生物技術(shù)中發(fā)酵罐與生物反應(yīng)器的發(fā)展與應(yīng)用

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)酵罐和生物反應(yīng)器這兩種設(shè)備想必大家都不陌生。但這兩者間究竟有何區(qū)別與聯(lián)系呢？它們又是如何在歷史的長河中演變，來適應(yīng)不斷進(jìn)步的生物技術(shù)需求的呢？
 
一、發(fā)酵罐的定義與作用
發(fā)酵罐，顧名思義，是用于發(fā)酵過程的容器。它不僅是生物反應(yīng)器的一種，更是實(shí)現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化過程的核心設(shè)備。發(fā)酵罐可以根據(jù)其操作方式、結(jié)構(gòu)和功能被分為多種類型，如連續(xù)式、間歇式、攪拌式等。在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)酵罐通過控制溫度、pH值、氧氣供應(yīng)等條件，為微生物提供理想的生長環(huán)境，從而促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的高效生產(chǎn)。
 
二、發(fā)酵罐的歷史發(fā)展
人們其實(shí)很早發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵現(xiàn)象，但真正深入了解卻是經(jīng)歷了幾百年的歷史。我們在之前的文章中也提到微生物發(fā)酵歷史可以追溯到遠(yuǎn)古，但現(xiàn)代發(fā)酵罐的發(fā)展始于20世紀(jì)初。和過去簡單發(fā)酵來實(shí)現(xiàn)獲取食物的目的不同，現(xiàn)代的發(fā)酵已被賦予了不同的意義。

 

早期的發(fā)酵罐多為簡單的陶瓷質(zhì)地容器；19世紀(jì)末20世紀(jì)初，發(fā)酵罐初見雛形，開始采用金屬材質(zhì)（鋼制發(fā)酵罐），并且有了簡單的溫度控制器；20世紀(jì)四十至六十年代，機(jī)械攪拌通風(fēng)、無菌培養(yǎng)等技術(shù)逐漸完善，不僅出現(xiàn)了可以測定pH和DO的電極，計(jì)算機(jī)還可控制過程，為發(fā)酵的精確控制提供了助力；20世紀(jì)八十年代至今，現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和生物科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，讓發(fā)酵罐的外型、材質(zhì)和自動化水平都有了迅猛發(fā)展，智能化算法優(yōu)化控制發(fā)酵過程，提高產(chǎn)率。霍爾斯Cla210實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典發(fā)酵罐就是在La210的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級迭代，實(shí)現(xiàn)了智能自動化。

總而言之，發(fā)酵罐從最初的陶瓷材質(zhì)，發(fā)展到不銹鋼、玻璃等耐腐蝕材料的使用，再到現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，發(fā)酵罐的演變見證了工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展。
 
三、生物反應(yīng)器的定義與類別
生物反應(yīng)器是一種用于生物過程的設(shè)備，它包括了發(fā)酵罐，但不限于此。生物反應(yīng)器可以按照其用途和操作方式進(jìn)行分類，如用于細(xì)胞培養(yǎng)、酶反應(yīng)、組織工程等。在生物反應(yīng)器系列文中，我們也對這些類別進(jìn)行了更詳細(xì)的探討。
 
四、生物反應(yīng)器的歷史發(fā)展與現(xiàn)代應(yīng)用
生物反應(yīng)器的發(fā)展與發(fā)酵罐緊密相連，但其應(yīng)用范圍更為廣泛。早期的設(shè)備主要為厭氧微生物發(fā)酵培養(yǎng)，到了二十世紀(jì)四十年代后，逐步建立了通氣攪拌液體深層發(fā)酵。1962年，Capstick等人取得了突破性進(jìn)展，成功地馴化了BHK21細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了懸浮培養(yǎng)，為獸醫(yī)疫苗的大規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路。1967年，VanWezel又開發(fā)了微載體并實(shí)現(xiàn)在生物反應(yīng)器中大規(guī)模培養(yǎng)貼壁細(xì)胞。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，CHO細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，治療性抗體生產(chǎn)技術(shù)的飛速進(jìn)步，推動了生物反應(yīng)器在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用，并在90年代末達(dá)到了萬升級工業(yè)規(guī)模。這一時(shí)期，補(bǔ)料分批培養(yǎng)技術(shù)、灌注培養(yǎng)技術(shù)以及基因工程技術(shù)的成熟，極大地推動了生物反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展，使其成為一個(gè)多功能平臺，能夠用于生產(chǎn)病毒載體、活病毒以及基于病毒的疫苗等多種生物制品。

從最初的簡單發(fā)酵過程，到現(xiàn)在的基因工程、細(xì)胞工程等現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域，生物反應(yīng)器已經(jīng)成為不可或缺的工具。隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和功能也在不斷優(yōu)化，以滿足更高效率和更精確控制的需求。
 
發(fā)酵罐和生物反應(yīng)器作為工業(yè)生物技術(shù)的核心，它們的發(fā)展不僅反映了科技進(jìn)步的步伐，也預(yù)示著未來生物產(chǎn)業(yè)的無限可能。隨著對生物過程更深入的理解，我們可以期待這些設(shè)備在未來將發(fā)揮更大的作用。