培养箱中需要维持约 5%二氧化碳（CO₂），主要是为了维持培养液的pH稳定性，从而为细胞提供类似于体内环境的条件。原因如下：

1. 维持培养基pH平衡

• 细胞培养液中常含有 碳酸氢盐（NaHCO₃）缓冲系统，这个系统与CO₂共同作用，维持pH在 7.2~7.4（接近人体体液pH）。

• 反应式：

  CO2+H2O↔H2CO3↔H++HCO3−CO₂ + H₂O \leftrightarrow H₂CO₃ \leftrightarrow H⁺ + HCO₃⁻CO2+H2O↔H2CO3↔H++HCO3−

  当培养箱中CO₂浓度降低，反应会向左移动，培养液pH 升高（变碱性）；反之，如果CO₂过高，pH 降低（变酸性）。

2. 模拟细胞体内环境

• 在哺乳动物体内，血液中的CO₂分压约为 40 mmHg，对应于 约5% CO₂ 环境。

• 因此，细胞在体外培养时需要类似条件，才能保持代谢稳定和正常生长。

3. 配合碳酸氢盐缓冲体系

• 现代细胞培养液（如 DMEM、RPMI-1640）几乎都含有 碳酸氢盐缓冲系统，其工作前提是CO₂分压恒定。

• 如果没有恒定的CO₂浓度，缓冲系统失效，pH会迅速波动，细胞可能死亡。

4. 为什么是5%，不是10%或1%？

• 5% CO₂ 是经过大量实验验证的最接近生理条件的浓度，可保持pH约 7.2~7.4。

• 如果CO₂过高（如10%），pH会明显降低，培养液酸化，不利于细胞生长。

• 如果CO₂过低（如1%），pH会偏碱，影响细胞代谢和功能。