二氧化碳培養箱是在電熱恒溫培養箱或隔水式電熱恒溫培養箱的基礎上增加了箱內

二氧化碳濃度的控制功能。 通過(guò)在培養箱箱體內模擬形成一個(gè)類(lèi)似細胞/組織在生物

體內的生長(cháng)環(huán)境如恒定的酸堿度（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%），來(lái)對細胞/組織進(jìn)行體外培養的一種裝臵。

? 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。

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

二氧化碳培養箱外殼采用冷扎板靜電噴塑，內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。二氧化碳培養箱

? 二氧化碳培養箱能夠對溫度、二氧化碳濃度提供精確穩定的控制，通過(guò)加濕盤(pán)可以提

供濕度，其廣泛應用于細胞、組織培養和某些特殊微生物的培養，常見(jiàn)于細胞動(dòng)力學(xué)

研究、哺乳動(dòng)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、抗原的

研究和生產(chǎn)、培養雜交瘤細胞生產(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。

? 二氧化碳細胞培養箱主要控制模擬活體內環(huán)境相關(guān)的3個(gè)基本變量：溫度、 相對濕度、

穩定的CO2水平。

1.溫度控制：保持培養箱內恒定而準確的溫度是維持細胞健康生長(cháng)的重要因素。

溫度過(guò)高過(guò)低會(huì )直接影響細胞的生長(cháng), 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(guò)pH 值的波動(dòng)來(lái)影響細胞的生長(cháng)。

2.濕度控制： 培養箱內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(huì )由于

過(guò)度干燥而導致培養失敗。

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

長(cháng)所需的濕度, 如果培養箱內的水分蒸發(fā)消耗掉, 細胞的生長(cháng)會(huì )停止或死亡, 因此,

應定期檢查培養箱內的水分, 及時(shí)補充。 大多數中、小型培養箱則是通過(guò)加濕盤(pán)內無(wú)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％（箱內較小的循環(huán)風(fēng)量

下，相對濕度較高） 。二氧化碳培養箱

? 二氧化碳在培養中的作用：

細胞生存、代謝、增殖、分化于培養體系中，首先需要穩定的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），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，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。

? 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 -（碳酸氫根）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。二氧化碳培養箱

? 3. CO2控制：

CO2濃度探測可通過(guò)——紅外傳感器（IR）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。

? 紅外傳感器（IR）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，特別適用于需要頻繁開(kāi)啟培養箱門(mén)的細胞培養。二氧化碳培養箱

? 配氣式CO2濃度控制是通過(guò)分別調節CO2氣體和空氣的流量，調節出來(lái)的CO2濃度。 需通

過(guò)公式計算出濃度%，不能直接顯示，不直觀(guān)。

CO2 % = V CO2 /( V CO2 + V空氣) ×100%

? 公式舉例:

當二氧化碳流量關(guān)閉時(shí)， CO2 % 為0；

當二氧化碳流量調至40ml/min，空氣流量調至760ml/min時(shí)，

CO2 % = 40/（40+760）×100% = 5% ；

當二氧化碳流量調至90ml/min，空氣流量調至360ml/min時(shí)，

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）

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

? 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(cháng)的區域和表面

，并結合自動(dòng)排除污染裝臵來(lái)有效防止污染的產(chǎn)生。

①紫外線(xiàn)滅菌（UVC）：紫外線(xiàn)滅菌是紫外線(xiàn)波長(cháng)在240~280nm范圍內，尤其在波長(cháng)為253.7時(shí)

紫外線(xiàn)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

結構，造成生長(cháng)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(xiàn)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(diǎn)僅能對紫外線(xiàn)所輻射到的區域滅菌（因紫外線(xiàn)穿透力弱），可能留有輻射死角。

? 照射劑量和時(shí)間：不同種類(lèi)的微生物對紫外線(xiàn)的敏感性不同，用紫外線(xiàn)消毒時(shí)必須使用照射

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

10000ｕW.s／c㎡ ；殺滅細菌芽胞時(shí)應達到100000ｕW.s／c㎡ ；病毒對紫外線(xiàn)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(shí)需要照射到以對600000

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

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

的輻照強度，可以計算出需要照射的時(shí)間。例如，用輻照強度為70 uW／c㎡的紫外線(xiàn)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(shí)間是：

100000ｕW.s／c㎡ ÷70ｕW／c㎡ ＝24分鐘。二氧化碳培養箱

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)三維結構的氫

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(jiàn)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．當氣體轉變?yōu)橐后w時(shí)可放出大量熱量，故可迅速提高滅菌物體的溫度。

多數細菌和真菌的營(yíng)養細胞在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(diǎn)℃

50 56

25 74~80

18 80~90

6 145二氧化碳培養箱

? 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(cháng)時(shí)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(shí)間參數。

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

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

瓷器、玻質(zhì)注射器等；二氧化碳培養箱

? ④ HEPA過(guò)濾器： 可過(guò)濾除去99.97%的0.3um以上的顆粒。

生物醫學(xué)的應用

HEPA過(guò)濾器在生物醫學(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

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，醫療使用HEPA濾清系

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

⑤銅合金內膽

銅是具有殺菌作用的最具代表性的金屬，科學(xué)的實(shí)驗結果表明，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(lèi)）生長(cháng)的作用。

Cu在有水的條件下生成的Cu2+（正二價(jià)銅離子）透過(guò)細胞膜，到達細胞的內部，由于

Cu2+ （正二價(jià)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(mén)氏菌和彎曲桿菌菌株的生長(cháng)，減少微生物食品中毒的發(fā)病率。

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

用。在組織細胞培養中，由于培養用器皿而導致支原體污染的情況時(shí)有發(fā)生。銅合金內膽

能夠在不清空培養箱的情況下殺滅支原體，有效地減少支原體污染的發(fā)生。