赛默飞二氧化碳培养箱150i 日夜循环程序设置？
一、引言
在细胞培养实验中，模拟自然界中的昼夜光周期变化（Day–Night Cycle）对敏感型细胞系（如昼夜节律研究的神经元、植物细胞、某些昼夜差异明显的癌细胞株等）具有重要意义。Thermo Fisher Scientific 150i 系列二氧化碳培养箱不仅支持温度、湿度和 CO₂ 浓度的严格控制，还可通过内置的程序功能，实现“日（光）—夜（暗）”循环或其他自定义的环境参数切换。本文将从功能概述、硬件要求、程序原理、参数设计、操作步骤、注意事项、故障排除以及案例分享等方面，全面系统地介绍 150i 培养箱日夜循环程序的设置方法。
二、功能概述与应用场景
昼夜节律研究
研究生物体内钟基因（如 CLOCK、BMAL1、PER、CRY 等）的瞬时表达变化
探索药物在不同生理时相（Chronopharmacology）中的差异性作用
模拟植物光合作用周期
果蔬保鲜、气体交换与代谢产物累积规律研究
植物组织培养中激素合成与分泌的时相依赖性分析
优化细胞增殖与分化
某些细胞株在昼夜节律下，增殖速度、分泌产物（如细胞因子、抗体等）存在波动
通过程序化切换温度或 CO₂ 浓度，可实现更高效的细胞生产流程
生物制剂与组织工程应用
模拟体内循环环境，提高组织支架细胞黏附及 ECM（细胞外基质）沉积的均一性
对生物打印后组织的成熟度进行节律化培养，提高成活率
三、硬件与软件准备
培养箱设备
型号：Thermo Fisher 150i CO₂ 培养箱
软件版本：确保固件为最新版本，以支持完整的程序功能（建议咨询售后或通过仪器自检菜单查看版本号）。
必备配件
选购光照控制模块（如果需要箱内 LED 光源）
数据记录模块（Smart Logger 或内置记录仪）
专用程序键盘或远程控制软件（Thermo Scientific Connect App/软件）
环境要求
室温：18–26 °C，避免剧烈波动
电源：220 V ± 10%，带接地保护
通风：良好，无剧烈风流直吹箱体侧面
软件权限与账户
确保操作人员具备管理员权限，可编辑和保存自定义程序
如果采用网络远程控制，需配置局域网或互联网访问权限，并在仪器上绑定相应账户
四、日夜循环程序原理
周期性参数切换
温度切换：例如昼间设定 37 °C，夜间降至 35 °C，有助于减少代谢活性，模仿生理温度波动
CO₂ 浓度切换：部分研究中昼间为 5% CO₂，夜间降至 3% CO₂，可研究低 CO₂ 对细胞代谢影响
光照开关：通过内置 LED 实现 12 h 光照 / 12 h 黑暗，或自定义光周期
程序循环与交互逻辑
单程序多段：150i 支持在单一程序内定义多个“段”（Segment），每段包含开始时间、持续时长及环境参数
首段对齐：程序开始触发后，按照定义的时序依次执行各段，并在最后一段结束后自动返回首段循环
触发模式：可按“固定时间点触发”（绝对时钟）或“延时触发”（相对启动后）两种模式切换
安全联动与报警
当程序切换段时，温度/CO₂/照明变化可能触发短暂波动，150i 可根据设定的“稳定确认时间”（Stabilization Delay）延迟报警
同时支持锁定功能：在程序运行期间禁止手动更改参数，避免触发非预期状态
五、参数设计与策略
确定实验需求
昼夜周期时长：常见 12 h/12 h、16 h/8 h，也可按研究需求设定不同比例
温度差值范围：建议温差不超过 2 °C，以免对温度控制系统增压与稳定性造成过大负荷
CO₂ 浓度差值：以 1–2% 为宜，过大波动可能影响培养液 pH 值平衡
段落划分示例
