在現(xiàn)代化實驗室中，精準的過程控制與高效的實驗流程已成為科研成功的關鍵因素，中國臺灣Major Science的臺式控制器系列憑借其模塊化設計、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域的創(chuàng)新。

在現(xiàn)代生物技術研究與工業(yè)發(fā)酵生產中，實驗的重復性、可擴展性和過程可控性直接影響研發(fā)成果與生產效率。Major Science臺式控制器系列專為應對這些挑戰(zhàn)而設計，通過先進的控制算法與靈活的硬件配置，為科研與工業(yè)用戶提供了從基礎研究到中試生產的全面解決方案。

01 產品系列與系統(tǒng)架構

Major Science臺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，形成了一套完整的生物過程控制解決方案。

FS-05系統(tǒng)采用獨特的"一對二"設計，單個控制器可同時獨立控制兩個發(fā)酵罐，實現(xiàn)了真正的并行實驗能力。這種架構允許用戶在相同條件下進行重復實驗驗證，或在不同條件下進行對比實驗，大幅提升了實驗效率與數(shù)據(jù)可比性。

FS-07系統(tǒng)作為FS-05的單側版本，保留了核心功能的同時，特別增強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驗場景。

兩款控制器均支持通過外部PC上的單一界面控制最多16個獨立系統(tǒng)，即最多可同步管理32個發(fā)酵罐（FS-05）或16個發(fā)酵罐（FS-07），為大規(guī)模實驗與工藝優(yōu)化提供了的擴展能力。

系統(tǒng)采用模塊化架構，將控制核心、傳感器模塊、執(zhí)行機構和軟件平臺分離設計，用戶可根據(jù)實驗需求靈活配置硬件組件與軟件功能。這種設計不僅提高了系統(tǒng)的適應性，也顯著降低了后續(xù)升級與維護成本。

02 核心硬件技術特點

Major Science臺式控制器在硬件設計上融合了多項創(chuàng)新技術，確保在復雜的實驗室環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠的性能。

精準的溫度控制系統(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)實驗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±0.1°C，滿足微生物培養(yǎng)與酶反應等對溫度敏感的生物過程要求。

溫度控制系統(tǒng)采用自適應控制技術，能夠自動學習實驗過程特性，最小化設定點超調，提供的溫度穩(wěn)定性。對于需要多步溫度變化的復雜實驗，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、保溫時間和結束條件。

多功能攪拌與氣體控制

控制器配備無刷電機驅動的攪拌系統(tǒng)，轉速范圍500-3500rpm，提供穩(wěn)定且可重復的混合條件。針對FS-05和FS-07系統(tǒng)，Major Science設計了專門的固態(tài)容器，支持0°-90°旋轉并可進行120°收獲，極大地增強了系統(tǒng)的應用范圍。

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

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。這種設計使同一控制器可適配多種實驗規(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罐、單層圓底反應罐、氣升式反應罐、單層圓底加熱毯式反應罐和單層底部加熱式反應罐，幾乎涵蓋了所有常見的生物反應器類型。

03 軟件功能與用戶界面

Major Science臺式控制器的軟件平臺基于Linux操作系統(tǒng)構建，提供了穩(wěn)定、防病毒的工作環(huán)境，同時具備強大的數(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。界面設計充分考慮用戶體驗，支持多語言顯示，顯著縮短了用戶的學習與培訓時間。

軟件支持15步順序控制程序，可對pH、溶解氧、溫度、攪拌速度和補料等參數(shù)進行精細化控制。系統(tǒng)內部可存儲高達59,994個用戶程序和100個過程數(shù)據(jù)文件，滿足長期實驗與復雜工藝的數(shù)據(jù)管理需求。

Winpact SCADA軟件通過以太網(wǎng)通信與IP尋址實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能，用戶無需購買額外軟件即可通過網(wǎng)絡瀏覽器實時查看和控制實驗過程?？蛇x配的Winpact EZScript軟件更提供了高級發(fā)酵過程的編程能力，適合需要復雜控制策略的研究項目。

