なぜ私のCO2インキュベーターに結露が発生するのですか？
使用する際CO2インキュベーター細胞を培養する場合、添加する液体の量や培養サイクルが異なるため、インキュベーター内の相対湿度に対する要求も異なります。
96ウェル細胞培養プレートを用いた長期培養実験では、1ウェルあたりに添加する液体の量が少ないため、37℃で長時間蒸発すると培養液が乾燥してしまうリスクがある。
例えば、インキュベーター内の相対湿度を90%以上に高めると、液体の蒸発を効果的に抑制できますが、新たな問題が発生しました。多くの細胞培養実験者は、高湿度条件下ではインキュベーター内に結露が発生しやすく、結露の発生が制御されないとどんどん蓄積され、細胞培養に細菌感染のリスクをもたらすことを発見しました。
つまり、インキュベーター内で結露が発生するのは、相対湿度が高すぎるためということでしょうか？
まず、相対湿度の概念を理解する必要があります。相対湿度（相対湿度、RH）は空気中の実際の水蒸気量であり、同じ温度における飽和水蒸気含有率です。式で表すと次のようになります。
.png)
相対湿度は、空気中の水蒸気含有量と空気中の水蒸気の最大含有量との比率を表す。
具体的には：
* 0% RH:空気中には水蒸気は存在しない。
* 100% RH:空気は水蒸気で飽和状態にあり、これ以上水蒸気を保持できないため、結露が発生する。
* 相対湿度50%:これは、空気中の現在の水蒸気量が、その温度における飽和水蒸気量の半分であることを示しています。温度が37℃の場合、飽和水蒸気圧は約6.27kPaです。したがって、相対湿度50%における水蒸気圧は約3.135kPaとなります。
飽和水蒸気圧は、ある温度において液体の水とその水蒸気が動的平衡状態にあるときに、気相中の水蒸気によって発生する圧力のことである。
具体的には、密閉系（例えば、密閉されたRadobio CO2インキュベーター）内で水蒸気と液体の水が共存する場合、水分子は時間の経過とともに液体状態から気体状態（蒸発）へと変化し続け、同時に気体状の水分子も液体状態（凝縮）へと変化し続けます。
ある時点で蒸発速度と凝縮速度が等しくなり、その時点での蒸気圧は飽和水蒸気圧となる。
1. 動的平衡：水と水蒸気が閉鎖系内で共存し、蒸発と凝縮が平衡状態に達すると、系内の水蒸気圧は変化しなくなり、このときの圧力は飽和水蒸気圧である。
2. 温度依存性：飽和水蒸気圧は温度によって変化します。温度が上昇すると、水分子の運動エネルギーが増加し、より多くの水分子が気相に移行できるため、飽和水蒸気圧は上昇します。逆に、温度が低下すると、飽和水蒸気圧は低下します。
3. 特徴：飽和水圧は純粋に物質の特性パラメータであり、液体の量には依存せず、温度のみに依存します。
飽和水蒸気圧を計算するためによく用いられる公式は、アントワン式である。
水の場合、アントワン定数は温度範囲によって異なる値をとります。一般的な定数のセットは以下のとおりです。
* A=8.07131
* B=1730.63
* C=233.426
この定数セットは、1℃から100℃までの温度範囲に適用されます。
これらの定数を用いて計算すると、37℃における飽和水圧は6.27kPaであることがわかる。
では、摂氏37度（℃）の空気中で飽和水蒸気圧の状態にあるとき、空気中にはどれくらいの水が含まれているのでしょうか？
飽和水蒸気の質量含有量（絶対湿度）を計算するには、クラウジウス・クラペイロンの式を使用できます。
飽和水蒸気圧：37℃における飽和水蒸気圧は6.27kPaです。
温度をケルビンに変換すると、T=37+273.15=310.15 K となります。
式に代入すると：
.png)
計算によって得られた結果は約44.6 g/m³である。
37℃における飽和時の水蒸気量（絶対湿度）は約44.6g/m³です。これは、空気1立方メートルあたり44.6グラムの水蒸気を含むことができることを意味します。
180リットルのCO2インキュベーターには、約8グラムの水蒸気しか保持できません。加湿パンや培養容器に液体が満たされると、相対湿度は容易に高い値に達し、飽和湿度に近い値になることもあります。
相対湿度が100％に達すると、水蒸気が凝結し始めます。この時点で、空気中の水蒸気量は現在の温度で保持できる最大値、すなわち飽和状態に達します。水蒸気量がさらに増加したり、温度が低下したりすると、水蒸気は凝結して液体の水になります。
相対湿度が95％を超えると結露が発生することもあります。しかし、これは気温、空気中の水蒸気量、地表面温度などの他の要因にも左右されます。これらの影響要因は以下のとおりです。
1. 気温の低下：空気中の水蒸気量が飽和状態に近い場合、わずかな温度低下や水蒸気量の増加でも結露が発生する可能性があります。例えば、インキュベーター内の温度変動は結露の発生につながるため、インキュベーター内の温度をより安定させることで、結露の発生を抑制する効果が得られます。
2. 露点温度以下の局所的な地表面温度：局所的な表面温度が露点温度よりも低い場合、水蒸気はこれらの表面上で水滴に凝縮するため、インキュベーターの温度均一性が高いほど、凝縮の抑制において優れた性能を発揮します。
3. 水蒸気量の増加：例えば、加湿パンや多量の液体が入った培養容器、そして密閉性の高いインキュベーターなどでは、インキュベーター内の空気中の水蒸気量が現在の温度における最大容量を超えると、温度が変化しなくても結露が発生します。
したがって、温度制御が良好なCO2インキュベーターは明らかに結露の発生を抑制する効果があるが、相対湿度が95％を超えたり飽和状態に達したりすると、結露の可能性が大幅に高まる。したがって、細胞培養を行う際には、良質なCO2インキュベーターを選ぶことに加えて、高湿度を追求することによって生じる結露のリスクを避けるよう努めるべきである。
投稿日時：2024年7月23日