生物处理控制设备和生物处理系统的制作方法

本发明涉及根据主权利要求的前序部分的生物处理控制设备。此外，本发明涉及一种具有这种控制设备的生物处理系统，并且本发明涉及一种用于配置和/或修改这种系统的方法。

背景技术：

这种设备从生物处理装置的操作的背景下的现有技术中是已知的，并且用于对例如在合适的生物反应器中发生的生物试验和开发过程进行特定控制和监视。

例如，申请人提供了商标为bioflo的一系列通用生物处理控制设备，该设备允许用户以用户友好、可靠且最新的方式监视和控制已建立或将要建立的过程，生物处理控制设备被配置用于预定的生物处理。通常包括容纳在设备壳体中的多个控制功能单元的本发明的通用术语涉及以通用方式待被控制或监视的多个生物处理；通常用在开发过程和大批量生产上游的其他过程技术中的通用设备的应用范围从疫苗等介质的开发和生产(通常限于小实验量)、有关细胞培养或其他微生物学应用的过程开发到细胞系的克隆和筛选以及干细胞的培养。因此，存在这种系统的不同变型，其作为通用系统提供，并且典型地针对预期用途而进行标准化或预先配置，并且待用于不同过程的控制功能单元的类型和数量是广泛的，对应于相应生物处理或过程开发的要求，所述控制功能单元被配置为控制、传送、测量和/或传感器单元，并且通常通过常规的管线、软管、电缆等以合适的方式被分配给生物处理反应器；这通常可以在附近实现，例如在公共桌或支撑单元上实现。

然而，使用根据前序部分的生物处理控制设备的当前实验室和研究或开发环境导致以下事实：持久的生物处理很少被操作或控制，因此当改变开发或测试程序时需要定期重新配置或更换已知的生物处理控制设备(与生物反应器装备的相应调整有关)，通常需要在一到几周到几个月内进行所述重新配置或更换。

参照已知和通用的技术，可以由系统制造商的经过培训的人员来实现适于用于开发或测试目的的后续生物处理的控制设备的配置和装备；可替代地，测试实验室环境具有多个控制设备，这些控制设备以可替代的方式被预先配置并且可以以合适的方式连接和操作。

从现有技术中已知的技术的缺点是显而易见的：特别是鉴于越来越短的(开发)过程周期和所需的更换或修改措施的快速接续，制造商的经过培训的人员的相关联的频繁修改活动和多个预先配置的单元的存储(在相应的设备壳体中)可能是不经济的，大部分未使用的预先配置的单元将被存储(在不足的实验室空间中)，直到需要以合适方式提供的配置的控制设备为止。

要根据要保护免受污染的敏感实验室环境和可能对生物处理有害的其他环境影响来考虑上述挑战；此外，尤其出于质量保证和产品批准的原因，敏感实验室环境要求准确且透明地记录和检查所实施的措施。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是关于其对多种不同的生物处理的适用性来改进主权利要求的前序部分的生物处理控制设备，特别是以更简单、更舒适和更经济的方式实现用于连续、不同的生物处理应用的控制设备的调节或修改或配置，而没有任何误用风险、其他处理负担或外部影响带来的负面效应。此外，将创建对用于生物处理的这种控制设备进行可靠且可验证的配置以及随后的(测试)操作的要求，与生物和生物技术产品的大规模生产相比，所述技术的特点尤其在于处理、过程开发和调节的短时间。

所述目的通过具有主权利要求的特征的生物处理控制设备来实现；在从属权利要求中公开了本发明的有利实施例。在本发明的范围内，还寻求对一种生物处理控制系统的保护，该系统具有根据本发明的生物处理控制设备和在所述控制设备的范围内提供的多个控制功能单元，通过以相应的方式选择和更换所需的控制功能单元，在所述系统的范围内实现了以可替代的方式待控制的至少两种生物处理在设备壳体中的适用性。本发明特别适合于实验室、研究和过程开发环境，在这种环境中，与固定生产过程相比，这种重新配置更加频繁地发生，并且因此下面将描述的根据本发明的优点是显而易见的。

