CN107429968B - 使用非侵入式印刷产品传感器的处理控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测冷冻干燥处理的布局，包括用于在产品瓶内进行产品状态测量的产品状态传感器。产品状态传感器是使用喷墨印刷工艺沉积于衬底上的双金属结。衬底可以是施加于产品瓶的内表面的柔性膜，或者可以是瓶表面自身。可以使用卷筒喷墨印刷工艺利用金属纳米颗粒墨来印刷双金属结。多个紧密间隔开的双金属结被设置于每个测量瓶内。来自传感器的数据经由短程无线数字通信被发送给数据收集点。可以针对每个被测量的瓶来计算升华界面的位置，并且可以使用该数据来控制冷冻干燥处理。

Description

使用非侵入式印刷产品传感器的处理控制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年1月28日提交的题目为“PROCESS MONITORING AND CONTROLUSING BATTERY-FREE MULTIPOINT WIRELESS TEMPERATURE SENSING”的美国临时申请No.62/108,589的权益，要求于2015年6月9日提交的题目为“PROCESS MONITORING ANDCONTROL USING BATTERY-FREE MULTIPOINT WIRELESS PRODUCT CONDITION SENSING”的美国临时申请No.62/172,829的权益，并且要求于2015年12月15日提交的题目为“PROCESSMONITORING AND CONTROL USING NON-INVASIVE PRINTED PRODUCT CONDITION SENSOR”的美国临时申请No.62/267,418的权益，以上每个申请均通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于在严格控制的处理状态下处理无菌产品的冷冻干燥处理和设备。更具体地，本发明涉及对无菌处理(诸如冷冻干燥处理)的测量和监测，尤其是对于诸如药品的产品。
背景技术
典型地，制药处理在精心控制的环境中进行。必须密切监测这些环境中的状态。这些状态包括在正在加工的产品内以及在受控环境中选择的位置处测量的温度。
冷冻干燥是从产品中去除溶剂或悬浮介质(典型地，水)的处理。在冷冻干燥处理中也可以去除其它溶剂(诸如酒精)。
在用于去除水的冷冻干燥处理中，产品中的水被冷冻以形成冰，并且在真空下，冰升华并且蒸气流出产品并流向冷凝器。水蒸气在冷凝器上凝结成冰并且随后被从冷凝器中去除。冷冻干燥在制药和生物制药行业中特别有用，因为在冷冻干燥处理期间保留了产品的完整性并且可以在相对长的时期内保证产品稳定性。本公开还适用于食品行业以及其它具有相似要求的行业。经冷冻干燥的产品通常是但不必然是生物物质。
制药方面的冷冻干燥通常是无菌处理，其需要产品干燥室内的无菌且被精心控制的状态。重要的是确保冷冻干燥系统的与产品接触的所有构件是无菌的。
无菌状态下的多数冷冻干燥在为瓶子设计的冷冻干燥机中完成，其中产品被容纳于置于托盘或架上的瓶子中。在图1所示的现有技术的冷冻干燥系统100的一个示例中，一批产品被放置于布置在产品干燥室110内的冷冻干燥机托盘121上的瓶子112中。冷冻干燥机架123被用来支撑托盘121并且根据处理的需要在托盘和产品之间传递热量。使用流经架123内的管道的传热流体来去除或增加热量。初始地，冷却产品以使产品内的溶剂冷冻，形成冷冻产品。
然后，使用真空泵150对产品干燥室抽真空。在真空下，在瓶子112中的冷冻产品被轻微加热以使产品中的冰升华。由冰的升华产生的水蒸气通过通道115流入含有维持于水蒸气的冷凝温度以下的冷凝线圈或其它表面122的冷凝室120内。冷却剂通过线圈122以去除热量，使水蒸气在线圈上凝结成冰。
在处理期间，由与冷凝室120的排气装置连接的真空泵150将产品干燥室110和冷凝室120二者维持在真空下。包含于室110、120内的不可冷凝的气体由真空泵150去除并且在较高压力出口152处被排出。
