CO₂ 培養箱的用途是通過控制恒溫加濕環境中的二氧化碳氣體濃度，以確保維持最佳的細胞生長環境。現代的 CO₂ 培養箱為污染防治、有效利用實驗室空間甚至特定需求提供專業化的解決方案，例如支持低氧應用。在本指引中，我們為您提供選擇最佳培養箱的方法和技巧，以滿足您的需求。

選擇合適的型號

在過去，選擇 CO₂ 培養箱被認為是一種日常采購行為，經常基于以前的使用經驗。現在，由于出現了大量可選的規格和專業功能，值得考慮自身的需求，仔細分析并選擇合適的培養箱，本指南給予您幫助。

最常用的 CO₂-碳酸氫鹽緩沖系統依賴于 5-10%的CO₂ 濃度，可產生 7.2 至 7.4的 pH 值。
 
腔內氣體控制

控制培養箱內的溫度、CO₂ 濃度以及濕度對于培養細胞的健康和生長非常關鍵。對于大多數哺乳動物細胞系而言，最佳生長溫度為37°C，大約 95%的加濕環境可避免培養物干燥。培養基緩沖系統需要使用 CO₂ 調節 pH值。

 

溫度: 盡管市場上仍有水套式培養箱，但最先進的系統采用直熱式、氣套式或者兩者的組合。在直熱式培養箱中，通過直接放置在外表面上的電加熱元件加熱培養腔。在氣套式加熱系統中，熱空氣在培養腔外部和隔熱層之間的空隙中循環。兩種系統需要的維護都要少于水套式培養箱，這是因為沒有水套，就無需補充和清空水，因此重量更輕、更緊湊、占用的實驗室空間更小。另外，培養腔表面不會有滲水風險，因此培養箱可以采用高溫消毒方式進行自行滅菌。
 

Eppendorf 解決方案：采用 Eppendorf 六面直熱式技術，可從全部 6 個側面加熱培養腔，包括外門在內。采用多個快速反饋傳感器和先進的微處理器控制，可調節 4 個獨立的加熱回路，保證培養腔內溫度均勻。加熱元件的特定布置能夠實現培養腔空氣的自然溫和對流循環（圖 1）。這有助于避免培養箱內出現“涼點”，從而產生優異的溫度穩定性（37°C 時為±0.1  °C）和均勻性（±0.3°C），還可以避免溫度波動過大，否則會對細胞產生影響。開門后的快速恢復溫度不需要風扇，從而減少傳統設備的污染風險和振動源。

CO₂ 感應器：與熱導（TC）感應器相比，使用紅外（IR）感應器測量 CO₂ 濃度不受溫度和濕度波動影響。頻繁開門會導致溫度和相對濕度產生波動，這 也會影響熱導感應器的準確度。可能檢測不出瞬時CO₂ 的變化，IR 傳感器更不容易受開門干擾的影響。有的甚至能夠承受高溫，可以用于培養箱高溫消毒 過程。
 
Eppendorf 解決方案：為了精密控制CO₂，Eppendorf CO₂ 培養箱采用雙通道紅外（IR）感應器和先進的微處理器控制，確保高度均勻的氣體濃度和開門后的快速恢復。先進的 CO₂ 感應器技術確保長期、無偏離和準確測量 CO₂ 濃度。
 
濕度：在多數系統中，裝有無菌蒸餾水的濕度控制盤-通過被動蒸發產生濕度，它們保持大約 95%的相對濕度水平。
 
Eppendorf 解決方案：CellXpert^® C170i 培養箱配備單個水盤，易于拆卸清空、清洗和裝水，沒有其它需要清洗的排水閥。

圖 1: Eppendorf  六面直熱式技術使培養腔氣體能夠溫和地對流循環，保持整個培養腔內穩定的溫度和 CO2 控制。

氧氣控制：大氣中含有大約 21%的氧氣，細胞的生理性含氧濃度通常為 1%至 13%。人們已發現氧氣濃度是影響干細胞生長和發育等的關鍵環境因素^[4]。這就是為什么各新興領域的科學家，例如干細胞研究，逐漸明白控制氧氣、CO₂ 和溫度的價值所在。如今大多數培養箱可選配氧氣控制。通過向培養腔 內提供氮氣，控制培養箱中的氧氣水平。因為某些 培養箱消耗大量昂貴的氮氣，所以有的培養箱為了 控制腔內的氧氣濃度會明顯增加耗氣成本。
 
