PreSens PhoxyCube技术解析：多孔板O₂与pH非侵入式在线监测

PhoxyCube是什么设备？

PhoxyCube是德国PreSens推出的一款多孔板氧气和pH监测系统，主要面向细胞培养、药物筛选、毒性评价、组织工程及平行呼吸测量等生命科学应用。

与传统取样检测或电化学探头不同，PhoxyCube使用带有集成光学传感器的PhoxyPlate。传感器位于每个孔的底部，读数器从透明孔底进行非接触式读取，因此不会在测量过程中插入电极，也不需要反复打开孔板取样。

一句话概括其工作方式：

把带有氧气或pH传感器的PhoxyPlate放到PhoxyCube读数器上，即可在培养箱内连续记录每个孔的O₂和pH变化。

为什么需要监测多孔板中的O₂和pH？

在细胞和微生物培养过程中，氧气与pH是反映培养微环境和细胞代谢状态的重要参数。

细胞呼吸会消耗培养液中的氧气；糖酵解及其他代谢过程可能引起培养液酸化。如果只在实验开始和结束时检测，往往无法判断变化发生的具体时间，也难以发现短时间内的代谢响应。

连续记录O₂和pH动力学可以帮助研究人员：

• 观察细胞附着、增殖及代谢变化；

• 比较不同培养条件和培养基配方；

• 判断药物或毒性物质对细胞呼吸的影响；

• 研究低氧、酸化及代谢应激过程；

• 比较不同孔位、重复组和剂量组之间的差异；

• 减少离线取样对培养体系造成的干扰。

因此，PhoxyCube更适合需要“过程数据"的实验，而不仅是获得某一时点的终点结果。

PhoxyCube的检测原理

PhoxyPlate每个孔底集成有光学敏感材料。读数器向传感区域发出激发光，并通过图像式读取方式采集各孔传感器的光学响应。

传感材料的发光特性会随氧气浓度或pH发生变化，软件再根据校准数据将光学信号转换为对应的O₂或pH数值。

该方法具有以下特点：

1. 非侵入式测量

   读数器从透明孔底读取信号，不需要将电极插入样品，也不需要在培养过程中持续取样。

2. 多孔并行检测

   图像式读取能够同时识别多个孔位，适合24孔板或96孔板实验。

3. 培养箱内连续监测

   PhoxyCube读数单元可放置在培养箱内，使细胞在设定的温度和气体环境中接受连续监测。

4. 实时动力学显示

   软件可以显示单孔曲线、全部孔位概览以及重复组的动力学变化，并通过颜色编码识别异常孔位或显著变化。

PhoxyCube支持哪些PhoxyPlate？

不同PhoxyPlate对应不同的测量参数和通量。

PhoxyPlate中的传感器在生产阶段已经固定于孔底。读数器通过透明底部读取信号，因此实验人员不需要自行安装传感点。

需要注意的是，PhoxyPlate属于预制的即用型耗材。厂家将其定位为一次性使用产品，常用板型可提供β辐照版本，不需要清洗，也不建议通过清洗后重复使用。

PhoxyCube主要技术参数

读数单元尺寸约为120 mm×190.4 mm×105.7 mm，重量约1.94 kg。设备工作环境为+10～+45 ℃、相对湿度低于80%且无冷凝。

上述精密度、响应时间和漂移均有相应的测试条件。用于具体实验设计或技术协议时，应同时注明温度、样品体系、校准方式和采样间隔。

pH 5.5～8.0是否可以调整？

不能通过软件把PhoxyCube的pH量程扩展到其他范围。

pH 5.5～8.0是PhoxyPlate所使用光学pH传感材料的规定测量范围，不是可由用户修改的软件参数。该范围主要针对细胞培养、微生物培养及其他接近生理条件的生命科学实验。

需要特别区分两个概念：

• “样品兼容范围"反映传感材料可以接触何种样品；

• “pH测量范围"反映能够按照规定性能进行定量测量的范围。

即使产品兼容性资料中提到可接触pH 2～9的水溶液，也不代表PhoxyCube可以在pH 2～9范围内完成有效的pH定量检测。

如果实验可能长期低于pH 5.5或高于pH 8.0，应在选型阶段考虑其他传感器或检测方案。

PhoxyCube典型实验流程

1. 根据实验选择孔板

需要同时监测O₂和pH时，可选择PhoxyPlate 24 OP；需要提高氧气检测通量时，可选择PhoxyPlate 96 O；只关注pH变化时，可选择PhoxyPlate 96 P。

