CN112147110A - 用于生物工艺控制的多传感器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将至少两个传感器安装至用于培养生物材料的容器、特别是生物反应器或摇瓶的单个端口的多传感器组件，其中，该多传感器组件包括壳体，该壳体至少能以壳体前段插入延伸穿过容器端口的容纳口中，使得壳体前段面向容器内部，且其中，该多传感器组件包括布置于壳体前段的第一传感器单元或用于第一传感器单元的保持机构，并且包括布置于壳体前段的第二传感器单元或用于第二传感器单元的保持机构。本发明还涉及一种具有传感器容纳部以及能插入其中的多传感器组件的系统、一种具有端口、多传感器组件和可能的传感器容纳部的容器、一种用于附接至多传感器组件的发光体单元以及一种用于制造多传感器组件的方法。

Description

用于生物工艺控制的多传感器组件
技术领域
本发明涉及用于培养生物材料的容器、特别是生物反应器和摇瓶内的生产工艺中的工艺控制。
背景技术
生物反应器和摇瓶用于培养微生物和动植物细胞，因此为生物技术生产工艺开辟了广泛的应用领域。通常需要进一步优化这类工艺。特别是针对生物药物制备而言，需要推动提高产品产率，从而增加利润。可以采用多种多样的方法来操控和监控生产工艺、提高产品产率并降低成本。
一方面，可以通过确定底物和产物的浓度来操控和监控工艺。但这样十分耗时，一般需要资源密集的离线分析。由于采样的缘故，还伴随着不可忽视的污染风险。
另一方面，可以通过对关键参数进行实时工艺控制来优化工艺的操控，从而优化产率。为了提高产品产率，特别有利的是原位监测诸如温度、代谢或成品相关物质等参数以及实时调节培养条件。
生物传感器可用于实时参数监控。这类生物传感器可以特别是安装至生物反应器、摇瓶或通常用于培养生物材料的任何一次性容器或可重复使用的容器的端口，因为这种端口形成通向容器内部的开口。生物反应器或摇瓶的端口通常符合特定标准，例如英戈尔德(Ingold)端口或布罗德利·詹姆斯(Broadly James)端口。
有时还需要监测多个关键参数。为此，可以在容器的另外一个端口处安装另外一个生物传感器。还可能需要借由光谱法来监测参数，其中检测发光体的猝熄。
但并行监测多个参数的缺陷可能是增加污染风险。此外，尤其是在较小的容器或摇瓶中，可用端口的数目可能会受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是能够对多个参数进行实时参数监控，同时降低污染风险，和/或在容器具有少数几个可用端口的情况下也能监测多个参数。
本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的主题。本发明的有利改进方案参阅从属权利要求的定义。
根据本发明，提供一种用于将至少两个传感器安装至用于培养生物材料的容器、特别是生物反应器或摇瓶的单个端口的多传感器组件。
根据本发明的多传感器组件包括壳体，该壳体至少能以壳体前段插入延伸穿过容器端口的容纳口中，使得该壳体前段面向容器内部。
延伸穿过容器端口的容纳口可以例如由端口本身形成，即它可以是由端口在容器壁部中形成的通孔，其使容器内部与容器外部相连接。换而言之，根据本发明的多传感器组件可以直接插入端口中。
然而，在一种优选实施方式中规定，延伸穿过容器端口的容纳口是能插入端口中的中间件、特别是传感器容纳部内的开口，参阅下文详述。在此情况下，根据本发明的多传感器组件可以例如能直接插入中间件或传感器容纳部中，从而间接插入端口中。
在一种优选实施方式中，所述多传感器组件的壳体构造成使得其能够完全插入延伸穿过容器端口的容纳口中，即其在置入状态下，特别是在径向上完全被端口或传感器容纳部包围。据此，所述多传感器组件的壳体可以特别是具有沿着多传感器组件的纵轴恒定的外形，即其特别是呈圆柱形构造，尤其是沿着多传感器组件的全长。
根据本发明的多传感器组件的壳体在其壳体前段处具有第一传感器单元或至少一个用于第一传感器单元的保持机构。此外，壳体前段处还布置有第二传感器单元或至少一个用于第二传感器单元的保持机构。
据此，传感器单元优选布置于壳体前段，即当所述多传感器组件插入延伸穿过容器端口的容纳口中时，使其面向容器内部并特别是位于容器内部中。另外，用于传感器单元的保持机构优选布置于壳体前段，即当多传感器组件插入延伸穿过容器端口的容纳口中时，使其朝向容器内部并特别是位于容器内部中。此外，用于传感器单元的保持机构优选配置成如此保持传感器单元，以当多传感器组件插入延伸穿过容器端口的容纳口中时，使其面向容器内部并特别是位于容器内部中。
