一文了解厌氧箱：概念、原理及应用

厌氧箱，又称厌氧培养箱或厌氧工作站，是一种能够创建并维持无氧环境的专用科学设备。它的核心使命是为厌氧微生物提供一个安全的“家”，这些微生物暴露在空气中会死亡或失去活性，因而无法在常规条件下进行研究和应用。自其问世以来，厌氧箱已成为微生物学、医学、生物工程等领域重要的关键工具。

一、原理与结构

厌氧箱的运作基于一个核心原理：通过物理密封和化学手段，持续排除箱体内的氧气，并维持一个以氮气为主，混合着氢气和二氧化碳的惰性气体环境。为实现这一目标，现代厌氧箱通常由三个相互关联的系统构成：

1.传递舱： 这是物品进出箱体的通道，是保障内部环境稳定的第一道防线。其工作方式类似于潜水艇的舱门。操作者先将物品放入传递舱，关闭外门，然后启动循环抽气-充气程序，用混合气体置换掉舱内的含氧空气。待舱内达到无氧状态后，才能打开内门，将物品移入主工作区。高级厌氧箱通常设有快速传递舱，以缩短等待时间。

2.主体工作室： 这是进行所有实验操作的密封主腔体。其前面通常配有厚重的透明视窗和一对内置的厚手套，允许操作者在隔绝空气的情况下，如同在普通超净台中一样自如地操作仪器、培养微生物。

3.气体净化系统： 这是维持无氧环境的“心脏”。系统持续地将箱内的气体循环抽出，通过一个加热至高温(约200-400℃)的钯催化剂室。在此，混合气体中的氢气与残余的微量氧气发生化学反应，生成水，从而消除氧气。干燥剂则会吸收反应产生的水分，保持箱内干燥。如此循环往复，确保氧气浓度始终低于1ppm(百万分之一)的低水平。

二、主要应用领域

厌氧箱的应用很大程度地拓展了人类对生命多样性的认知，其主要领域包括：

1.环境微生物学： 研究在土壤、水体沉积物、垃圾填埋场等缺氧环境中起关键作用的微生物，它们在碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环中扮演着核心角色。

2.人类与动物肠道微生物组： 人体肠道是一个典型的厌氧环境，其中栖息着数以万亿计的厌氧菌，它们与健康、疾病(如肥胖、糖尿病、炎症性肠病)息息相关。厌氧箱是分离、培养和研究这些“被遗忘的大多数”肠道菌的途径。

3.工业生物技术： 利用厌氧微生物进行生物燃料(如沼气、丁醇)的生产、高附加值化学品(如有机酸、溶剂)的发酵，以及环境污染物的生物修复。

4.临床医学与药学： 用于分离和鉴定引起破伤风、气性坏疽、艰难梭菌感染等疾病的病原性厌氧菌，并进行抗生素敏感性试验，指导临床用药。

三、挑战与未来展望

尽管技术成熟，厌氧箱仍面临一些挑战，如设备成本高昂、维护复杂(需定期更换催化剂和干燥剂)、以及某些厌氧微生物依然难以培养。未来的发展趋势将聚焦于智能化(集成更精确的氧气、湿度传感器和自动控制系统)、小型化与模块化(为不同需求的实验室提供更灵活的选择)，并致力于开发更高效的培养方法，以解锁更多未被培养的微生物资源。