NDIR红外传感器和TC热传导传感器在二氧化碳培养箱中CO2浓度控制的区别

醉梦人

细胞培养（cell culture）技术是指选用各种细胞的最佳生存条件对活细胞进行培养和研究的技术，是广泛应用于生命科学领域的重要技术。
一般细胞培养液的pH在7.0-7.4之间。由于碳酸盐pH缓冲系统是一种生理pH缓冲系统（它是人体血液中重要的pH缓冲系统），所以大多数培养液用它来保持稳定的pH。用粉末配制培养液时，常常需要加入一定量的碳酸氢钠。对大多数以碳酸盐作为pH缓冲系统的培养液而言，以为了维持稳定的pH，培养箱中的二氧化碳需要维持在2-10%之间，以保持培养液中溶解的二氧化碳的浓度。同时细胞培养的器皿需要一定程度的透气，以便于气体的交换。
使用其他pH缓冲体系是否就不需要二氧化碳培养箱了？研究发现，由于空气中二氧化碳浓度较低，如果不在二氧化碳培养箱中培养细胞，培养基中的HCO3-就会耗尽，从而干扰细胞的正常生长。因此，大多数动物细胞仍然在二氧化碳培养箱中培养。


二氧化碳培养箱通过控制周围环境条件，为细胞/组织创造更适宜的生长环境。条件控制的结果是一个稳定的环境：例如恒定的酸碱度（pH：7.2-7.4）、稳定的温度（37°C）、较高的相对湿度（95%）以及稳定的二氧化碳浓度（5%）。 此外，增加了CO2浓度控制，并采用单片机对培养箱进行精确控温，提高了生物细胞、组织等培养的成功率和效率。
二氧化碳培养箱中CO2浓度控制：
CO2浓度探测可通过两种控制系统——红外传感器（NDIR）或热传导传感器（TC）进行测量。当二氧化碳培养箱的门被打开时，CO2从箱体内漏出，此时传感器就会探测到CO2浓度的降低，并做出及时的反应，重新注入CO2使其恢复到原先预设的水平。热传导传感器（TC）监控CO2浓度的工作原理是通过测量两个电热调节器（一个调节器暴露于箱体环境内，另一个则是封闭的）之间的电阻变化来实现的。箱内CO2浓度的变化会改变两个电热调节器间的电阻，从而促使传感器产生反应以达到调节CO2水平的作用。TC控制系统的一个缺点就是箱内温度和相对湿度的改变会影响传感器的精确度。当箱门被频繁打开时，不仅CO2浓度，温度和相对湿度也会发生很大的波动，因而影响了TC传感器的精度。当需要精确的培养条件和频繁开启培养箱门时，此控制系统就显得不太适用了。红外传感器（NDIR）作为另一个可选择的控制系统比TC系统具备更精确的CO2控制能力，它是通过一个光学传感器来检测CO2水平的。NDIR控制系统包括一个红外发射器和一个传感器，当箱体内的CO2吸收了发射器发射的部分红外线之后，传感器就可以检测出红外线的减少量，而被吸收红外线的量正好对应于箱体内CO2的水平，从而可以得出箱体内CO2的浓度。因为NDIR系统不会因温度和相对湿度的改变而受到影响，所以它比TC系统更精确，特别适用于需要频繁开启培养箱门的细胞培养。然而，此系统比TC系统更贵，这时就要结合经费预算进行考虑了。
1.TC控制系统中热导传感器推荐：
荷兰Xensor热导式气体传感器XEN-3880是通过测量大气中的电阻来工作的。传感器通常包括两个细胞，其中一个细胞充满生长室的空气。另一个是一个密封的电池，在受控温度下包含参考大气。每个单元都包含一个热敏电阻（热敏电阻），其电阻随温度、湿度和气体成分而变化。
当两个电池的温度和湿度相同时，电阻的差异将测量气体成分的差异，在这种情况下，反映了室内的二氧化碳水平。如果检测到差异，系统将提示向腔室中添加更多的二氧化碳。


热导式气体传感器的一种表示方法
2.NDIR控制系统中红外二氧化碳传感器推荐：
韩国Sensecube 高温红外二氧化碳传感器 KCD-HS800 ：


该二氧化碳气体传感器专为高温可灭菌细胞培养箱中的二氧化碳浓度控制而设计。
其检测原理采用双波长NDIR传感器技术，是韩国率先研发并实现商业化的产品。
与典型的单波长传感器不同，这种双波长传感器能有效减少因时间变化及外部温度影响而导致的测量误差，从而确保长期数据稳定性。
通过精密的校准和检测流程，该传感器具备了出色的准确性和稳定性。
适用于测试设备、二氧化碳培养箱、细胞培养箱以及环境监测与控制系统。
韩国Sensecube CO2传感器探头（1%、10%、20%） KCD-HP 描述：
与NDIR单类型传感器不同，我们的二氧化碳气体传感器仅有微小的偏差，因此具备出色的长期稳定性。
通过复杂的工艺和技术进行测试和校准，确保了其高稳定性和精确度。
该传感器易于应用于各种场景，如检测设施、细胞培养箱、二氧化碳培养室、环境控制系统及环境监测系统等。
NDIR类型传感器利用光学特性来检测二氧化碳气体。我们设计了专门的控制器，以防止设备受到冲击和振动的影响。