CN107014426A - 用于使内联传感器装置投入运行的方法及内联传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于使内联传感器装置投入运行的方法及内联传感器装置，具体涉及如下内联传感器装置及用于使用于检测代表测量介质的分析物成分的测量参量的测量值的内联传感器装置投入运行的方法，其中，内联传感器装置包括传感器，其被设计成用于产生和输出与测量参量相关联的测量信号，传感器具有至少一个设置用于与测量介质接触的灭菌的传感器元件和至少一个壳体，壳体包围传感器元件并将传感器元件包含在相对壳体的周围环境密封封闭的腔中，该方法包括如下步骤：执行对内联传感器装置的至少一个包括壳体的壳体外侧的部分的热力灭菌；在结束热力灭菌后打开壳体；使传感器元件与测量介质接触。此外，本发明还涉及用于制造内联传感器装置的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于使内联传感器装置(Inline-Sensoranordnung)投入运行的方法，内联传感器装置用于检测代表测量介质的分析物成分的测量参量的测量值。
背景技术
为了确定测量介质，尤其是液体，如例如纯液体、液体混合物、乳剂或悬浮液的成分，在过程测量技术中并且在分析测量技术中使用了各种各样的分析测量仪器。分析测量仪器通常包括传感器以及评估电子装置，传感器被设计成用于产生依赖于测量介质的至少一个分析测量参量的电测量信号，评估电子装置从测量信号中获知代表测量介质中的至少一个分析测量参量中的当前值的测量值。分析测量参量例如可以是分析物的浓度或活性，或者是依赖于测量介质中的至少一种分析物的浓度或活性的参数。分析物指的是包含在测量介质中的一种或多种、特别是已溶解的物质，其在测量介质中的浓度应当借助传感器来获知或者监控。评估电子装置可以至少部分地整合到直接布置在测量位置上的测量转换器中，测量转换器拥有带显示和输入器件的壳体。评估电子装置的至少一部分也可以与传感器一起布置在共同的壳体中。
这样的分析测量仪器被用在各种各样的领域中，例如被用于对在制药、化学、生物技术或生物化学生产中的过程的监控和控制，但也可以被用在水处理或废水净化的过程中，以及被用在环境分析学中。倘若在过程使用分析测量仪器，那么测量介质通常被包含在过程容器中。这样的过程容器例如可以是过程设备的管线路或反应器皿，例如发酵罐。
被整合到过程容器的器壁中用来监控包含在过程容器中的测量介质的测量参量的传感器被称为内联传感器(Inline-Sensor)。内联传感器直接在所要监控的测量介质中检测测量参量。因此，在内联传感器中并不需要从过程中对样品进行提取和预处理用来确定分析测量参量。为了将传感器整合到过程器壁中公知有多种多样的适配器及配件，尤其是沉浸式配件或伸缩式配件。包括整合在过程容器的器壁中的内联传感器并且必要时包括与内联传感器连接、但能从该内联传感器上取下的评估电子装置的装置被称为内联传感器装置。内联传感器可以借助合适的适配器紧固在器壁中。
在必须要在灭菌或无菌的条件下执行的如例如在生物技术、制药或食品技术中出现的过程中，在过程开始之前或各个过程步骤之间，通常对所有过程设备的与过程介质形成碰触的部分，尤其对所有的过程容器还有整合在其中的传感器进行灭菌，例如以热的方式通过热力进行灭菌。热力灭菌可以通过干燥的高温(通常利用160℃与180℃之间的热空气，作为灭菌介质)或通过热蒸汽作为灭菌介质在压力升高的情况下进行，例如通过在压力容器，即所谓的高压釜中的热压灭菌(Autoklavieren)。常见地例如是热蒸汽灭菌方法，其中可以出现在至少120℃或之上的温度。如果在高压釜中执行热力灭菌，那么过程设备的要碰触过程的部分必要时已经彼此连接、被引入高压釜中并在那儿被灭菌。经灭菌的部分随后又被从高压釜中提取并投入运行。替选地，过程设备可以借助所谓的SIP方法(SIP是英语技术术语“sterilization in place，就地灭菌”的缩写)来进行灭菌，其中，所要进行灭菌的过程容器(包括整合在其中的内联传感器装置)利用热蒸汽进行灭菌，热蒸汽在预定的时间间隔上被导入到过程容器中。因此，内联传感器能够承受所出现的条件，如高温和提升了的压力，而保持不失去功能。
在生物过程技术中，例如为了对生物技术的过程进行监控、控制和/或调节也使用到传感器，其具有生物识别要素，例如这些生物识别要素必要时作为受体有选择地且专门地使分析物化合。生物识别要素可以是蛋白质，如酶或抗体、DNA/RNA片段、细胞器或整个细胞和微生物。这样的传感器被称为生物传感器。在典型地进行热蒸汽灭菌过程之后，受体或者说这样的生物传感器的生物识别要素通常活性大大减小，大多情况下发生不可逆变性，也就是说在他们的原生3-D结构(形态)方面遭到破坏。因此，这种生物传感器原则上并不能够容易地作为内联传感器置入到过程容器的器壁中，并且利用该过程容器借助常用的SIP方法进行灭菌。
具有例如那些来源于在20℃至45℃的温度范围内存活的嗜温生物的生物识别要素的大量传感器可能无法经受SIP条件下的提高了的温度，例如在80℃之上，以便不丧失其功能性。
在文献中描述了能被灭菌的基于安培滴定的酶传感器的生物传感器。在M.Phelps,Development of a regenerable glucose biosensor probefor bioprocessmonitoring,Master Thesis,University of British Columbia,1993(不列颠哥伦比亚省大学，1993年，M.菲尔普斯的硕士学位论文，用于生物过程监控的可再生葡萄糖生物传感器测试的发展)中概述了这样的传感器。其中所描述的用于确保这样生物传感器的在保护其功能性的情况下的能灭菌性的对策包括只有在灭菌过程之后才将布置在例如包括工作电极的承载件上的对温度敏感的受体引入传感器壳体内部的反应空间中，该反应空间通过对于各种分析物来说是能透过的膜片来相对过程容器封闭。膜片在该情况下表现为灭菌阻隔件。在此，受体不动地存在于事后引入的工作电极上或存在于容纳在反应空间中的溶液中。在引入受体时，灭菌阻隔件不应被破坏，这使得对这种内联传感器的操作变得困难。
由该文献所公知的内联传感器装置的缺点除了难于操作外，还要注意生物传感器的发生波动的测量性能。原因在于事后所引入的受体的量是很难再现的。迄今所公知的包括生物传感器的内联传感器装置并不实用，尤其是在考虑到用于对工业化的过程进行监控的应用时。
在越来越多地用于生物过程的一次性技术(英语技术术语：singleusetechnology，一次性技术)的领域中，公知有适配器或连接器，其能够实现提前将例如借助伽玛射线进行灭菌的传感器引入同样事先被灭菌的一次性生物反应器(英语技术术语：Single use fermentor，一次性发酵罐)中。然而，这些连接器往往被拒绝或不能用于常规的过程设备的多次针对大量批量过程所使用的过程容器中，过程容器定期进行清洁并且在其中一个上面所描述的SIP灭菌方法中进行灭菌。
PALL Corporation,Port Washington,USA(美国华盛顿港，颇尔公司)例如提供了名称为“KleenpakII灭菌连接器”的连接器，其用于将液体或探测器或传感器引入一次性过程容器中。这些连接器由两个能彼此连接的元件构成，其中，这两个元件在其连接区域中在未连接的状态下分别用可拉出的条带封闭。可拉出的条带由具有聚酯涂覆部的铝箔制成。为了将探测器引入生物过程中，连接器的第一元件与过程容器连接并且与该过程容器一起灭菌，包含有探测器的第二元件可以用伽马灭菌或热压灭菌来进行灭菌。为了引入探测器，两个连接器元件首先松动地彼此连接，然后将可拉出的条带通过侧向拉出来去除，随后将两个元件密封地彼此连接起来，并且随后将探测器穿过连接器的第一元件移动进过程容器中。
这些连接器的主要缺点是，两个元件之间的连接没有以高安全性在无菌的情况下进行，这是因为元件的可拉出的条带的两个外表面未被灭菌或无法灭菌，并且因此在拉出这些条带时有受污染的风险。此外，受污染的风险通过如下方式被提高，即，直接在将可拉出的条带拉出之后无法密封地两个元件彼此连接起来，由此无法消除由于未灭菌的周围环境而造成的污染。
这些连接器也并不是针对能多次使用的、能用SIP方法进行灭菌的不锈钢过程容器所设计。
发明内容
