細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，很多哺乳動(dòng)物細(xì)胞、雜交瘤細(xì)胞需要在穩(wěn)定的二氧化碳環(huán)境下進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。常規(guī)搖床腔體不具備耐二氧化碳腐蝕能力，長(zhǎng)時(shí)間在高濃度CO?、高濕度環(huán)境運(yùn)行，容易出現(xiàn)金屬部件銹蝕、密封老化、溫濕度控制漂移等問(wèn)題。耐二氧化碳搖床是針對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)場(chǎng)景開(kāi)發(fā)的專用振蕩培養(yǎng)設(shè)備，融合了恒溫控制、氣體環(huán)境維持、往復(fù)或回旋振蕩結(jié)構(gòu)與防腐腔體設(shè)計(jì)，能夠在高CO?氛圍下穩(wěn)定完成菌種與細(xì)胞的懸浮擴(kuò)增，廣泛應(yīng)用于單抗制備、細(xì)胞株馴化、生物制劑研發(fā)等領(lǐng)域。本文從結(jié)構(gòu)組成、工作原理、核心設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及使用特性展開(kāi)闡述。
 

　　一、核心結(jié)構(gòu)組成
 

　　耐二氧化碳搖床主要分為三大模塊：恒溫腔體模塊、氣體調(diào)控模塊、振蕩驅(qū)動(dòng)模塊，配套傳感監(jiān)測(cè)與電氣控制系統(tǒng)。腔體是設(shè)備的核心承載部分，區(qū)別于普通搖床，腔體內(nèi)部材料選用不銹鋼并做鈍化防腐處理，部分型號(hào)內(nèi)壁搭配特殊防腐涂層，密封圈選用耐老化、耐碳酸腐蝕的硅橡膠材質(zhì)。當(dāng)二氧化碳溶于腔內(nèi)水汽形成弱碳酸時(shí)，腔體與密封件可以抵抗長(zhǎng)期腐蝕，避免銹蝕碎屑污染培養(yǎng)體系，同時(shí)保障氣體密封性，減少CO?泄漏。氣體調(diào)控模塊包含二氧化碳鋼瓶接口、減壓閥、電磁閥、CO?濃度傳感器以及氣體混合管路。傳感器實(shí)時(shí)采集腔體內(nèi)二氧化碳濃度信號(hào)，反饋至主控單元，通過(guò)電磁閥自動(dòng)補(bǔ)給二氧化碳?xì)怏w，維持設(shè)定濃度。振蕩驅(qū)動(dòng)模塊由電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、搖板托盤組成，分為回旋式振蕩與往復(fù)式振蕩兩類。搖板托盤可固定錐形瓶、細(xì)胞培養(yǎng)瓶等容器，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)托盤做持續(xù)穩(wěn)定的水平振蕩，讓培養(yǎng)液充分混合，提升溶氣效果，避免細(xì)胞沉降貼壁。溫控系統(tǒng)包含加熱組件、溫度傳感器與風(fēng)道結(jié)構(gòu)，配合腔內(nèi)高濕環(huán)境，維持細(xì)胞培養(yǎng)所需的恒定溫度。
 

　　二、耐二氧化碳搖床基本工作原理
 

　　(一)二氧化碳濃度維持原理
 

　　二氧化碳?xì)怏w通入密閉腔體之后，會(huì)與腔體內(nèi)的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成弱碳酸，這也是普通搖床容易被腐蝕的根本原因。耐二氧化碳搖床依靠密閉防腐腔體，構(gòu)建穩(wěn)定的氣體培養(yǎng)空間。CO?傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)腔內(nèi)氣體濃度，當(dāng)檢測(cè)濃度低于設(shè)定值，主控板開(kāi)啟電磁閥，向腔體補(bǔ)充二氧化碳；濃度達(dá)到閾值后，電磁閥關(guān)閉，停止供氣。該過(guò)程屬于閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，配合腔體良好的密封性能，減少氣體外泄，從而將二氧化碳濃度穩(wěn)定維持在用戶設(shè)定區(qū)間，一般細(xì)胞培養(yǎng)常用濃度范圍為0%～20%。二氧化碳除維持培養(yǎng)環(huán)境外，核心作用是緩沖培養(yǎng)液pH值，細(xì)胞代謝產(chǎn)生酸性物質(zhì)時(shí)，CO?與培養(yǎng)液中的碳酸氫鹽構(gòu)成緩沖體系，抑制pH快速波動(dòng)，保障細(xì)胞正常增殖。
 