随着冷冻干燥处理的进行，升华界面(sublimation front)形成于每个瓶子中并且从产品的裸露顶表面向瓶子的底部移动。升华界面限定了界面上方的经冷冻干燥的产品与界面下方的含有冷冻溶剂的冷冻产品之间的边界。在单个瓶子中，当升华界面到达瓶子的底部时，冷冻干燥处理完成。
在处理期间和之后以相对于监测传感器的最小偏差来准确且非侵入式地监测产品属性(诸如温度)对于处理开发以及与使处理规模扩大相关的工作是重要的，尤其是在制药/生物制药行业中。例如，对于成功的一批经冷冻干燥的产品，将产品温度控制于临界值以下的能力是必要的。但是，将监测探头引入包含于处理瓶中的产品内可能会影响该瓶子中的产品的特性，使得该瓶相对于该批次的其余部分为不典型的。特别地，自给式(self-supporting)热电偶探头在被测瓶子中的物理存在会改变这些瓶子中的热状态。例如，含有双金属热电偶的自给式探头具有与周围的冷冻产品不同的热导率和不同的热容。而且，探头的热特性保持恒定，然而周围产品的热特性随着产品内的冷冻溶剂的升华而改变。因此，来自这些探头的测量结果是对不包含探头的邻近瓶子中的热状态的近似。
在现有系统中，典型地，通过使用有线的热电偶探头来监测产品温度，为了此目的，该热电偶探头与设置于产品干燥室内的电端口连接。由于放置产品瓶的多个架之间的传热的变化，产品属性(包括温度)与产品干燥室内的位置相关。在现有系统中，要监测温度，在开发周期内将多个(典型地，8-16个)单点自给式探头放置于单独的、所选择的瓶子中，以了解该位置性变化。这种在放置于产品室内的瓶子之间具有多根传感器导线的设置处理起来可能很麻烦，并且有时可能导致产品损耗和/或数据收集错误。
还使用与数据采集系统无线通信的无线的、基于感应的传感器。基于感应的探头具有大约1.5cm×0.5cm的典型感测结尺寸。
需要用于在冷冻干燥处理的开发期间以及在生产期间监测产品状态的改进的技术。该技术应当是非侵入性的，允许在不改变那些状态的情况下测量产品状态，并且应当使用廉价的、容易制造的传感器。该技术还应当消除潜在的错误以及由有线探头引起的处理中断。该技术应当使产品干燥室的容积内以及瓶子内的测量分辨率最大化。该技术应当提供可以用于控制冷冻干燥处理的实时数据。
发明内容
本公开通过提供用于处理产品的容器装置来解决以上所述的需求。该装置包含产品容器瓶，该产品容器瓶具有内表面，内表面限定了经由瓶口与产品容器瓶的外部通信的产品容纳空间。该装置还包含位于产品容器瓶的内表面上的、用于测量产品容纳空间内的产品的状态分布的多个产品状态传感器，每个产品状态传感器包含沉积为衬底上的至少一个条带的干燥的墨悬浮液中的金属颗粒。
本公开的另一个方面是用于制备用于测量包含于容器内的产品的温度分布的容器的方法。在该方法中，将喷墨引导到柔性衬底上以在衬底上印刷条带，喷墨包含液体悬浮液中的金属颗粒，条带形成多个双金属热电偶。具有传感器元件的柔性衬底被施加于容器的内表面上。双金属热电偶电连接到用于测量温度分布的电子器件。
本公开的又一个方面是用于对产品的无菌处理的系统。该系统包括处理室以及测量产品瓶组件，该处理室包含用于支撑多个产品瓶的布置。测量产品瓶组件包含：容纳产品的一部分的测量产品瓶，附接于测量产品瓶的内表面的、用于测量测量产品瓶中的产品的状态的产品状态传感器，包括包含印刷在衬底上的含金属墨的第一和第二金属条带的产品状态传感器，被连接用于接收产品状态传感器的测量结果以及经由局域无线网络传输测量数据的处理器，以及被连接用于使用所接收的无线供电信号向处理器供电的射频能量采集板。
该系统还包含用于经由无线供电信号向处理室内的射频能量采集板供电的射频电力传输系统，以及被配置用于经由局域无线网络与处理器通信的无线通信收发器。
本公开的示例性实施例的各个特征可以共同地或个别地应用于任意组合或子组合中。
附图说明
图1是现有技术的冷冻干燥系统的示意图。
图2是根据本公开的一个方面的冷冻干燥系统的示意图。
图3是具有根据本公开的一个方面的处理监测装置的测量产品瓶组件的示意图。
图3a是根据本公开的一个方面的喷墨印刷处理的示意图。
图3b是示出根据本公开的一个方面的印刷产品状态传感器元件的应用的产品测量瓶的示意图。
图4是具有根据本公开的另一个方面的产品状态传感器的测量产品瓶组件的示意图。
