细胞培养环境主要通过CO2培养箱、震荡培养箱（即温度、湿度、O 2和 CO 2张力）和基础细胞培养基及其补充剂来实现。这不仅包括碳水化合物、维生素、氨基酸、矿物质、生长因子、激素等营养素的供应，还包括控制培养物 pH 值和细胞渗透压等理化特性的成分。此外，固体或半固体生长基质和细胞密度分别允许细胞-基质锚定和细胞-细胞相互作用，这进一步控制了生理相关微环境的模拟。
为满足特定细胞类型的要求，市场上已有多种细胞培养基组合物，并且可以根据它们补充血清的水平进行分类。
胎牛血清 (FBS) 形式的血清通常会添加到已经含有基于氨基酸、维生素、碳源（例如葡萄糖）和无机盐的标准配方的基础培养基中。血清为细胞提供生长因子和激素，并充当脂质和酶的载体，以及微量营养素和微量元素的运输。
然而，一些实验的目标是减少基础培养基中动物源性因子（如血清）的补充，因为它是一种不确定的成分，批次之间可能会有很大差异。它也是一种昂贵的细胞培养产品，存在对细胞生长和功能造成不良刺激或抑制作用的风险，如果血清来源不可靠，可能会造成细胞污染。
减血清或无血清培养基依赖于用更明确的成分减少或代替血清的配方。这通常会产生以生长和下游实验应用具有较高一致性为特征的细胞培养物。补充剂的浓度也可以根据细胞类型的具体需要进行调整。这通常会产生以生长和下游实验应用具有更高一致性为特征的细胞培养物。补充剂的浓度也可以根据细胞类型的具体需要进行调整。这通常会产生以生长和下游实验应用具有更高一致性为特征的细胞培养物。补充剂的浓度也可以根据细胞类型的具体需要进行调整。
细胞培养所需的温度取决于物种的体温和分离培养细胞类型的微环境。虽然大多数人类和哺乳动物细胞系在 36–37°C 下孵育，但源自冷血动物的细胞系可以在 15°C 至 26°C 之间的更宽温度范围内维持。大多数CO2培养箱、震荡培养箱在实验室培养的人类和哺乳动物细胞系的 pH 值应严格控制并保持在 7.2–7.4 的生理 pH 值。相反，一些成纤维细胞系有利于pH 7.4 和 7.7 之间稍微偏碱性的条件，而转化细胞系更喜欢 pH 7.0 和 7.4 之间的偏酸性环境。
通过严格调节和监测细胞培养环境温度的振荡培养箱，可以实现细胞培养的恒定温度。随着细胞的繁殖，它们的生长需要在培养基中提供能量，例如以葡萄糖的形式。代谢时，其副产物包括丙酮酸、乳酸和 CO 2。大规模细胞培养时可以使用乳酸检测仪进行乳酸含量检测。
由于 pH 值取决于 CO 2和 HCO 3 -（碳酸氢盐）的平衡，因此向细胞培养基中添加基于碳酸氢盐的缓冲液也可以平衡 CO 2浓度。
其他 pH 缓冲液可以是有机性质的，包括 HEPES (10–25 mM) 或 3-(N-吗啉代) 丙磺酸 (MOPS) (20 mM)。
许多细胞培养基含有 pH 指示剂（例如，酚红），显示酸性（黄色）和碱性（粉红色）条件之间的颜色范围。此外，大气中CO 2浓度的波动也可以改变pH水平。因此，细胞应在培养箱中培养，该培养箱还允许将 CO 2张力调整至 5–7%。为了延迟 pH 值的变化，可以用其他碳源（例如 半乳糖或果糖）代替葡萄糖。虽然这会减慢细胞生长的速度，但也会减少乳酸等副产物的积累。
对于在低氧张力（缺氧）下模拟病理或生理条件的特定细胞培养物，建议使用可调节的 1–21% 氧浓度与氮气平衡的缺氧培养箱。
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