摘要 隨著人類對生命科學(xué)*域研究進(jìn)入到細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)階段，培養(yǎng)細(xì)胞或組織越來越成為比較常用的研究手段，那么選擇什么樣的培養(yǎng)箱來達(dá)到成功培養(yǎng)細(xì)胞或組織的目的，我想很多以前未使用過它的研究人員不會很了解。本文旨在用通俗的語言來普及二氧化碳培養(yǎng)箱的基礎(chǔ)知識，以為廣大研究人員提供些幫助。
 
關(guān)鍵詞 二氧化碳培養(yǎng)箱，水套，氣套，T C D ，I R
細(xì)胞是構(gòu)成所有活的有機(jī)體的基本單位。要想研究細(xì)胞的功能、代謝以及細(xì)胞對環(huán)境諸因素影響的反應(yīng)等，需要創(chuàng)造既能使細(xì)胞脫離復(fù)雜環(huán)境的直接影響，又能維持正常生命活動的環(huán)境條件。二氧化碳培養(yǎng)箱就是這樣一種能使細(xì)胞在人工環(huán)境正常生長的科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
 
二氧化碳培養(yǎng)箱廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、微生物、農(nóng)業(yè)科學(xué)、藥物學(xué)的研究和生產(chǎn)，已經(jīng)成為上述*域?qū)嶒?yàn)室**普遍使用的常規(guī)儀器之一，其通過在培養(yǎng)箱箱體內(nèi)模擬形成一個(gè)類似細(xì)胞 / 組織在生物體內(nèi)的生長環(huán)境如恒定的酸堿度（p H 值：7 . 2 - 7 . 4 ）、穩(wěn)定的溫度（3 7 ℃）、較高的相對濕度（9 5 % ）、穩(wěn)定的 C O 2 水平（5 % ），來對細(xì)胞 / 組織進(jìn)行體外培養(yǎng)的一種裝置。
 
全世界的用戶對二氧化碳培養(yǎng)箱都有兩條**基本的要求：一是要求二氧化碳培養(yǎng)箱能夠?qū)囟取⒍趸紳舛群蜐穸忍峁?*精確穩(wěn)定的控制，以便于其研究工作的進(jìn)展；二是要求二氧化碳培養(yǎng)箱能夠?qū)ε囵B(yǎng)箱內(nèi)的微生物污染進(jìn)行有效的防范，并且能夠定期消除污染，以保護(hù)研究成果，防止樣品損失。所以，選購二氧化碳培養(yǎng)箱的老師**關(guān)心的當(dāng)然就是其高可靠性、對污染的防范和控制及使用方便。
 
1 溫度控制
 
1.1 加熱方式
 
氣套式加熱和水套式加熱，兩種加熱系統(tǒng)都是精確和可靠的，同時(shí)他們都有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。水套式加熱是通過一個(gè)獨(dú)立的水套層包圍內(nèi)部的箱體來維持溫度恒定的，其優(yōu)點(diǎn)：水是一種很好的jue熱物質(zhì)，當(dāng)遇到斷電的時(shí)候，水套式系統(tǒng)就可以比較長時(shí)間的保持培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性（維持溫度恒定的時(shí)間是氣套式系統(tǒng)的3-4倍），有利于實(shí)驗(yàn)環(huán)境不太穩(wěn)定（如有用電限制，或者經(jīng)常停電）并需要保持長時(shí)間穩(wěn)定的培養(yǎng)條件的用戶選用。氣套式加熱是通過遍布箱體氣套層內(nèi)的加熱器直接對內(nèi)箱體進(jìn)行加熱的，又叫六面直接加熱。氣套式與水套式相比，具有加熱快，溫度的恢復(fù)比水套式培養(yǎng)箱迅速的特點(diǎn)，特別有利于短期培養(yǎng)以及需要箱門頻繁開關(guān)的培養(yǎng)。此外，對于使用者來說氣套式設(shè)計(jì)比水套式更簡單化（水套式需要對水箱進(jìn)行加水、清空和清洗，并要經(jīng)常監(jiān)控水箱運(yùn)作的情況）。
 
