为什么细胞培养需要用二氧化碳培养箱？

点击次数：2185 更新时间：2022-11-28

为什么细胞培养需要用二氧化碳培养箱？

一般细胞培养液的pH在7.0-7.4之间。由于碳酸盐pH缓冲系统是一种生理pH缓冲系统（它是人体血液中最重要的pH缓冲系统），所以大多数培养液用它来保持稳定的pH。用粉末配制培养液时，常常需要加入一定量的碳酸氢钠。对大多数以碳酸盐作为pH缓冲系统的培养液而言，以为了维持稳定的pH，培养箱中的二氧化碳需要维持在2-10%之间，以保持培养液中溶解的二氧化碳的浓度。同时细胞培养的器皿需要一定程度的透气，以便于气体的交换。

是不是采用其他pH缓冲系统就不需要二氧化碳培养箱了呢？人们发现由于空气中的二氧化碳浓度很低，如果细胞不在二氧化碳培养箱中培养，培养液中的HCO3-会被耗尽，这样会影响细胞的正常生长。所以大部分动物细胞的培养，还是需要二氧化碳培养箱。

在过去的数十年间，细胞生物学、分子生物学、药理学等的研究领域都有了惊人的长足进步，同时，这些领域中的技术应用也不得不跟上“脚步"。虽然典型的生命科学实验室设备有了很大的改变，但二氧化碳培养箱依然是实验室中的主要组成部分，其使用的最终目的都是维持和促使细胞和组织更好地生长。然而，随着技术的进步，其功能和运作都变得越来越精确、可靠和方便。如今，二氧化碳培养箱已成为实验室普遍使用的常规仪器之一，已广泛应用于医学、免疫学、遗传学、微生物、农业科学、药物学的研究和生产。

CO2培养箱是通过对周围环境条件的控制制造出一个能使细胞/组织更好地生长的环境，条件控制的结果就会形成一个稳定的条件：如恒定的酸碱度（pH值：7.2-7.4）、稳定的温度（37°C）、较高的相对湿度（95％）、稳定的CO2水平（5％），这就是为什么上述领域的研究员如此热衷于使用方便稳定可靠的二氧化碳培养箱。

此外，由于增加了二氧化碳浓度控制，并且使用微控制器对培养箱温度进行精确控制，使生物细胞，组织等的培养成功率、效率都得到改善。总之，二氧化碳培养箱是普通电热恒温培养箱不可替代的新型培养箱。

使用者对二氧化碳培养箱的选购最关心的当然就是其可靠性、污染物的控制和使用方便。CO2培养箱主要控制模拟活体内环境相关的3个基本变量：稳定的CO2水平、温度、相对湿度。要有稳定的培养环境，就要考虑这三方面的影响因素，选购时，就应该对这些“重中之重"有一定的了解才能选到适合自己的仪器。但是，其它的一些方面的“小"因素也不能忽略，因为这些都会影响仪器的使用价值和寿命。选购时，就应该从各方面的因素加以考虑。

温度控制：

保持培养箱内恒定的温度是维持细胞健康生长的重要因素。当选购二氧化碳培养箱时，有两种类型的加热结构可供选择：气套式加热和水套式加热。虽然这两种加热系统都是精确和可靠的，但是它们都有着各自的优点和缺点。水套式培养箱是通过一个独立的热水间隔间包围内部的箱体来维持温度恒定的。热水通过自然对流在箱体内循环流动，热量通过辐射传递到箱体内部从而保持了温度的恒定。水套式设计有其优点：水是一种很好的绝热物质，当遇到断电的时候，水套式系统就能更可靠地长久保持培养箱内的温度准确性和稳定性（维持温度恒定的时间是气套式系统的4-5倍）。如果您的实验环境不太稳定（如有用电限制，或者经常停电）并需要保持长时间稳定的培养条件，此时，水套式设计的二氧化碳培养箱就是您好的选择。而气套式加热系统是通过箱体内的加热器直接对箱内气体进行加热的。气套式设计在箱门频繁开关引起的温度经常性改变的情况下能够迅速恢复箱体内的温度稳定。因此，气套式与水套式相比，具有加热快，温度的恢复比水套式培养箱迅速的特点，特别有利于短期培养以及需要箱门频繁开关的培养。此外，对于使用者来说气套式设计比水套式更简单化（水套式需要对水箱进行加水、清空和清洗，并要经常监控水箱运作的情况）。在购买气套式培养箱时，要注意的是：为了不影响培养，培养箱还应该有一个风扇以保证箱内空气的流通和循环，此装置还有助于箱内温度、CO2和相对湿度的迅速恢复。

