细胞培养基中缓冲体系的原理与类型及应用场景！
2026-04-09 14:51阅读：
细胞培养基中缓冲体系的原理与类型及应用场景！
百欧博伟生物：细胞培养基中的缓冲体系是维持培养基
pH 稳定的核心机制，其通过抵抗外界因素对 pH 的干扰，为细胞提供适宜的生长环境（多数哺乳动物细胞的最适 pH 为
7.2-7.4）。以下从常见缓冲体系的原理、类型及应用场景展开说明：
一、缓冲体系的核心作用
细胞代谢过程中会产生乳酸、CO等酸性物质，导致培养基 pH
下降；而环境中碱性物质可能使 pH 上升。缓冲体系通过“中和”多余的酸或碱，将 pH 波动控制在细胞可耐受的范围内（一般允许 pH 在
6.8-7.6 之间小幅变化），避免 pH
剧烈波动对细胞存活、增殖及功能（如蛋白表达、信号通路激活）造成影响。
二、常见缓冲体系及原理
细胞培养基中最常用的缓冲体系主要有两类：碳酸氢钠 -
CO体系和HEPES 等有机缓冲剂体系，两者常结合使用以增强缓冲能力。
1、碳酸氢钠 - CO缓冲体系（最基础、最常用）
原理：依赖碳酸氢钠（NaHCO）与 CO的平衡反应：
NaHCO ↔ Na + HCO
HCO + H ↔ HCO ↔ CO + HO
当培养基中酸性物质增多（H浓度升高）时，HCO会与 H结合生成
HCO，进而分解为 CO和 HO，CO通过培养箱中的气体交换排出，避免 pH 下降；
当培养基偏碱性（H浓度降低）时，CO从培养箱进入培养基，与 HO
结合生成 HCO，释放 H以降低 pH。
特点：
成本低、对细胞毒性小，符合生理环境（体内体液也存在类似的碳酸氢盐缓冲系统）；
依赖外部 CO浓度（需配合培养箱维持 5% CO），若
CO浓度不稳定（如培养箱故障、瓶盖未拧紧），缓冲能力会大幅下降；
缓冲范围较窄，对剧烈 pH
变化的抵抗能力较弱（如细胞高密度培养时乳酸大量积累）。
应用场景：常规细胞培养（如贴壁细胞、悬浮细胞的日常传代）、短期实验（1-3 天），适用于
CO培养箱可稳定控制的环境。
2、有机缓冲剂体系（以 HEPES 为代表）
原理：HEPES（4 -
羟乙基哌嗪乙磺酸）是一种两性有机化合物，其分子中的氨基和磺酸基可通过质子结合/释放调节 pH，反应式如下：
HEPES（中性） + H ↔ HEPES-H（质子化形式）
当培养基中 H增多时，HEPES 结合 H；H减少时，HEPES-H释放
H，无需依赖 CO即可发挥缓冲作用。
特点：
缓冲范围宽（pH 6.8-8.2），缓冲能力强，可抵抗较剧烈的 pH
变化（如细胞高密度培养、长时间实验）；
不依赖 CO，适用于无
CO培养环境（如细胞运输、临时脱离培养箱的操作）；
成本较高，高浓度（>20
mM）可能对部分细胞有轻微毒性，需根据细胞类型调整浓度（常用 10-20 mM）。
应用场景：
长期实验（如 48
小时以上的药物处理、细胞分化实验）；
细胞脱离
CO环境的操作（如显微镜观察、换液过程）；
对 pH
波动敏感的细胞（如干细胞、原代细胞）。
3、其他辅助缓冲剂
磷酸缓冲盐（PBS）：部分培养基会添加少量磷酸盐，但其缓冲能力较弱，通常仅作为辅助，或用于配制清洗液（如细胞传代时的
PBS 洗涤），不单独作为培养基主缓冲体系。
MOPS、MES 等：适用于特殊 pH 需求的场景，但在常规细胞培养中较少使用。
三、缓冲体系的选择与优化
根据实验需求组合使用：
多数商品化培养基以“碳酸氢钠 -
CO”为基础，同时添加 10-20 mM HEPES 增强缓冲能力，兼顾成本与稳定性。
浓度调整原则：
碳酸氢钠浓度需匹配 CO：例如，5%
CO环境下，培养基中碳酸氢钠浓度通常为 1.5-2.2 g/L；若使用 10% CO，需提高至 3.7 g/L（避免 pH
过低）。
HEPES 浓度：常规培养用 10 mM 即可；高密度培养或长期实验可增至 20
mM，但需提前验证对细胞的毒性。
注意事项：
避免频繁开启培养箱：减少
CO浓度波动，维持碳酸氢钠体系的平衡；
监测 pH
变化：通过培养基中的酚红指示剂（酸性呈黄色，碱性呈紫色）直观判断
pH，若颜色异常（如变黄或变紫）需及时更换培养基；
特殊细胞适配：原代细胞、敏感细胞优先选择含 HEPES 的培养基，避免
pH 波动影响活性。
四、总结
缓冲体系类型
核心成分 依赖条件 缓冲能力
适用场景
碳酸氢钠 - CO体系 NaHCO + CO
5% CO培养箱 较弱 常规短期培养、低成本实验
HEPES 体系 HEPES（10-20 mM） 无（独立缓冲） 较强
长期实验、无 CO环境、敏感细胞
合理选择缓冲体系是细胞培养成功的基础，实际操作中需结合细胞类型、实验周期及培养环境，必要时通过预实验验证
pH 稳定性（如定期检测培养基 pH 或观察细胞形态）。
北京百欧博伟生物技术有限公司的微生物菌种查询网提供微生物菌种保藏、测序、购买等服务,是中国微生物菌种保藏中心的服务平台，并且是集微生物菌种、菌种,ATCC菌种、细胞、培养基为一体的大型微生物查询类网站，自设设备及技术的微生物菌种保藏中心！欢迎广大客户来询！