因此，本发明的任务是，说明一种内联传感器装置及使其投入运行方法，其克服了所描述的缺点。优选地，内联传感器装置普遍地应当也能在多次使用的、能清洁的且能灭菌的过程容器中使用，并且能够安全无菌地将内联传感器装置的传感器元件引入过程容器中用来测量包含在过程容器中的介质的测量参量。优选地，内联传感器装置应当适用于能够将具有并不承受住热蒸汽灭菌的生物识别要素的生物传感器引入在高温度下要进行灭菌的过程容器中。
该任务通过根据权利要求1的用于使内联传感器装置投入运行的方法、根据权利要求14的内联传感器装置和根据权利要求30的用于制造内联传感器装置的方法来解决。有利的设计方案在从属权利要求中说明。
根据本发明的用于使检测代表测量介质的分析物成分的测量参量的测量值的内联传感器装置投入运行的方法，其中，内联传感器装置包括传感器，该传感器被设计成用于产生和输出与测量参量相关联的测量信号，其中，传感器具有至少一个设置用于与测量介质接触的灭菌的传感器元件和至少一个壳体，壳体包围传感器元件并且传感器元件包含在相对壳体的周围环境密封地封闭的腔中的，该方法包括以下步骤：
执行对内联传感器装置的至少一个包括壳体的壳体外侧的部分的热力灭菌；
在结束热力灭菌后打开壳体；以及
使传感器元件与测量介质发生接触。
该方法允许在保持传感器的功能性的情况下将热力不稳定(hitzelabil)的传感器在无菌的情况下引入过程容器中，过程容器已经提前进行了热力灭菌。这能够通过使用在此和下文所描述的内联传感器装置来实现，该内联传感器装置含有位于密封地封闭的、灭菌的腔中的、同样灭菌的传感器元件，或者能够实现对包括传感器元件在内的腔的内部的灭菌，该腔保护位于封闭的腔中的传感器元件例如在内联传感器装置密封地与过程容器连接期间免受由于从外面对内联传感器装置进行热力灭菌所造成的损坏，并且该腔能够通过如下方式实现传感器元件与包含在过程容器内的介质在无菌的情况下的接触，即，腔在壳体外侧的经灭菌的区域中朝向过程容器的内部打开。
内联传感器装置的承受热力灭菌的部分例如是整个与保持灭菌的过程容器的内部接触的或内联传感器装置所要发生接触的区域，尤其是壳体的壳体外侧的与要保持灭菌的过程容器的内部接触的区域。通过如下方式，即，壳体外侧、尤其是壳体外侧的与保持灭菌的过程容器的内部发生接触的区域被热力灭菌，可以使布置在腔中的、灭菌的传感元件通过打开在该区域中的壳体来安全地在无菌的情况下与过程容器发生接触并且必要时被引入该过程容器中。由于对分析物敏感的，也就是说被设计成用于检测与分析物相关联的测量参量的传感器元件在壳体外侧进行热力灭菌期间被密封地包含在腔内，所以该传感器元件至少在热力灭菌期间免受在热力灭菌时碰触到壳体外侧的灭菌介质，例如热蒸汽的影响。已经表明的是，上述在生物过程测量技术中使用的传感器的生物识别要素虽然在如在热蒸汽灭菌时出现的高湿度和高温度下会丢失其功能性的很大一部分，但它们却在低湿度的情况下即使在热力灭菌时存在的至少110℃的温度的情况下也基本上保留其功能性。因此，尽管在对壳体外侧进行热力灭菌时是高的温度，也已经可以通过将传感器元件密封地围在腔中对保持住传感器元件的功能性做出贡献，从而使随后在无菌的情况下引入过程容器内的传感器元件能够正常工作。
传感器元件可以布置在传感器元件承载件上，其中，壳体除了传感器元件之外还包围传感器元件承载件的至少一部分，从而至少使该部分布置在形成于壳体内的腔中。
测量信号可以是电信号或是光学信号，测量信号代表测量值或测量参量的测量值的时间上的序列。
为了投入运行，内联传感器装置可以在执行热力灭菌之前整合到过程容器的器壁中，并且给内联传感器装置热力灭菌可以与对过程容器的热力灭菌一起在唯一的方法步骤中执行，其中，与过程容器的内部处于接触的、现在经灭菌的壳体在热力灭菌结束后朝向过程容器被打开。这可以例如在SIP方法的范围内进行。将内联传感器装置整合到过程容器的器壁中可以借助配件或过程接头来进行，过程接头与内联传感器装置密封地、尤其是流体密封地，也就是说气密和/或液密地连接。该连接在此优选是如下方式的，即，使过程容器流体相对过程容器的周围环境密封地封闭。这优选借助一个或多个卫生的密封元件来完成，该密封元件以如下方式设计，即，使其与过程容器的内部处于接触的面能借助SIP方法进行灭菌。该密封元件例如可以是合适的卫生的成型密封件，如其原则上由针对用于卫生的应用中的配件和伸缩式配件的现有技术所公知。
执行热力灭菌也可在高压釜中进行。在此，内联传感器装置已经与过程容器连接并且两者都可以安置在高压釜中并在其中进行灭菌。
为了在无菌的情况下打开壳体并且使传感器元件与测量介质发生接触，壳体的与过程容器的内部处于接触的区域可以卫生地、尤其是无棱边地、无毛刺地和无缝隙地设计。
为了确保传感器在热力灭菌期间不经受过高的湿度，内联传感器装置的壳体可以按如下方式来设计并且腔相对周围环境按如下方式来密封，即，当在温度为至少110℃的情况下从外部对壳体进行热力灭菌期间，存在于壳体内部的相对湿度(也称为相对空气湿度)不超过77％、优选23％、更优选3％、甚至更优选1％的值。
在热力灭菌期间，在包含传感器元件的腔内部的相对湿度的变化借助内联传感器装置的湿度传感器来监控。湿度传感器可以是内联传感器装置的一部分。
壳体可以包括由一个或多个壳体部件形成的器壁，器壁气密地包含腔，并且形成抵抗水蒸气扩散进入腔中的阻隔件。有利地，壳体器壁的平均的水蒸气穿透性，也就是说形成器壁的部件的水蒸气穿透性的平均值在温度为110℃、存在于腔与周围环境之间的压差小于5bar并且存在于腔中和存在于器壁的周围环境中的相对湿度的差大于67％的情况下，壳体器壁的平均的水蒸气穿透性，也就是说形成器壁的部件的水蒸气穿透性的平均值小于420g/(m2d)、优选小于125g/(m2d)、更优选小于15g/(m2d)、甚至更优选小于6g/(m2d)。
器壁或者说形成器壁的壳体部件可以由水蒸气无法或仅能以很小程度扩散穿过的材料形成，例如这样的材料可以是玻璃、塑料或金属。也能够使用复合材料，例如多层的复合材料。适用于此目的的多层的复合材料例如可以包括至少一个塑料层和金属层或金属化的涂层。由不同的塑料材料构成的多层的材料也能例如使用结合薄膜，例如，PET-PE、PET-PVDC/PE或PE-EVOH-PE或具有金属涂层的塑料复合薄膜，如例如由PET-铝-PE或铝、PET-铝构成的复合物。此外还可以使用单层或多层的涂覆有铝或氧化硅的塑料材料，例如PET-SiOx/PE。
传感器元件可以具有至少一个针对分析物的生物识别要素。生物识别要素可以是蛋白质(例如酶或抗体)、DNA/RNA片段、细胞器或整个细胞和微生物。生物识别要素例如专门使分析物化合或与分析物发生化学反应。例如，传感器可以是安培滴定型酶传感器。例如，传感器元件具有酶作为识别要素，该识别要素能在其活性保留至少10％的情况下冷冻干燥。传感器可以是基于酶的葡萄糖传感器，例如具有葡萄糖氧化酶作为识别要素。在这里可以考虑包括葡萄糖氧化酶的葡萄糖传感器，其名称是由Jobst Technologies GmbH,Freiburg,Deutschland(德国弗莱堡的Jobst技术股份有限公司)制造和销售的B.LV5、B.IV4。该安培滴定型的基于酶的传感器也可以包括乳酸氧化酶作为针对乳酸传感器的识别要素、用于谷氨酸传感器的谷氨酸氧化酶、用于谷氨酰胺传感器的谷氨酰胺氧化酶。
附加或替选地，为了防止高湿度，有利的是，在执行热力灭菌期间，传感器元件至少暂时与壳体的周围环境，也就是说壳体的壳体外侧的周围环境热分离。传感器元件可以尤其是在前面所描述的用于投入运行的方法期间与壳体的周围环境热分离直到热力灭菌结束之后。有利地，传感器元件在此以热的方式如下这样与壳体的壳体外侧的周围环境热分离，即，在对内联传感器装置进行热力灭菌期间，将传感器元件的温度提升到小于80℃，优选小于50℃，更优选小于35℃。这可以附加或替选地被用于确保腔内部的相对较低的湿度，以便尤其是只要包括生物识别要素时，就避免对传感器元件的测量特性的损害。
为了至少暂时将传感器元件与壳体的周围环境热分离，传感器元件例如可以在热力灭菌期间与过程容器的所要进行灭菌的容积和与灭菌介质碰触的部分间隔开地布置。例如，过程容器具有接头，该接头包围与过程容器连通的接头空间，并且该接头在执行热力灭菌前与内联传感器装置的与接头互补的接头空间连接。过程接头在此以如下方式与内联传感器装置的壳体连接，即，当过程接头和过程容器的接头相互连接时，传感器元件在背离过程容器的一侧布置在接头空间之外。例如，当过程容器的接头与内联传感器装置的过程接头连接时，内联传感器装置的壳体的端面可以封闭接头空间。在该情况下，只壳体的端面与灭菌介质发生碰触并且被该灭菌介质加热，而传感器元件与端面间隔开地布置在端面之后并且因此经受较低温度。以该方式可以使传感器元件与经受热力灭菌的过程容器的内部热分离。
