CN106902900A - 具有传感器布置的容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有传感器布置的容器。一种容器，特别是用作处理***中的用于执行生物学、生物化学或生物工艺学过程的一次性元件，包括围绕容器内部空间的壁，所述容器具有集成到所述壁中的传感器布置，其中所述传感器布置包括至少一个传感器和一个壳体，并且其中所述壳体包括壳体壁，所述壳体壁围绕包含传感器的壳体内部空间并将壳体内部空间与容器内部空间分离，其特征在于所述壳体壁包括壁区域，所述壁区域被设计作为预定断裂点。

Description

具有传感器布置的容器

技术领域

本发明涉及一种容器，该容器包括围绕容器内部空间的壁，该容器内部空间具有集成到壁中的传感器布置。

背景技术

药物学、生物学、生物化学或生物工艺学过程越来越多地通过一次性使用工艺中，例如处理***中的所谓的用后即弃式过程方案来执行。这样的处理***包括管路或反应器，管路或反应器被设计为用后即弃式容器(英语术语也称为：用后即弃物或用后即弃式容器或一次性生物反应器或一次性部件)。这样的用后即弃式容器可以例如是柔性容器，如小袋、管或发酵器。生物反应器或发酵器通常具有供给管线和排放管线，供给管线和排放管线例如被设计为管。刚性管段也可以被用在供给管线和排放管线中。在过程完成后，用后即弃式容器可以被丢弃。在这种方式下，避免了昂贵的清洁和灭菌过程。用后即弃式容器特别地防止了交叉污染的风险并且因此增加了过程可靠性。

为了监测或控制过程，可能需要监测包含在用后即弃式过程容器中的介质的物理或化学测量变量。为此，使用了光学以及电化学传感器或电导传感器，特别地，使用了电势型或电流型传感器或电导传感器。所谓的多传感器也已经证明是有益的，其被设计为监测若干不同的测量变量。这样的多传感器经常包括若干感测元件，其中每个感测元件被设计成检测待监测的测量变量中的一个的测量值。

在用后即弃式容器中执行的过程发生在封闭***中，即，没有任何与用后即弃式容器外侧的环境的连接。因为通常需要无菌条件，所以用后即弃式容器必须在引入处理介质之前进行灭菌。为此，伽马辐照通常被用于生物化学、生物学、生物工艺学和药物学应用中。甚至当过程发生在用后即弃式发酵器或用后即弃式反应器中时，也必须防止外界物质，特别地，籽晶，从环境进入用后即弃式容器内部的情况，以便过程序列不会被损害或掺杂。同样的方法也应用于供给和排放管线，该供给和排放管线在用后即弃式发酵器或用后即弃式反应器中终止或从用后即弃式发酵器或用后即弃式反应器引出。

集成到用后即弃式容器中的一个或多个传感器可以与用后即弃式容器一起灭菌。作为灭菌的结果和/或在用后即弃式容器和集成的传感器在灭菌之后投入使用之前被存储长时间的情况下，集成的传感器的特性可能发生改变，这会导致各传感器特征曲线的改变-例如，零点漂移。电势型和电流型传感器通常包括隔膜，隔膜应该理想地存储在潮湿条件下以确保在投入使用之后传感器立即输出可靠的测量值。

另外，许多生物化学和生物工艺学过程需要的通过伽马辐照的灭菌可能导致传感器的电子构件的毁坏。因此已经在例如DE102011080956A1中建议，设计集成到待灭菌的用后即弃式容器的壁中的传感器作为用后即弃式模拟传感器，并且将它们在灭菌后可移除地连接到电子单元，电子单元被布置在用后即弃式传感器外侧，包括不可灭菌的构件，并且被设计为进一步处理由传感器提供的模拟测量值。在过程完成后，电子单元可以被另外使用并且可以连接到不同的处理***中的新的灭菌的用后即弃式传感器。因为包括模拟传感器和电子单元的完整测量部分直到投入使用才会存在，所以这样的情况下，投入使用之前立即集成到用后即弃式容器中的传感器的有效校正、核实或甚至调节也是期望的。

发明内容

因此本发明的目的是提出一种具有集成到容器壁中的至少一个传感器的通用型容器，所述容器允许在容器中的待执行过程的快速启动，和传感器输出的测量值的充分的检测准确性和质量。

