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在實驗室的日常試驗過程中,廢液處理也是一個重要的環節,如離心后的上清液、細胞培養基的上清廢液置換、過濾或純化實驗產生的濾液收集、有機溶劑的抽吸等等,都需要使用到實驗室真空吸液系統來抽取和吸引這些廢液。而真空集液瓶作為實驗室廢液抽吸系統的核心組件,其材質的選擇關乎整個系統的性能、使用壽命以及安全性。目前,玻璃、聚碳酸酯、聚丙烯和聚砜是真空集液瓶常用的幾種材質,它們各自具備自身的性質和適用場景。
玻璃是使用廣泛、價格低的一種材料,最主要的缺陷是易碎,適合搭配在價格優勢顯著的基礎型產品中。 除玻璃材質外,塑料材質是實驗室吸液系統集液瓶的一種主要選材,包括聚丙烯、聚碳酸酯和聚醚砜,均使用注塑成型的工藝生產,可制造形狀復雜的部件,為集液瓶賦予更多功能,如防倒吸保護、把手、底部快速排液口等。但由于需要制作注塑所需要的模具,前期投入大。三種塑料材質中,聚丙烯各項性能最均衡,價格便宜;聚碳酸酯透明易觀察到廢液液位,以及剛性最好,所以安全性尤為突出;聚砜則是綜合性能最好,主打旗艦產品。下面我們詳細分析四種材質的特性,和適用范圍。
●玻璃(Borosilicate Glass)
玻璃具有出色的化學惰性,對絕大多數無機酸、堿、有機溶劑具有極廣譜的耐受性,是用于收集成分復雜或未知廢液的主要選擇,同時還能耐受含氯消毒劑的長期浸泡;玻璃還具有很高的透明度, 便于實時觀察瓶內液位和廢液狀態;硼硅材質的玻璃能耐高溫,可承受121度高溫蒸汽滅菌;此外,還具有表面光滑,不易吸附殘留,易于清洗。
玻璃集液瓶在制作時,主要采用吹制和模壓成型工藝,作為真空集液瓶主要材質的使用歷史長,產銷量大,有助于生產成本和售價的降低。正是由于玻璃材質工藝簡單、市場需求量大的特性,所以使用玻璃作為集液瓶材質的真空吸液系統的型規格也齊全,包括500ml的L100BS-EG05、1000ml的BV300E、2000ml的BV300E2,以及容量高達5升的BV300E5。在設計時,我們采用了實驗室普通的藍蓋玻璃試劑瓶,作為上述機型集液瓶的瓶體部分,同時使用PP聚丙烯材質制作了一款兩孔吸液蓋,來替換試劑瓶原本的密封蓋。兩孔吸液蓋帶有兩個接口,一端連接吸液泵主機產生吸力,另一端連接吸頭適配器。依托試劑瓶龐大的市場體量,其價格優勢更為明顯,作為基礎系列的產品,既能滿足用戶使用需要,又能幫助節省有限的實驗經費。同時,用戶后期可以根據實際需要,使用實驗室其他容量規格進行替換使用。齊全的容量和靈活性,可以滿足各類型用戶,包括一般的科研用戶,以及生產型的生物制藥企業。這一點也是需要使用模具注塑才能生產、前期投入巨大的塑料材質集液瓶無法實現的優勢。
易碎性是玻璃材質的顯著的弱點,跌落或遭受機械沖擊極易破裂,存在安全隱患和廢液灑漏的風險。為了彌補易碎,且破碎后影響使用的缺點,前文所述使用藍蓋試劑瓶作為集液瓶瓶身的設計,就可以大幅降低此項缺陷。一旦破損,用戶還可以使用實驗室已有的試劑瓶及時進行替換,不需要額外的購買成本和等待時間,以免影響使用。此外,玻璃自重較重,如5升以上的玻璃集液瓶,在裝滿廢液后,疊加液體重量,會非常重,對處理和清洗集液瓶造成了一定的不便之處。
●聚丙烯 (Polypropylene, PP)
聚丙烯的特點可以簡單的概括為四種材料中的“性價比之選",性能均衡,價格雖高于玻璃,但彌補了玻璃重、易碎的缺陷。塑料材料里,價格優勢顯著,大幅低于其他塑料。