图5是示出根据本公开的一个方面的测量产品瓶的电子构件的示意图。
图6是示出根据本公开的一个方面的对选择的产品瓶的监测的示意图。
图7是示出在根据本公开的一个方面的产品瓶内的温度分布的示意图。
图8是示出根据本公开的一个方面的一种方法的流程图。
图9是示出根据本公开的另一个方面的另一种方法的流程图。
具体实施方式
目前公开了使用结合了用作热电偶结的印刷双金属感测系统的产品状态传感器或者可以针对作为温度传感器的用途来校准的其它印刷产品状态传感器的系统和方法。使感测接口小型化，并且其长度可以小到几微米。传感器能够进行空间分辨率小于1mm的多次测量。这样的非侵入式多点感测能力允许在对测得的梯度的干预最小的情况下测量小空间内的产品状态梯度。
图2和3中示意性地示出了包含装配有根据本公开的实施例的产品状态传感器228的测量产品瓶220的冷冻干燥系统200。将参考这些附图来描述根据本公开的系统。
产品干燥室210与用于对室210的内部抽真空及用于控制包含于室内的产品的温度(例如，通过加热架212)的设备(未示出)连接。产品瓶220、250由架212支撑，并且含有待冷冻干燥的产品221。产品瓶250装配有封闭件252。封闭件252可以处于抬升的位置，如图所示，其中封闭件腿253或其它装置在产品瓶口251内支撑处于打开状态的封闭件，允许溶剂蒸气在冷冻干燥处理中逸出。在冷冻干燥处理完成之后，封闭件被向下按压到完全就位的位置，从而闭合开口251。标准封闭件252有几种设计可用，每种都具有其自身的几何形状和蒸气流特性。
测量产品瓶220配备有支撑具有下文所述的电路的印刷电路板224的专用封闭件222(图2和3)，以及信号接收器266、236。测量产品瓶220另外还装配有经由连接器240与印刷电路板224电连接的产品状态传感器228。根据本公开的实施例的冷冻干燥系统在处理周期期间可以含有数以万计的瓶子。这些瓶子的被选择的子集是包含适配有产品状态传感器228和专用封闭件222的测量产品瓶的测量产品瓶组件；其余的瓶子使用标准封闭件252来闭合。选择瓶子的适配有产品状态传感器228的特定的子集以提供对室210内的产品状态的最佳映射。
专用封闭件222被设计为与冷冻干燥系统中使用的其它封闭件252的几何形状和蒸气流特性相匹配。以此方式，可以使用来自单个仪器瓶的信息来估计相邻瓶子的产品状态分布。
产品状态传感器阵列228包含可以按照图3所示的线性阵列排列的多个双金属结228a至228e。传感器阵列包含连接于结228a-e处的异质金属引线条带对229a、229b。传感器阵列228位于瓶子220的内表面上，使得传感器阵列在产品221内的间隔开的位置处测量产品状态分布，例如，温度分布。虽然在图3中示出了5个双金属结228a-228e，但是可以依赖于测得的分布的期望分辨率以及传感器的物理尺寸而使用更多的或更少的结。在一个示例中，7个均匀间隔开的热电偶沿着测量产品瓶220中的产品填充(product fill)中的线来监测温度。
目前公开的传感器使用沉积于衬底上的金属条作为热电偶结或另一种传感器类型来工作。在实施例中，图2和3所示的结228a-228e被沉积于厚度小于30微米的柔性膜衬底226上。膜衬底226被安装于测量产品瓶220的内表面上，如图2和3所示。结具有微米量级的长度，以使监测工具的侵入性最小化。
柔性膜衬底226可以是无硅树脂(non-silicone)膜，例如，可从布卢明顿市南自由大道601号(IN 47402)MIRWEC薄膜公司(MIRWEC Film,Inc.,601South Liberty Drive,Bloomington,IN 47402)购得的聚丙烯膜。在一个示例中，使用卷筒(roll-roll)喷墨印刷工艺将双金属传感器298a、298b(图3a)和引线沉积于厚度为12微米至30微米之间的聚丙烯膜226a上。喷墨印刷工艺是通过根据数字指令使用喷嘴295、296朝衬底226推动墨液滴并使这些液滴分布在衬底上来再现图像的数字印刷技术。通过墨组分的蒸发，或者与大气或衬底的化学反应，或者墨组分之间的化学反应，墨在衬底上干燥。替代地，可以使用其它技术(例如，其它数字印刷技术或非数字印刷技术)来在膜上沉积传感器。