按照本发明的一种有利的方式，生物处理控制设备的设备壳体具有模块化的抽屉组件，该抽屉组件被实现和设置成以便容纳控制功能单元。所述抽屉组件与设备壳体的固定壳体框架装置相互作用地实现，使得抽屉组件允许进入以对容纳在相应抽屉组件中的控制功能单元进行配置和/或组装，抽屉组件处于打开和/或移除位置中，优选地与壳体框架装置分离或可分离(并且例如允许从壳体框架移除)。因此，在所述状态下，因此可以通常借助于将螺钉或类似的可拆卸固定装置拧到抽屉组件或抽屉组件中，将期望或要求的控制功能单元分配至抽屉组件，其优选在本发明的范围内以相同或标准化的方式实现。

根据本发明，抽屉组件还被实现为与设备壳体或框架装置相互作用，使得相应的抽屉组件典型地通过插入或类似的致动措施而移位到操作或关闭位置，其中抽屉组件可以通过根据本发明的锁定装置以锁定方式固定。根据本发明，在所述位置中实现了在控制功能单元(容纳在抽屉组件中)与电能供应装置(一方面)和系统识别装置(另一方面)之间的供电和电功能识别接触，其中系统识别装置可以以固定的方式被分配至框架装置(或者附加地或替代地，附加抽屉组件)并设置或组装在框架装置(或者附加地或替代地，附加抽屉组件)处。根据本发明实施例，所述单元被配置成使得在设备的生物处理控制操作期间甚至可以实现抽屉组件的更换，并且进一步优化了灵活性。

根据本发明的所述方式允许以高度灵活的方式来修改通用控制设备，并且尤其是由未经训练的配置人员来进行修改，而没有任何配置错误或故障的风险：通过根据本发明的措施来识别相对于其相应功能(即相应的控制功能单元的固有功能和预期功能)插入到设备壳体中的抽屉组件(其允许简单的更换)，可以通过系统技术(并且特别通过根据本发明的系统识别装置)以合适的方式检测所述控制功能单元，将所述控制功能单元集成到生物处理控制设备的整个系统功能中，并且无需任何额外的知识或调整措施即可由意识到需要进行修改的操作人员来执行适当的控制，甚至不合适或容易出错或有缺陷的控制功能单元可以借助于系统识别装置而通过相应的识别和反应被检测，并且可以在出现额外的操作或处理问题之前，例如通过相应的信号输出或停用所述单元来将其考虑在内。

另外，根据本发明的锁定装置(更优选地以机械方式起作用)确保了容纳在相应抽屉组件中的控制功能单元的操作，其在机械上是安全的(并确保防止意外的拉出或掉落)，并且优选地被实现为机械杆和/或支架单元的锁定装置允许对错误地放置在操作和关闭位置处或放置在操作和关闭位置中的抽屉组件和控制功能单元进行机械识别，并且因此所述锁定装置允许防止潜在的连接或接触问题。

结果，本发明允许以令人惊讶的简单方式解决在当前生物处理环境中出现的关于改变测试和开发环境的调整问题，由本发明创造的本技术显著地增加了在设备壳体中提供或待提供的且由具有不同用途和功能的控制功能单元组成的系统的灵活性和可调整性。

根据一个实施例，在本发明的范围内提供了在抽屉组件处或抽屉组件中待组装的控制功能单元，所述控制功能单元具有多种不同的应用和功能，以除了(特别是模块化的)流体传输装置之外，例如可以在根据本发明的抽屉组件中提供用于液体或气体的任何类型的泵设备、特别是泵控制设备，所述与泵或类似的流体输送装置连通的泵控制设备以已知的方式设置在反应器容器处或反应器容器中。这同样适用于阀设备(或阀和泵的组合，用于流体加热和/或流体冷却设备)，因此任何流体处理任务在与已证明的技术相对应的本发明范围内都是可设置的、可配置的并且可操作的，并且显著增加了灵活性。类似地，根据本发明的控制功能单元可以实现气体传感器设备、液体传感器设备、电和/或光学测量设备的功能，并且可以用作生物反应器搅拌装置或类似的机械运动致动器的控制设备，并且可以实现在生物反应器或类似容器中的电能输入的功能。明显的是，特别通过对借助于本发明得以简化的不同的实验室或处理程序的可配置性和可调节性，可以实现以合适的方式使用的广泛功能。

