1.二氧化碳培养箱生物学意义

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CO_2水平（5 % ），来对细胞 / 组织进行体外培养的一种装置。

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。

2.二氧化碳培养箱的原理

二氧化碳培养箱主要包含以下几个方面功能：温度控制系统、二氧化碳浓度控制系统、湿度控制系统、放污染设计和灭菌系统。这四大基本功能决定了二氧化碳培养箱性能优越。

2.1 温度控制

培养箱的加热方式分为气套式加热和水套式加热。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，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。

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，箱内温度控制、超温报警控制和环境温度监控三重独立的温度控制功能必不可少。

配备风扇以及风道的培养箱内部的温度均一度较好，同时此装置还有助于箱内温度、CO_2浓度和相对湿度的迅速恢复。

2.2 二氧化碳浓度控制

二氧化碳浓度测定目前市场上有两种方法：红外传感器（IR）或热导传感器（TCD）。热导传感器监控CO_2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CO_2气体的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CO_2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CO_2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CO_2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CO_2的水平，从而可以得出箱体内CO_2的浓度。由于 IR 系统是通过红外线减少来确定箱内CO_2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。

无论哪种CO_2测量系统在使用一段时间后都会产生漂移，而产生漂移后直接会导致箱体内二氧化碳浓度不能稳定在设定值，致使培养失败。故，带有CO_2测量系统自动校准功能的培养箱是很有必要的。

2.3 相对湿度

箱内湿度对于培养工作来说是一项非常重要然而又经常被忽略的因素。维持足够的湿度水平并且要有足够快的湿度恢复速度（如在开关门后）才能保证不会由于过度干燥而导致培养失败。目前大多数的二氧化碳培养箱是通过增湿盘的蒸发作用产生湿气的（其产生的相对湿度水平可达 95% 左右，但开门后湿度恢复速度很慢）。

2.4 防辐射设计和灭菌系统

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置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置来有效防止污染的产生。于CO2培养箱在使用过程中有时会伴有霉菌生长，为确保培养箱免受污染并且保证仪器箱体内的生物清洁性，相继问世了多种消毒灭菌方式，如带有紫外消毒功能的 C O2培养箱；还有的设计生产了 HEPA 过滤器能过滤培养箱内空气，可过滤除去 99.97% 的 0.3 微米以上的颗粒；此外，还开发设计了能使箱内达到高温湿热的环境从而杀死污染微生物，达到消毒灭菌目的的培养箱。