段号 模式 持续时长 温度设定 CO₂ 设定 光照状态 备注 1 Day 12 h 37 °C 5.0% ON 稳定延迟 15 min 2 Transition D→N 30 min 37→35 °C 5.0→3.0% 渐暗 30 min 平滑切换光强 3 Night 12 h 35 °C 3.0% OFF 稳定延迟 15 min 4 Transition N→D 30 min 35→37 °C 3.0→5.0% 渐亮 30 min 恢复高光照 稳定延迟与死区设置
Stabilization Delay（稳定延迟）：段与段切换时，延迟多长时间确认参数到位再开始计时
Deadband（死区）：控制系统允许的温度/CO₂ 波动范围，以减少频繁启停造成的系统磨损
建议稳定延迟设为 10–15 min，死区设定为温度 ±0.2 °C、CO₂ ±0.1%
安全保护参数
最高/最低温度报警阈值：例 38 °C（高限）、34 °C（低限）
CO₂ 最大报警：7%（高限）、2%（低限）
光源异常：光照强度监测模块触发报警
六、操作步骤详解
1. 进入程序编辑模式
开机自检完成后，在主界面按“Menu”键。
选择“Program”选项，按“Enter”。
选“Create New”或“Edit Existing”，按“Enter”。
2. 设定程序基础信息
程序名称：可设为“DayNight_12_12”或自定义易识别名称（不超过 16 字符）。
触发方式：选择“Absolute Time”（每日固定时刻触发）或“Relative”（开机后延时触发）。
Absolute：输入每日起始时间（如 06:00）。
Relative：输入启动后延迟时长（如 00:05 代表 5 min 后开始）。
3. 段落（Segment）编辑
对每个段进行如下设置：
Segment No.：段编号，从 1 开始递增；
Mode：选择“Day”、“Night”或“Custom”（可单独设定光照/温度/CO₂）；
Start Time / Duration：如果为 Absolute 模式，可设“Start Time”；Relative 模式下仅需“Duration”；
Temp Setpoint：输入目标温度数值；
CO₂ Setpoint：输入目标 CO₂ 百分比数值；
Light：若配置了光照模块，则可选择“ON”、“OFF”或“Ramp”（渐变）；
Stabilization Time：设置确认到点后延迟时间（建议 15 min）；
Deadband：设定温控与 CO₂ 控制的波动范围；
逐段编辑完毕后，选“Next”进入下段，直至录入所有段落。
4. 程序保存与激活
编辑完所有段落后，按“Save”键，确认无误；
回到“Program”主界面，选择刚才创建的程序，按“Activate”；
若启用 Absolute 模式，程序将在今日或次日起始时间自动运行；
若启用 Relative 模式，立即开始计时，程序正式进入第一段并循环执行。
5. 监控与记录
屏幕实时显示：面板会同步显示当前段编号、剩余时长、实时温度、实时 CO₂、光照状态；
数据记录：若连接数据记录模块，可同步采集每段环境参数并存储于 USB 或云端；
报警信息：触发报警时，面板闪烁并发出蜂鸣声，同时记录报警时间和原因，便于追溯。
七、注意事项与最佳实践
软硬件兼容性
确保使用的光照模块、数据记录器与 150i 系列兼容，并安装在仪器背部或侧腔指定位置。
定期检查光源寿命及波长符合实验需求（一般模拟植物光合作用需要 400–700 nm 波段）。
程序验证
首次运行程序前，建议在无细胞或空载状态下，进行至少 24 h 的程序预演，确认各段切换准确、报警配置合理。
记录光照强度变化曲线，温度和 CO₂ 上下限波动情况，必要时调整偏差。
环境平衡
配合湿度补偿模式（Humidity Compensation Mode），在低温段增加湿化器加湿时长；