2. 加入培养基并完成平衡

按照实验方案向孔板中加入培养基或样品，并在实际测量温度和气体环境下进行充分平衡。温度、CO₂浓度和培养基缓冲体系都会影响pH平衡过程。

3. 使用批次校准数据或进行单点调整

PhoxyPlate可提供针对37 ℃和生理渗透压缓冲液的批次校准数据。对于精度要求较高的实验，厂家建议在实际实验条件下进行单点调整。

需要注意，单点调整不能扩大pH量程，其作用是减小具体实验条件与批次校准条件之间的偏差。

4. 将孔板放置在读数器上

将PhoxyPlate正确放置在PhoxyCube读数器上，并把读数单元放入培养箱。电脑及相关连接组件根据实验室布置放置在培养箱外。

5. 设置孔位和采样间隔

在PhoxyCube Reader Software中选择对应板型，设置实验名称、孔位分组、重复组、测量参数及采样间隔。

采样频率应结合实验时长和变化速度设置。过短的采样间隔会产生大量数据，也可能增加不必要的光学激发次数。

6. 实时观察并导出数据

软件可显示每个孔的实时数据、孔板整体概览和分组动力学曲线。实验结束后，可将测量数据导出，用于进一步统计和绘图分析。

主要应用场景

细胞培养过程中的O₂与pH监测

PhoxyPlate 24 OP可在同一个孔中同时监测氧气和pH，适合研究细胞生长、代谢活性、培养基酸化和氧消耗之间的关系。

这类数据可以帮助研究人员判断细胞在附着、增殖、稳定培养和处理后的不同阶段发生了什么变化。

药物剂量响应与细胞毒性评价

药物、毒性物质或代谢调节剂可能改变线粒体呼吸和糖酵解过程。使用PhoxyPlate 96 O，可同时记录96个孔的氧气动力学，从而比较不同剂量和重复组的细胞呼吸变化。

PreSens公开应用案例中，PhoxyCube已用于MDCK II细胞剂量响应研究以及SK-MEL细胞O₂和pH双参数监测。

组织工程与三维细胞培养

三维细胞球、组织支架和工程化组织内部容易形成氧扩散限制。连续监测培养环境中的O₂和pH，有助于研究低氧、酸化及培养条件对组织模型的影响。

微生物和呼吸测量

除哺乳动物细胞外，PhoxyCube还可用于微生物培养、种子萌发、小型水生生物及其他平行呼吸实验。

一次性耗材需要注意什么？

PhoxyPlate属于实验消耗品，而不是可长期循环使用的普通多孔板。

厂家公开资料将其描述为即用型一次性耗材，并明确列出“不需要清洗，单次使用"。因此，在评估整体项目成本时，除读数器外，还应考虑：

• 每次实验需要的PhoxyPlate数量；

• 24孔双参数板与96孔单参数板的选择；

• 对照组和重复组的孔位占用；

• 实验失败或预实验所需的额外孔板；

• 耗材储存和有效期管理。

校准和干扰因素

为了获得可比较的数据，建议重点控制以下因素：

• 测量温度是否与校准温度一致；

• 培养基渗透压和离子强度是否明显变化；

• 培养基中是否含有高浓度可见光区荧光物质；

• 是否存在会影响光学读数的颜色、浑浊或沉淀；

• 孔板是否正确放置并完成温度平衡；

• 不同实验是否采用一致的采样间隔和单点调整方法。

选型和验证边界

PhoxyCube主要定位于生命科学研发、高通量实验和培养过程研究。采购前建议确认以下问题：

1. 样品实际pH是否主要位于5.5～8.0；

2. 需要同时测量O₂和pH，还是只测其中一个参数；

3. 需要24孔还是96孔通量；

4. 培养箱内部是否有足够空间及合适的连接路径；

5. 是否能够接受PhoxyPlate按一次性耗材使用；

6. 实验是否存在强荧光、强颜色或高浑浊干扰；

7. 项目是否涉及3Q、IQ/OQ/PQ或其他受控验证要求。

常见问题

PhoxyCube可以同时测量O₂和pH吗？

可以，但需要使用PhoxyPlate 24 OP。该板的每个孔底部同时集成氧气和pH传感器。

96孔板可以同时测O₂和pH吗？

目前96孔PhoxyPlate为单参数配置，可选择96孔氧气板或96孔pH板。需要同一孔同时测量O₂和pH时，应选择24孔双参数板。

PhoxyCube需要从孔板中取样吗？

不需要。系统从透明孔底读取光学传感器信号，可在培养过程中进行非侵入式监测。

设备可以放在培养箱里吗？

可以。PhoxyCube的设计用途之一就是在培养箱内配合PhoxyPlate进行连续测量，但应确认培养箱温度、湿度、空间和连接条件符合设备要求。

PhoxyPlate可以清洗后重复使用吗？

厂家将PhoxyPlate定位为即用型一次性耗材，并明确标示不需要清洗。为避免交叉污染、传感器性能变化及校准失效，不建议清洗后复用。

pH测量范围能否通过重新校准扩大？

不能。重新校准或单点调整只能修正特定实验条件下的偏差，不能把规定的pH 5.5～8.0量程扩展至其他范围。

总结

PreSens PhoxyCube的核心价值，在于把传统的离线取样检测转变为多孔板内连续、非侵入式的O₂和pH动力学监测。

对于细胞培养、代谢研究、药物筛选和呼吸测量，PhoxyCube能够提供比单一终点数据更完整的过程信息。不过，在选型时仍需重点评估pH量程、孔板规格、一次性耗材成本、样品干扰以及项目验证要求。

如需判断具体实验是否适合使用PhoxyCube，建议提前整理目标参数、预计pH范围、孔板通量、培养温度、样品基质、实验周期和采样间隔，再进行系统配置与耗材评估。