一种多光照环境细胞培养皿设计

张赫谦，杨思琦，翟婉尧，李 毅

(吉林工程技术师范学院,吉林 长春 130052)

细胞培养皿属于样品培养科学实验中的基础器材，广泛用于生物医疗等领域，并发挥着重要的作用。传统的细胞培养皿主要存在以下几点问题。首先，培育条件单一，不能设置多种环境，一物多用的效果无法实现[1]。其次，同种样本在不同培养基中进行培养时，一旦出现实验人员操作不当或实验台污染等情况时，难以设置同种培养环境，容易出现支原体等杂质，进而导致不能得到准确的样品对比结果[2]。因此，基于以上问题，有必要设计一款新型细胞培养皿产品。在生物技术领域，有关细菌、植物、动物、病毒、基因等的研究，同样与各种规格的实验器具密切相关。而细胞培养皿作为一种在生物实验室中最基本的器材，将与整个实验的效果相关。传统的细胞培养皿一般由圆盘和盖子组成，产品原料大致为玻璃和塑料。如：植物和动物细胞常在基于玻璃的培养容器中生长；接种、划线、细菌分离等实验步骤，则常使用塑料材质的细胞培养皿完成。以聚乙烯塑料制作培养皿，可以一次或多次重复使用。

德国IBIDI品牌的细胞培养皿设计非常独特[3]，易于找到细胞和细胞簇的位置，配有高分辨率显微观察的盖玻片，适合大多数细胞贴壁培养，且独特的盖子设计显著降低了实验液体的挥发。国内迈博瑞品牌的细胞培养皿由透明的聚苯乙烯材料制成[4]，适合显微镜分析，方便换气的肋骨设计，经TC表面处理，有助于细胞更好地吸附生长及形态伸展，采用伽马灭菌，在国内的科学研究中使用率极高。本次产品设计主题和方向是根据调研中用户需求进行重新设计。

一、产品调研

参与问卷调查对象大多数是生物相关专业的师生，这些受访者对目前常用的仪器较为满意，但也期待实验仪器的新功能。大多数消费者在线购买细胞培养容器，硼硅酸盐玻璃最常用。根据调研结果，目前市场上细胞培养皿的不足之处有培养条件单一、不能进行房室化培养、细胞培养容器的材料不环保，以及实验后的细胞培养容器难以清洁等问题。细胞培养皿的预期新功能是可以建立各种照明和加热环境、划区域培养。产品本身对操作方面的要求较少。综上所述，目前市场上的细胞培养皿不足以满足用户的需求，设计出满足用户个性化需求和功能性强的创新型细胞培养皿是必要的。

二、多光照环境细胞培养皿的设计

本设计坚持“以人为本”原则，是通过市场调研了解使用需求的过程中研究和分析产品的设计方向，并以此制定培养皿的造型、性能、配色风格等，期望解决现有市场上同类产品中存在的问题。基于上述原则，在设计过程中，秉持“功能多样性、安全人性化”的研究路线，进而从整体上考虑产品的功能、形态、人机工程交互等方面。

图1为多光照环境细胞培养皿概念效果图。该产品由四个主要功能部分组成，包括：垂直光源、培养皿、加热系统、水浴系统。根据消费者的心理，将情感、环境、产品进行协调统一，采用了温暖和低调的色系。材质上，本次产品设计选择硼硅盐玻璃为原材料制成，玻璃培养皿的表面亲水，细胞贴壁效果极好，且造价低廉。多光照环境细胞培养皿的具体功能为：产品自身提供垂直光照功能，不同滤光片将其与之结合，共同形成配备多光照条件的细胞培养环境。水浴系统与可调节加热系统相组合可适用于多种培养温度环境，使样品中的各部分都均匀受热，便于观察。本产品净重50g，产品尺寸如图2所示。

图1 多光照环境细胞培养皿概念效果图

细节说明见图2。

图2 多光照环境细胞培养皿细节展示

垂直光源：为细胞培养提供基础光源，实现产品的照明；

注水口：介于发热装置、子培养皿间的空余腔室，进一步保证培养环境处于恒温加热状态；

子培养皿：独立细胞培养空间；

加热装置：金属管式材质，底部的发热板加热后可使样品培养均匀受热。

三、设计研究过程中所考虑的非技术因素

在整个产品的设计过程中，除了针对已有问题考虑相关设计要素，还要通过对实验设备技术惯性和不可控因素的了解，提前预知、综合考虑这些因素在产品设计和生产时将要面对的困难，寻找并解决问题。早做准备、事先预防，借此可以提高效率，少走弯路，有能力去应对各种非技术因素。

产品设计与安全健康息息相关，在产品设计生命周期中，设计的目标重点考虑的是相关环境属性。根据现有设计标准，整体设计的核心理念为“绿色可持续发展”。这就意味着，绿色产品在材料上既环保，又能保证产品的低碳使用。功能完整性和质量可靠性等要求是在满足这些环境目标的基础上得以保证的。

四、总结

多光照环境细胞培养皿功能性好、材料健康环保、生产成本低，各项指标均符合国家标准。在新冠肺炎疫情形势仍旧严峻的今天，高校学生以及科研人员通过使用此款产品可以实现不出门进行培养对照试验。