你需要了解的二氧化碳培养箱的所有信息

定义

什么是二氧化碳培养箱?

二氧化碳培养箱(CO2 培养箱)是一种进行体外细胞培养的气体培养箱。细胞培养是指在体外的可控条件下培养和繁殖活细胞。临床和生物技术研究通常将细胞培养作为依据。CO2 培养箱内部可以最大限度地创造有利于细胞生长的仿真环境。其中温度、湿度和 CO2 含量必须完全符合细胞培养的要求。

结构

二氧化碳培养箱的结构与功能

CO₂ 培养箱具有一个与周围环境完全隔绝开来的内腔,以便在设备中形成设定的环境。为了在生长阶段能够观察样本情况,大多数 CO2 培养箱除了普通箱门外还带有一扇玻璃门,这也能起到防污作用。
内腔采用不锈钢等防锈材料制成,并最大限度地减少了锋利边缘和槽的设计,以免藏匿污垢。特别是敏感的细胞培养区域,一个细菌就能毁掉数周的劳动成果。
输入的 CO2 气体要经过无菌过滤器,而且要均匀地分布在整个内腔,因为样本通常放在高度不同的隔层上。如何确保整个内腔的均匀性是一项挑战,从而确保所有样品都能在恒温恒湿条件下处于浓度均匀的 CO2 环境内。

二氧化碳培养箱在医学、制药等领域中的应用

医学研究和制药业常常会用到 二氧化碳培养箱。不过,二氧化碳培养箱也为其他需要为细胞培养创造绝对无菌环境的领域提供了无菌培养的条件。

二氧化碳培养箱用于生产组织工程产品 (TEP)

组织工程产品(英文 Tissue Engineered Products)是指含有生物工程细胞或组织或由生物工程细胞或组织产生的生物药物。它们用于再生、修复或替换人体组织。[ 保罗埃尔利希研究所是一家主司疫苗和生物药物研究的研究所:生物工程组织产品 - 生物技术加工的组织产品 (TEP) - 保罗埃尔利希研究所 (pei.de)]
组织工程学,即 Tissue Engineering,是指将提取的人体细胞放在实验室环境中培养成更大的细胞团,然后用于替换或再生患者的患病组织,如皮肤、软骨或骨骼

二氧化碳培养箱用于试管受精

试管受精 (IVF) 是人类生殖医学领域中的一种人工授精方法。该应用的目的是在培养皿的细胞培养基中完成卵细胞和精子细胞的人工授精。

人类胚胎就是在 CO2 培养箱中开始受精和发育的。经过两到三天后,就可以将胚胎放回子宫。培养室的最佳温度为 37°C,CO2 浓度为 5% 或 6%,湿度为 95% 左右。

为避免混淆,工作人员对需要准确标注培养皿。通过 CO2 培养箱内部的玻璃门还可对培养皿进行持续监控。
兽医领域中,例如对牛也有类似的治疗过程。将卵母细胞与精子在培养皿中进行人工授精。培养期为 21 小时,在此期间精子会使卵细胞受精。受精后第 8 天就会将胚胎从 CO2 培养箱移入受体动物体内。

二氧化碳培养箱在诊断中的应用

细胞培养检测法是诊断分析病原体的重要手段。检测结果可用于制定内容精确的卫生证明并评估病毒对生物药物的抗药性。其中一种常用的方法是擦拭取样法,也就是让对病毒敏感的细胞培养物与病毒发生接触,进而检测病毒的生物学功能。
CO2 培养箱是实施细胞解冻和转移、感染细胞系和染色细胞培养物等各种工序的理想工具。在此类应用中,室内温度通常为 37°C,二氧化碳浓度为 5%。

不超过 72 小时即可获得样本的评估结果。通过将细胞组织染蓝,我们就可以用肉眼或通过显微镜进一步观察斑块的特征。
BINDER 的 CO2 培养箱能够保证极为稳定的培养环境,因此是适用于诊断检测和病毒检测的理想工具。锦上添花的是,内部玻璃门还可实现分区操作。此外,180°C 自动干热灭菌功能还能可靠防止交叉污染和污染物悄然传播的风险。
 

