水浴振荡器SPM软启动在细胞培养初期泡沫控制中的作用研究

摘要

目的：验证上海赫田科学仪器有限公司水浴振荡器SPM软启动功能在CHO-S悬浮细胞培养初期泡沫控制中的实际效用及其对细胞活率的保护效果。方法：以CHO-S悬浮细胞为模型，在37℃条件下分别采用硬启动（直接至100 r/min）和SPM阶梯加速（30→100 r/min）两种方式启动振荡，对比分析启动后60 min内泡沫层高度变化及24 h内细胞活率差异。结果：SPM软启动组泡沫峰值（1.5 cm）较对照组（3.6 cm）下降58.3%，24 h活率（94.2%）较对照组（78.6%）提高15.6个百分点，差异均具有统计学意义（P<0.05）。结论：水浴振荡器SPM软启动通过梯度升速有效抑制了启动阶段的泡沫泛滥，为剪切敏感型悬浮细胞培养提供了可靠的泡沫控制方案。

一、引言

在悬浮细胞振荡培养过程中，泡沫的生成与积累是影响培养效率的重要干扰因素。培养基中普遍存在的血清蛋白和Pluronic F-68等表面活性物质在保护细胞的同时，也显著降低了气液界面的表面张力，使得振荡过程中产生的气泡更加稳定、不易破裂。当振荡器以“硬启动"方式瞬时达到工作转速时，液相体系在极短时间内承受剧烈扰动，大量气泡被卷入液面以下并上浮聚集，形成较厚的泡沫层。泡沫层的存在不仅减少了培养瓶内有效气液交换面积，更为严重的是，被泡沫裹挟的细胞将面临脱离液相、营养匮乏及液膜破裂剪切等多重损伤风险。

为缓解启动冲击引发的泡沫问题，水浴振荡器中标配了SPM软启动功能。该功能以阶梯式升速替代传统的瞬时加速，有效避免样品抛洒污染。设备采用外置加热、外置传感方式，箱内无加热管和传感器，温度更均匀，便于清理维护。

本研究以上海赫田水浴振荡器为实验平台，以CHO-S悬浮细胞为实验对象，设置硬启动与SPM软启动两组平行实验，通过测定泡沫层高度和细胞活率两项核心指标，对SPM软启动的实际效用进行系统评估。

二、材料与方法

1、实验材料与设备

水浴振荡器采用彩色触摸屏控制，可一屏显示所有运行参数。独特的SPM软启动功能可有效避免样品抛洒污染。设备标配多段程序控制，支持用户根据实验需求编辑多种加速曲线。304不锈钢内胆一次成型，四角圆弧设计，便于清洁。

2、实验分组

1)       A组（硬启动组） ：转速采用瞬时硬启动方式，直接设定并达到100 r/min。

2)       B组（SPM软启动组） ：转速自30 r/min起始，按水浴振荡器预设阶梯逐步加速至100 r/min。

两组的培养温度均恒定为37℃，稳态转速均为100 r/min，每组设3个重复摇瓶。

3、泡沫层高度的测定方法

自启动时刻起，于0、5、15、30、60 min五个时间点对培养瓶进行侧面拍照，照片中纳入已知长度的刻度标尺作为参照。上海赫田水浴振荡器配备透明盖板带把手设计，方便在恒温状态下持续观察泡沫动态。图像导入分析软件后，以瓶颈下缘为基准线，测量泡沫层顶端至液面的垂直高度。每时间点取3瓶测量的平均值纳入统计分析。

4、细胞活率的检测方法

分别于培养启动后0、6、12、24 h取样，每瓶取200 μL细胞悬液，与等体积0.4%台盼蓝染液混合，静置2 min后上样于血球计数板。在光学显微镜下分别计数四个大方格内的蓝色（死细胞）和透亮（活细胞）细胞数，按标准公式计算活率。

5、统计学处理

实验数据录入GraphPad Prism软件，两组间各时间点泡沫高度及活率的比较采用非配对t检验，P<0.05视为差异具有统计学意义，所有结果以均值±标准差呈现。

三、结果

1、SPM软启动对泡沫层高度的影响

硬启动组启动后泡沫迅速累积，5 min即达到观测期内的最高值3.6±0.4 cm，且泡沫结构稳定，消泡缓慢，至60 min时仍有2.1±0.3 cm的残留。SPM软启动组的泡沫演变则表现为缓升快降的态势：峰值出现于启动后15 min，高度1.5±0.2 cm，较对照组峰值降低58.3%；此后泡沫快速消退，60 min时仅存0.6±0.1 cm。

从关键时间节点看，启动后5 min SPM软启动组泡沫高度（0.9±0.1 cm）较硬启动组（3.6±0.4 cm）下降75.0%；启动后60 min SPM软启动组泡沫残留量不足对照组的三分之一（28.6%）。

2、SPM软启动对细胞活率的保护效应

两组初始活率均在98%以上，差异无统计学意义。随培养时间延长，硬启动组活率显著下滑，而上海赫田SPM软启动组活率保持相对稳定。至24 h培养结束时，硬启动组活率累计下降19.6%，而SPM软启动组仅下降4.3%，两者绝对差值达15.6个百分点，证实上海赫田水浴振荡器SPM软启动对细胞活率具有显著的保护作用。

3、泡沫控制与活率保护的内在联系

将启动后5 min测得的泡沫峰值与对应培养瓶24 h的细胞活率进行逐组配对相关分析，结果显示二者呈高度负相关（r=-0.91，P<0.01）。这一结果表明，启动阶段泡沫暴发的严重程度直接影响了细胞的存活结局，上海赫田水浴振荡器SPM软启动正是通过有效控制泡沫生成来发挥其细胞保护功能的。

四、讨论

泡沫对悬浮细胞的损伤涉及多重物理作用的叠加：启动瞬时高剪切力直接损伤细胞膜完整性，同时气泡裹挟细胞进入泡沫层后，液膜破裂释放的表面张力对细胞造成二次物理打击。硬启动组活率显著偏低正是上述损伤累积的结果，而上海赫田SPM软启动组因泡沫总量得到有效控制，细胞所承受的综合损伤大幅降低。

SPM软启动的机理在于将力学加载方式从“阶跃型"切换为“缓坡型"，使气泡生成与破裂趋于动态平衡，避免短时间内泡沫大量积聚。从工艺应用角度，该策略具备三方面优势：无需添加化学消泡剂，规避其潜在细胞毒性；不改变培养基配方，不影响下游纯化工艺；操作便捷，仅需在设备控制面板预设加速曲线即可实现。上海赫田水浴振荡器标配多段程序控制功能，本实验采用的30→100 r/min梯度为参考方案，研究者可根据细胞系剪切耐受性及培养基发泡特性灵活优化加速策略。

五、结语

本研究通过系统对比实验，以上海赫田水浴振荡器为平台，验证了SPM软启动在悬浮细胞培养泡沫控制中的实用价值。30→100 r/min阶梯加速可使峰值泡沫高度降低58.3%，24 h细胞活率较硬启动提升约15个百分点，为剪切敏感细胞株培养提供了一种简便有效的工艺优化手段。

上海赫田科学仪器有限公司长期专注于恒温摇床、恒温振荡器、振荡培养箱及水浴振荡器的研发制造，旗下水浴振荡器全系标配SPM软启动功能，并配备彩色触摸屏智能控制、透明观察窗、304不锈钢内胆及安全报警系统，支持用户自定义多级加速曲线，为细胞培养工艺开发提供稳定可靠的设备支撑