据此，壳体前段处例如可以布置有两个尤其不同的传感器单元。但也可以规定，第一传感器单元以及用于尤其不同的第二传感器单元的保持机构布置于壳体前段。也可以设置两个保持机构，即用于第一传感器单元的保持机构以及用于尤其不同的第二传感器单元的保持机构。当然也可能存在更多的传感器单元和/或用于传感器单元的保持机构。
利用包括至少两个传感器单元或用于传感器单元的保持机构的多传感器组件，可以有利地将两个以上传感器组合在一个端口中，这在可用端口有限(例如摇瓶)的情况下具备优势。这样尤其能够在一个端口中组合按需使用的不可灭菌的传感器。一般而言，本发明既涉及多次使用的用途(玻璃或不锈钢生物反应器)，单次使用的用途(所谓的一次性生物反应器或生物袋)，又涉及振荡培养箱(摇瓶和细胞培养瓶)。
至少一个传感器单元优选构造为生物传感器单元，特别是用于分析物特异性参数测量。换而言之，一个或多个传感器单元或者传感器单元之一可以构造为生物传感器单元。生物传感器单元优选包括生物感受器并特别是配置成经由该生物感受器将生物信号转换为物理化学信号。例如，生物传感器单元可以构造成测定糖或蛋白质的浓度。
在设置一个或两个用于第一传感器单元和/或第二传感器单元的保持机构的情况下，其中至少一个保持机构替选地构造用于保持如上所述的生物传感器单元。当然也可以与之相应地构造两个保持机构。此外，二者也可以酌情采用累积设置，例如第一传感器单元如上所述构造为生物传感器单元，而用于第二传感器单元的保持机构构造用于保持如上所述构造为生物传感器单元的传感器单元。
生物传感器单元可以优选构造为模块化模组，例如呈扁平芯片形式的模组，和/或可以规定，相应的保持机构构造用于保持这种模组。
另外，至少一个传感器单元、特别是这种未构造为生物传感器单元的传感器单元优选构造为发光体单元，用于基于发光的参数测量。换而言之，一个或多个传感器单元或者传感器单元之一可以构造为发光体单元。
在设置一个或两个用于第一传感器单元和/或第二传感器单元的保持机构的情况下，其中至少一个保持机构替选地构造用于保持如上所述的发光体单元。当然也可以与之相应地构造两个保持机构。此外，二者也可以酌情采用累积设置，例如第一传感器单元如上所述构造为发光体单元，而用于第二传感器单元的保持机构构造用于保持如上所述构造为发光体单元的传感器单元。
特别优选地可以规定，第一传感器单元构造为生物传感器单元，或者相应的保持机构构造用于保持生物传感器单元，而第二传感器单元构造为发光体单元，或者相应的保持机构构造用于保持发光体单元。
换而言之，本发明尤其能够组合使用发光体和生物传感器，其中发光体单元和生物传感器单元集成在一个壳体中。本发明就涉及一种“多传感器单元”，例如用于制备生物药物。这样就能在一个端口中测量多个参数的评估(经由发光体和生物传感器)。
传感器单元也可以构造为交变现场单元，用于基于介电性进行参数测量。此外，传感器单元也可以构造为晶体管单元，用于基于场效应进行参数测量。另外，也可以设置用于上述传感器单元之一的保持机构。
传感器单元或相应的保持机构可以具有至少一个垂直于多传感器组件的纵向的尺寸，该尺寸大于多传感器组件垂直于其纵向的厚度的35％，优选50％，特别优选65％。生物传感器单元或用于生物传感器单元的保持机构优选可以具有这种尺寸。另外，发光体单元或用于发光体单元的保持机构优选可以具有这种尺寸。交变场单元或晶体管单元或者用于这种单元的保持机构也可以具有这种尺寸。
分析物特异性的参数测量可以隐含选择性记录特定的测量变量(分析物)，即特别是不同时记录多个参数，例如不同的分析物。
在具有发光体单元的基于发光的参数测量中，可以执行分析物相关的信号猝灭。激发波长可能因与测量变量的相互作用而发生波长偏移和/或相移。
如果分析物在电场中发生电荷转移，则产生诱导偶极。在具有交变场单元的基于介电性的测量中，传感器单元中可以利用这种频率相关的相互作用。
在具有晶体管单元的基于场效应的参数测量中，在半导体元件中，离子分析物特别是通过以离子选择性可逆地附着到传感器芯片而引起镜像电荷，从而产生导电性。
构造为发光体单元的传感器单元优选包括基体，该基体具有用于容纳发光物质的容纳机构，其中，该容纳机构特别是构造为基体中的空腔。不言而喻，在一个或两个保持机构的情况下，又可规定，相应的保持机构构造用于保持这种基体。
发光体单元的基体可以具有基体前区和基体后区，以当发光体单元插入容器端口或延伸穿过容器端口的容纳口时和/或当多传感器组件或其壳体前段插入端口或延伸穿过容器端口的容纳口时，基体前区面向容器内部，而基体后区面向容器外部。
在此情形下，基体前区可以包括至少一个特别是构造为空腔的容纳机构。替代地或附加地，基体后区可以包括至少一个光导并优选包括光源(激光器、LED、VCSEL(垂直腔面发射激光器))和/或光电二极管，以使来自光源的光传导至容纳机构和/或来自容纳机构的光传导至光电二极管。
