MFC w bioreaktorach: kontrolowanie parametrów krytycznych przepływów

Niezawodne, powtarzalne i precyzyjne działanie regulatorów przepływu ma zasadnicze znaczenie w kontroli procesów w bioreaktorach. Będąc liderem w technologii kontroli przepływu masowego (Mass Flow Control, MFC), Brooks Instrument doskonale rozumie rolę, jaką regulatory odgrywają w zapewnianiu wydajności procesów biofarmaceutycznych.

MIERNIKI I REGULATORY PRZEPŁYWU GAZÓW SERII SLA BIOTECH

Nowa seria mierników i regulatorów SLA Biotech MFC (Mass Flow Control) firmy Brooks Instrument to zestawy funkcji dostępne w dwóch pakietach: "Performance Package" i "Premium Package". Pakiety dostępne są dla produktów z serii SLA5800 oraz SLAMF, które pozwalają na poprawę kontroli gazu procesowego oraz zwiększenie elastyczności procesów. Funkcje i cechy w porównaniu ze standardem serii SLA przedstawiono w tabeli.

CO TO JEST ZAKRESOWOŚĆ I JAKIE SĄ KORZYŚCI Z JEJ ZWIĘKSZENIA W OPCJI BIOTECH?

Zakresowość odnosi się do szerokości zakresu roboczego urządzenia i jest definiowana jako stosunek maksymalnej do minimalnej wydajności. W przypadku serii SLA Biotech MFC zakresowość 250:1 wskazuje, że urządzenie 100 LPM (litrów na minutę) może mierzyć i kontrolować przepływ od 0,4 LPM lub 400 sccm (mililitrów na minutę) (1/250 * 100 LPM lub 0,4% pełnej skali). Ten sam MFC z wyłączeniem 100:1 może mierzyć i kontrolować tylko do 1% pełnej skali lub 1 LPM (1000 sccm).

W oparciu na powyższym przykładzie, 250:1 100 LPM, SLA Seria Biotech MFC może zmierzyć i kontrolować dodatkowe 600 sccm na dolnym końcu zakresu w porównaniu do 100:1 100 LPM MFC. W praktyce projektant systemu lub użytkownik końcowy mógłby potencjalnie zastąpić dwa MFC tylko jednym.

Szeroki zakres użytkowy może zmniejszyć liczbę MFC wymaganych w systemie, aby pokryć pełny zakres wymaganych przepływów w sposób powtarzalny i kontrolowany, co przedstawiono na rysunku 1.

 

Rys. 1

NAJPIERW DWA MFC – DLA NISKIEGO I WYSOKIEGO PRZEPŁYWU, OBECNIE JEDEN MFC O ZWIĘKSZONYM ZAKRESIE

Seria SLA Biotech zapewnia określoną szczelność w stosunku do wersji standardowej. Wszystkie MFC mają automatyczny zawór, który otwiera się i zamyka, aby kontrolować przepływający przez niego gaz. Zawory bardzo dobrze kontrolują proces, ale nie zawsze zamykają się wystarczająco mocno, aby całkowicie zatrzymać przepływ. Można je jednak tak wyprodukować i dostroić, aby uzyskać bardzo niski wyciek, który poprawia wydajność MFC i często jest nie do zmierzenia przez wiele systemów sterowania.

Aby osiągnąć wspomnianą powyżej "większą szczelność", zawór sterujący z zakresowością 250: 1 serii SLA Biotech MFC musi utrzymywać wskaźniki wycieku poniżej najniższej wartości zadanej, tj. 0,4%. W powyższym przykładzie wyciek musi być mniejszy niż najniższy użyteczny zakres.

Seria SLA Biotech MFC ma identyczne komponenty (z wyjątkiem czujnika) i konstrukcję w porównaniu ze standardową serią SLA.

W celu jednak uzyskania ulepszonej szczelności zmodyfikowano proces produkcyjny, aby obejmował testowanie szczelności zaworu. Te dodatkowe testy gwarantują, że seria SLA Biotech MFC ma bardzo niski wyciek, który utrzymuje szeroki zakres użytkowy.

Należy zaznaczyć, że nowy czujnik został wyprodukowany przy użyciu nowej technologii produkcji (procesów spawania), tak aby zapewnić sterylną ścieżkę gazu przepływającego przez całe urządzenie.

 

Rys. 2

KALIBRACJA DLA KILKU GAZÓW – MULTI-GAS

Kontrolery TMF są tradycyjnie kalibrowane dla określonego gazu – zazwyczaj surogatu takiego jak azot (N₂). Ustawiany jest pożądany zakres przepływu i zestaw parametrów pracy. Z biegiem czasu zastosowanie współczynników przeliczeniowych opartych na stosunku określonego ciepła między surogatem a pożądanym gazem stało się dla użytkowników sposobem na skonfigurowanie jednego kontrolera przepływu masy dla wielu gazów. Ta metoda konfiguracji wielu gazów stanowi sedno pakietu wydajności SLA Biotech MFC.

