Major Science台式控制器技术解析：模块化设计生物过程控制创新

在现代化实验室中，精准的过程控制与高效的实验流程已成为科研成功的关键因素，中国台湾Major Science的台式控制器系列凭借其模块化设计、智能化控制和多系统集成能力，正在成为生物过程控制领域的创新。

在现代生物技术研究与工业发酵生产中，实验的重复性、可扩展性和过程可控性直接影响研发成果与生产效率。Major Science台式控制器系列专为应对这些挑战而设计，通过先进的控制算法与灵活的硬件配置，为科研与工业用户提供了从基础研究到中试生产的全面解决方案。

01 产品系列与系统架构

Major Science台式控制器系列主要包括FS-05并联发酵系统和FS-07 Winpact Evo发酵系统两大核心型号，形成了一套完整的生物过程控制解决方案。

FS-05系统采用独特的"一对二"设计，单个控制器可同时独立控制两个发酵罐，实现了真正的并行实验能力。这种架构允许用户在相同条件下进行重复实验验证，或在不同条件下进行对比实验，大幅提升了实验效率与数据可比性。

FS-07系统作为FS-05的单侧版本，保留了核心功能的同时，特别增强了控制器的处理性能与系统多功能性，尤其适合需要高度定制化的实验场景。

两款控制器均支持通过外部PC上的单一界面控制最多16个独立系统，即最多可同步管理32个发酵罐（FS-05）或16个发酵罐（FS-07），为大规模实验与工艺优化提供了的扩展能力。

系统采用模块化架构，将控制核心、传感器模块、执行机构和软件平台分离设计，用户可根据实验需求灵活配置硬件组件与软件功能。这种设计不仅提高了系统的适应性，也显著降低了后续升级与维护成本。

02 核心硬件技术特点

Major Science台式控制器在硬件设计上融合了多项创新技术，确保在复杂的实验室环境中保持稳定可靠的性能。

精准的温度控制系统

控制器集成了双加热系统，将恒温器加热和干加热合二为一，用户可根据实验需求自由选择或组合使用两种加热模式。系统支持从环境温度至40°C的宽范围温度控制，精度可达±0.1°C，满足微生物培养与酶反应等对温度敏感的生物过程要求。

温度控制系统采用自适应控制技术，能够自动学习实验过程特性，最小化设定点超调，提供的温度稳定性。对于需要多步温度变化的复杂实验，控制器的Ramp/Soak功能支持最多40步温度程序编排，可精确控制升温速率、保温时间和结束条件。

多功能搅拌与气体控制

控制器配备无刷电机驱动的搅拌系统，转速范围500-3500rpm，提供稳定且可重复的混合条件。针对FS-05和FS-07系统，Major Science设计了专门的固态容器，支持0°-90°旋转并可进行120°收获，极大地增强了系统的应用范围。

气体控制方面，系统集成了可调节空气与氧气流量计，精确监控培养过程中的气体供应。与高度耐酸碱的Watson Marlow蠕动泵配合，系统可实现酸碱度调节、消泡控制和营养物补料等多种功能，满足高强度发酵过程的长期运行需求。

灵活的容器兼容性

Major Science控制器支持五种可互换的耐高压灭菌玻璃容器，容量覆盖从0.5L到20L的广泛范围。这种设计使同一控制器可适配多种实验规模，从初步筛选到工艺优化均能胜任。

系统兼容的容器类型包括双层夹套圆底反应罐、单层圆底反应罐、气升式反应罐、单层圆底加热毯式反应罐和单层底部加热式反应罐，几乎涵盖了所有常见的生物反应器类型。

03 软件功能与用户界面

Major Science台式控制器的软件平台基于Linux操作系统构建，提供了稳定、防病毒的工作环境，同时具备强大的数据处理与程序控制能力。

控制核心采用数字式微处理器，配备2.6英寸至10.4英寸不等的LCD彩色触摸屏，提供直观的图形化操作界面。界面设计充分考虑用户体验，支持多语言显示，显著缩短了用户的学习与培训时间。

软件支持15步顺序控制程序，可对pH、溶解氧、温度、搅拌速度和补料等参数进行精细化控制。系统内部可存储高达59,994个用户程序和100个过程数据文件，满足长期实验与复杂工艺的数据管理需求。

