一文了解厭氧箱：概念、原理及應用

厭氧箱，又稱厭氧培養箱或厭氧工作站，是一種能夠創建并維持無氧環境的專用科學設備。它的核心使命是為厭氧微生物提供一個安全的“家”，這些微生物暴露在空氣中會死亡或失去活性，因而無法在常規條件下進行研究和應用。自其問世以來，厭氧箱已成為微生物學、醫學、生物工程等領域重要的關鍵工具。

一、原理與結構

厭氧箱的運作基于一個核心原理：通過物理密封和化學手段，持續排除箱體內的氧氣，并維持一個以氮氣為主，混合著氫氣和二氧化碳的惰性氣體環境。為實現這一目標，現代厭氧箱通常由三個相互關聯的系統構成：

1.傳遞艙： 這是物品進出箱體的通道，是保障內部環境穩定的第一道防線。其工作方式類似于潛水艇的艙門。操作者先將物品放入傳遞艙，關閉外門，然后啟動循環抽氣-充氣程序，用混合氣體置換掉艙內的含氧空氣。待艙內達到無氧狀態后，才能打開內門，將物品移入主工作區。高級厭氧箱通常設有快速傳遞艙，以縮短等待時間。

2.主體工作室： 這是進行所有實驗操作的密封主腔體。其前面通常配有厚重的透明視窗和一對內置的厚手套，允許操作者在隔絕空氣的情況下，如同在普通超凈臺中一樣自如地操作儀器、培養微生物。

3.氣體凈化系統： 這是維持無氧環境的“心臟”。系統持續地將箱內的氣體循環抽出，通過一個加熱至高溫(約200-400℃)的鈀催化劑室。在此，混合氣體中的氫氣與殘余的微量氧氣發生化學反應，生成水，從而消除氧氣。干燥劑則會吸收反應產生的水分，保持箱內干燥。如此循環往復，確保氧氣濃度始終低于1ppm(百萬分之一)的低水平。

二、主要應用領域

厭氧箱的應用很大程度地拓展了人類對生命多樣性的認知，其主要領域包括：

1.環境微生物學： 研究在土壤、水體沉積物、垃圾填埋場等缺氧環境中起關鍵作用的微生物，它們在碳、氮、硫等元素的生物地球化學循環中扮演著核心角色。

2.人類與動物腸道微生物組： 人體腸道是一個典型的厭氧環境，其中棲息著數以萬億計的厭氧菌，它們與健康、疾病(如肥胖、糖尿病、炎癥性腸病)息息相關。厭氧箱是分離、培養和研究這些“被遺忘的大多數”腸道菌的途徑。

3.工業生物技術： 利用厭氧微生物進行生物燃料(如沼氣、丁醇)的生產、高附加值化學品(如有機酸、溶劑)的發酵，以及環境污染物的生物修復。

4.臨床醫學與藥學： 用于分離和鑒定引起破傷風、氣性壞疽、艱難梭菌感染等疾病的病原性厭氧菌，并進行抗生素敏感性試驗，指導臨床用藥。

三、挑戰與未來展望

盡管技術成熟，厭氧箱仍面臨一些挑戰，如設備成本高昂、維護復雜(需定期更換催化劑和干燥劑)、以及某些厭氧微生物依然難以培養。未來的發展趨勢將聚焦于智能化(集成更精確的氧氣、濕度傳感器和自動控制系統)、小型化與模塊化(為不同需求的實驗室提供更靈活的選擇)，并致力于開發更高效的培養方法，以解鎖更多未被培養的微生物資源。