有利地，内联传感器装置在其投入运行时可以在热力灭菌之前进行冷却，优选冷却到小于8℃，更优选小于-13℃，更优选小于-20℃。在热力灭菌期间，至少一个传感器元件的温度变化可以通过内联传感器装置的至少一个温度感知器/传感器进行监控。
尤其适用于执行上述方法的用来检测代表测量介质的分析物成分的测量参量的测量值的内联传感器装置包括：
传感器，其被设计成用于产生并输出与测量参量相关联的测量信号，其中，传感器具有至少一个设置用于与测量介质接触的已被灭菌的传感器元件；以及
包围至少一个传感器元件的壳体，该壳体将传感器元件包含在相对壳体的周围环境密封地封闭的腔中。
内联传感器装置，如上面已经说明的那样，尤其被设计成用于将传感器元件、尤其是热力不稳定的传感器元件在无菌的情况下引入事先被热力灭菌的过程容器内。为此，内联传感器装置可以例如借助配件或容器接头整合在过程容器的器壁中。由于传感器元件被包含在相对周围环境密封地封闭的壳体腔中，所以同样可以保护已被灭菌的传感器元件在对壳体的与过程容器的内部发生接触的或处于接触的壳体外侧进行的例如可以与对过程容器的内部进行的热力灭菌一起进行的热力灭菌期间免受灭菌介质的影响，并且因此可以基本上保持传感器元件的功能性。随后，传感器元件可以如上所述那样在无菌的情况下通过打开在位于过程容器内部的且尤其与过程容器一起经热力灭菌的区域内的壳体与过程容器的内部或位于过程容器中的测量介质发生接触。
为了确保传感器在对壳体进行热力灭菌期间从外面不经受过高的湿度，内联传感器装置的壳体可以按如下方式设计并且腔可以按如下方式相对周围环境密封，即，当在温度为110℃的情况下从外部对壳体进行热力灭菌期间，在壳体内部存在的相对湿度不超过77％、优选23％、更优选3％、还更优选1％的值。
内联传感器装置可以具有至少一个湿度传感器，其被设计成用于检测代表存在于腔内部的相对湿度的测量值。内联传感器装置还可以被设计成用于借助湿度传感器至少在执行对内联传感器装置的热力灭菌期间检测出代表存在于腔内部的相对湿度的变化的测量值。
壳体可以包括由一个或多个壳体部件形成的器壁，器壁密封地包含腔并且器壁形成阻隔件，以防水蒸气扩散进入腔内。有利地，在温度为110℃、存在于腔与壳体器壁的周围环境之间的压差小于5bar，并且存在于腔中和存在于器壁的周围环境中的相对湿度的差大于67％的情况下，器壁的平均水蒸气穿透性，也就是说形成器壁的部件的水蒸气穿透性的平均值小于420g/(m2d)、优选小于125g/(m2d)，更优选小于15g/(m2d)，还更优选小于6g/(m2d)。
为了使腔中的湿度保持得很小，腔可以含有干燥剂，例如硅胶、氧化硅胶或沸石。
也有可能是，内联传感器装置包括至少一个通到腔内的用于无水或少水的流体，尤其是纯氮气或具有小于50ppmv(parts per million by volume，百万分体积比)的H2O的，更优选小于5ppmv的H2O的水含量的空气的导入线路。导入线路可以包括布置在流体的流动路径中的灭菌过滤器。灭菌过滤器可以与含有流体，尤其是氮气或空气的贮存器连接。此外，可以将用于流体的导出线路通到腔中，该导出线路优选同样包括灭菌过滤器。输送和导出线路优选布置在过程容器之外。
作为对上面所描述的用于确保在腔内部的相对湿度较小的措施的附加或替选，至少一个传感器元件可以是至少暂时与壳体的壳体外侧的周围环境热分离的或是能与至少暂时与壳体的壳体外侧的周围环境热分离。例如，可以按如下方式与壳体的壳体外侧热分离，即，当在15分钟的时间段上将具有110℃的温度的介质作用到壳体外侧的至少一个区域上时，传感器元件的温度从传感器元件在该时间段开始时的起始温度25℃出发上升小于55℃，优选上升小于35℃，更优选小于10℃。这样的条件例如发生在对壳体外侧进行热力灭菌时，例如在其中整合有内联传感器装置的过程容器内执行的SIP方法的范围内。在该情况下，介质例如可以是干燥的热空气或热蒸汽。
内联传感器装置可以设有至少一个温度感知器/传感器，其被设计成用于获知尤其是在对壳体外侧的至少一个部分区域进行热力灭菌期间的至少一个传感器元件的温度变化。
热分离例如可以通过传感器元件与壳体外侧热隔离或热隔绝来实现，由此每时间单位在壳体外侧与传感器元件之间传递的热量与没有设置传感器元件与壳体外侧隔离或隔绝的内联传感器装置的设计方案相比减少了，从而传感器元件的热变化相应地减小或减缓。有利地，通过如下方式实现热分离，即，在传感器元件与壳体外侧之间布置有热隔绝材料，并且/或者至少暂时在壳体内存在有小于<100mbar的压力。热隔绝材料在此尤其被理解为低导热性的均匀的材料或具有充满气体的空腔的至少是两相的材料，尤其被理解为微孔浇注物。低导热性的材料可以有利地具有≤0.5Wm-1K-1的热导率。壳体有利地形成气密地包围传感元件的腔。
替选或附加地，内联传感器装置具有用于主动和/或被动冷却传感器元件的器件，由此使每时间单位在壳体外侧与传感器元件之间传递的热量至少部分地从传感器元件排出，从而减小或减缓了传感器元件的温度变化。该器件例如可以包括气体冷却件、具有冷却液的冷却件、珀耳帖冷却件(Peltier-Kühlung)、冷却肋或其它热沉。
为了能够实现传感器元件与壳体外侧通过降低壳体内部的压力，尤其降低到小于<100mbar的压力来进行热分离，壳体可具有通到腔中的用于抽真空的气体输出口，气体输出口能气密地被封闭。壳体在该设计方案中在气密地封闭的气体输出口的情况下形成气密地包围传感器元件的腔。气体输出口可以有利地包括灭菌过滤器。有利地，当传感器装置被整合在过程容器内时，气体输出口布置在过程容器之外。
气体输出口在该设计方案的一个改进方案中可以在尤其是可逆的、能封闭的连接器中结束，该连接器能联接到真空泵上。壳体或腔一起可以在此例如直接在执行对整合了内联传感器装置的过程容器进行灭菌之前被抽真空。替选地也可行的是，内联传感器装置被整合到过程容器的器壁中，其壳体已经被抽真空并且随后与隐式传感器元件用合适的方法进行灭菌。抽真空在此尤其被理解为将存在于壳体内的压力降低到<100mbar的值。有利的是，对具有隐式传感器的元件壳体的灭菌在最终包装中用伽马射线来执行。为了更好地确保在壳体中用来使至少一个传感器元件与壳体外侧的周围环境热分离而存在有负压，具有隐式传感器元件的壳体在最终包装时用真空仪器进行真空包装。
在另一设计方案中，内联传感器装置包括被用于至少暂时将传感器元件与壳体外侧的周围环境热分离的用于至少暂时冷却内联传感器装置的至少一部分的冷却器。
冷却器可以是纯被动性质的，例如它可以包括与传感器元件导热接触的热沉。
附加或替选地，用于对传感器元件进行主动冷却的冷却器可以包括至少一个热电转换器，例如珀耳帖元件。该热电转换器有利地按如下方式布置，即，使其对传感器元件的专门用于执行与测量介质接触的测量的敏感的表面进行冷却。
在另一设计方案中，冷却器包括流体冷却件。该流体冷却件可以有利地具有在传感器元件承载件中的能穿流流体的通道结构，传感器元件布置在该传感器元件承载件上，并且/或者布置在壳体的壳体器壁中。
为了改进热分离，有利的是，壳体或至少一个或多个形成壳体的由具有≤0.5Wm- 1K-1的热导率的热隔离的塑料，尤其是聚醚醚酮制成的部件形成。
为了使传感器元件或传感器元件的敏感表面与位于壳体之外的测量介质发生接触，壳体可以具有如下器壁区域，该器壁区域被设计成用于使传感器元件与壳体的周围环境发生接触。例如，器壁区域可以被设计成用于能被打开，以便建立起传感器元件或包含传感器元件的腔与壳体的周围环境之间的连接。该器壁区域布置在壳体的如下区域中，该区域包括壳体的能够与过程容器的内部发生接触或处于接触中的壳体外侧。
传感器元件和器壁区域可以相对彼此以如下方式运动，即，使传感器元件能够从壳体移动出来。
在内联传感器装置的其中传感器元件布置在传感器元件承载件上的设计方案中，传感器元件承载件可以能相对壳体运动地受支承，从而使传感器元件承载件相对壳体的相对运动引起传感器元件从打开的壳体运输出来。
