二氧化碳培養(yǎng)箱是在電熱恒溫培養(yǎng)箱或隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱的基礎(chǔ)上增加了箱內(nèi)

二氧化碳濃度的控制功能。 通過在培養(yǎng)箱箱體內(nèi)模擬形成一個類似細胞/組織在生物

體內(nèi)的生長環(huán)境如恒定的酸堿度（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%），來對細胞/組織進行體外培養(yǎng)的一種裝臵。

? 按加熱方式分為水套式和氣套式兩種。

? 按二氧化碳濃度控制方式分為配氣式和濃度傳感器+濃度控制器兩種。

主要由箱體、 加熱器、溫控儀、 鼓風(fēng)機、濃度控制裝臵、水套夾層（水套式） 等幾部

分組成。

屬于半溫型培養(yǎng)箱，只能運行環(huán)境溫度以上的培養(yǎng)溫度，容易受到環(huán)境溫度的影響。

二氧化碳培養(yǎng)箱外殼采用冷扎板靜電噴塑，內(nèi)膽及水套夾層采用不銹鋼制作，

保溫層采用離心棉或阻燃保溫板作為保溫材料。二氧化碳培養(yǎng)箱

? 二氧化碳培養(yǎng)箱能夠?qū)囟?、二氧化碳濃度提供精確穩(wěn)定的控制，通過加濕盤可以提

供濕度，其廣泛應(yīng)用于細胞、組織培養(yǎng)和某些特殊微生物的培養(yǎng)，常見于細胞動力學(xué)

研究、哺乳動物細胞分泌物的收集、各種物理、化學(xué)因素的致癌或毒理效應(yīng)、抗原的

研究和生產(chǎn)、培養(yǎng)雜交瘤細胞生產(chǎn)抗體、體外授精（IVF）、干細胞、組織工程、藥

物篩選等研究領(lǐng)域。

? 二氧化碳細胞培養(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：溫度、 相對濕度、

穩(wěn)定的CO2水平。

1.溫度控制：保持培養(yǎng)箱內(nèi)恒定而準(zhǔn)確的溫度是維持細胞健康生長的重要因素。

溫度過高過低會直接影響細胞的生長, 另外, 溫度也影響CO2 在液體的溶解度，溫度

越高, 則溶解度降低, 通過pH 值的波動來影響細胞的生長。

2.濕度控制： 培養(yǎng)箱內(nèi)相對濕度是非常重要的，維持足夠的濕度水平才能保證不會由于

過度干燥而導(dǎo)致培養(yǎng)失敗。

細胞最佳的生長濕度是95~100 %, 如果能保持培養(yǎng)箱內(nèi)的水分, 一般均能維持細胞生

長所需的濕度, 如果培養(yǎng)箱內(nèi)的水分蒸發(fā)消耗掉, 細胞的生長會停止或死亡, 因此,

應(yīng)定期檢查培養(yǎng)箱內(nèi)的水分, 及時補充。 大多數(shù)中、小型培養(yǎng)箱則是通過加濕盤內(nèi)無菌

水的蒸發(fā)作用產(chǎn)生濕氣的， 其產(chǎn)生的相對濕度水平可達85-98％（箱內(nèi)較小的循環(huán)風(fēng)量

下，相對濕度較高） 。二氧化碳培養(yǎng)箱

? 二氧化碳在培養(yǎng)中的作用：

細胞生存、代謝、增殖、分化于培養(yǎng)體系中，首先需要穩(wěn)定的PH環(huán)境， 37 ℃環(huán)境下

最佳的CO2濃度是5%，可使PH經(jīng)常保持在7.3左右， PH低于7.0則細胞的代謝活性低下。

? 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)

（它是人體血液中最重要的pH緩沖系統(tǒng)），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，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。

? 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 -（碳酸氫根）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。二氧化碳培養(yǎng)箱

