摘要： 二氧化碳培养箱是一种常用的细胞、组织培养的生物类仪器，广泛应用于生物、医学检测和科研领域。由于二氧化碳培养箱性能要求较高，进口品牌占领绝大多数市场份额。本文对二氧化碳培养箱相关标准和关键控制参数进行梳理，并给出了关键参数的校准和检测方法，为二氧化碳培养箱性能检测方法提供了参考依据。
关键字： 二氧化碳培养箱；校准；标准
二氧化碳培养箱是一种常用的细胞、组织培养的生物类仪器。该仪器通过在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，使体内细胞可以在体外生长，从而达到研究病理或其他生物现象的仪器，广泛应用于微生物、医学、制药、环保、食品、畜牧等科学领域的研究和生产。
1.二氧化碳培养箱使用现状
1.1二氧化碳培养箱使用现状
目前二氧化碳培养箱主要应用于生物细胞、组织、细菌培养中，主要应用于医院的医疗人员、高校和科研机构，广泛分布于各大医院，生殖中心，肿瘤医院，高校实验室，生物公司中。由于体外培养细胞及组织的要求较高，所以用户对二氧化碳培养箱各项参数要求较高。二氧化碳培养箱的市场仍主要被进口大品牌所垄断，比如美国热电Thermo、德国宾德Binder、日本三洋SANYO等。这类二氧化碳培养箱经过长时间检验，性能相对稳定，使用寿命较长，用户口碑较好，但同时相对的价格较为昂贵。近年来，陆续有厂家有二氧化碳培养箱上市，国内品牌通常走低价路线，其价格相对进口品牌较低，但是同时性能也不如进口品牌稳定。国产二氧化碳培养箱生产企业还需要加强技术研发，只有真正在质量上赶上甚至超过进口，才能真正抢占市场，与进口品牌竞争。
1.2二氧化碳培养箱相关标准
随着生物技术发展，各种生物技术研究和检测都需要细胞体外培养，二氧化碳培养箱的重要性日益体现。最早，二氧化碳培养箱并没有适用的标准，只有依据普通培养箱和空气中二氧化碳测量浓度的相关标准。2020年4月1日实施的YY 1621-2018《医用二氧化碳培养箱》是目前二氧化碳培养箱的适用的标准。该标准对二氧化碳培养箱的温度、二氧化碳浓度、相对湿度、噪声、报警、开门恢复时间、保温性能、冷凝水、超温保护功能做了详细的规定。目前山东省计量院也在起草二氧化碳浓度培养箱校准规范，后续二氧化碳培养箱出厂检测和校准都会有参考依据，该行业会越来越规范。
2.二氧化碳培养箱主要参数及校准方法
2.1温湿度控制
2.1.1控制原理
由于需要模拟体内环境，二氧化碳培养箱需要提供稳定的温湿度。二氧化碳培养箱加热模式分为水套式加和热气套式加热。
水套式加热的二氧化碳培养箱加热模式类似于隔水式恒温培养箱，通过加热箱体周围的水套层，使箱内的温度恒定在设置温度内。水套式加热的二氧化碳培养箱温度均匀性较好，而且在断电后保温能力较强。
气套式二氧化碳培养箱使用的气套层代替水套层，并且配有散热原件和隔热系统控制箱体内温度。气套式加热的二氧化碳培养箱，加热速度较快，开门回温较快，并且操作更加简单，不需要加水清洗等操作
细胞的生长需要一定的湿度，如果培养环境湿度过低会导致细胞渗透压升高，细胞培养失败。同时良好的湿度环境可以帮助二氧化碳浓度的控制，所以二氧化碳培养箱中维持一定的湿度很用必要。二氧化碳培养箱一般是通过箱低放增湿盘增加箱体内湿度，需要定期添水。。
2.1.2校准/检测方法
YY 1621-2018《医用二氧化碳培养箱》中对温湿度的检测有了详细的规定。该标准应用于出厂检验较为合适，如果应用于实际的校准过程，可能过于复杂。该标准规定温度探头需要布置27个检测点，并且需要温度稳定后2h后开始进行检测，持续1小时，相对较为困难。在日常校准过程中 笔者建议二氧化碳温湿度校准可以主要依据JJF 1101-2019 环境试验设备温度、湿度校准规范。由于一般二氧化碳培养容量为（100~300）L小于2m3，故可以如图1进行布点，共布9点，3个平面，测试点与工作室内壁的距离不小于各边长的十分之一。湿度测试点为3个，0点位于箱体几何中心。
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图1 二氧化碳培养箱校准温湿度布点图
温度传感器布置后，将二氧化碳培养箱设置为待测温度（常用37.0℃）待仪器稳定后开始读数，每2min记录所有测试点的温度一次，在30min内共测试15次。
2.1.3 数据处理
数据处理可以依据JJF 1101-2019 环境试验设备温度、湿度校准规范，计算温湿度偏差，温湿度均匀度，温湿度波动度。
2.2二氧化碳浓度控制
2.2.1控制原理
二氧化碳培养箱是通过内置二氧化碳传感器达到对箱体内二氧化碳浓度实时监测从而控制二氧化碳气阀的启闭。常用二氧化碳传感器分为热导（TC）传感器或红外（IR）传感器两种。
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之间的电阻变化来实现的。热导传感器控制精度不高，受温度影响较大，检测结果会漂移，热导传感器的电信号与箱内二氧化碳浓度成正比。
红外传感器（IR）系统是由红外发射器和接收检测器组成。IR系统相比TC系统，稳定性更高，可以快速校准，但成本较高。
2.2.2校准/检测方法
二氧化碳浓度测量仪器有探头式二氧化碳浓度测量仪和泵气式二氧化碳测量仪两种。YY 1621-2018《医用二氧化碳培养箱》规定在设备显示温度达到设定温度、二氧化碳显示浓度达到设定浓度后等待2h开始检测。每15min 记录二氧化碳浓度数值一次，共记录10次。
2.2.3数据处理
数据处理可根据YY 1621-2018《医用二氧化碳培养箱》计算二氧化碳浓度误差。
2.3其他功能及测试方法
2.3.1灭菌功能
细胞在体外的培养过程，除了需要控制良好的培养条件，如何防止可能的污染也是培养是否成功的重中之重。由于体外培养的细胞没有生物体自身的免疫系统保护，特别容易受到各种细菌、真菌、病毒的感染。所以二氧化碳培养箱的箱体抑菌和灭菌功能非常关键。各二氧化碳培养箱各家厂家使用的方法不同。部分二氧化碳培养箱自带高温加热功能，可以高温灭菌，部分二氧化碳培养箱有紫外灯，可以进行灭菌。这些功能还有些培养箱通过HEPA过滤器对进风进行过滤，达到对箱内细菌进行控制的目的。灭菌的物理参数可以通过相关的标准进行校准，HEPA过滤器需要定期进行更换。
2.3.2开门性能测试
二氧化碳开门回温性能和断电保温功能测试均可依据YY 1621-2018《医用二氧化碳培养箱》进行。
3.结语
二氧化碳培养箱开展免疫学、肿瘤学、遗传学及生物工程所必须的关键设备。对于二氧化碳培养箱内关键参数的控制的准确性要求越来越高，对于二氧化碳培养箱参数的校准需求也急剧增长。在二氧化碳培养箱校准规范没有正式公布之前，可以根据YY1621-2018《医用二氧化碳培养箱》进行检测，确保二氧化碳培养箱的性能准确可靠。
参考文献：
YY1621-2018《医用二氧化碳培养箱》
JJF 1101-2019 《环境试验设备温度、湿度校准规范》
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