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    為什么細胞培養需要用二氧化碳培養箱？
    

    日期：2022-10-20瀏覽：1677次
    

    
 
    為什么細胞培養需要用二氧化碳培養箱？

    一般細胞培養液的pH在7.0-7.4之間。由于碳酸鹽pH緩沖系統是一種生理pH緩沖系統（它是人體血液中最重要的pH緩沖系統），所以大多數培養液用它來(lái)保持穩定的pH。用粉末配制培養液時(shí)，常常需要加入一定量的碳酸氫鈉。對大多數以碳酸鹽作為pH緩沖系統的培養液而言，以為了維持穩定的pH，培養箱中的二氧化碳需要維持在2-10%之間，以保持培養液中溶解的二氧化碳的濃度。同時(shí)細胞培養的器皿需要一定程度的透氣，以便于氣體的交換。
    是不是采用其他pH緩沖系統就不需要二氧化碳培養箱了呢？人們發(fā)現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箱中培養，培養液中的HCO3-會(huì )被耗盡，這樣會(huì )影響細胞的正常生長(cháng)。所以大部分動(dòng)物細胞的培養，還是需要二氧化碳培養箱。
        在過(guò)去的數十年間，細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、藥理學(xué)等的研究領(lǐng)域都有了驚人的長(cháng)足進(jìn)步，同時(shí)，這些領(lǐng)域中的技術(shù)應用也不得不跟上“腳步"。雖然典型的生命科學(xué)實(shí)驗室設備有了很大的改變，但二氧化碳培養箱依然是實(shí)驗室中的主要組成部分，其使用的最終目的都是維持和促使細胞和組織更好地生長(cháng)。然而，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，其功能和運作都變得越來(lái)越精確、可靠和方便。如今，二氧化碳培養箱已成為實(shí)驗室使用的常規儀器之一，已廣泛應用于醫學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、微生物、農業(yè)科學(xué)、藥物學(xué)的研究和生產(chǎn)。 
    CO2培養箱是通過(guò)對周?chē)h(huán)境條件的控制制造出一個(gè)能使細胞/組織更好地生長(cháng)的環(huán)境，條件控制的結果就會(huì )形成一個(gè)穩定的條件：如恒定的酸堿度（pH值：7.2-7.4）、穩定的溫度（37°C）、較高的相對濕度（95％）、穩定的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定可靠的二氧化碳培養箱。 
    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箱溫度進(jìn)行精確控制，使生物細胞，組織等的培養成功率、效率都得到改善?？傊?，二氧化碳培養箱是普通電熱恒溫培養箱不可替代的新型培養箱。 
    使用者對二氧化碳培養箱的選購最關(guān)心的當然就是其可靠性、污染物的控制和使用方便。CO2培養箱主要控制模擬活體內環(huán)境相關(guān)的3個(gè)基本變量：穩定的CO2水平、溫度、相對濕度。要有穩定的培養環(huán)境，就要考慮這三方面的影響因素，選購時(shí)，就應該對這些“重中之重"有一定的了解才能選到適合自己的儀器。但是，其它的一些方面的“小"因素也不能忽略，因為這些都會(huì )影響儀器的使用價(jià)值和壽命。選購時(shí)，就應該從各方面的因素加以考慮。
     
    溫度控制：
    保持培養箱內恒定的溫度是維持細胞健康生長(cháng)的重要因素。當選購二氧化碳培養箱時(shí)，有兩種類(lèi)型的加熱結構可供選擇：氣套式加熱和水套式加熱。雖然這兩種加熱系統都是精確和可靠的，但是它們都有著(zhù)各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。水套式培養箱是通過(guò)一個(gè)獨立的熱水間隔間包圍內部的箱體來(lái)維持溫度恒定的。熱水通過(guò)自然對流在箱體內循環(huán)流動(dòng)，熱量通過(guò)輻射傳遞到箱體內部從而保持了溫度的恒定。水套式設計有其優(yōu)點(diǎn)：水是一種很好的絕熱物質(zhì)，當遇到斷電的時(shí)候，水套式系統就能更可靠地長(cháng)久保持培養箱內的溫度準確性和穩定性（維持溫度恒定的時(shí)間是氣套式系統的4-5倍）。如果您的實(shí)驗環(huán)境不太穩定（如有用電限制，或者經(jīng)常停電）并需要保持長(cháng)時(shí)間穩定的培養條件，此時(shí)，水套式設計的二氧化碳培養箱就是您的選擇。而氣套式加熱系統是通過(guò)箱體內的加熱器直接對箱內氣體進(jìn)行加熱的。氣套式設計在箱門(mén)頻繁開(kāi)關(guān)引起的溫度經(jīng)常性改變的情況下能夠迅速恢復箱體內的溫度穩定。因此，氣套式與水套式相比，具有加熱快，溫度的恢復比水套式培養箱迅速的特點(diǎn)，特別有利于短期培養以及需要箱門(mén)頻繁開(kāi)關(guān)的培養。此外，對于使用者來(lái)說(shuō)氣套式設計比水套式更簡(jiǎn)單化（水套式需要對水箱進(jìn)行加水、清空和清洗，并要經(jīng)常監控水箱運作的情況）。在購買(mǎi)氣套式培養箱時(shí)，要注意的是：為了不影響培養，培養箱還應該有一個(gè)風(fēng)扇以保證箱內空氣的流通和循環(huán)，此裝置還有助于箱內溫度、CO2和相對濕度的迅速恢復。 
     
