基于通用控制平臺集成的生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)方案

挑戰(zhàn): 設(shè)計(jì)一個新穎、一次性使用的生物反應(yīng)器，具有高性能且便于使用，使之在同類產(chǎn)品中的中脫穎而出。

解決方案: 使用NI LabVIEW和NI 單板 RIO，以一個通用控制平臺開發(fā)一個集成的生物反應(yīng)器。

生物反應(yīng)器是培養(yǎng)哺乳動物細(xì)胞的平臺，用來生產(chǎn)以細(xì)胞為來源的藥品和疫苗。生物反應(yīng)器必須精確地執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，包括：將培養(yǎng)物與潛在微生物污染隔離，保持細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)液中，精確控制溫度、pH值和溶解氧含量。

我們的PBS的生物反應(yīng)平臺的設(shè)計(jì)需要比現(xiàn)有的產(chǎn)品性能更好，更易于使用。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，PBS生物反應(yīng)器需要設(shè)計(jì)緊湊化、集成化。在一個預(yù)先設(shè)定的模塊化單元內(nèi)將容納培養(yǎng)皿和一個集成式的控制器兩部分。這些生物反應(yīng)器提供有多種尺寸，以滿足制造商的各種需求。我們設(shè)計(jì)目標(biāo)是使得全系列的PBS生物反應(yīng)器都能共享一個控制平臺。

使用NI Single-Board RIO 和 LabVIEW開發(fā)快速原型、構(gòu)建靈活應(yīng)用

傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器和生物處理平臺使用標(biāo)準(zhǔn)的控制平臺，如可編程邏輯控制器（programmable logic controllers，PLC）和帶有自定義硬件的分布式控制系統(tǒng)（distributed control systems，DCS）。我們決定使用NI提供的商業(yè)現(xiàn)成可用硬件，因?yàn)槠湫阅芎挽`活性比傳統(tǒng)工具更好。

NI可重配置的I / O（reconfigurable I/O，RIO）硬件包括一個現(xiàn)場可編程門陣列（field-programmable gate array，F(xiàn)PGA），我們可以用它來開發(fā)一種高性能、穩(wěn)定可靠的硬件系統(tǒng)，避免了自定義硬件時高復(fù)雜性和高成本的問題。我們發(fā)現(xiàn)，LabVIEW與NI硬件能夠?qū)崿F(xiàn)任意的組合配置，以滿足我們的需要，從而實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)，并在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)不斷改進(jìn)。此外，最重要的是，控制器的結(jié)構(gòu)簡單而且緊湊。

在每個生物反應(yīng)器中，有一個NI sbRIO-9641設(shè)備、NI 9219和NI 9263 C系列模塊、以及一個由Cyth Systems公司開發(fā)的自定義子卡。NI Single-Board RIO系統(tǒng)與生物反應(yīng)器內(nèi)的各種模擬和數(shù)字傳感器和執(zhí)行器完成交互，用于精確控制生物反應(yīng)器中pH值、溫度、溶解氧含量。我們使用LabVIEW FPGA模塊對NI 單板 RIO 上的FPGA進(jìn)行編程，與I/O接口進(jìn)行交互并控制I/O定時。

每個生物反應(yīng)器的主控制系統(tǒng)運(yùn)行在NI Single-Board RIO系統(tǒng)的實(shí)時處理器中，并通過LabVIEW實(shí)時模塊進(jìn)行編程。此外，每個生物反應(yīng)器均有板載PC，通過LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫功能。這樣，我們一方面獲得了工業(yè)控制器的可靠性和精確性，同時也獲得了傳統(tǒng)的PC解決方案的靈活性和自定制功能。

NI解決方案的優(yōu)勢

在我們的開發(fā)過程中，NI不僅提供了先進(jìn)的硬件和軟件，而且其銷售和技術(shù)支持也為我們提供了巨大的幫助，其中既有來自位于Texas州Austin 市NI總部的直接技術(shù)服務(wù)，也包括我們當(dāng)?shù)豊I銷售和技術(shù)人員所提供的支持。NI為客戶所提供的不僅僅是簡單的幫助，在此項(xiàng)目的開發(fā)過程中，NI所提供的支持和協(xié)作超出了我們預(yù)期。NI為我們的項(xiàng)目提供了無與倫比的技術(shù)和商務(wù)支持。