例如壳体，尤其是包含传感器元件的腔可以具有如下器壁区域，该器壁区域被构造为预定断裂处。为了建立传感器元件与壳体周围环境之间的接触，传感器元件承载件可以具有尖部或棱边，其以如下方式被设计，即，使其在导致传感器元件承载件的端部区段与器壁区域接触的传感器元件承载件相对器壁区域的运动时，刺穿或割开器壁区域。该器壁区域例如可以被设计成壳体的端侧的、与过程容器的内部接触的和/或朝向过程容器的壁，该壁例如由膜片或薄膜形成。
替选地，壳体可以包括能相对壳体运动的罩、盖或闸阀装置，从而可以通过罩、盖或闸阀装置的运动能相对另外的壳体部分打开，从而建立起传感器装置与壳体的周围环境之间的接触。当内联传感器装置被整合到过程容器中时，罩、盖或闸阀装置与过程容器内部处于接触并且在进行热力灭菌时可以与该内部一起被灭菌，从而操作闸阀装置不会导致过程容器的内部与未经灭菌的部分或与未经灭菌的周围环境接触。
如先前结合用于投入运行的方法所描述的那样，传感器元件可以具有生物识别要素。作为生物识别要素，例如是能在保留其活性的至少10％的情况下冷冻干燥的酶。例如，传感器元件包括葡萄糖氧化酶。传感器例如可以是安培滴定的、尤其是包括葡萄糖氧化酶的、基于酶的传感器。壳体可以由玻璃构成，并且/或者具有至少一个金属层和/或由塑料制成的层，并且/或者包括大量的、尤其是作为针对水蒸气的扩散阻隔件起作用的固体颗粒、尤其是金属颗粒。金属颗粒例如可以以球或碎片的形式埋入塑料中，塑料形成了壳体的器壁或密封部或粘接部位或浇注部。
传感器元件可以包括一个或多个电极，其中，接触电极的线路延伸穿过在其上布置有传感器元件的传感器元件承载件内部形成的通道。
此外，传感器可以包括测量电路，其与上述线路连接并且被设计成用于检测与测量参量相关联的电信号。在将传感器设计成安培滴定型的传感器的情况下，测量电路被用于在传感器的至少两个电极之间施加电压并在此检测流动的电流并且将该流动的电流或从中推导出的电信号作为测量信号输出。内联传感器装置可以包括评估电路，其被设计成用于从由测量电路输出的电信号获知测量参量的单元中的测量参量的测量值，并且经由上级单元的接口或经由显示装置，例如显示器输出。
本发明还涉及一种用于制造根据上述设计方案之一的内联传感器装置的方法。该方法包括：
-制造带有传感器的内联传感器装置，该传感器被设计成用于产生并输出与测量参量相关联的测量信号，其中，传感器具有至少一个设置用于与测量介质接触的传感器元件，并且还带有包围传感器元件和传感器元件的至少一个区段的壳体，该壳体将传感器元件包含在相对壳体的周围环境密封地封闭的腔中；并且
-借助通过Beta或Gamma射线的辐射对内联传感器装置的布置在腔中的至少一个传感器元件进行灭菌。
此外，制造内联传感器装置可以包括密封地封闭腔，其中，在封闭之后存在于腔中的相对湿度以如下方式来设定，即，在温度为110℃的情况下在15min的时间段上从外部对壳体进行热力灭菌期间，使得在腔内部存在的相对湿度不超过到77％，优选23％，更优选3％，还更优选1％的值。
此外，该方法还可以包括将至少一个传感器元件与壳体的壳体外侧的周围环境热分离。
附图说明
下面结合附图中示出的实施例详细阐述了本发明。其中：
图1示出整合到过程容器的器壁中的内联传感器装置的第一实施例的示意图；
图2示出整合到过程容器的器壁中的内联传感器装置的第二实施例的示意图；
图3示出整合到过程容器的器壁中的内联传感器装置的第三实施例的示意图；
图4示出内联传感器装置的过程接头的示意图，该过程接头与过程容器的接头连接。
具体实施方式
在图1中示意性示出内联传感器装置7，其整合到过程容器8的器壁，例如管线路或发酵槽中。在过程容器8中执行受到保护以防污染的生物技术过程。为了将内联传感器装置7整合到过程容器8中，内联传感器装置7具有过程接头(图1中未示出)，其与过程容器8的与过程接头互补的接头流体密封地连接。替选地，内联传感器装置7布置在配件中，该配件流体密封地紧固在过程容器8的接头上。
内联传感器装置7包括传感器，其基本上通过对分析物敏感的传感器元件5和与传感器元件5连接的测量电路形成。对分析物敏感的传感器元件被确定成为了对测量介质的分析测量参量进行测量而与测量介质相接触。传感器元件5例如可以具有一个或多个电极，其利用生物识别要素进行修改。识别要素在电极表面上例如可以包括不动的、专门使分析物化合的化合物。酶或蛋白质被考虑为专门化合的化合物。传感器元件5布置在传感器元件承载件4上。传感器元件承载件4在示出的示例中棒状地设计。在棒状的传感器元件承载件4之中可以形成空腔，例如沿轴向方向延伸的通道，通过该通道引导与传感器元件5电接触的导出线路(在这里未示出)。
内联传感器装置7在背离过程的(prozessabgewandt)端部上具有电子器件壳体11，用于检测测量值的测量电路布置在该电子器件壳体中。测量电路与通过传感器元件承载件4引导的导出线路导电地连接并且被设计为产生与要检测的测量参量相关的电测量信号。在示出的示例中，内联传感器装置7的传感器设计为安培计式的酶传感器。在该情况下，测量电路被设计成用于施加或调节在传感器元件5的两个电极之间的电压并且在此对流动经过与两个电极接触的测量介质的电流进行检测。测量电路给出检测到的电流或由此推导的值、尤其是数字值作为测量信号。测量电路可以与上级的评估或控制单元(未示出)连接，其接受并且继续处理由测量电路给出的测量信号。电子器件壳体11可以具有例如包括插接连接装置的初级侧的接口，用以与上级评估或控制单元连接。评估或控制单元可以经由包括插接连接装置的次级侧的线缆与内联传感器装置7连接。
内联传感器装置7包括附加的壳体2，其包围传感器元件承载件4的伸入过程容器8中的、包括传感器元件5的区段。在这里示出的示例中，壳体2包括多个壳体组件，即管状的杆3，其在伸入过程容器8中的端部上通过端侧的壁9封闭，壳体2还包括在杆3的相对置的端部在壁处与杆连接的波纹管10。端侧的壁9可以通过金属塑料复合膜来形成，其材料锁合地(stoffschlüssig)、例如借助粘合物或浇注物与管状的杆3连接。壳体2在其与壁9相对置的那一侧上通过浇注物(未示出)密封地封闭并且与电子器件壳体11连接。
壳体2将传感器承载件4的包括传感器元件5的靠前的区段全部包含在气密的腔14中，从而不存在腔14的包含在壳体2中的体积与过程容器8的内部之间的连接。气密的腔14包含气体、例如氮气，或者包含气体混合物、例如空气。在腔14中存在的空气湿度以如下方式来设定，即，在温度为110℃的情况下，包含在腔中的相对湿度小于77％。附加地，在腔中可以包含干燥剂，例如硅胶、沸石、硅酸凝胶等，以便进一步降低腔14中的相对湿度。
壳体2形成对于水或水蒸气从周围环境扩散进入腔中来说的阻隔件。在温度为110℃、周围环境与腔14之间的压力差小于5bar并且在腔14内部和在周围环境中的相对湿度有差别的情况下，在本示例中由多个壳体组件构成且由不同材料形成的壳体2的平均水蒸气穿透性小于420g/m2d或优选更小。壳体2的组件的不同材料以如下方式组合，即，使得壳体2的水蒸气穿透性平均处于该值之下。例如考虑PPSU、ECTFE、PEEK、PPS、PFA或PCTFE。
作为用于管状的杆3的材料，可以考虑玻璃、金属或具有相应很小的水蒸气穿透性的塑料。这例如是金属或水蒸气能穿透的塑料。
作为用于壳体器壁、尤其是用于管状的杆或端侧的壁9的材料，还可以考虑复合材料，像例如多层的材料，其包括至少一个由形成了用于抵抗水从周围环境扩散进的高阻隔的材料制成的层。例如，复合材料可以包括具有由金属、例如铝制成的层和/或由阻隔塑料制成的层的膜。例如，这样的复合材料可以是金属涂层的塑料。除了具有高阻隔作用的材料的连贯的层之外，适合于杆3或端侧的壁9的复合材料还包括多个在基础材料、例如塑料中埋入的、由这样的阻隔材料构成的颗粒。埋入的颗粒例如可以是金属颗粒。
密封腔14的浇注物、粘合物或密封物同样可以使具有高阻隔作用的材料。尤其它们可以由阻隔塑料形成或它们可以由复合材料、例如由包括固体颗粒的聚合物形成。
可以实现的是，与杆3和端侧的壁9相比构成限界出腔14的器壁的仅一小部分的浇注物或密封物由常规的用于液体分析传感器的浇注物或密封材料形成。这些材料具有很小的阻隔作用，这可以通过如下方式来补偿，即，为杆3或壁9选择具有非常小的水蒸气穿透性的材料，从而壳体的所有围成腔14的组件的水蒸气穿透性平均保持在上述的边界值之下。
材料的水蒸气穿透性以单位g/m2d来给出。其例如根据DIN53122-1/DIN 53122-A按重量通过如下方式来确定，即，以干燥剂填充的试验容器通过由要研究的材料构成的试样来封闭并且承受限定的试验气候。透过试样的水量通过称重来确定。相关的标准是ISO2528:1995、ASTM E-96。
