基于presens光纖氧氣傳感器的細(xì)胞培養(yǎng)氧分壓測試實(shí)驗(yàn)

　一般情況下，細(xì)胞培養(yǎng)是把傳代好的細(xì)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(jìn)行培養(yǎng)．由于細(xì)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(xì)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(shí)際的細(xì)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(xì)胞的供氧能力；其二是細(xì)胞的耗氧能力．通常情況下，在培養(yǎng)細(xì)胞時，不會考慮培養(yǎng)液中的氧分壓，因?yàn)椋谂囵B(yǎng)過程中會給細(xì)胞提供足夠的氧．但是，在某些情況下，比如活體干細(xì)胞的培養(yǎng)和移植過程中，干細(xì)胞的生長對氧分壓非常敏感，２００８年Ｓｉｍｏｎ　ａｎｄ　Ｋｅｉｔｈ以及Ｌｉｎ等研究表明，干細(xì)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(xì)胞的外型．因此，一些研究者認(rèn)為，細(xì)胞周圍的氧分壓是能夠反映細(xì)胞的功能狀態(tài)（包括細(xì)胞分化、生長、線粒體的能量代謝）的重要因素之一．因此，對細(xì)胞培養(yǎng)過程中的氧分壓進(jìn)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(kuò)散到達(dá)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(shí)際值．在Ｐｅｔｔｅｒｓｅｎ等的研究中，用微電極監(jiān)測靜態(tài)條件下的細(xì)胞培養(yǎng)的氧分壓，測量發(fā)現(xiàn)細(xì)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(tuán)可能對細(xì)胞有毒性．以上傳感方法存在缺點(diǎn)（如費(fèi)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(xì)胞培養(yǎng)過程中的氧分壓變化．因?yàn)殡娀瘜W(xué)傳感器本身消耗氧氣，再者溶氧敏感熒光團(tuán)的組織培養(yǎng)需要遠(yuǎn)離培養(yǎng)箱才能讀取有用的信息．為了克服這些缺點(diǎn)，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(xì)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(xì)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(xì)胞的氧分壓的實(shí)驗(yàn)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(jī)處理系統(tǒng)相連，這樣就組成了基于光纖氧傳感器的細(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：細(xì)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(xì)胞為實(shí)驗(yàn)樣品，對細(xì)胞周圍的氧分壓值進(jìn)行了測試．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著細(xì)胞密度的增高，測得的氧分壓的數(shù)據(jù)越小．通過與細(xì)胞計數(shù)的結(jié)果進(jìn)行對比，也實(shí)驗(yàn)證明了光纖氧氣傳感器能夠?qū)ε囵B(yǎng)液中細(xì)胞周圍的氧分壓進(jìn)行監(jiān)測，細(xì)胞培養(yǎng)中液相中的氧分壓水平不僅依賴于細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境氣相中的氧分壓，而且也依賴于細(xì)胞的密度和細(xì)胞代謝．因此在細(xì)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?xiàng)l件下的細(xì)胞培養(yǎng)，并且使實(shí)驗(yàn)條件具有可復(fù)制性和可比性．

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)。

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(yīng)用在西林瓶殘氧含量等藥品行業(yè)，德國PreSens殘氧儀還應(yīng)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(lǐng)域。

PreSens殘氧儀適用于小頂空、負(fù)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(jìn)行自動校準(zhǔn)，傳感器免維護(hù)、長期使用

> 溫度、壓力和鹽分補(bǔ)償

> 能耗低，適合長期測量

> 可擴(kuò)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)。

德國presens儀表系統(tǒng)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(jié)點(diǎn)、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(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

德國presens提供usb供電并且通過電腦顯示的OXY-1SMA(trace),OXY-1 ST(trace)儀表。儀表外形小巧，該系列測氧儀可安裝在幾乎任何地方。兼容非侵入式節(jié)點(diǎn)、浸漬探頭及流通池。該系列設(shè)備具有溫度、壓力及鹽度補(bǔ)償功能，儀表與微型傳感器、非侵入式節(jié)點(diǎn)、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，同時控制多個儀表的PreSens Measurement Studio 2 軟件可以輕松將數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。