基体前区可以由包含玻璃的材料组成、特别是由玻璃或玻璃陶瓷组成，或者包含这种材料，其中，容纳机构借由激光切割作为空腔引入材料中。
基体后区可以包含光纤或由光纤组成，其中，光纤优选至少部分地形成上述光导，以使光传导至优选构造为空腔的容纳机构。
在一种优选实施方式中，特别是包含玻璃的基体前区呈盘状构造，和/或优选包含光纤的基体后区呈棒状构造。此外，基体前区可以通过激光焊接而连接到基体后区。
发光体单元的基本结构就可以是纤维棒，其中，该纤维棒可以在面向介质或触及介质的末端处设有空腔。如上所述，制造这种空腔的具体方式是，借由激光从玻璃板冲切出相应的区段，随后通过激光焊接使其与纤维棒建立材料连接。
可以通过LED或激光激发与各自发光体空腔对准的纤维棒的玻璃纤维。根据分析物的浓度，相应玻璃纤维上激发态的猝熄速率可以从发光体传导至探测器单元，其中，例如可以设置集成在壳体中的光电二极管。通过采用一个或多个光导，可以补偿光耦出和光耦入时的空间限制。
原则上，发光体单元配置成容纳或容置发光物质。但在另一种实施方式中，可能已经包含该物质。据此可以规定，发光体单元包含发光物质，该物质优选被容置在基体中构造为空腔的容纳机构中。物质可以热固定在例如空腔的容纳机构上或其中。
容纳机构或空腔可以构造成容纳液态或凝胶状发光物质或者可能已经包含这种物质。据此，发光物质特别是可以构造为软质(即特别是比基体和/或基体前区更软)。特别是在多个空腔的情况下，发光体可以单独填充到空腔中。这样就能将组合生物反应器、摇瓶或其他具有端口的容器的端口中的选定测量区域内用于工艺控制的最佳参数(pH、pO2、pCO2、温度、浓糖、蛋白质等，其中优选可借由生物传感器单元来测定糖和蛋白质)。
据此，优选可以在基体或基体前区中设置多个容纳机构，其中这些容纳机构均可以构造为空腔，从而也可以有利地采用多个尤其不同的发光物质。
发光物质或发光体特别是包括石墨烯量子点(GQD)、杂环GQD(例如N-GQD)和/或有机金属化合物。特别是可以考虑以下物质：
·DHFAE：2,7'-二己基-5(6)-十八烷基-甲酰胺基荧光素乙酯和磷光钌(II)-三(4,7-二苯基-1,10-菲啰啉)作为惰性参考标准
pH敏感性荧光染料，pH范围为7.3-9.3
·HPTS：8-羟基芘-1,3,6-三磺酸作为三钠盐
pH敏感性荧光染料，pH范围为5.5-8.6(Zhu等人，2005年)
·PtOEP：铂《12,13,17,1 8-八乙基-21H,23H-卟啉
pH敏感性荧光染料
Pt-PFP：铂(II)meso-四(五氟苯基)卟啉
O2敏感性荧光染料，范围为0％>O2>21％
·钌(II)二亚胺配合物：钌(II)三(4,7-二苯基-1,10-菲咯啉)，三甲基甲硅烷基丙烷磺酸盐作为抗衡离子
O2敏感性荧光染料，范围为0％>O2>21％。
借由有机改性的硅酸盐，可以由或与特别是其中一种上述有机金属化合物制备干凝胶。根据用途，可以将超细磨玻璃粉或双芯
Figure BDA0002559863090000061
颗粒添加到用于基质的混合物中。多孔结构可用于将有机金属物质分布在溶胶-凝胶基质中。孔中浓度可以形成提高传感器灵敏度和响应时间的准则。这种混合物是发光体或发光物质并且可以通过容纳机构、特别是空腔而容置在基体中。例如可以分别将用于pO2、pCO2、pH、温度等的发光体填充到相应的空腔中并在此处进行热固定。
这样，除了上述有机金属化合物之外，发光物质还可以包含研磨玻璃粉。该物质特别是可以借由溶胶-凝胶法制成或能由此制成并且可以例如用作干凝胶。
所述多传感器组件可以构造成使得至少一个传感器单元能以插入、卡入和/或扣入方式紧固至壳体前段和/或使得至少一个保持机构构造用于插入、卡入和/或扣入传感器单元。保持机构还可以构造用于接触传感器单元。
这样，针对各项培养选取的生物传感器特别是可以采取生物传感器芯片的形式卡入或接触到壳体上的导向部分中。
总体而言，所描述的多传感器组件代表一种通用且多功能的适应性系统。这种独特的传感器概念例如能够基于所描述的多传感器组件并通过其与各种有机金属化合物和/或生物传感器芯片组合来实现多功能系统。
这种构型原则上是设计用于各种类型容纳孔的通用性。这种构型可以优选设计用于典型生物反应器的标准化端口(标准插口)，用于一次性或单次使用的生物反应器或生物袋的端口，或者还用于摇瓶应用。
使用多传感器单元优选与符合无菌培养条件相结合。据此，在一种优选实施方式中规定，延伸穿过容器端口的传感器容纳部形成用于多传感器组件的容纳口。这种传感器容纳部特别是配置成维持培养室与传感器之间的无菌极限。为了符合无菌培养条件，可以进一步规定，多传感器组件在其无菌安全地容纳在容纳口中之前预先进行灭菌处理。
