細胞培養(yǎng)是醫(yī)學、免疫學、遺傳學、微生物、農(nóng)業(yè)科學、生命科學、藥物研發(fā)與生產(chǎn)等醫(yī)療相關(guān)領(lǐng)域中的重要課題，而要研究細胞的功能、代謝以及細胞對環(huán)境諸因素影響的反應(yīng)等，就需要在實驗室內(nèi)離體模擬體內(nèi)條件營造能維持正常生命活動及增殖的環(huán)境條件。二氧化碳培養(yǎng)箱就是這樣一種在體外人工模擬適宜細胞在體生長環(huán)境的科學實驗設(shè)備，也是實驗室普遍使用的常規(guī)儀器之一。
通常條件下，需要二氧化碳培養(yǎng)箱能夠在以下幾個方面具有相當?shù)目刂颇芰俺掷m(xù)穩(wěn)定性：
1、加熱并使箱內(nèi)溫度持續(xù)穩(wěn)定。細胞對溫度的變化是非常敏感的，大多數(shù)動物細胞在超過40℃的環(huán)境下僅能存活數(shù)小時。細胞培養(yǎng)溫度需要與其在體條件相一致，細胞種類不同，所需要的溫度范圍各異，比如絕大多數(shù)哺乳動物細胞需要維持在37℃±1℃，魚類一般在28℃±1℃。
2、相對濕度大多數(shù)情況下需要維持在95%RH上下，以免培養(yǎng)基因濕度過低而加速蒸發(fā)，抑或因濕度過高影響細胞活性。
3、二氧化碳培養(yǎng)箱需要能夠控制二氧化碳濃度，并長時間維持二氧化碳濃度持續(xù)穩(wěn)定，通常情況下為5%，因為CO2不但是細胞所需成分，還是細胞代謝產(chǎn)物，并與培養(yǎng)基中的碳酸氫鈉形成緩沖體系，輔助維持培養(yǎng)環(huán)境的pH及滲透壓相對穩(wěn)定。
4、培養(yǎng)基的酸堿度需要恒定，絕大多數(shù)細胞耐受的pH值范圍為7.2-7.4的弱堿性環(huán)境。除了必要的緩沖液外，還需要CO2作為補充。
此外，污染防治也是一個不可忽視的因素，高于140℃的干熱滅菌是常見的滅菌方式，也是一種成熟完備的滅菌方式，是高溫導(dǎo)致微生物脫水，或者直接阻斷遺傳，或者擾亂新陳代謝，讓其因缺乏恰當?shù)拇碳づc營養(yǎng)環(huán)境而失去繁殖能力。其滅菌效果有保證，各國藥典及醫(yī)療器械監(jiān)管機構(gòu)也出臺了相關(guān)的技術(shù)指導(dǎo)方針，例如歐盟藥典就要求如果在160℃下進行干熱滅菌，滅菌時間不得短于兩小時。
近幾年，醫(yī)療行業(yè)加大了基礎(chǔ)研發(fā)的投入與力度，也培育了二氧化碳培養(yǎng)箱的應(yīng)用領(lǐng)域。
典型應(yīng)用：
1、干細胞培養(yǎng)與再生醫(yī)學康復(fù)治療的基礎(chǔ)研究，干祖細胞的分化多潛能屬性使得干細胞成為研究熱點，科學家渴望借助干細胞找到眾多疾病的治療技術(shù)路線。以干細胞組織工程為目標的培養(yǎng)研究需要二氧化碳為對環(huán)境敏感的干細胞提供異常穩(wěn)定的體外培養(yǎng)環(huán)境，以期再現(xiàn)在體環(huán)境。
干細胞的應(yīng)用也有多種，比如皮膚干細胞在康復(fù)醫(yī)學、燒傷醫(yī)學及整容美容上的應(yīng)用，口腔醫(yī)學、白血病、心血管疾病的研究與治療上等需要數(shù)量可觀的干細胞，這些都需要生物反應(yīng)器或者大規(guī)模培養(yǎng)來提供充足的細胞儲備。細胞系的培養(yǎng)也需要二氧化碳培養(yǎng)箱的強力支撐。
2、藥物篩選應(yīng)用。現(xiàn)代藥物開發(fā)高通量篩選需要二氧化碳培養(yǎng)箱助力細胞培養(yǎng)。
3、疫苗研發(fā)。細胞的大規(guī)模培養(yǎng)與生物反應(yīng)器放大需要二氧化碳培養(yǎng)箱培養(yǎng)提供。
4、人工輔助生殖與體外培養(yǎng)需要二氧化碳培養(yǎng)箱提供穩(wěn)定的環(huán)境保障。
5、細胞自噬，近十年來逐漸成為研究熱點，諾貝爾生理學與醫(yī)學獎的關(guān)注更是讓自噬成為焦點。細胞自噬( Autophagy) 是以細胞質(zhì)空泡化為特征的溶酶體依賴性降解途徑。通過自噬，細胞清除受損或衰老的細胞器、降解半衰期長或過剩聚集蛋白，對細胞的生長、分化、發(fā)育和維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)具有重要作用。研究細胞自噬機理，以及自噬基因變異與諸多疾病的關(guān)系，有望讓科學為人類健康做出更直觀的貢獻。
6、各種非常態(tài)毒理研究，比如低氧條件對細胞培養(yǎng)性狀的研究、高二氧化碳對器官組織細胞的刺激作用、環(huán)境對細胞組織的脅迫效應(yīng)等。