该目的通过根据权利要求1的容器实现。在从属权利要求中列出有益的实施例。

根据本发明的容器包括围绕容器内部空间的壁，所述容器具有集成到壁中的传感器布置，其中所述传感器布置包括至少一个传感器和一个壳体，并且其中所述壳体包括壳体壁，所述壳体壁围绕包含所述传感器的壳体内部空间，并且将壳体内部空间与容器内部空间分离，其特征在于所述壳体壁包括壁区域，所述壁区域被设计为预定断裂点。

如以上所述的，所述容器可以例如为一次性或用后即弃式工艺中的过程容器。它可以特别地由卫生批准的塑料制成，并且包括柔性或刚性壁。具有集成的传感器布置的容器可以通过高达50kGy的伽马辐照进行灭菌并且之后可以立即投入使用，或在投入使用之前存储较长时间段。通过将传感器布置布置在壳体中，壳体壁将传感器与容器的内部空间分离，传感器被保护免受外界影响；特别地，抵抗传感器老化或变化的介质可以被包含在其中布置传感器的壳体内部空间中。例如，壳体内部空间可以包括液体，例如水缓冲溶液，其中传感器可以被存储在潮湿的条件下。这对于通常包括隔膜的电流型和电势型传感器来说是特别有利的。在潮湿条件下的存储使得能够更快地投入使用，因为存储在潮湿条件下的传感器可以以可接受的响应时间立即输出可靠的测量值。包含在壳体内部空间中的介质也可以被用于校正、核实或调节所述传感器，如以下详细描述的。

在投入使用期间，预定断裂点可以被故意破坏，并且因此可以在壳体内部空间和容器内部空间之间建立连接。通过这种方式，传感器可以与包含在容器内部空间中的测量介质接触，以检测测量值。在此过程中，包含在壳体内部空间中的介质进入容器内部空间。因此，如果存放在壳体内部空间的介质被挑选成使得它不会损害容器中执行的过程则是有益的。例如，生理缓冲溶液通常对在用后即弃式过程容器中正常执行的生物工艺学过程是无害的，并且可以因此被用作潮湿存储和/或校正、核实或调节传感器的介质。

在一种实施例中，设计作为预定断裂点的壁区域被布置在壳体壁的突出到容器内部空间中的部分中。

预定断裂点可以例如通过壳体壁中的凹口构成。该凹口可以布置在外侧，即面向容器内部的侧面，或在内侧，即面向壳体内部空间的侧面，或在壳体壁的两侧。

在与多种传感器类型结合的有益的实施例中，所述壳体被设计为圆筒形，其中凹口相对于壳体的圆筒轴线周向地在壳体的内侧或外侧上延伸。在该实施例中，壳体壁的部分构成圆筒壳体的圆筒套，在该圆筒套上布置所述凹口。有益地，在该实施例中凹口形成闭合线，例如圆或椭圆，壳体的圆筒轴线穿过该圆的中心延伸。

预定断裂点也可以被设计为具有如下壁区域，该壁区域的壁厚与壳体壁的其余部分相比减小，其中所述壁厚被确定成使得如果在壳体内侧过压或负压占优势则所述壁区域会破裂。壳体内侧压力的增加或减少可以例如通过壳体内部空间中的传感器的移动，特别是轴向运动产生，或者通过驱动传感器进入壳体内部空间中产生，通过该过程使包含在壳体内部空间中的介质被压缩或膨胀。可替代地，压力的增加可以通过向壳体内部空间添加介质产生，或压力的减小可以通过从壳体内部空间移除介质产生，直到在适用的情况下在壳体内部空间中形成真空。传感器布置可以包括从容器外侧可进入的或从容器外侧可操作的装置，以增加或减小壳体内部空间内侧的压力。

在一种实施例中，传感器布置的壳体可以被保持在适配器中，适配器被附接到所述容器的壁并且在适配器中形成收容槽，收容槽围绕所述壳体的至少一部分。

壳体可以在收容槽中被导引，以便能够轴向移动和/或绕收容槽的轴线或壳体的轴线可旋转地安装。在一个有利的实施例中，传感器布置和/或适配器可以被设计成使得因为壳体相对于收容槽的运动导致预定断裂点的破裂，并且使得由此在壳体内部空间和容器内部空间之间建立连接，通过该连接包含在容器内部空间中的处理介质可以到达所述传感器。

适配器可以例如包括如下元件，所述元件与预定断裂点一起工作，以将壳体朝向容器内部空间打开。该元件可以例如构成推力轴承，推力轴承被设计成使得它通过机械阻力对抗壳体的旋转移动或轴向移动，所述机械阻力引起预定断裂点的破裂。所述元件还可以设计成当壳体轴向移动和/或旋转移动时，切开预定断裂点附近的壳体壁，例如在如下区域中的壳体壁，在所述区域中，所述壳体壁与壳体壁的其他区域相比具有减小的壁厚。