聚丙烯膜226a可以具有厚度为25微米至100微米之间的PET背衬226c。可以使用波状外形的工具将具有印刷的传感器元件298a、298b的聚丙烯膜226a施加于瓶子220的内表面，以施加压力250并且确保与瓶子均匀接触，如图3b所示。传感器元件298a、298b可以介于膜226a与瓶子220的内表面之间。然后，PET背衬226c被去除，将传感器元件298a、298b连同聚丙烯膜层226a一起保留下来。在一种实施例中，没有使用粘合剂，并且由于光滑表面彼此间的自然粘附，膜226a附接于瓶子的内表面。在其它实施例中，使用粘合剂(未示出)来将膜附接于瓶子。
在一个示例中，形成双金属结的两种金属是银和钯。例如，可喷墨银纳米颗粒墨可从美国帕西波尼市(NJ 07054)水景大道35号的太阳化工公司(Sun Chemical Corp.,35Waterview Boulevard,Parsippany,NJ 07054,USA)购得。钯墨可从英国庞蒂浦P4 0HZMamhilad公园Monmouth House的Gwent电子材料有限公司(Gwent Electronic MaterialsLTD.,Monmouth House,Mamhilad Park,Pontypool P4 0HZ,UK)购得。使用喷墨印刷工艺来沉积金属纳米颗粒墨，并且随后可以将其烧结或固化，使得纳米颗粒接合在一起并且形成允许导电的连续结构。其它可能的双金属组合包括铜和康铜以及可以被配制成纳米颗粒、可喷墨并且可以被沉积于基部衬底上的其它已知的金属组合。
在其它实施例中，衬底是玻璃容器瓶420，如图4所示。可以使用如以上所描述的喷墨印刷工艺将引线429a、429b和结428直接沉积于瓶子的内表面上。可替代地，可以使用金属沉积工艺，例如，薄膜溅射工艺。溅射是用以通过由高能颗粒对靶的轰击将颗粒从固体靶材料中逐出的处理。所逐出的颗粒被沉积于衬底上。
在产品状态传感器为热电偶的情况下，沉积厚度以及所选择的金属将影响感测系统的热电响应。因为热电偶测量引线的相对端部之间的温度差，所以校准传感器可以放置于热电偶引线的参考端430，以放缩测量结果。如果使用某些较活泼的金属(诸如铜)来形成热电偶元件，则可以在元件上沉积薄的SiO2类密封膜(未示出)，以防止热电偶元件与产品之间的化学反应。类似的技术可以用于其它类型的产品状态传感器，例如，湿度传感器。
在本公开的实施例中，个体传感器在相邻的传感器之间可能需要小于2mm的空间。因此，可以将6个或更多的此类传感器放置于12mm测量线上的与瓶子底部相距不同距离处，从而允许以相对高的分辨率来测量产品状态分布。在另一种实施例中，一个或多个传感器被放置于瓶子的底表面上。
转至图3，使用置于专用容器封闭件222内的电子器件来对传感器阵列228采样。使用下文所述的射频能量采集板266来向感测系统供电。一个或多个印刷电路板224可以包含处理和连接电路以及信号接收器266、236。在一个示例中，射频采集板266可以是与含有处理和连接电路的板224分离的印刷电路板。电路板224可以与专用封闭件222一体化构造或者安装于专用封闭件222上。
如图5所示，安装于印刷电路板224(图2)上的一个或多个处理器524包括测量模块527，测量模块527接收来自传感器228的测量结果并且将这些测量结果转换成可由冷冻干燥系统的其它构件使用的数据。测量模块527可以包括用于测量来自传感器228的电压或者另一个特性的专用电路。测量模块527可以包括用于存储值(诸如校准值)以及用于将电压测量结果转换成温度测量结果的软件模块。
传感器228可以经由连接器240与测量模块527连线。在一种示例性的实施例中，在开口251附近，与传感器连接的端子被沉积于瓶子上(图3)。在专用容器封闭件222被安装于瓶口251内时，这些端子与专用容器封闭件上的连接至测量模块527的端子接合。本领域技术人员将清楚其它连接器布局。
通信模块525(图5)也包含于处理器524中，并且管理从测量模块527到位于室210之外的测量处理模块230(图2)的数据传输。通信模块525使用传感器采样协议(例如，ANTTM开放接入多路广播无线传感器网络协议)来执行通信任务。接收自测量模块527的测量结果由通信模块525使用数据传输天线236经由使用无线电频谱的工业、科学和医疗(ISM)频段(2.4GHz)的信号234来无线传输，并且在产品干燥室210之外由测量处理模块230经由通信天线232接收。
