了解溶解氧在细胞培养

监测和调节氧(除了温度和CO 2)的浓度的能力是在细胞培养工作站和孵化器日益可用。 在这种情况下,重要的是清楚地了解气体和液体氧浓度的定义。 例如,百分比的使用并不总是与浓度相关。 尽管大气氧的百分比在高和低海拔(以及相应的压力)下是相同的(20.9%),但是在极高的高度处浓度(ppm或mg / L)降低,因为压力的降低减少了气体分子的数目当下。 另外,工作站或培养箱的气体气氛中的氧浓度与细胞培养基的液相内的氧浓度不同。 事实上,当讨论液体中的氧溶液时,定义一定量的氧的含义更为关键。

氧气在液体中溶解的程度由许多规律和因素决定,当测量液体中的溶解氧和在氧气减少的环境中工作时,必须考虑所有这些因素。 通常,当编程工作站或孵化器设定点时,选择的氧百分比的报告是指仅针对室内的气氛选择的百分比,而不管所选择的细胞培养基的温度,高度和盐度,所有这些都影响溶解度的氧气。 相关参数,其是细胞培养物本身中的氧的量,通常被忽略。 这可以相对或绝对地报告。

关于气体扩散到液体中的法律

三种定律决定了气体扩散到液体中的程度:

Dalton的部分压力定律

道尔顿定律规定,气体混合物中的单独气体的压力与同一系统中存在的唯一气体的压力相同。 因此,非反应性气体的混合物的总压等于每种单独气体的分压的总和。

亨利定律

亨利定律指出,在恒定温度下,液体中给定气体的浓度与施加气体的分压成正比。当液体上方的压力增加时,液体中的溶解氧的量成比例地增加。

理想气体定律

理想气体定律规定每种气体的分压是依赖于并且与存在的气体分子的数量成比例。在这方面必须考虑亨利定律; 对气体分子数量的任何改变(例如,通过高度变化)将改变其分压,并因此影响气体在液体中溶解的能力。

总之,气体扩散到液体中的程度与施加气体的分压成正比并且取决于气体施加的分压。

影响溶解氧在液体中的浓度的其它因素

三个另外的因素特别影响液体中溶解氧的浓度。

温度

氧在液体中的溶解度与液体的温度成反比,当考虑百分比饱和时必须考虑该温度。例如,在15℃下,水将保持最大为11.24mg / L,而在30℃下,其将保持7.54mg / L。在两个温度下保持一半可能量的氧的水将连续地显示为50%的饱和度,尽管该浓度将大大不同。 另外,用于测量溶解氧的常用工具是电化学探针,由此氧必须扩散穿过半透膜,受温度影响的过程(Lighton 2008)。

盐度

氧的溶解度也与给定液体的盐度反相关。 随着盐度增加,氧必须竞争水分子之间的空间以溶解。 再次,因为这影响最大可能的氧饱和度,在评估百分比饱和度时必须考虑盐度。

高度

随着高度增加,压力下降。 这种压力的降低导致存在于空气中的气体分子(包括氧气)的数量减少,这影响亨利定律和理想气体定律(上文详述)。 当测量液体中氧气的饱和度百分比时,必须考虑海拔高度的大幅增加。

定义溶解氧的浓度

在混合气体群中或当溶解到液体中时,气体的浓度可以以多种方式限定。 常用方法是空气饱和度百分比(即20.9%O 2)或使用分压(PO 2)。 在干燥的大气中,这涉及总气压(760mmHg)和由氧气贡献的比例(20.9%); 760×0.209 = 160mmHg。

当气体溶解在液体中时,上述定义和它们的含义都改变。 在这个意义上,百分比的使用使存在的溶解氧的量与在水中可能的最大量相关; 当在固定温度,盐度和压力下的水体积达到平衡并且被空气完全饱和时,其可以被定义为包含100%的氧。 这些通常被认为是相对溶解氧测量。

作为更精确的替代方案,相对于存在的分子的总数计算浓度的绝对测量。 这些通常包括每百万份(ppm的,O-的每个样品中存在的所有样品的百万2分子的数量),mg / L和摩尔(相对于固定体积浓度)(每升液体体积的 O 2毫克) 。

溶解氧在细胞培养中的应用

仅暴露于具有降低的氧浓度的气相(例如,由于培养箱或工作站中的内容物的变化)的液体组织培养物将需要约5-10小时的温育以达到平衡,而不摇动/搅拌培养基(Fernandes等人,2010年),据说形成Ø组织培养皿中2梯度。 在培养物本身的细胞间隙中可观察到氧浓度的进一步降低(Pettersen等人2005)。

当使用前介质中的氧水平降低时,对暴露于高于期望的和不一致的氧水平的培养物的影响被显着地最小化。 HypoxyCOOL™是一种经过测试的,可重复的方案,可在短短三小时内快速,精确地减少培养基中的溶解氧。

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