傳感器正變得越發(fā)智能

文/ Christina Lippert

10年前，Arc技術(shù)是如何開啟過程控制新時(shí)代的——Hamilton Bonaduz公司開發(fā)的配有集成微型發(fā)射器的Arc傳感器，不僅能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行診斷，并且還帶有符合GMP（藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范）要求的記錄功能。這家分析公司在10年前就因這項(xiàng)技術(shù)徹底改變了生物過程連續(xù)監(jiān)測(cè)和控制的方式。

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生物過程的測(cè)量和控制對(duì)制藥企業(yè)來說是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，雖然其在近年來取得了巨大的進(jìn)展。在很長一段時(shí)間里，傳感器技術(shù)僅限于模擬信號(hào)處理過程。直到10年前，Hamilton Bonaduz公司開發(fā)出了帶有集成微型發(fā)射器的Arc技術(shù)。至此，外部發(fā)射器便退出了歷史舞臺(tái)。如今，在Hamilton Bonaduz的精心打磨下，市場(chǎng)又迎來了全新的基于Arc技術(shù)的傳感器。

精準(zhǔn)的市場(chǎng)觀察

為什么要開發(fā)Arc傳感器呢？Hamilton Bonaduz的專家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：在數(shù)據(jù)記錄和維護(hù)方面，使用當(dāng)時(shí)現(xiàn)有的傳感器需要花費(fèi)大量時(shí)間。這是因?yàn)槟M信號(hào)傳感器沒有集成任何電子元器件。以傳感器的健康狀態(tài)為例，如果想知道它在一個(gè)過程中被使用了多少次或者經(jīng)歷了多少次的清潔循環(huán)，就只能通過信號(hào)發(fā)射器間接獲知。由于采用了模擬信號(hào)的傳感器是有線的，它們?cè)趯?shí)際使用上也比較困難，只能以經(jīng)典的1∶1的方式將信號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)射器上。發(fā)射器會(huì)將這種微弱且極易受到外部干擾的電化學(xué)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換（如將信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電流），繼而傳輸?shù)竭^程控制系統(tǒng)中。校準(zhǔn)和驗(yàn)證過程是在生物反應(yīng)器的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，包括校準(zhǔn)結(jié)果在內(nèi)的設(shè)備細(xì)節(jié)必須由技術(shù)人員讀取并手動(dòng)記錄。這不僅增加了時(shí)間和人員成本，而且還會(huì)因偏差無法得到及時(shí)糾正而增高廢品率，導(dǎo)致制藥企業(yè)損失大量的資金成本。模擬信號(hào)傳感器的這種工作形式很難得到過程分析技術(shù)的有效信息。

Hamilton Bonaduz新的CO2傳感器采用了Arc技術(shù)

在傳感器上添加一個(gè)微處理器，將會(huì)使工作變得更加簡便，這便是Hamilton Bonaduz的想法。最終，Arc技術(shù)獲得了成功，它也為生產(chǎn)過程帶來了許多好處?！芭c客戶保持信任關(guān)系有助于新技術(shù)的引進(jìn)，我們也會(huì)向他們證明選擇Arc技術(shù)是具有遠(yuǎn)見的。”Hamilton Bonaduz公司全球銷售總監(jiān)Frank Wolpers說道。

新技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步

這項(xiàng)技術(shù)為行業(yè)帶來了新生，我們無法想象如果沒有Arc傳感器，這個(gè)行業(yè)會(huì)是什么樣子。這一傳感器實(shí)現(xiàn)了與過程控制系統(tǒng)的直接通信，不僅可發(fā)送用于控制過程的補(bǔ)償測(cè)量值信息，而且還帶有符合GMP標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)記錄和診斷功能。所有相關(guān)的數(shù)據(jù)和關(guān)鍵參數(shù)都能被Arc傳感器快速且準(zhǔn)確地收集和記錄。