在开始执行(在灭菌或无菌的条件下执行的)生物技术过程之前，在过程容器8中，内联传感器装置7可以按密封连接的方式整合在过程容器8的壳体器壁中。腔14以及传感器承载件4和传感器元件5在该时间点已经灭菌。对腔14和布置在其中的元件进行的灭菌可以例如借助以伽马射线的辐射来实现。有利地，可以由制造商在制造传感器元件5或内联传感器装置7的时候就已经执行了灭菌。
内联传感器装置7的投入运行以如下方式来实现：在第一步骤中，过程容器8与已整合的内联传感器装置7的壳体2的外侧的与过程容器8接触的区域一起进行热力灭菌，例如借助热蒸汽灭菌。在此，热蒸汽仅作用到壳体2的与过程容器的内侧接触的外侧上。承受热蒸汽的壳体外侧的典型的温度变化包括起始温度、例如从室温(大约25℃)到140℃的在1h的时间段上的加热阶段、例如温度保持在140℃的1h长的阶段和紧接着的冷却阶段，在冷却阶段期间，例如4h的时间段之后壳体再次冷却到室温。为了实现完全的灭菌，使内联传感器装置7与过程容器8的连接密封的密封元件卫生地设计，即，它们的与过程容器8的内侧6接触的表面区域对于灭菌介质(在本示例中是热蒸汽)来说是完全能接近并且能进行灭菌的。壳体2的与过程容器8的内侧接触的壳体外侧也卫生地设计，即，其不具有缝隙、毛边或棱边，它们对于灭菌介质来说不是完全能接近并且能进行灭菌。
在结束灭菌之后并且在过程冷却到小于80℃、优选小于60℃或甚至小于40℃的温度之后，建立了传感器元件5或腔14与过程容器8的内部6之间的接触，以便可以实现对包含在过程容器8中的或流动经过过程容器8的测量介质中的测量值进行检测。
在本示例中，壳体2面对过程容器8的且与其内部6接触的端侧的壁9设计得很薄，使得通过机械的力作用可以刺穿该壁。带有传感器元件5的传感器元件承载件4的面对该壁9的端部具有尖部或棱边。传感器元件承载件4以能在轴向运动的方式受支承，在示出的示例中是借助壳体2的设计为波纹管10的器壁区域。在这里并且在下面对其它实施例的描述中，术语“轴向”是参考内联传感器装置的传感器元件承载件的柱体对称轴线或管状的壳体杆的柱体对称轴线来使用。波纹管10可以如下这样缩短，即，在波纹管10松弛的状态下，壳体2的(沿轴向方向测量的)长度与壳体2在最大缩短的波纹管10的情况下的长度的差大于端侧的壁9与传感器元件5之间的间距，其中，该间距相应于沿轴向方向在壁9与传感器元件5的最远离壁9布置的点之间延伸的路径。附加地，内联传感器装置7可以具有(在图1中未示出的)锁定元件，它们将波纹管固定在缩短位置中。如果波纹管10缩短，传感器元件5因此刺穿壁9并且凸出超过壳体2的正侧的端部。以这种方式，腔14朝向过程容器8的内部6敞开，并且传感器元件与包含在过程容器8中的或穿流过程容器的过程介质相接触。在此，在无菌的情况下实现建立在传感器元件5与过程容器8的内部6之间的接触，因为传感器元件5和腔14的内部在敞开之前已经消过毒。在打开壁9时，也不存在与过程容器的未灭菌的周围环境或与内联传感器装置7的未灭菌的部分接触的可能性。在波纹管10的缩短位置中，内联传感器装置7可以用于对包含在过程容器8中或穿流过程容器的测量介质的要检测的测量参量进行监控。
替选地，内联传感器装置7可以在投入运行时与过程容器8一起在压热器中承受热力灭菌。紧接着，灭菌的过程容器8可以与灭菌的内联传感器装置7一起装入生物技术设备中并且被用于执行生物技术过程。在该设计方案中，将传感器元件在无菌的情况下引入过程容器中以如前述那样相同的方式来实现。尤其地，在这里也排除了与未灭菌的部分或未灭菌的周围环境的接触。
在生物技术过程结束之后，丢弃传感器，因为无法实现对过程容器8连同根据这里描述的实施例(其中，壳体2在投入运行时被不可逆地损坏)的内联传感器装置7进行重新灭菌。如果为了执行新的生物过程而重新使用过程容器8，首先将内联传感器装置7替换为未使用的、同类型的带有完整的壳体2的内联传感器装置7。
如果内联传感器装置7的壳体2的围成腔14的组件平均具有小于420g/(m2d)、优选小于125g/(m2d)、更优选小于15g/(m2d)或甚至小于6g/(m2d)的水蒸气穿透性，那么在例如以热蒸汽进行的热力灭菌期间很少的水蒸气侵入到腔14中，从而腔14之中的相对湿度在整个热力灭菌持续时间之后升高但不超过77％或甚至明显更小，例如在23％之下或甚至在3％之下。再合适的壳体材料选择的情况下，相对湿度甚至可以保持在1％之下。当在制造内联传感器装置7时包含在腔14中的空气的相对湿度在室温(25℃)的情况下为直至大约30％时，也可以实现这样的值。已经表明的是，在这样的条件下尽管在热力灭菌时出现的很高的温度(例如根据上面给出的温度变化)但是不出现生物识别要素的损坏。这对于传感器元件来说例如可以被证实为是基于酶的葡萄糖传感器，其包括葡萄糖氧化酶作为生物识别要素，例如是Jobst Technologies GmbH，Freiburg，Deutschland(德国弗莱堡的Jobst技术股份有限公司)的以B.LV5、B.IV4为名称且销售的葡萄糖传感器。
有利地，壳体2可以具有大约12mm的外直径。多个在过程测量技术中被用于将传感器整合到过程容器的器壁中的标准配件被设计成用于容纳具有12mm外直径的棒状的传感器。如果壳体2具有12mm的外直径，壳体可以容易地借助这样的传统的配件整合到过程容器8的器壁9中。
内联传感器装置7的制造可以按如下方式来实现，即，传感器元件承载件4以在其上布置的传感器元件5引入已经与器壁9和波纹管10牢固连接的管状的杆3中，而壳体2在其与壁9相对置的那一侧仍是敞开的。在另外的步骤中，壳体2于是在这一侧上在行程包围传感器元件承载件4和传感器元件5的腔14的情况下通过浇注物来封闭，其中，至少是与传感器元件5接触的电线路穿过浇注物，以便在腔14之外与测量电路连接。包括测量电路的电路板布置在电子器件壳体11中，该电子器件壳体固定在壳体2上。
在封闭腔14之前，腔中的空气湿度可以按如下方式来调整，即，在温度为110℃的情况下腔14内部的相对湿度保持在上述边界值之下。例如，为此将干燥的气体围在腔14中并且/或者将干燥剂给到腔14中。此外，制造可以包括借助伽马射线对腔14的内部(包括传感器承载件4和传感器元件5)进行灭菌。替选地，这可以刚好在内联传感器装置7投入运行之前由设备运行者来实现，在该设备中执行要借助内联传感器装置7监控的生物技术过程。
图2示出内联传感器装置107的另一实施例的示意图，其整合到过程容器108的器壁中。过程容器例如可以是管线路或发酵槽，该发酵槽由适合于在过程容器108中执行的过程、例如生物技术过程的材料、例如不锈钢形成。内联传感器装置107允许了具有生物识别要素的传感器元件105与内联传感器装置107的承受热力灭菌的组件、例如壳体外侧进行热分离。以这种方式可以确保的是，即使在借助热力灭菌对内联传感器装置107进行灭菌时，生物识别要素也不承受导致识别要素变性并且进而导致传感器元件105的功能受影响的温度。
内联传感器装置107包括传感器，其基本上通过对分析物敏感的传感器元件105和与传感器元件105连接的测量电路形成。传感器元件105被确定为，为了对包含在过程容器108中的测量介质的分析测量参量进行测量而与测量介质接触。该传感器元件例如可以具有一个或多个具有生物识别要素的修改的电极，生物识别要素例如是专门使分析物化合的物质、例如酶或蛋白质。传感器元件105布置在棒状的传感器元件承载件104上。在棒状的传感器元件承载件104之中可以形成空腔，例如沿轴向方向延伸的通道，通过该通道引导与传感器元件105电接触的导出线路(在这里未示出)。
内联传感器装置107在其背离过程的端部上具有电子器件壳体111，用于检测测量值的测量电路布置在该电子器件壳体中。测量电路与通过传感器元件承载件104引导的导出线路导电地连接并且被设计为产生与要检测的测量参量相关的电测量信号。测量电路可以类似于图1中所示的实施例的测量电路那样地设计。测量电路同样可以与上级评估或控制单元连接，其接受并且继续处理由测量电路给出的测量信号。电子器件壳体111可以具有例如包括插接连接的初级侧的接口，用以与上级评估或控制单元连接。评估或控制单元可以经由包括插接连接的次级侧的线缆与内联传感器装置107连接。
