在現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室中，精準(zhǔn)的過程控制與高效的實(shí)驗(yàn)流程已成為科研成功的關(guān)鍵因素，中國臺(tái)灣Major Science的臺(tái)式控制器系列憑借其模塊化設(shè)計(jì)、智能化控制和多系統(tǒng)集成能力，正在成為生物過程控制領(lǐng)域的創(chuàng)新。

在現(xiàn)代生物技術(shù)研究與工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性、可擴(kuò)展性和過程可控性直接影響研發(fā)成果與生產(chǎn)效率。Major Science臺(tái)式控制器系列專為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)，通過先進(jìn)的控制算法與靈活的硬件配置，為科研與工業(yè)用戶提供了從基礎(chǔ)研究到中試生產(chǎn)的全面解決方案。

01 產(chǎn)品系列與系統(tǒng)架構(gòu)

Major Science臺(tái)式控制器系列主要包括FS-05并聯(lián)發(fā)酵系統(tǒng)和FS-07 Winpact Evo發(fā)酵系統(tǒng)兩大核心型號(hào)，形成了一套完整的生物過程控制解決方案。

FS-05系統(tǒng)采用獨(dú)特的"一對二"設(shè)計(jì)，單個(gè)控制器可同時(shí)獨(dú)立控制兩個(gè)發(fā)酵罐，實(shí)現(xiàn)了真正的并行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/span>。這種架構(gòu)允許用戶在相同條件下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，或在不同條件下進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，大幅提升了實(shí)驗(yàn)效率與數(shù)據(jù)可比性。

FS-07系統(tǒng)作為FS-05的單側(cè)版本，保留了核心功能的同時(shí)，特別增強(qiáng)了控制器的處理性能與系統(tǒng)多功能性，尤其適合需要高度定制化的實(shí)驗(yàn)場景。

兩款控制器均支持通過外部PC上的單一界面控制最多16個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，即最多可同步管理32個(gè)發(fā)酵罐（FS-05）或16個(gè)發(fā)酵罐（FS-07），為大規(guī)模實(shí)驗(yàn)與工藝優(yōu)化提供了的擴(kuò)展能力。

系統(tǒng)采用模塊化架構(gòu)，將控制核心、傳感器模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟件平臺(tái)分離設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求靈活配置硬件組件與軟件功能。這種設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，也顯著降低了后續(xù)升級與維護(hù)成本。

02 核心硬件技術(shù)特點(diǎn)

Major Science臺(tái)式控制器在硬件設(shè)計(jì)上融合了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，確保在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠的性能。

精準(zhǔn)的溫度控制系統(tǒng)

控制器集成了雙加熱系統(tǒng)，將恒溫器加熱和干加熱合二為一，用戶可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自由選擇或組合使用兩種加熱模式。系統(tǒng)支持從環(huán)境溫度至40°C的寬范圍溫度控制，精度可達(dá)±0.1°C，滿足微生物培養(yǎng)與酶反應(yīng)等對溫度敏感的生物過程要求。

溫度控制系統(tǒng)采用自適應(yīng)控制技術(shù)，能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)過程特性，最小化設(shè)定點(diǎn)超調(diào)，提供的溫度穩(wěn)定性。對于需要多步溫度變化的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，控制器的Ramp/Soak功能支持最多40步溫度程序編排，可精確控制升溫速率、保溫時(shí)間和結(jié)束條件。

多功能攪拌與氣體控制

控制器配備無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速范圍500-3500rpm，提供穩(wěn)定且可重復(fù)的混合條件。針對FS-05和FS-07系統(tǒng)，Major Science設(shè)計(jì)了專門的固態(tài)容器，支持0°-90°旋轉(zhuǎn)并可進(jìn)行120°收獲，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

氣體控制方面，系統(tǒng)集成了可調(diào)節(jié)空氣與氧氣流量計(jì)，精確監(jiān)控培養(yǎng)過程中的氣體供應(yīng)。與高度耐酸堿的Watson Marlow蠕動(dòng)泵配合，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)酸堿度調(diào)節(jié)、消泡控制和營養(yǎng)物補(bǔ)料等多種功能，滿足高強(qiáng)度發(fā)酵過程的長期運(yùn)行需求。

