一、工作原理

1. 厌氧培养箱的工作原理

厌氧培养箱的核心功能是为厌氧微生物提供一个无氧或低氧的环境。为了创造这一环境，厌氧培养箱通过去除空气中的氧气，通常利用以下几种方式：

• 气体置换：厌氧培养箱通常使用氮气（N₂）或氢气（H₂）等惰性气体排除空气中的氧气。通过加气流的方式，使用这些气体将箱内的氧气浓度降低至极低水平，甚至为零。

• 化学去氧：在一些厌氧培养箱中，使用去氧剂（如氢化钠、钠金属等化学物质）吸收氧气，确保气氛处于缺氧环境。这种方法在短时间内能迅速去除氧气。

• 气氛调整：为了确保微生物生长，厌氧培养箱还常常加入二氧化碳（CO₂）或氢气等气体，维持一定的气体成分比例，适应特定微生物的生长要求。

厌氧培养箱内的环境严格控制，气体浓度和成分都要保持在一个特定的范围内。设备通常配备有气体监控系统、气体交换装置和温湿度控制装置，以保证厌氧环境的稳定性。

2. 常规培养箱的工作原理

常规培养箱（也称为生物培养箱）用于培养多种类型的微生物和细胞，提供适宜的温度、湿度和气体环境。常规培养箱一般不需要去除氧气，而是为培养过程提供适当的空气成分，支持需氧或其他微生物的生长。常规培养箱的核心功能是保持稳定的温度（一般为20°C至40°C）和适宜的湿度。

常规培养箱内的气氛通常是外部空气，通过过滤系统进入箱内，因此其氧气浓度通常接近于大气中的氧气浓度（约21%）。对于某些特定细胞或微生物的培养，常规培养箱可以通过增加二氧化碳浓度、调节气体成分等手段进一步优化气氛。

二、功能特点

1. 厌氧培养箱的功能特点

• 无氧环境的创造：厌氧培养箱最重要的特点是能够创造无氧或低氧的环境。通过去氧装置或化学去氧剂，能够将箱内的氧气浓度降至0.1%以下，或根据需要保持在微量氧气的环境中。

• 适用于厌氧微生物的培养：厌氧培养箱专为培养厌氧微生物设计，尤其是一些对氧气极为敏感的细菌、古菌等。这些微生物只能在没有氧气或氧气浓度极低的环境下生长和繁殖。

• 气体混合和调控：厌氧培养箱能够精确调节氮气、氢气、二氧化碳等气体的比例，保证培养箱内的气氛符合特定微生物的需求。为了提高生长效率，二氧化碳浓度通常维持在一个固定范围内，气体供应系统能够实时调节气氛。

• 严格的气密性设计：厌氧培养箱的设计通常非常密封，能够有效防止外部空气中的氧气渗透，以保持培养箱内部的厌氧环境。设备密封性非常好，通常具有双重密封设计，确保操作过程中的气氛稳定。

2. 常规培养箱的功能特点

• 适用于需氧微生物的培养：常规培养箱主要用于需氧微生物、细胞培养以及其他对氧气需求较高的实验。常规培养箱一般通过空气过滤系统吸入外部空气，并通过调节温度、湿度以及气体组成来保持适宜的生长环境。

• 气体成分可调节：虽然常规培养箱的氧气浓度接近大气中的氧气浓度，但某些实验可能需要对气体成分进行微调。例如，在细胞培养过程中，可能需要调节二氧化碳的浓度以维持培养基的pH值，或者调节氧气浓度以适应不同细胞的生长需求。

• 温湿度控制：常规培养箱通常配有高精度的温湿度控制系统，可以稳定地控制箱内的温度和湿度。许多常规培养箱还配备了自动化的气体交换系统，能够根据实验需要控制气体的流入和流出。

三、气氛控制方式

1. 厌氧培养箱的气氛控制

厌氧培养箱的气氛控制系统非常复杂且精密，通常包括以下几个方面：

• 氧气浓度调节：通过化学去氧剂或惰性气体（如氮气）置换氧气，维持一个无氧或低氧的环境。气体调节系统能够精确控制氧气浓度，一些设备配备有氧气传感器，可以实时监控氧气水平，并根据需要自动调整。