Pakiet Performance zawiera cztery wstępnie skonfigurowane arkusze kalibracyjne dla czterech kluczowych gazów biotechnologicznych, jak: azot, dwutlenek węgla, tlen i powietrze. Rozmiar komponentów urządzenia jest dostosowany do konkretnego gazu wybranego przez użytkownika w momencie składania zamówienia (gaz konfiguracyjny). Jeśli zostanie wybrany CO₂, urządzenie jest kalibrowane dla CO₂ i jako surogat N₂ dla pozostałych gazów (obowiązują dodatkowe opłaty). Każdy gaz ma "arkusz kalibracyjny", który zawiera krzywą kalibracji, ustawienia regulatora PID, dane dotyczące wydajności zaworu i informacje o warunkach kalibracji. Użytkownik może zmienić arkusz gazu aktywnego albo za pomocą oprogramowania Brooks Expert Support Tool (BEST), albo poprzez cyfrowe protokoły komunikacyjne.

Podwyższona zakresowość (zakres użytkowy) i użycie kalibracji na kilka gazów oznacza, że jeden MFC można skonfigurować do montażu w systemach o różnych rozmiarach i różnych strumieniach gazu, zmniejszając liczbę wymaganych konfiguracji nawet o 90%. Dodatkowo, zamiast trzymać w magazynie kilka regulatorów skalibrowanych dla różnych gazów oraz różnych zakresów przepływu, możemy trzymać w magazynie jedno urządzenie.

MFC, takie jak Brooks Instrument SLA, wykorzystują elastomerowe materiały uszczelniające, dzięki czemu są certyfikowane jako bezpieczne w krytycznych zastosowaniach biotechnologicznych. Pakiet Biotech MFC Premium z serii SLA zapewnia też certyfikaty branżowe (USP klasy VI / ADI) dla wszystkich materiałów elastomerowych w strumieniu gazu MFC (mających styczność z gazem). Dotyczy to:

• gniazd zaworów;
• O-ringów (osiem zestawów w typowym MFC, w tym uszczelki łączące, uszczelnienia kryzy i uszczelnienia obudowy zaworu; niektóre z nich będą miały kontakt z gazami przepływającymi przez urządzenie).

CO OZNACZA KLASA VI USP, ADI-FREE, BSE/TSE FREE?

USP oznacza United States Pharmacopeia – jest to pozarządowa organizacja promująca zdrowie publiczne, w tym w zakresie jakości i bezpieczeństwa wyrobów medycznych oraz żywności. W przypadku tworzyw sztucznych istnieje sześć różnych klas związanych z ich zastosowaniami. Klasa VI, najbardziej rygorystyczna, wymaga wielu testów w celu zweryfikowania poziomu toksyczności i poświadcza, że nie występują szkodliwe reakcje lub negatywne skutki wynikające z substancji chemicznych zawartych w plastikach.

Z kolei ADI-Free (BSE / TSE free) dotyczy faktu, że surowce użyte do produkcji elastomeru nie zawierają składników pochodzenia zwierzęcego (ADI). Gdy na materiale elastomerowym MFC widnieje napis "CFR 21 FDA 177.2600", oznacza to, że znajduje się on na liście podstawowych elastomerów FDA, które są uznawane za bezpieczne z natury i sklasyfikowane jako GRAS (ogólnie uznawane za bezpieczne).

Pakiet Premium zawiera standardowo:

• Deklarację zgodności dla elastomerów: FDA / USP klasa VI, bez ADI;
• Certyfikat materiałowy 2.2 dla wszystkich elementów mających kontakt z medium;
• Certyfikat kalibracji zgodnie z normami międzynarodowymi (NIST lub VML).

KOMUNIKACJA I DIAGNOSTYKA W SLA SERIES BIOTECH MFC

Wszystkie opcje komunikacji dostępne w standardowej serii SLA są dostępne w obu pakietach opcji w serii SLA Biotech MFC. Obejmują one standardy: RS-485, DeviceNET, EtherCAT, EtherNet/IP (nie jest obecnie dostępny dla SLAMf (IP66), ale będzie dostępny wkrótce) oraz Profibus.

Podsumowując, regulatory i mierniki serii SLA Biotech firmy Brooks Instrument to narzędzia mogące być stosowanymi nie tylko w procesach biotechnologicznych, ale wszędzie tam, gdzie zależy nam na ograniczeniu liczby urządzeń, poprawie wydajności procesów oraz zwiększeniu ich elastyczności.

OEM Automatic
www.oemautomatic.pl