Eppendorf 解決方案：CellXpert C170i 可選氧氣控制，用于產生低氧環境，該功能可工廠安裝或者直接在實驗室升級。該氧氣感應器精密測量 O₂ 濃度， 可用于培養箱高溫消毒過程。由于低氮氣消耗和開門后快速恢復，CellXpert C170i 可為低氧應用提供最佳環境，例如培養干細胞或腫瘤細胞。

污染控制
 

除了可靠的腔內氣體控制和內置自動消毒裝置外， 培養箱的創新設計可以幫助細胞培養研究人員克服最大的挑戰——污染。
 
一項主要措施是安裝 HEPA（高效空氣過濾器），該過濾器用于生物安全柜中。這需要在腔內添加許多復雜部件，包括風扇和管道，將氣體吸入通過過濾器，并在培養腔中重新分布。雖然腔內氣體已經過濾，但仍有若干缺點。由于內部結構更復雜，有更多位置隱藏污染物，包括接縫和邊角。由于無法處理操作中濺出的培養基，導致細菌滋生風險，從而需要浪費更多時間拆卸這些裝置進行清潔和消毒。加壓氣流還會干擾培養的細胞并加速培養基干燥。除此之外，更重要的是需要定期維護和購買新過濾器。另外，過濾器會成為污染源，導致其帶來的缺點比優勢更多。
 
另一項措施是增加培養腔的紫外線照射劑量，據稱 能消除培養腔內氣體和水中的微生物。通常在承液 盤上蓋上通風罩板，將紫外線燈與細胞培養腔分開。打開內門后，該燈自動打開一定時間，照向循環加 濕空氣和承液盤中的水。定向氣流需要在培養箱背 面加裝風扇和管道。盡管人們已經發現使用紫外線 可有效處理培養箱中的氣體和水^[1]，但也發現相對 濕度超過 70%時會對紫外線有效性產生不良影響^[2]。紫外線只能對其直接照射的表面進行消毒。培養箱 內部結構復雜，因此紫外線無法到達許多表面進行 消毒。另外，必須定期更換紫外線燈，保持其有效 性。
 
與風扇輔助的培養箱內強制氣流相比，無風扇培養 箱通過對流溫和地循環氣流。湍流的潛在風險—— 樣品干燥、振動和污染物進一步傳播得以全部消除。無風扇培養腔的設計沒有復雜內部結構，不會隱藏 污染物。由于采用平面設計、無接縫和死角，污染 物極少有機會生長而不被發現。
 
如果出現培養基濺出，可以立即清潔，因為易于擦拭培養腔體的所有表面。最近發布的細胞培養規范指導建議采用無風扇輔助的培養箱，可有效降低培養箱內的污染傳播^[3]。
 
Eppendorf 解決方案：培化繁為簡的培養箱腔體設計。Eppendorf CO₂ 培養箱的無風扇培養腔體設計， 采用一體成型不銹鋼材料制成，無接縫或死角（圖2）。Eppendorf  直熱技術取消了風扇和復雜的內部裝置。這種優雅簡約的設計策略是避免死角或氣道內微生物滋生，從而特別容易清潔和消毒。可以現場檢測和消除污染，所有表面區域都易于擦拭和消毒。層架系統和擱板可 2 分鐘內拆卸完畢。

圖 2: 易于清潔的 Eppendorf 培養腔體，一體成型，采用圓角和平滑的無接縫表面設計，避免死角處產生污染，能夠快速和方便地維護清潔。

    圖 3: 堅固的支架可疊放兩臺CellXpert CO2 培養箱，疊放支架可通過重型腳輪移動。節省空間，可根據不同需求調整配置。

1.Busujima H., Mistry D. A Comparative Analysis of Ultraviolet Light Decontamination versus High Heat Sterilization in the Cell Culture CO2 Incubator with the Use of Copper-Enriched Stainless Steel Construction to Achieve Active Back¬ground Contamination Control™.American Biotechnology Laboratory; February 2007

2.Burgener J., Eli Lilly and Company, Indianapolis, Position Paper on the Use of Ultraviolet Lights in Biological Safety Cabinets 228 Applied Biosafety (2006), 11 (4), 228-230.

3.Geraghty RJ, Capes-Davis A, Davis JM, Downward J, Freshney RI, Knezevic I, Lovell-Badge R, Masters JRW, Meredith J, Stacey GN, Thraves P, Vias M. Guidelines for the use of cell lines in biomedical research, British Journal of Cancer (2014), 1-26 | doi: 10.1038/bjc.2014.166.

4.Mohyeldin A., Garzon-Muvdi T., Quinones-Hinojosa A. Oxygen in Stem Cell Biology: A Critical Component of the Stem Cell Niche, Cell Stem Cell (2010) 7(2), 150-161.