为了优化在抽屉组件和设备壳体(或固定的壳体框架装置)之间实现根据本发明的功能识别，抽屉组件具有功能识别装置和参数装置，其优选地被实现为电子设备并且例如通过微控制器被实现在设置在抽屉组件处或抽屉组件中的电子电路板上。所述功能识别装置和参数装置提供识别数据和电参数数据以由系统识别装置(通常在壳体的侧面上)经由抽屉组件的电子接口(例如经由电接触带、总线连接等)进行处理，该识别数据识别组装的控制功能单元，该电参数数据被分配给控制功能单元。在特别有利和附加的实施例中，抽屉组件的特定实现允许识别功能类型、序列号和/或版本号、所需的工作电压或与抽屉组件或其控制功能单元的操作有关的其他数据(例如，如果通过微控制器单元实现所述识别，则所述识别通常以自动和程序支持的方式实现)。特别地，所述识别和通信过程可以在机械组装操作期间或之后进行，并且还可以例如以上述方式针对不正确的配备、针对过时和/或对于期望的过程不再有用的过程或针对类似的错误进行检查。特别地，这种有问题的配置状态和适合于实验室操作的适当的(以及技术上最新的)配置可以通过根据实施例待提供的信号、通信和/或警报装置来发信号通知。

特别地，在根据本发明的另外实施例中，可以借助于通信和/或实现装置来解决相应控制功能单元(被组装在抽屉组件中)的(参数、操作系统或程序)实现的潜在问题，通信和/或实现装置在实施例中被分配至根据本发明的功能识别装置或参数装置，使得响应于识别或参数数据的电子记录，可以实现对所述数据(特别以实现数据的形式)的修改。在这方面，将数据存储在更优选以非易失性存储单元的形式的抽屉的侧面上是有用的，因此对于随后的后续配置和使用不需要这种实现过程。

关于方法和包括可能的配置和修改步骤的方法步骤的文档、可验证性和可追溯性(其尤其在实验室、研究和开发环境中对生物和生物技术处理来说是重要的)，另外的有利实施例提供了将电子处理协议装置分配至功能识别装置和参数装置(即用于相应的抽屉组件)，附加地或可替代地分配至(设备壳体或固定壳体框架装置的)系统识别装置，以使得：所述处理协议装置记录、存储并为了在系统外部进行处理而提供与操作和/或配置相对应的操作或配置数据；这通常需要长时间来实现。以根据实施例有利的方式，针对设备壳体中的相应整理配置以总体方式实现这种类似协议的记录；附加地或可替代地，可以为每个抽屉组件单独地实现所述记录，尤其是因为以有利的方式提供了微控制器组件形式的便利的电子基础设施，因此甚至对于多个设备壳体来说，相应(组装的)抽屉组件的单独的操作历史是可记录的并且可追踪的。

在机械上，设备壳体的根据本发明的壳体框架装置提供用于抽屉组件的多个轴状的容纳部，使得相应的抽屉组件可以被放置在相应的轴状的容纳部中的多个可选位置中，特别是不需要特定的容纳部或者以限定的容纳部形式的组件位置。这使得抽屉组件(承载控制功能单元)相对于固定框架装置(在本发明的范围内，“固定”应理解为与可插入和可抽出并且可能可移除的抽屉组件相反，尤其呈根据实施例提供的轴状容纳部的形式的壳体框架装置的机械框架和容纳结构保持固定)在配置上或在灵活更换上具有高度灵活性。