此外，有些类型的二氧化碳培养箱还具备外门及辅助加热系统，这个系统能加热内门，提供给细胞良好的湿度环境，保证细胞渗透压维持平衡，且可有效防止形成冷凝水以保持培养箱内的湿度和温度。如果您的培养环境需要精确的控制，那么这个辅助系统则是不可少的。

CO2控制：

CO2 浓度探测可通过两种控制系统——红外传感器（IR）或热传导传感器（TC）进行测量。当二氧化碳培养箱的门被打开时，CO2从箱体内漏出，此时传感器就会探测到CO2浓度的降低，并做出及时的反应，重新注入CO2使其恢复到原先预设的水平。热传导传感器（TC）监控CO2浓度的工作原理是通过测量两个电热调节器（一个调节器暴露于箱体环境内，另一个则是封闭的）之间的电阻变化来实现的。箱内CO2浓度的变化会改变两个电热调节器间的电阻，从而促使传感器产生反应以达到调节CO2水平的作用。TC控制系统的一个缺点就是箱内温度和相对湿度的改变会影响传感器的精确度。当箱门被频繁打开时，不仅CO2浓度，温度和相对湿度也会发生很大的波动，因而影响了TC传感器的精度。当需要精确的培养条件和频繁开启培养箱门时，此控制系统就显得不太适用了。红外传感器（IR）作为另一个可选择的控制系统比TC系统具备更精确的CO2控制能力，它是通过一个光学传感器来检测CO2水平的。IR系统包括一个红外发射器和一个传感器，当箱体内的CO2吸收了发射器发射的部分红外线之后，传感器就可以检测出红外线的减少量，而被吸收红外线的量正好对应于箱体内CO2的水平，从而可以得出箱体内CO2的浓度。因为IR系统不会因温度和相对湿度的改变而受到影响，所以它比TC系统更精确，特别适用于需要频繁开启培养箱门的细胞培养。然而，此系统比TC系统更贵，这时就要结合经费预算进行考虑了。

相对湿度控制：

培养箱内相对湿度的控制是非常重要的，维持足够的湿度水平才能保证不会由于过度干燥而导致培养失败。大型的二氧化碳培养箱是用蒸汽发生器或喷雾器来控制相对湿度水平的，而大多数中、小型培养箱则是通过湿度控制面板（humidity pans）的蒸发作用产生湿气的（其产生的相对湿度水平可达95-98％）。一些培养箱有一个能在加热的控制面板上保持水份的湿度蓄水池（humidity reservoir），这样可以增强蒸发作用，此蓄水池能增加相对湿度水平达97-98％。但是，这个系统也更复杂，由于复杂结构的增加一些难以预料的问题也会在使用过程中出现。

微处理控制系统：

每一个使用者都希望所用的仪器能够方便好用，微处理控制系统和其它各种功能附件（如高温自动调节和警报装置、CO2警报装置、密码保护设置、自动校准系统等等）的运用，就使得二氧化碳培养箱的操作和控制都非常的简便。微处理控制系统是维持培养箱内温度、湿度和CO2 浓度稳态的操作系统。例如PIC微处理器控制系统，它能严格控制气体的浓度并将其损耗降极低水平，以保证培养环境恒定不变，且能保证长期培养过程中箱内温度精确，并有LED 显示，可设置、校正温度和CO2浓度。不同的微处理系统虽然名字不相同，但是其原理与控制效果则无甚区别，选购时不必太在意它们名字上的区别，关键是要自己觉得使用起来方便，容易操作，而且要能够达到所需的控制精度。