• 气体混合系统：除了氮气，许多厌氧培养箱还使用氢气、二氧化碳等其他气体，以满足不同微生物的生长需求。气体混合系统能够根据实验需求自动调节不同气体的比例，确保气氛的稳定性。

• 二氧化碳控制：在一些厌氧培养过程中，二氧化碳不仅有助于维持pH平衡，还能促进微生物的生长。二氧化碳浓度通常保持在0.5%至5%之间，通过精确调节气体供应系统来实现这一目标。

2. 常规培养箱的气氛控制

常规培养箱的气氛控制相对简单，其气氛的调整主要依赖于外部空气的流入。以下是常规培养箱的气氛控制特点：

• 氧气浓度：常规培养箱的氧气浓度通常接近大气中的氧气浓度（21%）。空气通过空气过滤器进入培养箱，确保细菌和细胞在充足的氧气环境下生长。

• 二氧化碳浓度控制：对于一些需要维持酸碱平衡的细胞培养或发酵过程，常规培养箱需要调节二氧化碳的浓度。二氧化碳浓度通常会被控制在0.5%至5%之间，以维持培养基的pH值。

• 温湿度调节：常规培养箱配备精密的温控系统，确保箱内温度始终处于设定范围内。湿度控制系统帮助维持适宜的湿度，避免细胞或微生物在干燥环境下出现问题。

四、适用范围

1. 厌氧培养箱的适用范围

厌氧培养箱专为培养对氧气敏感的微生物或细胞设计。其应用范围主要包括：

• 厌氧微生物培养：如厌氧细菌、古菌等，这些微生物只能在缺氧或无氧的环境中生长，厌氧培养箱能够为它们提供理想的生长条件。

• 厌氧发酵：在一些生物反应器中，厌氧培养箱可以为细菌或酵母提供无氧环境，支持其在发酵过程中进行代谢反应。

• 厌氧实验：一些生物学、化学实验需要在无氧环境下进行，例如蛋白质纯化、代谢产物分析等。

2. 常规培养箱的适用范围

常规培养箱适用于各种需氧微生物的培养，主要包括：

• 需氧微生物培养：如大肠杆菌、酵母菌、细胞培养等。这些微生物和细胞需要在充足的氧气供应下生长和繁殖，常规培养箱能够提供足够的氧气支持。

• 细胞培养：常规培养箱广泛应用于哺乳动物细胞、植物细胞和原核细胞的培养中，特别是在需要精确控制温度、湿度和二氧化碳浓度的情况下。

• 发酵工艺：对于一些需氧发酵过程，常规培养箱能够提供充足的氧气，有助于微生物的生长和产物的生成。

五、使用中的差异

1. 操作的复杂性

• 厌氧培养箱：由于厌氧培养箱需要精确控制气体成分和气氛的稳定性，操作相对复杂。在使用过程中，需要监控氧气浓度、气体比例、温度和湿度等多个因素，还需要注意设备的气密性，避免氧气泄漏。操作人员需要定期检查和维护设备，确保气氛的稳定。

• 常规培养箱：常规培养箱的操作相对简单，主要依赖于外部空气供应，气氛调节和控制较为直观。设备维护也相对简便，适用于较为广泛的微生物和细胞培养。

2. 成本和维护

• 厌氧培养箱：厌氧培养箱的成本较高，因为它需要配备精密的气体控制系统、密封系统、气体传感器等设备。这些设备的维护成本较高，需要定期更换气体、检查密封性，并确保气体流量的稳定。

• 常规培养箱：常规培养箱的设备成本较低，维护相对简单。主要的维护工作包括清洁和温湿度的调节，气体成分调整较为少见，因此它的使用成本较低。

六、结论

总的来说，厌氧培养箱和常规培养箱在设计原理、气氛控制方式、应用范围和操作复杂性等方面存在显著区别。厌氧培养箱专为培养对氧气极为敏感的微生物和细胞设计，能够精确控制气氛成分，提供无氧或低氧环境。常规培养箱则主要用于培养需氧微生物和细胞，其气氛调节方式相对简单，适用范围更广。根据实验需求，选择合适的培养箱对于确保实验的准确性和微生物的健康生长至关重要。