它具有優異的化學穩定性,對絕大多數酸(包括濃鹽酸、氫氟酸)、堿、鹽溶液、醇類、醛類、酮類(丙酮)、酯類、油類等都具有耐受性,顯著優于上述的PC聚碳酸酯,所以在專門用于抽吸化學品、有機溶劑的廢液抽吸系統BVC300-1中,集液瓶使用了玻璃結合PP聚丙烯的材質;良好的耐熱性,可承受121°C高溫滅菌;重量輕;韌性好, 耐彎折,不易脆裂,即使受外力變形或者被吸癟,也能恢復形態繼續使用。
此外,由于聚丙烯材料生產工藝成熟,國產化生產,無需依賴國外技術。且大部分民用液體膏劑類產品的包裝均使用PP作為包裝瓶,需求大、市場供應量大。所以PP材料在本文所述的三種塑料材質里具有最為顯著的價格優勢。價格低,結合上述的耐化學性、耐壓、耐高溫的特點,能夠滿足實驗室大部分吸液需要,所以具有顯著的性價比優勢。利用PP綜合性能平均,價格低的性價比優勢,我們將其搭配在針對主流市場的大眾化產品中,如容量為1000ml的L100BS-EP10、2000ml的BV300EP2和4升大容量的BSUD-S204P4E實驗室廢液抽吸系統中,覆蓋了各種實驗室吸液需求。
●聚碳酸酯 (Polycarbonate, PC)
聚碳酸酯材質顯著的優勢是具有高抗沖擊強度,極其耐摔打磕碰,安全性突出。所PC材質在民用領域,也被用來制作眼鏡片、頭盔、汽車大燈、手機電腦電視等待屏幕電子產品的外殼保護罩,在建筑行業用于制造天窗、采光板、防護欄,都是利用了其具有高沖擊強度和優異的力學性能。在設計BV240A培養基廢液抽吸系統時,我們也利用了PC的該特點制作其集液瓶,為集液瓶蓋設計了一組雙耳卡扣和高密封的瓶蓋密封圈,將瓶蓋緊密的和瓶體連接在一起。這樣即使發生意外,廢液瓶摔倒或受外力撞擊時,瓶蓋和瓶身的良好密封性,再集合材質本身抗沖擊能力,使其不易破裂或出現大量液體灑漏的風險事故,安全性突出。
除了出色的抗沖擊性外,PC還具有下列特性:良好的透明度,透光率接近玻璃,便于觀察液位,這樣就不容易出現液滿沒有及時處理廢液而發生的液體溢出;重量遠輕于玻璃,傾倒和清洗時更方便。
改材料的最大短板是化學耐受性相對較差,不推薦用于化學品或有機溶劑的抽吸。如果用于抽吸培養基上清廢液,需要加入84消毒液防止瓶內長菌,則需要在每次傾倒廢液后,以及高溫高壓滅菌前,用清水洗干凈各部件殘油的含氯消毒液。直接高溫高壓滅菌,會出現腐蝕造成的部件開裂。
●聚砜 (Polysulfone, PSU)
各方面綜合性能強,加工溫度高,工藝控制要求嚴格,具有一定技術壁壘,成本顯著高于PP和PC,通常被選用在旗艦產品中。聚砜可在150°C - 180°C下長期使用,熱變形溫度遠高于PC和PP,耐受反復高溫高壓滅菌(如121°C或134°C)也不易出現形變或密封性下降。優異的耐水解性,使其在高溫高壓蒸汽環境下性能穩定。良好的化學穩定性, 耐酸、堿、鹽溶液、醇類、烴類、油類等性能優良,對部分極性溶劑的耐受性優于PC聚碳酸酯,甚至部分能超越PP聚丙烯。類似PC聚碳酸酯,也具有高剛性和高強度。透明度隨低于玻璃和PC,但顯著優于PP,也能明顯的觀察到瓶內,滿足基本觀察需求。
正是由于聚砜材質在耐受高溫高壓滅菌方面性能顯著優于其他材質,耐化學性好,也能滿足液位觀測需要,我們將其配置在中旗艦的培養基廢液抽吸系統產品中,如L400BS-E和L400BS。用戶在細胞房使用時,可以加入84消毒液防止長菌,不必擔心廢液瓶被腐蝕。透明度能保證基本的觀測需要,避免液滿溢出。反復的高溫高壓滅菌也不會使其形變,影響密封性和使用。
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