靈活的容器兼容性

Major Science控制器支持五種可互換的耐高壓滅菌玻璃容器，容量覆蓋從0.5L到20L的廣泛范圍。這種設(shè)計(jì)使同一控制器可適配多種實(shí)驗(yàn)規(guī)模，從初步篩選到工藝優(yōu)化均能勝任。

系統(tǒng)兼容的容器類型包括雙層夾套圓底反應(yīng)罐、單層圓底反應(yīng)罐、氣升式反應(yīng)罐、單層圓底加熱毯式反應(yīng)罐和單層底部加熱式反應(yīng)罐，幾乎涵蓋了所有常見的生物反應(yīng)器類型。

03 軟件功能與用戶界面

Major Science臺(tái)式控制器的軟件平臺(tái)基于Linux操作系統(tǒng)構(gòu)建，提供了穩(wěn)定、防病毒的工作環(huán)境，同時(shí)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與程序控制能力。

控制核心采用數(shù)字式微處理器，配備2.6英寸至10.4英寸不等的LCD彩色觸摸屏，提供直觀的圖形化操作界面。界面設(shè)計(jì)充分考慮用戶體驗(yàn)，支持多語言顯示，顯著縮短了用戶的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)時(shí)間。

軟件支持15步順序控制程序，可對pH、溶解氧、溫度、攪拌速度和補(bǔ)料等參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化控制。系統(tǒng)內(nèi)部可存儲(chǔ)高達(dá)59,994個(gè)用戶程序和100個(gè)過程數(shù)據(jù)文件，滿足長期實(shí)驗(yàn)與復(fù)雜工藝的數(shù)據(jù)管理需求。

Winpact SCADA軟件通過以太網(wǎng)通信與IP尋址實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，用戶無需購買額外軟件即可通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器實(shí)時(shí)查看和控制實(shí)驗(yàn)過程?？蛇x配的Winpact EZScript軟件更提供了高級發(fā)酵過程的編程能力，適合需要復(fù)雜控制策略的研究項(xiàng)目。

系統(tǒng)還集成了pH Stat智能調(diào)節(jié)技術(shù)與二階溶氧特色集成進(jìn)料策略，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)調(diào)整營養(yǎng)物添加策略，優(yōu)化細(xì)胞生長與產(chǎn)物合成條件。

04 主要技術(shù)參數(shù)

下表列出了Major Science臺(tái)式控制器系列的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：

05 應(yīng)用領(lǐng)域與典型案例

Major Science臺(tái)式控制器憑借其靈活的設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)的控制能力，在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用：

微生物發(fā)酵與細(xì)胞培養(yǎng)

系統(tǒng)全面兼容微生物和細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用，提供完整的溫度、pH、溶解氧和營養(yǎng)物供給控制。在抗生素生產(chǎn)、重組蛋白表達(dá)和疫苗開發(fā)等領(lǐng)域，控制器的高精度參數(shù)控制確保了過程的一致性與產(chǎn)品的可靠性。

并行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/span>使研究人員能夠在相同條件下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證結(jié)果可靠性，或在不同條件下篩選最佳培養(yǎng)參數(shù)，顯著縮短工藝開發(fā)周期。

生物工藝開發(fā)與優(yōu)化

系統(tǒng)的15步順序控制程序與大容量程序存儲(chǔ)能力使其成為生物工藝開發(fā)與優(yōu)化的理想平臺(tái)。用戶可編程控制pH、溶解氧、溫度、攪拌和補(bǔ)料等多個(gè)參數(shù)，模擬不同規(guī)模的生產(chǎn)條件，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)的無縫放大。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄與導(dǎo)出功能確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性與可追溯性，為工藝表征與法規(guī)申報(bào)提供可靠支持。

合成化學(xué)與催化反應(yīng)