可以在已知的产品状态校准点单独地校准传感器228。所产生的校准系数和偏移可以存储于测量模块527中。可替代地，对传感器系统中的个体传感器228的校准信息可以与相应的单元ID码一起存储于可由位于产品干燥室之外的测量处理模块230访问的数据库中。
通信模块525(图5)使用唯一ID码来向测量处理模块230(图2)标识其自身。按照具有产品状态测量传感器的测量产品瓶220的位置已知且被制成表格的方式来完成瓶子220、250到产品干燥室210的架212之上的初始装载。在使用一个或多个装载轨道的自动装载系统中，沿着轨道的位置可以被追踪到冷冻干燥室210内的架上的位置。在由测量处理模块230接收到测量结果时，则将唯一码与测量产品瓶220在室210内的位置进行关联，从而允许所接收的产品状态测量结果被映射到该位置，用于分析和处理控制。
来自测量处理模块230的经处理的测量数据被发送给其它模块以供使用。例如，数据可以被发送给处理控制模块235(图2)，用于基于温度数据对冷冻干燥处理进行实时控制。可替代地，温度数据可以被传输给数据分析模块以进行处理开发、规模扩大和质量分析。
本文所描述的技术可以部分地由与所描述的处理设备结合使用的离散处理器、工业控制器或计算机执行。例如，处理控制模块235可以驻于具有用于阀门、电机等的操作逻辑的可编程逻辑控制器(PLC)内。测量处理模块230可以驻于个人计算机(PC)或PLC或二者之内。与通信模块225(图5)的通信可以由USB ANTTM插接式模块处理，该USB ANTTM插接式模块包含用于对测量处理模块采样并将所接收的信息转发给主机PC的集成通信天线和固件。这样的模块可以使用单芯片ANTTM连接IC，例如，可以从例如挪威奥斯陆的北欧半导体(Nordic)公司购得。可替代地，数据采集可以由其它专用器件执行或者通过使用标准器件(诸如平板电脑或智能电话)的短程通信能力来执行。
印刷电路板224以及PLC和PC包含中央处理单元(CPU)和存储器。PLC和PC还包含经由总线与CPU连接的输入/输出接口。典型地，PLC经由输入/输出接口与处理设备连接，以接收来自用于监测设备的各种状态(诸如温度、位置、速度、流量等)的传感器的数据。PLC还被连接到作为设备的一部分的操作器件，例如，真空泵150(图1)和架212内的热流体循环。
存储器可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。存储器还可以包括可移动介质，例如，磁盘驱动器、磁带驱动器、拇指驱动器(thumb drive)等，或其组合。RAM可以用作存储在CPU中的程序的执行期间使用的数据的数据存储器，并且被用作工作区。ROM可以用作存储包括在CPU中执行的步骤的程序的程序存储器。程序可以驻于ROM中，并且可以存储于可移动介质上，或者存储于PCL或PC中的任何其它有形的、非暂时性的计算机可读介质上，作为存储于其上的待由CPU或其它处理器执行以实行本文所公开的方法的计算机可读指令。
本文所采用的术语“计算机可读介质”指的是用于给一个或多个处理器提供指令或者参与给一个或多个处理器提供指令的有形的非暂时性机器编码介质。例如，计算机可读介质可以是一个或多个光存储盘或磁存储盘、闪存驱动器和闪存卡、只读存储器或随机存取存储器(诸如DRAM)，其典型地构成了主存储器。术语“有形介质”和“非暂时性介质”每个都不包括传播信号，传播信号既不是有形的，也不是非暂时性的。缓存信息被认为是存储于计算机可读介质上的。计算机可读介质的常见替代品在本技术领域中是众所周知的，并且不需要在此更详细地描述。
经由射频能量采集板266(图2)向印刷电路板224上的构件进行无线供电。射频供电信号264由射频供电信号源260生成，并且在室210内使用室内的供电天线262来发射。在室内可以使用多个供电天线262来向大量PC板224供电并且与所有射频能量采集板266建立视线通信(line-of-sight communication)。使用向PC板224供电的无线射频消除了对供电电线和电池的需要，供电电线和电池二者在冷冻干燥处理中是有问题的。