在另一种有利的实施例中，抽屉组件被实现为使得相对于相应的前外表面，在根据本发明的操作位置或锁定位置中实现了设备壳体的共同的(至少部分地)连续的且优选为平面的外表面。因此，在视觉上可以识别出多个插入的抽屉组件处于适当的组件和锁定位置中(并且例如，不突出)，并且通过所述实现方式实现的连续外表面特别优选地适合于用洗涤剂和消毒剂处理，所述处理要求在生物或生物技术实验室环境中，以便施加卫生和清洁条件。为此目的，本发明的另一实施例提供了特别以瓦片状或镶嵌的方式实现抽屉组件的前外表面，并且将所述前外表面布置成彼此相邻，使得实现整个表面的所需一致性，并且过渡区中的间隙宽度尽可能小。为了实现补充或附加的支撑，剩余的间隙可以用密封装置或类似的附件填充，特别地液体洗涤剂因此不能渗入设备壳体并破坏功能性。

以关于机构和功能性特别有利的方式，实施例提供了实现根据本发明的锁定装置，使得实现为锁定组件的锁定装置以机械方式接合在抽屉组件的支座(abutment)和/或锁定部分上，并且特别可以被推到所述支座和/或锁定部分上。因此，在抽屉组件和固定的壳体框架装置之间实现了阻挡摩擦式的连接，从而可靠地避免了意外的拉出以及相应的接触和连接问题。

在另一个有利的实施方式中，这样的锁定组件以杆状或支架状的方式实现，并且以侧向且正横(abeam)的方式(即相对于壳体框架装置与抽屉组件的插入或抽出方向成大约90°的角度)被引导。以这种方式，多个抽屉组件(典型地以轴状容纳部布置在彼此之上)可以通过一种锁定过程同时实现，例如借助于以相应方式实现并且具有多个臂的锁定组件来同时实现；另外，支座或锁定部分与被构造用于摩擦式连接的框架部分的不完全对齐指示抽屉组件的错误插入状态，并且因此锁定受到阻碍。

在本发明的范围内，优选以装有弹簧的方式实现接触，特别是在控制功能单元与壳体框架装置或为被分配给抽屉组件的接口提供的接触构件之间的接触，以便实现改善接触质量的公差补偿，并且以便实现相应电触点的最小化的过渡电阻，最小化的过渡电阻还使可能的误差最小化。

结果，本发明允许实现灵活的生物处理控制设备，其可以以简单且快速的方式进行修改并且可以用于广泛的应用，与通用现有技术相比，灵活使用的可能性以及新的配置或重新配置得到了显著改善(从而还使包括配置错误、控制功能单元的缺陷设置或缺陷选择在内的错误最小化)。

在也根据本发明要求保护的系统概念的范围内，优选地为多于一个的生物处理提供控制功能单元，并且根据一个实施例，还可以用在壳体外部附加设置的壳体框架装置来补充根据本发明的设备壳体，以便其在特别复杂的控制功能单元且控制功能单元的数目高于主要的设备壳体的抽屉位置(轴状的接纳部)的数目的情况下提供附加的灵活扩展选项。在另外的且有利的实施例中，这种另外的设备壳体(其根据本发明还体现为根据主权利要求的生物处理控制设备)可以被实现为无源壳体单元，即特别地，容纳或待容纳在壳体外部的附加壳体框架中的附加的抽屉组件(包括相应的附加控制功能单元)，通过与设备壳体的合适(例如有线)联接来使用设备壳体的供电装置(即中央电源)和(中央)系统识别装置。

在本发明的范围内，还寻求对一种用于配置和/或修改生物处理系统的方法的保护，该生物处理系统特别是由与根据本发明的生物处理控制设备和容纳在抽屉组合件中的控制功能单元相互作用的至少一个生物反应器来实现的。所述方法特别地提供了控制功能单元(或相应抽屉组件)中的至少一个的更换、补充或重新配置，以从第一生物、药物、化学和/或生物技术处理改变到这种类型的第二处理，本发明的特征尤其在于在配置和修改过程的范围内显著的时间减少和灵活性。响应于多个抽屉组件在设备壳体中的组装，附加地或替代地，响应于至少一个抽屉组件的替换，所述方法的另一实施例提供了自动识别、补充的实现，或替代地实现了与抽屉组件组装在一起的控制功能单元相对于中央控制或识别单元(在壳体的侧面上)的自动参数化。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节可以从以下优选的实施例的描述和附图中得出。

