本发明涉及用于提供生物过程装置组件的模块化系统。本发明还涉及包括一算法的计算机程序，该算法用于创建由用户基于这样的模块化系统而配置的生物过程装置组件的数字模拟。
背景技术：
1、一般来说，使用一次性装置的过程由于可以实现的高度灵活性且节省时间、投资以及诸如清洁和检查的操作费用而在高质量活性物质的药物生产中变得日益广泛。此外，对于生物制药产品的开发商和制造商而言，能够快速适应制造过程变得越来越重要。
2、可以以多种方式配置的预制标准化装置布置结构通常用于执行特定单元操作。这种解决方案的一个示例是来自sartorius stedim biotech gmbh的系统，该系统是将各种生物制造任务联系在一起的工作平台。系统是能够灵活适应的，并且尤其可以用于缓冲液制备、细胞收集、病毒灭活、介质制备、病毒损耗、管线测试或袋测试等。该装置布置结构的核心是呈不锈钢推车形式的紧凑型中央多功能操作模块，其具有控制单元和操作面板。通过系统，使用选定的一次性过程部件(袋、软管管线、连接器、过滤器囊状件等)的特定单元操作可以以至少部分自动化的方式执行。
3、从现有技术中已知的装置布置结构受到某些限制的影响。通常，装置布置结构针对具有特定体积的特定过程步骤来设计。就用户而言，装置布置结构的安装或转换只能通过很大的努力来进行，这导致增加了对误差的敏感性。在这种情况下，特别是一次性过程部件的快速且正确的连接是一个挑战。此外，有必要在装置布置结构的下述基本部件(例如，泵)与控制软件(选定的过程步骤、基本条件)之间进行调整：该基本部件连接有一次性过程部件和另外使用的一次性过程部件(“湿件”)。
4、wo 2019/185356 a1示出了一种用于在生物制药过程中灵活地提供连接和/或功能的可配置装置。该可配置装置包括本体，在该本体中，通过本体的材料的凹部来形成预先限定的管区段和插入位置。该可配置装置还包括多个功能元件，所述多个功能元件适于插入到插入位置中。
5、从wo 2020/099382 a1中已知用于执行生物制药过程中的至少一个单元操作的另一类型的可配置装置布置结构。该装置布置结构包括基架和多个保持器，所述多个保持器用于单元操作所用的过程部件、特别是一次性过程部件的可释放的直接或间接附接。这些保持器又适于以可释放的方式直接或间接地附接至基架。该装置布置结构还包括定位系统，该定位系统限定了保持器相对于基架的特定位置。
6、wo 2022/012981 a1公开了一种用于生产生物缀合物的装置组件，该装置组件包括用于执行介质中的生物缀合反应的缀合单元、用于分离析出物和/或凝聚物的第一过滤单元、以及用于执行超滤和/或渗滤过程的第二过滤单元。第一过滤单元布置在缀合单元与第二过滤单元之间的流动路径中。第二过滤单元包括用于使介质在超滤和/或渗滤过程中再循环的一次性回路组件，一次性回路组件可以作为整体安装至装置组件的基础结构、优选地与装置组件的一次性缀合袋和一次性再循环袋以及其他一次性部件一起安装至装置组件的基础结构并且/或者从装置组件的基础结构拆卸。该装置组件还包括单个控制单元，该单个控制单元用于控制介质从缀合单元通过第一过滤单元输送至第二过滤单元，并且用于控制超滤和/或渗滤过程。
7、us2015/000777 a1示出了包括多个流体控制模块的模块化流体控制系统，每个流体控制模块包括歧管部分。这些模块机械地固定至支承元件。每个模块与邻近的模块紧密靠近，但是没有被机械地紧固。由于模块之间的紧密靠近，因此歧管通道的第一开口端部处的密封件抵靠相邻模块的第二开口端部密封，以在模块之间形成贯通通道。这些模块可以在不会干扰相邻单元的情况下从阵列内移除。
8、本发明的目的是克服从现有技术中已知的装置布置结构的局限性，并且使该装置布置结构能够容易地提供具有很大灵活性的单独配置的生物过程装置组件。
9、以上问题通过根据权利要求1的模块化系统来解决。本发明的有利且方便的实施方式通过从属权利要求是明显的。
技术实现思路