系統(tǒng)還集成了pH Stat智能調節(jié)技術與二階溶氧特色集成進料策略，通過實時監(jiān)測關鍵參數(shù)自動調整營養(yǎng)物添加策略，優(yōu)化細胞生長與產物合成條件。

04 主要技術參數(shù)

下表列出了Major Science臺式控制器系列的關鍵技術參數(shù)：

05 應用領域與典型案例

Major Science臺式控制器憑借其靈活的設計與精準的控制能力，在多個領域發(fā)揮著關鍵作用：

微生物發(fā)酵與細胞培養(yǎng)

系統(tǒng)全面兼容微生物和細胞培養(yǎng)應用，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、重組蛋白表達和疫苗開發(fā)等領域，控制器的高精度參數(shù)控制確保了過程的一致性與產品的可靠性。

并行實驗能力使研究人員能夠在相同條件下進行重復實驗以驗證結果可靠性，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能力使其成為生物工藝開發(fā)與優(yōu)化的理想平臺。用戶可編程控制pH、溶解氧、溫度、攪拌和補料等多個參數(shù)，模擬不同規(guī)模的生產條件，實現(xiàn)從實驗室到生產的無縫放大。

實時數(shù)據(jù)記錄與導出功能確保實驗數(shù)據(jù)的完整性與可追溯性，為工藝表征與法規(guī)申報提供可靠支持。

合成化學與催化反應

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

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)化學反應的溫度要求。

06 選型與操作指南

系統(tǒng)選型考量

選擇適合的Major Science臺式控制器時，需綜合考慮以下因素：

• 實驗規(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：簡單溫度控制任務可選擇基礎型號，而復雜發(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：需要同步對比實驗時，F(xiàn)S-05的雙罐并行控制提供顯著效率優(yōu)勢。

• 擴展性要求：未來可能需要擴大實驗規(guī)模的用戶應選擇支持多系統(tǒng)集成的型號，如FS-05或FS-07。

操作與維護要點

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

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

• 程序備份：利用系統(tǒng)的大容量存儲能力，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。

• 預防性維護：利用系統(tǒng)的模塊化設計，定期檢查關鍵組件如蠕動泵管、密封件和過濾器的狀態(tài)，及時更換磨損部件。

• 安全操作：嚴格遵守8個用戶賬戶的權限管理，確保實驗參數(shù)與程序的安全性。

07 技術創(chuàng)新與未來展望

Major Science臺式控制器系列體現(xiàn)了多項技術創(chuàng)新，包括：

并行處理架構使單控制器同時管理多個獨立生物反應器成為可能，大幅提高了實驗效率與數(shù)據(jù)質量。

模塊化設計理念允許用戶根據(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)定平臺提供了抗病毒干擾的可靠運行環(huán)境，特別適合需要長時間連續(xù)運行的發(fā)酵過程。

遠程監(jiān)控能力通過普通的電話即可實時監(jiān)控和控制反應參數(shù)，為研究人員提供了的便利。

展望未來，隨著人工智能與機器學習技術的不斷發(fā)展，預計Major Science控制器將進一步增強預測控制能力與自適應優(yōu)化功能，通過分析歷史數(shù)據(jù)與實時參數(shù)，自動調整控制策略以實現(xiàn)最佳過程性能。

同時，與實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）的深度集成也將成為重要發(fā)展方向，實現(xiàn)實驗設計、執(zhí)行、分析與報告的全流程數(shù)字化管理。

Major Science臺式控制器通過其創(chuàng)新的并行控制架構、精密的溫度與攪拌控制及強大的軟件平臺，為現(xiàn)代實驗室提供了全面而靈活的過程控制解決方案。無論是基礎研究還是工業(yè)應用，它都能提供可靠、重復性高的實驗結果。

隨著生物技術與合成生物學的快速發(fā)展，對實驗過程控制的要求將愈加嚴格，Major Science控制器將繼續(xù)在這一領域發(fā)揮重要作用，為科研進步與工業(yè)創(chuàng)新提供堅實的技術支持。