Duy trì mức CO2 ổn định trong tủ ấm rất quan trọng vì CO2 tương tác với hệ thống buffering của môi trường nuôi cấy tế bào để xác định độ pH của môi trường. Một lựa chọn quan trọng để kiểm soát CO2 là loại cảm biến CO2 mà tủ ấm sẽ có. Trong khi nhiều tủ ấm sử dụng cảm biến độ dẫn nhiệt (TC) truyền thống hơn thì loại cảm biến hồng ngoại (IR) mới thường hiệu quả hơn vì nó không nhạy cảm với những dao động ảnh hưởng do mở cửa.

Các tế bào khác nhau phát triển tốt nhất trong môi trường có nồng độ pH thường nằm trong khoảng từ 7,0 đến 7,7. Môi trường nuôi cấy bao gồm pH buffer, thường dựa trên CO2-bicacbonat, để giữ điều kiện ổn định. Phản ứng hóa học trong môi trường có thể làm thay đổi độ pH. Kiểm soát nồng độ CO2 trong khí quyển giúp duy trì độ pH của môi trường tăng trưởng ổn định.

Vai trò của CO2 trong pH của tủ ấm

Mặc dù môi trường nuôi cấy thường bao gồm pH buffer, nhưng buffer dựa trên cacbonat thường được sử dụng phụ thuộc vào sự cân bằng giữa CO2 và bicarbonate hòa tan trong môi trường. Nếu CO2 thoát vào khí quyển, độ kiềm tăng lên và độ pH thay đổi.

Nếu có quá ít CO2 trong khí quyển, CO2 sẽ có thể thoát ra khỏi môi trường và hỗn hợp sẽ trở nên có quá nhiều độ kiềm. Quá nhiều CO2 trong khí quyển sẽ khiến môi trường hấp thụ nhiều khí hơn, cuối cùng khiến môi trường trở nên quá axit.

Bất kể giá trị cần thiết là bao nhiêu, tủ ấm phải có khả năng tính toán lượng CO2 trong khí quyển một cách chính xác và nhanh chóng.

Công nghệ cảm biến CO2

Có hai công nghệ chính được sử dụng để đo phần trăm CO2 trong khí quyển của buồng tủ ấm.

Cảm biến độ dẫn nhiệt (TC)

Cảm biến TC hoạt động thông qua việc đo điện trở trong không khí.

Cảm biến TC đo sự khác biệt về điện trở giữa cell kín chuẩn (F) và một cell đi ra khí quyển buồng. Hàm lượng CO2 được tính toán dựa trên sự chênh lệch điện trở giữa hai cell.

Cảm biến TC giúp tiết kiệm chi phí đáng kể tới 20% chi phí thiết bị. Tuy nhiên, nó có một nhược điểm đáng kể. Bởi vì điện trở nhiệt thay đổi theo nhiệt độ và độ ẩm tương đối, cũng như thành phần khí, bất cứ khi nào cửa buồng được mở, nhiệt độ và độ ẩm sẽ thay đổi so với mức mà cảm biến đã hiệu chuẩn mong đợi, nghĩa là các kết quả đo không còn chính xác nữa.

Khi cửa được đóng lại, việc duy trì lại trạng thái nhiệt độ và độ ẩm tương đối ổn định có thể mất tới 40 phút đối với tủ ấm thông thường. Cho đến lúc đó, mọi số đo đều không đáng tin cậy. Trong một số trường hợp, như sử dụng trong y tế và bệnh lý, điều này có thể không thành vấn đề. Nhưng đối với nhiều loại nghiên cứu, sự thiếu chính xác có thể dẫn đến độ tin cậy và tính nhất quán kém trong đo lường và kết quả.

Cảm biến hồng ngoại (IR)

Cảm biến hồng ngoại dựa trên thực tế là mỗi loại khí hấp thụ một bước sóng ánh sáng riêng biệt. CO2 hấp thụ bước sóng 4,3μm, nằm trong phần hồng ngoại của Phổ điện từ.

