一、引言

干细胞因其自我更新与多向分化能力，在再生医学、药物筛选和基础细胞生物学研究中占据核心地位。与普通贴壁细胞相比，干细胞对培养环境的要求更为苛刻，尤其是在气体成分、温湿度均匀性、污染控制和稳定性方面。Heracell 150i二氧化碳培养箱凭借其多项先进技术，为干细胞培养提供了专门的“优化模式”，显著提升细胞活性与可重复性。

二、干细胞培养的环境需求

1. 低氧微环境（Hypoxia）
   干细胞在体内常处于低氧“干细胞龛”微环境，氧分压一般为1–5 %。研究表明，模拟低氧环境可维持干细胞“干性”，减少衰老和异质性，提高增殖效率与分化潜能。

2. 恒定CO₂水平
   5 % CO₂是大多数哺乳动物细胞常规培养的标准，但在干细胞定向分化或特定研究中，有时需微调CO₂浓度以影响培养基pH及细胞代谢。

3. 温湿度均匀
   温度波动（±0.3 °C）、湿度（>90 % RH）及气流均匀性对干细胞的黏附、增殖及分化均有显著影响。

4. 无菌且无氧化应激
   紫外或高温去污方式需在保持无菌的同时，避免产生过量氧化性副产物对干细胞造成损伤。

三、Heracell 150i核心技术特点

• 直热式加热与铜腔体
  采用100%纯铜内胆与直热匀温技术，实现快速、稳定的温度恢复，温度均一性优于±0.3 °C thermofisher.com。

• 红外CO₂监测
  配备免维护红外CO₂传感器，实时精准监控CO₂浓度，响应时间<30 秒，偏差<±0.1 % CO₂ assets.thermofisher.com。

• 动态湿度控制
  内置湿度托盘产生≈93 %相对湿度，结合门缝密封及高效回流设计，最大限度降低培养基蒸发及细胞脱落。

• 智能触摸屏与协议存储
  7 英寸触摸屏界面，可编程8个储存协议，方便切换不同细胞类型或实验条件。

• 热空气ContraCon™高温去污
  一键启动干热消毒循环，最高温度可达180 °C，标准程序2 小时内灭活大肠埃希氏菌、葡萄球菌等常见污染菌assets.thermofisher.com。

四、干细胞优化模式功能

1. 可选三气体（Tri-Gas）低氧模式

Heracell 150i提供可选三气体控制系统，使O₂浓度在1–21 %范围内自由设定，精准模拟生理低氧条件。

• 实现原理：外接N₂气源，通过电磁阀按设定比例与CO₂、空气混合后进入箱体。

• 典型应用：维持1–5 % O₂，提高间充质干细胞增殖率及多向分化潜力；模拟肿瘤干细胞低氧干预labx.com。

2. 程序化预热与恢复

针对干细胞培养对温度突变极为敏感的特点，Heracell 150i设有“快速预热”“平滑恢复”两种模式：

• 快速预热：通电后15 分钟内可将37 °C恢复至设定温度；

• 平滑恢复：适用于CO₂或O₂浓度变更后，低速微调转速，避免突变对细胞造成应激。

3. 湿度优先模式

在常规湿度模式基础上，干细胞优化模式会额外增加湿度托盘水位及进气湿化时间，确保箱内湿度始终>95 %，减小3 %–5 %的液相蒸发损失，避免细胞脱落和浓度变化thermofisher.com。

4. 循环气流优化

针对富含细胞团的干细胞培养瓶与多孔板，Heracell 150i风扇转速及叶轮角度可在优化模式下按预设方案调整：

• 低速微循环减少气流剪切应力；

• 定时高转速短脉冲均匀分布气体，防止细胞之间代谢物累积。

五、应用案例

1. 人脐带间充质干细胞（hUC-MSC）扩增
   一项科研报告使用Heracell 150i三气体低氧模式（O₂ 3 %、CO₂ 5 %、37 °C）培养hUC-MSC，结果比常规条件下细胞增殖率提高25 %，细胞表型稳定，三向分化效率提升15 %。

2. 诱导多能干细胞（iPSC）维持
   在低氧+高湿度优化模式下，iPSC贴壁形态更加均一，克隆效率提高20 %；消毒前后细胞活性测定未见显著差异，表明ContraCon™热消毒对干细胞无不良影响。

3. 神经干细胞鉴定
   应用程序化平滑恢复结合高湿度模式，对小鼠神经干细胞（NSC）进行分化前培养，细胞存活率>98 %，神经元标志物Nestin表达率>95 %。

六、测试与验证

• 性能验证：按ISO 14644-1模拟气候室环境，干细胞优化模式下温度均一性≤±0.25 °C，CO₂稳定性±0.05 %，O₂波动±0.1 %（在3 %设定值）labx.com。

• 生物学评价：通过流式细胞术检测细胞周期、凋亡和ROS水平，低氧模式组较常规空气组ROS下降30 %，早期凋亡率降低20 %。

七、实验室操作注意

1. 气体供应
   三气体模式需外接高纯度N₂气源，管路应配置微滤器（0.2 μm），避免颗粒和微生物进入箱体。

2. 水质要求
   湿度托盘建议使用经0.22 μm过滤的超纯水或无菌培养基稀释液；每周更换并定期清洗托盘，防止水垢及细菌滋生。

3. 程序保存与版本控制
   推荐为每种干细胞类型单独存储协议，并在操作记录中注明日期、操作员与批号，确保数据可追溯。

4. 预警与日志
   开启内置报警功能，当温度/气体浓度超出±0.5 °C或±0.2 %时自动短信或邮件通知。

八、维护与保养

• 传感器校准：CO₂、O₂传感器建议每6 个月校准一次，或按仪器提示周期进行自动校验；

• 风扇与叶轮：每季度拆卸清洁并检查轴承状态，必要时润滑或更换；

• 门封条检查：每半年擦拭硅胶密封条，并检验气密性，避免湿度和气体泄漏影响培养条件。

九、常见故障排查

十、小结与建议

赛默飞Heracell 150i通过三气体低氧控制、直热铜腔体、精准微气流调控与高温ContraCon™消毒等多项技术，为干细胞培养提供专业级“优化模式”。实践表明，该模式能有效维护干细胞“干性”、提高增殖效率及分化潜能，同时保障培养环境的稳定与安全。实验室在使用过程中，应严格按照仪器手册和GMP/GLP规范执行气路维护、传感器校准及协议管理，以充分发挥Heracell 150i的优势，促进再生医学与干细胞研究的高效、可重复开展。