    此外，有些類(lèi)型的二氧化碳培養箱還具備外門(mén)及輔助加熱系統，這個(gè)系統能加熱內門(mén)，提供給細胞良好的濕度環(huán)境，保證細胞滲透壓維持平衡，且可有效防止形成冷凝水以保持培養箱內的濕度和溫度。
     
    CO2控制：
    CO2 濃度探測可通過(guò)兩種控制系統——紅外傳感器（IR）或熱傳導傳感器（TC）進(jìn)行測量。當二氧化碳培養箱的門(mén)被打開(kāi)時(shí)，CO2從箱體內漏出，此時(shí)傳感器就會(huì )探測到CO2濃度的降低，并做出及時(shí)的反應，重新注入CO2使其恢復到原先預設的水平。熱傳導傳感器（TC）監控CO2濃度的工作原理是通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)電熱調節器（一個(gè)調節器暴露于箱體環(huán)境內，另一個(gè)則是封閉的）之間的電阻變化來(lái)實(shí)現的。箱內CO2濃度的變化會(huì )改變兩個(gè)電熱調節器間的電阻，從而促使傳感器產(chǎn)生反應以達到調節CO2水平的作用。TC控制系統的一個(gè)缺點(diǎn)就是箱內溫度和相對濕度的改變會(huì )影響傳感器的精確度。當箱門(mén)被頻繁打開(kāi)時(shí)，不僅CO2濃度，溫度和相對濕度也會(huì )發(fā)生很大的波動(dòng)，因而影響了TC傳感器的精度。當需要精確的培養條件和頻繁開(kāi)啟培養箱門(mén)時(shí)，此控制系統就顯得不太適用了。紅外傳感器（IR）作為另一個(gè)可選擇的控制系統比TC系統具備更精確的CO2控制能力，它是通過(guò)一個(gè)光學(xué)傳感器來(lái)檢測CO2水平的。IR系統包括一個(gè)紅外發(fā)射器和一個(gè)傳感器，當箱體內的CO2吸收了發(fā)射器發(fā)射的部分紅外線(xiàn)之后，傳感器就可以檢測出紅外線(xiàn)的減少量，而被吸收紅外線(xiàn)的量正好對應于箱體內CO2的水平，從而可以得出箱體內CO2的濃度。因為IR系統不會(huì )因溫度和相對濕度的改變而受到影響，所以它比TC系統更精確，特別適用于需要頻繁開(kāi)啟培養箱門(mén)的細胞培養。然而，此系統比TC系統更貴，這時(shí)就要結合經(jīng)費預算進(jìn)行考慮了。
     
    相對濕度控制：
    培養箱內相對濕度的控制是非常重要的，維持足夠的濕度水平才能保證不會(huì )由于過(guò)度干燥而導致培養失敗。大型的二氧化碳培養箱是用蒸汽發(fā)生器或噴霧器來(lái)控制相對濕度水平的，而大多數中、小型培養箱則是通過(guò)濕度控制面板（humidity pans）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％）。一些培養箱有一個(gè)能在加熱的控制面板上保持水份的濕度蓄水池（humidity reservoir），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％。但是，這個(gè)系統也更復雜，由于復雜結構的增加一些難以預料的問(wèn)題也會(huì )在使用過(guò)程中出現。
     