1.2 溫控系統(tǒng)
 
保持培養(yǎng)箱內(nèi)恒定的溫度是維持細(xì)胞健康生長的重要因素，因此精確可靠的溫控系統(tǒng)是培養(yǎng)箱不可或缺的重要部分。為了使培養(yǎng)箱更加穩(wěn)定的工作，我們推薦用戶選用具備相互獨(dú)立三重溫度控制功能的二氧化碳培養(yǎng)箱，即箱內(nèi)溫度控制、超溫報(bào)警控制和環(huán)境溫度監(jiān)控。
 
目前市面上擁有此功能的二氧化碳培養(yǎng)箱極少，而 Heal Force（力康）牌 HF90 氣套式二氧化碳培養(yǎng)箱能夠做到。HF90 的獨(dú)立箱內(nèi)溫度控制系統(tǒng)保證培養(yǎng)箱內(nèi)溫度能夠精確地穩(wěn)定在用戶的設(shè)定值上，并且主加熱系統(tǒng)具有正常 / 緩慢兩種加熱模式，更加耐受室溫較高的環(huán)境使用，我們知道培養(yǎng)箱的**低工作溫度一般是高于室溫5℃，如果沒有緩慢加熱模式就非常容易在夏天高溫天氣（如室溫 30℃左右時(shí)）產(chǎn)生箱內(nèi)溫度過高；HF90 的獨(dú)立超溫報(bào)警功能能夠快速準(zhǔn)確的在培養(yǎng)箱內(nèi)溫度高于培養(yǎng)溫度1℃時(shí)，切斷培養(yǎng)箱的主加熱系統(tǒng)，同時(shí)聲光報(bào)警；HF90的環(huán)境溫度監(jiān)控可以根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱外門輔助加熱系統(tǒng)的功率，達(dá)到精確控制箱體內(nèi)溫度的目的。
 
1.3 溫度均一性

二氧化碳培養(yǎng)箱箱體內(nèi)的溫度均一性也是用戶需 要考慮的主要因素，一般在箱體內(nèi)配備了風(fēng)扇以及風(fēng)道的培養(yǎng)箱的均一度要好很多，同時(shí)此裝置還有助于箱內(nèi)溫度、CO2 濃度和相對濕度的迅速恢復(fù)。當(dāng)然，風(fēng)扇 / 風(fēng)道的優(yōu)化也是同等重要的，大直徑風(fēng)扇相比其他品牌培養(yǎng)箱的風(fēng)扇，能夠在低轉(zhuǎn)速（低風(fēng)速）時(shí)產(chǎn)生大的空氣循環(huán)流量，在達(dá)到均一性目的的同時(shí)，降低風(fēng)速、減少箱內(nèi)震動。降低風(fēng)速、減少震動同時(shí)也就大大提高了箱內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)的成功率。

2   二氧化碳濃度控制

2.1   兩種控制系統(tǒng)：
紅外傳感器（I R ）或熱導(dǎo)傳感器（T C D ）進(jìn)行測量。兩種傳感器都是準(zhǔn)確的，但都各有優(yōu)缺點(diǎn)。熱導(dǎo)傳感器監(jiān)控 CO2 濃度的工作原理是基于對內(nèi)腔空氣熱導(dǎo)率的連續(xù)測量,輸入 CO2 氣體的低熱導(dǎo)率會使腔內(nèi)空氣的熱導(dǎo)率發(fā)生變化,這樣就會產(chǎn)生一個(gè)與 C O 2  濃度直接成正比的電信號。紅外傳感器（IR）它是通過一個(gè)光學(xué)傳感器來檢測 CO2 水平的。
IR 系統(tǒng)包括一個(gè)紅外發(fā)射器和一個(gè)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。由于 IR 系統(tǒng)是通過紅外線減少來確定箱內(nèi) CO2 濃度，而箱體內(nèi)顆粒物能夠反射或部分吸收紅外線，使得 IR 系統(tǒng)對箱體內(nèi)顆粒物的多少比較敏感，因此 IR 傳感器應(yīng)用在含 HEPA 高效空氣過濾器的培養(yǎng)箱內(nèi)比較合適。