1、本发明提供了一种模块化系统，该模块化系统用于提供生物过程装置组件，并且包括刚性托架(skid)和多个网格模块。该托架包括以规则二维网格布置的多个相同的插入式结构。插入式结构的网格布置限定了具有相同标准形状和尺寸的二维插入域。网格模块中的至少一些网格模块具有匹配的配对插入式结构，该配对插入式结构适于将相应的网格模块固定至托架的插入式结构中的任一插入式结构。网格模块中的至少一些网格模块在固定至托架的插入式结构和/或相邻的网格模块时的安装状态下于网格平面中具有不大于插入域的标准尺寸的二维范围。网格模块中的至少一些网格模块包括至少一个连接端口，连接端口适于在标准位置和取向上接纳具有标准形状和尺寸的刚性通用流动连接器。每个网格模块的连接端口限定了通用流动连接器的标准位置和取向，使得在网格模块的安装状态下，网格模块可以经由通用流动连接器直接连接至相对网格模块的连接端口，所述相对网格模块固定至该网格模块或相邻的插入式结构。作为替代方案，网格模块可以经由通用流动连接器连接至另一通用流动连接器，所述另一通用流动连接器被接纳在与相邻的插入式结构固定的相对网格模块的连接端口中。网格模块中的至少一些网格模块具有待处理或分析的介质可以流动通过或流入的至少一个一体式流体管线。一体式流体管线与网格模块的连接端口进行流体连通。多个网格模块包括：至少一个流动控制网格模块，流动控制网格模块具有用于主动改变介质的流动特性的器件；和/或至少一个交互网格模块，交互网格模块具有用于感测、检测或测量介质的特性的器件。
2、模块化系统允许多个交互网格模块以可拆卸的方式固定在托架上的多个限定位置中的任一限定位置中，以创建单独配置的生物过程装置组件。由于相邻的网格模块之间的直接流动连接，因此可以实现紧凑的无管设置。由于网格模块可以容易地替换或交换，因此实现了很大的灵活性。本发明一方面允许在过程开发中创建灵活的试用套件，并且另一方面允许创建完全独立的、预组装有良好生产规范(gmp，good manufacturing practice)的预备生产组件。
3、在给定的上下文中，刚性托架被理解为刚性框架、板或任何其他支承结构，其设置有多个规则布置的插入式结构、优选地位于大致平坦的表面上的多个规则布置的插入式结构，以用于承载多个网格模块。托架可以是工作平台或控制塔或类似系统的一部分，以用于帮助执行单元操作。
4、根据本发明，托架的插入式结构以规则二维网格布置。这意味着由规则布置的插入式结构的位置限定的插入域都具有相同的形状和尺寸。特别地，所述形状是矩形(例如，正方形)或正多边形(等角和等边)，从而导致托架的规则的棋盘形布置。例如，规则二维网格可以是直线笛卡尔网格或蜂窝状网格。
5、网格模块是提供生物过程装置组件中通常所需的功能的单独单元。各种类型的网格模块可以分配给不同的组或类别。根据本发明，多个网格模块包括具有用于主动改变介质的流动特性的器件的至少一个流动控制网格模块、和/或包括具有用于感测、检测或测量介质特性的器件的至少一个交互网格模块。控制网格模块可以包括例如阀或泵，而交互网格模块可以包括例如传感器或探头。当然，如稍后将解释的，也可以采用其他类型的网格模块。
6、网格模块通常具有与托架的插入式结构相匹配的配对插入式结构。然而，要注意的是，并非所有网格模块都需要具有这样的配对插入式结构。网格模块中的一些网格模块可以由其相邻的网格模块中的一个或更多个网格模块保持，所述相邻的网格模块又经由其配对插入式结构固定至托架。
7、此外，网格模块中的一些网格模块可以具有比常规插入域的标准尺寸大的二维范围。特别地，网格模块在网格平面中的方向中的一个方向上的尺寸可以大于标准尺寸插入域的对应尺寸。然而，根据本发明，这样的较大网格模块的尺寸使得其确保较大网格模块可以经由通用流动连接器连接至具有标准尺寸的相邻网格模块。简单来说，较大网格模块的尺寸可以是插入域的对应尺寸的整数倍。
8、具有流体相关功能的任何相邻网格模块之间的流体连接是经由具有标准形状和标准尺寸的通用流动连接器来提供的。这意味着连接器不是对于各个网格模块(类型)是特定的，而是对于所有网格模块是公共的。由于所有需要流体连接的网格模块都适于在标准位置和取向上接纳这种通用流动连接器，因此整个模块化系统仅需要提供一种类型的流动连接器。根据本发明，每个网格模块的连接端口限定了通用流动连接器的标准位置和取向(相对于网格平面)，使得在网格模块的安装状态下，各个网格模块可以经由通用流动连接器连接至连接端口或连接至与相邻插入式结构固定的相对网格模块的通用流动连接器，而不管网格模块的实际类型如何(只要其具有流体连接即可)。
9、要注意的是，通用流动连接器还提供了两个相邻网格模块之间的机械连接，从而确保网格模块不能相对于彼此移位。这种机械连接构思甚至可以独立于流动连接使用，即通用流动连接器可以用于在两个相邻网格模块之间仅提供机械连接，而无需建立流动连接。
10、要注意的是，通用流动连接器可以永久地固定至网格模块或作为网格模块的一体部分。在这种情况下，连接端口和通用流动连接器形成为一个件。从逻辑的角度来看，连接端口然后应当被理解为下述结构：该结构直接环绕通用流动连接器并补充进入或离开网格模块的一体式流体管线的流动路径。
