一、180℃干热灭菌的基本原理

1.1 灭菌机制

干热灭菌（dry heat sterilization）是通过持续高温（一般为160–180℃）作用于设备表面与内部空气，实现微生物蛋白质变性、脂质熔融、DNA破坏和代谢系统失活的过程。其灭菌机制主要包括：

• 脱水作用：破坏微生物细胞膜；

• 热氧化作用：通过高温氧化有机结构；

• 化学键断裂：热解胞内化合物。

与湿热灭菌（如高压蒸汽）相比，干热灭菌适用于耐高温的金属、玻璃、陶瓷、不锈钢等材料，对设备内部腐蚀性小。

1.2 应用条件

• 温度范围：160–180℃

• 时间要求：2–4小时不等（含升温与保温）

• 环境状态：干燥、密闭腔体

二、CO₂培养箱中常见的传感器种类与结构

在现代二氧化碳培养箱中，常见的传感器包括：

2.1 CO₂传感器

类型一：红外传感器（NDIR）

• 工作原理：利用CO₂在特定红外波段的吸收特性进行浓度检测；

• 结构构成：红外光源、探测器、光学腔体、加热元件；

• 封装材料：常为金属壳、陶瓷、石英窗。

类型二：热导型传感器

• 基于CO₂的热传导性不同实现浓度检测；

• 精度较低，抗污染能力较弱。

2.2 温度传感器

• 热电偶：常见K型、T型等；

• RTD（铂电阻）：PT100、PT1000等；

• 封装良好者可耐温高达400℃。

2.3 湿度传感器

• 电容式或电阻式；

• 对高温极为敏感，一般最大耐受温度不超过125℃；

• 不建议放置在灭菌过程中工作状态中。

三、180℃干热对传感器的潜在损伤机制

3.1 材料热稳定性

传感器内部包含多种敏感部件，包括半导体芯片、焊接电极、光学元件等，高温下可能面临以下风险：

• 焊点融化或变形；

• 光学透镜变形或偏移；

• 粘合剂老化、脱胶；

• 线路绝缘层失效；

• 内部密封失效导致污染进入。

3.2 气体检测单元老化

红外CO₂传感器通常具备自加热能力并能承受一定高温（约100–140℃），但180℃仍可能超出其长期工作上限，导致：

• 探测器失准；

• 红外窗口受热破裂；

• 老化加速，灵敏度下降。

3.3 电子电路烧毁

若未将传感器断电或从腔体中移除，高温可能导致电路板老化、元器件脱落、电容爆裂等严重后果。

四、厂商技术规范与产品设计策略

4.1 高端培养箱的设计解决方案

主流设备厂商如：

• Thermo Fisher（Heracell系列）

• Panasonic（MCO系列）

• Binder

• Eppendorf

其具备180℃灭菌功能的型号通常采取以下策略：

• 传感器“避热设计”：将传感器设计为可拆卸模块，在灭菌前拆除；

• 高温兼容元件：使用耐高温材料封装传感器；

• 灭菌自动识别模式：自动断电所有传感器电源；

• 弹出式感应结构：传感器位于热场相对温和区域，如腔体外侧通风口；

• 替代式检测模式：在灭菌过程中不读取传感器数据。

4.2 使用说明书中的建议

多数设备说明书中明确指出：

• 灭菌前应断电；

• 可拆卸传感器建议临时移除；

• 若传感器为固定式，则需确认其型号具备耐高温认证；

• 灭菌后需进行传感器重新校准或自检。

五、实际应用案例与行业经验

案例一：某制药实验室使用Thermo Heracell 240i

• 配备红外CO₂传感器；

• 灭菌前断电，未拆除传感器；

• 经3年周期性高温灭菌使用后，传感器仍正常工作；

• 但检测灵敏度略有下降，需年检校准。

案例二：某高校实验室Panasonic培养箱误操作

• 忘记断电，且传感器位于腔体中心；

• 经过180℃干热处理后传感器彻底损坏；

• 更换成本高达数千元。

案例三：某医疗机构使用Eppendorf C170i

• 采用预设灭菌程序；

• 灭菌模式自动断电，传感器封装具备耐高温能力；

• 灭菌后自动进行校准；

• 五年内未出现明显性能衰减。

六、安全建议与最佳实践

6.1 灭菌前准备

• 确认培养箱是否设计为“支持传感器高温灭菌”；

• 如不确定，建议拆除或物理遮蔽传感器；

• 断电是关键步骤，防止电子元件带电受热损坏。

6.2 灭菌后操作

• 切勿立即上电，需待设备完全冷却；

• 检查传感器读数是否异常；

• 若设备支持，执行自检或自动校准程序；

• 可用CO₂标准气体进行传感器验证。

6.3 周期维护建议

• 定期使用标准气体检查CO₂传感器偏移；

• 每年进行一次专业校准；

• 若发现读数漂移频繁，应考虑更换元件；

• 建议每次灭菌记录传感器运行状况与变化趋势。

七、是否适合常规实验室使用180℃灭菌？

八、未来发展趋势

8.1 耐高温传感器模块化

新型CO₂传感器将采用陶瓷封装、石英窗口、全金属外壳设计，可承受更高温度并延长使用寿命。

8.2 自动避温结构

未来培养箱将集成“热保护腔体”或“活动式传感器抽屉”，灭菌时传感器自动退出热区。

8.3 智能状态识别系统

结合AI芯片判断灭菌状态与传感器老化程度，自动提示用户是否可继续使用。

8.4 新型灭菌方式融合

将180℃干热与低浓度过氧化氢、紫外线协同使用，降低对传感器的单一热应力。

结语

180℃干热灭菌是一种可靠而高效的灭菌方式，广泛应用于二氧化碳培养箱内部杀菌，但也确实对箱体内部的传感器构成一定热损伤风险。是否造成实际损伤，取决于培养箱设计、传感器类型、材料封装、灭菌频次与使用规范等多种因素。

对于现代配备专用抗高温传感器的高端培养箱来说，180℃灭菌在厂商设计下是安全可行的；但对于非专用型号或用户不确定的情况，采取断电、移除或替代灭菌方式更为稳妥。常规实验室应根据自身设备配置、使用频率与人员培训程度综合判断，以科学、安全、合理的方式维持实验环境的无菌与稳定性。