壳体壁的包括预定断裂点的部分可以由塑料制成，特别地，由PE、PP、含氟塑料、PVDF或PFA制成。

传感器可以被设计成检测测量介质的至少一个测量变量的值，其中壳体内部空间被介质填充，特别地被液体填充，使得传感器至少部分被液体浸湿。如以上已经描述的，这允许传感器的有益的潮湿存储。如果传感器包括必须防止变干的隔膜，即例如对于多种电势型、电流型以及光学传感器类型来说，该实施例是特别有利的。

在有利的实施例中，介质可以呈现待由传感器监测的所述至少一个测量变量的预定值。这使得可以在具有集成的传感器布置的容器投入使用之前立即进行传感器的校正、核实或调节。

传感器还可以被设计为多传感器以监测若干测量变量的值，特别地检测彼此不同的测量变量的值，其中介质呈现若干相互不同的测量变量的各自的预定值。这种情况下，如果包含在壳体中的介质呈现这些测量变量中的若干或所有的限定值，以在投入使用之前校正、核实或调节多传感器，则可以是有利的。

壳体包括供给管线，所述供给管线在壳体内部空间中终止，并且从容器外侧可进入。通过该供给管线，介质可以被填充到壳体中，例如为了已经提及的压力增加的目的或为了以下情况，其中传感器被存储在干燥条件下，但是在投入使用前短时间内，要通过待引入壳体内部空间中的介质执行校正、核实或调节。可替代地，在壳体内部空间和容器内部空间之间通过预定断裂点的破裂建立连接之前，供给管线也可以用于从壳体内部空间抽取包含在壳体内部空间中的用于传感器的潮湿存储的介质。特别地，可以通过供给管线在壳体内侧产生真空，以使得壳体在预定断裂点处破裂。该实施例防止了容纳在壳体内部空间内用于存储传感器的介质到达在容器中执行的过程。

在一个有利的实施例中，供给管线可以在端部被隔绝，可以通过无菌连接器或无菌过滤器从容器外侧进入该端部。

传感器可以包括电势型或电流型感测元件。这样的感测元件通常包括测量隔膜，该测量隔膜理想地存储在潮湿条件下，以便根据本发明的具有传感器布置的容器特别适用于具有这样的感测元件的传感器的集成。

传感器可以包括相同类型的若干感测元件，特别地，包括具有不同传感器零点的若干电势型感测元件。

在一个实施例中，传感器可以是电势型传感器，该电势型传感器包括至少两个pH测量半电池和至少一个参比半电池，其中能够根据与传感器接触的测量介质的pH值检测的、在参比半电池和两个pH测量半电池中的第一pH测量半电池之间的电势差包括第一传感器零点，并且其中能够根据与传感器接触的测量介质的pH值检测的、在参比半电池和两个pH测量半电池中的第二pH测量半电池之间的电势差包括第二传感器零点，第二传感器零点与第一传感器零点不同。通过这种方式，在调节期间，不仅传感器零点，而且由参比半电池和第一测量半电池组成的以及由参比半电池和第二测量半电池组成的两个测量链的平均斜率都可以被确定。

附图说明

本发明将基于附图中示出的示例性实施例在以下更详细地进行解释。附图示出了：

图1：用后即弃式容器，在其壁中集成了根据第一示例性实施例的传感器布置；

图2：根据第二示例性实施例的传感器布置。

具体实施方式

图1示意性地描绘了用后即弃式容器3的第一示例性实施例，其具有集成到它的壁中的传感器布置。用后即弃式容器3在本实施例中是具有柔性壁的小袋，其可以被用作例如用于发酵过程的容器。传感器布置包括传感器壳体1，传感器2被集成到传感器壳体1中并且所述传感器被安装到传感器壳体1上。传感器2可以例如是电流型或电势型传感器，例如电势型pH传感器、包括离子选择电极的电势型传感器、葡萄糖传感器或电势型或电流型酶传感器或电流型氧传感器。传感器2被设计成检测与传感器2接触的测量介质的一个或多个测量变量的模拟或数字测量值，并且通过传感器电缆10输出它们。

