專利名稱：對物理、化學(xué)、生物過程量進(jìn)行在線測定的安排布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合的流體介質(zhì)中過程量的測定，可應(yīng)用于生物工藝學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。
從封閉系統(tǒng)(例如從生物反應(yīng)器中)取出生物材料，并在實驗室中對其所要求的特性進(jìn)行研究，這樣一種離線方法是公知的。這種離線方法的缺點(diǎn)在于時間和空間上的分離，因而對過程的反作用是滯后的。這樣，不可能連續(xù)地自動控制該過程。
此外，也已著手進(jìn)行在線測定，聯(lián)幫德國專利申請公開說明DE-OS3，516，080中公開了一種在線測定的安排布置，在此布置中，一個設(shè)置在生物反應(yīng)器中的取樣探針以在線方式與測量及控制系統(tǒng)相連接。這樣布置的缺點(diǎn)在于取樣探針由于所謂的污垢效應(yīng)很快就不能用了，也就是說要經(jīng)常更換探針。因為取樣探針位于生物反應(yīng)器中，更換探針就會干擾或中斷該過程。從而也不能保持過程的無菌性。
這種在線測量的另一個缺點(diǎn)在于測量時會出現(xiàn)干擾，即要測量的量會受到不希望的付作用的影響，因此得到的測量結(jié)構(gòu)或多或少是不正確的。
由于上述缺點(diǎn)，在生物系統(tǒng)中，例如在生物反應(yīng)器進(jìn)行的過程僅僅是不完全可控和有條件的，或者不能自動控制。
本發(fā)明的目標(biāo)是此過去更全面地掌握生物系統(tǒng)中進(jìn)行的過程，從而可根據(jù)過程的生物目標(biāo)量來實現(xiàn)自動化和最優(yōu)化。
本發(fā)明的任務(wù)是完成一種在線測定而不會對無菌生物系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，如更換取樣探針的影響，而且能串聯(lián)或并聯(lián)地測量較多的過程量，并排除了干擾。
按照本發(fā)明，生使用無菌抽取樣品的取樣裝置以及一個或多個并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的測定測量數(shù)據(jù)的檢測系統(tǒng)條件下，對于封閉的、無菌生物系統(tǒng)，尤其是生物反應(yīng)器中的物理、化學(xué)和生物過程量進(jìn)行在線測定的安排布置是這樣實現(xiàn)的為無菌取出液態(tài)或氣態(tài)的生物材料，配置了一個設(shè)置在生物系統(tǒng)之外的并與其相連接的分離組件，一個制備試樣的單元與此分離組件相連，還安排了并聯(lián)或串聯(lián)測量試樣的手段，既有在此制備試樣單元前對試樣進(jìn)行無菌測量的手段，也有在此制備試樣單元后進(jìn)行不消毒測量的手段;以及為上述各組件配備一個輸送試樣的輸送系統(tǒng)。也可對此安排布置附設(shè)一種處理試樣的手段。
生物系統(tǒng)可以是一個生物反應(yīng)器，一個粗濾器與此生物反應(yīng)器相連，并與其一起構(gòu)成一個組件，該粗濾器之后設(shè)置一個將生物群落和濾液分開的分離部件，該分離部件與一個脫氣單元、一個生物群落的中間貯存器和一個生物群落的測量單元相連，上述部件是可消毒的，且能無菌運(yùn)行。
為制備試樣，一臺泵與分離部件的不消毒區(qū)域相連接，該泵通過閥門與水貯存容器、緩沖溶液貯存容器、標(biāo)示物貯存容器和試劑貯存容器相連，該泵還通過另一些閥門與不消毒測量技術(shù)測定試樣的手段、與濾液的中間貯存器及一排放口相連接。
這樣的安排布置第一次有可能實現(xiàn)一種不必將取樣探針伸入生物系統(tǒng)的在線測量。這樣，即使要求在取樣單元中更換部件時，該生物反應(yīng)器還能連續(xù)無菌運(yùn)行。
這樣的安排布置同樣有可能第一次由回沖洗裝置對分離部件進(jìn)行自由沖洗，從而避免了污垢效應(yīng)。通過本發(fā)明的安排布置還可保持在那里的無菌性。
此外，本發(fā)明有可能第一次得到多個串聯(lián)或并聯(lián)的試樣，完成各種測量，也就是說可這樣進(jìn)行預(yù)加工，使得在所述預(yù)定測量方法中得到檢測系統(tǒng)的最佳使用條件。
由于在取樣后短時間內(nèi)得到多個測量值，就有可能第一次進(jìn)行自動過程調(diào)節(jié)。這對于過程手工調(diào)節(jié)來說有可能達(dá)到過程的最優(yōu)化。
使用本發(fā)明的安排布置第一次有可能為以生物參數(shù)作為主要參數(shù)的過程提供了從間斷的過程控制過渡到連續(xù)過程控制的先決條件。
另一個明顯的優(yōu)點(diǎn)在于有可能在在線測量中采用不消毒的檢測裝置而不影響生物系統(tǒng)中的無菌過程。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1以框圖說明形式給出了本發(fā)明安排布置的基本結(jié)構(gòu)。
