
在实验室摇床的选择过程中,振幅是最关键的技术参数之一。面对常见的26mm和50mm振幅选项时该如何选择,本文将做详细的解释。
一、什么是振幅?有哪些振幅可选?
振幅是指:摇床托盘在做圆周运动时形成的圆形轨迹的直径。
上海赫田提供最常见的2种振幅选择:
26mm振幅:是最常用的通用振幅,设计主要是基于通用性考虑,这种振幅适用于25ml至2000ml的锥形瓶,实现氧气传递的同时维持比较小的剪切力。特别的,对于剪切力敏感的细胞系(如某些昆虫细胞和哺乳动物细胞),应当优先考虑26mm振幅。
50mm振幅:针对特殊情况设计,通过增大振荡直径来增强混合强度。这种设计主要解决大体积培养中氧气传递效率低下的问题,适用于3000ml至5000ml的容器。
二、26mm与50mm振幅的应用场景
26mm振幅针对常规微生物培养,特别适合以下场景:
细菌和酵母的常规培养:对于大肠杆菌、毕赤酵母等常见微生物,在常规容量锥形瓶(25mL~2000ml)中进行培养时,26mm振幅能提供充足的氧气传递速率,同时保持适度的剪切力环境,避免对微生物造成机械损伤。
哺乳动物细胞悬浮培养:动物细胞对剪切力敏感,26mm振幅在较低转速下即可实现充分混合,创造更为温和的力学环境。特别适用于250毫升及以下体积的培养体系,能有效维持细胞活力与功能。
常规真菌培养:对于大多数丝状真菌,26mm振幅配合适当的转速,能在保证氧气供应的同时,避免过度剪切力对菌丝结构的破坏。
50mm振幅针对特殊需求设计,主要适用于:
高耗氧微生物培养:对于具有极高氧气需求的微生物种类,如某些放线菌和好氧细菌,50mm振幅能提供更高的体积氧气传递系数(kLa),满足其代谢需求。
特殊容器培养:Fernbach烧瓶或一次性培养袋等容器,具有大表面积但液层较浅,50mm振幅能确保培养基充分混合,避免形成死角。注意:不同形状和规格的容器在不同振幅下的混合效率存在差异。标准锥形瓶在26mm振幅下表现良好,而宽底容器可能在50mm振幅下才能发挥最佳效果。
微孔板与深孔板:在微小体积体系中追求极高氧气传递速率时,50mm振幅配合高转速(≥250rpm)能实现传统振幅难以达到的氧气供应水平。当然目前采用更多的是采用2-3mm振幅,在高转速(800rpm)振荡。
三、不同振幅摇床如何换算对应的转速?
在摇床培养系统中,一个至关重要的力学原理是:培养物所受的作用力 ≈ (转速)² × 振幅。
这一物理关系对振幅选择具有重要指导意义:
当选择50mm振幅时,由于振幅值较大,为了维持与26mm振幅相似的力学环境,通常需要适当降低转速。简而言之,50mm振幅下的转速应调整为26mm振幅条件下转速的70%-80%,这样才能保证培养物所受的流体剪切力处于相近水平。
当选择26mm振幅时,由于振幅值相对较小,研究人员可以在较宽的转速范围内进行优化调整,而不必过度担心因振幅过大导致的剪切力损伤风险。
四、选对了振幅就高枕无忧了吗?
答案是否定的。
选择合适的摇床振幅,不一定能增加产量,因为这就像木桶原理,不能有短板。比如,如果“食物”(碳源)不够,你把“呼吸”(氧气供应)弄得再好也没用。只有当缺氧是唯一问题时,调大振幅或者提高转速才效果明显。
调整振幅和转速都能帮助“呼吸”。转速慢了,换振幅没啥用。但转速太快,水流冲击力(剪切力)又会伤到娇嫩的细胞。所以关键要找到平衡点。
另外,装液量也是影响氧气传递的关键因素。通用原则是:装液量不超过容器总容积的20%-30%,如遇到高氧需求培养:装液量应进一步降低至10%-20%,以最大化氧气传递效率。
五、结论
基于以上分析,我们提出以下建议:
对于大多数常规实验室应用,26mm振幅是更为通用和安全的选择。它能满足从微生物到动物细胞的广泛培养需求,操作窗口宽,风险较低。
仅在明确需求的情况下选择50mm振幅,包括:大体积培养(超过2升)、已确认氧气传递是主要限制因素、使用特殊培养容器或进行极高密度培养。
上海赫田科学仪器有限公司提供多种振幅配置的摇床产品,能够满足不同应用场景的需求。我们的技术支持团队可为您提供针对性的建议,帮助您根据具体培养特性做出最优选择。
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