一、对流方式基础回顾

1. 自然对流：依赖温差产生的浮力效应，热空气上升、冷空气下沉，自发形成循环流动。优点在于无机械部件，维护简单；缺点是对流速度慢、循环路径不确定，难以保证培养箱内部环境的快速均匀性。

2. 强制对流：通过风机或气泵等机械装置产生气流，主动推动空气在空间内循环。优点为流速可控、循环路径可设计、环境恢复（温度/气体浓度/湿度）快速且均匀；缺点是增加了噪音、振动及机械维护需求。

二、Heracell 150i 的强制对流设计要点

1. 风机布局与气流路径

• 箱内风扇位置

• 在培养箱后壁或顶板装有小型无刷 DC 风扇，低转速运转以减少干扰振动。

• 风扇出口通常指向培养箱腔室的中后部，通过导流板或导风管引导主气流。

• 气流循环路径

1. 风机将箱内顶部加热后并含 CO₂ 的空气吸入，推动气流沿箱顶朝向前部和侧壁均匀扩散；

2. 空气沿箱内各层托盘间隙向下流动，经过培养面上的细胞培养容器；

3. 经冷却或气体浓度监测后的空气再回到箱后部循环入口，完成一次闭合循环。

这种 水平—垂直交叉的循环方式，既能避免单向气流对某一区域造成气流冲击，又保证了箱内不同高度的温度、湿度及 CO₂ 浓度均匀一致。assets.thermofisher.com

2. 加热与湿化耦合

• 直接加热（Direct Heat）
  Heracell 150i 采用直接加热元件加热内壁或空气，避免了水套或外壳水套的热滞后；与风扇配合，可快速提升并稳定温度。

• 快速响应湿化系统
  内置的无托盘（pan-less）加湿水箱通过直接加热产生水蒸汽，瞬时将湿度输送到主气流中；风扇强制对流使高相对湿度空气迅速充满整个腔室，避免样品脱水风险。

三、强制对流相比自然对流的优势

1. 温湿度均一性

• 在多点测试中，Heracell 150i 内部温差通常小于 ±0.2 ℃，湿度偏差小于 ±1% RH，而自然对流培养箱往往在上下层差异达 1 ℃、湿度差异达 5% RH。

2. 快速恢复能力

• 每次开门后，箱内环境可在 2–3 分钟内快速恢复至设定值（温度、CO₂、湿度），而非强制对流箱的 5–8 分钟。

3. 防止冷点与死角

• 通过精心设计的气流路径，避免了自然对流箱常见的顶部过热、底部过冷、角落死角等问题。

4. 改善污染控制

• 有的高端型号（如配备 HEPA 滤网型号）可在强制循环中增加过滤，有效降低空气中微粒及交叉污染风险。

四、使用与维护建议

1. 常规检查风机与过滤器

• 建议每 3–6 个月清理风机叶片与气道，并检查驱动电机与电缆是否完好；若配 HEPA 滤网，则按厂家说明定期更换或高温消毒。

2. 避免过度积液或结垢

• 加湿水箱若长时间未清洗，易产生水垢或微生物滋生，影响湿度输出及气流通畅性。定期采用 ContraCon 90 ℃高温消毒循环或化学清洗。

3. 监测气流异常

• 若发现开门后恢复缓慢、培养面温湿度偏差增大，应检查风扇转速及导流板位置，及时排查风机失效或气道堵塞。

4. 校准与验证

• 在每次年度资质验证（IQ/OQ/PQ）中，应增加环流效率测试，通过温度和 CO₂ 传感器多点记录及动对流示踪（如烟雾测试）验证均一性。

五、应用场景与案例

• 干细胞培养：对温湿度及 CO₂ 浓度要求极高，采用强制对流后，胞增率和分化效率提高约 10–15%。

• IVF （体外受精）实验：需要快速恢复低氧环境（1–5% O₂）；强制对流可与三元气体控制系统联动，精准稳定地维持低氧。

• 敏感型分子实验：如 RNA 干扰或蛋白折叠研究，空气湿度和温度抖动带来的实验误差显著降低。

六、小结

Thermo Scientific Heracell 150i CO₂培养箱内部空气循环采用“风扇辅助的强制对流”设计，集成直接加热、快速湿化和可选 HEPA 过滤功能，以实现：

1. 高一致性：温度波动≤±0.2 ℃，湿度波动≤±1% RH；

2. 快速恢复：开门后 2–3 分钟内快速回稳；

3. 均匀分布：无顶部过热或底部冷点，无死角；

4. 污染控制：可选内循环过滤，保障无菌环境。

相较自然对流培养箱，Heracell 150i 在实验重复性、培养效率和环境控制方面具有明显优势。使用时务必按时维护风机及湿化系统，并结合 IQ/OQ/PQ 测试验证循环性能，以确保培养箱长期稳定、可靠运行。