實(shí)時(shí)的數(shù)值顯示

無論是pH值、ORP（氧化還原電位）、溶解氧、電導(dǎo)率，還是細(xì)胞密度，這些數(shù)值都可以通過Arc傳感器實(shí)時(shí)獲得。通過這種方式，生物過程得到了最優(yōu)的控制，產(chǎn)品的質(zhì)量得到了保證，廢品率和時(shí)間損失也降到了更低。憑借著高度的可靠性，傳感器的智能化使在測(cè)量實(shí)驗(yàn)室或受控環(huán)境中的校準(zhǔn)成為可能?！坝辛薃rc技術(shù)，配置設(shè)置會(huì)變得更加簡單，配置信息可以直接從一個(gè)傳感器傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)傳感器上，大大減少了所需時(shí)間和出錯(cuò)的可能性。由于采用了微型發(fā)射器，這些傳感器會(huì)有一個(gè)4～20 mA的接口，因此可以直接集成到現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施中。這項(xiàng)技術(shù)還可將以往的傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭^程控制系統(tǒng)中?！盕rank Wolpers解釋了Arc技術(shù)在實(shí)踐中的優(yōu)勢(shì)。由于其采用的是雙向通信，傳感器可以直接由過程控制系統(tǒng)進(jìn)行配置。

新的“CO2NTROL”傳感器是在生物反應(yīng)器中測(cè)量CO2的一項(xiàng)技術(shù)革新

功能多樣的傳感器

Arc傳感器還可以通過電腦和移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行配置和監(jiān)測(cè)。借助藍(lán)牙適配器和模塊，所有的智能傳感器都能與之直接通信。這意味著，用戶可以遠(yuǎn)程查看每個(gè)傳感器的所有信息，差錯(cuò)可以被立即發(fā)現(xiàn)并糾正。此外，智能傳感器還可向過程控制系統(tǒng)和移動(dòng)設(shè)備發(fā)送警報(bào)、故障排除信息、質(zhì)量指標(biāo)和診斷信息。在符合GMP標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)記錄文件中，每個(gè)傳感器的歷史數(shù)據(jù)都能被儲(chǔ)存起來，這樣操作者就可以看到它是什么時(shí)候被使用的，是否發(fā)生了校準(zhǔn)錯(cuò)誤或警告、接口錯(cuò)誤甚至硬件錯(cuò)誤。這些信息最終可以用來糾正過程中的偏差。如需更換或校準(zhǔn)，完全可根據(jù)文件來做出決定。

溝通無障礙

傳感器技術(shù)顯示了生物反應(yīng)器中細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)

在同樣由Hamilton Bonaduz開發(fā)的Arc Air應(yīng)用程序的幫助下，監(jiān)測(cè)、配置和校準(zhǔn)等功能也可以在智能手機(jī)或平板電腦上實(shí)現(xiàn)?！拔覀冎铝τ趯㈨槙车臏贤?、流程的優(yōu)化和簡單的使用方式結(jié)合起來。為了最大程度地保證客戶的經(jīng)濟(jì)效益，我們還在進(jìn)行下一代產(chǎn)品的研究和開發(fā)，只為將智能傳感器的優(yōu)勢(shì)更好地利用起來?！盕rank Wolpers解釋說。在該軟件的幫助下，可以為每個(gè)用戶分配特定的賬號(hào)，以滿足其擴(kuò)展的需求。這樣一來，用戶只會(huì)看到分配給自己的過程組中的傳感器。軟件的功能也可以按用戶賬號(hào)進(jìn)行定義，數(shù)字校準(zhǔn)和驗(yàn)證報(bào)告則由電子簽名存儲(chǔ)。

研究工作仍在繼續(xù)

Arc技術(shù)的引入是過程控制、過程安全和過程記錄領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。近3年來，符合GMP標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化文件記錄功能也已經(jīng)在生物過程中找到了屬于它的位置?！?020年，創(chuàng)新的活細(xì)胞密度傳感器Incyte為Arc家族增添了另一項(xiàng)測(cè)量參數(shù)。新的CO2傳感器‘CO2NTROL’由于采用了Hamilton Bonaduz開發(fā)的全新光學(xué)測(cè)量技術(shù)，將徹底改變生物過程中CO2的測(cè)量方式。與以前使用的測(cè)量方法相比，這一方法不僅使操作得到了改善，而且使客戶的運(yùn)營成本也得到了大幅度的降低?！盕rank Wolpers總結(jié)道。他再次強(qiáng)調(diào)了Hamilton Bonaduz公司不斷研究和開發(fā)的能力。