一、緩沖系統(tǒng)在培養(yǎng)基中的重要性
維持pH穩(wěn)定：
細胞的生長、代謝以及各種生物化學反應對環(huán)境pH極為敏感。大多數(shù)細胞適宜在pH 7.2 - 7.4的微堿性環(huán)境中生長。在細胞培養(yǎng)過程中，細胞代謝會產(chǎn)生酸性物質(zhì)（如二氧化碳、乳酸等）使培養(yǎng)基pH下降，若不加以控制，會嚴重影響細胞的正常生理功能，甚至導致細胞死亡。緩沖系統(tǒng)能夠抵抗這些酸性物質(zhì)引起的pH變化，為細胞提供穩(wěn)定的生存環(huán)境。
保證酶活性:
細胞內(nèi)的各種酶促反應依賴于特定的pH條件才能保持最佳活性。培養(yǎng)基中的緩沖系統(tǒng)確保了細胞內(nèi)外環(huán)境的pH適宜，使得參與細胞代謝、信號傳導等重要生理過程的酶能夠正常發(fā)揮作用，維持細胞的正常生理代謝。
促進細胞生長和產(chǎn)物表達:
穩(wěn)定的pH環(huán)境有利于細胞的增殖、分化以及特定產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)、抗體等）的合成與分泌。若pH波動過大，細胞的生長速率會減緩，產(chǎn)物的質(zhì)量和產(chǎn)量也會受到負面影響。因此，緩沖系統(tǒng)對于提高細胞培養(yǎng)的效率和質(zhì)量至關(guān)重要。
二、常見的培養(yǎng)基緩沖系統(tǒng)
碳酸氫鹽 - 二氧化碳緩沖系統(tǒng):
碳酸氫鈉 (NaHCO?) 是一種天然、無毒的緩沖液，常用于細胞培養(yǎng)基。它需要 5% 二氧化碳培養(yǎng)箱 起到緩沖作用，因為二氧化碳溶解在培養(yǎng)基中，形成碳酸，碳酸與碳酸氫根離子相互作用， 穩(wěn)定pH值.
培養(yǎng)基中 NaHCO? 的含量決定了維持 pH 值所需的 CO? 含量。正常組織的生理 pH 通常認為在 7.2 到 7.4 之間，但某些疾病狀態(tài)（例如癌癥）可能需要在較低的 pH 下培養(yǎng)。添加了 Earle 平衡鹽溶液 (EBSS) 的 Eagle 最低必需培養(yǎng)基 (EMEM) 和大多數(shù)其他細胞培養(yǎng)基通常含有 26 mM 碳酸氫鈉，而 DMEM 的濃度更高，為 44 mM
特點：優(yōu)點是具有較強的緩沖能力，能夠有效地緩沖細胞代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，且二氧化碳是細胞代謝的正常產(chǎn)物，參與細胞的一些生理過程，不會對細胞產(chǎn)生毒性。同時，該緩沖系統(tǒng)與細胞內(nèi)的生理緩沖機制相似，有利于細胞適應培養(yǎng)環(huán)境。缺點是其緩沖能力依賴于體系中二氧化碳的分壓，需要在含有5% - 10% CO2的培養(yǎng)箱中使用，以維持合適的CO2濃度和pH平衡。如果培養(yǎng)環(huán)境中的CO2濃度波動，會導致pH不穩(wěn)定。
1. HEPES緩沖系統(tǒng)
原理：HEPES（4 - 羥乙基哌嗪乙磺酸）是一種兩性離子緩沖劑，在生理pH范圍內(nèi)（pH 6.8 - 8.2）具有良好的緩沖能力。。HEPES在 pH 值范圍 6.8 至 8.2，使其適用于多種哺乳動物細胞系。
特點：優(yōu)點是對細胞毒性小，能夠在較寬的溫度和離子強度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的緩沖能力，且不依賴于二氧化碳，可以在開放式培養(yǎng)體系或無二氧化碳培養(yǎng)箱中使用，方便一些特殊實驗條件下的細胞培養(yǎng)。缺點是成本相對較高，在高濃度時可能會對某些細胞的產(chǎn)生毒素。
2. 磷酸鹽緩沖系統(tǒng)
原理：磷酸鹽緩沖系統(tǒng)由磷酸二氫鹽和磷酸氫鹽組成。
特點：優(yōu)點是成本低、配制簡單，緩沖能力適中，在生物實驗中應用廣泛。缺點是對細胞代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)緩沖能力有限，尤其是在細胞高密度培養(yǎng)時，可能無法有效維持pH穩(wěn)定。此外，磷酸鹽可能會與某些金屬離子形成沉淀，影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的穩(wěn)定性，并且高濃度的磷酸鹽可能對細胞有毒性作用。
三、怎么選擇適合您細胞的培養(yǎng)基緩沖方式？
看細胞類型與培養(yǎng)條件:
不同類型的細胞對pH的要求和耐受性存在差異，應根據(jù)細胞特性選擇合適的緩沖系統(tǒng)。例如，貼壁細胞和懸浮細胞對pH變化的敏感度可能不同，某些對pH變化較為敏感的細胞（如神經(jīng)元細胞）可能更適合使用緩沖能力較強且穩(wěn)定的碳酸氫鹽 - 二氧化碳緩沖系統(tǒng)，并在精確控制CO2濃度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。而對于一些在特殊條件下培養(yǎng)（如無CO2培養(yǎng)箱）的細胞，HEPES緩沖系統(tǒng)可能更為合適。
看培養(yǎng)方式與規(guī)模:
如果是小規(guī)模的細胞培養(yǎng)實驗，可根據(jù)實驗目的和細胞特點靈活選擇緩沖系統(tǒng)。但在大規(guī)模細胞培養(yǎng)生產(chǎn)（如生物制藥中的抗體生產(chǎn)）中，需考慮緩沖系統(tǒng)的成本、穩(wěn)定性以及對產(chǎn)物質(zhì)量的影響。碳酸氫鹽 - 二氧化碳緩沖系統(tǒng)雖然緩沖能力強，但需要配備精確控制CO2濃度的設備，成本較高；磷酸鹽緩沖系統(tǒng)成本低，但緩沖能力有限，可能需要結(jié)合其他措施（如定期更換培養(yǎng)基）來維持pH穩(wěn)定。在這種情況下，可能需要對緩沖系統(tǒng)進行優(yōu)化或組合使用，以達到最佳的培養(yǎng)效果和經(jīng)濟效益。
看實驗目的與分析方法:
某些實驗可能需要避免特定離子對實驗結(jié)果的干擾，如在進行細胞內(nèi)鈣離子濃度測定等實驗時，應避免使用會與鈣離子發(fā)生反應的磷酸鹽緩沖系統(tǒng)。同時，如果實驗后續(xù)需要進行特定的分析方法（如質(zhì)譜分析等），需考慮緩沖系統(tǒng)中的成分是否會對分析結(jié)果產(chǎn)生影響，選擇合適的緩沖系統(tǒng)以確保實驗數(shù)據(jù)的準確性。