一、功能概述与设计目标

• 定义：i160 的时间–温度/气体梯度功能允许用户设计多段程序，将温度、CO₂ 与湿度按预定曲线梯度梯形变化进行调控，实现精准实验条件。

• 目标：支持细胞处理、分化诱导、热效应试验、阶梯式 CO₂ 调控等多样化实验，提升实验流程自动化与 repeatability。

二、功能架构与硬件支持

1. 控制面板界面

• 全彩触摸屏操作，菜单支持“Programs → Gradient Profiles”，可设定梯度段数、目标值、上升/保持/下降时间等。

2. 控制器和传感器

• 高精度±0.1 °C 温度传感器；CO₂ 红外/热导传感器±0.1%；湿度控制±2%；内部循环风扇助均匀性。

3. 执行元件

• 加热：腔壁直接加热

• 制冷：通过环境交互（PPER无主动冷却）

• CO₂ 输送：电磁阀精控 CO₂ 注入，闭环反馈

• 湿化系统：水盘或直接加湿器

三、梯度曲线设定原理

• 多段程序：用户最多配置 10 段。

• 曲线样式：线性、阶梯、保持三种变化路径，自动计算达标时间与过渡速度。

• 自回归校正：每段结束系统自动计算残差并调整下一段执行节奏，提高准确性。

四、典型应用场景

1. 分化诱导策略

• 36 °C → 39 °C 逐步升温 + CO₂ 5→8%，模拟体温变化诱导。

2. 热休克研究

• 快速升至 42 °C 15 分钟、逐步降至 37 °C。

3. CO₂ 梯度生成

• 在连续培养中产生 5%→15%CO₂ 梯度，研究酸中毒效应。

4. 多段循环环境

• 在不同温度/CO₂下循环 3–5 次，适合反复刺激实验。

五、运行及监控机制

• 执行中监测：触摸屏实时显示目标/实际值与剩余时间，并自动触发超差报警。

• 恢复策略：若偏差超 ±0.3°C 或 ±0.2%CO₂，系统暂停曲线，进入调整或报警状态。

• 数据记录：内建模块保存日志，包含 10 ms 采样点，可外接 USB 导出。

六、梯度功能校准与验证流程

6.1 校准前准备

• 校准传感器、确认 CO₂ 气源质量、保持室内恒温。

6.2 功能校准

• 输入标准梯度曲线，如 37→40 °C / 5→10% CO₂。

• 使用高精度仪器验证实际沿梯度时间点的响应。

6.3 性能验证标准

• 温度误差 ±0.3 °C，CO₂ ±0.2%，湿度 ±3%。

• 梯度阶段达到 95–105% 精度要求。

6.4 文档与周期

• 驱动程序验证记录每周期（半年/1年）更新；亚稳态分析生成报告。

七、安全设计与异常处理

• 断电恢复：运行中的梯度曲线停电后保留执行状态，通电恢复时可选择续接或重启。

• 故障保护：温/CO₂ 超限自动转静态培养并报警。

• 交互提示：用户可终止/暂停程序，系统停滞后自动归于安全状态。

八、合规性与行业标准

• DIN 12880/ISO 14644：条件稳定性与梯度功能符合均一性规定。

• GMP 高级应用：符合 EU GMP、FDA 21 CFR 部分 11，日志具备追溯性与不能篡改性。

九、培训建议与易用设计

• 用户培训：包含梯度设定操作、监控模块使用、报警响应流程、安全停机。

• 交互辅助：提示设定范围建议与常规梯度程序库选择。

• 远程监控：配合 Smart‑Vue/4‑20mA/DCS 接口，实现实验远程管理。

十、优势与未来发展

• 优势：

• 自动化程度高、重复性佳

• 多变量梯度控制支持复杂实验

• 数据完整性与合规兼容强

• 未来方向：

• 添加 O₂ 梯度控制模块

• AI 预测偏差趋势

• 云端共享曲线方案