Биотехнологическая компания, специализирующаяся в фармацевтической сфере, производит моноклональные антитела, рекомбинантные белки, вакцины и другие продукты. Ее производственный процесс включает такие ключевые этапы, как ферментация, очистка, формулирование и наполнение, с чрезвычайно высокими требованиями к точности, гигиене и надежности для соответствия нормативным стандартам GMP и FDA.

На основе технологических требований заказчика компания Sure Instrument предоставила следующую комбинацию приборов для измерения расхода и управления технологическим процессом:

1. Датчики температуры (190 шт.)

• Ферментационные емкости: в больших биореакторах температура является критическим параметром, влияющим на активность клеток и экспрессию продукта. Датчики температуры встроены в емкости для мониторинга градиентов температуры на разных глубинах в режиме реального времени, гарантируя, что микробные или млекопитающие клетки остаются в оптимальном диапазоне метаболических температур (с точностью ±0,5%). Датчики изготовлены из нержавеющей стали 316L, соответствуют санитарному стандарту 3A и способны выдерживать высокотемпературную стерилизацию паром (рабочая температура от -50°C до 200°C, с долгосрочной устойчивостью к циклам стерилизации SIP 140°C).

• Система очистки: Во время фазы элюирования хроматографических колонок колебания температуры могут привести к денатурации белка. Трансмиттеры связаны с модулями контроля температуры с помощью сигналов 4-20 мА для поддержания постоянной температуры хроматографической среды, что обеспечивает стабильность целевого продукта. Время отклика составляет менее 1 секунды, степень защиты IP69K.

2. Ультразвуковой измеритель уровня (1 шт.) и радарный измеритель уровня (6 шт.)

• Ультразвуковой измеритель уровня: устанавливается в верхней части резервуаров для хранения сырья, контролирует уровни жидкости в питательных средах, буферах и других материалах. Его бесконтактный метод измерения позволяет избежать прямого контакта с материалами, что исключает риск перекрестного загрязнения, особенно подходит для резервуаров для хранения питательных сред, содержащих поверхностно-активные вещества, что исключает риск застревания традиционных поплавковых приборов.

• Радарный уровнемер: устанавливается в резервуарах для хранения готовой продукции и резервуарах с реагентами высокого риска (например, с сильными кислотами и основаниями), использует высокочастотную микроволновую технологию 80 ГГц (точность измерения ±1 мм) для проникновения пара или пыли внутрь резервуара для непрерывного контроля уровня. Во время процесса CIP (Clean-In-Place) он обеспечивает обратную связь в реальном времени по уровням чистящего средства через связь Modbus RTU и выдерживает высокие температуры до 150 °C во время стерилизации паром, предотвращая сухое сгорание оборудования, вызванное неправильными показаниями уровня.

  

3. Ультразвуковые расходомеры (12 шт.) и электромагнитные расходомеры (4 шт.)

• Ультразвуковые расходомеры: в основном используются в циркуляционных трубопроводах систем очищенной воды (PW) и воды для инъекций (WFI). Конструкция без препятствий (перепад давления < 0,01 бар) позволяет избежать потери давления, вызванной традиционными механическими расходомерами. Благодаря широкому диапазону соотношения 30:1 он удовлетворяет как потребности в очистке с низким расходом, так и потребности в производстве с высоким расходом. При передаче буферного раствора функция измерения двунаправленного потока поддерживает точный контроль процессов прямой и обратной промывки.

• Электромагнитные расходомеры: специально разработаны для количественного переноса проводящих жидкостей (таких как питательные среды и кислотно-щелочные растворы). Оснащенные футеровкой из ПТФЭ и танталовыми электродами, они выдерживают высококоррозионные жидкости с диапазоном pH 1-14 (такие как жидкости для элюирования хроматографии). При переносе питательной среды они достигают точности количественного контроля ±0,2% с помощью импульсного выхода (с повторяемостью ±0,1%).

  

4. Вихревые расходомеры (19 единиц) и кориолисовы массовые расходомеры (2 единицы)

• Расходомеры вихревого типа: используются для контроля расхода чистого сжатого воздуха, азота и других газов (диапазон: газ 0,3-35 м/с, пар 2-75 м/с). В процессах ферментации они оптимизируют уровни растворенного кислорода (значения DO) путем измерения расхода входящего газа. В системах лиофилизации они контролируют расход инертного газа для предотвращения окисления лекарств. Встроенная функция температурной компенсации устраняет отклонения измерений, вызванные изменениями плотности газа, автоматически преобразуя фактический расход в стандартный расход (с точностью ±1,0%).

