基于presens光纖氧氣傳感器的細胞培養(yǎng)氧分壓測試實驗

般情況下，細胞培養(yǎng)是把傳代好的細胞放入培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿中，然后把培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿放入設(shè)置好溫度和二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)．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(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿的蓋子不能擰緊．在培養(yǎng)液中氧的體積分?jǐn)?shù)和空氣中的氧的體積分?jǐn)?shù)處于平衡狀態(tài)下，細胞的生存、繁殖、變異會受培養(yǎng)液中的氧分壓的影響．在平衡態(tài)下，氣相中氧氣的體積分?jǐn)?shù)２１％對應(yīng)液相中氧分壓２１ｋＰａ．然而，在實際的細胞培養(yǎng)中，培養(yǎng)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(zhì)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(yǎng)細胞時，不會考慮培養(yǎng)液中的氧分壓，因為，在培養(yǎng)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(yǎng)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?，干細胞適于在低氧分壓環(huán)境下生存．在低氧環(huán)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(rèn)為，細胞周圍的氧分壓是能夠反映細胞的功能狀態(tài)（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(yǎng)過程中的氧分壓進行監(jiān)測具有重要的意義．

活體外的氧分壓監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(jiān)測靜態(tài)條件下的細胞培養(yǎng)的氧分壓，測量發(fā)現(xiàn)細胞周圍的氧含量和環(huán)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(zhì)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(yīng)時間長等），不適合持續(xù)監(jiān)測細胞培養(yǎng)過程中的氧分壓變化．因為電化學(xué)傳感器本身消耗氧氣，再者溶氧敏感熒光團的組織培養(yǎng)需要遠離培養(yǎng)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(yǎng)瓶中監(jiān)測氧分壓值，但是大體積的光學(xué)系統(tǒng)很難放入傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)箱中．

本文介紹將光纖氧氣傳感器用于監(jiān)測培養(yǎng)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(fā)光材料，以聚乙烯（甲基丙烯酸乙酯，ＰＥＭＡ）作為基體固定發(fā)光體．把氧傳感發(fā)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(fā)光源和計算機處理系統(tǒng)相連，這樣就組成了基于光纖氧傳感器的細胞培養(yǎng)氧分壓的監(jiān)測系統(tǒng)．該系統(tǒng)可以測量液相中的氧分壓變化，實驗結(jié)果表明：細胞密度越高，處于空氣環(huán)境的培養(yǎng)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(jié)果表明：隨著細胞密度的增高，測得的氧分壓的數(shù)據(jù)越?。ㄟ^與細胞計數(shù)的結(jié)果進行對比，也實驗證明了光纖氧氣傳感器能夠?qū)ε囵B(yǎng)液中細胞周圍的氧分壓進行監(jiān)測，細胞培養(yǎng)中液相中的氧分壓水平不僅依賴于細胞培養(yǎng)環(huán)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(yǎng)過程中需要監(jiān)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(yǎng)，并且使實驗條件具有可復(fù)制性和可比性．

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德國PreSens公司是光化學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)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(wù)。德國 PreSens為生物過程控制，生物與環(huán)境研究，食品與飲料行業(yè)以及其他工業(yè)應(yīng)用的終端用戶提供廣泛的傳感器系統(tǒng)。

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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(yīng)時間≤1s可同時檢測頂空氧及溶解氧含量。檢測氧氣氣態(tài)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(xué)穩(wěn)定性、重現(xiàn)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(zhǔn)二維碼，進行自動校準(zhǔn)，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(shù)據(jù)庫支持的軟件，同時控制多個設(shè)備

德國presens除了可以檢測氧氣的含量，還提供PH以及二氧化碳的檢測系統(tǒng)。

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