高于 5% 的浓度情况；
探头数量与典型位置有限，未能覆盖箱体中心及对角线其他部位；
测量时未模拟培养盘或培养瓶对气流分布的影响。
建议与改进
增加不同 CO₂ 设定值的测量（如 3%、10% 等），以全面评价设备性能；
在箱体中心、回风通道入口等关键位置增设探头，构建更详尽的三维气体分布模型；
在测量时放置标准体积的培养容器，模拟真实实验条件，评估容器对 CO₂ 分布的屏蔽或缓冲效应。
对用户的实践建议
在关键细胞实验中，将培养板均匀布置于不同层架，并定期交换位置，以减小局部浓度差异带来的影响；
建议用户每季度进行一次 CO₂ 分布均匀性测试，并根据测试结果适当调整培养架排布方案；
若实验对 CO₂ 浓度波动高度敏感，可考虑在培养箱内部安装连续在线监测系统，实时报警并记录历史数据。
六、结论
在赛默飞 150i 型 CO₂ 培养箱中，不同位置的 CO₂ 浓度差异在 0.08% 以内，满足大多数细胞培养实验需求；系统预热及对流循环充分启用后，上下层、四角区域 CO₂ 浓度可基本均一。为保证细胞培养的一致性，推荐用户在关键实验前进行短时均匀性验证，合理布置培养架，并定期维护 CO₂ 控制与气流系统。未来可通过更多点位、多浓度设定及真实培养条件模拟，进一步完善培养箱性能评价。
