二氧化碳培养箱是在电热恒温培养箱或隔水式电热恒温培养箱的基础上增加了箱内

二氧化碳浓度的控制功能。 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° C）、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臵。

• 按加热方式分为水套式和气套式两种。

• 按二氧化碳浓度控制方式分为配气式和浓度传感器+浓度控制器两种。

主要由箱体、 加热器、温控仪、 鼓风机、浓度控制装臵、水套夹层（水套式） 等几部

分组成。

属于半温型培养箱，只能运行环境温度以上的培养温度，容易受到环境温度的影响。

二氧化碳培养箱外壳采用冷扎板静电喷塑，内胆及水套夹层采用不锈钢制作，

保温层采用离心棉或阻燃保温板作为保温材料。二氧化碳培养箱

• 二氧化碳培养箱能够对温度、二氧化碳浓度提供精确稳定的控制，通过加湿盘可以提

供湿度，其广泛应用于细胞、组织培养和某些特殊微生物的培养，常见于细胞动力学

研究、哺乳动物细胞分泌物的收集、各种物理、化学因素的致癌或毒理效应、抗原的

研究和生产、培养杂交瘤细胞生产抗体、体外授精（IVF）、干细胞、组织工程、药

物筛选等研究领域。

• 二氧化碳细胞培养箱主要控制模拟活体内环境相关的3个基本变量：温度、 相对湿度、

稳定的CO2水平。

1.温度控制：保持培养箱内恒定而准确的温度是维持细胞健康生长的重要因素。

温度过高过低会直接影响细胞的生长, 另外, 温度也影响CO2 在液体的溶解度，温度

越高, 则溶解度降低, 通过pH 值的波动来影响细胞的生长。

2.湿度控制： 培养箱内相对湿度是非常重要的，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。

细胞最佳的生长湿度是95~100 %, 如果能保持培养箱内的水分, 一般均能维持细胞生

长所需的湿度, 如果培养箱内的水分蒸发消耗掉, 细胞的生长会停止或死亡, 因此,

应定期检查培养箱内的水分, 及时补充。 大多数中、小型培养箱则是通过加湿盘内无菌

水的蒸发作用产生湿气的， 其产生的相对湿度水平可达85-98％（箱内较小的循环风量

下，相对湿度较高） 。二氧化碳培养箱

• 二氧化碳在培养中的作用：

细胞生存、代谢、增殖、分化于培养体系中，首先需要稳定的PH环境， 37 ℃环境下

最佳的CO2浓度是5%，可使PH经常保持在7.3左右， PH低于7.0则细胞的代谢活性低下。

• 一般细胞培养液的pH在7.0-7.4之间。由于碳酸盐pH缓冲系统是一种生理pH缓冲系统

（它是人体血液中最重要的pH缓冲系统），大多数培养液用它来保持稳定的pH。用粉

末配制培养液时，常常需要加入一定量的碳酸氢钠。

• 对大多数以碳酸盐作为pH缓冲系统的培养液而言，为了维持稳定的pH，培养箱中的二

氧化碳需要维持在2-10%之间，以保持培养液中溶解的二氧化碳的浓度。同时细胞培

养的器皿需要一定程度的透气，以便于气体的交换。

• 由于空气中的二氧化碳浓度很低，如果细胞不在二氧化碳培养箱中培养，培养液中的

HCO3 -（碳酸氢根）会被耗尽，这样会影响细胞的正常生长。所以大部分动物细胞的

培养，还是需要二氧化碳培养箱。二氧化碳培养箱

• 3. CO2控制：

CO2浓度探测可通过——红外传感器（IR）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。

• 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。因为IR系统不会因温度和相

对湿度的改变而受到影响，特别适用于需要频繁开启培养箱门的细胞培养。二氧化碳培养箱

• 配气式CO2浓度控制是通过分别调节CO2气体和空气的流量，调节出来的CO2浓度。 需通

过公式计算出浓度%，不能直接显示，不直观。

CO2 % = V CO2 /( V CO2 + V空气) ×100%

• 公式举例:

