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。

问题来了，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。

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。

 二氧化碳培养箱的加热方式

1、气套式加热

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，又叫六面直接加热。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。

2、水套式加热

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。

3、区别

气套式比水套式加热快，温度的恢复比较迅速，特别有利于短期以及需要箱门频繁开关的培养方式。

对于使用者来说，气套式设计操作流程更简单化，水套式则比较复杂。但是当遇到断电的时候，水套式系统能更可靠地长久保持培养箱内温度的准确性和稳定性，其维持温度恒定的时间是气套式的4-5倍。 

图2  加热方式

 图3  温度曲线

培养箱中二氧化碳浓度控制
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1）红外传感器原理

红外传感器（InfraredRadiation，IR）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。

2）热导传感器原理

热导传感器（Thermal Conductivity sensor，TC）监控CO2浓度的工作原理是基于对内腔空气热导率的连续测量，输入CO2气体的低热导率会使腔内空气的热导率发生变化，这样就会产生一个与CO2浓度直接成正比的电信号。

3）区别

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，当需要精确的培养条件和频繁开启培养箱门时，TC控制系统就不太适用了。 

IR控制系统是通过红外线减少来确定箱内CO2浓度，而箱体内颗粒物能够反射或部分吸收红外线，使得IR系统对箱体内颗粒物的多少比较，IR传感器应用在进气口具有HEPA高效空气过滤器的培养箱较合适。

图4  红外传感器、热导传感器

二氧化碳培养箱中相对湿度的控制

细胞培养需要维持足够的湿度水平。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，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％。

图6  二氧化碳培养箱中的水盘

二氧化碳培养箱中污染物的控制

生物性污染

如细菌、病毒、真菌，支原体等。这些污染源有可能是人为带入，或是细胞在放入培养箱前已经受污染，再或者是箱体本身没有消毒干净，这是常见也是危害大的污染。 

化学性污染

培养箱中许多化学物质都可以引起细胞污染。如清洗过程中残留的洗涤剂、加湿器中未纯化的水、人为带入的液体或气体都可能成为化学性污染的来源。

物理性污染

培养环境中的物理因素，如温度、放射线、振动、辐射（紫外线或荧光）会对细胞产生影响。物理性污染常常被人们所忽视或被笼统地归为化学性污染，其主要是在代谢水平或分子水平上，影响细胞正常的生理过程。 

气溶胶污染

气溶胶是液体或固体微粒均匀地悬浮在气体介质中的分散体系，当微粒是微生物时，就是微生物气溶胶，微生物气溶胶可分为两大类：一类是飞沫核气溶胶，另一类是粉尘气溶胶。

二氧化碳培养箱污染防控措施

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，其主要是防污染设计和消毒灭菌系统的改进，以达到消毒灭菌的目的。如带有紫外消毒功能的二氧化碳培养箱、带HEPA过滤器的二氧化碳培养箱，以及带高温干热或高温湿热消毒的二氧化碳培养箱等。

图9  HEPA高效滤器能过滤可滤除去99.97%的0.3um以上的颗粒

图10  高温干热或高温湿热消毒

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。

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。