除了生物應(yīng)用，Major Science控制器還可用于合成化學(xué)、變性、衍生、組合化學(xué)、樣品濃度、酶檢測和過程優(yōu)化等多種化學(xué)過程。

系統(tǒng)的寬溫度控制范圍（室溫+5℃至200℃）與精確的溫度均勻性（±0.7°C @ 150°C）使其能夠滿足大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的溫度要求。

06 選型與操作指南

系統(tǒng)選型考量

選擇適合的Major Science臺(tái)式控制器時(shí)，需綜合考慮以下因素：

• 實(shí)驗(yàn)規(guī)模：小規(guī)模篩選可選TS-8W等多孔系統(tǒng)，而中試規(guī)模則宜選擇FS-05或FS-07配套大容量容器。

• 控制需求：簡單溫度控制任務(wù)可選擇基礎(chǔ)型號(hào)，而復(fù)雜發(fā)酵過程則需FS-05或FS-07等多參數(shù)控制系統(tǒng)。

• 并行處理需求：需要同步對比實(shí)驗(yàn)時(shí)，F(xiàn)S-05的雙罐并行控制提供顯著效率優(yōu)勢。

• 擴(kuò)展性要求：未來可能需要擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)規(guī)模的用戶應(yīng)選擇支持多系統(tǒng)集成的型號(hào)，如FS-05或FS-07。

操作與維護(hù)要點(diǎn)

為確保Major Science控制器的長期穩(wěn)定運(yùn)行，需遵循以下操作與維護(hù)規(guī)范：

• 定期校準(zhǔn)：使用幫助菜單中的傳感器校準(zhǔn)功能，定期對pH、溶解氧和溫度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

• 程序備份：利用系統(tǒng)的大容量存儲(chǔ)能力，定期備份用戶程序與過程數(shù)據(jù)，防止意外數(shù)據(jù)丟失。

• 預(yù)防性維護(hù)：利用系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，定期檢查關(guān)鍵組件如蠕動(dòng)泵管、密封件和過濾器的狀態(tài)，及時(shí)更換磨損部件。

• 安全操作：嚴(yán)格遵守8個(gè)用戶賬戶的權(quán)限管理，確保實(shí)驗(yàn)參數(shù)與程序的安全性。

07 技術(shù)創(chuàng)新與未來展望

Major Science臺(tái)式控制器系列體現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，包括：

并行處理架構(gòu)使單控制器同時(shí)管理多個(gè)獨(dú)立生物反應(yīng)器成為可能，大幅提高了實(shí)驗(yàn)效率與數(shù)據(jù)質(zhì)量。

模塊化設(shè)計(jì)理念允許用戶根據(jù)需求變化靈活升級系統(tǒng)組件，延長了設(shè)備的使用壽命并降低了總體擁有成本。

基于Linux的穩(wěn)定平臺(tái)提供了抗病毒干擾的可靠運(yùn)行環(huán)境，特別適合需要長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的發(fā)酵過程。

遠(yuǎn)程監(jiān)控能力通過普通的電話即可實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制反應(yīng)參數(shù)，為研究人員提供了的便利。

展望未來，隨著人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)Major Science控制器將進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)測控制能力與自適應(yīng)優(yōu)化功能，通過分析歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整控制策略以實(shí)現(xiàn)最佳過程性能。

同時(shí)，與實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）的深度集成也將成為重要發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、執(zhí)行、分析與報(bào)告的全流程數(shù)字化管理。

Major Science臺(tái)式控制器通過其創(chuàng)新的并行控制架構(gòu)、精密的溫度與攪拌控制及強(qiáng)大的軟件平臺(tái)，為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室提供了全面而靈活的過程控制解決方案。無論是基礎(chǔ)研究還是工業(yè)應(yīng)用，它都能提供可靠、重復(fù)性高的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

隨著生物技術(shù)與合成生物學(xué)的快速發(fā)展，對實(shí)驗(yàn)過程控制的要求將愈加嚴(yán)格，Major Science控制器將繼續(xù)在這一領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為科研進(jìn)步與工業(yè)創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。