内联传感器装置107包括附加的壳体102，其包围传感器元件承载件104的伸入过程容器108中的、包括传感器元件105的区段，并且将其包含在相对内联传感器装置107的周围环境、尤其相对过程容器108的内部气密地封闭的腔114中。在这里示出的示例中，壳体102包括管状的杆103和在端侧封闭管状的杆103的壁109。在与壁109相对置的那一侧上，管状的杆通过浇注物来封闭和密封。在壳体102中围成的腔114可以含有气体、例如氮气，或者包含气体混合物、例如空气。
气体线路引导穿过电子器件壳体111，该气体线路的第一端部通入壳体102的内侧中、准确地说是腔114中，并且其第二端部具有连接器101。连接器101可以紧固在电子器件壳体111上。有利地，连接器101设计为无菌连接器。为了减小壳体102之中产生的压力，连接器101可以与真空泵连接。对壳体102抽真空或者说将壳体2中产生的压力降低到小于100mbar的值用于使布置在传感器元件承载件104上的传感器元件与壳体102的外侧(即，壳体器壁的指向壳体102的周围环境的外面)或者与壳体102的外侧的周围环境进行热分离。壳体102的内侧，即壳体102的指向腔114的壳体内器壁可以被镜面化(verspiegeln)，作为用于热分离的另外的措施。
为了使内联传感器装置107投入运行，可以在过程容器108中执行生物过程之前将内联传感器装置整合到壳体器壁中。有利地，腔114以及传感器承载件104和传感器元件105在该时间点已经灭菌。有利地，传感器元件105在该时间点也已经与壳体外侧的周围环境或向外指向的壳体器壁面热分离。对壳体102的内部和布置在其中的元件进行的灭菌例如可以借助以伽马射线的辐射来实现。有利地，同样如对壳体102进行抽真空那样，由制造商在制造内联传感器装置107时就已经执行了灭菌。
为了传感器元件105与壳体102的外侧的热分离，可以在将内联传感器装置107整合到过程容器108之前或之后就已经借助与连接器101连接的真空泵对由壳体102围成的体积进行抽真空，其中，在壳体102中产生小于100mbar的压力。紧接着，过程容器108可以与已整合的内联传感器装置107一起进行灭菌，例如借助热蒸汽灭菌。在此，热蒸汽紧作用到壳体102的外侧上。除了壳体器壁的隔离特性之外，对壳体102的抽真空导致传感器元件105相对壳体外侧的热隔离。因此，在热力灭菌时，在其中壳体外侧，即壳体102的向外指向的壁面承受至少110℃的温度的灭菌介质，在传感器元件的定位处出现小于80℃、优选小于40℃的温度。该温度影响了传感器元件105的生物识别要素的活性并且进而不影响传感器的功能或以如下程度影响传感器的功能，即，尽管活性降低到10％，但是传感器的敏感度足以监控各个过程或穿流的过程介质。
在结束灭菌之后并且在壳体102的壳体外侧或内联传感器装置107的周围环境冷却到小于80℃、优选小于60℃或甚至小于40℃的温度之后，建立了传感器元件105或腔114与过程容器108的内部之间的接触，以便可以将传感器元件105在无菌的情况下引入过程容器108中并且因此可以实现对包含在过程容器108中的或流动经过过程容器108的测量介质中的测量值进行检测。在本示例中，壳体102的端侧的壁109设计得很薄，使得通过机械的力作用可以刺穿该壁。带有传感器元件105的传感器元件承载件104的面对壁109的端部具有尖部或棱边。传感器元件承载件104例如借助圆珠笔机制(Kugelschreiber-Mechanismus)以能在轴向运动的方式受支承，其中，传感器元件承载件104相对壁109能沿轴向方向运动使得传感器元件承载件104的尖部或棱边刺穿壁109，并且能超出壳体102的正侧的端部运动到过程容器108中使得传感器元件105伸入过程容器108中。在该位置中，内联传感器装置107可以用于对包含在过程容器108中的或穿流过程容器的过程介质的要检测的测量参量进行监控。
在制造内联传感器装置107时，其中，传感器元件承载件104上的传感器元件105被密封地包含在壳体102中或包含在壳体102中形成的腔114中，已经可以首先对壳体102或腔114进行抽真空并且紧接着例如通过伽马射线对具有传感器元件105的壳体内侧进行灭菌。在投入使用时，使用者于是仅需要将内联传感器装置107整合到过程容器的器壁中并且可以同时执行热力灭菌。
根据在此所描述的实施例，传感器元件105与内联传感器装置107的承受灭菌介质(在这里是热蒸汽)的壳体外侧进行的热分离用于的是，在防止在具有整合在其中的内联传感器装置107的过程容器108的热力灭菌期间损坏生物识别要素。有利地，与在这里所描述的内联传感器装置107不同的是，除了该热分离之外实施如下措施，以便在热力灭菌期间将腔114之中的相对湿度保持在77％之下或更低。如上文所述那样，同样可以防止识别要素变性。能想到的用于避免腔114中的过高的相对湿度的措施例如有使用围绕腔114的组件的具有很低的水蒸气穿透性的材料(如结合图1示出的实施例所描述的那样)，在制造内联传感器装置107时将干燥剂添加到腔114中，或者经由流体在进入腔114中之前所经过的灭菌过滤器、例如连接器101导入无水或少水的流体、例如纯氮气或具有水含量小于50ppmv H2O或甚至小于5ppmv H2O的空气。
图3示意性地示出内联传感器装置207的另一实施例。内联传感器装置207包括带有传感器承载件204的传感器，在该传感器在体上布置有对分析物敏感的传感器元件205。它们可以按与之前根据图1所述的内联传感器装置7那样的传感器或者说传感器元件承载件4和传感器元件5那样的相同的方式来设计。传感器元件205可以经由如下的电线路与布置在电子器件壳体211中的测量电路连接，该电线路可以在形成于传感器元件承载件204的通道之中引导。测量电路被设计成用于产生取决于由传感器元件205检测到的测量参量的测量信号并且向上级的单元、例如测量变换器发出。测量电路和上级单元例如可以经由线缆或经由无线电连接彼此连接。
在示出的实施例中，带有传感器元件205的传感器承载件204与电子器件壳体211刚性地连接。电子器件壳体211在背侧封闭基本上柱体形的壳体202，该壳体围绕带有传感器元件205的传感器元件承载件204并且将其气密地包含在腔214中。壳体202借助未详细示出的联接设备密封地紧固在过程容器208的器壁中，使得内联传感器装置207整合到过程容器208中。壳体202通过将其包含在腔214中使传感器205和传感器元件承载件204完全与过程容器208隔开。
壳体202包括设计为波纹管210的器壁区域。波纹管210可以按如下方式缩短，即，在波纹管210松弛的状态下，壳体202的(沿轴向方向测量的)长度与壳体202在最大缩短的波纹管210的情况下的长度的差大于在壳体202的面对过程容器208的端侧的壁209与传感器元件205之间的间距，其中，该间距相应于沿轴向方向在壁209与传感器元件205的最远离壁209布置的点之间延伸的路径。附加地，内联传感器装置207可以具有(在图2中未示出的)锁定元件，它们将波纹管210固定在缩短位置中。
壁209可以构造为膜片或构造为比较薄的壁区段。例如壁可以是湿气不可穿透的膜，其包括至少一个具有很小的水蒸气穿透性的金属层。传感器元件承载件204的面对壁209的端部可以具有棱边或尖部，它们适合于刺穿壁209并且因此通过建立了在壳体202的内部与过程容器208的内部之间的连接使腔214朝向过程容器208敞开。
珀耳帖元件212用于传感器元件205与壳体202的壳体外侧进行热分离，该帕尔帖元件与传感器元件205的面对传感器元件承载件204的背侧面式地接触。帕尔帖元件212的电接头可以在通过形成于传感器元件承载件204中的通道上方延伸的线路来接触。帕尔帖元件212可以借助测量电路来运行。为了热导出，帕尔帖元件212可以与热沉接触。其可以包括在传感器元件承载件204之中形成的流体冷却件。例如，流体冷却件可以具有形成为传感器元件承载件204之中的通道结构的、穿流流体的冷却回路。
在替选设计方案中也可以实现的是，传感器元件205仅借助流体冷却件主动地冷却。其可以在传感器承载件之中和/或壳体202的壳体内部空间之中或壳体202的器壁之中形成。在另外的替选的设计方案中，由具有高热容量和/或很大表面的材料构成的与帕尔帖元件212共同作用的热沉可以按冷却板或冷却肋的形式形成。
在将内联传感器装置207整合到过程容器208的器壁中之前或之后，壳体202的内部连同位于腔214中的传感器元件205和传感器元件承载件204可以借助以伽马射线的辐射进行灭菌。
