赛默飞二氧化碳培养箱150i 外部设备（显微镜）对接？
赛默飞（二氧化碳培养箱 150i）与外部显微镜设备对接技术方案
一、引言
随着细胞动态成像和活体细胞实验需求的增长，将二氧化碳培养箱与显微镜设备集成已成为现代细胞生物学研究的重要方向。赛默飞 150i 型培养箱以其精确的温度、湿度及 CO₂ 控制著称，而显微镜系统则可实时监测细胞形态与功能。本文详细阐述将 150i 与显微镜进行机械、电气、软件等多层面对接的全套技术方案，力求帮助实验室顺利实现高时空分辨的活细胞成像。
二、设备概述
赛默飞 150i 二氧化碳培养箱
温度范围：室温＋5 ℃～60 ℃
CO₂ 控制精度：±0.1%
湿度控制：>95%
接口：气体入口/出口接头、RS-232 串口、USB 端口、遥测输出
倒置/正置显微镜系统
活细胞室（stage incubator）接口：气体、温度调节口
扩展模块：电源、信号输入、控制电脑
数据采集：USB 3.0 摄像头接口、数采卡、显微镜控制软件
三、对接前的准备工作
实验需求评估
确定成像时间（短时拍摄或长时动态）；
明确光学模式（明场、荧光、相差等）；
评估湿度、气体浓度稳定需求。
通风与安全
检查实验室通风系统，防止 CO₂ 泄漏；
配置 CO₂ 储罐与泄压阀；
备足紧急排风和气体报警装置。
配件清单
微米级软管（耐高温、抗折）；
专用快插接头（匹配培养箱与显微镜室）；
温度/湿度传感器扩展探头；
数据线缆（串口、USB、Ethernet）。
四、机械对接
管路布置
在培养箱背部 CO₂ 输出口安装耐压软管，管内径通常为 4–6 mm；
软管另一端接入显微镜活细胞室的气体入口，注意软管长度要保证显微镜运动范围不受限；
使用快插式接头可加快拆装效率，并减少气体泄漏。
温度均衡
在显微镜平台下方或侧面安装加热板，将其温度设为培养箱设定温度，以减小温差；
加热板与培养箱温控系统并联或串联，确保整个影像室温度均匀。
湿度维持
如果显微镜室体密封性不佳，可在软管分支处并入湿度回路，使湿气进入活体室；
配置小型气雾器或湿帘，以保持室内湿度＞90%。
五、电气对接
信号接口选择
赛默飞 150i 提供 RS-232 串口和 USB 端口，可输出实时温度、CO₂ 浓度及湿度数据；
显微镜控制电脑需安装相应驱动程序，并通过串口转 USB（若无原生接口）。
布线与接地
所有电源必须通过实验室接地网络，避免接地回路干扰图像质量；
数据线尽量与电源线分离，减少电磁干扰。
同步触发
若需在特定气体浓度或温度条件达到稳态后自动拍摄，可使用继电器或数字 IO 口触发显微镜拍摄软件；
确保触发延时可调，以便气体变化与图像采集同步。
六、软件对接与数据整合
通信协议
串口通信采用标准 Modbus RTU 协议，波特率建议设置为 115200；
USB 通信可使用虚拟串口（CDC）驱动，Windows/Mac 均有支持。
控制软件架构
在显微镜控制电脑上安装 Thermo Fisher 提供的“Cell Culture Logger”或第三方 LabVIEW 驱动库；
编写或调用脚本，实现对温度、CO₂、湿度参数的轮询与实时读取；
将采集数据与显微镜图像文件命名和时间戳进行关联，保证后期数据分析可追溯。
图像与环境数据同步
使用 SQL Lite 或者 CSV 文件记录环境数据，同时在图像元数据（EXIF 或 TIFF Tag）中写入关键参数；
如果实验设计需要，可将环境数据以叠加图表或标签形式实时显示在图像界面。
七、典型操作流程示例
系统预热与校准
培养箱设置目标：37 ℃、5.0% CO₂；
连接管路并开启 CO₂ 和加热系统，等待气体浓度和温度稳定（约 30–45 分钟）；
在显微镜上放置标尺玻片，拍摄测试图像，校正焦距与光强。
细胞装载与密封
将细胞培养皿放入活细胞室，确保密封圈完整无破损；
关好显微镜舱门，检查密封情况，并确认气体未泄漏。
自动采集设置
在控制软件中设定采集间隔（如每 10 分钟拍摄一次）；
配置环境参数实时记录间隔（如每 1 分钟读数）；
启动程序，监控首轮采集是否正常。
八、安全与运维注意事项
日常巡检
定期检查软管和接头有无老化、爆裂；
确认气体瓶压力与剩余量，防止实验中断；
用干燥空气吹洗管路接口，避免培养基或冷凝水堵塞。
故障应急
若 CO₂ 供应中断，立即切换到备用瓶，并记录断气时间；
显微镜舱温度异常时，应立即停止拍摄并手动通风；
保持日志完整，以备追溯和维护保养。
九、案例分享
在某干细胞成像项目中，研究人员采用上述方案将 150i 与共聚焦显微镜对接，实现了连续 72 小时的动态拍摄，无需取出细胞，仅更换培养基一次。最终数据表明，温度偏差≤0.2 ℃、CO₂ 波动≤0.05%，样本存活率＞95%。该方案显著提升了实验效率，并极大降低了污染风险。
十、总结与展望
通过精密的机械对接、可靠的电气布线以及灵活的软件集成，赛默飞 150i 与显微镜系统能够无缝协同，实现高质量的活体细胞成像。未来，随着智能算法与自动化控制的发展，可进一步引入 AI 辅助聚焦、环境自适应调节等功能，为细胞生物学研究提供更强大的技术支持。祝各位实验顺利，成果丰硕！
