在微生物学、临床医学、环境工程及生物能源等研究领域，有一类对氧气高度敏感甚至致死的微生物——厌氧菌（Anaerobes），如产甲烷菌、梭状芽孢杆菌、拟杆菌等。它们在人体肠道微生态、污水处理、沼气发酵及某些感染性疾病（如气性坏疽、牙周炎）中扮演关键角色。然而，由于氧气会不可逆地破坏其关键酶系统（如氢化酶、固氮酶），常规有氧环境无法支持其生长。为此，科学家开发出一种高度专业化的设备——厌氧培养箱（Anaerobic Chamber或Anaerobic Workstation），它不仅能提供稳定的无氧环境，还集成了操作、培养与观察功能，成为研究厌氧微生物核心工具。

一、基本结构与工作原理

厌氧培养箱本质上是一个密闭、正压、惰性气体保护的操作与培养一体化系统。其核心组成部分包括：

1.主操作舱（Main Chamber）

通常由透明丙烯酸或不锈钢制成，内部维持严格无氧环境（O₂浓度<0.1%，常控制在1–5 ppm）。舱内配备手套端口，研究人员通过密封手套进行无菌操作，避免样品暴露于空气。

2.气体循环与净化系统

箱内持续通入混合气体（常见为80%N₂+10%H₂+10%CO₂），其中：N₂作为平衡气；H₂在钯催化剂作用下与残余O₂反应生成水（2H₂+O₂→2H₂O），实现深度除氧；CO₂维持培养基pH稳定，促进部分厌氧菌生长。气体经高效循环泵驱动，通过催化除氧器和干燥剂反复净化，确保环境长期稳定。

3.过渡舱（Airlock）

用于物品进出主舱而不破坏整体厌氧环境。小型过渡舱可快速抽真空-充惰气循环3–5次，大型通道式过渡舱则支持培养皿架、仪器等大件转移。

4.温控与培养系统

内置加热板或恒温平台，温度范围通常为室温至45℃（部分可达60℃），满足不同厌氧菌的最适生长需求。部分型号集成湿度控制、振荡培养或显微观察窗口。

二、技术优势与应用场景

1.真正实现全程无氧操作

从接种、传代、挑单菌落到生化鉴定，所有步骤均在无氧环境下完成，极大提高严格厌氧菌（如产甲烷古菌）的分离成功率。

2.高通量与长期培养能力

可同时容纳数百个培养皿或试管，支持连续数周甚至数月的静态或动态培养，适用于慢生长菌种（如某些瘤胃微生物）的研究。

3.保障实验可重复性与生物安全

环境参数（O₂、H₂、CO₂、温度）实时监控并自动调节，减少人为误差；密闭设计也有效防止病原性厌氧菌（如艰难梭菌）外泄，符合BSL-2及以上生物安全要求。

典型应用包括：

临床微生物学：分离鉴定伤口、腹腔、妇科等部位的厌氧感染病原体；

肠道微生物组研究：培养“不可培养”（unculturable）的人源厌氧共生菌；

环境与能源微生物：富集产甲烷菌、硫酸盐还原菌用于沼气工程或生物修复；

食品与发酵工业：筛选乳酸菌、丙酸菌等用于益生菌或奶酪生产；

基础科研：研究厌氧代谢途径、共生机制及新型抗生素靶点。

三、使用注意事项与维护要点

催化剂定期活化：钯催化剂使用数月后活性下降，需在300℃氢气氛围中再生；

严格控制水分与有机溶剂：高湿或挥发性溶剂可能毒化催化剂或腐蚀箱体；

定期校准气体传感器：O₂和H₂传感器需按厂家建议周期标定；

规范操作流程：进出物品需充分除氧，避免频繁开关过渡舱；

清洁与消毒：使用无氧兼容的消毒剂（如过氧乙酸）定期擦拭内壁，防止生物膜形成。

厌氧培养箱不仅是实验室的一台设备，更是打开“无氧生命世界”大门的钥匙。它让人类得以在受控条件下观察、操控那些在地球早期生命演化中占据主导地位的微生物，从而深化对生命多样性的理解，并推动医学、能源与环境领域的创新突破。

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