二氧化碳培养箱用于开发生物传感器

生物传感器是一种由生物识别元件和物理传感器(换能器)通过直接接触的方式而构成的感测器。生物成分可由酶、抗体、DNA、受体构成,也可由整个细胞和组织切片构成。待测物质与生物成分在相互作用后,首先会产生生物化学信号,然后由传感器将其转换成电信号或光信号。生物传感器通常按基本的物理检测原理进行划分的。因此可以分为电化学传感器、光学传感器和全细胞生物传感器。[ 弗劳恩霍夫界面技术与生物工程研究所,简称 IGB:弗劳恩霍夫 IGB 研究所的生物传感器工程]生物传感器可用于医学、食品质量控制和环境分析等众多领域。  其中最著名的一项案例就是用于测量葡萄糖的酶传感器。

最令人难忘的一个案例:鸡胚胎的心肌细胞在旋转培养器中重新聚集成球状体(3D 结构)并与微电极耦合。通过参考物质的检测,阐述了对生命系统可产生刺激的程度。球状体是在 CO2 培养箱内的培养皿中培养出来的,温度为 37°C,二氧化碳浓度为 5%,转速为 72rpm,轨迹为 20mm。
 

二氧化碳培养箱在癌症研究中的应用

在癌症研究的各项领域中,CO2 培养箱在样本制备以及实验制备方面发挥了重要作用,例如药物研发、3D 侵袭实验开发、分析和生物传感器等等,从简单的单层细胞到用 3D 细胞培养模型模拟患者肿瘤(药物研究和疗法开发)无不涉足。

免疫学和肿瘤生物学(恶性肿瘤发展方式)领域中,即使用温度为 37°C、CO2 浓度为 5% 、相对湿度为 95%的 CO2 培养箱,在常氧培养条件下也会使用温度为 37°C、CO2 浓度为 5%、低氧浓度 O2 为 1% 的 CO2/O2 培养箱。

临床研究中,例如癌基因和肿瘤抑制因子的研究,常氧条件下使用温度为 37°C、CO2 浓度为 5% 的 CO2 培养箱。

二氧化碳培养箱操作规范

验证

CO2 培养箱的操作方式受不同指令的约束。制药行业 21 CFR 第 11 部分规定了药品非临床实验管理规范 (GLP) 和药品生产质量管理规范 (GMP) 的要求并对测量仪器的操作加以规范,根据规定应定期对测量仪器进行校准和检验。必须用数据记录器记录所有的检验参数,并将参数传输到软件或存储介质中进行处理和存档。

关于药品非临床实验管理规范 (GLP) 的所有相关知识请参阅我们的《药品非临床实验管理规范》白皮书:背后隐藏着什么?

CO2 培养箱从何时起才能投入使用?
总的来说,CO2 培养箱的验证过程需要三个步骤:

安装确认 (IQ):

第一步先测试 CO2 培养箱的所有组件是否功能完好。

运行确认(OQ):
该步骤在内腔空载状态下测试 CO2 培养箱的性能,用于回答培养箱能否维持特定的温度范围以及数据记录器是否已正确校准的问题。
 

性能确认 (PQ):
此时要确认培养箱在装入样本的情况下是否也能够维持在特定的温度水平上。

购买 CO2 培养箱的选型标准

可降低污染风险的三个设备特征:

  • 避免内腔中出现污染潜藏位置,如风扇、接缝处。
  • 便于冲洗/擦拭消毒的倒圆的边缘和拐角。
  • 整个内腔可进行完整的干热灭菌。

直观的菜单导航简化了这些过程并确保了无障碍地作业。简单的 CO2 培养箱拆卸也非常重要,因为必须定期清洁并重新装配培养箱。所耗费的时间也会因不同的制造商而有所不同。

内腔应最大程度突出简便性:简单、一目了然、易于清洁和维护。必须将易于污染的表面限定在最低程度,以便为细胞和组织培养创造最有利的生长条件。
应该只需按下按钮即可进行干热灭菌。根据标准,整个内腔的消毒应在 180 °C 下进行,以确保绝对的无菌环境。

空气湿度应尽量能保持在一个较高的水平,这样可防止细胞培养物变干。智能化的湿度管理可最大程度减少介质蒸发的同时确保高湿度值并尽可能地避免污染风险。 
良好的湿度管理具备以下最重要的好处:

  • 由于湿度高,介质的蒸发被限制到最低程度。
  • 湿度限制可确保内壁保持干燥,从而防止污染。

目的是让气体在内腔中达到完全均匀的分布。合适的 CO2 气体应用系统应始终确保培养液内的 pH 值保持稳定,以实现最佳的细胞生长环境。
采用智能设计的 CO2 传感器可对气体浓度变化快速作出反应并确保其长期稳定性。应区分不同的 CO2 培养箱,其 CO2 传感器可位于培养室外部和内部。
培养室内传感器的优点:

  • 对 CO2 的浓度波动快速作出反应 
  • 不会藏匿污垢 

因此,传感器应位于培养室内,但同时应保护传感器免受高温影响。

应用广泛的 CO2 培养箱

型号

CO2 培养箱可提供多种外部尺寸和内部尺寸以及不同的温湿条件和 CO2 数据。您必须要事先根据应用情况来选用所需的 CO2 培养箱。任何情况下,都应确保 CO2 培养箱避免受到污染,保持内腔稳定的 CO2 浓度,将温度精确地控制在一个较高的水平上。

 

更多有关 CO2 培养箱内的干热灭菌和其他污染检查措施请参阅白皮书!

对于复杂的培养方法或量身定制的生长环境,例如在低氧环境中,需要对 CO2 培养箱采取额外的流程控制措施。这些措施必须具备必要的功能,即使在敏感的培养任务中也能表现出色。

细胞培养与污染问题

在实施细胞培养工作时,污染是一个严重问题。为了避免污染,严格灭菌的技术设备和小心地处理培养基必不可少。此外,CO2 培养箱还起着至关重要的作用,因为其不仅为细胞培养,而且还为众多不该出现的微生物提供了理想的生长条件。相应地,每一款高品质 CO2 培养箱都具备多种可避免污染的特征。明智地选购 CO2 培养箱时,不仅要综合考虑各项技术细节。更确切地说,还必须对整体系统,尤其是抗污染方案相互进行比较和评估。这表明,复杂的系统本身并不比简单的系统更安全。应确保,能够利用设备以快速、简便且不使用高昂耗材成本的方式可靠地避免污染。

更多有关 CO2 培养箱内的干热灭菌和其他污染检查措施请参阅 《无污染细胞培养》白皮书!

对于复杂的培养方法或量身定制的生长环境,例如在低氧环境中,需要对 CO2 培养箱采取额外的流程控制措施。这些措施必须具备必要的功能,即使在敏感的培养任务中也能表现出色。

带热风消毒 

CB-S 系列

展示产品
 

带热风灭菌和 可灭菌二氧化碳传感器

CB 系列

产品展示
 

带热空气灭菌和热湿度调节功能

CBF 系列

产品展示
 

BINDER - 质量才能创造价值

长期的运行成本将决定您决策的经济性。这些成本包括:

  • 耗材和易损件 
  • 清洁剂  
  • 人力成本 

简单的清洁方式不但节省时间,还能节约成本:以专业方式清洁不同的 CO2 培养箱所需的时间也不尽相同,当设备较多且装填周期较短的情况下,会对人力成本产生巨大影响。

耗材也会是一个关键的成本因素,对于某些制造商的产品,每年用于耗材的成本就高达 1,500 欧元。  选择不需要耗材的 CO2 培养箱,可以将运营成本保持在较低水平。

  • HEPA 过滤器不产生费用
  • 过氧化氢溶液不产生费用
  • 紫外线灯不产生经常性费用

只有在考虑到长期运行成本的情况下才可以确定,购置某一特定设备型号在多年以后是否依然值得。

按照您的应用选用理想的 CO2 培养箱

CO2 培养箱是一种为细胞生长创造绝对无菌环境的气体培养箱。医学研究和制药业常常会用到这种培养箱。
CO2 培养箱必须为细胞培养创造有利的生长条件,同时将污染风险降至最低程度。因此,这种设备需要易于清洁且工作时不会产生冷凝水。诸如操作、内腔设计、湿度管理以及 CO2 气体应用类型等其他重要因素,都应纳入 CO2 培养箱的选型标准当中。 
更过信息请阅读我们 Buyer’s Guide(采购指南)中“购买 CO2 培养箱时应注意的 6 点”的内容。
BINDER 提供应用广泛的 CO2 培养箱,适用于从标准化应用到敏感细胞培养任务等各种类型的细胞培养。