MAVERICK設(shè)備概述

908 Devices的產(chǎn)品MAVERICK是一款基于拉曼光譜技術(shù)的在線生物過程分析（PAT）設(shè)備。它使用拉曼光譜技術(shù)和基于介質(zhì)化學(xué)和設(shè)備物理,，而非經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建的De Novo模型,，可以自動(dòng)解釋光譜并量化過程參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)葡萄糖,、乳酸和總細(xì)胞密度（TCD）的同時(shí)測(cè)量,。

盡管908 Devices的MAVERICK設(shè)備的全新模型在生物過程分析中提供了即插即用的低成本快速解決方案，但我們必須承認(rèn),，目前它提供的參數(shù)還是有限的,。這可能會(huì)在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中，限制了MAVERICK設(shè)備的使用范圍和效果,。

然而,，值得注意的是，MAVERICK設(shè)備本身也是出色的拉曼光譜檢測(cè)設(shè)備,。為了彌補(bǔ)這一局限性,，MAVERICK設(shè)備同時(shí)提供了原始數(shù)據(jù)（Raw Data）輸出,。這意味著用戶可以利用原始光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)自己的需求和目標(biāo),，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和處理,，這為用戶提供了更大的靈活性。

MAVERICK數(shù)據(jù)格式

MAVERICK設(shè)備將原始光譜數(shù)據(jù)保存為HDF5格式,，文件擴(kuò)展名為“.MSP”（MAVERICK Spectral文件）,。HDF5是一個(gè)開源非營(yíng)利性管理的格式，最初設(shè)計(jì)用于支持云和并行計(jì)算環(huán)境中的大型數(shù)據(jù)集,。大多數(shù)現(xiàn)代建模/計(jì)算軟件平臺(tái)支持HDF5文件格式,，包括Python、Matlab,、SAS,、JMP和R。盡管SIMCA不原生支持HDF5文件,，但可以使用Python腳本（提供示例代碼）將MAVERICK數(shù)據(jù)加載到SIMCA兼容的項(xiàng)目格式中,。

MAVERICK采集方式

在測(cè)量運(yùn)行時(shí)，MAVERICK會(huì)持續(xù)自動(dòng)地從光譜儀CCD中采集交替的明場(chǎng)和暗場(chǎng)圖像對(duì),。明場(chǎng)和暗場(chǎng)圖像都會(huì)保存在MSP文件中。MAVERICK每采集一幀圖像的曝光時(shí)間為5秒,。每個(gè)明場(chǎng)圖像是在激光照射下進(jìn)行的5秒采集,。每個(gè)暗場(chǎng)圖像也是等效時(shí)間的采集，但沒有激光照射,。MAVERICK會(huì)持續(xù)采集和保存這些明場(chǎng)和暗場(chǎng)圖像對(duì),，直到測(cè)量被暫停或停止,。

這些數(shù)據(jù)都會(huì)保留在MSP文件中,。

MAVERICK后處理方法

推薦的后處理方法包括暗場(chǎng)減法和響應(yīng)/量子效率校正。暗場(chǎng)減法是從明場(chǎng)圖像中減去暗場(chǎng)圖像,，可以消除測(cè)量中的偽跡,，如探測(cè)器暗電流、ADC電壓偏移和雜散光,。響應(yīng)/量子效率校正在使用或比較多臺(tái)MAVERICK設(shè)備（或其他拉曼光譜儀）的數(shù)據(jù)時(shí),，強(qiáng)烈建議應(yīng)用。

MAVERICK特殊之處和注意事項(xiàng)

當(dāng)將MAVERICK的拉曼光譜數(shù)據(jù)與其他拉曼系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí),，尤其是在信噪比方面,，必須考慮曝光時(shí)間和激光功率的差異。由于MAVERICK的采集時(shí)間通常比其他系統(tǒng)快得多,，這對(duì)于實(shí)時(shí)控制回路和環(huán)境光管理至關(guān)重要,，因此不應(yīng)僅將MAVERICK的5秒光譜與其他系統(tǒng)的30分鐘光譜進(jìn)行比較,。在后處理中，可以根據(jù)需要增加平均值,，以比較所需的等效曝光時(shí)間,。例如，平均6個(gè)處理過的拉曼光譜相當(dāng)于1分鐘的采集時(shí)間,，平均60個(gè)處理過的拉曼光譜相當(dāng)于10分鐘的采集時(shí)間,。