本发明还涉及一种用于将至少两个传感器安装至用于培养生物材料的容器、特别是生物反应器或摇瓶的单个端口的系统，其中，该系统包括如上所述的传感器容纳部和多传感器组件。
传感器容纳部具有内容纳口，其中，传感器容纳部至少能以传感器容纳部前段插入容器端口中，使得该传感器容纳部的内容纳口延伸穿过容器端口。
多传感器组件具有壳体，该壳体至少能以壳体前段插入延伸穿过容器端口的传感器容纳部的容纳口中，使得该壳体前段面向容器内部。
在一种优选实施方式中，多传感器组件的壳体构造成使得其能够完全插入延伸穿过容器端口的容纳口中，即其在置入状态下，特别是在径向上完全被传感器容纳部包围。据此，所述多传感器组件的壳体可以特别是具有沿着多传感器组件的纵轴恒定的外形，即其特别是呈圆柱形构造，尤其是沿着多传感器组件的全长。
传感器容纳部的内容纳口特别是朝向容器外部敞开，使得多传感器组件特别是可以自外部插入容纳口中。内容纳口优选沿其纵向具有恒定的横截面，即其特别是呈圆柱形构造，尤其是在包括容纳口向外敞开的末端区段的纵向部分上。
在所述系统中可以规定，传感器容纳部在传感器容纳部前段中呈闭合构造，以当传感器容纳部插入容器端口中时，传感器容纳部的内容纳口朝向容器外部敞开而朝向容器内部闭合。
传感器容纳部前段可以至少局部具有一定开孔孔隙率。孔径可以例如为40纳米至300纳米之间。
本发明还涉及一种用于培养生物材料的容器，特别是生物反应器或摇瓶，其包括通常使容器内部与容器外部相连接的端口以及多传感器组件，必要时也包括传感器容纳部。
传感器容纳部具有内容纳口，其中，传感器容纳部至少以传感器容纳部前段插入容器端口中，使得该传感器容纳部的内容纳口延伸穿过容器端口。具有壳体的多传感器组件至少以壳体前段插入延伸穿过容器端口的传感器容纳部的容纳口中，使得该壳体前段面向容器内部。
在未设置传感器容纳部的情况下，使容器内部与容器外部相连接的端口形成延伸穿过该端口的容纳口。于是，具有壳体的多传感器组件至少以壳体前段插入延伸穿过容器端口的容纳口中，使得该壳体前段面向容器内部。
本发明还涉及一种用于基于发光的参数测量的发光体单元，特别是用于附接至如上所述的多传感器组件，该多传感器组件具有用于保持该发光体单元的保持机构。上述实施方案相应适用于所述发光体单元的细节和/或其他实施方式。
本发明还涉及一种用于制造如上所述的多传感器组件的方法。
根据所述方法的一种变型方案，可以首先提供如上所述的传感器单元、特别是发光体单元以及壳体，其中，所提供的壳体至少能以壳体前段插入延伸穿过容器端口的容纳口中，使得该壳体前段面向容器内部，其中，所提供的壳体进一步在壳体前段处具有用于传感器单元、特别是发光体单元的切除部，且其中，壳体优选包含聚合物材料、特别是聚醚醚酮(PEEK)或由这种材料组成。
然后，在进一步的方法步骤中，可以促使壳体相对于传感器单元相对膨胀，特别是通过加热壳体。然后，可以将传感器单元置入相对于传感器单元膨胀的壳体的扩张切除部中。这样壳体就能将传感器单元固定容纳在切除部中，然后可以再促使壳体相对于传感器单元相对收缩，特别是通过冷却壳体。
根据所述方法的另一种变型方案，可以首先提供如上所述的传感器单元、特别是发光体单元以及液态聚合物材料以形成壳体，其中，所提供的液态聚合物材料特别是包含聚乙烯或聚丙烯或由此组成。
然后，在进一步的方法步骤中，可以将液态聚合物材料自外部供给至传感器单元并使其固化，以便形成固定容纳传感器单元的壳体。
附图说明
下文将结合附图说明本发明的某些特定但非穷举的实施例。图中：
图1示出了具有传感器容纳部的生物反应器端口的三维视图；
图2示出了具有传感器容纳部的生物反应器端口的剖视图，该剖视图中可以看出插入的多传感器组件；
图3至图5示出了具有传感器容纳部的生物反应器端口的其他三维视图；
图6示出了摇瓶与具有端口的摇瓶盖的三维视图；
图7示出了摇瓶与具有端口和传感器容纳部的摇瓶盖的剖视图，该剖视图中可以看出插入的多传感器组件；
图8和图9示出了摇瓶与具有端口和传感器容纳部的摇瓶盖的三维视图；
图10示出了多传感器组件中具有生物传感器单元和发光体单元的壳体前段的三维视图，其中发光体单元固定容纳在壳体中；
图11示出了多传感器组件中具有生物传感器单元和发光体单元的壳体前段的三维视图，其中发光体单元以能置换的方式紧固在壳体中的相应保持机构中；
图12示出了多传感器组件中具有用于生物传感器单元的保持机构和用于发光体单元的保持机构的壳体前段的三维视图；
图13示出了多传感器组件中具有集成光源和集成光电二极管的壳体后段的三维视图；