传感器壳体1通过适配器6被附接到用后即弃式容器3的柔性壁。传感器壳体1包括壳体内部空间4，壳体内部空间4围绕传感器2并且被壳体壁8界定。在从容器内部9隔绝的该壳体内部空间4中，液体可以被包含用于传感器2的潮湿存储。该液体可以例如是生理缓冲溶液或另一种液体。壳体壁8包括预定断裂点5，预定断裂点5在本实例中被设计为围绕圆筒形壳体壁8延伸的凹口。适配器6具有在凹口方向上取向的突起7。传感器壳体1被安装成使得能够相对于适配器6轴向移动和水平移动。当使过程容器3和传感器布置投入使用以执行发酵过程时，传感器壳体1可以被从过程容器3外侧抓住并且相对于突起7移动，使得所述突起邻接所述壳体壁8并且用反作用力对抗壳体的移动，反作用力作用于壳体壁8上并且引起预定断裂点5破裂，这样传感器壳体的突出到过程容器3中的部分沿着预定断裂点5破裂。在该过程中，在容器内部空间9和壳体内部空间4之间建立了连接，这样传感器2可以与包含在用后即弃式容器3中的发酵过程的介质接触，以检测测量值。包含的壳体内部空间4中的液体在该过程中进入用后即弃式容器3中。因此，将液体的种类选择成使得它不会损害用后即弃式容器3中执行的发酵过程是有益的，这通常用生理缓冲溶液的情况。而且，如果壳体1被设计成使得用于潮湿存储的包含在壳体内部空间4中的液体体积被保持尽可能少，则这样是有益的。

图1所示的示例性实施例的传感器布置也允许传感器2在投入使用之前，即也在向过程容器3打开壳体内部空间4之前被校正、核实和/或调节。这种情况下，包含在壳体内部空间4中的液体被选择成使得它包括可通过传感器2测量的一个测量变量或若干测量变量的限定和已知值。为了校正、核实或调节，所述测量变量或每个测量变量的测量值通过传感器2被检测，并且被适当地分析以校正、核实或调节所述传感器。之后才发生壳体壁8在预定断裂点5处破裂，并且传感器2与容器内部空间9之间的连接因此建立。

参考图1描述的传感器布置也可以集成到具有刚性壁的过程容器中，特别地，集成到管路中。

图2示意性地示出了集成到用后即弃式容器的壁15中的传感器布置的另一示例性实施例。该传感器布置包括传感器16，传感器16在本实例中被设计作为电势型pH传感器。这样的电势型pH传感器在一次性工艺中是已知的，例如从DE102010030874A1中可知。传感器16包括具有pH敏感隔膜18的测量半电池17和具有隔膜20的参比半电池19。为了确保传感器16能够在投入使用时立即使用，将传感器16在潮湿条件下，即以隔膜20和隔膜18被液体浸湿的方式存储是有益的。传感器16被布置在壳体中，壳体包括围绕壳体内部空间22的壳体壁21，壳体内部空间22通过壳体壁21从用后即弃式容器的容器内部空间分离。壳体内部空间22可被用于传感器16的潮湿存储的液体填充。壳体被安装在用后即弃式容器的壁15上。在它的后侧，即在它的面向远离容器内部空间的侧面上，壳体被壳体盖23以不透液体的方式密封。穿过壳体盖23导引传感器16的电连接部，该电连接部被连接到传感器电缆24，传感器16通过传感器电缆24可输出模拟或数字的测量pH值。

壳体还包括供给管线25，供给管线25在壳体内部空间22中终止并且通过灭菌连接器以灭菌方式从环境隔绝。通过灭菌连接器，气体或液体可以以灭菌方式被引入壳体内部空间22中或从壳体内部空间22中抽取。

壳体壁21的面向用后即弃式容器的容器内部的壁区域27包括如下壁厚，该壁厚与壳体壁21的其余部分相比被减小。这样定尺寸使得在壳体内部空间22中可调节过压或负压的情况下，该壁区域27作为预定断裂点破裂，并且以这种方式，在壳体内部空间22和用后即弃式容器的容器内部空间之间会建立连接，通过该连接传感器16可以与容器内部空间中存在的介质发生接触。过压或负压可以例如通过经由供给管线25引入壳体内部空间22中的液体或另一加压介质来产生，或通过经由供给管线25从壳体内部空间22中抽取介质来产生，并且由此在壳体内部空间22中产生真空。在该最后的实施例中，防止来自壳体内部空间22的液体进入用后即弃式容器中。

包含在壳体内部空间22中的液体可以以与图1所述的示例性实施例相同的方式用于校正、核实或调节传感器16。

在另一示例性实施例中，在图2中所述的传感器布置中的供给管线25可以被省略。在该实施例中，传感器16可以通过螺纹安装，例如使得能够相对于壳体壁21或27轴向移动。通过轴向地朝向壁区域27移动传感器16，包含在壳体内部空间中的液体可以被压迫，使得引起壁区域27的破裂。