Bộ phát tia hồng ngoại [H] hướng tia hồng ngoại [I] qua mẫu khí quyển của buồng, sau đó qua bộ lọc của Giao thoa kế Fabry-Perot [J] để tách bước sóng thích hợp và cuối cùng đi vào cảm biến [K]. Mạch được hiệu chỉnh định kỳ, đo lượng ánh sáng 4,3μm chiếu vào cảm biến và tính toán sự khác biệt giữa ánh sáng đó và ánh sáng được phát ra từ nguồn.

Càng nhiều CO2 thì ánh sáng truyền qua càng ít. Sự khác biệt cho phép mạch tính toán phần trăm CO2.

Bởi vì sự hấp thụ ánh sáng không phụ thuộc vào nhiệt độ hoặc độ ẩm nên cảm biến luôn chính xác, kể cả ngay sau khi mở và đóng cửa buồng tủ ấm.

Vậy nên chọn tủ ấm có cảm biến TC hay IR?

Một tủ ấm có cảm biến TC kinh tế hơn đối với bất kỳ phòng thí nghiệm nào, vì sự chênh lệch về giá có thể rất lớn mặc dù trong những năm gần đây, chi phí của cảm biến hồng ngoại đã giảm khiến chúng có giá cả phải chăng hơn. Nếu công việc của phòng thí nghiệm thuộc loại ít bị ảnh hưởng bởi việc đo CO2 không nhất quán và không chính xác mỗi khi cửa tủ ấm mở, thì lựa chọn cảm biến TC sẽ hợp lý hơn.

Tuy nhiên, đối với các phòng thí nghiệm hiện đang hoặc có thể thực hiện các công việc nhạy cảm hơn trong tương lai, tủ ấm được trang bị cảm biến hồng ngoại là lựa chọn phù hợp.

Nếu nhân viên không thể tin tưởng vào kết quả đo của cảm biến CO2 thậm chí nửa giờ sau khi cửa được mở, họ sẽ mất thời gian làm việc hiệu quả. Bạn có thể tính toán chi phí hiệu quả cho tổ chức. Nhân số lần cửa được mở thông thường trong một ngày với nửa giờ. Xác định chi phí làm việc full time của nhà nghiên cứu. Thêm mức lợi nhuận dự kiến cho thời gian của nhân viên. Tổng cộng là tổng chi phí cho tổ chức. Ví dụ: giả sử cánh cửa được mở bốn lần một ngày và thời gian của một nhà nghiên cứu thực sự có giá trị 150 USD một giờ. Kết quả là hai giờ mỗi ngày trị giá 300 đô la, hoặc 1.500 đô la năng suất bị mất mỗi tuần. Đó sẽ là 6.450 USD cho một tháng trung bình 4,3 tuần và 77.400 USD một năm.

Số tiền “tiết kiệm” nhờ sử dụng tủ ấm được trang bị cảm biến TC nhanh chóng bốc hơi. Chỉ trong vòng một hoặc hai tháng, tổng chi phí của model tủ ấm được trang bị cảm biến hồng ngoại sẽ thấp hơn.

Đối với hầu hết các phòng thí nghiệm, đặc biệt là những phòng thí nghiệm đang tìm cách mở rộng quy mô, cảm biến hồng ngoại sẽ là lựa chọn tốt hơn cả về mặt tài chính và chất lượng.

NuAire Laboratory Equipment Supply

NuAire sản xuất các thiết bị phòng thí nghiệm khoa học được thiết kế công thái học và chế tạo để cung cấp bảo vệ nhân sự, sản phẩm và/hoặc môi trường trong các môi trường nghiên cứu quan trọng. Dòng thiết bị phòng thí nghiệm phong phú của NuAire bao gồm như: Tủ an toàn sinh học, Tủ ấm CO2, v.v.