图6所示的处理控制布局600展示了使用产品状态测量单元来在瓶子220的子集中测量产品状态(诸如温度)并控制冷冻干燥处理。在图6所示的许多瓶子250中，只有四个是适配有专用封闭件222和测量传感器228的测量产品瓶220。其余的瓶子250适配有标准封闭件252，例如，为此目的而制造的市场上可购得的塞子。
可以基于历史测量数据或者基于室的定性特点来选择具有测量传感器的瓶子在产品干燥室内的位置。例如，基于在处理开发期间收集的数据或者基于过去的生产数据，可以知道在冷冻干燥周期内室内的某些位置预计会含有最暖或最冷的瓶子。在这些位置的瓶子适配有测量传感器。
来自传感器的测量数据从具有测量传感器和专用封闭件222的瓶子220无线传输至测量处理模块230。对于每个这样的瓶子，所传输的数据包含唯一ID码，由测量处理单元230使用该唯一ID码来查找室内进行了测量的位置(行、列和架)。
然后，将经处理的数据传输给处理控制器235。使用所接收的测量数据，处理控制器235可以实时地控制冷冻干燥处理以优化瓶子内的产品状态分布。在布局600中，处理控制器235控制传热流体到产品干燥室内的架212的流动，由此控制到所支撑的瓶子的传热。例如，可以基于室内的一个或多个瓶子中的温度来控制传热流体到架的总流量。可以基于室内最暖的瓶子来降低室内的整体架温度。
在另一个示例中，单独控制传热流体到单个架或架的单个区域的流量。如果发现在特定的架上的瓶子内正以落后于整个处理的速率发生升华，则可以调整到该特定架或区域的传热流体的流率或温度以提高从该架到所支撑的瓶子的传热速率，并且使这些瓶子中的升华速率回到与整个处理一致。
紧密排列的传感器228使得能够沿着容纳空间中的产品填充精确测量梯度。每个所测量的瓶子含有高达3个或更多热电偶传感器，并且在产品干燥室内数以万计的相同的瓶子的整个装载矩阵中可以部署大量的具有产品状态传感器228的瓶子(最大理论极限为232个)。通过使用喷墨印刷工艺来生产产品状态传感器，使传感器的成本最小化，从而允许大量的瓶子适配有传感器。
随着产品的干燥，升华界面610沿着干燥方向683(图6)传播通过瓶子。在每个瓶子中，升华界面610使含有冷冻水的冷冻产品681与其中已经完成了冷冻干燥处理的干燥产品682分离。随着冷冻干燥处理的进行，由于由其提供的溶剂蒸气的传质的阻力增大，界面的温度升高。追踪升华界面可以是对于量化干燥结束或产品均匀性表征有用的处理分析技术，对干燥结束或产品均匀性表征的量化对于处理表征是重要的。
当前的技术只允许测量单一温度点，这转而会导致保守的处理控制，因为直到处理快结束时测量不在冰界面处进行。相反，本文所描述的技术能够提供沿着产品填充的高空间分辨率的温度分布。该特性可以被用来促进在处理期间对升华界面的精确定位。
在图7所示的示例处理701中，升华界面610正沿着干燥方向683传播。在冷冻干燥处理期间，升华界面610使冷冻产品681与干燥产品682分离。在曲线750中示出了对给定时间t时来自传感器228的温度测量结果的理论上的单个浏览。在所示的示例中，冷冻产品681内的温度分布751显示出了由离架212较近的传感器测量的较高温度以及朝着表示升华界面610的线753不断降低的温度。另一方面，干燥产品682的温度分布752随着与下方的冷冻产品的距离增加而增加。曲线750所示的温度分布只是示例性的，并且对于不同处理速率、不同产品类型和不同的瓶子几何形状，给定的处理的确切分布将有所变化。
可以看出，对沿着瓶子内的干燥方向的温度分布的分析将得出升华界面的位置。例如，该分析可以包括确定最大值、最小值、拐点、不连续性或其它参数。可替代地，可以使用对其它产品状态(诸如湿度)的类似的分析来定位升华界面。
使用目前的通信技术，可以以高达每微秒一个样本的速率来对传感器采样。给定瓶子内的随着时间推移的多个样本可以被用来确定沿着该分布的最大或最小变化率，或者用来确定可以用于定位升华界面的其它时域参数。因此，在特定处理中可以使用基于分布的参数、基于速率的参数或者从测量结果中得出的其它参数来定位升华界面。可以在理论上或在实验上确定用于特定处理的最佳参数。
