二氧化碳培养箱的原理及选择

　　细胞是构成所有活的有机体的基本单位。要想研究细胞的功能、代谢以及细胞对环境诸因素影响的反应等，需要创造既能使细胞脱离复杂环境的直接影响，又能维持正常生命活动的环境条件。二氧化碳培养箱就是这样一种能使细胞在人工环境正常生长的科学实验装置。二氧化碳培养箱广泛应用于医学 、免疫学、遗传学 、微生物 、农业科学 、药物学的研究和生产 ，已经成为上述领域实验室最普遍使用的常规仪器之一， 其通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞/组织在生物体内的生长环境如恒定的酸碱度(P H值：7.2—7.4)、稳定的温度 (37℃)、较高的相对湿度(95%)、稳定的CO2水平 (5%)，来对细胞/组织进行体外培养的一种装置。用户对二氧化碳培养箱都有两条最基本的要求：一是要求二氧化碳培养箱能够对温度、二氧化碳浓度和湿度提供最精确稳定的控制，以便于其研究工作的进展;二是要求二氧化碳培养箱能够对培养箱内的微生物污染进行有效的防范，并且能够定期消除污染，以保护研究成果，防止样品损失。所以，选购二氧化碳培养箱的老师最关心的当然就是其高可靠性、对污染的防范和控制及使用方便。

　　1 温度控制

　　1.1 加热方式

　　气套式加热和水套式加热 ，两种加热系统都是准确和可靠的，同时他们都有着各自的优点和缺点。水套式加热是通过一个独立的水套层包围内部的箱体来维持温度恒定的，其优点：水是一种很好的绝热物质，当遇到断电的时候，水套式系统就可以比较长时间的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3—4倍 )，有利于实验环境不太稳定 (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的用户选用。气套式加热是通过遍布箱体气套层内的加热器直接对内箱体进行加热的，又叫六面直接加热。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 )。

　　1.2 温控系统

　　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，因此准确可靠的温控系统是培养箱不可或缺的重要部分。为了使培养箱更加稳定的工作 ，用户选用具备相互独立三重温度控制功能的二氧化碳培养箱，即箱内温度控制、超温报警控制和环境温度监控。

　　1.3 温度均一性

　　二氧化碳培养箱箱体内的温度均一性也是用户需要考虑的主要因素，一般在箱体内配备了风扇以及风道的培养箱的均一度要好很多，同时此装置还有助于箱内温度、CO2浓度和相对湿度的迅速恢复。

　　2 二氧化碳浓度控制

　　2.1 两种控制系统 ：

　　红外传感器 (IR)或热导传感器 (TC D)进行测量。两种传感器都是准确的，但都各有优缺点。热导传感器监控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。红外传感器(IR)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。由于IR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敏感，因此IR传感器应用在含 高效空气过滤器的培养箱内比较合适。

　　2.2 CO2测量系统自动校准功能：

　　无论哪种CO2测量系统在使用一段时间后都会产生漂移，而产生漂移后直接会导致箱体内二氧化碳浓度不能稳定在我们的设定值，致使培养失败，所以我们在建议用户选购培养箱考虑选择带有CO2校准功能的培养箱。

　　2.3 CO2浓度均一性：此点与温度均一性的要求类似。

　　3 相对湿度

　　箱内湿度对于培养工作来说是一项非常重要然而又经常被忽略的因素。维持足够的湿度水平并且要有足够快的湿度恢复速度 (如在开关门后 )才能保证不会由于过度干燥而导致培养失败。目前大多数的二氧化碳培养箱是通过增湿盘的蒸发作用产生湿气的，我们在此建议用户在选购二氧化碳培养箱的时候尽量选择湿度恢复较快的培养箱。

　　4 防污染设计和消毒灭菌系统

　　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并且保证仪器箱体内的生物清洁性 ，相继问世了多种消毒灭菌方式，如带有紫外消毒功能的CO2培养箱，还有的设计生产了带过滤器的培养箱，此外，还开发设计了能使箱内达到高温湿热的环境从而杀死污染微生物，达到消毒灭菌 目的的培养箱。这些装置对于细胞培养来说是必不可少 ，但选择何种清洁装置呢?首先 ，我们考虑的当然是各种方式的灭菌能力，紫外消毒能力是与紫外灯距离目标的距离的二次方成反比，距离越远，消毒能力越差，所以紫外消毒方式有其局限性，难以达到彻底灭菌的要求 ;过滤器由于受到过滤膜孔径的影响，无法去除病毒和一些微小细菌，也有局限性;相比较而言，高温消毒是目前比较有效消毒灭菌的方法，高温消毒又分为两类 ，一是传统的高温干热消毒 ，另一种是先进的高温湿热灭菌。接下来我们重点说一下高温干热和高温湿热两种方法的优劣。高温湿热由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，因此该法的灭菌效率比干热灭菌法高。原因有三：①蛋白质凝固所需的温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需的温度愈低。湿热灭菌的菌体蛋白质吸收水分，所以较同一温度的干热空气中易于凝固。②湿热灭菌过程中蒸汽放出大量潜热，加速提高湿度。因而湿热灭菌比干热所需温度低 ，如在同一温度下，则湿热灭菌所需时间比干热短。③湿热的穿透力比干热大，使其深部也能达到灭菌温度，故湿热比干热收效好一些。所以高温消毒并不是简单的看消毒温度，主要是看是否消毒。另外，从使用角度看，湿热消毒一般控制在90℃就能达到很彻底的消毒效果，整个消毒过程中培养箱内的所有附件都不用取出，可以全部进行消毒;而干热消毒为了达到较好的效果，温度一般都在100℃以上，在这种温度下消毒培养箱内的传感器、过滤器等都要在消毒过程中取出，等消毒结束再装上，这样即麻烦，附件又不能同时消毒，而且增加二次污染的几率，再者要达到100℃以上的高温，培养箱的加热系统的电热丝必然要加粗，这会导致培养箱的温度控制难度增加，均一性变差。所以我们建议用户在选购二氧化碳培养箱时选择含高温湿热灭菌方式的培养箱。

　　5 其它因素

　　二氧化碳培养箱的容积也是一个不可忽略的因素，买小了不够用，大了又浪费又占地方。二氧化碳培养箱的可选容积非常广，而且每种类型又有不同的容积可选。此时，就需要您在选购前对所需培养箱容积的范围有一个比较准确的了解，并在此基础上多预留一点空间，以保证不时之需。此外，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的运用，使得二氧化碳培养箱的操作和控制都非常的简便。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。

　　参考文献 二氧化碳培养箱的原理及选择 《生命科学仪器》2007，5(6)