在过程容器208和内联传感器装置207投入运行时，可以用整合到过程容器208的器壁中的内联传感器装置207执行形式为SIP方法的热蒸汽灭菌。同时为了传感器元件205与承受热蒸汽的壳体外侧，即壳体202的向外指向的壁面进行热分离，借助帕尔帖元件212实现了对传感器元件205的主动冷却。由于热蒸汽作用到壳体202的壳体外面上，使壳体外面加温到直至120℃的温度。同时，使热分离的传感器元件205加温追高到80℃，优选小于40℃，从而使得传感器元件205以及进而是传感器的功能得以保持。
在灭菌结束之后，尤其在过程容器208中出现的温度下降到小于60℃、优选小于40℃之后，可以结束对传感器元件205的冷却。为了使传感器元件205与过程容器208的内部或者与包含在过程容器208中的过程介质接触，通过施加沿轴向作用的力到电子器件壳体211上，可以使传感器元件承载件204连同布置在其上的传感器元件205运动到壳体202的端侧的壁209上。在此，波纹管210被缩短。以这种方式，用传感器元件承载件204的端侧的棱边或尖部刺穿壁209，并且因此传感器元件205在无菌的情况下与过程容器208的内部接触。如上面所描述的那样，波纹管210以如下方式设计，即，在波纹管210完全缩短时，使得传感器元件205凸出超过壳体202的长度，从而传感器元件205与过程容器208的内部和与位于其中的过程介质接触并且可以检测测量参量的测量值。
即使在该传感器元件包括形式为变性酶或变性蛋白的生物识别要素时，基于传感器元件205在热蒸汽灭菌期间的热分离仍然高效地阻止了对传感器元件205的功能的损害。附加或替选地，内联传感器装置207可以按如下方式设计，即，在热蒸汽灭菌期间，腔214内的相对湿度保持在77％的值以下。为此，另外在上面已经结合图1和图2描述的实施例来描述的措施是适合的。
图4示出内联传感器装置307的另一实施例，其中，传感器元件305与内联传感器装置307的和过程容器308的内部接触的壳体外侧的热分离以如下方式实现，即，传感器元件与过程容器308间隔开地布置。
内联传感器装置307在该实施例中与之前描述的实施例的内联传感器装置类似地包括已经提到的传感器元件305，其例如可以包括利用专门用于与分析物进行交互作用的生物识别要素进行修改的电极。传感器元件305布置在棒状的传感器元件承载件304上。传感器元件305和传感器元件承载件304被壳体302包围，壳体包括管形的杆303，杆在面对过程容器308的端部上通过端侧的壁309封闭。在其另一端部上，管形的杆303过渡为波纹管310。壳体302在其与壁309对置的一侧密封地封闭，例如借助浇注(在此未画出)，从而壳体302包围出气密地封闭的腔314，在该腔中包含有传感器元件承载件304和传感器元件308。
此外，内联传感器装置307具有电子器件壳体311，在电子器件壳体中安置有测量电路，测量电路与传感器元件305连接，以便产生和输出电测量信号，电测量信号与通过传感器元件305检测的测量参量相关联。该测量电路可以像之前借助图1至3图所描述的实施例的测量电路那样设计。
壳体302在其配属于过程容器308的端部上具有过程接头315，过程接头在该示例中包括法兰。该过程接头315例如借助固定件316，例如锁紧螺母与过程容器308的互补的容器接头313连接。过程接头315和壳体302在该示例中以如下方式相互连接，即，壳体302的端侧的壁309与过程接头315的贴靠在容器接头313上的面位于一个平面内。以该方式，在通过将灭菌介质导入过程容器308中来对过程容器308进行热力灭菌的情况下，仅端侧的壁309与热蒸汽接触，壳体302的管形的侧器壁303或内联传感器装置307的其它包围腔314的部件没有与热蒸汽接触。
这通常以如下方式实现，即，容器接头313，也就是放置到容器上的管和与之连接的容器侧的法兰包围与过程容器308的内部306连通的接头空间317，接头空间在其背离过程容器308的端部上那个过壁309封闭。以该方式确保的是，到达过程容器308中的灭菌介质仅与壁309接触，没有与内联传感器装置307的剩余的、与腔314接触的部件接触。过程接头315以如下方式与内联传感器装置307的壳体302连接，即，当过程接头315和容器接头313相互连接时，传感器元件305布置在壳体器壁的背离过程容器308的一侧，并且因此布置在接头空间317外部。在这种布置中，在轴向上与壁309间隔开地布置的传感器元件305与在像例如图1所示那样的布置中相比不那么强烈地加热，在图1中，壳体2的侧器壁3在对过程容器8进行热力灭菌时也与为此使用的灭菌介质直接接触。
在其余方面，内联传感器装置的投入运行和传感器元件305与包含在过程容器308中的测量介质在无菌的情况下的接触可以与借助图3所描述的内联传感器装置207的投入运行相同的方式实现。
根据本发明的内联传感器装置的其它修改方案和设计方案是可想到的。例如，包围传感器元件承载件和传感器元件的和在给过程容器灭菌期间与过程容器的内部分离的壳体也以如下方式设计，即，建立传感器元件与过程容器的内部空间的连接可逆地进行。为此，壳体器壁例如可以包括开口，该开口可以借助盖或罩可逆地封闭，以便使传感器元件相对过程容器分离，并且当应该建立传感器元件与过程容器的内部之间的连接时，该开口可以打开。壳体也可以通过沉浸式配件或伸缩式配件或闸门装置的处理腔构造，其以如下方式设计，即，传感器元件和传感器元件承载件可以为了测量而驶入过程容器中，或者可以从过程容器中出来驶入相对过程容器封闭的腔中。腔和/或传感器元件承载件可以在该情况下具有中间部，用以使传感器元件相对与过程容器的内部接触的外侧，也就是腔或壳体的向外指向的器壁面热分离。在所有这些设计方案中，可以实现用于使尤其是热力和/或湿度敏感的传感器元件与含在提前通过热力灭菌的过程容器中的测量介质在无菌的情况下接触的壳体的多次使用，而无需将整个内联传感器装置拆除，也就是说，同一壳体可以针对多个生产批次利用对过程容器的在各个批次之间在过程容器的器壁中执行的灭菌保留下来。在此尤其可行的是，壳体永久地整合在过程容器中，而传感器元件承载件和布置在上面的传感器元件可以用结构相同的、其它传感器元件承载件和布置在上面的传感器元件来替换。
Claims (32)
1.一种用于使用于检测代表测量介质的分析物成分的测量参量的测量值的内联传感器装置投入运行的方法，其中，所述内联传感器装置包括传感器，所述传感器被设计成用于产生和输出与所述测量参量相关联的测量信号，其中，所述传感器具有设置用于与所述测量介质接触的灭菌的至少一个传感器元件以及具有至少一个壳体，所述至少一个壳体包围所述传感器元件并且将所述传感器元件包含在相对所述壳体的周围环境密封地封闭的腔中，
其中，所述方法包括如下步骤：
-执行对所述内联传感器装置的至少一个包括所述壳体的壳体外侧的部分的热力灭菌；
-在结束热力灭菌后打开所述壳体；以及
-使所述传感器元件与所述测量介质接触。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，打开所述壳体以及使所述传感器元件与所述测量介质接触都在无菌的情况下进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，将所述内联传感器装置在执行热力灭菌前密封地整合到过程容器的器壁中，并且将对所述内联传感器装置的热力灭菌和对所述过程容器的热力灭菌一起在唯一的方法步骤中执行，并且其中，将所述壳体在结束热力灭菌后朝向所述过程容器打开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中，对所述内联传感器装置的热力灭菌的执行在高压釜中进行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其中，所述壳体以如下方式来设计并且所述腔相对周围环境以如下方式来密封，即，在温度为至少110℃的情况下从外部对所述壳体进行热力灭菌期间，使得在所述壳体内部存在的相对湿度不超过77％，优选23％，更优选3％，还更优选1％的值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其中，所述内联传感器装置具有至少一个湿度传感器，并且其中，借助所述湿度传感器，至少在执行热力灭菌期间检测所述壳体内部存在的湿度的变化。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其中，所述壳体具有由一个或多个壳体部件形成的器壁，所述器壁密封地包含所述腔，并且形成阻隔件，以防水蒸气扩散进入所述腔中，其中，所述器壁由一个或多个壳体部件形成，并且其中，在温度为110℃的情况下，在所述腔与壳体器壁的周围环境之间存在的压差小于5bar的情况下，并且在所述腔中和在所述器壁的周围环境中存在的相对湿度的差大于67％的情况下，所述器壁平均具有小于420g/(m2d)，优选小于125g/(m2d)，更优选小于15g/(m2d)，还更优选小于6g/(m2d)的平均水蒸气穿透性。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其中，所述传感器元件具有至少一个针对分析物的生物识别要素，尤其是能在保留其活性的至少10％的情况下冷冻干燥的酶。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，