在下文中：

图1是根据本发明的生物处理控制设备的示意性框图，生物处理控制设备具有根据第一示例性实施例的基本功能部件；

图2是示例性实施例的生物处理控制设备的机械和构造性实现的立体视图，该生物处理控制设备具有敞开的壳体、容纳在抽屉组件中的组装的多个控制功能单元和以分离的方式示例性示出的组件；以及

图3至图5是图2的示例性实施例的设备壳体的、特别是与抽屉组件和与示例性地以支架状实现的锁定装置相互作用的(固定的)壳体框架装置的的不同详细视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一示例性实施例的作为生物处理控制设备的功能图的逻辑功能结构。虚线框线10示出了设备壳体和在其中实现的框架结构(壳体框架装置)，在框架结构中最初实现用于容纳在抽屉组件14、32中的控制功能单元12、30的可拆卸或可移除的容纳部的轴。另外，在壳体框架装置以及以电子方式(将在下文描述)与控制功能单元12、30通信并向控制功能单元12、30供应操作电压的中央系统电子组件38处设置(以可移除的方式)有面板状的壳体壁或类似的附加壳体部件。

关于该机构，抽屉组件14、32中的每个抽屉组件被实现为相同的并且可互换，使得抽屉组件14、32可以在壳体内的任何操作或轴位置处使用(参见下面的描述关于图2至图5)。为此，接口插头单元(56，图3)(例如呈电源板的形式)被分配至每个抽屉组件，该抽屉组件接合到被分配至壳体10的相应的轴位置的相应的插头容纳部中，并因此可以经由中央供电和(数据)总线而联接到供电单元38。以本身已知的方式，可以使用标准化的数字总线系统，并且可以建立借助于分配至适当功能单元的确定线路的通信，以便实现连接48；另外，连接48为每个抽屉组件提供(通常是均匀的)操作电压，该操作电压由中央供电单元38(其以未示出的方式连接至线路电压连接件)的操作电压装置40提供。

例如，实现分配至抽屉组件并在抽屉组件的支撑单元上组装的控制功能单元中的每一个，以便具有或实现在反应器26中待显示或支撑的的生物处理的范围内的功能。例如，控制功能单元30经由以适当方式构造的流体管线28连接到反应器26的内部，并且同样以示例性方式，控制功能单元12被实现为气体和温度传感器，其在示意性示出的图1的示例性实施例中测量反应器26的盖区域中的过程气体浓度和温度。

在本发明的示例性实施例的范围内，功能识别单元16被分配给每个控制功能单元，作为被分配至抽屉单元(并且典型地借助于在每个抽屉组件中组装的且包括以适当的方式编程的微控制器和外围电子组件的电子电路板实现)的电子组件的部件，功能识别单元16典型地在其组装之后并且当其被插入到设备壳体中时识别连接的控制功能单元的类型和具体实现，并且功能识别单元16经由连接系统48将用于进一步检查和处理的所述信息提供至中央系统识别装置42。通过这种方式，特别是中央顺序控制器(未详细示出)可以首先检测控制功能单元的存在(这是目前的生物处理所期望的或者需要的)，然后可以在提供的过程中以适当的方式激活所述单元或以提供的方式对其进行操作。

此外，也作为抽屉组件的部件的参数单元18被分配给每个控制功能单元，参数单元18允许对相应的控制功能单元(在图1的示例性实施例中的12或30)进行预定义或可控制的参数化，特别是结合实现或配置单元20：优选地，通过来自中央系统单元38的中央控制，例如，如果由于过程顺序改变而需要参数改变，则可以定义并且以适当的方式改变被提供用于操作的操作数据或者用于配置或操作相应的控制功能单元的其他参数。附加地或替代地，特别是组件20允许实现永久的参数改变，例如正常的系统更新，其可以附加地并且有利地被归档在非易失性存储装置22中，非易失性存储装置22也被分配给每个抽屉组件(并且典型地也被实现在抽屉的电路板上)。