? 3. CO2控制：

CO2濃度探測可通過——紅外傳感器（IR）進行測量。當(dāng)二氧化碳培養(yǎng)箱的門被打開

時， CO2從箱體內(nèi)漏出，此時傳感器就會探測到CO2濃度的降低，并做出及時的反應(yīng)，

重新注入CO2使其恢復(fù)到原先預(yù)設(shè)的水平。

? 紅外傳感器（IR）它是通過一個光學(xué)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(dāng)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。因為IR系統(tǒng)不會因溫度和相

對濕度的改變而受到影響，特別適用于需要頻繁開啟培養(yǎng)箱門的細胞培養(yǎng)。二氧化碳培養(yǎng)箱

? 配氣式CO2濃度控制是通過分別調(diào)節(jié)CO2氣體和空氣的流量，調(diào)節(jié)出來的CO2濃度。 需通

過公式計算出濃度%，不能直接顯示，不直觀。

CO2 % = V CO2 /( V CO2 + V空氣) ×100%

? 公式舉例:

當(dāng)二氧化碳流量關(guān)閉時， CO2 % 為0；

當(dāng)二氧化碳流量調(diào)至40ml/min，空氣流量調(diào)至760ml/min時，

CO2 % = 40/（40+760）×100% = 5% ；

當(dāng)二氧化碳流量調(diào)至90ml/min，空氣流量調(diào)至360ml/min時，

CO2 % = 90/（90+360）×100% = 20% ；

? CO2 % = V CO2 /( V CO2 + V空氣) ×100%

? CO2 % 二氧化碳含量百分比

? V CO2 二氧化碳流量 ml/min （二氧化碳流量為10~100ml/min可調(diào)）

? V空氣 空氣流量 ml/min （空氣流量為160~1600ml/min可調(diào)）二氧化碳培養(yǎng)箱

? 污染物的控制：

污染是導(dǎo)致細胞培養(yǎng)失敗的一個主要因素，因而，二氧化碳培養(yǎng)箱的制造商們設(shè)計了多種不

同的裝臵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的區(qū)域和表面

，并結(jié)合自動排除污染裝臵來有效防止污染的產(chǎn)生。

①紫外線滅菌（UVC）：紫外線滅菌是紫外線波長在240~280nm范圍內(nèi)，尤其在波長為253.7時

紫外線的滅菌作用最強。破壞細菌病毒中的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子

結(jié)構(gòu)，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡，達到滅菌消毒的效果。紫外線可以殺

滅各種微生物，包括細菌繁殖體、芽胞、分支桿菌、病毒、真菌、立克次體和支原體等。

缺點僅能對紫外線所輻射到的區(qū)域滅菌（因紫外線穿透力弱），可能留有輻射死角。

? 照射劑量和時間：不同種類的微生物對紫外線的敏感性不同，用紫外線消毒時必須使用照射

劑量達到殺滅目標(biāo)微生物所需的照射劑量。殺滅一般細菌繁殖體時，應(yīng)使照射劑量達到

10000ｕW.s／c㎡ ；殺滅細菌芽胞時應(yīng)達到100000ｕW.s／c㎡ ；病毒對紫外線的抵抗力介

于細菌繁殖體和芽胞之間；真菌抱子的抵抗力比細菌芽胞更強，有時需要照射到以對600000

ｕW.s／c㎡ ；在消毒的目標(biāo)微生物不詳時，照射劑量不應(yīng)低于100000ｕW.s／c㎡ 。輻照劑

量是所用紫外線燈在照射物品表面處的輻照強度和照射時間的乘積。因此，根據(jù)紫外線光源

的輻照強度，可以計算出需要照射的時間。例如，用輻照強度為70 uW／c㎡的紫外線表面消

毒器近距離照射物品表面；選擇的輻照劑量是100000ｕW.s／c㎡；則需照射的時間是：

100000ｕW.s／c㎡ ÷70ｕW／c㎡ ＝24分鐘。二氧化碳培養(yǎng)箱

②90℃高溫濕熱滅菌

? 濕熱滅菌是利用熱蒸汽滅菌。原因是：

①熱蒸汽對細胞成分的破壞作用更強。水分子的存在有助于破壞維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的氫