图14示出了多传感器组件的壳体后段的三维视图，其中可接近发光体单元的基体后区，以与光源和/或光电二极管相互作用；
图15示出了生物传感器单元的三维视图；
图16示出了具有基体前区和基体后区的发光体单元的三维视图；以及
图17示出了图16中的发光体单元的基体前区的俯视图(a)和三维视图(b)。
具体实施方式
图1至图5示出了生物反应器的壁部20中的端口100的不同视图，图中仅局部示出的生物反应器的壁部20将生物反应器的内部与其外部区分开来。图中所示的实例是例如由不锈钢制成的多次用生物反应器，例如用于多次用途。但同样也可以采用例如由塑料制成的单次用生物反应器，用于单次用途，或者一般也可以采用具有端口100的另一种容器。
在图中所示的实例中，位于生物反应器的壁部20中的端口100构造为英戈尔德(Ingold)端口或英戈尔德(Ingold)插口并且提供穿过壁部20的通道。但原则上，可以考虑任何类型的端口100形成穿过壁部20的开口。其他标准端口例如是布罗德利·詹姆斯(Broadly James)端口或B·贝朗(B.Braun)安全端口。
生物反应器的壁部20具有朝内的内侧22和朝外的外侧24。壁部20的内侧22面向生物反应器的内侧并归属于无菌区域，而壁部20的外侧24面向生物反应器的外侧并归属于非无菌区域。
从图2中可以清楚地看出，端口100通向容器内部的通孔也形成容纳口，该端口内容纳有传感器容纳部200。传感器容纳部200至少部分地延伸穿过由端口100在壁部20中形成的通孔并且保持在端口100中。在所示的实例中，传感器容纳部200还借由盖帽螺母150以能脱离的方式锁止或可锁止在端口100处。传感器容纳部200的传感器容纳部前段210伸入容器内部中，而在本实施例中，该传感器容纳部的传感器容纳部后段220还伸出到容器外部，该传感器容纳部后段上存在凸缘225。
传感器容纳部200包括内容纳口230，在所示的实例中，该内容纳口朝向向外的传感器容纳部后段220敞开。如图所示，可以规定容纳口230朝向向内的传感器容纳部前段210闭合。因此，传感器容纳部200又称为“无菌端口”。传感器容纳部前段210可以至少局部具有一定开孔孔隙率。
图6至图9示出了摇瓶10与摇瓶盖12的不同视图。摇瓶盖12封闭摇瓶10的开口11并包括通向摇瓶10内部的端口100。端口100又可以是任何类型的通孔，特别是标准化端口。
从图7中可以清楚地看出，端口100通向容器内部的通孔也形成继而容纳口，该端口内又容纳有传感器容纳部200。传感器容纳部200至少部分地延伸穿过端口100并保持于其中。在所示的实例中，传感器容纳部200借由锁止元件150以能脱离的方式锁止或可锁止在端口100处。传感器容纳部200又包括内容纳口230，该内容纳口朝向传感器容纳部后段220敞开而朝向传感器容纳部前段210闭合。
参照图2和图7，传感器容纳部200的容纳口230内均存在多传感器组件300。在所示的情况下，多传感器组件300完全插入传感器容纳部200的容纳口230中并以能脱离的方式连接至探头400，以便能够将多传感器组件300引入容纳口230中并再将其取出。探头400与多传感器组件300之间还可以存在电气连接和/或光学连接，以便能够传输相应的电信号和/或光信号。
图10至图14详细示出了多传感器组件300的不同实施方式。这些多传感器组件300的实施方式均包括壳体305，图10至图12中可以清楚地看出其壳体前段310，而图13和图14中可以清楚地看出其壳体后段320。
壳体前段310上布置有第一传感器单元350和第二传感器单元360，以便利用多传感器组件300，能够将至少两个传感器安装至用于培养生物材料的容器的单个端口。多传感器组件300的壳体305的直径尺寸标定成使得该多传感器组件300能完全插入传感器容纳部200的容纳口230中。
在图10所示的实例中，传感器单元之一(这里为第一传感器单元350)构造为模块化生物传感器单元355，其能插入壳体前段310处的相应保持机构351中。与此同时或与之无关地，传感器单元之一构造为发光体单元。这里，第二传感器单元360构造为发光体单元365，其例如通过被壳体前段310中的切除部固定容纳而固定至壳体前段310。为此，特别是可以设置包含聚醚醚酮(PEEK)或由此制成的壳体305，该壳体例如通过注塑成型或例如也通过增材制造工艺制成并且收缩到发光体单元365上，即特别是使其膨胀和收缩以围绕发光体单元365固定。另一方面，壳体305也可以制造有固定容纳的发光体单元365，具体方式是，壳体材料围绕发光体单元包塑。