此外，图1的示例性实施例示出了协议单元44(其在当前情况下被集中并分配至公共的、固定的单元38)，该协议单元44收集操作数据(包括配置数据及其变化)，该协议单元44以合适的方式将所述数据归档在存储装置46中，并且该协议单元44可以提供所述数据，以优选地用于外部评估的目的，例如在敏感生物处理区域中的质量保证或类似控制措施。

当使用图1中示意性显示的设备时，(未受过技术或硬件要求方面的专门培训的)操作人员可以为相应的生物(技术)过程选择合适的控制功能单元，在需要时可将所述控制功能单元组装到(通常是通用且可互换的)抽屉组件中(可替代地，所述预组装的抽屉组件和相应的控制功能单元已经是可用的)，并且然后可以原则上在任何位置处将配备的抽屉组件插入到设备壳体的框架装置的容纳轴中。电子或电接触(更优选地以弹簧支撑的方式实现)也优选地借助于机械固定(将在下面说明)来实现，因此设备(在图1中以示意性方式示出)是可配置的并且可以以高度灵活且可靠的方式修改各种生物处理应用，同时最大程度地减少修改次数，并且所述实现特别优选适用于实验室、开发和研究环境(但通常不限于上述环境)，特别是在修改期间有利的灵活性和节省时间方面。

根据图2至图5，下面解释图1中以示意性方式示出的示例性实施例的示例性机械实现，在图2中的设备壳体的立体图中示出且在表面上或前侧上突出的控制功能单元被实现为泵(图1的示意图中的30)，该泵经由流体管线28以所提供的方式流体连通地接合到反应器容器26中。

示出了每个抽屉组件32具有抽屉框架结构52，该抽屉框架结构52接触平面前面或表面50，并允许以本身已知的方式纵向插入移动到图2所示的轴和框架结构中。

特别地，图3的立体视图示出了分配至抽屉组件32的电路板54的左侧(沿插入方向)上的竖直布置；其端部处的插头单元56示出了实现耦合到电连接系统48(图1)的(装有弹簧的)接口的示例。

另外，特别是部分抽出的抽屉组件32的图3显示了在壳体侧面的角或竖直凸缘部分58，其与呈支架形式的矩形锁定组件(锁定装置)60一起使得抽屉组件根据本发明锁定在壳体(或壳体框架装置)处或在其中：以图2所示的方式与抽屉组件的插入方向成直角并且因此从设备壳体的壳体或框架侧(当移除壳体面板时)待插入的锁定组件60借助于细长的杆部分62接合到壳体框架装置的引导件64中或其上，使得当插入锁定组件60时，该对杆部分以锁定方式与成角度的凸缘部分58接合。

此外，可以看出，在插入状态下，多个抽屉组件的各个前表面50实现了设备壳体(图2)的连续的、平面的且不间断的前表面，除了其中相应的控制功能单元的突出部分，因此借助于所述实现特别满足了在生物实验室环境中进行清洁、消毒或类似处理的有利条件。

在图2至图5中，在后电路板组件66上实现了中央供电、识别和协议电子组件，该组件在图1中被示意性地示出为以附图标记38标记的组，当使用时，后电路板组件66与相应的前表面相反并且被壳体面板(其可以以适当的方式被移除)覆盖，壳体面板还覆盖侧表面、上表面和下表面。

特别是对于其中轴的数量(以及因此容纳在抽屉组件中容纳的控制功能单元的可能性)不足以进行预期的生物处理且必须移除此类附加单元的应用来说，这些附图没有示出向设备壳体10增加在壳体的外部的附加框架或壳体结构以便容纳可能的附加控制功能单元的可能性。在根据本发明的有利实施例中，这种附加的框架装置不必设置有单独的中央电子组件(38或电路板实现66)；相反，类似于图1中的连接结构48，所述电子组件可以通过适当的附加总线耦合来实现。