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一般細胞培養(yǎng)液的pH在7.0-7.4之間。由于碳酸鹽pH緩沖系統(tǒng)是一種生理pH緩沖系統(tǒng)（它是人體血液中重要的pH緩沖系統(tǒng)），所以大多數(shù)培養(yǎng)液用它來保持穩(wěn)定的pH。用粉末配制培養(yǎng)液時，常常需要加入一定量的碳酸氫鈉。

對大多數(shù)以碳酸鹽作為pH緩沖系統(tǒng)的培養(yǎng)液而言，以為了維持穩(wěn)定的pH，培養(yǎng)箱中的二氧化碳需要維持在2-10%之間，以保持培養(yǎng)液中溶解的二氧化碳的濃度。同時細胞培養(yǎng)的器皿需要一定程度的透氣，以便于氣體的交換。

問題來了，是不是采用其他pH緩沖系統(tǒng)就不需要二氧化碳培養(yǎng)箱了呢？人們發(fā)現(xiàn)由于空氣中的二氧化碳濃度很低，如果細胞不在二氧化碳培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)液中的HCO3-會被耗盡，這樣會影響細胞的正常生長。所以大部分動物細胞的培養(yǎng)，還是需要二氧化碳培養(yǎng)箱。

CO2培養(yǎng)箱是通過對周圍環(huán)境條件的控制制造出一個能使細胞/組織更好地生長的環(huán)境，條件控制的結(jié)果就會形成一個穩(wěn)定的條件：如恒定的酸堿度（pH值：7.2-7.4）、穩(wěn)定的溫度（37°C）、較高的相對濕度（95％）、穩(wěn)定的CO2水平（5％），這就是為什么上述領(lǐng)域的研究員如此熱衷于使用方便穩(wěn)定可靠的二氧化碳培養(yǎng)箱。 

此外，由于增加了二氧化碳濃度控制，并且使用微控制器對培養(yǎng)箱溫度進行精確控制，使生物細胞，組織等的培養(yǎng)成功率、效率都得到改善?？傊趸寂囵B(yǎng)箱是普通電熱恒溫培養(yǎng)箱不可替代的新型培養(yǎng)箱。 

使用者對二氧化碳培養(yǎng)箱的選購關(guān)心的當然就是其可靠性、污染物的控制和使用方便。CO2培養(yǎng)箱主要控制模擬活體內(nèi)環(huán)境相關(guān)的3個基本變量：穩(wěn)定的CO2水平、溫度、相對濕度。要有穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境，就要考慮這三方面的影響因素，選購時，就應(yīng)該對這些“重中之重"有一定的了解才能選到適合自己的儀器。

 二氧化碳培養(yǎng)箱的加熱方式

1、氣套式加熱

氣套式加熱系統(tǒng)是通過箱體內(nèi)的加熱器直接對箱內(nèi)氣體進行加熱的，又叫六面直接加熱。在箱門頻繁開關(guān)引起的溫度經(jīng)常性改變的情況下能夠迅速恢復(fù)箱體內(nèi)的溫度穩(wěn)定。

2、水套式加熱

水套式培養(yǎng)箱是通過一個獨立的熱水間隔間包圍內(nèi)部的箱體來維持溫度恒定的。熱水通過自然對流在箱體內(nèi)循環(huán)流動，熱量通過輻射傳遞到箱體內(nèi)部從而保持了溫度的恒定。

3、區(qū)別

氣套式比水套式加熱快，溫度的恢復(fù)比較迅速，特別有利于短期以及需要箱門頻繁開關(guān)的培養(yǎng)方式。

對于使用者來說，氣套式設(shè)計操作流程更簡單化，水套式則比較復(fù)雜。但是當遇到斷電的時候，水套式系統(tǒng)能更可靠地長久保持培養(yǎng)箱內(nèi)溫度的準確性和穩(wěn)定性，其維持溫度恒定的時間是氣套式的4-5倍。 

圖2  加熱方式

 圖3  溫度曲線

培養(yǎng)箱中二氧化碳濃度控制
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1）紅外傳感器原理

紅外傳感器（InfraredRadiation，IR）是通過一個光學傳感器來檢測CO2水平的。IR系統(tǒng)包括一個紅外發(fā)射器和一個傳感器，當箱體內(nèi)的CO2吸收了發(fā)射器發(fā)射的部分紅外線之后，傳感器就可以檢測出紅外線的減少量，而被吸收紅外線的量正好對應(yīng)于箱體內(nèi)CO2的水平，從而可以得出箱體內(nèi)CO2的濃度。

2）熱導(dǎo)傳感器原理

熱導(dǎo)傳感器（Thermal Conductivity sensor，TC）監(jiān)控CO2濃度的工作原理是基于對內(nèi)腔空氣熱導(dǎo)率的連續(xù)測量，輸入CO2氣體的低熱導(dǎo)率會使腔內(nèi)空氣的熱導(dǎo)率發(fā)生變化，這樣就會產(chǎn)生一個與CO2濃度直接成正比的電信號。

3）區(qū)別

TC控制系統(tǒng)的一個缺點就是箱內(nèi)溫度和相對濕度的改變會影響傳感器的精確度。當箱門被頻繁打開時，不僅CO2濃度，溫度和相對濕度也會發(fā)生很大的波動，當需要精確的培養(yǎng)條件和頻繁開啟培養(yǎng)箱門時，TC控制系統(tǒng)就不太適用了。 