在图11所示的实例中，传感器单元之一(这里为第一传感器单元350)又构造为保持在保持机构351中的生物传感器单元355。与此同时或与之无关地，传感器单元之一(这里具体为第二传感器单元360)又可以构造为发光体单元365。有别于图10所示的实例，本例中的发光体单元365保持在壳体前段310处的保持机构361中。据此，发光体单元365特别是以能置换的方式保持在壳体305或保持机构361中。
类似于图11所示的实例，图12所示的多传感器组件300的实例包括具有壳体前段310和壳体后段320的壳体305，其中，壳体前段310布置有用于第一传感器单元350的第一保持机构351以及用于第二传感器单元360的第二保持机构361。第一保持机构351在此又构造用于保持生物传感器单元355。第二保持机构361还可以构造用于保持发光体单元365。有别于图11所示的实例，这里的多传感器组件300本身不包括任何传感器单元。
在图13和图14中可以清楚地看出，多传感器组件300的壳体后段320可以采用与壳体前段310的设计无关的实施方案。壳体后段320优选存在具有电气接触元件326和/或至少一个光学接触元件327的连接器325，以便与多传感器组件并优选与保持或紧固于其中的传感器单元建立电气连接和/或光学连接。
多传感器组件300的连接器325特别是可以设计成连接到探头400(就此例如参见图2和图7)。电气接触元件326例如可以构造为接触销，特别是设置用于连接到生物传感器单元355或连接到用于保持生物传感器单元355的保持机构351。另一方面，电气接触元件326也可以设计成连接到布置于壳体305中的光源和/或连接到布置于壳体中的光元件，例如光电二极管。多传感器组件300无需必然包括用于操作发光体单元365的光源或光元件；相反，这些组件也可以位于多传感器组件300之外。在此情况下，可以设置一个或多个光学接触元件327，其中这些光学接触元件尤其是光导。在一种优选实施方式中，发光体单元365具有特别是呈棒状构造为纤维棒的光导，如图14所示，该光导通入连接器325中。
参照图15至图17，下文将详细阐述传感器单元，特别是生物传感器单元355和发光体单元365。图16示出能置换的发光体单元365，但这些实施方案同样适用如图10所示的固定连接的发光体单元365。
图15所示的生物传感器单元355具有扁平模块的形式，但也可考虑其他构型。然而，生物传感器单元355优选成形为使得其能够引入到为此设置的保持机构351中并能够再从中取出。生物传感器单元优选具有接触元件356，其可以构造为在保持机构351中接触的接触面。
图16所示的发光体单元365包括具有基体前区380和基体后区390的基体370。图17中进一步详细示出的基体前区380构造为玻璃板，其中借由激光加工引入多个用于容纳发光物质的空腔382。基体后区390构造为玻璃纤维棒，以便既能使来自光源的光传导至空腔382，又能使来自空腔的发光传导至光元件，例如光电二极管。可以借由激光焊接将玻璃纤维棒连接到包含空腔382的玻璃板。在发光体单元365能置换的情况下，其可以具有例如构造为导桥的导向元件375，该导向元件与设置于保持机构361中的例如构造为导槽的互补导向元件362相互协作，以便确保发光体单元365在其保持机构362中的定向。图16或图12中绘出这样的导桥375和导槽362。
总体而言，这样就能组合使用发光体和生物传感器，其中发光体单元365和生物传感器单元355集成在壳体305中。这时可以将发光体单独填充到空腔382中。这样的多传感器组件能够组合端口中的选定测量区域内用于工艺控制的最佳参数(诸如pH、pO2、pCO2、温度、糖类浓度、蛋白质、离子、细胞生长阻抗等)，同时在某一端口处单独使用发光体(或在某一端口处单独使用生物传感器)，无需再就所有这些参数进行工艺控制。

Claims (20)

1.一种用于将至少两个传感器安装至用于培养生物材料的容器、特别是生物反应器或摇瓶的单个端口(100)的多传感器组件(300)，其包括：
壳体(305)，所述壳体至少能以壳体前段(310)插入延伸穿过容器端口(100)的容纳口(110)中，使得所述壳体前段(310)面向容器内部；
布置于所述壳体前段(310)的第一传感器单元(350)或用于所述第一传感器单元(350)的保持机构(351)；以及
布置于所述壳体前段(310)的第二传感器单元(360)或用于所述第二传感器单元(360)的保持机构(361)。
2.根据权利要求1所述的多传感器组件(300)，其中，
至少一个传感器单元(351)构造为生物传感器单元(355)，特别是用于分析物特异性参数测量，
或者至少一个保持机构(351)构造用于保持这种生物传感器单元(355)；
优选地，
生物传感器单元(355)优选构造为模块化模组，例如呈扁平芯片形式的模组，