2.2   C O 2 測量系統(tǒng)自動校準(zhǔn)功能：

無論哪種 CO2 測量系統(tǒng)在使用一段時(shí)間后都會產(chǎn)生漂移，而產(chǎn)生漂移后直接會導(dǎo)致箱體內(nèi)二氧化碳濃度不能穩(wěn)定在我們的設(shè)定值，致使培養(yǎng)失敗，所以我們在這里強(qiáng)烈建議用戶在選購培養(yǎng)箱時(shí)必須要選擇帶有 CO 2 測量系統(tǒng)自動校準(zhǔn)功能的培養(yǎng)箱。

2.3 C O 2 濃度均一性：此點(diǎn)與溫度均一性的要求類似，在此就不做贅述。

3 相對濕度 
  
   
箱內(nèi)濕度對于培養(yǎng)工作來說是一項(xiàng)非常重要然而又經(jīng)常被忽略的因素。維持足夠的濕度水平并且要有足夠快的濕度恢復(fù)速度（如在開關(guān)門后）才能保證不會由于過度干燥而導(dǎo)致培養(yǎng)失敗。目前大多數(shù)的CO2培養(yǎng)箱是通過增濕盤的蒸發(fā)作用產(chǎn)生濕氣的（其產(chǎn)生的相對濕度水平可達(dá) 95% 左右，但開門后濕度恢復(fù)速度很慢）。我們在此建議用戶在選購CO2培養(yǎng)箱的時(shí)候盡量選擇濕度蒸發(fā)面積大的培養(yǎng)箱，因?yàn)槲覀冎罎穸日舭l(fā)面積越大，越容易達(dá)到**大相對飽和濕度并且開關(guān)門后的濕度恢復(fù)的時(shí)間越短。


4 防污染設(shè)計(jì)和消毒滅菌系統(tǒng)
   
污染是導(dǎo)致細(xì)胞培養(yǎng)失敗的一個(gè)主要因素，因而，二氧化碳培養(yǎng)箱的制造商們設(shè)計(jì)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的區(qū)域和表面，并結(jié)合自動排除污染裝置來有效防止污染的產(chǎn)生。例如，鑒于CO2 培養(yǎng)箱在使用過程中有時(shí)會伴有霉菌生長，為確保培養(yǎng)箱免受污染并且保證儀器箱體內(nèi)的生物清潔性，相繼問世了多種消毒滅菌方式，如帶有紫外消毒功能的 C O 2 培養(yǎng)箱這些裝置對于細(xì)胞培養(yǎng)來說是必不可少，但H F 1 5 1 U V 和 H F 2 1 2 U V 二氧化碳培養(yǎng)箱）；還有的設(shè)計(jì)生產(chǎn)了 HEPA 過濾器能過濾培養(yǎng)箱內(nèi)空氣，可過濾除去 99.97% 的 0.3 微米以上的顆粒；此外，還開發(fā)設(shè)計(jì)了能使箱內(nèi)達(dá)到高溫濕熱的環(huán)境從而殺死污染微生物，達(dá)到消毒滅菌目的的培養(yǎng)箱（如選擇何種清潔裝置呢？shou先，我們考慮的當(dāng)然是各種方式的滅菌能力，紫外消毒能力是與紫外燈距離目標(biāo)的距離的二次方成反比，距離越遠(yuǎn)，消毒能力越差，所以紫外消毒方式有其局限性，難以達(dá)到徹底滅菌的要求；H E P A 過濾器由于受到過濾膜孔徑的影響，無法去除病毒和一些微小細(xì)菌，也有其局限性；相比較而言，高溫消毒是目前比較有效消毒滅菌的方法，高溫消毒又分為兩類，一是傳統(tǒng)的高溫干熱消毒，另一種是先進(jìn)的高溫濕熱滅菌。
接下來我們重點(diǎn)說一下高溫干熱和高溫濕熱兩種方法的優(yōu)劣。高溫濕熱由于蒸汽潛熱大，穿透力強(qiáng)，容易使蛋白質(zhì)變性或凝固，因此該法的滅菌效率比干熱滅菌法高。其原因有三：①蛋白質(zhì)凝固所需的溫度與其含水量有關(guān)，含水量愈大，發(fā)生凝固所需的溫度愈低。濕熱滅菌的菌體蛋白質(zhì)吸收水分，所以較同一溫度的干熱空氣中易于凝固。②濕熱滅菌過程中蒸汽放出大量潛熱，加速提高濕度。