Winpact SCADA软件通过以太网通信与IP寻址实现远程监控功能，用户无需购买额外软件即可通过网络浏览器实时查看和控制实验过程。可选配的Winpact EZScript软件更提供了高级发酵过程的编程能力，适合需要复杂控制策略的研究项目。

系统还集成了pH Stat智能调节技术与二阶溶氧特色集成进料策略，通过实时监测关键参数自动调整营养物添加策略，优化细胞生长与产物合成条件。

04 主要技术参数

下表列出了Major Science台式控制器系列的关键技术参数：

05 应用领域与典型案例

Major Science台式控制器凭借其灵活的设计与精准的控制能力，在多个领域发挥着关键作用：

微生物发酵与细胞培养

系统全面兼容微生物和细胞培养应用，提供完整的温度、pH、溶解氧和营养物供给控制。在抗生素生产、重组蛋白表达和疫苗开发等领域，控制器的高精度参数控制确保了过程的一致性与产品的可靠性。

并行实验能力使研究人员能够在相同条件下进行重复实验以验证结果可靠性，或在不同条件下筛选最佳培养参数，显著缩短工艺开发周期。

生物工艺开发与优化

系统的15步顺序控制程序与大容量程序存储能力使其成为生物工艺开发与优化的理想平台。用户可编程控制pH、溶解氧、温度、搅拌和补料等多个参数，模拟不同规模的生产条件，实现从实验室到生产的无缝放大。

实时数据记录与导出功能确保实验数据的完整性与可追溯性，为工艺表征与法规申报提供可靠支持。

合成化学与催化反应

除了生物应用，Major Science控制器还可用于合成化学、变性、衍生、组合化学、样品浓度、酶检测和过程优化等多种化学过程。

系统的宽温度控制范围（室温+5℃至200℃）与精确的温度均匀性（±0.7°C @ 150°C）使其能够满足大多数化学反应的温度要求。

06 选型与操作指南

系统选型考量

选择适合的Major Science台式控制器时，需综合考虑以下因素：

• 实验规模：小规模筛选可选TS-8W等多孔系统，而中试规模则宜选择FS-05或FS-07配套大容量容器。

• 控制需求：简单温度控制任务可选择基础型号，而复杂发酵过程则需FS-05或FS-07等多参数控制系统。

• 并行处理需求：需要同步对比实验时，FS-05的双罐并行控制提供显著效率优势。

• 扩展性要求：未来可能需要扩大实验规模的用户应选择支持多系统集成的型号，如FS-05或FS-07。

操作与维护要点

为确保Major Science控制器的长期稳定运行，需遵循以下操作与维护规范：

• 定期校准：使用帮助菜单中的传感器校准功能，定期对pH、溶解氧和温度传感器进行校准，确保数据准确性。

• 程序备份：利用系统的大容量存储能力，定期备份用户程序与过程数据，防止意外数据丢失。

• 预防性维护：利用系统的模块化设计，定期检查关键组件如蠕动泵管、密封件和过滤器的状态，及时更换磨损部件。

• 安全操作：严格遵守8个用户账户的权限管理，确保实验参数与程序的安全性。

07 技术创新与未来展望

Major Science台式控制器系列体现了多项技术创新，包括：

并行处理架构使单控制器同时管理多个独立生物反应器成为可能，大幅提高了实验效率与数据质量。

模块化设计理念允许用户根据需求变化灵活升级系统组件，延长了设备的使用寿命并降低了总体拥有成本。

基于Linux的稳定平台提供了抗病毒干扰的可靠运行环境，特别适合需要长时间连续运行的发酵过程。

远程监控能力通过普通的电话即可实时监控和控制反应参数，为研究人员提供了的便利。

展望未来，随着人工智能与机器学习技术的不断发展，预计Major Science控制器将进一步增强预测控制能力与自适应优化功能，通过分析历史数据与实时参数，自动调整控制策略以实现最佳过程性能。

同时，与实验室信息管理系统（LIMS）的深度集成也将成为重要发展方向，实现实验设计、执行、分析与报告的全流程数字化管理。

Major Science台式控制器通过其创新的并行控制架构、精密的温度与搅拌控制及强大的软件平台，为现代实验室提供了全面而灵活的过程控制解决方案。无论是基础研究还是工业应用，它都能提供可靠、重复性高的实验结果。

随着生物技术与合成生物学的快速发展，对实验过程控制的要求将愈加严格，Major Science控制器将继续在这一领域发挥重要作用，为科研进步与工业创新提供坚实的技术支持。