我們在使用二氧化碳培養箱培養細胞時,由于加液量和培養周期的差異,導致我們對于培養箱中的相對濕度要求高低不一。
對于使用96孔細胞培養板且培養周期較長的實驗,由于單孔加液量少,培養液在37 ℃條件下長時間蒸發有風干的風險。培養箱中較高的相對濕度,比如達到90%以上,可以有效地減少液體的揮發,
但是,新的問題又出現了,很多細胞培養實驗人員發現,培養箱在高濕條件下容易產生冷凝水,冷凝水的產生如果不受控制,會越積越多,給細胞培養帶來了一定感染細菌的風險。
那么,培養箱中冷凝水的產生是不是因為相對濕度太高了呢?
首先,我們要了解一下相對濕度的概念。
是指空氣中水蒸氣的實際含量與同溫度下飽和狀態時水蒸氣含量的百分比。

e是空氣中實際水蒸氣壓 e8是同溫度下飽和水蒸氣壓
具體來說:
0% 相對濕度 | 空氣中沒有水蒸氣 |
100% 相對濕度 | 空氣中水蒸氣達到了飽和狀態,無法再容納更多水蒸氣,會出現凝結現象 |
50% 相對濕度 | 當前空氣中的水蒸氣量是該溫度下飽和水蒸氣量的一半。如果溫度為37°C,那么37°C下飽和水蒸氣壓約為6.27 kPa。因此,50% 相對濕度下的水蒸氣壓約為3.135 kPa |
弄清楚了相對濕度,我們再來了解一下飽和水蒸氣壓。
飽和水蒸氣壓
其特點為:
動態平衡 | 當水和水蒸氣在封閉系統中共存時,蒸發和凝結達到平衡,系統中水蒸氣的壓強不再變化,此時的壓強即為飽和水蒸氣壓 |
溫度依賴性 | 飽和水蒸氣壓隨溫度變化。當溫度升高時,水分子的動能增加,更多的水分子能夠逃逸到氣相中,因此飽和水氣壓增加。反之,當溫度降低時,飽和水氣壓減少 |
特性 | 飽和水氣壓是一個純物質的特性參數,不依賴于液體的量,只與溫度有關 |
常見的用于計算飽和水氣壓的公式是安托萬方程:

Pws是飽和水汽壓 T是溫度 A,B,C是特定物質的常數
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我們可以使用這些常數來計算出在 37°C 時的飽和水氣壓為 6.27 kPa。
那么,在37攝氏度(℃)的溫度下,飽和水氣壓狀態下,空氣中的水含量有多少呢?
要計算飽和水蒸氣的質量含量(絕對濕度),我們可以使用克勞修斯-克拉佩龍方程公式進行計算:

MW是水的摩爾質量,約為18.01528 g/mol
PW8是飽和水汽壓(Pa)
R是通用氣體常數,約為8.314 J/(molK)
飽和水氣壓: 在37℃時,飽和水汽壓為 6.27 kPa
代入公式計算:

這些影響因素如下:
溫度降低 | 當空氣中的水蒸氣量接近飽和狀態時,任何微小的溫度降低或增加的水蒸氣量都可能導致冷凝現象的發生。比如說培養箱中溫度的波動就有可能導致產生冷凝水,因此溫度更為穩定的培養箱對冷凝水的產生會有抑制作用。 |
局部表面溫度低于露點溫度 | 局部的表面溫度如果低于露點溫度,水蒸氣會在這些表面上會凝結成水滴,所以溫度均勻性較好的培養箱在抑制冷凝水上會有更好的表現 |
增加的水蒸氣 | 比如增濕盤以及培養容器的液體量較大,而培養箱的密閉性又較高時,當培養箱內空氣中的水蒸氣量增加到超出其在當前溫度下的最大容納量時,即使溫度不變,也會產生冷凝水 |
因此,一臺溫度控制較好的二氧化碳培養箱對于冷凝水的產生顯然具有抑制作用,但是,當相對濕度超過95%甚至是達到飽和時,冷凝的可能性會顯著增加,因此,我們在培養細胞時,除了要選擇一臺好的二氧化碳培養箱外,應盡量避免追求高濕度所帶來的冷凝風險。