其中，所述传感器元件是尤其包括葡萄糖氧化酶的、基于酶的葡萄糖传感器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，
其中，所述至少一个传感器元件至少暂时，尤其是在执行热力灭菌期间，与所述壳体的壳体外侧的周围环境热分离。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，
其中，所述过程容器具有接头，所述接头包围与所述过程容器连通的接头空间，并且所述接头在执行热力灭菌前与所述内联传感器装置的与所述接头互补的过程接头连接，并且其中，所述过程接头与所述内联传感器装置的壳体连接，从而当所述过程接头和所述过程容器的接头相互连接时，使得所述传感器元件在背离所述过程容器的一侧布置在所述接头空间之外。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
-在执行热力灭菌前，将所述内联传感器装置冷却，优选冷却至小于8℃，更优选小于-13℃，更优选小于-20℃。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，
其中，所述内联传感器装置具有至少一个温度感知器/传感器，并且其中，所述至少一个传感器元件在热力灭菌期间的温度变化通过所述内联传感器装置的所述至少一个温度感知器/传感器来监控。
14.一种用于检测代表测量介质的分析物成分的测量参量的测量值的内联传感器装置，所述内联传感器装置包括：
-传感器，所述传感器被设计成用于产生和输出与所述测量参量相关联的测量信号，其中，所述传感器具有设置用于与所述测量介质接触的灭菌的至少一个传感器元件；以及
-包围所述至少一个传感器元件的壳体，所述壳体将所述传感器元件包含在相对所述壳体的周围环境密封地封闭的腔中。
15.根据权利要求14所述的内联传感器装置，
其中，所述壳体和包含在所述壳体中的腔以如下方式来设计并且所述腔相对周围环境以如下方式来密封，即，当在温度为110℃的情况下，在15min的时间段上从外部对所述壳体进行热力灭菌时，在所述壳体内部存在的相对湿度不超过77％，优选23％，更优选3％，还更优选1％的值。
16.根据权利要求14或15所述的内联传感器装置，
其中，所述内联传感器装置具有至少一个湿度传感器，所述至少一个湿度传感器被设计成用于检测代表在所述腔内部存在的相对湿度的测量值。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述壳体包括由一个或多个壳体部件形成的器壁，所述器壁密封地包含所述腔，其中，在温度为110℃的情况下，在所述腔与所述器壁的周围环境之间存在的压差小于5bar的情况下，并且在所述腔中和在所述器壁的周围环境中存在的相对湿度的差大于67％的情况下，所述器壁的平均水蒸气穿透性小于420g/(m2d)，优选小于125g/(m2d)，更优选小于15g/(m2d)，还更优选小于6g/(m2d)。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述腔含有干燥剂。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的内联传感器装置，
所述内联传感器装置还包括通入所述腔中的针对无水或少水的流体的至少一个导入线路。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述至少一个传感器元件至少暂时与所述壳体的壳体外侧的周围环境热分离，或者能至少暂时与所述壳体的壳体外侧的周围环境热分离。
21.根据权利要求20所述的内联传感器装置，
其中，所述至少一个传感器元件至少暂时与所述壳体的壳体外侧的周围环境以如下方式热分离，即，在具有温度为110℃的介质在15min的时间段上作用到所述壳体外侧的至少一个部分区域上期间，所述传感器元件的温度从所述传感器元件的在所述时间段开始时起始温度25℃出发上升小于55℃，优选小于35℃，更优选小于10℃。
22.根据权利要求14至21中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述内联传感器装置设有至少一个温度感知器/传感器，所述至少一个温度感知器/传感器被设计成用于检测代表所述至少一个传感器元件的温度的测量值。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述至少一个传感器元件至少暂时与所述壳体外侧的周围环境以如下方式热分离，即，在所述传感器元件与所述壳体外侧之间布置有热隔绝材料，并且/或者至少暂时在所述壳体中存在小于100mbar的压力。
24.根据权利要求23所述的内联传感器装置，
其中，所述壳体具有通入所述腔中的用于排空的气体输出口，所述气体输出口能气密地封闭，并且其中，在气密地封闭气体输出口的情况下，所述壳体形成气密地包围所述传感器元件的腔。
25.根据权利要求14至24中任一项所述的内联传感器装置，
所述内联传感器装置包括用于至少暂时将所述传感器元件与所述壳体外侧的周围环境热分离的冷却器，所述冷却器用于至少暂时冷却所述内联传感器装置的至少一部分。
26.根据权利要求14至25中任一项所述的内联传感器装置，其中，所述壳体具有器壁区域，所述器壁区域被设计成用于使所述传感器元件与所述壳体的周围环境接触。
27.根据权利要求26所述的内联传感器装置，
其中，所述传感器元件和所述器壁区域能以如下方式相对彼此运动，即，使所述传感器元件能从所述壳体中移动出来。
28.根据权利要求14至27中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述传感器元件具有生物识别要素，尤其是至少一个能在保留其活性的至少10％的活性的情况下冷冻干燥的酶。
29.根据权利要求14至28中任一项所述的内联传感器装置，
其中，所述壳体由玻璃形成，并且/或者所述壳体具有至少一个金属层和/或由塑料制成的层，并且/或者所述壳体包括大量固体颗粒，尤其是金属颗粒。
30.一种用于制造根据权利要求14至29中任一项所述的内联传感器装置的方法，所述方法包括：
-制造内联传感器装置，所述内联传感器装置具有传感器，所述传感器被设计成用于产生和输出与测量参量相关联的测量信号，其中，所述传感器具有设置用于与测量介质接触的至少一个传感器元件，并且所述内联传感器装置具有包围所述传感器元件和所述传感器元件的至少一个区段的壳体，所述壳体将所述传感器元件包含在相对所述壳体的周围环境密封地封闭的腔中；以及
-借助通过Beta或Gamma射线的辐射对所述内联传感器装置的布置在所述腔中的所述至少一个传感器元件灭菌。
31.根据权利要求30所述的方法，
其中，所述内联传感器装置的制造包括：
-气密地封闭所述腔，其中，在封闭后存在于所述腔中的空气湿度以如下方式来设定，即，当在温度为110℃的情况下，在15min的时间段上从外部对所述壳体进行热力灭菌时，使得在所述腔内部存在的相对湿度不超过77％，优选23％，更优选3％，还更优选1％的值。
32.根据权利要求30或31所述的方法，
所述方法还包括：
-将所述至少一个传感器元件与所述壳体的壳体外侧的周围环境热分离。
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