当二氧化碳流量关闭时， CO2 % 为0；

当二氧化碳流量调至40ml/min，空气流量调至760ml/min时，

CO2 % = 40/（40+760）×100% = 5% ；

当二氧化碳流量调至90ml/min，空气流量调至360ml/min时，

CO2 % = 90/（90+360）×100% = 20% ；

• CO2 % = V CO2 /( V CO2 + V空气) ×100%

• CO2 % 二氧化碳含量百分比

• V CO2 二氧化碳流量 ml/min （二氧化碳流量为10~100ml/min可调）

• V空气 空气流量 ml/min （空气流量为160~1600ml/min可调）二氧化碳培养箱

• 污染物的控制：

污染是导致细胞培养失败的一个主要因素，因而，二氧化碳培养箱的制造商们设计了多种不

同的装臵去减少和防止污染的发生，其主要途径都是尽量减少微生物可以生长的区域和表面

，并结合自动排除污染装臵来有效防止污染的产生。

①紫外线灭菌（UVC）：紫外线灭菌是紫外线波长在240~280nm范围内，尤其在波长为253.7时

紫外线的灭菌作用最强。破坏细菌病毒中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子

结构，造成生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡，达到灭菌消毒的效果。紫外线可以杀

灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等。

缺点仅能对紫外线所辐射到的区域灭菌（因紫外线穿透力弱），可能留有辐射死角。

• 照射剂量和时间：不同种类的微生物对紫外线的敏感性不同，用紫外线消毒时必须使用照射

剂量达到杀灭目标微生物所需的照射剂量。杀灭一般细菌繁殖体时，应使照射剂量达到

10000ｕW.s／c㎡ ；杀灭细菌芽胞时应达到100000ｕW.s／c㎡ ；病毒对紫外线的抵抗力介

于细菌繁殖体和芽胞之间；真菌抱子的抵抗力比细菌芽胞更强，有时需要照射到以对600000

ｕW.s／c㎡ ；在消毒的目标微生物不详时，照射剂量不应低于100000ｕW.s／c㎡ 。辐照剂

量是所用紫外线灯在照射物品表面处的辐照强度和照射时间的乘积。因此，根据紫外线光源

的辐照强度，可以计算出需要照射的时间。例如，用辐照强度为70 uW／c㎡的紫外线表面消

毒器近距离照射物品表面；选择的辐照剂量是100000ｕW.s／c㎡；则需照射的时间是：

100000ｕW.s／c㎡ ÷70ｕW／c㎡ ＝24分钟。二氧化碳培养箱

②90℃高温湿热灭菌

• 湿热灭菌是利用热蒸汽灭菌。原因是：

①热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强。水分子的存在有助于破坏维持蛋白质三维结构的氢

键和其他相互作用弱键，更易使蛋白质变性。

蛋白质含水量与其凝固温度成反比(见下表)；

②热蒸汽比热空气穿透力强，能更加有效地杀灭微生物：

③蒸汽存在潜热．当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。

多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理15min后即可杀死，酵母菌和真菌的胞子要耐

热些，要用80℃以上的温度处理才能杀死，而细菌的芽胞更耐热，一般要在120℃下处理

15min才能杀死。湿热灭菌常用的方法有常压蒸汽灭菌和高压蒸汽灭菌。

蛋白质含水量与其凝固温度的关系

蛋白质含水量% 蛋白质凝固点℃

50 56

25 74~80

18 80~90

6 145二氧化碳培养箱

• ③高温干热灭菌是指用高温干热空气灭菌的方法。该法适用于耐高温的玻璃和金属制

品以及不允许湿热气体穿透的油脂（如油性软膏机制、注射用油等）和耐高温的粉末

化学药品的灭菌，不适合橡胶、塑料及大部分药品的灭菌。

在干热状态下，由于热穿透力较差，微生物的耐热性较强，必须长时间受高温的作用才

能达到灭菌的目的。因此，干热空气灭菌法采用的温度一般比湿热灭菌法高。为了保

证灭菌效果，干热灭菌条件一般为（160〜170℃） ×120min以上、 (170〜180℃）

×60min以上或250℃×45min以上，也可采用其他温度和时间参数。

细菌的繁殖体在干燥状态下， 80℃～100℃ 1小时可被杀死； 芽胞需要加热至160℃～

170℃ 2小时才杀灭，可杀灭包括芽胞在内的所有微生物。适用于耐高温的玻璃器皿、

瓷器、玻质注射器等；二氧化碳培养箱

• ④ HEPA过滤器： 可过滤除去99.97%的0.3um以上的颗粒。

生物医学的应用

HEPA过滤器在生物医学领域，主要用于滤除空气中的细菌和病毒等有机体，因而，可以预

防和控制细菌和病毒等有机体所造成的相关疾病的传染传播。一般，医疗使用HEPA滤清系

统也合并使用高能紫外光模块，杀灭过滤介质中的病毒和活细菌。

⑤铜合金内胆

铜是具有杀菌作用的最具代表性的金属，科学的实验结果表明，铜具有抑制各种有碍健康

的细菌、病毒和水中微生物（如藻类）生长的作用。

Cu在有水的条件下生成的Cu2+（正二价铜离子）透过细胞膜，到达细胞的内部，由于

Cu2+ （正二价铜离子）为重金属离子，能使某些酶变性，从而破坏它们的新陈代谢，杀

死微生物。人们广泛使用铜合金制成的食物器皿盛装食品，因铜的表面可以有效抑制细菌

，如能够阻止沙门氏菌和弯曲杆菌菌株的生长，减少微生物食品中毒的发病率。

铜合金内胆材料不但具有杀菌作用，对于细胞培养中颇为棘手的支原体同样具有杀灭作

用。在组织细胞培养中，由于培养用器皿而导致支原体污染的情况时有发生。铜合金内胆

能够在不清空培养箱的情况下杀灭支原体，有效地减少支原体污染的发生。