因而濕熱滅菌比干熱所需溫度低，如在同一溫度下，則濕熱滅菌所需時(shí)間比干熱短。③濕熱的穿透力比干熱大，使其深部也能達(dá)到滅菌溫度，故濕熱比干熱收效好一些。所以高溫消毒并不是簡單的看消毒溫度，主要是看是否濕熱消毒。另外，從使用角度看，濕熱消毒一般控制在90℃就能達(dá)到很徹底的消毒效果，整個(gè)消毒過程中培養(yǎng)箱內(nèi)的所有附件都不用取出，可以全部進(jìn)行消毒；而干熱消毒為了達(dá)到較好的效果，溫度一般都在100℃以上，在這種溫度下消毒培養(yǎng)箱內(nèi)的傳感器、HEPA 過濾器等都要在消毒過程中取出，等消毒結(jié)束再裝上，這樣即麻煩，附件又不能同時(shí)消毒，而且增加二次污染的幾率，再者要達(dá)到 100℃以上的高溫，培養(yǎng)箱的加熱系統(tǒng)的電熱絲必然要加粗，這會導(dǎo)致培養(yǎng)箱的溫度控制難度增加，均一性變差。所以我們建議用戶在選購二氧化碳培養(yǎng)箱時(shí)選擇含高溫濕熱滅菌方式的培養(yǎng)箱。
目前市面上有高溫濕熱滅菌功能的二氧化碳培養(yǎng)箱極少，而 Heal Force（力康）牌 HF90 氣套式二氧化碳培養(yǎng)箱能夠做到。HF90 培養(yǎng)箱包含 90℃高溫濕熱滅菌系統(tǒng)，同時(shí)配合其電解拋光不銹鋼圓邊圓角內(nèi)腔體設(shè)計(jì)、箱內(nèi)冷凝水控制系統(tǒng)、CO2 進(jìn)氣口 HEPA 過濾、外門開關(guān)檢測系統(tǒng)、三扇內(nèi)玻璃小門等防污染設(shè)計(jì)，真真正正是一款理想的二氧化碳培養(yǎng)箱。

5   其它因素


二氧化碳培養(yǎng)箱的容積也是一個(gè)不可忽略的因素，買小了不夠用，大了又浪費(fèi)又占地方。二氧化碳培養(yǎng)箱的可選容積非常廣，而且每種類型又有不同的容積可選。此時(shí)，就需要您在選購前對所需
培養(yǎng)箱容積的范圍有一個(gè)比較準(zhǔn)確的了解，并在此基礎(chǔ)上多預(yù)留一點(diǎn)空間，以保證不時(shí)之需。

此外，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(tǒng)和其它各種功能附件（如高溫自動調(diào)節(jié)和警報(bào)裝置、CO2 警報(bào)裝置、密碼保護(hù)設(shè)置、自動校準(zhǔn)系統(tǒng)、LCD 顯示系統(tǒng)等等）的運(yùn)用，就使得二氧化碳培養(yǎng)箱的操作和控制都非常的簡便。不同的微處理系統(tǒng)雖然名字不相同，但是其原理與控制效果則無甚區(qū)別，選購時(shí)不必太在意它們名字上的區(qū)別，關(guān)鍵是要自己覺得使用起來方便，容易操作。