赛默飞二氧化碳培养箱150i 湿度控制是如何实现的？
一、系统概述与设计目标
Heracell 150i在37 °C、5% CO₂培养条件下，通过一体化湿度管理模块将箱内相对湿度维持于90%以上。设计目标包括：
高湿环境：抑制培养基蒸发，保持细胞生长所需水分；
快速恢复：开门操作后能迅速将湿度恢复至设定值；
运行安全：避免箱内凝水及过湿对细胞造成污染或积水风险；
易维护性：简化清洁与消毒流程，降低维护成本。
二、直接加热式水箱设计
Heracell 150i采用内置加热水箱（称为湿度模块），与传统敞开式水盘截然不同。其特点在于：
水箱材质：选用耐腐蚀不锈钢，经抛光处理，表面无死角，利于灭菌；
加热元件：环绕式电阻加热管均匀分布在水箱侧壁底部，可精确控制加热强度；
温度传感：内置PT100铂电阻温度探头，实时监测水温并反馈给主控板；
水位设计：水箱内部设有浮球式或电容式水位传感器，保障水量监测准确。
三、被动蒸发原理与湿度供应
加热水箱通电加热后，使水面温度略高于培养箱内温度，产生稳定蒸汽。其蒸发原理及特点如下：
温差蒸发：水箱温度通常维持在42 – 45 °C，比箱内37 °C略高，促使水汽源源不断蒸发；
饱和蒸汽：通过管路将热蒸汽分散至箱体顶部或侧壁，通过对流覆盖培养架，形成高湿环境；
无机械风扇：利用自然对流，无扰动气流，减少微生物迁移风险；
蒸发量自平衡：水温与箱内温度差自适应调节蒸发速率，维持相对湿度恒定。
四、湿度恢复与控制策略
在舱门开启过程中，箱内湿度会瞬时下降，系统采用以下策略实现快速恢复：
加速模式：当门打开或湿度低于设定下限时，控制器自动切换至“快速恢复”模式，短时提高加热功率并暂停CO₂注入，以提升水面温度差，加大蒸发量；
稳态模式：湿度达到阈值后，回归“维稳”模式，降低加热强度，保持温差在3 – 5 °C范围；
多参数联动：湿度反馈虽未直接测量，但通过温度与水位变化推算蒸发速率，由控制算法动态调整加热输出；
防凝露逻辑：若水汽过剩导致箱体内壁出现凝露，系统会减小加热功率或临时关闭加热，利用箱内温控回暖驱散冷点。
五、电控逻辑与软件算法
Heracell 150i的iCAN™触摸屏主控系统内置微处理器，通过嵌入式固件实现湿度控制算法：
反馈闭环：以水温与水位为输入，通过PID（比例-积分-微分）算法调整加热器功率；
状态监测：实时监测电流、电压及加热器温度，防止超温；
报警联动：当水位低于下限或加热单元故障时，屏幕提示并发出声光警报，同时关闭CO₂输出，确保安全；
数据记录：湿度控制运行状态与事件日志均可导出，用于质量管理及合规审计。
六、水位监测与供水管理
为保证持续供水并防止干烧，Heracell 150i配备精准水位传感系统：
传感方式：采用非接触式电容传感或微动开关浮球，根据批次配置不同；
分级报警：设有“低水位警告”与“极低水位停机”两个阈值，前者提示补水，后者自动关断加热防止干烧；
补水方式：支持在箱体侧壁插入补水管或抽拉式水箱快速替换，且无需停机；
纯水要求：推荐使用经过过滤或去离子处理的水，避免水垢及微生物滋生。
七、维护、校准与验证
为确保湿度控制稳定，需要定期维护与校准：
水箱清洁：每周或实验流程结束后，取出水箱，用中性洗涤剂清洗并用去离子水冲洗；
加热元件检查：每季度检查加热管是否结垢或失效，必要时更换；
传感器校准：建议每半年对PT100温度探头及水位传感器进行标定；
性能验证：通过放置独立温湿度计在不同搁架，测定开/关门后湿度恢复时间及稳态值，确保满足SOP要求；
固件升级：定期向Thermo Fisher申请最新固件，以获得优化的控制算法与故障修复。
八、外部监测与数据集成
尽管Heracell 150i无内置湿度探头，用户可通过以下方式补充：
在线温湿度记录仪：小巧型无线或USB接口记录仪，放置于箱内部监测并存储曲线；
第三方传感器接口：利用后置42 mm管线口引入微型温湿度探头，与LIMS或云平台对接，实现实时报警；
数据管理软件：可选购Thermo Fisher的云端监控服务，将湿度推算值与CO₂、温度数据统一管理，满足21 CFR Part 11合规。
九、应用场景与优化建议
针对不同实验需求，可酌情调整湿度控制：
长期稳定培养：采用“稳态模式”，减少开门操作，保持90 – 95%相对湿度；
短期频繁取样：预设“快速恢复”模式，缩短湿度恢复时间至3 – 5分钟；
低湿需求：通过减少加热功率或设置“低湿模式”，将箱内湿度控制在70 – 80%，适用于特殊微生物培养；
节能与噪音控制：在不影响培养的前提下，可降低加热功率，减少能耗和内部噪音。
十、总结
Heracell 150i通过直接加热式水箱、被动蒸发供湿、智能PID闭环控制和水位监测，构建了一套高效、可靠的湿度管理系统。其无需风扇搅拌、无需专用湿度探头，即可实现快速、稳定的高湿环境，兼顾节能、安全和易维护性。若需更精细的湿度数据，可配合外部在线监测方案或第三方传感接口，进一步增强实验可追溯性与数据完整性，为多种细胞与微生物培养提供理想的湿度保障。