使用防蒸发盖（Evaporation Prevention Cover）或在培养皿边缘加少量无菌水。
频繁切换温度与 CO₂，可能导致培养箱内部湿度及培养皿内液体蒸发或凝结。为此：
维护保养
光照模块外壳每月擦拭一次，防止灰尘遮挡；
温度传感器、CO₂ 传感器每 6 个月校准一次；
程序运行日志（USB 导出或云端下载）至少每月备份一次，防止意外丢失。
安全与合规
进行程序设置与调整时，必须记录“操作人、时间、程序版本及修改内容”，形成 SOP 文档；
若实验涉及病原体或转基因材料，确保日夜循环程序符合生物安全三级（BSL-3）或其他所在机构要求；
禁止在程序运行中手动插拔培养皿或调整参数，否则将引入瞬态环境冲击并中断程序循环。
八、常见故障与排查
| 故障现象 | 可能原因 | 处理建议 |
|---|---|---|
| 程序无法激活或“Activate”键无响应 | 用户权限不足或固件版本过低 | 联系管理员升级固件并分配编辑权限 |
| 各段切换后温度/CO₂ 长时间未到达设定值 | 稳定延迟（Stabilization Time）过短，死区（Deadband）设定过小 | 适当延长稳定延迟至 20 min，增大死区范围 |
| 光照模块未开/未关或切换不平滑 | 接口松动或驱动固件异常 | 检查光照模块接线并重启仪器；如仍异常，升级模块驱动固件 |
| 程序运行中面板报警“Temp High”或“CO₂ Low”等 | 实际环境波动超出死区；加湿器或气路堵塞 | 清洁湿化器过滤网，检查 CO₂ 气路，校准传感器 |
| 程序日志丢失或数据不连续 | USB 存储设备故障或网络连接中断 | 更换 USB 设备，或检查网络状态；定期备份程序与日志 |
| 程序循环异常，仅执行完第 1 段后停止 | 程序逻辑设置错误（如最后一段未选择“Loop to First”） | 重新编辑程序，确保最后一段“Loop Mode”已启用 |
九、典型案例分享
案例一：昼夜温差对神经干细胞分化的影响
实验需求：模拟人体体温波动，昼间 37 °C，夜间 36 °C；CO₂ 始终 5%
程序设置：
Segment 1（Day）：06:00–18:00，37 °C，5%，无光；稳定延迟 15 min
Segment 2（Night）：18:00–06:00，36 °C，5%，暗；稳定延迟 15 min
循环模式：Loop
结果：经过 14 天分化培养，温差组在分化标记 GFAP、Tuj1 表达量上分别较恒温组高 20% 和 15%；
启示：轻微生理温差有助于促进神经细胞向特定谱系分化。
案例二：植物光周期对次生代谢产物的影响
实验需求：12 h 光/12 h 暗循环，夜间 CO₂ 降至 2%，光强 200 μmol·m⁻²·s⁻¹
程序设置：
四段程序详见表格（三段切换含渐变），光照采用 Ramp 模式渐亮/渐暗
结果：经过 21 天培养，实验组黄酮类产物总量较对照组提高 30%；
启示：夜间 CO₂ 降低能增强光周期刺激下次生代谢途径活性。
十、总结与展望
通过以上内容，全面阐述了 Thermo Fisher 150i CO₂ 培养箱的日夜循环程序设置流程，从功能原理、参数设计、实际操作到故障排查与案例分享，均给出了具体可行的指南。利用该功能，研究者不仅可精准模拟体内生理节律，还能在植物组织培养、药物作用时相研究、新型生物制剂生产等领域获得多维度的数据支持。
随着实验需求的不断升级，150i 培养箱的程序化控制将朝着更高集成度、更智能化方向发展。例如：引入基于 AI 的实时反馈与自适应控制、与在线成像设备联动的“环境—表型”联测系统、云端数据分析与远程协作平台等。掌握并灵活运用现有的日夜循环功能，能为科研工作者在生命科学研究中提供更广阔的创新空间。