或者相应的保持机构(351)构造用于保持这种模组。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的多传感器组件(300)，其中，
特别是未构造为生物传感器单元(355)的至少一个传感器单元(360)构造为发光体单元(365)，用于基于发光的参数测量，
或其中，未构造用于保持生物传感器单元(355)的至少一个保持机构(361)构造用于保持这种发光体单元(365)；
优选地，
其中，构造为发光体单元(365)的传感器单元(360)包括基体(370)，所述基体具有用于容纳发光物质的容纳机构，其中，所述容纳机构特别是构造为所述基体(370)中的空腔(382)，
或其中，相应的保持机构(351)构造用于保持这种基体(370)；
优选地，其中，
所述发光体单元(365)的基体(370)具有基体前区(380)和基体后区(390)，以当所述多传感器组件(300)至少以所述壳体前段(310)插入延伸穿过容器端口(100)的容纳口(110)时，所述基体前区(380)面向容器内部，而所述基体后区(390)面向容器外部，其中，
所述发光体单元(365)的基体前区(380)包括至少一个特别是构造为空腔(382)的容纳机构，并且
所述发光体单元(365)的基体后区(390)包括至少一个光导并优选包括光源和/或光元件，以使来自光源的光传导至所述容纳机构和/或将来自所述容纳机构的光传导至光元件；
优选地，其中，
所述基体前区(380)由包含玻璃的材料组成、特别是由玻璃或玻璃陶瓷组成或者包含这种材料，其中，所述容纳机构优选借由激光切割作为空腔(382)引入其中。
4.根据权利要求3所述的多传感器组件(300)，其中，
所述基体后区(390)包含光纤或由光纤组成，所述光纤优选至少部分地形成光导，以使光传导至特别是构造为空腔(382)的容纳机构。
5.根据权利要求3或4所述的多传感器组件(300)，其中，
所述基体前区(380)、特别是包含玻璃的基体前区呈盘状构造，
所述基体后区(390)、特别是包含光纤的基体后区呈棒状构造，和/或
所述基体前区(380)与所述基体后区(390)通过激光焊接而连接。
6.根据权利要求3或4所述的多传感器组件(300)，其中，
所述发光体单元(365)包含发光物质，所述发光物质优选被容置在所述基体(370)中构造为空腔(382)的容纳机构中；
优选地，其中，
所述发光物质包括石墨烯量子点(GQD)、杂环GQD(例如N-GQDs)和/或有机金属化合物，进一步优选包括研磨玻璃粉，且
其中，所述发光物质优选或能够借由溶胶-凝胶法制成，特别是用作干凝胶。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多传感器组件(300)，其中，
至少一个传感器单元能以插入、卡入和/或扣入方式紧固至所述壳体前段(310)，
或者所述保持机构(351)构造用于插入、卡入和/或扣入传感器单元。
8.一种用于将至少两个传感器安装至用于培养生物材料的容器、特别是生物反应器或摇瓶的单个端口(100)的系统，其包括：
具有内容纳口(230)的传感器容纳部(200)，其中，所述传感器容纳部(200)至少能以传感器容纳部前段插入容器端口(100)中，使得所述传感器容纳部(200)的内容纳口(230)延伸穿过所述容器端口(100)；以及
特别是根据权利要求1至7中任一项所述的多传感器组件(300)，其壳体(305)至少能以壳体前段(310)通过延伸穿过所述容器端口(100)的容纳口(110)而插入所述传感器容纳部(200)中，使得所述壳体前段(310)面向容器内部。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传感器容纳部(200)在所述传感器容纳部前段中呈闭合构造，以当所述传感器容纳部(200)插入所述容器端口(100)中时，所述传感器容纳部(200)的内容纳口(230)朝向容器外部敞开而朝向容器内部闭合；
优选地，其中，
所述传感器容纳部前段至少局部具有一定开孔孔隙率。
10.一种用于培养生物材料的容器，特别是生物反应器或摇瓶，其包括：
端口(100)，所述端口使容器内部与容器外部相连接；
具有内容纳口(110)的传感器容纳部(200)，其中，所述传感器容纳部(200)至少以传感器容纳部前段插入容器端口(100)中，使得所述传感器容纳部(200)的内容纳口(230)延伸穿过所述容器端口(100)；以及
特别是根据权利要求1至7中任一项所述的多传感器组件(300)，其壳体(305)至少以壳体前段(310)通过延伸穿过所述容器端口(100)的容纳口(230)而插入所述传感器容纳部(200)中，使得所述壳体前段(310)面向容器内部。