Claims (19)

1.一种容器，包括围绕容器内部空间的壁，所述容器具有集成到所述壁中的传感器布置，

其中，所述传感器布置包括至少一个传感器和一个壳体，并且

其中，所述壳体包括壳体壁，所述壳体壁围绕包含所述传感器的壳体内部空间并且将所述壳体内部空间与所述容器内部空间分离，

其特征在于，所述壳体壁包括被设计作为预定断裂点的壁区域。

2.根据权利要求1所述的容器，

其中，被设计作为所述预定断裂点的所述壁区域被布置在所述壳体壁的突出到所述容器内部空间中的部分中。

3.根据权利要求1或2所述的容器，

其中，所述预定断裂点由所述壳体壁中的凹口构成。

4.根据权利要求3所述的容器，

其中，所述壳体被设计为圆筒形，并且其中，所述凹口相对于所述壳体的圆筒轴线周向地绕所述壳体的外侧壁延伸。

5.根据权利要求1或2所述的容器，

其中，所述预定断裂点被设计为壁厚与所述壳体壁的其余部分相比减小的壁区域，其中所述壁厚被确定成使得如果在所述壳体内侧过压或负压占优势则所述壁区域破裂。

6.根据权利要求1-5中的一项所述的容器，

其中，所述壳体被保持在适配器中，所述适配器被附接到所述容器的所述壁并且在所述适配器中形成收容槽，所述收容槽围绕所述壳体的至少一部分。

7.根据权利要求6所述的容器，

其中，所述壳体在所述收容槽中被导引，以便能够轴向移动，和/或绕收容槽的轴线或所述壳体的轴线可旋转地安装。

8.根据权利要求6或7所述的容器，

其中，所述适配器包括与所述预定断裂点一起工作以朝向所述容器内部空间打开所述壳体的元件。

9.根据权利要求8所述的容器，

其中，所述元件构成推力轴承，所述推力轴承被设计成使得它通过机械阻力对抗所述壳体的旋转移动或轴向移动，所述机械阻力引起所述预定断裂点的断裂。

10.根据权利要求8或9中的一项所述的容器，

其中，所述元件被设计成当所述壳体被轴向移动和/或旋转移动时，切开所述预定断裂点附近的壳体壁，例如在壁厚与所述壳体壁的其他区域相比减小的区域中的壳体壁。

11.根据权利要求1-10中的一项所述的容器，

其中，至少所述壳体壁的包括所述预定断裂点的部分由塑料制成，特别地，由PE、PP、含氟塑料、PVDF或PFA制成。

12.根据权利要求1-11中的一项所述的容器，

其中，所述传感器被设计成检测测量介质的至少一个测量变量的值，并且其中，所述壳体内部空间被介质填充，特别地被液体填充，使得所述传感器至少部分被所述液体浸湿。

13.根据权利要求12所述的容器，

其中，所述介质包括所述至少一个测量变量的预定值。

14.根据权利要求12或13所述的容器，

其中，所述传感器被设计成检测若干测量变量的值，特别地检测彼此不同的测量变量的值，并且其中，所述介质呈现所述若干互相不同的测量变量的各自的预定值。

15.根据权利要求1-14中的一项所述的容器，

其中，所述壳体包括供给管线，所述供给管线在所述壳体内部空间中终止并且能够从所述容器外侧进入。

16.根据权利要求15所述的容器，

其中，所述供给管线在端部被隔绝，能够通过无菌连接器或无菌过滤器从所述容器外侧进入所述端部。

17.根据权利要求1-16中的一项所述的容器，

其中，所述传感器包括电势型感测元件或电流型感测元件。

18.根据权利要求1-17中的一项所述的容器，

其中，所述传感器包括相同类型的若干感测元件，特别地包括具有不同传感器零点的若干电势型感测元件。

19.根据权利要求18所述的容器，

其中，所述传感器是电势型传感器，所述电势型传感器包括至少两个pH测量半电池和至少一个参比半电池，其中，能够根据与所述传感器接触的测量介质的pH值检测的、在所述参比半电池和所述两个pH测量半电池中的第一pH测量半电池之间的电势差包括第一传感器零点，并且其中，能够根据与所述传感器接触的测量介质的pH值检测的、在所述参比半电池和所述两个pH测量半电池中的第二pH测量半电池之间的电势差包括第二传感器零点，所述第二传感器零点与所述第一传感器零点不同。