随着人类对生命科学领域研究进入到细胞生物学、分子生物学阶段, 培养细胞或组织越来越成为比较常用的研究手段, 那么选择什么样的培养箱来达到成功培养细胞或组织的目的, 我想很多以前未使用过它的研究人员不会很了解。本文旨在用通俗的语言来普及二氧化碳培养箱的基础知识, 以为广大研究人员提供些帮助。

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 (3 7℃) 、较高的相对湿度 (9 5%) 、稳定的C O2水平 (5%) , 来对细胞/组织进行体外培养的一种装置。
全世界的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, 两种加热系统都是精确和可靠的, 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, 因此精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, 我们推荐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。
目前市面上拥有此功能的二氧化碳培养箱极少, 而Heal Force (力康) 牌HF90气套式二氧化碳培养箱能够做到。HF90的独立箱内温度控制系统保证培养箱内温度能够精确地稳定在用户的设定值上, 并且主加热系统具有正常/缓慢两种加热模式, 更加耐受室温较高的环境使用, 我们知道培养箱的最低工作温度一般是高于室温5℃, 如果没有缓慢加热模式就非常容易在夏天高温天气 (如室温30℃左右时) 产生箱内温度过高;HF90的独立超温报警功能能够快速准确的在培养箱内温度高于培养温度1℃时, 切断培养箱的主加热系统, 同时声光报警;HF90的环境温度监控可以根据环境温度的变化自动调节培养箱外门辅助加热系统的功率, 达到精确控制箱体内温度的目的。
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。
当然, 风扇/风道的优化也是同等重要的, HF90二氧化碳培养箱独特设计的大直径风扇和循环风道能够保证箱体内温度和二氧化碳浓度的均一性。大直径风扇相比其他品牌培养箱的风扇, 能够在低转速 (低风速) 时产生大的空气循环流量, 在达到均一性目的的同时, 降低风速、减少箱内震动。降低风速、减少震动同时也就大大提高了箱内细胞培养的成功率。
2 二氧化碳浓度控制
2.1 两种控制系统:
红外传感器 (I R) 或热导传感器 (T C 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C O2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HEPA高效空气过滤器的培养箱内比较合适, 如Heal Force (力康) HF160W水套式培养箱就是采用的HEP