Dabei garantieren diese Sensoren höchste Hygiene und Kontaminationsfreiheit. Auch in der pharmazeutischen Industrie sind die Eigenschaften der berührungslos arbeitenden Sensoren gefragt. Speziell in Single-Use-Systemen bieten die hygienischen Clamp-On-Sensoren Vorteile.

Bei Single-Use-Technologien zur Herstellung biopharmazeutischer Produkte setzt sich die gesamte Prozesskette aus sterilen Einwegsystemen zusammen. Die Technologie erfreut sich speziell bei der Produktion hochwirksamer, klein- bis mittelvolumiger Biopharmazeutika wie Impfstoffen zunehmender Beliebtheit.

Ihre Vorteile: Neben niedrigen Investitionskosten und einer schnellen Einrichtung und Inbetriebnahme senken solche Anlagen Kontaminationsrisiken, beschleunigen die Durchlaufzeiten und verringern den Reinigungsaufwand. Beim Einsatz zytotoxischer Wirkstoffe und stark wirksamer biologischer Materialien schützen sie die Anwender wirkungsvoll.

Clamp-On-Ultraschallsensor für Einwegprozesse
Der Hallenser Spezialist für Ultraschallsensorik Sonotec konzipierte eine Single-Use-Version seines Clamp-On-Sensors Sonoflow CO.55. Dieser berührungslos arbeitende Ultraschallsensor überprüft die korrekte Dosierung und Fließgeschwindigkeit bei der automatischen Flüssigkeitszufuhr in der pharmazeutischen Produktion. Er misst den Durchfluss von Flüssigkeiten in PVC- und flexiblen Schläuchen und eignet sich für den unkomplizierten Einsatz und die Nachrüstung unterschiedlichster Geräte.

Da er direkt am Schlauch hängt, benötigt er keine gesonderte Befestigung. Für den Single-Use-Einsatz modifizierte Sonotec Material und Design des Sensors: Die Single-Use-Version des CO.55 ist aus einem speziell für den Einsatz in Reinräumen zugelassenen Edelstahl gefertigt und besitzt einen Verschluss, der die Handhabung des Sensors mit Handschuhen erleichtert. Er erfüllt sämtliche Kriterien für die Anwendung im Reinraum und ist wie alle Sonoflow-CO-Sensoren für viele verschiedene Schlauchdurchmesser erhältlich.

Bei der Abfüllung von Bio-Protein-Produkten kommt eine Klappdeckel-Version der berührungslos arbeitenden Sensoren der Sonocheck ABD06 Reihe zum Einsatz.

Winzige Luftblasen sicher erkennen
Berührungslos arbeitende Clamp-On-Ultraschallsensoren sind auch bei einer neuen DNA-Analyse-Apparatur gefragt. Während des Analyseprozesses, der die Reihenfolge der vier DNA-Basen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) bestimmt, können sich winzigste Luftblasen in den zu analysierenden Flüssigkeiten bilden. Schon Bläschen mit einer Größe von unter 1 µl würden die Probe komplett zerstören oder zumindest falsche Ergebnisse liefern. Hier kommt der Clamp-On-Luftblasendetektor Sonocheck ABD06.85 zum Einsatz. Seine Empfindlichkeit ist so hoch, dass er sogar diese winzig kleinen Blasen von weniger als 1 μl in PEEK- und PTFE-Schläuchen mit Innendurchmessern von 0,79 mm (Außendurchmesser: 1,59 mm) absolut zuverlässig erkennt.

Eine andere Version der berührungslos arbeitenden Sensoren der Sonocheck ABD06 Reihe kommt zum Beispiel bei der Abfüllung von Bio-Protein-Produkten zum Einsatz. Hier überwacht der Sensor die Entstehung von Luftblasen von weniger als 1 µl in Schläuchen aus PTFE. Der für diese Aufgabe geeignete Sonocheck ABD06 überzeugt auch durch seine hochentwickelte Software. Sie erlaubt das einfache Parametrisieren und Überwachen der Sensorleistung. Der Kunde nutzt darüber hinaus das serielle Kommunikationsprotokoll zur Abschätzung der Blasengröße und zur Nachverfolgung des geschätzten Flüssigkeitsverlusts.