11.一种用于培养生物材料的容器，特别是生物反应器或摇瓶，其包括：
端口(100)，所述端口使容器内部与容器外部相连接并形成延伸穿过所述端口(100)的容纳口(110)；以及
特别是根据权利要求1至7中任一项所述的多传感器组件(300)，其壳体(305)至少以壳体前段(310)插入延伸穿过所述容器端口(100)的容纳口(110)，使得所述壳体前段(310)面向容器内部。
12.一种用于基于发光的参数测量的发光体单元(365)，特别是用于附接至特别是根据权利要求1至7中任一项所述的多传感器组件(300)，所述多传感器组件具有用于保持所述发光体单元(365)的保持机构(351)。
13.根据权利要求12所述的发光体单元(365)，其包括基体(370)，所述基体具有用于容纳发光物质的容纳机构，其中，所述容纳机构特别是构造为所述基体(370)中的空腔(382)。
14.根据权利要求12或13所述的发光体单元(365)，其中，所述基体(370)具有基体前区(380)和基体后区(390)，
其中，所述基体前区(380)包括至少一个特别是构造为空腔(382)的容纳机构，并且
所述基体后区(390)包括至少一个光导并优选包括光源和/或光元件，以使来自光源的光传导至所述容纳机构和/或将来自所述容纳机构的光传导至光元件。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的发光体单元(365)，其中，
所述基体前区(380)由包含玻璃的材料组成、特别是由玻璃或玻璃陶瓷组成或者包含这种材料，其中，所述容纳机构优选借由激光切割作为空腔(382)引入其中。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的发光体单元(365)，其中，
所述基体后区(390)包含光纤或由光纤组成，所述光纤优选至少部分地形成光导，以将光引导至特别是构造为空腔(382)的容纳机构。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的发光体单元(365)，其中，
所述基体前区、特别是包含玻璃的基体前区呈盘状构造，
所述基体后区、特别是包含光纤的基体后区呈棒状构造，和/或
所述基体前区(380)与所述基体后区(390)通过激光焊接而连接。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的发光体单元(365)，其中，
所述发光体单元(365)包含发光物质，所述发光物质优选被容置在所述基体(370)中构造为空腔(382)的容纳机构中；
优选地，其中，
所述发光物质包括石墨烯量子点(GQD)、杂环GQD(例如N-GQDs)和/或有机金属化合物，进一步优选包括研磨玻璃粉，且
其中，所述发光物质优选或能够借由溶胶-凝胶法制成，特别是用作干凝胶。
19.一种用于制造特别是根据权利要求1至7中任一项所述的多传感器组件(300)的方法，其包括：
提供传感器单元，特别是提供特别是根据权利要求12至18中任一项所述的发光体单元(365)；
提供壳体(305)，所述壳体至少能以壳体前段(310)插入延伸穿过容器端口(100)的容纳口(110)中，使得所述壳体前段(310)面向容器内部，
其中，所提供的壳体(305)在所述壳体前段(310)处具有用于传感器单元、特别是发光体单元(365)的切除部，且其中，所述壳体(305)优选包含聚合物材料、特别是包含聚醚醚酮(PEEK)或由这种材料组成；
促使所述壳体(305)相对于所述传感器单元膨胀，特别是通过加热所述壳体(305)；
将所述传感器单元置入相对于所述传感器单元膨胀的壳体(305)的切除部中；
促使所述壳体(305)相对于所述传感器单元收缩，特别是通过冷却所述壳体(305)，使得所述壳体(305)将所述传感器单元固定容纳在所述切除部中。
20.一种用于制造特别是根据权利要求1至7中任一项所述的多传感器组件(300)的方法，其包括：
提供传感器单元，特别是提供特别是根据权利要求12至18中任一项所述的发光体单元(365)；
提供液态聚合物材料来形成壳体(305)，其中，所提供的液态聚合物材料特别是包括聚乙烯或聚丙烯或由此组成；
将所述液态聚合物材料自外部供给至所述传感器单元并固化所述液态聚合物材料，以便形成固定容纳所述传感器单元的壳体(305)，所述壳体(305)至少能以壳体前段(310)插入延伸穿过容器端口(100)的容纳口(110)，使得所述壳体前段(310)面向容器内部。
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