11、网格模块的连接端口与一体式流体管线流体连通。对于某些应用，该流体管线作为待分析的介质可以流入的死端流体管线是足够的。这种死端可以用作许多不同参数的共同测量位置，使得仅需要一个死端流体管线来测量各种参数。
12、可以视情况选择网格模块的实际形状和尺寸以及二维插入域在托架上的相应标准形状和尺寸。对于低容量的实验设置(实验室规模)而言，网格模块和插入域与大容量商业制造组件(生产规模)中使用的网格模块相比可能较小。对于连接端口的直径也是如此。
13、除了流动控制模块和交互网格模块之外，根据本发明的模块化系统还可以包括其他类型的网格模块。特别地，多个网格模块还可以包括至少一个连接器网格模块或至少一个歧管网格模块。连接器网格模块提供了用于将距离远的网格模块连接的简单流体路径，而歧管网格模块将流体分配至多个网格模块或从多个网格模块中收集流体。例如，歧管网格模块中的流体管线可以具有y形、t形或x形构型。
14、本发明的模块化构思在利用下述网格模块的实践中最为有效：这些网格模块在网格平面中的最大范围等于插入域的相应范围。无论插入域的实际形状(例如，正方形或正六边形)如何，这都为设置下述清晰的单独配置提供了最大的灵活性：这些单独配置可以在必要时由用户进行容易地组装和更改。
15、根据本发明的一优选实施方式，网格模块中的至少一个网格模块包括呈直角布置的四个连接端口。这允许最大的灵活性，因为这种网格模块可以在网格平面中的所有正交方向上建立流动连接。
16、网格模块的布置甚至可以在另一方向上扩展，从而允许甚至更复杂的三维配置。为此目的，网格模块中的至少一个网格模块包括另一插入式结构，所述另一插入式结构允许另一网格模块在与网格平面垂直的方向上被连接。根据这一构思，网格模块可以相互堆叠，以克服二维网格模块图案的局限性。
17、为了在堆叠的网格模块之间提供流动连接，至少一个网格模块包括通用流动连接器，该通用流动连接器在网格模块的安装状态下沿与网格平面垂直的方向定向。
18、除了流动连接之外，对最终生物过程装置组件中所需的任何电气和/或光学连接进行标准化也是有用的。因此，网格模块中的至少一些网格模块可以包括至少一个通用电气和/或光学连接器，至少一个通用电气和/或光学连接器适于连接至相邻网格模块的通用电气和/或光学连接器，或者连接至相邻网格模块的电气和/或光学接口。
19、根据本发明的另一改进方案，模块化系统不限于流体相关的网格模块，而是还包括至少一个非流体网格模块，至少一个非流体网格模块不具有与相邻网格模块的任何流体连接，而是具有至少一个通用机械和/或电气和/或光学连接器，至少一个通用机械和/或电气和/或光学连接器适于连接至相邻网格模块的通用机械和/或电气和/或光学连接器。
20、在某些布置中通常使用的网格模块中的一些网格模块可以在其固定至托架之前被预组装，以形成结构性单元。
21、特别地，预组装的网格模块组可以在安装箱中保持在一起或通过安装框架保持在一起，以便于容易地运输和安装。根据一变型，所述箱或框架自身包括流动和/或电气和/或光学连接器。
22、安装箱或安装框架自身也可以是本发明意义上的托架。这意味着安装箱或安装框架用作支承结构，并且提供多个规则布置的插入式结构，以用于承载相应数目的网格模块。在这种情况下，安装箱或安装框架以及固定在其中的网格模块可以构成本发明意义上的独立(自主)的生物过程装置组件。
23、为了帮助用户设置模块化系统的配置并避免混淆，网格模块中的至少一些网格模块可以在其外表面上设置有与相应网格模块相关联的功能的示意性图形表示。这允许用户随时容易地识别网格模块的功能。
24、在托架的插入域中的至少一些插入域中也可以设置示意性图形表示。特别是当某些插入域为特定网格模块保留时，与那些网格模块相关联的功能的这种示意性图形表示向用户示出了安置那些网格模块的位置。根据本发明的另一改进方案，可以根据预定的配置方案(配置方案的一预定部分)或根据用计算机程序创建的数字配置方案来使示意性图形表示在插入域中可视化。虽然永久性图形表示可以被实现为印刷品、蚀刻结构等，但是可变的图形表示将需要托架包括一个或更多个显示器或照明器件，或者图形表示由投射器投影在托架上，或者图形表示经由ar(增强现实)呈现给用户。
25、为了避免与电源和数据/信号传输相关的线缆的麻烦，网格模块可以包括无线通信模块和/或无线电力接收器。
26、本发明的主要方面是功能部件、特别是传感器在网格模块中的一些网格模块中的一体化。这种传感器用于监测流动通过相应模块的介质的某些特性。为了便于安置和安装这样的功能部件，可以使用适于接纳通用功能部件的通用接纳部。“通用”意指不同类型的功能部件的设计与接纳部的标准设计相匹配，使得接纳部能够接纳不同类型的功能部件。
