控制组合反应设备

“第四届全国化学反应工程控制与反应设备优化交流研讨会” 随着中国经济的快速发展，化学工业迎来了机遇也面临着挑战，化学反应工程主要以工业反应过程为主要研究对象，包括反应技术的开发、反应过程的优化控制和反应器设计，涉及化工、石油、轻工、医药、生化、食品、冶金等各个领域，为了进一步加深企业与院校及科研院所间的交流与合作，促进我国化学反应工程技术开发和交流，推动我国化学反应工程的发展，中国化工学会培训中心将于2014年8月17日-19日在上海市举办“第四届全国化学反应工程控制与反应设备优化交流研讨会”，届时将邀请有关部门领导、专家到会演讲，并进行专题交流研讨。请各有关单位积极派员参加，现将有关事项通知如下：一、会议组织结构主办单位：中国化工学会培训中心 支持单位：康宁（上海）管理有限公司二、会议时间地点：时间：2014年8月17日-19日（17日全天报到）地点: 上海市（地点确定直接通知报名者）三、会议主要交流研讨内容：1、研究化学反应规律，建立反应动力学模型2、化学反应和分离单元耦合集成技术及其应用3、新型反应工艺技术的开发及其分析应用4、化工反应过程强化技术及反应绿色化5、影响反应工程的因素如返混、混合、热稳定性和参数灵敏性等6、工业反应过程开发放大、模拟、操作优化与控制7、催化反应过程优化与制备及工程化技术8、反应过程中催化剂的选择对纯度的影响9、化学反应过程温度、压力、流量、液位等控制及典型案例解析10、化工连续生产装置集成调度优化运行技术及工业应用11、新材料反应工程、新技术工艺、新设备在化工反应领域的应用12、新型反应器的开发设计和应用及优化13、反应器的传递规律与传递模型建立及传递过程的影响14、工业反应器的放大、工艺优化与反应工程的新进展15、反应器的安全控制和故障诊断及案例分析四、会议费用：2400元/人（含会务费、资料费、餐费）。住宿统一安排，费用自理。五、会议形式说明：1、邀请国内主管部门领导、权威专家做专题报告，并针对目前工作中遇到的问题和难点作交流指导。 2、邀请国内外先进化学反应技术持有单位采用现场演讲、实物展示、图片展览、多媒体展播、会刊等多种方式对推介技术（产品）进行介绍。 3、组织国内化学反应工艺与反应器研究院所、高等院校、生产企业及相关配套企业等单位技术需求调查、技术交流与合作等活动。六、会刊征集:1、本次研讨会将面向全国征集与主题相关的学术报告、论文、调研成果，将择优选用并安排会议发言。2、本次会议会前将印刷会刊（论文集）作为会议资料，请拟提交论文的人员2014年8月8日前将论文题目和摘要提交给会务组信箱。3、要求论文字数不超过5000字，文件格式为word文档。具体内容包括：论文题目、作者姓名、工作单位、通讯地址、邮政编码、电话、论文摘要、关键词、正文、主要参考文献、英文摘要。七、联系方式：大会组委会秘书处：电 话：010-60338926 传 真：010-60338926联 系 人: 祁慧杰 手 机：13146821314电子邮箱：hgxh_2012@163.com 部分专家介绍及报告 1、韩一帆 教授 华东理工大学化工学院、主要研究方向：多相催化及洁净能源与环境保护技术开发、催化反应动力学与反应机理、催化表征新 方法等方面的研究。2、孙兰义 教授 中国石油大学（华东）、研究方向：高效过程设备（塔板、填料、反应器内构件、换热器）的开发、节能型（耦合）精馏过程 的模拟、优化与控制、过程工业能量系统分析与综合优化。3、顾正桂 教授 南京师范大学、江苏省萃取分离工程技术研究中心主任、主要研究方向：分离集成技术的研究、在萃取与连续反应集成技术领域。4、关凯书 教授 华东理工大学化工机械研究所、主要研究方向：承压设备结构完整性、微试样测试技术、过程设备失效分析与预防、纳米涂层。5、李士雨 教授 天津大学化工学院，主要研究方向：化工过程模拟、优化技术、化工信息技术、过程集成技术6、马 兵 博士 美国康宁公司应用开发与商务经理、毕业于美国杨百翰大学（Brigham Young University）化学与生物化学系。主要研究方向:具有生物活性的天然化合物全合成研究。 7、杨 超 研究员 中国科学院过程工程研究所、主要研究方向：化学反应工程、化工流体力学、多相传递过程、微生物冶金；研究成果已在己内酰胺等工业过程中应用。