    微處理控制系統：
    每一個(gè)使用者都希望所用的儀器能夠方便好用，微處理控制系統和其它各種功能附件（如高溫自動(dòng)調節和警報裝置、CO2警報裝置、密碼保護設置、自動(dòng)校準系統等等）的運用，就使得二氧化碳培養箱的操作和控制都非常的簡(jiǎn)便。微處理控制系統是維持培養箱內溫度、濕度和CO2 濃度穩態(tài)的操作系統。例如PIC微處理器控制系統，它能?chē)栏窨刂茪怏w的濃度并將其損耗降低水平，以保證培養環(huán)境恒定不變，且能保證長(cháng)期培養過(guò)程中箱內溫度精確，并有LED 顯示，可設置、校正溫度和CO2濃度。不同的微處理系統雖然名字不相同，但是其原理與控制效果則無(wú)甚區別，選購時(shí)不必太在意它們名字上的區別，關(guān)鍵是要自己覺(jué)得使用起來(lái)方便，容易操作，而且要能夠達到所需的控制精度。
    此外，我想一個(gè)報警系統也是不可少的吧，它能讓你及時(shí)知道培養箱出現的情況，并做出反應，從而最大限度地降低了損失，保證實(shí)驗的連續性。有些培養箱有聲/光報警裝置，溫度變化達±0.5℃，或CO2 濃度變化達±5時(shí)，即會(huì )自動(dòng)報警；有些具有CO2濃度異常報警顯示功能。這些裝置都是為了方便使用者，以減少繁瑣枯燥的實(shí)驗過(guò)程而設計的。
     
    污染物的控制：
    污染是導致細胞培養失敗的一個(gè)主要因素，因而，二氧化碳培養箱的制造商們設計了多種不同的裝置去減少和防止污染的發(fā)生，其主要途徑都是盡量減少微生物可以生長(cháng)的區域和表面，并結合自動(dòng)排除污染裝置來(lái)有效防止污染的產(chǎn)生。例如，鑒于CO2培養箱在使用過(guò)程中有時(shí)會(huì )伴有霉菌生長(cháng)，為確保培養箱免受污染且保證儀器箱體內的生物清潔性，有些公司開(kāi)發(fā)設計了帶有紫外清潔功能的增強型CO2培養箱；還有公司設計的*銅外殼HEPA濾器能過(guò)濾培養箱內空氣，可過(guò)濾除去99.97的0.3um以上的顆粒，并能有效殺死過(guò)濾時(shí)被擋在濾器內的微生物顆粒；此外，自動(dòng)殺菌裝置能使箱內溫度達到90℃從而殺死污染微生物，當它與HEPA系統結合使用就能夠極大的減少污染。選擇何種清潔裝置呢？當然功能越多越好，但是價(jià)格也會(huì )隨之上升。如果經(jīng)費有限，只能選擇一個(gè)價(jià)格較便宜的，這時(shí)就應該配合使用一些消毒劑和除菌劑，經(jīng)常進(jìn)行消毒滅菌，也能達到貴儀器的效果，只是比較麻煩一點(diǎn)而已?？傊?，無(wú)論選擇何種裝置，都要時(shí)刻注意保持培養箱的清潔，經(jīng)常清理箱體，這樣才能增加儀器的使用壽命，并使實(shí)驗順利進(jìn)行，保證結果的可靠性。
     
    二氧化碳培養箱的使用注意事項：
    1. 儀器應放置在平整的地面上，環(huán)境應清潔整齊，干燥通風(fēng)；
    2. 儀器使用前，各控制開(kāi)關(guān)均應處于非工作狀態(tài)，調速旋鈕應置于最小位置；
    3. 不可將流入氣體壓力調至過(guò)大，以免沖破管道及損傷探測器；
    4. 關(guān)好培養箱的門(mén)，以免氣體外泄，影響試驗效果；
    5. 每次停機前，各控制開(kāi)關(guān)均應處于非工作狀態(tài)才切斷電源；
    6. 操作密碼設置需至少3人知道，以免遺忘密碼而無(wú)法開(kāi)啟儀器；
    7. 鋼瓶氣體需純凈達標，以免損傷儀器；
    8. 保持培養箱內空氣干凈，并定期消毒；
    9. 經(jīng)常注意箱內蒸餾水槽中蒸餾水的量，以保持箱內相對濕度，同時(shí)避免培養液蒸發(fā)；
    10. 不適用于含有易揮發(fā)性化學(xué)溶劑，低濃度爆炸氣體和低著(zhù)火點(diǎn)氣體的物品以及有毒物品的培養。
    11. 正確地使用和注意儀器的保養，使其處于良好的工作狀態(tài)，可延長(cháng)儀器的使用壽命；
    12. 制冷系統停止工作后，用軟布擦凈工作腔和玻璃觀(guān)察窗；
    13. 儀器在連續工作期間，每三個(gè)月應做一次定期檢查；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(cháng)期使用，自然磨損屬正?，F象，應聯(lián)系廠(chǎng)家進(jìn)行維修。


    
 
    

    

    

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