鍵和其他相互作用弱鍵，更易使蛋白質(zhì)變性。

蛋白質(zhì)含水量與其凝固溫度成反比(見下表)；

②熱蒸汽比熱空氣穿透力強，能更加有效地殺滅微生物：

③蒸汽存在潛熱．當(dāng)氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時可放出大量熱量，故可迅速提高滅菌物體的溫度。

多數(shù)細菌和真菌的營養(yǎng)細胞在60℃左右處理15min后即可殺死，酵母菌和真菌的胞子要耐

熱些，要用80℃以上的溫度處理才能殺死，而細菌的芽胞更耐熱，一般要在120℃下處理

15min才能殺死。濕熱滅菌常用的方法有常壓蒸汽滅菌和高壓蒸汽滅菌。

蛋白質(zhì)含水量與其凝固溫度的關(guān)系

蛋白質(zhì)含水量% 蛋白質(zhì)凝固點℃

50 56

25 74~80

18 80~90

6 145二氧化碳培養(yǎng)箱

? ③高溫干熱滅菌是指用高溫干熱空氣滅菌的方法。該法適用于耐高溫的玻璃和金屬制

品以及不允許濕熱氣體穿透的油脂（如油性軟膏機制、注射用油等）和耐高溫的粉末

化學(xué)藥品的滅菌，不適合橡膠、塑料及大部分藥品的滅菌。

在干熱狀態(tài)下，由于熱穿透力較差，微生物的耐熱性較強，必須長時間受高溫的作用才

能達到滅菌的目的。因此，干熱空氣滅菌法采用的溫度一般比濕熱滅菌法高。為了保

證滅菌效果，干熱滅菌條件一般為（160?170℃） ×120min以上、 (170?180℃）

×60min以上或250℃×45min以上，也可采用其他溫度和時間參數(shù)。

細菌的繁殖體在干燥狀態(tài)下， 80℃～100℃ 1小時可被殺死； 芽胞需要加熱至160℃～

170℃ 2小時才殺滅，可殺滅包括芽胞在內(nèi)的所有微生物。適用于耐高溫的玻璃器皿、

瓷器、玻質(zhì)注射器等；二氧化碳培養(yǎng)箱

? ④ HEPA過濾器： 可過濾除去99.97%的0.3um以上的顆粒。

生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

HEPA過濾器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，主要用于濾除空氣中的細菌和病毒等有機體，因而，可以預(yù)

防和控制細菌和病毒等有機體所造成的相關(guān)疾病的傳染傳播。一般，醫(yī)療使用HEPA濾清系

統(tǒng)也合并使用高能紫外光模塊，殺滅過濾介質(zhì)中的病毒和活細菌。

⑤銅合金內(nèi)膽

銅是具有殺菌作用的最具代表性的金屬，科學(xué)的實驗結(jié)果表明，銅具有抑制各種有礙健康

的細菌、病毒和水中微生物（如藻類）生長的作用。

Cu在有水的條件下生成的Cu2+（正二價銅離子）透過細胞膜，到達細胞的內(nèi)部，由于

Cu2+ （正二價銅離子）為重金屬離子，能使某些酶變性，從而破壞它們的新陳代謝，殺

死微生物。人們廣泛使用銅合金制成的食物器皿盛裝食品，因銅的表面可以有效抑制細菌

，如能夠阻止沙門氏菌和彎曲桿菌菌株的生長，減少微生物食品中毒的發(fā)病率。

銅合金內(nèi)膽材料不但具有殺菌作用，對于細胞培養(yǎng)中頗為棘手的支原體同樣具有殺滅作

用。在組織細胞培養(yǎng)中，由于培養(yǎng)用器皿而導(dǎo)致支原體污染的情況時有發(fā)生。銅合金內(nèi)膽

能夠在不清空培養(yǎng)箱的情況下殺滅支原體，有效地減少支原體污染的發(fā)生。