　　(二)恒溫與振蕩培養(yǎng)原理
 

　　溫控單元同樣采用閉環(huán)控制，溫度傳感器采集腔體內(nèi)環(huán)境溫度，和設(shè)定溫度對(duì)比，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率，配合內(nèi)部風(fēng)道實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)溫度均勻分布，降低不同培養(yǎng)瓶之間的溫度偏差。振蕩系統(tǒng)工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)搖板水平運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)的培養(yǎng)液隨搖板運(yùn)動(dòng)持續(xù)晃動(dòng)，一方面讓細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)液中，防止細(xì)胞沉積聚集；另一方面促進(jìn)培養(yǎng)液與瓶?jī)?nèi)氣體交換，提升營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳遞效率，讓細(xì)胞均勻獲取養(yǎng)分與溶解氣體。振蕩轉(zhuǎn)速可根據(jù)培養(yǎng)對(duì)象靈活調(diào)節(jié)，適配不同細(xì)胞株的培養(yǎng)需求。
 

　　(三)防腐耐CO?設(shè)計(jì)原理
 

　　普通搖床的腔體、緊固件沒(méi)有做抗碳酸腐蝕處理，長(zhǎng)期處于高濕CO?環(huán)境，金屬表面會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，出現(xiàn)生銹、掉屑，同時(shí)密封件會(huì)加速老化漏氣。耐二氧化碳搖床從材料選型入手，腔體內(nèi)部采用耐蝕不銹鋼，表面經(jīng)過(guò)鈍化處理，降低材料化學(xué)反應(yīng)活性；密封件選用耐弱酸、耐水汽的高分子材料，在弱碳酸環(huán)境下不易溶脹、開(kāi)裂。同時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上減少腔體內(nèi)部死角，降低水汽凝結(jié)積聚，進(jìn)一步減緩腐蝕速率。整套防腐設(shè)計(jì)保障設(shè)備可以長(zhǎng)期在高二氧化碳、高濕度環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)榍惑w腐蝕影響培養(yǎng)體系潔凈度，也不會(huì)出現(xiàn)氣體泄漏導(dǎo)致濃度失控。


 

　　三、關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)
 

　　第一，環(huán)境參數(shù)協(xié)同穩(wěn)定。溫度、CO?濃度、振蕩轉(zhuǎn)速三套獨(dú)立閉環(huán)控制系統(tǒng)協(xié)同工作，參數(shù)之間互不干擾，滿足懸浮細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間傳代培養(yǎng)需求。第二，低污染風(fēng)險(xiǎn)。防腐腔體不易產(chǎn)生銹蝕雜質(zhì)，腔體可高溫擦拭消毒，減少交叉污染的可能性，適配生物實(shí)驗(yàn)室無(wú)菌操作要求。第三，參數(shù)可調(diào)范圍廣。二氧化碳濃度、溫度、振蕩轉(zhuǎn)速均可根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案調(diào)整，既可以開(kāi)展高CO?條件下哺乳動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)，也可切換為普通恒溫振蕩模式，開(kāi)展微生物發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，設(shè)備復(fù)用性較強(qiáng)。
 

　　四、應(yīng)用與使用注意事項(xiàng)
 

　　耐二氧化碳搖床多用于生物制藥、高校生物實(shí)驗(yàn)室、CRO研發(fā)機(jī)構(gòu)，開(kāi)展重組蛋白表達(dá)、細(xì)胞工藝開(kāi)發(fā)、菌種篩選等實(shí)驗(yàn)。在日常使用過(guò)程中，需要定期校驗(yàn)二氧化碳傳感器，保證濃度檢測(cè)準(zhǔn)確；定期檢查密封圈狀態(tài)，及時(shí)更換老化配件；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)清潔腔體，清除殘留培養(yǎng)液，減少污染物堆積，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。同時(shí)供氣系統(tǒng)需要做好管路檢漏，防止二氧化碳泄漏帶來(lái)安全隱患。
 

　　耐二氧化碳搖床并非簡(jiǎn)單將普通搖床增加CO?通氣功能，而是通過(guò)防腐腔體結(jié)構(gòu)、多參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)相結(jié)合，解決高濕二氧化碳環(huán)境下設(shè)備腐蝕、環(huán)境參數(shù)難以穩(wěn)定控制的難題。它依靠氣體緩沖體系維持培養(yǎng)液pH，依靠振蕩實(shí)現(xiàn)細(xì)胞懸浮培養(yǎng)，依靠耐蝕材料抵御弱碳酸腐蝕。作為細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的核心設(shè)備，隨著生物產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，耐二氧化碳搖床在細(xì)胞工藝開(kāi)發(fā)領(lǐng)域會(huì)持續(xù)發(fā)揮作用，為生物制劑、細(xì)胞相關(guān)研究提供穩(wěn)定可控的培養(yǎng)環(huán)境。