二氧化碳培养箱选购与使用

CO2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(pH值:7.2~7.4)、稳定的温度(37℃)、较高的相对湿度(95%)、稳定的CO2水平(5%),来对细胞/组织进行体外培养的一种装置。

CO2培养箱主要控制模拟活体内环境相关的3个基本变量:稳定的CO2水平、温度、相对湿度。要有稳定的培养环境,就要考虑这三方面的影响因素,选购时,就应该对这些“重中之重”有一定的了解才能选到适合自己的仪器。但是,其它的一些方面的“小”因素也不能忽略,因为这些都会影响仪器的使用价值和寿命。选购时,就应该从各方面的因素加以考虑。

1.温度控制:

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。当选购二氧化碳培养箱时,有两种类型的加热结构可供选择:气套式加热和水套式加热。虽然这两种加热系统都是精确和可靠的,但是它们都有着各自的优点和缺点。水套式培养箱是通过一个独立的热水间隔间包围内部的箱体来维持温度恒定的。热水通过自然对流在箱体内循环流动,热量通过辐射传递到箱体内部从而保持了温度的恒定。独特的水套式设计有其优点:水是一种很好的绝热物质,当遇到断电的时候,水套式系统就能更可靠地长久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4~5倍)。如果您的实验环境不太稳定(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,此时,水套式设计的二氧化碳培养箱就是您最好的选择。而气套式加热系统是通过箱体内的加热器直接对箱内气体进行加热的。气套式设计在箱门频繁开关引起的温度经常性改变的情况下能够迅速恢复箱体内的温度稳定。因此,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)。在购买气套式培养箱时,要注意的是:为了不影响培养,培养箱还应该有一个风扇以保证箱内空气的流通和循环,此装置还有助于箱内温度、CO2和相对湿度的迅速恢复。

此外,有些类型的二氧化碳培养箱还具备外门及辅助加热系统,这个系统能加热内门,提供给细胞良好的湿度环境,保证细胞渗透压维持平衡,且可有效防止形成冷凝水以保持培养箱内的湿度和温度。如果您的培养环境需要精确的控制,那么这个辅助系统则是必不可少的。

2.CO2控制:

CO2浓度探测可通过两种控制系统——红外传感器(IR)或热传导传感器(TC)进行测量。当二氧化碳培养箱的门被打开时,CO2从箱体内漏出,此时传感器就会探测到CO2浓度的降低,并做出及时的反应,重新注入CO2使其恢复到原先预设的水平。热传导传感器(TC)监控CO2浓度的工作原理是通过测量两个电热调节器(一个调节器暴露于箱体环境内,另一个则是封闭的)之间的电阻变化来实现的。箱内CO2浓度的变化会改变两个电热调节器间的电阻,从而促使传感器产生反应以达到调节CO2水平的作用。TC控制系统的一个缺点就是箱内温度和相对湿度的改变会影响传感器的精确度。当箱门被频繁打开时,不仅CO2浓度,温度和相对湿度也会发生很大的波动,因而影响了TC传感器的精度。当需要精确的培养条件和频繁开启培养箱门时,此控制系统就显得不太适用了。红外传感器(IR)作为另一个可选择的控制系统比TC系统具备更精确的CO2控制能力,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。因为IR系统不会因温度和相对湿度的改变而受到影响,所以它比TC系统更精确,特别适用于需要频繁开启培养箱门的细胞培养。然而,此系统比TC系统更贵,这时就要结合经费预算进行考虑了。

3.相对湿度控制:

培养箱内相对湿度的控制是非常重要的,维持足够的湿度水平才能保证不会由于过度干燥而导致培养失败。大型的二氧化碳培养箱是用蒸汽发生器或喷雾器来控制相对湿度水平的,而大多数中、小型培养箱则是通过湿度控制面板(humidity pans)的蒸发作用产生湿气的(其产生的相对湿度水平可达95~98%)。一些培养箱有一个能在加热的控制面板上保持水份的湿度蓄水池(humidity reservoir),这样可以增强蒸发作用,此蓄水池能增加相对湿度水平达97~98%。但是,这个系统也更复杂,由于复杂结构的增加一些难以预料的问题也会在使用过程中出现。

4.微处理控制系统:

每一个使用者都希望所用的仪器能够方便好用,微处理控制系统和其它各种功能附件(如高温自动调节和警报装置、CO2警报装置、密码保护设置、自动校准系统等等)的运用,就使得二氧化碳培养箱的操作和控制都非常的简便。微处理控制系统是维持培养箱内温度、湿度和CO2浓度稳态的操作系统。例如PIC微处理器控制系统,它能严格控制气体的浓度并将其损耗降至极低水平,以保证培养环境恒定不变,且能保证长期培养过程中箱内温度精确,并有LED显示,可设置、校正温度和CO2浓度。不同的微处理系统虽然名字不相同,但是其原理与控制效果则无甚区别,选购时不必太在意它们名字上的区别,关键是要自己觉得使用起来方便,容易操作,而且要能够达到所需的控制精度。

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