还可以确定升华界面沿着干燥方向的传播速率并使用其控制该处理。
本公开的实施例包括用于对含有冷冻溶剂的产品进行冷冻干燥的方法800，该方法800参考图8来描述。产品被容纳于排列在产品干燥室内的架上的多个瓶子中。
在操作810提供测量产品瓶。测量产品瓶包含附接于测量产品瓶的内表面且从瓶口逐渐间隔开的多个产品状态传感器。每个产品状态传感器包含沉积为衬底上的至少一个条带的干燥悬浮液中的金属颗粒。在操作820，将产品的一部分放置在测量产品瓶中。
在操作830中，将测量产品瓶放置在多个瓶子之中。在监测多个瓶子的情况下，每个测量产品瓶具有唯一ID码，并且记录ID码与产品干燥室内的位置的相关关系。
在操作840，产品经受到使得冷冻溶剂升华的处理状态。在操作850，在产品经受到处理状态时，使用多个产品状态传感器来测量升华界面的位置。可以通过基于对产品的产品状态测量结果估计产品状态梯度来确定位置。在操作860中，基于升华界面的测得位置来控制处理状态。
附加地，本公开的实施例包括制备用于测量包含于容器内的产品的温度分布的容器的方法900，方法900参考图9来描述。在操作910，将喷墨引导到柔性衬底上以在衬底上印刷条带。喷墨包含液体悬浮液中的金属颗粒；条带形成多个双金属热电偶。在操作920，将具有传感器元件的柔性衬底施加于容器的内表面。在操作940，多个双金属热电偶电连接至用于测量温度分布的电子器件。
所提出的解决方案可以在使用多网络功能的同时监测大量已安装的探头，并且基于最暖的探头或者基于对于来自整个室的读数的空间分析来调整处理状态(例如，到瓶子的传热速率)，从而维持最优的状态。该系统还将针对每个传感器来检测与升华界面经过相关联的快速温度(或其它产品状态)变化，并且基于输出来调整处理控制。
尽管已经在本文中详细示出和描述了包含本发明的教导的各种实施例，但是本领域技术人员可以容易地设计出仍然包含这些教导的其它许多不同的实施例。本发明在其应用方面并不限定于本说明书所阐述的或者附图所例示的示例性实施例的构造细节和构件布局。本发明能够包括其它实施例，并且能够以各种方式来实施或实现。此外，还应当理解，此外，还应当理解，本文所使用的语词和术语是为了描述的目的，并且不应被视为限制。“包括”、“包含”或“具有”及其变体在本文中的使用意指包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有规定或限制，否则广泛使用术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变体，并且其包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”并不限定于物理或机械的连接或耦接。

Claims (26)

1.一种用于处理产品的容器装置，包括：
具有内表面的产品容器瓶，所述内表面限定了经由瓶口与所述产品容器瓶的外部连通的产品容纳空间；以及
位于所述产品容器瓶的所述内表面上的、从所述瓶口逐渐间隔开的、用于测量所述产品容纳空间内的所述产品的状态分布的多个产品状态传感器，每个所述产品状态传感器包括干燥的墨悬浮液中的金属颗粒，所述干燥的墨悬浮液被沉积为衬底上的至少两个条带。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述产品状态传感器为热电偶，每个所述热电偶包括具有不同类型的金属颗粒的两个条带，并且所述产品的所述状态分布为温度分布。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述衬底是施加于所述产品容器瓶的所述内表面的柔性膜。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述至少两个条带使用卷筒喷墨印刷工艺沉积于所述柔性膜上。
5.根据权利要求1和2中的任一项所述的装置，其中所述衬底是所述产品容器瓶的所述内表面。
6.根据权利要求1和2中的任一项所述的装置，还包括：
处理器，被连接用于经由局域无线网络来接收来自所述产品状态传感器的测量结果并传输测量数据；以及
