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从实验室到生产放大: InPro 6860i 光学传感器技术解析应用解析

2026-07-28     来源:本站     点击次数:148

梅特勒-托利多(Mettler-Toledo)是一家精密仪器及服务提供商,公司历史可追溯至1901年。1989年,瑞士梅特勒(1945年单秤盘天平发明者)与美国托利多(1901年全自动店铺秤开创者)合并成立现公司,总部位于瑞士。公司在全球拥有近40家分支机构,在瑞士、美国、德国和中国设有生产基地。

在生物科技领域,梅特勒-托利多的业务主要涉及三个方面:

实验室分析与样品前处理:包括紫外可见分光光度计(如UV5Bio和UV5Nano,用于核酸、蛋白定量及细胞密度测量)、细胞计数仪(CytoDirect系列)以及自动化液体处理工作站。

生物工艺过程分析与控制:这是梅特勒-托利多生物相关业务的核心板块,提供用于生物反应器的在线实时监测传感器,包括pH、溶解氧(DO)、二氧化碳(CO₂)、浊度等关键参数传感器。其ISM®(智能传感器管理)数字技术可提供预测性诊断。此外还提供用于下游纯化工艺(层析、过滤)的传感器和系统。

制药用水与过程质量保证:由Thornton部门提供纯水/超纯水在线监测仪,可连续监测总有机碳(TOC)、电导率、pH等指标,确保符合各国药典标准。

梅特勒-托利多的Ingold品牌过程分析测量解决方案在生物工艺领域已有超过70年的应用历史。产品覆盖从实验室研发到商业化生产的全过程,可适配台式生物反应器、不锈钢反应器和一次性袋子等多种反应器类型。


InPro 6860i光学溶解氧传感器
在生物反应器中,溶解氧浓度是细胞生长和代谢的关键控制参数。哺乳动物细胞培养和微生物发酵过程中,氧气的供应不足会影响细胞活力和产物表达,而供氧过量也可能造成氧化损伤。因此,准确、稳定地监测溶解氧对于优化培养条件、提高批次一致性具有重要意义。

InPro 6860i是梅特勒-托利多专门为生物制药工业设计的一款光学溶解氧传感器。瑞士Mettler-Toledo光度计 它采用荧光淬灭技术进行氧气测量——传感器内部的荧光物质被特定波长的光激发后会发出荧光,而氧气分子的存在会淬灭这种荧光,通过测量荧光寿命的变化即可计算出溶解氧浓度。与传统的电化学(极谱法)传感器相比,光学测量技术不需要消耗氧气,不会因电解液消耗而影响测量精度。

在耐用性方面,InPro 6860i经过反复高压灭菌和消毒循环(最高可耐受140°C)后仍能提供快速、精确的氧气测量。部分型号采用经过机械改良的亲水表面和斜角设计,可以防止气泡在传感器表面积聚,从而获得较高稳定性的测量信号。

该传感器配备了ISM®(智能传感器管理)数字技术。校准数据和诊断信息直接存储在传感器内部,支持“即插即测”——更换传感器后无需重新校准。ISM还提供预测性诊断功能,可在传感器性能下降之前发出预警。传感器记录的数据,包括所接触的介质温度以及SIP和CIP周期次数,均可保存在iSense软件中,符合相关规范要求。

M800等多参数变送器可同时连接多达四个ISM传感器,通过彩色触摸屏显示数据,iMonitor功能通过操作指示灯对传感器状态进行彩色编码预警。

其他代表性型号

型号

类型

主要特点与典型应用

InPro 3100

pH传感器

带温度传感器,设计用于需要CIP和SIP程序的生物过程测量

InPro 8200

浊度传感器

双光纤光学技术,用于细胞培养中生物量(细胞密度)监测

InPro 8100

浊度传感器

单光纤浊度测量,适用于中低浊度生物技术应用

InPro 5500i

溶解CO₂传感器

热传导CO₂传感器,卫生型设计,耐受CIP

一次性pH传感器

单次使用传感器

用于一次性生物反应器袋子,数字技术提供预测性诊断

一次性电导率传感器

单次使用传感器

范围0.1-100 mS/cm,预先确定电极常数,无需校准

CytoDirect

细胞计数仪

数字全息显微镜+机器学习,免染色15秒完成细胞计数和活力分析

M800变送器

多参数变送器

连接多达4个ISM传感器,彩色触摸屏,预测性诊断

实际应用中需要注意的几个问题

传感器选型与反应器类型的匹配:不同规模和类型的生物反应器对传感器的安装长度、接口方式和灭菌耐受性有不同要求。例如InPro 3100提供120mm、150mm、225mm等多种长度选项以适应不同安装深度。一次性生物反应器需要使用专门的一次性传感器,而不能简单将可重复使用的传感器直接装入。

高压灭菌对传感器寿命的影响:生物制药生产中的传感器需要频繁经历高压灭菌(autoclaving)和在线灭菌(SIP)。虽然InPro 6860i等型号可耐受反复灭菌循环,但长期累积仍会影响传感器性能。ISM技术的预测性诊断功能可帮助用户判断传感器健康状况,在性能下降影响产品质量之前进行更换。

气泡干扰问题:在生物反应器中,通气和搅拌会产生气泡。气泡附着在传感器表面会干扰测量信号。部分InPro 6860i型号采用斜角设计和亲水表面处理来减少气泡积聚。安装位置的选择同样重要——传感器应避免安装在气泡聚集区域。

从研发到生产的放大问题:实验室规模开发出的工艺参数需要在大规模生产中得到复现。梅特勒-托利多的策略是让相同的传感器型号可用于从小型台式生物反应器到大型生产生物反应器的全过程。传感器信号特性和响应时间的一致性有助于减少放大过程中的变量。

一次性系统中的传感器集成:一次性生物反应器在生物制药中越来越普遍,但传统可重复使用传感器无法直接装入。一次性pH传感器和电导率传感器解决了这一问题——它们预先经过校准,可与标准变送器兼容,无缝集成到现有过程控制架构中。

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