傳感器正變得越發(fā)智能

文/ Christina Lippert

10年前，Arc技術是如何開啟過程控制新時代的——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年前就因這項技術徹底改變了生物過程連續(xù)監(jiān)測和控制的方式。

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生物過程的測量和控制對制藥企業(yè)來說是一項挑戰(zhàn)，雖然其在近年來取得了巨大的進展。在很長一段時間里，傳感器技術僅限于模擬信號處理過程。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。至此，外部發(fā)射器便退出了歷史舞臺。如今，在Hamilton Bonaduz的精心打磨下，市場又迎來了全新的基于Arc技術的傳感器。

精準的市場觀察

為什么要開發(fā)Arc傳感器呢？Hamilton Bonaduz的專家團隊發(fā)現(xiàn)：在數(shù)據(jù)記錄和維護方面，使用當時現(xiàn)有的傳感器需要花費大量時間。這是因為模擬信號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)，就只能通過信號發(fā)射器間接獲知。由于采用了模擬信號的傳感器是有線的，它們在實際使用上也比較困難，只能以經(jīng)典的1∶1的方式將信號傳輸?shù)桨l(fā)射器上。發(fā)射器會將這種微弱且極易受到外部干擾的電化學測量信號進行轉(zhuǎn)換（如將信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電流），繼而傳輸?shù)竭^程控制系統(tǒng)中。校準和驗證過程是在生物反應器的現(xiàn)場進行的，包括校準結(jié)果在內(nèi)的設備細節(jié)必須由技術人員讀取并手動記錄。這不僅增加了時間和人員成本，而且還會因偏差無法得到及時糾正而增高廢品率，導致制藥企業(yè)損失大量的資金成本。模擬信號傳感器的這種工作形式很難得到過程分析技術的有效信息。

Hamilton Bonaduz新的CO2傳感器采用了Arc技術

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

新技術引領行業(yè)進步

這項技術為行業(yè)帶來了新生，我們無法想象如果沒有Arc傳感器，這個行業(yè)會是什么樣子。這一傳感器實現(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償測量值信息，而且還帶有符合GMP標準的自動記錄和診斷功能。所有相關的數(shù)據(jù)和關鍵參數(shù)都能被Arc傳感器快速且準確地收集和記錄。

實時的數(shù)值顯示

無論是pH值、ORP（氧化還原電位）、溶解氧、電導率，還是細胞密度，這些數(shù)值都可以通過Arc傳感器實時獲得。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量實驗室或受控環(huán)境中的校準成為可能。“有了Arc技術，配置設置會變得更加簡單，配置信息可以直接從一個傳感器傳輸?shù)搅硗庖粋€傳感器上，大大減少了所需時間和出錯的可能性。由于采用了微型發(fā)射器，這些傳感器會有一個4～20 mA的接口，因此可以直接集成到現(xiàn)有的基礎設施中。這項技術還可將以往的傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭^程控制系統(tǒng)中。”Frank Wolpers解釋了Arc技術在實踐中的優(yōu)勢。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)進行配置。

新的“CO2NTROL”傳感器是在生物反應器中測量CO2的一項技術革新

功能多樣的傳感器

Arc傳感器還可以通過電腦和移動設備進行配置和監(jiān)測。借助藍牙適配器和模塊，所有的智能傳感器都能與之直接通信。這意味著，用戶可以遠程查看每個傳感器的所有信息，差錯可以被立即發(fā)現(xiàn)并糾正。此外，智能傳感器還可向過程控制系統(tǒng)和移動設備發(fā)送警報、故障排除信息、質(zhì)量指標和診斷信息。在符合GMP標準的自動記錄文件中，每個傳感器的歷史數(shù)據(jù)都能被儲存起來，這樣操作者就可以看到它是什么時候被使用的，是否發(fā)生了校準錯誤或警告、接口錯誤甚至硬件錯誤。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，完全可根據(jù)文件來做出決定。

溝通無障礙

傳感器技術顯示了生物反應器中細胞培養(yǎng)的狀態(tài)

在同樣由Hamilton Bonaduz開發(fā)的Arc Air應用程序的幫助下，監(jiān)測、配置和校準等功能也可以在智能手機或平板電腦上實現(xiàn)。“我們致力于將順暢的溝通、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)濟效益，我們還在進行下一代產(chǎn)品的研究和開發(fā)，只為將智能傳感器的優(yōu)勢更好地利用起來。”Frank Wolpers解釋說。在該軟件的幫助下，可以為每個用戶分配特定的賬號，以滿足其擴展的需求。這樣一來，用戶只會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進行定義，數(shù)字校準和驗證報告則由電子簽名存儲。

研究工作仍在繼續(xù)

Arc技術的引入是過程控制、過程安全和過程記錄領域的一個里程碑。近3年來，符合GMP標準的自動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。“2020年，創(chuàng)新的活細胞密度傳感器Incyte為Arc家族增添了另一項測量參數(shù)。新的CO2傳感器‘CO2NTROL’由于采用了Hamilton Bonaduz開發(fā)的全新光學測量技術，將徹底改變生物過程中CO2的測量方式。與以前使用的測量方法相比，這一方法不僅使操作得到了改善，而且使客戶的運營成本也得到了大幅度的降低。”Frank Wolpers總結(jié)道。他再次強調(diào)了Hamilton Bonaduz公司不斷研究和開發(fā)的能力。