培养箱中常设定5%的二氧化碳（CO₂）浓度，主要是为了模拟人体或动物体内的自然生理环境，从而为细胞或微生物的生长和代谢提供最适宜的条件。以下是更详细的解释：

1. 维持培养液的pH值

细胞培养液通常含有一些缓冲液（例如，HCO₃⁻/CO₂缓冲系统），这种缓冲系统帮助维持培养液的pH值在适合细胞生长的范围（通常为7.2至7.4）。在无二氧化碳的环境下，培养液的pH值会随时间逐渐升高（变得碱性），这对细胞生长是非常不利的。

而CO₂浓度的存在能够与培养液中的碳酸氢盐（HCO₃⁻）反应，形成碳酸（H₂CO₃），碳酸会在水中分解成氢离子（H⁺）和碳酸氢根离子（HCO₃⁻），从而帮助调节pH值保持在适宜的范围。

具体来说：

• 二氧化碳的浓度越高，酸度越强，即pH值更低。

• 5% CO₂的浓度恰好能使培养液的pH值稳定在7.2-7.4之间，这是大多数哺乳动物细胞最适宜的生长环境。

2. 模拟生物体内的气体环境

二氧化碳是动物体内新陈代谢的产物，尤其是在细胞的呼吸过程中。当细胞利用氧气（O₂）进行能量代谢时，会生成二氧化碳作为废物。这些二氧化碳通过血液带走，最后被呼吸系统排出体外。因此，细胞在体外培养时，也需要在一个具有适量二氧化碳的环境中，以模拟体内的代谢产物和气体交换。

3. 维持细胞的正常代谢与生长

在细胞培养过程中，细胞通常需要从培养基中吸收氧气，同时排放二氧化碳。如果CO₂浓度过低，细胞的代谢可能会受到影响，导致细胞生长缓慢或甚至死亡。通过保持5%的CO₂浓度，培养箱可以为细胞提供一个类似于体内的环境，从而保证细胞能够正常代谢和生长。

4. 防止过量的氧气对细胞的伤害

培养箱中不仅需要二氧化碳，还需要氧气。然而，过高的氧气浓度可能会导致细胞的氧化应激，进而损害细胞。因此，CO₂培养箱通常会配合调节氧气浓度，以确保氧气浓度处于细胞能够承受的范围内。

在一些特殊的实验中，比如厌氧培养或低氧培养，CO₂培养箱也可以调节氧气浓度，但通常仍保持5%的CO₂浓度，因为这是大多数细胞培养系统的基本要求。

5. 不同类型的细胞对CO₂浓度的需求

不同类型的细胞对CO₂浓度的要求也可能有所不同，但大多数哺乳动物细胞在培养时需要5%的CO₂。这是因为：

• 5% CO₂浓度是大多数哺乳动物细胞的理想环境，特别是人类和小鼠的细胞。

• 对于一些特定的细胞系或特殊实验（如干细胞培养、植物细胞培养等），CO₂浓度也可能会有所调整，但大多数情况下仍会维持在5%左右，以确保实验的可重复性和细胞的健康。

总结

在培养箱中保持5%的二氧化碳浓度是为了：

1. 维持细胞培养液的pH值在7.2-7.4之间，这是大多数哺乳动物细胞的理想范围。

2. 模拟生物体内的自然环境，尤其是二氧化碳的生成与排放。

3. 保证细胞能够正常代谢和生长，并避免由于过低的CO₂浓度而影响细胞的生长或致死。

这一设置能有效确保实验过程中细胞或微生物在体外培养时具有接近体内的生理条件，从而促进其健康生长。