  

• Расходомеры массы Кориолиса: применяются при окончательном измерении дорогостоящих жидких фармацевтических препаратов на линиях розлива (например, моноклональных антител и вакцин мРНК). Они измеряют массовый расход вместо объемного расхода, не зависящий от изменений вязкости жидкости (например, липосом вакцин мРНК) или температуры, с точностью ±0,1%. Двухпараметрический выход (массовый расход + плотность) может использоваться для онлайн-определения концентрации препарата, что позволяет избежать отбраковки партии из-за недолива или перелива. Конструкция с двойной U-образной трубкой выдерживает диапазон вязкости 1–2000 мПа·с и в сочетании с онлайн-определением плотности (±0,001 г/см³) обеспечивает погрешность заполнения менее ±0,5 мг на флакон.

5. pH-метры (9 единиц) и измерители окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) (10 единиц)

• Измерители pH: В бродильных емкостях они отслеживают колебания pH в реальном времени, вызванные метаболизмом клеток, и автоматически регулируют работу насосов добавления кислот и оснований с помощью алгоритмов PID. Выдвижные электроды (с автоматической механической очисткой и защитой IP68) предотвращают дрейф измерений, вызванный клеточным детритом или адгезией белков. Они отслеживают диапазон pH 4-10 в бродильных емкостях (с точностью ±0,02) и связаны с насосами дозирования кислот и оснований через цифровую связь 4-20 мА + со временем отклика менее 5 секунд.

  

• Измерители ОВП: используются для мониторинга окислительно-восстановительного состояния в средах клеточных культур (например, чувствительности клеток CHO к растворенному кислороду и восстанавливающим веществам). Электроды изготовлены из платины с контрольными электродами Ag/AgCl, разработанными для устойчивости к биологическому загрязнению. Выходной сигнал связан с системой подачи кислорода с диапазоном измерений от -1500 мВ до +1500 мВ. Благодаря ПИД-регулированию скорости подачи кислорода они поддерживают оптимальное метаболическое состояние клеток CHO.

6. Датчики давления (284 шт.)

• Система ультрафильтрации (UF/DF): они контролируют трансмембранные перепады давления (TMP) и динамически регулируют скорость питающего насоса с помощью обратной связи с точностью сигнала 0,1%, чтобы предотвратить загрязнение или разрыв мембраны. Погрешность управления TMP составляет менее 0,05 бар.

• Резервуары для формулирования: Во время формулирования вакцинных адъювантов сигналы давления используются для обнаружения закупорки трубопроводов или утечек, запуская сигналы тревоги системы DCS и активируя резервные контуры для обеспечения целостности стерильной среды. Допустимое отклонение вакуума: от -1 до 10 бар.

7. Поплавковые расходомеры с металлической трубкой (2 шт.)

• Используется для точного дозирования добавок с низким расходом, таких как силиконовое масло и пеногасители. Вертикальная конструкция установки (допустимое давление 16 бар, средняя температура от -80 °C до +200 °C) используется для микродозирования силиконового масла (диапазон 0,1-5 л/мин). Конструкция привода с магнитной муфтой исключает риски утечки, а шкала прослеживается по NIST (с точностью считывания ±2%), что соответствует требованиям GMP для ручной проверки. Функция автономного питания делает их пригодными для взрывобезопасных зон или аварийных сценариев ручного управления.

Результаты внедрения

Благодаря индивидуальному приборному решению заказчику удалось добиться:

• Целостность данных: все приборы имеют сертификаты калибровки класса 3.1, соответствующие требованиям аудита FDA.

• Управляемость рисков: ключевое оборудование (например, кориолисовы расходомеры) сертифицировано по стандарту SIL2 и поддерживает защитные блокировки.

• Оптимизация затрат на техническое обслуживание: бесконтактные приборы, такие как ультразвуковые и радарные расходомеры, сокращают частоту простоев, связанных с очисткой, что приводит к снижению годовых затрат на техническое обслуживание на 22%.

Стоимость расширения отрасли

В этом примере продемонстрированы три основных преимущества технологии измерения расхода в биофармацевтической отрасли:

• Контроль рисков: конструкция с избыточным датчиком предотвращает отбраковку партии из-за единичных сбоев.

• Поддержка масштабирования процесса: высокоточные приборы обеспечивают основу данных для масштабирования от лабораторного до коммерческого производства.

• Гарантия соответствия: Материалы прибора (нержавеющая сталь 316L, покрытие ПТФЭ) соответствуют стандартам ASME BPE и проходят аудиты GMP.

Биофармацевтическая промышленность движется к непрерывной обработке. Наша компания продолжит разрабатывать интеллектуальные приборы с интегрированными функциями SIP (стерилизация на месте) и цифровой калибровки, чтобы помочь клиентам строить заводы Biopharma 4.0 следующего поколения.