一、引言：实验室多批次并行操作的趋势

在现代生物医药、基础研究和高等院校实验室中，细胞培养是一项需要长周期、严格条件控制和高重复性的核心操作。随着实验规模的扩大，科研人员越来越需要在同一时间内同时管理多个培养批次、执行不同条件设定的实验程序，甚至同台培养箱要分组对样品进行差异化处理。

在许多高端培养设备中（如 Thermo i160、Heracell VIOS），厂家已引入“多程序、多用户、多任务”设计理念，通过嵌入式操作系统支持在单台培养箱中对多个批次进行独立设定和并行执行。但对于经典的 Thermo Scientific CO₂ 培养箱 311 而言，由于其定位是操作简易、成本适中的单任务型培养设备，本机不具备原生的多程序独立执行与同步启动功能。

尽管如此，311 仍然可以通过一系列操作规划、时间管理及外部辅助工具，在现实中实现对多个批次条件的“准同步”管理和一致性启动，从而满足部分多任务实验的需求。

二、311 培养箱本机程序管理能力概述

1. 单一程序逻辑

311 的控制系统采用嵌入式微处理器，核心功能包括：

• 温度设定与保持；

• CO₂ 浓度设定与自动补给；

• 门开关、报警与简单保护；

• 部分版本具备定时灭菌或自动消毒程序。

没有内置多程序序列的概念，即一次只能执行一个环境参数集，且不能在同台培养箱内并行调度多组独立参数。

2. 程序切换方式

如果需要改变参数（如从 37℃ 改为 39℃），需人工手动在控制面板输入新的设定值，培养箱会根据 PID 控制逻辑自动调节至新目标值。

3. 时序程序的限制

311 没有内置日程表功能，也无法设置“先运行 X 天温度 A，再自动切换到温度 B”。这种功能通常见于更高级别的可编程培养箱。

三、实验室多组程序同步启动的典型需求

尽管 311 先天不支持真正的多程序并行，但在以下应用场景中，研究者仍需在同台或多台培养箱上执行多组实验程序并尽量做到同步：

1. 对照组与实验组对比

• 在同一台培养箱内同时孵育多个条件下的细胞，比较温度或 CO₂ 浓度对增殖的影响。

2. 多样本批处理

• 大规模制备细胞系，需要按相同时间点种植、同时开始培养，确保生长阶段一致。

3. 阶段性条件变换

• 先常规培养若干天，再统一升温或改变 CO₂ 浓度，模拟应激反应。

四、311 培养箱多组程序同步执行的可行性与限制

1. 本机条件约束

• 统一参数环境：同一时间只能有一套温度、湿度、CO₂ 设置。

• 无法内部自动分组：无法给不同搁板设定不同温度或 CO₂ 浓度。

• 操作序列需人工切换：若需要阶段性条件变化，需要操作者手动在预定时间修改设定值。

2. 可行性结论

• 如果多组样品对培养条件一致，311 完全可以“同步”培养，且可批量启动。

• 如果需不同条件，只能采用物理分箱法（多台 311 各设定一套参数），或利用阶段性调整法（先设定 A 条件，待所有批次完成，再人工切换到 B 条件）。

五、操作方案：如何在 311 上实现多组程序同步管理

针对 311 的特性，以下是一套结合 SOP 与时间管理的实际方案，可支持多批次实验的近似同步启动与阶段式管理。

（一）前期实验设计

1. 分组策略

• 将样本根据需要的培养条件分组，条件相同的尽量在同台 311 内执行。

2. 编排时间表

• 编制详细的培养计划，包括起始时间、参数切换时间、样品转运时间。

3. 准备备选设备

• 若条件差异较大，预留多台 311 或借用邻近培养箱。

（二）样本预处理

1. 统一种植

• 例如同一批细胞分多皿种植，并于同一时间放入培养箱。

2. 标记清晰

• 使用颜色标签或位置编号，区分实验组与对照组。

（三）同步启动

1. 统一设定初始参数

• 在控制面板输入所需温度与 CO₂ 浓度，确认传感器稳定。

2. 同时放入所有样品

• 确保不同组别的样品几乎同时暴露在相同起始条件下。

3. 记录启动时间

• 在实验记录表中填写所有批次的准确放入时间。

（四）阶段性参数切换

1. 预设提醒

• 使用闹钟、实验管理软件或 LIMS 提醒操作者在预定时间手动修改参数。

2. 精准切换

• 按 SOP 调整温度或 CO₂，切换时尽量快速，减少开门时间。

3. 记录切换时刻

• 每次切换必须在批次记录表中登记时间点及操作者。

（五）突发情况管理

• 若参数切换被延误，需记录偏差，并评估对不同组别数据一致性的影响。

• 若设备故障导致无法按计划同步切换，应立即通知 PI 或 QC，决定是否舍弃该批数据。

六、多台 311 协同运行：提升灵活性的方法

若实验室有多台 311，可通过分箱法达到“物理分组”的效果，相当于模拟多程序独立执行：

七、自动化辅助工具的可选扩展

为降低手动操作多台培养箱带来的出错风险，可考虑以下辅助工具：

1. 集中控制插座

• 使用可远程开关的 PDU，定时供电控制可用于模拟阶段性断电或重启。

2. 外部定时提醒系统

• 借助实验室调度 App（如 Labguru、Quartzy）设置多时间点推送。

3. 温度与 CO₂ 监测记录仪

• 独立数据采集器可实时记录多个箱体数据，异常时自动报警。

八、典型实验案例解析

案例：多组温度递增实验

一研究团队使用一台 Thermo 311 同时培养三组细胞，实验设计如下：

• 第 1 阶段：所有组在 37℃ 培养 48 小时；

• 第 2 阶段：手动升温至 39℃，继续培养 24 小时，模拟热应激；

• 第 3 阶段：恢复 37℃，继续观察 48 小时。

团队使用物理标签区分三组，操作员在预设时间手动调节温度。
每次切换都在批次记录表中留痕，实验室主管每日审核参数稳定性。
虽然没有自动分程序，但通过周密计划，成功实现了“多组实验同步进行”的目的。

九、质量合规与数据一致性保证

在多组程序同步操作中，为确保数据合规，实验室需做到：

 每次程序切换由 2 人核对，避免手动输入错误。

 所有操作需在批次记录中详细登记（时间、操作者、修改内容）。

 对照组与实验组的容器位置固定，避免误放。

 定期维护培养箱，校验温控与 CO₂ 传感器，防止参数漂移。

十、结语

Thermo 赛默飞 CO₂ 培养箱 311 作为经典单程序设备，虽然不具备多程序同时运行的智能化功能，但通过科学的分组、精准的时间调度和规范的操作流程，完全可以满足绝大多数“多组批次同步启动”场景。

对于需要更灵活、多任务编程或远程自动调度的实验室，可将 311 与新一代可编程培养箱组合使用，逐步升级实验室智能化水平，实现真正的多任务自动化培养。

附录：同步多组操作SOP要点