圖2給出了本發(fā)明安排布置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
從封閉系統(tǒng)7，例如生物反應(yīng)器取出的有代表性的樣品在無菌條件下在分離組件1中進(jìn)行分離，并進(jìn)行預(yù)加工，使其在封閉回路中(例如部件7-1和1-7之間)達(dá)到檢測的邊界條件。對于不可裝入封閉回路中的檢測系統(tǒng)來說，在第2個組件2中完成制備試樣，在那里達(dá)到檢測所必需的邊界條件，即試樣的物理、化學(xué)參數(shù)，諸如溫度、壓力、PH值、濃度、試劑和標(biāo)示物的添加量。制備試樣的部件2與檢測試樣成分的檢測組件3相連。在那里設(shè)置一個或者多個并聯(lián)或串聯(lián)的、測量化學(xué)、物理和在物參數(shù)的檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)還與一個處理試樣的組件4連接，在此組件4中完成使危險物失效、試樣的消毒和貯存。
試樣和介質(zhì)在所述組件之間的輸送是借助于輸送系統(tǒng)5實現(xiàn)的。對所有這些組件由控制系統(tǒng)6進(jìn)行中心控制。通過過程調(diào)節(jié)裝置8與檢測組件3和/或與控制系統(tǒng)6一起有可能對封閉系統(tǒng)7中的過程進(jìn)行調(diào)制。
在圖1中所描述的組件能夠通過如圖2所給出的儀器來實現(xiàn)。在本例情況下，該封閉系統(tǒng)7由一個無菌生物反應(yīng)器9和一個粗濾器10構(gòu)成。該封閉系統(tǒng)也可以是一個自然的生物循環(huán)。
無菌生物反應(yīng)器包括反應(yīng)器容器，以及其所有裝配件、管道、通向無菌過濾器的閥門和把試樣輸送到分離組件及從分離組件排出的管道。
在本例情況下，該分離組件1由分離部件11、脫氣單元12連同所有必須的管道和閥門構(gòu)成。在分離部件中完成生物群落和濾液的無菌分離，其中與封閉系統(tǒng)相連的分離部件的入口側(cè)是無菌區(qū)域，而其出口側(cè)是未消毒的。為了分離試樣，可以裝入不同材料切向溢流過濾器(帶有或不帶用來避免濃差極化的混合系統(tǒng))、滲析部件、帶有或不帶混合系統(tǒng)的不同材料的靜態(tài)過濾單元和中空纖維。
在分離部件11的無菌側(cè)設(shè)置一個生物群落的中間貯存器13，與中間貯存器13相連的是生物群落的測量單元14。
所有上述組件形成無菌區(qū)域。
在不消毒區(qū)域，對脫氣單元12設(shè)置一個氣體測量單元15，例如氣體色譜儀。
分離部件的未消毒出口與泵16相連接，該泵與閥門一起成為輸送系統(tǒng)5的構(gòu)件。泵16通過相應(yīng)的閥門與濾液的中間貯存器17相連，也與濾液測量單元18相連。此泵可采用通常的配料泵或者具有可預(yù)選頻率和可預(yù)選活塞工作容積的專用泵。
泵16與制備試樣的部件2相連。該部件有水貯存容器19、緩沖溶液的貯存容器20、標(biāo)示物的貯存容器21和試劑的貯存容器22。這提供了制備試樣的可能性，即為各個相連的測量方法對試樣進(jìn)行最佳預(yù)加工。
測量單元14、15和18構(gòu)成了檢測組件3。由于這種安排布置采用單元結(jié)構(gòu)，因此這些測量單元是可更換的。作為測量單元既可采用在這種安排布置的無菌區(qū)域直接確定封閉系統(tǒng)中生物、化學(xué)和物理量的、滿足高動態(tài)要求的檢測裝置，也可采用在未消毒區(qū)域測定生物、化學(xué)和物理量的檢測裝置。在制備試樣后，將這些連接到過程中。作為這樣的檢測裝置，除了上述的氣體色譜儀外，還可采用光學(xué)、高頻分光光度計，將試樣以預(yù)先加工好的形式提供給它們。
在這種安排布置中，在生物反應(yīng)器9中產(chǎn)生的生物材料首先送給粗濾器。此材料通過閥門從粗濾器送到分離部件11，在那里進(jìn)行生物群落和濾液的分離。接著該生物群落由脫氣單元12來排掉生物群落中的氣體，然后抽到中間貯存器13。這個過程是在分離部件11去除了濾液、并將濾液排至濾液中間貯存器17后，在相應(yīng)的閥門位置由泵16來進(jìn)行的。當(dāng)將上述試樣的生物群落和濾液送到檢測系統(tǒng)或進(jìn)行預(yù)加工時，在分離部件11排空后，在相應(yīng)的閥門位置可進(jìn)行下一步取樣。
這樣就有可能對生物群落進(jìn)行濁度測量。通過前面所述的粗濾和脫氣就能達(dá)到高的測量精度。到目前為止，這樣的測量必須直接靠著或在反應(yīng)器里進(jìn)行，其中氣泡和雜質(zhì)只能不完全地排除。盡管采取措施來消除該缺陷，但是仍未得到高的測量精度。
由于生物群落的測量單元14在無菌區(qū)域，故在完成測量后，還可將生物群落送回到生物反應(yīng)器9里。
