一種多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿設(shè)計

張赫謙，楊思琦，翟婉堯，李 毅

(吉林工程技術(shù)師范學(xué)院,吉林 長春 130052)

細(xì)胞培養(yǎng)皿屬于樣品培養(yǎng)科學(xué)實驗中的基礎(chǔ)器材，廣泛用于生物醫(yī)療等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)皿主要存在以下幾點問題。首先，培育條件單一，不能設(shè)置多種環(huán)境，一物多用的效果無法實現(xiàn)[1]。其次，同種樣本在不同培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)時，一旦出現(xiàn)實驗人員操作不當(dāng)或?qū)嶒炁_污染等情況時，難以設(shè)置同種培養(yǎng)環(huán)境，容易出現(xiàn)支原體等雜質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致不能得到準(zhǔn)確的樣品對比結(jié)果[2]。因此，基于以上問題，有必要設(shè)計一款新型細(xì)胞培養(yǎng)皿產(chǎn)品。在生物技術(shù)領(lǐng)域，有關(guān)細(xì)菌、植物、動物、病毒、基因等的研究，同樣與各種規(guī)格的實驗器具密切相關(guān)。而細(xì)胞培養(yǎng)皿作為一種在生物實驗室中最基本的器材，將與整個實驗的效果相關(guān)。傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)皿一般由圓盤和蓋子組成，產(chǎn)品原料大致為玻璃和塑料。如：植物和動物細(xì)胞常在基于玻璃的培養(yǎng)容器中生長；接種、劃線、細(xì)菌分離等實驗步驟，則常使用塑料材質(zhì)的細(xì)胞培養(yǎng)皿完成。以聚乙烯塑料制作培養(yǎng)皿，可以一次或多次重復(fù)使用。

德國IBIDI品牌的細(xì)胞培養(yǎng)皿設(shè)計非常獨特[3]，易于找到細(xì)胞和細(xì)胞簇的位置，配有高分辨率顯微觀察的蓋玻片，適合大多數(shù)細(xì)胞貼壁培養(yǎng)，且獨特的蓋子設(shè)計顯著降低了實驗液體的揮發(fā)。國內(nèi)邁博瑞品牌的細(xì)胞培養(yǎng)皿由透明的聚苯乙烯材料制成[4]，適合顯微鏡分析，方便換氣的肋骨設(shè)計，經(jīng)TC表面處理，有助于細(xì)胞更好地吸附生長及形態(tài)伸展，采用伽馬滅菌，在國內(nèi)的科學(xué)研究中使用率極高。本次產(chǎn)品設(shè)計主題和方向是根據(jù)調(diào)研中用戶需求進(jìn)行重新設(shè)計。

一、產(chǎn)品調(diào)研

參與問卷調(diào)查對象大多數(shù)是生物相關(guān)專業(yè)的師生，這些受訪者對目前常用的儀器較為滿意，但也期待實驗儀器的新功能。大多數(shù)消費者在線購買細(xì)胞培養(yǎng)容器，硼硅酸鹽玻璃最常用。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，目前市場上細(xì)胞培養(yǎng)皿的不足之處有培養(yǎng)條件單一、不能進(jìn)行房室化培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)容器的材料不環(huán)保，以及實驗后的細(xì)胞培養(yǎng)容器難以清潔等問題。細(xì)胞培養(yǎng)皿的預(yù)期新功能是可以建立各種照明和加熱環(huán)境、劃區(qū)域培養(yǎng)。產(chǎn)品本身對操作方面的要求較少。綜上所述，目前市場上的細(xì)胞培養(yǎng)皿不足以滿足用戶的需求，設(shè)計出滿足用戶個性化需求和功能性強的創(chuàng)新型細(xì)胞培養(yǎng)皿是必要的。

二、多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿的設(shè)計

本設(shè)計堅持“以人為本”原則，是通過市場調(diào)研了解使用需求的過程中研究和分析產(chǎn)品的設(shè)計方向，并以此制定培養(yǎng)皿的造型、性能、配色風(fēng)格等，期望解決現(xiàn)有市場上同類產(chǎn)品中存在的問題?；谏鲜鲈瓌t，在設(shè)計過程中，秉持“功能多樣性、安全人性化”的研究路線，進(jìn)而從整體上考慮產(chǎn)品的功能、形態(tài)、人機(jī)工程交互等方面。

圖1為多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿概念效果圖。該產(chǎn)品由四個主要功能部分組成，包括：垂直光源、培養(yǎng)皿、加熱系統(tǒng)、水浴系統(tǒng)。根據(jù)消費者的心理，將情感、環(huán)境、產(chǎn)品進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，采用了溫暖和低調(diào)的色系。材質(zhì)上，本次產(chǎn)品設(shè)計選擇硼硅鹽玻璃為原材料制成，玻璃培養(yǎng)皿的表面親水，細(xì)胞貼壁效果極好，且造價低廉。多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿的具體功能為：產(chǎn)品自身提供垂直光照功能，不同濾光片將其與之結(jié)合，共同形成配備多光照條件的細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境。水浴系統(tǒng)與可調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)相組合可適用于多種培養(yǎng)溫度環(huán)境，使樣品中的各部分都均勻受熱，便于觀察。本產(chǎn)品凈重50g，產(chǎn)品尺寸如圖2所示。

圖1 多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿概念效果圖

細(xì)節(jié)說明見圖2。

圖2 多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿細(xì)節(jié)展示

垂直光源：為細(xì)胞培養(yǎng)提供基礎(chǔ)光源，實現(xiàn)產(chǎn)品的照明；

注水口：介于發(fā)熱裝置、子培養(yǎng)皿間的空余腔室，進(jìn)一步保證培養(yǎng)環(huán)境處于恒溫加熱狀態(tài)；

子培養(yǎng)皿：獨立細(xì)胞培養(yǎng)空間；

加熱裝置：金屬管式材質(zhì)，底部的發(fā)熱板加熱后可使樣品培養(yǎng)均勻受熱。

三、設(shè)計研究過程中所考慮的非技術(shù)因素

在整個產(chǎn)品的設(shè)計過程中，除了針對已有問題考慮相關(guān)設(shè)計要素，還要通過對實驗設(shè)備技術(shù)慣性和不可控因素的了解，提前預(yù)知、綜合考慮這些因素在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)時將要面對的困難，尋找并解決問題。早做準(zhǔn)備、事先預(yù)防，借此可以提高效率，少走彎路，有能力去應(yīng)對各種非技術(shù)因素。

產(chǎn)品設(shè)計與安全健康息息相關(guān)，在產(chǎn)品設(shè)計生命周期中，設(shè)計的目標(biāo)重點考慮的是相關(guān)環(huán)境屬性。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，整體設(shè)計的核心理念為“綠色可持續(xù)發(fā)展”。這就意味著，綠色產(chǎn)品在材料上既環(huán)保，又能保證產(chǎn)品的低碳使用。功能完整性和質(zhì)量可靠性等要求是在滿足這些環(huán)境目標(biāo)的基礎(chǔ)上得以保證的。

四、總結(jié)

多光照環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)皿功能性好、材料健康環(huán)保、生產(chǎn)成本低，各項指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。在新冠肺炎疫情形勢仍舊嚴(yán)峻的今天，高校學(xué)生以及科研人員通過使用此款產(chǎn)品可以實現(xiàn)不出門進(jìn)行培養(yǎng)對照試驗。