摘要

二氧化碳培养箱是现代生命科学实验室的核心设备，为细胞、组织及微生物培养提供高度稳定的模拟生长环境。其技术演进集中于两大关键系统：CO?浓度控制与灭菌消毒。本文阐述了基于红外传感（IR）的CO?检测技术相较于传统热导（TC）传感器的测量优势，并分析了高温灭菌如何为培养环境提供更优良、无化学残留的洁净保障。通过介绍这些核心技术如何协同工作，旨在突出其在提升培养成功率、保证实验重复性与生物安全性方面的重要价值。

一、维持培养环境稳定的核心：精确的CO?浓度控制

细胞与组织培养的成功，高度依赖于培养箱内环境的温度、湿度与CO?浓度的动态稳定。其中，CO?浓度（通常为5%）与培养基中的碳酸氢盐缓冲系统共同作用，维持培养液适宜的pH值，这是细胞健康生长的最基本条件。

现代二氧化碳培养箱普遍采用的红外（IR）CO?传感器，则基于CO?分子对特定波长红外光的吸收特性。该方法几乎不受温湿度变化影响，能够直接、连续且准确地监测CO?浓度，为实现真正稳定的培养环境奠定了技术基础，极大降低了因环境波动导致培养失败的风险。

二、红外传感（IR）技术：精准测量的实现路径与优势

红外CO?传感技术的引入，是二氧化碳培养箱控制领域的一项重要进步。其工作机理依赖于朗伯-比尔定律：CO?气体对特定波长（如4.2μm）的红外光有选择性吸收，吸收光强与气体浓度呈正相关。

该技术路径带来了多重优势：

高精度与稳定性：直接测量CO?分子本身，排除了温度、湿度及环境气压等因素的交叉干扰，提供长期可靠的监测数据；

快速响应能力：IR传感器能即时捕捉浓度的微小变化，使控制系统能够迅速做出调整，大幅缩短恢复设定浓度所需时间；

更低的气体消耗：由于控制响应更快、更精准，避免了不必要的CO?气体补充，实现了更经济、更环保的运行；

三、保障生物安全的基石：高温灭菌技术的应用

除了精确的控制，有效的灭菌消毒是防止微生物污染、确保培养物纯度的另一技术关键。常规的消毒方式如紫外灯照射或化学消毒（如过氧化氢雾化）虽有一定效果，但存在消毒死角、化学残留或对人体及设备有害等局限。

高温湿热灭菌功能已成为CO?培养箱的标准配置。其过程通常将箱内温度升高至90℃以上并保持长时间（如12小时），利用高温饱和蒸汽的穿透力，高效杀灭所有微生物，包括细菌、真菌、病毒及其孢子。

这一技术的核心优势在于：

灭菌全面：热空气均匀遍布整个腔体，可实现包括内壁、搁架、风扇和传感器在内的整个培养空间的灭菌；

无有害残留：避免了化学消毒剂可能残留对后续培养物产生的毒性影响；

四、结论与展望：技术集成推动生命科学研究发展

现代二氧化碳培养箱已从简单的保温箱，演进为高度集成智能化的精密仪器。红外CO?传感技术确保了培养环境参数的精确性与稳定性，而高温灭菌技术则奠定了实验结果的纯净性与可重复性。两者的结合，共同为细胞培养的成功提供了双重保障，极大地推动了再生医学、癌症研究、药物开发等前沿领域的进步。

未来，随着技术的持续发展，二氧化碳培养箱将进一步融合物联网远程监控、人工智能预测性维护以及更低氧浓度的三气精确控制等功能，朝着更智能化、更个性化、更能满足复杂科研需求的方向演进，继续作为生命科学领域的基石工具。