电化学传感器被证明是非常可靠的——但光学传感器也有了长足的进步，并展现了自己众多的优势。而生物技术专家也为光学传感器的用户提供了更多附加值。

德国Bilfinger工业技术公司被认为是迄今为止生物技术领域中专业技术知识的载体，因此他们也一直尝试着寻找创新性的传感器解决方案。而最终找到的是Mannesmann股份公司，如今该公司隶属于MCE集团的传感器技术专家Hamilton公司。

通过对像酸碱度pH值、溶解氧和导电性等参数的检测，能够对生物技术过程中的生物反应过程进行监控，从而通过受控的工艺流程保证了生物产品的质量。“多年来我们在这一领域中与传感器专业厂商Hamilton Bonaduz公司进行了合作。” Bilfinger工业技术公司的生物技术、制药和精细化工领域经理Gerald Berghammer先生说道。除了精确的检测之外，所使用的传感器不仅仅要满足GMP药品生产质量管理指南的一般要求，而且还要满足可以杀菌消毒和高温高压消毒的要求，即经常地排除任何可能的缺陷、不足。“市场上有足够的传感器可供用户选择。但由于无法可靠地保证无菌操作而告负。”Bilfinger工业技术公司负责生物反应器产品生产的项目负责人Pablo Pino-Grace先生说道。而Hamilton公司的ARC系列产品则与众不同，它们能够胜任经常性的杀菌消毒。

图1 正确的传感器技术使得生物反应器更加完美

过去与现在

过去，常常用光化学传感器检测生物技术过程中的溶解氧。在它的检测腔内通常有一个铂阴极和一个银阳极，经电解质溶液相互连接。这样，就使得极化电压的方向是朝向电解液的。经传感器帽上透氧膜，氧会扩散到检测腔内。检测腔中的检测电流能够测定溶解氧的分压力。尽管Clark传感器已经面世很长时间了，但与光学传感器相比较它们却有着明显的不足，除了长时间的极化时间之外，膜的机械性能也显得非常脆弱，同时电解液也要经常更换。此外，在检测过程中会在阳极处出现必须经常清除的氧化银的沉淀，以保持检测电极的导电性。这样，就会带来很高的维护保养费用，加大了使用的难度。

简单、紧凑、非侵入式

基于上述原因，Hamilton公司研发出了ARC系列的传感器替代解决方案。Gerald Berghammer先生说：“我们一直在寻求最先进的，能够为我们的用户提供更高附加值的解决方案。因此我们多次与Hamilton公司在中国的项目中进行合作。在这一项目中，每一生物反应器都配备了一个酸碱度pH值检测传感器和一个光学的溶解氧检测传感器。这些传感器都安装在反应器底部的侧面。”安装在底部就可靠地保证了即使是容器中有着最少量介质时，也能够可靠地进行精确的检测。Berghammer先生还在解释这种配置方法的优点时说：“传感器集成了信号发生器，采用了开放式工业标准的传感器，具有在新安装或者在现有过程监控系统中向后兼容检测信号的能力。独具特色的、集成在传感器帽中的微变送器保存了所有重要的参数和数据，包括计量检定和标定的数据、数字化信息。”在2014年斯图加特市举办的Vision Pharma展览会上展出的100L实验室用生物反应器已经采用了这样的传感器技术。除利用手柄简单地标定之外，用户还可以提供结构紧凑、小巧、简单的卫生清洁而获益匪浅。

图2 Salzburg市的Bilfinger工业技术公司生物反应器的研发团队

发光原理

ARC系列光学溶解氧检测传感器的检测原理是基于与氧含量有关的发光技术之上的，在黑暗中受到蓝光照射后激发发光体发光。在接收到蓝光传递的能量之后，发光体的分子就处在光照激发的状态中。在无氧的环境中，吸收到的能量转换为红光。真正的氧含量检测是蓝色激发光与红色激发光之间的光学相移。传感器带有一层Hamilton公司专门为氧含量检测而研发的硅膜。这种硅膜对机械负载的影响不敏感，因此比Clark传感器有着更长的使用寿命。

同时，这一特性也就省去了电解液的更换、省去了去除氧化沉积层，明显地减少了维护保养的成本和费用，从而有可能实现免维护的过程监控。在这种情况下，可以利用计算机中安装的控制系统直接对过程控制中的不同公差进行控制、调节。Pino-Grace先生说：“作为带给用户的一个附加好处是，利用一台控制设备可以对多个ARC传感器进行控制，仅在一个操作界面中就检测到了过程控制中所有重要的检测值。”他还补充说，“不久的将来Hamilton传感器也可能会在细胞检测中得到应用。”