8、金晓明 总经理 浙江中控软件技术有限公司、浙江大学教授、主要研究方向：模糊控制等先进控制策略，工业过程的数据集成、智能监视与优化，先进控制技术在炼油、化工工业典型装置中的应用。 9、骞伟中 副教授 清华大学化学工程系、主要研究方向：多相流反应器工程技术（多段流化床与分布器）与多种流化床工艺应用。10、陈建峰 教授 北京化工大学化工系主任。主要研究方向：纳米材料、超重力反应工程与技术）、微反应器技术。11、陈光文 研究员 中国科学院大连化学物理研究所主要研究方向：“微化学工程”和“化学反应工程”。12、许光文 研究员 中国科学院过程工程研究所、主要研究方向：能源转换过程中的多相流、热物理、炭化学与环境保护方面的科学技术问题 以上为大会拟邀专家，正在邀请中的报告会在现场更新；②以上并非大会演讲顺序，日程安排以现场为准.。 电 话：010-60338926 传 真：010-60338926联 系 人: 祁慧杰 电子邮箱：hgxh_2012@163.com手 机：13146821314

摘要本期推文，编译了François Bertaux等发表在 Nature Communications期刊上的研究论文《使用 ReacSight 增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制》（Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight），介绍了 ReacSight，一种用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。ReacSight 利用低成本移液机器人进行样品采集、处理和装载，并提供灵活的仪器控制架构。作者展示了 ReacSight 在涉及酵母的三种实验应用中的能力，包括：基因表达的实时光遗传控制；营养缺乏对健康和细胞应激的影响；对双菌株混合群落的组成进行动态控制。引言小规模、低成本的生物反应器正在成为微生物系统和合成生物学研究的有力工具。它们允许在长时间（几天）内严格控制细胞培养参数（例如温度、细胞密度、培养基更新率）。这些独特的特点使研究人员能够进行复杂的实验,并实现实验的高度再现性。例如，当药物选择压力随着耐药性的发展而增加时，抗生素耐药性的表征，细胞间通信合成路径的细胞密度控制表征，以及使用组合敲除文库在动态变化温度下酵母适应度的全基因组表征。原位光密度测量只能提供总生物量浓度及其增长率的信息，而荧光测量的灵敏度低，背景高。通常还必须测量和跟踪培养细胞群体的关键特征，如基因表达水平、细胞应激水平、细胞大小和形态、细胞周期进程、不同基因型或表型的比例。研究人员通常需要手动提取、处理和测量培养样本，以便通过更灵敏和专业的仪器（如细胞仪、显微镜、测序仪）进行检测。手动干预通常繁琐、容易出错，并严重限制了可用的时间分辨率和范围（即夜间无时间点）。它还阻碍了培养条件对此类措施的动态适应。这种反应性实验控制目前正引起系统生物学和合成生物学的兴趣。它既可以用来维持种群的某种状态（外部反馈控制），也可以用来最大化实验的价值（反应性实验设计）。例如，外部反馈控制可用于解开复杂的细胞耦合和信号通路调控，控制微生物群落的组成，或优化工业生物生产。反应性实验设计在长时间不确定实验（如人工进化实验）的背景下特别有用。通过实现实时参数推断和优化实验设计，也有助于加速基于模型的生物系统表征。原则上，商业机器人设备和/或定制硬件可用于将生物反应器阵列连接到敏感的多样本（通常接受 96 孔板作为输入）测量设备。然而，这对设备采购、设备成本和软件集成提出了巨大挑战。当一个功能平台建立起来时，相应硬件和软件的升级和维护也极具挑战性。因此，迄今为止报告的例子很少。例如，只有两个小组展示了细菌或酵母培养物的自动细胞术和反应性光遗传学控制，设置仅限于单个连续培养物或具有有限连续培养能力的多个培养物。一组还展示了自动显微镜和反应性光遗传学控制单个酵母连续培养。ReacSight， 一种通用且灵活的策略，用于增强生物反应器阵列的自动化测量和反应实验控制。