27、优选地，通用接纳部被结合到网格模块的流体管线或流动连接器中。要理解的是，流体管线或流动连接器自身可以被设计成使得不需要额外的部件来接纳功能部件，即流体管线或流动连接器自身可以作为通用接纳部。
28、如之前已经指示的，网格模块中的至少一个网格模块可以包括多个功能部件。例如，包括阀的流动控制网格模块还可以包括传感器或流通池，或者包括交叉流体管线的网格模块还可以包括容纳在流体管线部分中的一些流体管线部分中的多个传感器。
29、网格模块中的一个或更多个网格模块可以包括具有可伸出的钩状件的固定机构，以便经由钩状件将网格模块固定至托架。
30、网格模块可以包括用于将具有与安装结构相匹配的结构的部件固定的安装结构。因此，网格模块的安装结构用作固定例如探头或其他部件所用的转接器。
31、如开头所提及的，特别是在高质量活性成分的制药生产中，一次性设备由于具有可实现的高度灵活性以及节省时间、投资和诸如这种设备的清洁、验证和检查之类的操作费用而被越来越多地使用。一次性设备不仅用于产品和过程开发领域中，而且还用于审批流程中所用的临床试验制造(clinical trial manufacturing，ctm)领域中，并且甚至用于药品生产中的商业良好生产规范(gmp)中。因此，优选的是，根据本发明的模块化系统的网格模块是由下述材料制成的一次性网格模块：这些材料在通过诸如伽马(gamma)射线、β射线或x射线之类的电离辐射或通过化学物质或通过蒸汽进行灭菌时性能不会显著劣化。这意味着这种材料的基本特性如机械稳定性、韧性(与脆性相反)等以及由这种材料制成的部件的尺寸不会受到灭菌过程的显著影响。
32、根据本发明的一优选实施方式，用于网格模块的材料可以进一步区分如下：在使用期间与流体接触的任何部件由一组第一材料制成，以满足与药物产品和中间体接触的材料的高安全性和监管要求，并且在使用期间不与流体接触的任何结构性部件由一组与第一材料不同的第二材料制成。第一材料可以在以下标准中的至少一个标准方面被认证：生物安全性、化学相容性和坚固性、可提取物和/或可浸出物、tse/bse条例；而第二材料选自以下各项中的至少一项：再生塑料、可再生材料。材料的这种区别允许仅在需要的地方使用被高度监管的材料，并且因此减少co2足迹并节省资源和成本。
33、此外，根据本发明的特定实施方式，由第一材料和第二材料制成的部件的区别允许在使用之后将各部件容易地分离并适当地进一步处理。在使用之后，流体接触部件可以在无需打开流体接触部件的情况下与网格模块的其余部分分离，使得任何残留流体不会与网格模块的其余部分接触。这允许分成受污染部件/未受污染部件，分成不同类型的纯粹塑料/均质塑料(回收)，或者分成回收部分(可重复使用的可回收包装)和一次性部分。
34、本发明还提供了一种包括一算法的计算机程序，该算法用于创建由用户基于上述模块化系统配置的生物过程装置组件的数字模拟。计算机程序提供了网格模块的数字配对物和数字接口，从而使用户能够基于网格模块的数字配对物来配置生物过程装置组件的数字版本。然后，计算机程序提供了由用户配置的生物过程装置组件的功能的模拟。因此，计算机程序允许用户在于现实世界中构建生物过程装置组件之前，例如基于程序的拖放功能性来创建生物过程装置组件的数字版本。计算机程序帮助用户设置配置，并且可以测试和模拟该配置的功能，使得可以避免真实配置中代价高昂的误差。
35、为了帮助用户创建功能齐全的生物过程装置组件，计算机程序可以包括标准配置的模板、故障解决算法和可以基于人工智能的优化建议算法。
36、此外，由计算机程序创建的数字版本可以作为真实生物过程装置组件的数字孪生进行工作，以用于控制由装置组件执行的过程(特别是对泵、阀等进行控制)和/或用于检测(经由传感器等)及校正(调节过程参数等)偏差。
1.一种用于提供生物过程装置组件的模块化系统，所述模块化系统包括：
2.根据权利要求1所述的模块化系统，其特征在于，所述多个网格模块(12)还包括至少一个连接器网格模块或歧管网格模块。
