Aktuální vydání

celé číslo

10

2021

Automatizace v elektrárnách a teplárnách, obnovitelné zdroje, distribuce elektřiny a tepla

Bezdotykové měření teploty, měření spotřeby elektřiny a tepla

celé číslo

Digitální senzory v biotechnologii

Firma Sartorius Stedim Biotech používá u svého nového bioreaktoru Biostat A® moderní automatizační techniku zajišťující spolehlivé řízení procesu fermentace a snadnou obsluhu zařízení.

 
Biofarmaceutické léčebné přípravky musí před tím, než je lze nabídnout na trhu s farmaky, urazit dlouhou cestu vývoje. Doba od určení aktivní látky přes klinické zkoušky až po získání souhlasu úřadů s uvedením léčiva na trh se v současnosti pohybuje mezi asi osmi až čtrnácti roky. Aby bylo možné získat základní potřebné množství dané látky, je nejprve třeba celý postup její přípravy vyvinout v laboratoři. K tomuto účelu se v oboru biotechnologie často používají laboratorní bioreaktory (fermentory) se skleněnými nádobami pro růst buněčných kultur s provozním objemem do asi pěti litrů. Technologické procesy jsou zde vedeny buď v singulárním (jeden bioreaktor s řídicí jednotkou), nebo v paralelním provozním režimu (několik bioreaktorů paralelně řízených jednou jednotkou).
 

Reprodukovatelné výsledky

Vypěstování buněčné kultury nebo vývoj mikrobiálního procesu v laboratorním měřítku přestavují první krok na cestě k zavedení biotechnologického procesu do velkoobjemové výroby, která ve farmaceutickém průmyslu probíhá ve výrobních bioreaktorech na jedno použití (s objemem do 2 000 l) nebo trvalých, vyrobených z korozivzdorné oceli a sterilovaných in-situ (objem až 20 000 l). Při přechodu na výrobu v provozním měřítku má významnou roli automatizační technika, bez které v praxi nelze dosahovat reprodukovatelných výsledků ani kodifikovat standardní technologické postupy, které by bylo možné validovat. V aerobních biotechnologických procesech jsou nejdůležitějšími sledovanými parametry pH a koncentrace rozpuštěného kyslíku (pO2). Jednou osvědčené přístrojové vybavení fakticky spojené s kvalitou výrobku je zpravidla použito také v dalších fázích klinického vývoje a posléze výroby léčivé látky v poloprovozních až provozních podmínkách.
 
Firma Sartorius Stedim Biotech používá u svého nového bioreaktoru Biostat A moderní, ale osvědčenou techniku, zajišťující jeho spolehlivý provoz a snadnou obsluhu. Bioreaktor Biostat A byl vyvinut jako zařízení nejnižší cenové kategorie vhodné k použití na základní úrovni výzkumu a vývoje či při terciárním vzdělávání, které lze v laboratoři provozovat samostatně, bez potřeby návazného speciálního vybavení (obr. 1). Je možné ho sterilizovat v autoklávu. V provozu k němu je možné snadno přistupovat z notebooku, tabletu či chytrého telefonu a jejich prostřednictvím včas a transparentně řídit příslušný biotechnologický proces i zobrazovat potřebné provozní údaje.
 

Pokročilý způsob zaznamenávání údajů

 

Zvolený koncept co nejjednodušší práce se zařízením se odráží také ve výběru snímačů pro měření pH a pO2. Výrobce zde zvolil snímače od společnosti Endress+Hauser využívající její rozhraní Memosens. Jde o unikátní metodu komunikace senzorů s okolím, která v sobě zahrnuje několik inovačních prvků v přenosu údajů (výhradně digitálním) mezi vlastním senzorem a jemu příslušným převodníkem a ve správě senzoru. U metody Memosens jsou kalibrační a další údaje týkající se senzoru (výrobní číslo, kalibrační body, strmost, časové údaje, historie senzoru atd.) uloženy přímo v hlavici senzoru namísto v převodníku, jak tomu bývalo dříve. Převodník si s použitím principu plug-and-play ihned po připojení automaticky načte prostřednictvím indukční spojky ze senzoru kalibrační a další údaje, senzor je rozpoznán a může začít měřit (obr. 2).
 

Jednodušší kalibrace

Vzájemná nezávislost senzoru a převodníku, vlastní metodě Memosens, přináší nezanedbatelné přednosti v podobě předem kalibrovaných senzorů. Senzory totiž lze při použití dalšího převodníku či počítače (a patřičného hardwaru) se softwarem Memobase Plus kalibrovat odděleně, tj. mimo reaktor a jeho řídicí prvky, např. v kalibrační laboratoři. Se softwarovým nástrojem Memobase Plus lze současně kalibrovat až čtyři senzory, přičemž zjištěné údaje se přiřadí k senzoru podle jeho výrobního čísla. Vedle senzorů pH lze takto kalibrovat také senzory koncentrace rozpuštěného kyslíku, vodivosti a redoxního potenciálu (ORP). Software také umožňuje vést dokumentaci historie senzorů či kalibračních roztoků; z těchto údajů následně vyvozuje diagnostická hlášení (obr. 3). Na základě zobrazených údajů lze zodpovědně rozhodnout, zda je senzor ještě schopen použití, nebo zda musí být vyřazen.
 
Obr. 1. Nový bioreaktor Biostat A je svým jednoduchým uspořádáním a obsluhou primárně určen uživatelům na základní úrovni výzkumu a vývoje či ze sféry terciárního vzdělávání (foto: Sartorius AG)
Obr. 2. Senzory s rozhraním Memosens pro měření pH (typ CPS71D) a koncentrace rozpuštěného kyslíku pO2(typ COS22D) instalované ve víku bioreaktoru Biostat A; digitální signál mezi senzorem a převodníkem je přenášen v režimu jejich galvanického oddělení, tj. s vyloučením nežádoucího ovlivnění údajů, a to na principu elektrické indukce (foto: Sartorius AG)
Obr. 3. Se softwarovým nástrojem Memobase Plus lze pohodlně nahlížet na údaje týkající se jednotlivých senzorů (např. historie hodnot strmosti), do kalibračních protokolů, zpráv z měření atd. (foto: Sartorius AG)