5강 / 20강

배양기가 5% CO₂ 인 이유

SI 「DMEM · 10% FBS · 5% CO₂ · 37°C」

논문의 세포배양 문단입니다.

cultured in DMEM media supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS)
and 1% antibiotics under conditions of 5% CO2 at 37°C

왜 하필 5% 일까요. 그리고 왜 배양기에서 꺼내 두면 배지가 보라색이 될까요.

고등학생이 평형이 어떻게 작동하나

상황	일어나는 일	pH
CO₂가 많음	반응이 오른쪽 — H⁺ 증가	내려감 (산성)
CO₂가 적음	반응이 왼쪽 — H⁺ 감소	올라감 (염기성)
5% CO₂ + 배양액 중탄산	균형	약 7.4

사람 몸의 혈액도 정확히 같은 완충계를 씁니다. 그래서 5%라는 숫자가 나온 거예요 — 몸속 조건을 흉내 낸 겁니다.

탄산수소 완충계

CO₂(기체) ⇌ CO₂(녹음) + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

배지에는 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 이 들어 있습니다. 그것이 염기형(HCO₃⁻)이에요. 그럼 산형(H₂CO₃)은? 공기 중의 CO₂ 가 녹아 만듭니다.

그러니까 이 완충액은 절반이 배양기 공기 안에 있습니다. CO₂ 를 5%로 유지해야 pH 가 7.4 근처에 머물러요.

고등학생배양기에서 꺼내면

공기 중 CO₂는 0.04%입니다. 배양기의 5%보다 훨씬 낮아요.

일어나는 일	결과
CO₂가 배양액에서 빠져나감	H⁺ 감소
pH가 올라감	염기성으로
페놀레드 지시약	빨강 → 보라색

배양액 색이 보라로 변하면 밖에 너무 오래 뒀다는 신호입니다.

반대로 세포가 너무 빽빽하면 대사로 산이 나와 노랗게 변합니다. 색만 봐도 상태를 알 수 있어요.

0% 줄을 보세요 — 배양기 밖에서 배지가 <b>보라색</b>이 되는 계산입니다.

Python 브라우저에서 실행

# CO2 % 를 바꾸면 pH 가 어떻게 되나 (헨더슨-하셀바흐 · 교과서 상수)
import numpy as np

pKa = 6.1                 # 탄산의 겉보기 pKa (37°C, 생리조건)
용해도 = 0.0301           # mmol/L per mmHg CO2
HCO3 = 44.0               # mM, DMEM 의 탄산수소나트륨 (제조사 값)
대기압 = 760.0

print(f"{'CO2 %':>7}{'pCO2(mmHg)':>12}{'H2CO3(mM)':>12}{'pH':>8}   배지 색")
for co2 in [0, 2, 5, 8, 10, 15]:
    pCO2 = 대기압 * co2 / 100
    h2co3 = 용해도 * pCO2
    ph = pKa + np.log10(HCO3 / max(h2co3, 1e-6))
    색 = "보라(염기)" if ph > 7.8 else "빨강(정상)" if ph > 7.1 else "노랑(산성)"
    print(f"{co2:>7}{pCO2:>12.0f}{h2co3:>12.2f}{ph:>8.2f}   {색}")
print()
print("5% 근처에서 pH 7.4 가 나온다 — 배양기를 5% 로 맞추는 이유다.")

고등학생습도와 온도

조건	이유	안 지키면
37°C	사람 체온	대사가 느려지거나 단백질 변성
습도 포화	배양액이 증발 안 하게	농축되어 삼투압 상승 — 세포 사망
5% CO₂	pH 유지	pH가 튐

셋 중 하나만 어긋나도 세포가 죽습니다 — 그래서 배양기는 세 가지를 동시에 지킵니다.

배양기 안에 물을 담은 접시가 있는 이유가 두 번째 줄입니다. 그리고 그 물이 오염되면 곰팡이가 생겨요 — 정기적으로 갈아야 합니다.

🤔 확인 문제

배양기에서 꺼낸 배지가 보라색으로 변했습니다. 무슨 일일까요?

🤔 확인 문제

배지가 노랗게 변했다면?