3.根据权利要求1或2所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一些网格模块的二维范围是相同的。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一个网格模块包括呈直角布置的四个通用流动连接器(26；34)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一个网格模块包括另一插入式结构(14)，所述另一插入式结构(14)允许另一网格模块(12)经由所述另一网格模块(12)的配对插入式结构(22)在与所述网格平面垂直的方向上被连接。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，至少一个网格模块(12)包括在所述网格模块(12)的安装状态下沿与所述网格平面垂直的方向定向的通用流动连接器(26；34)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一些网格模块包括至少一个电气和/或光学连接器，所述电气和/或光学连接器适于连接至相邻的网格模块(12)的电气和/或光学连接器，或者适于连接至相邻的网格模块(12)的电气和/或光学接口。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述模块化系统还包括至少一个非流体网格模块，所述非流体网格模块与相邻的网格模块没有任何流体连接，而是具有至少一个机械和/或电气和/或光学连接器，所述机械和/或电气和/或光学连接器适于连接至相邻的网格模块的机械和/或电气和/或光学连接器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，由网格模块(12)组成的组在被固定至所述托架(10)之前被预组装并形成结构性单元。
10.根据权利要求9所述的模块化系统，其特征在于，经预组装的所述由网格模块(12)组成的组在安装箱(36)中保持在一起或通过安装框架保持在一起，所述箱(36)或所述框架可选地包括流动和/或电气和/或光学连接器。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一些网格模块具有外表面，所述外表面示出与相应的所述网格模块(12)相关联的功能的示意性图形表示(38)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一个网格模块包括无线通信模块和/或无线电力接收器。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一个网格模块包括用于接纳通用功能部件(40)的通用接纳部。
14.根据权利要求13所述的模块化系统，其特征在于，所述通用接纳部被结合到所述网格模块(12)的流体管线(32)或流动连接器中。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)中的至少一个网格模块包括多个功能部件(40)。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，至少一个网格模块(12)包括具有可伸出钩状件(48)的固定机构。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，至少一个网格模块(12)包括安装结构，所述安装结构用于将具有与所述安装结构相匹配的结构的部件固定。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，所述网格模块(12)是由在通过电离辐射或通过化学物质或通过蒸汽进行灭菌时性能不会显著劣化的材料制成的一次性网格模块。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统，其特征在于，在使用期间与流体接触的任何部件由一组第一材料制成，并且在使用期间不与流体接触的任何结构性部件由一组与所述第一材料不同的第二材料制成，所述第一材料在以下标准中的至少一个标准方面被认证：生物安全性、化学相容性和坚固性、可提取物和/或可浸出物、tse/bse条例；而所述第二材料选自以下各项中的至少一项：再生塑料、可再生材料。
20.一种包括一算法的计算机程序，所述算法用于创建由用户基于根据前述权利要求中的任一项所述的模块化系统而配置的生物过程装置组件的数字模拟，所述计算机程序提供所述网格模块(12)的数字配对物以及数字接口，从而使用户能够基于所述网格模块(12)的所述数字配对物来配置生物过程装置组件的数字版本，所述计算机程序提供所述生物过程装置组件的功能的模拟。
21.根据权利要求20所述的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括以下各项中的至少一项：标准配置的模板；故障解决算法；优化建议算法。