ReacSight 非常适合集成开放源代码、开放硬件组件，但也可以容纳封闭源代码、 仅限 GUI 的组件（如细胞仪）。首先，作者使用 ReacSight 组装一个平台，实现基于细胞术的特征描述和平行酵母连续培养的反应性光遗传学控制。重要的是，作者构建了两个版本的平台，要么使用定制的生物反应器阵列，要么使用最新的低成本、开放硬件、商业化的光遗传学 Chi.生物反应器。然后，作者在三个案例研究中证明了它的有用性。首先，作者在不同的生物反应器中用光实现基因表达的并行实时控制。第二，作者利用高度受控和信息丰富的竞争分析，探讨营养缺乏对健康和细胞应激的影响。第三，作者利用平台的养分稀缺性和反应性实验控制能力，实现对两个菌株混合群落的动态控制。最后，为了进一步证明 ReacSight 的通用性，作者使用它来增强具有吸液能力的平板阅读器，并对大肠杆菌临床分离物进行复杂的抗生素处理。结果测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制ReacSight 战略旨在增强用于自动测量和反应实验控制的生物反应器阵列， 以灵活和标准化的方式将硬件和软件元素结合起来（图 1）。吸管机器人用于以通用方式在任何生物反应器阵列和任何基于平板的测量设备之间建立物理连接（图 1a）。生物反应器培养物样本通过连接在机械臂上的泵控取样管线发送至移液机器人（取样）。使用移液机器人的一个主要优点是，在测量（处理）之前，可以在培养样本上自动执行不同的处理步骤。然后，样品由移液机器人转移至测量装置（装载）。当然，这需要测量设备的物理定位，以便当其装载托盘打开时，机器人手臂可以接近设备输入板的孔。部分接近设备输入板通常不是问题，因为机器人可用于在测量之间清洗输入板孔，允许随着时间的推移重复使用相同的孔（清洗）。重要的是，如果不需要反应性实验控制，或者如果不是基于测量，机器人功能也可以用于处理和存储培养样本，以便在实验结束时进行一次性离线测量，从而实现具有灵活时间分辨率和范围的自动测量。ReacSight 还提供了一些软件挑战的解决方案，这些软件挑战应该解决，以解锁多生物反应器的自动测量和反应实验控制（图 1b）。首先，需要对平台的所有仪器（生物反应器、移液机器人、测量设备）进行程序控制。其次，一台计算机应该与所有仪器进行通信，以协调整个实验。ReacSight 将 Python 编程语言的多功能性和强大功能与 Flask web 应用程序框架的通用性和可伸缩性相结合，以应对这两个挑战。事实上，Python 非常适合轻松构建 API 来控制各种仪器：有完善的开源库用于控制微控制器（如 Arduinos），甚至用于基于“点击”的控制 GUI 专用软件驱动缺少 API 的封闭源代码仪器（pyautogui）。重要的是，开源、低成本的吸管机器人 OT-2（Opentrons）附带了本地 Python API。Hamilton 机器人也可以通过 Python API 进行控制。然后，Flask 可用于公开所有仪器 API，以便通过本地网络进行简单访问。然后，从一台计算机协调对多个仪器的控制的任务基本上简化为发送 HTTP 请求的简单任务，例如使用 Python 模块请求。HTTP 请求 还可以使用社区级数字分发平台Discord 实现从实验到远程用户的用户友好通信。这种多功能仪表控制结构是 ReacSight 的关键组件。ReacSight 的另外两个关键组件是（1）通用的面向对象的事件实现（如果发生这种情况，请这样做），以促进反应性实验控制；（2）将所有仪器操作详尽记录到单个日志文件中。ReacSight 软件以及硬件的源文件在 ReacSight-Git 存储库中公开提供。图1 ReacSight：用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。a 在硬件方面，ReacSight 利用吸管机器人（如低成本、开源 Opentrons OT-2）在任何多生物反应器设置（eVOLVER、Chi.Bio、custom……）和任何基于平板的测量设备（平板阅读器、细胞仪、高通量显微镜、pH 计……）的输入之间建立物理链接。