從脫氣單元12分離出的氣體送到測量單元15，例如氣體色譜儀中，從而能提供一個關(guān)于生物反應(yīng)器中過程的附加情報，這在迄今為止的公知的安排布置中是做不到的。
泵16將濾液從其中間貯存器中抽出，并借助于部件19至22對其進(jìn)行預(yù)加工，從而最佳地適應(yīng)于相連接的測量方法。
單元結(jié)構(gòu)方式實現(xiàn)了短時間內(nèi)取出試樣，并對其進(jìn)行不同的制備，也就是使其最佳地適應(yīng)于不同的測量方法。從而人們從根本上得到了比過去更多和更好的測量結(jié)果。
由于取樣在反應(yīng)器外面進(jìn)行，則生物反應(yīng)器不再需要取樣部件，因此現(xiàn)在有可能使生物反應(yīng)器進(jìn)行很有效的連續(xù)運(yùn)行。而到目前為止，當(dāng)污垢效應(yīng)使取樣探針不能使用時，該運(yùn)行必須中斷。
所采用的附圖標(biāo)記列表如下1.分離組件12.脫氣單元2.制備試樣組件13.生物群落的中間貯存器3.檢測組件14.生物群落的測量單元4.處理試樣組件15.氣體測量單元5.輸送系統(tǒng)16.泵6.控制系統(tǒng)17.濾液的中間貯存器7.封閉系統(tǒng)18.濾液的測量單元8.過程調(diào)節(jié)裝置19.水的貯存容器9.生物反應(yīng)器20.緩沖溶液的貯存容器10.粗濾器21標(biāo)示物的貯存容器11.分離部件22.試劑的貯存容器
權(quán)利要求
1.一種利用無菌取樣的取樣裝置以及一個或多個并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的、確定測量數(shù)據(jù)的檢測系統(tǒng)對封閉、無菌生物系統(tǒng)，尤其是生物反應(yīng)器中的物理、化學(xué)和生物過程量進(jìn)行在線測定的安排布置，其特征在于為對液態(tài)或氣態(tài)生物材料進(jìn)行無菌取樣，采用一個設(shè)置在生物系統(tǒng)之外、并與該生物系統(tǒng)相連的分離組件[1]；分離組件[1]與一個制備試樣的單元[2]相連；還設(shè)置了并聯(lián)或串聯(lián)檢測試樣的手段，既有位于此制備試樣單元[2]前用來無菌測量試樣的手段，也有位于制備試樣單元[2]后用于不消毒測量試樣的手段；以及與上述各組件相連、輸送試樣和必需的制備介質(zhì)的輸送系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安排布置，其特征在于這種安排布置附有處理試樣的手段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安排布置，其特征在于該生物系統(tǒng)是一個生物反應(yīng)器〔9〕，一個粗濾器〔10〕與此生物反應(yīng)器相連，并與其一起構(gòu)成一個組件;粗濾器〔10〕后設(shè)置了一個分離生物群落和濾液的分離部件〔11〕，該部件與脫氣單元〔12〕、生物群落的中間貯存器〔13〕和生物群落的測量單元〔14〕相連;上述各組件是可消毒的，且能無菌運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項權(quán)利要求所述的安排布置，其特征在于為制備試樣，將一個泵〔16〕敕擲氬考 1〕的不消毒區(qū)域相連接，該泵通過閥門與水的貯存容器〔19〕、緩沖溶液的貯存容器〔20〕、標(biāo)示物的貯存容器〔21〕和試劑的貯存容器〔22〕相連;且該泵通過另一些閥門與不消毒測量試樣的手段〔15、18〕、一個濾液中間貯存器〔17〕以及與一個排放口相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對封閉的無菌生物系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物過程量進(jìn)行在線測定的安排布置為對生物材料進(jìn)行無菌取樣，采用設(shè)置在生物系統(tǒng)外、并與其相連的分離組件[1]；分離組件與制備試樣的單元[2]相連；還有一個或多個并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置的檢測系統(tǒng)[3]；以及與上述各組相連、輸送試樣的輸送系統(tǒng)。這樣的安排布置可比過去更全面地掌握生物系統(tǒng)中所進(jìn)行的過程，為過程自動化和最佳化提供先決條件。可應(yīng)用于生物工藝學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。
文檔編號G11C11/10GK1038538SQ88103579
公開日1990年1月3日 申請日期1988年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月11日
發(fā)明者路德維?！ぐ⑴鍫? 迪特·貝克曼, 格拉特·勞克納, 約瑟夫·梅茨, 維利·普賴斯 申請人:民主德國科學(xué)院