Die Sonocheck ABD06 Sensoren gehören zu einer Reihe von Clamp-On-Ultraschallsensoren, die Luftblasen in flüssigkeitsdurchströmten Schläuchen und Messkammern erkennen und damit sowohl die Flüssigkeitsüberwachung als auch die Nass-Trocken-Meldung erlauben. Diese Sensoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich dynamisch an variierende akustische Bedingungen problemlos anpassen. Damit garantieren die Sonocheck ABD06 Sensoren eine hohe Messwertstabilität gegenüber schwankenden Umgebungs-bedingungen.

Die Ultraschallsensoren zur Luftblasendetektion können in ihrer Empfindlichkeit an die jeweiligen Anwenderanforderungen angepasst werden.

Der Messzyklus liegt bei diesen Sensoren bei 200 µs, die Reaktionszeit typischerweise bei 1 ms. Der Ultraschallsensor lässt sich über einen Mikrocontroller mit erweiterbaren Funktionalitäten wie beispielsweise Fail-Safe und serielle Kommunikation kundenspezifisch programmieren. Zudem ist die Ausstattung mit einer RS-485-Schnittstelle und einem analogen Stromausgang (0/4…20 mA) möglich.

Redundanter Luftblasensensor
Zu Clamp-On-Ultraschallsensoren für die nicht-invasive Luftblasendetektion zählt auch der redundante Sonocheck ABD08. Das zum Patent angemeldete kubische Gerät vereint zwei Ultraschallsensoren in einem Gehäuse mit einer Kantenlänge von 35 mm. Damit genügt es der dritten Edition der Europäischen Norm EN 60601-1.

Zudem erfüllt dieser Ultraschallsensor die hohen Anforderungen der US-amerikanischen Arzneimittelzulassungsbehörde FDA hinsichtlich Verlässlichkeit und Genauigkeit von Sensoren, die in medizintechnischen Geräten verwendet werden.

Die verschiedenen Varianten des Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessers Sonoflow CO.55 (von links): Standardsensor, Sensor mit optimiertem Verschluss für besseres Handling, Sensor aus Edelstahl für den Einsatz im Reinraum mit optimiertem Verschluss für besseres Handling.

Durch die Redundanz des Sensors ist es absolut ausgeschlossen, dass Luftblasen in den Blutkreislauf des Patienten gelangen. Dabei ist die Technologie unabhängig von Farben und Transparenz der Schläuche und Flüssigkeiten. Doch die Integration von zwei Sensoren in einem Gehäuse führt zu einem elektrischen Übersprechen der beiden Ultraschallkanäle. Sonotec löste dieses Problem durch ein intelligentes Design, das nicht nur die Elektronik, sondern auch den akustischen Pfad beinhaltet. Das Ergebnis ist eine vollständige und sichere Redundanz.

Neben den redundanten Luftblasensensoren der ABD08-Serie entwickelten die Hallenser Ultraschallspezialisten auch andere inzwischen gut etablierte Konzepte für ultimativ sichere Sensoren. „Unsere Fail-Safe-Sensoren der ABD05-Serie führen ununterbrochen Selbsttests durch – ohne dadurch die Sensitivität der Sensoren für die Gasblasen zu beeinträchtigen. Damit erfüllen sie die höchsten Anforderungen aller weltweiten Zertifizierungsbehörden“, erklärt Peter Ködderitzsch, zuständig für den Vertrieb von Medizin- und Labortechnik bei Sonotec.

Applikationsspezifisch anpassbar
Alle hier vorgestellten berührungslos arbeitenden Ultraschallsensoren verfügen wahlweise über konfigurierbare Schalt-, Strom- (0/4…20-mA-) beziehungsweise Impulsausgänge. Eine serielle Schnittstelle erlaubt den Anschluss an einen Computer und damit die einfache Parametrierung und Messwertdarstellung mittels Monitorsoftware.

Damit ist der Anwender selbst in der Lage, die Sensoren zu testen und im vorgegebenen Rahmen Anpassungen an seine spezifischen Erfordernisse vorzunehmen. Durch den Hersteller sind zudem sämtliche genannten Sensoren hinsichtlich Design, Schnittstellen und Eigenschaften wie beispielsweise Sicherheitsroutinen oder Spannungsversorgung applikationsspezifisch anpassbar.

Anne-Luise Gellner, Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH

Autorin:
Anne-Luise Gellner
Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH
Nauendorfer Straße 2
06112 Halle (Saale)
sonotec@sonotec.de