如有必要，可使用移液机器人对生物反应器样本进行处理（稀释、固定、提取、纯化……），然后再装入测量装置。如果不需要反应实验控制，处理过的样品也可以存储在机器人平台上进行离线测量（OT-2 温度模块可以帮助保存对温度敏感的样品）。b 在软件方面，ReacSight 通过基于Python 和PythonWeb 应用程序框架 Flask 的多功能仪器控制体系结构实现了全平台集成。ReacSight 软件还提供了一个通用事件系统，以实现反应性实验控制。显示了反应实验控制的简单用例的示例代码。实验控制还可以使用Discord webhooks 将实验状态通知远程用户，并生成详尽的日志文件。曼森自动化高通量发酵实验室曼森机器人自动化技术可根据客户实际需求进行定制化（可实现硬件+软件协同）完成复杂流程自动化。机器人自动化技术与平行反应器组合为生物领域科学研究助力，是实现生物技术biofoundry的重要技术基础；曼森生物致力于满足客户自动化、高通量的需求，推进合成生物技术产品快速产业化。曼森高通量发酵平台曼森实验室自动化系列曼森高通量自动样品检测机器人未完待续文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士

Haydonkerk Pittman最新推出了一款高效、精确、紧凑的双轴控制运动系统“Z-Theta”，该系统可以在超小空间中同时实现直线+旋转双轴运动，产品设计充分考虑了系统的集成性，与传统设计（需要多个供应商和复杂组装配件）不同，Z-Theta 是一个模块化设计的系统， 客户可以直接使用，给OEM 厂家的集成提供了极大的便利。Z-Theta双轴控制运动系统将ScrewRail花键轴、 螺杆和导轨集成在了一个细长的同轴管中，结合独特且紧凑的Haydonkerk双运动电机系统，实现了直线+旋转双轴运动。与其他方案相比，该系统减少了50%~80% 空间，更加紧凑，并且性价比更高，也更可靠。Z-Theta双轴控制运动系统 的优点：• 空间紧凑，尺寸小• 易于设备系统中集成• 模块集成化设计减少了采购成本和时间• 对于特殊应用可优化配置性能• 可兼容大部分驱动器和控制器Z-Theta双轴控制运动系统具有性能优越，使用寿命长且运行平稳、静音等优点，使得其在医疗仪器，实验室设备，机械自动化、半导体和轻工业自动化等应用中具有绝对优势。该系统支持客户个性化定制，包含多种螺杆导程、自由式或消间隙螺母、步进电机、多种分辨率的光学编码器等多种配置可选。Haydonkerk Pittman产品研发经理Join Keith Knight表示：“Z-theta 是一款高速、精确、尺寸紧凑、高性价比的双轴运动控制系统，Z-theta 双轴控制运动系统开发设计时特别考虑了实验室的自动化设备，适用于例如自动取样器、分析仪器、DNA测序仪等需要精密且高速运动的应用场景。随着实验室设备中的化学提取和分析工艺的进步，样品和流体部分的运动控制正在成为设备中越来越重要的一部分，设备体积越来越小是实验室设备发展的趋势。”Haydon Kerk Pittman在动控制应用和行业方面有丰富的经验，再加上对运动控制组件的专业了解，可以成为您下一个运动控制项目的合作伙伴。关于Haydonkerk PittmanHaydon Kerk Pittman是由精密运动控制领域3个品牌的组合，分别是Haydon、Kerk和Pittman。作为阿美特克精密运动控制（AMS）部门成员，Haydon Kerk Pittman （HKP）供应各种精密直线和旋转运动产品，被公认为是精密梯形丝杠和消隙螺母组件、直线步进电机、直线导轨和导向系统、有刷和无刷电机以及完全定制系统的领先制造商。HKP在全球范围内为实验室自动化、医疗仪器、半导体制造、运输、楼宇自动化和工业自动化等苛刻市场提供高性能的解决方案和产品。阿美特克是电子仪器和机电设备的全球领导者，年销售额约为50亿美金。为材料分析、超精密测量、过程分析、测试测量与通讯、电力系统与仪器、仪表与专用控制、精密运动控制、电子元器件与封装、特种金属产品等领域提供技术解决方案。全球共有18,000多名员工，150多家工厂，在美国及其它30多个国家设立了100多个销售及服务中心。