此外，我想一个报警系统也是不可少的吧，它能让你及时知道培养箱出现的情况，并做出反应，从而最大限度地降低了损失，保证实验的连续性。有些培养箱有声/光报警装置，温度变化达±0.5℃，或CO2 浓度变化达±5时，即会自动报警；有些具有CO2浓度异常报警显示功能。这些装置都是为了方便使用者，以减少繁琐枯燥的实验过程而设计的。

污染物的控制：

污染是导致细胞培养失败的一个主要因素，因而，二氧化碳培养箱的制造商们设计了多种不同的装置去减少和防止污染的发生，其主要途径都是尽量减少微生物可以生长的区域和表面，并结合自动排除污染装置来有效防止污染的产生。例如，鉴于CO2培养箱在使用过程中有时会伴有霉菌生长，为确保培养箱免受污染且保证仪器箱体内的生物清洁性，有些公司开发设计了带有紫外清洁功能的增强型CO2培养箱；还有公司设计的*铜外壳HEPA滤器能过滤培养箱内空气，可过滤除去99.97的0.3um以上的颗粒，并能有效杀死过滤时被挡在滤器内的微生物颗粒；此外，自动杀菌装置能使箱内温度达到90℃从而杀死污染微生物，当它与HEPA系统结合使用就能够极大的减少污染。这些装置对于细胞培养来说是不可少，但选择何种清洁装置呢？当然功能越多越好的适用，但是价格也会随之上升。如果经费有限，只能选择一个价格较便宜的，这时就应该配合使用一些消毒剂和除菌剂，经常进行消毒灭菌，也能达到贵仪器的效果，只是比较麻烦一点而已。总之，无论选择何种装置，都要时刻注意保持培养箱的清洁，经常清理箱体，这样才能增加仪器的使用寿命，并使实验顺利进行，保证结果的可靠性。

二氧化碳培养箱的使用注意事项：
1. 仪器应放置在平整的地面上，环境应清洁整齐，干燥通风；
2. 仪器使用前，各控制开关均应处于非工作状态，调速旋钮应置于最小位置；
3. 不可将流入气体压力调至过大，以免冲破管道及损伤探测器；
4. 关好培养箱的门，以免气体外泄，影响试验效果；
5. 每次停机前，各控制开关均应处于非工作状态才切断电源；
6. 操作密码设置需至少3人知道，以免遗忘密码而无法开启仪器；
7. 钢瓶气体需纯净达标，以免损伤仪器；
8. 保持培养箱内空气干净，并定期消毒；
9. 经常注意箱内蒸馏水槽中蒸馏水的量，以保持箱内相对湿度，同时避免培养液蒸发；
10. 不适用于含有易挥发性化学溶剂，低浓度爆炸气体和低着火点气体的物品以及有毒物品的培养。
11. 正确地使用和注意仪器的保养，使其处于良好的工作状态，可延长仪器的使用寿命；
12. 制冷系统停止工作后，用软布擦净工作腔和玻璃观察窗；
13. 仪器在连续工作期间，每三个月应做一次定期检查；检查是否有水滴，污物等落入电机和外露的制冷元件上；清理压缩机，冷凝器上的灰尘和污物；检查保险丝，控制元件及紧固螺钉；
14. 仪器经长期使用，自然磨损属正常现象，应联系厂家进行维修。

上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。
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简户拥有一支的研发、生产和售后服务队伍，从产品的研发到售后服务，每一个环节都以客户的观点与需求作为思考的出发点，目前拥有博士学位2人，硕士5人，参与环境试验箱国家标准起草和发行。企业制定标准，行业里通过ISO9001。是中国仪器仪表学会会员和理事单位。曾荣获CCTV《中国仪器仪表20强品牌》殊荣，2010年入驻上海世博会民企馆。简户自创办以来，参与3项国家标准起草与制定，获得40+件原创知识产权、软著、集成电路)，6次获得上海科技型中小企业称号，合作过3200+家合作客户(其中世界500强高校600家)。
　　
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