基于presens光纖氧氣傳感器的細胞培養分壓測試實驗

一般情況下，細胞培養是把傳代好的細胞放入培養瓶或培養皿中，然后把培養瓶或培養皿放入設置好溫度和二氧化碳體積分數的培養箱中進行培養．由于細胞在代謝過程中需要消耗氧氣，有氧氣交換過程，因此培養瓶或培養皿的蓋子不能擰緊．在培養液中氧的體積分數和空氣中的氧的體積分數處于平衡狀態下，細胞的生存、繁殖、變異會受培養液中的氧分壓的影響．在平衡態下，氣相中氧氣的體積分數２１％對應液相中氧分壓２１ｋＰａ．然而，在實際的細胞培養中，培養液中的氧分壓盡管接近２１ｋＰａ，但是也要受到２個因素的影響：其一是媒質給細胞的供氧能力；其二是細胞的耗氧能力．通常情況下，在培養細胞時，不會考慮培養液中的氧分壓，因為，在培養過程中會給細胞提供足夠的氧．但是，在某些情況下，比如活體干細胞的培養和移植過程中，干細胞的生長對氧分壓非常敏感，２００８年Ｓｉｍｏｎ?。幔睿洹。耍澹椋簦枰约埃蹋椋畹妊芯勘砻鳎杉毎m于在低氧分壓環境下生存．在低氧環境下，通過改變氧分壓的值，可以修改干細胞的外型．因此，一些研究者認為，細胞周圍的氧分壓是能夠反映細胞的功能狀態（包括細胞分化、生長、線粒體的能量代謝）的重要因素之一．因此，對細胞培養過程中的氧分壓進行監測具有重要的意義．

活體外的氧分壓監測的標準方法為Ｃｌａｒｋｅｔｙｐｅ電極法：電極法的傳感器由電解液以及處于其中的陰極和陽極組成，電解液由外層能夠滲透氧氣的膜包圍．當氧氣通過薄膜和電解液擴散到達陰極時，陰極附近的氫氧根離子會減少．陰極提供電子給氧分子，同時在陰極和陽極間的電流與樣品的氧分壓成正比．由于電極本身消耗氧氣，因此電極法測得的氧分壓值將低于實際值．在Ｐｅｔｔｅｒｓｅｎ等的研究中，用微電極監測靜態條件下的細胞培養的氧分壓，測量發現細胞周圍的氧含量和環境空氣中的氧含量有顯著差別．另一方法是使用氧敏感的熒光體溶解在介質中測量氧分壓，但是敏感的熒光團可能對細胞有毒性．以上傳感方法存在缺點（如費用高、有限的使用壽命、響應時間長等），不適合持續監測細胞培養過程中的氧分壓變化．因為電化學傳感器本身消耗氧氣，再者溶氧敏感熒光團的組織培養需要遠離培養箱才能讀取有用的信息．為了克服這些缺點，基于熒光淬滅的氧傳感器為測量活體外氧分壓提供了另一種選擇．有研究報道，把柔性的傳感器放到細胞培養瓶中監測氧分壓值，但是大體積的光學系統很難放入傳統的細胞培養箱中．

本文介紹將光纖氧氣傳感器用于監測培養液中細胞的氧分壓的實驗方法．以presens的熒光傳感材料，作為氧傳感發光材料，以聚乙烯（甲基丙烯酸乙酯，ＰＥＭＡ）作為基體固定發光體．把氧傳感發光材料涂覆在圓柱形光纖的拋光面上，光纖后端有光纖分接頭，可以與ＬＥＤ激發光源和計算機處理系統相連，這樣就組成了基于光纖氧傳感器的細胞培養氧分壓的監測系統．該系統可以測量液相中的氧分壓變化，實驗結果表明：細胞密度越高，處于空氣環境的培養液中的氧分壓越低．

以ＰＫ－１５細胞為實驗樣品，對細胞周圍的氧分壓值進行了測試．實驗結果表明：隨著細胞密度的增高，測得的氧分壓的數據越?。ㄟ^與細胞計數的結果進行對比，也實驗證明了光纖氧氣傳感器能夠對培養液中細胞周圍的氧分壓進行監測，細胞培養中液相中的氧分壓水平不僅依賴于細胞培養環境氣相中的氧分壓，而且也依賴于細胞的密度和細胞代謝．因此在細胞培養過程中需要監視和控制氧分壓水平，以維持在一般生理條件下的細胞培養，并且使實驗條件具有可復制性和可比性．

德國PreSens公司是光化學傳感器技術領域的重要公司。與其合作伙伴一起在歐洲，美洲和亞洲等地域提供服務。德國 PreSens為生物過程控制，生物與環境研究，食品與飲料行業以及其他工業應用的終端用戶提供廣泛的傳感器系統。

德國PreSens熒光法頂空殘氧分析儀 是一款基于熒光淬滅檢測原理的，具備非侵入式留樣管理和侵入式（熒光探針）兩種檢測模式，主要應用在西林瓶殘氧含量等藥品行業，德國PreSens殘氧儀還應用在大輸液，安瓿瓶殘氧，奶粉殘氧檢測，膨化食品等頂空殘氧檢測領域。

PreSens殘氧儀適用于小頂空、負壓條件下測試，氧氣需求量小可以測量0.1ml樣氣，響應時間≤1s可同時檢測頂空氧及溶解氧含量。檢測氧氣氣態和15ppb以上的溶解氧濃度。

PreSens殘氧檢測克服了碘量法和電流測定法的不足，具有很好的光化學穩定性、重現性，無延遲，精度高，壽命長。。

preSens頂空殘氧分析儀功能特性:

> 可適配非接觸式測氧貼片、小型氧探針和微型氧傳感器

> 通過掃描傳感器校準二維碼，進行自動校準，傳感器免維護、長期使用

> 溫度、壓力和鹽分補償

> 能耗低，適合長期測量

> 可擴展數據庫支持的軟件，同時控制多個設備

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德國presens儀表系統提供便攜式屏幕顯示儀表FIBOX4(trace),MicroX4（trace），儀表與微型傳感器、非侵入式節點、流通池及高魯 棒性浸漬探頭一同使用，痕量儀表測量1 ppb至100%氧，儀表配備長效電池、具有巨大存儲容量，帶顯示屏和USB供電，同時控制多個儀表的PreSens Measurement Studio 2 軟件可以輕松將數據進行管理。

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