赛默飞二氧化碳培养箱150i 长期实验时的自动补水？
一、引言
在细胞培养过程中，培养箱内的水盘（湿度盘）通过蒸发维持相对湿度，以保护细胞不因干旱而失水。但是，水盘水量会逐渐减少，一旦低于设定高度，培养箱内湿度下降，CO₂浓度、温度和湿度会出现波动，影响细胞生长。对于需要持续培养多日乃至数周的长期实验，频繁手动补水不仅费时费力，还存在污染风险。引入自动补水系统，能够实现无感知、连续稳定的湿度补偿，显著提升实验可靠性与重复性。
二、自动补水的重要性
湿度稳定性
自动补水可持续保持培养箱内相对湿度在95%以上，避免湿度波动对细胞代谢和生长造成影响。环境参数一致性
补水与CO₂、温度、气流一起联动，确保三者协同平衡，最大程度模拟生理条件。减少操作频次
实验人员无需每天手动检查水位，大幅节省人力，避免忘记或延迟补水导致数据偏差。降低污染风险
自动补水系统多采用闭路或滤过设计，减少外部空气与液体暴露时间，降低细菌、真菌等污染几率。
三、补水系统原理
自动补水主要依赖以下原理与元件协同工作：
水位检测
光电式传感器：利用红外或可见光发射/接收光路，当水位遮挡光线或反射变化时触发开关。
电极式传感器：两个或多个电极浸入水中，通过导电信号判定水位高低。
浮子式开关：浮球随水位升降，当达到阈值位置时通过磁簧或机械结构触发开关。
泵浦驱动
蠕动泵：精度高、化学兼容性好，常用于输送培养级水。
隔膜泵/磁力泵：效率高但复杂度稍高，可用于大流量场景。
控制单元
PLC 或嵌入式控制器实时采集传感器信号，通过算法判断是否启动泵浦，并可与培养箱主控联动。
补水管路
不锈钢或生物兼容塑料（如PTFE、PEEK）管道，保证长期高温高湿环境下不析出有害物质。
四、硬件组成与选型
| 组件 | 推荐规格 | 选型要点 |
|---|---|---|
| 水箱 | 5–10 L，带过滤透气阀 | 容量依据实验周期；透气阀防真空；顶盖密封 |
| 蠕动泵 | 流速0.1–10 mL/min可调 | 精度高、易维护；软管材质需对水质无渗漏 |
| 水位传感器 | 电极式或光电式，防腐蚀 | 浸入式或壁挂式；多点检测优于单点开关 |
| 过滤系统 | 0.22 μm生物滤器 | 阻隔微生物进入管路，避免二次污染 |
| 控制器 | 单片机/PLC，带I/O接口 | 实时性好；可扩展报警、远程监控功能 |
| 补水管道 | PTFE 或硅胶高温管 | 耐高温、耐化学腐蚀；长度根据机型布局 |
| 安全阀/溢流阀 | 机械式浮球阀或电子限位阀 | 防止管路堵塞或泵泵过量引起水满溢 |
五、安装与调试
位置布局
水箱放置于CO₂培养箱侧柜或上方，避免高差过大。
管道尽量采用平滑弯曲，避免急转弯和死角。
管道连接
一端与水箱出水口连接；另一端引至培养箱内湿度盘旁。
中途安装0.22 µm滤器及单向阀，防止倒吸和污染。
传感器安装
将水位传感器固定在湿度盘侧壁，保证传感器探头始终处于待测位置。
传感器与控制器之间应用屏蔽线连接，避免电磁干扰。
电气接线
控制器接收传感器信号，并输出驱动泵浦的继电器或电源。
接线完毕后进行绝缘与接地检查，确保安全。
初次充水与漏点测试
向水箱注入纯化水至满水位，启动系统空载自检，观察管路、接头是否漏水。
通过手动触发传感器或虚拟屏幕下达补水命令，检验泵浦启动、补水量及停泵动作。
参数标定
设置水位高低阈值（如高位保持95%相对湿度对应的水位线）。
根据蠕动泵流量，设置单次补水时间。
六、水质管理
用水标准
推荐使用符合细胞培养标准的超纯水或Milli-Q水（电阻率18.2 MΩ·cm）。
禁止使用自来水、蒸馏水或二次蒸馏水，以免杂质和微生物污染。
防止二次污染
水箱定期更换并进行70%乙醇擦拭。
滤器每周更换一次，或按透过量计算更换周期。
添加抑菌剂
如有必要，可在水箱加入少量PHMB或抗生素，但须评估对细胞的潜在影响。
七、控制参数设置
| 参数 | 建议值/范围 | 说明 |
|---|---|---|
| 补水低阈值 | 水盘余量20% | 触发补水的最小水位 |
| 补水高阈值 | 水盘余量80–90% | 停止补水的水位，留有缓冲空间 |
| 单次补水时长 | 根据泵流量设定 | 例：流量5 mL/min时，3 min可补水15 mL |
| 补水检测频率 | 每5 min检测一次 | 可减少过度补水的风险 |
| 报警阈值 | 低于10%或高于95% | 水位超出范围时触发声光或远程报警 |
八、运行监测与记录
控制器或PC端软件可实时显示水位、电导率、补水次数及累计水量。
可接入实验室LIMS系统，自动记录、存档。
日志管理
至少保留7天的水位、湿度、补水事件日志，便于追溯。
定期导出CSV或PDF报告，评估补水策略的合理性。
远程通知
通过短信、邮件或微信企业号推送实时报警，确保及时处理异常。
九、日常维护
周检
检查滤器、管路及接头密封状况；清洁水箱内壁；补充超纯水。
月检
校准传感器信号和泵流量，确保测量与输送精度。
测试报警功能和日志完整性。
季度检
全面拆检管路、泵浦，清洗或更换耗材。
更新控制固件和软件，修补已知缺陷。
十、常见故障及排除
| 故障现象 | 可能原因 | 排除方法 |
|---|---|---|
| 未触发补水 | 传感器故障或接线松动 | 检查传感器电压、电阻；复位或更换传感器 |
| 持续补水无停机 | 控制算法异常或高阈值设定过高 | 检查控制参数；回滚至默认设置 |
| 水压不足/补水量少 | 管路堵塞或泵管老化 | 清洗或更换软管；更换泵头 |
| 报警频繁 | 检测频率过高或水质导致传感器漂移 | 放宽检测间隔；清洗传感器电极 |
十一、实验注意事项
预实验验证
在正式培养前，应模拟整个补水周期至少三天，验证系统稳定性。
细胞类型差异
不同细胞系对湿度和CO₂敏感度不同，可针对性地微调补水策略。
生物安全
若培养病原微生物或高危细胞，请使用二级生物安全柜配合自动补水，防止交叉污染。
断电保护
配置不间断电源（UPS）或备用电池，在短期断电后仍能继续补水。
十二、总结
自动补水系统是长期细胞培养实验中不可或缺的辅助装置。通过合理选型硬件、精确设置控制参数、严格管理水质并做好日常维护，可最大程度确保培养箱内湿度、CO₂与温度的稳定一致。如此，研究人员既能大幅减少手动操作，也能获得高度可重复、可靠的实验数据，为细胞生物学研究与生物制药生产提供坚实保障。