射频能量采集板，被连接用于使用接收的无线供电信号向所述处理器供电。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：
位于所述瓶口中的封闭件，所述处理器和所述射频能量采集板由所述封闭件支撑。
8.根据权利要求6所述的装置，还包括：
用于将所述产品状态传感器连接至所述处理器的能够脱开的电连接器。
9.根据权利要求6所述的装置，其中所述局域无线网络使用ANTTM通信协议。
10.根据权利要求6所述的装置，其中所述处理器被配置为经由所述局域无线网络传输所述容器装置的唯一网络ID。
11.根据权利要求6所述的装置，还包括：
通信天线，与所述处理器连接以经由所述局域无线网络传输所述测量数据。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器、所述射频能量采集板和所述通信天线被安装于共同的印刷电路板上。
13.根据权利要求1和2中的任一项所述的装置，其中所述多个产品状态传感器中相邻的产品状态传感器的间隔小于2mm。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述多个传感器包括多于两个传感器。
15.根据权利要求13所述的装置，其中所述多个传感器包括多于六个传感器。
16.一种用于制备容器的方法，所述容器用于测量包含于所述容器中的产品的温度分布，所述方法包括：
将喷墨引导到柔性衬底上以在所述衬底上印刷条带从而形成具有沉积的双金属热电偶的柔性衬底，所述喷墨包括液体悬浮液中的金属颗粒；
在将所述喷墨引导到所述柔性衬底上之后，将具有所述沉积的双金属热电偶的所述柔性衬底施加于所述容器的内表面上；以及
将所述双金属热电偶电连接至用于测量所述温度分布的电子器件。
17.根据前述权利要求所述的方法，其中所述条带形成至少六个双金属热电偶的阵列。
18.根据权利要求16和17中的任一项所述的方法，其中所述柔性衬底是聚丙烯膜。
19.一种用于对产品的无菌处理的系统，包括：
处理室，包括用于支撑多个产品瓶的布局；
测量产品瓶组件，包括：
含有所述产品的一部分的测量产品瓶；
在从所述测量产品瓶的开口逐渐间隔开的多个位置处的、附接于所述测量产品瓶的内表面的、用于测量所述测量产品瓶内的所述产品的状态的多个产品状态传感器，所述产品状态传感器包括第一金属条和第二金属条，所述第一金属条和所述第二金属条包括印刷在衬底上的含金属墨；
处理器，被连接用于经由局域无线网络来接收所述产品状态传感器的测量结果并传输测量数据；以及
射频能量采集板，被连接用于使用接收的无线供电信号向所述处理器供电；
射频电力传输系统，用于经由所述无线供电信号向所述处理室内的所述射频能量采集板供电；以及
无线通信收发器，被配置用于经由所述局域无线网络与所述处理器通信。
20.根据前述权利要求所述的系统，其中所述产品状态传感器为热电偶。
21.根据权利要求19和20中的任一项所述的系统，其中所述第一金属条和所述第二金属条包括印刷于柔性膜上的两种含金属墨，所述柔性膜施加于所述测量产品瓶的所述内表面。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述含金属墨使用卷筒喷墨印刷工艺印刷于所述柔性膜上。
23.根据权利要求19和20中的任一项所述的系统，其中所述第一金属膜和所述第二金属膜包括沉积于所述测量产品瓶的所述内表面上的金属膜。
24.根据权利要求19和20中的任一项所述的系统，还包括：
环境控制装置，被连接用于基于所述测量数据来控制所述处理室内的环境状态。
25.根据权利要求19和20中的任一项所述的系统，还包括多个测量产品瓶组件，其中所述多个测量产品瓶组件中的每个测量产品瓶组件使用唯一网络ID与所述无线通信收发器通信。
26.根据权利要求19和20中的任一项所述的系统，其中用于支撑所述多个产品瓶的所述布局包含多个架，每个单独的架具有用于将热量从所述架传递给由所述架支撑的瓶子的单独的能够调整的传热系统，并且其中单独的架的所述单独的能够调整的传热系统基于测量数据来调整，所述测量数据是关于由所述单独的架支撑的测量产品瓶的测量数据。
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