IR控制系統(tǒng)是通過紅外線減少來確定箱內(nèi)CO2濃度，而箱體內(nèi)顆粒物能夠反射或部分吸收紅外線，使得IR系統(tǒng)對箱體內(nèi)顆粒物的多少比較，IR傳感器應(yīng)用在進氣口具有HEPA高效空氣過濾器的培養(yǎng)箱較合適。

圖4  紅外傳感器、熱導(dǎo)傳感器

二氧化碳培養(yǎng)箱中相對濕度的控制

細胞培養(yǎng)需要維持足夠的濕度水平。大型的二氧化碳培養(yǎng)箱是用蒸汽發(fā)生器或噴霧器來控制相對濕度水平的，而大多數(shù)中、小型培養(yǎng)箱則是通過濕度控制面板的蒸發(fā)作用產(chǎn)生濕氣的，其產(chǎn)生的相對濕度水平可達95-98％。一些培養(yǎng)箱有一個能在加熱的控制面板上保持水份的濕度蓄水池，這樣可以增強蒸發(fā)作用，此蓄水池能增加相對濕度水平達97-98％。

圖6  二氧化碳培養(yǎng)箱中的水盤

二氧化碳培養(yǎng)箱中污染物的控制

生物性污染

如細菌、病毒、真菌，支原體等。這些污染源有可能是人為帶入，或是細胞在放入培養(yǎng)箱前已經(jīng)受污染，再或者是箱體本身沒有消毒干凈，這是常見也是危害大的污染。 

化學性污染

培養(yǎng)箱中許多化學物質(zhì)都可以引起細胞污染。如清洗過程中殘留的洗滌劑、加濕器中未純化的水、人為帶入的液體或氣體都可能成為化學性污染的來源。

物理性污染

培養(yǎng)環(huán)境中的物理因素，如溫度、放射線、振動、輻射（紫外線或熒光）會對細胞產(chǎn)生影響。物理性污染常常被人們所忽視或被籠統(tǒng)地歸為化學性污染，其主要是在代謝水平或分子水平上，影響細胞正常的生理過程。 

氣溶膠污染

氣溶膠是液體或固體微粒均勻地懸浮在氣體介質(zhì)中的分散體系，當微粒是微生物時，就是微生物氣溶膠，微生物氣溶膠可分為兩大類：一類是飛沫核氣溶膠，另一類是粉塵氣溶膠。

二氧化碳培養(yǎng)箱污染防控措施

二氧化碳培養(yǎng)箱的制造商們設(shè)計了多種不同的裝置去減少和防止污染的發(fā)生，其主要是防污染設(shè)計和消毒滅菌系統(tǒng)的改進，以達到消毒滅菌的目的。如帶有紫外消毒功能的二氧化碳培養(yǎng)箱、帶HEPA過濾器的二氧化碳培養(yǎng)箱，以及帶高溫干熱或高溫濕熱消毒的二氧化碳培養(yǎng)箱等。

圖9  HEPA高效濾器能過濾可濾除去99.97%的0.3um以上的顆粒

圖10  高溫干熱或高溫濕熱消毒

此外，自動殺菌裝置能使箱內(nèi)溫度達到90℃從而殺死污染微生物，當它與HEPA系統(tǒng)結(jié)合使用就能夠極大的減少污染。

二氧化碳培養(yǎng)箱的使用注意事項：

1. 儀器應(yīng)放置在平整的地面上，環(huán)境應(yīng)清潔整齊，干燥通風；
2. 儀器使用前，各控制開關(guān)均應(yīng)處于非工作狀態(tài)，調(diào)速旋鈕應(yīng)置于小位置；
3. 不可將流入氣體壓力調(diào)至過大，以免沖破管道及損傷探測器；
4. 關(guān)好培養(yǎng)箱的門，以免氣體外泄，影響試驗效果；
5. 每次停機前，各控制開關(guān)均應(yīng)處于非工作狀態(tài)才切斷電源；
6. 操作密碼設(shè)置需至少3人知道，以免遺忘密碼而無法開啟儀器；
7. 鋼瓶氣體需純凈達標，以免損傷儀器；
8. 保持培養(yǎng)箱內(nèi)空氣干凈，并定期消毒；
9. 經(jīng)常注意箱內(nèi)蒸餾水槽中蒸餾水的量，以保持箱內(nèi)相對濕度，同時避免培養(yǎng)液蒸發(fā)；
10. 不適用于含有易揮發(fā)性化學溶劑，低濃度爆炸氣體和低著火點氣體的物品以及有毒物品的培養(yǎng)。
11. 正確地使用和注意儀器的保養(yǎng)，使其處于良好的工作狀態(tài)，可延長儀器的使用壽命；
12. 制冷系統(tǒng)停止工作后，用軟布擦凈工作腔和玻璃觀察窗；
13. 儀器在連續(xù)工作期間，每三個月應(yīng)做一次定期檢查；檢查是否有水滴，污物等落入電機和外露的制冷元件上；清理壓縮機，冷凝器上的灰塵和污物；檢查保險絲，控制元件及緊固螺釘；
14. 儀器經(jīng)長期使用，自然磨損屬正?，F(xiàn)象，應(yīng)聯(lián)系廠家進行維修。