MAVERICK的拉曼光譜數(shù)據(jù)與市面上其他商用785nm激發(fā)拉曼平臺(tái)非常相似，有一些值得的注意的方面包括：

·       有用的拉曼位移范圍大約為300到3200 cm^-1（盡管MSP文件中提供了小于300cm^-1的數(shù)據(jù)）

·       液體/固體形態(tài)中的拉曼特征具有約6-8 cm^-1的固有線寬,。低于此線寬的光譜儀分辨率對(duì)線寬沒有明顯作用,。

·       從生物過程中獲取的MAVERICK數(shù)據(jù)將顯示水和樣品的拉曼活性成分等特征。

·       藍(lán)寶石中將會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)拉曼位移帶,。它們的存在和強(qiáng)度是有意義的——MAVERICK的連續(xù)性能驗(yàn)證檢查依賴于這些位移帶,。MAVERICK的全新模型中也使用了這些藍(lán)寶石位移特征。

·       如果MAVERICK無(wú)法在拉曼光譜中看到幾個(gè)關(guān)鍵的性能驗(yàn)證特征：藍(lán)寶石,、水和其他幾個(gè)專有方面,，它實(shí)際上會(huì)中斷數(shù)據(jù)采集。因此,，它不能用作通用拉曼光譜儀,。

MAVERICK的OPC UA特性

MAVERICK的優(yōu)勢(shì)并非只在于其強(qiáng)大的拉曼數(shù)據(jù)處理能力，它在工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)上也有獨(dú)到之處,，它不僅可以輸出模擬信號(hào),，同時(shí)相較于市場(chǎng)上的其他競(jìng)品，MAVERICK的一大優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)OPC UA（OLE for Process Control Unified Architecture）的全面支持,。

OPC UA是一種用于工業(yè)自動(dòng)化和通信的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),。它起源于1994年，由一群工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的軟件和硬件供應(yīng)商組成的OPC基金會(huì)開發(fā),。OPC UA協(xié)議的優(yōu)勢(shì)包括跨平臺(tái)工作的靈活性,、數(shù)據(jù)安全性以及隨著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息的可擴(kuò)展性。在生物制藥領(lǐng)域,，OPC UA提供了構(gòu)建控制系統(tǒng)工作流的基礎(chǔ)模塊,。

MAVERICK的OPC UA使用方法

一．連接OPC UA 客戶端

要使用MAVERICK的OPC UA功能，您只需要將MAVERICK Hub連接到本地網(wǎng)絡(luò),，即可在“系統(tǒng)信息”條目中,，找到分配給 MAVERICK 的 IP 地址。（圖1）

圖 1.系統(tǒng)信息屏幕顯?MAVERICK IP 地址

為了讀取數(shù)據(jù),，您需要 OPC-UA 客?端,。我們以“UaExpert Client”（如圖2）為例，該軟件可以免費(fèi)使?,。無(wú)論您使用何種客戶端,，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是相同的,，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)是由 OPC-UA 服務(wù)器創(chuàng)建的，但客?端程序在菜單的呈現(xiàn)和排列??可能有所不同,。

    圖2. UaExpert 及版本信息

要添加 OPC 服務(wù)器,，請(qǐng)選擇“服務(wù)器 ?> 添加”或選擇符號(hào)“+”（圖3中的橙?圓圈）。

圖 3. 添加服務(wù)器菜單和?具欄按鈕

接下來(lái),，雙擊“?定義發(fā)現(xiàn)”下的“雙擊添加服務(wù)器...”,，然后輸?MAVERICK的IP地址，如圖4所?,。

圖4. 輸?服務(wù)器的 URL

輸?此信息后,，您將看到此窗?，其中“OK”按鈕呈灰?,。（如圖5）

圖5. 添加服務(wù)器 - ?定義發(fā)現(xiàn)

接下來(lái),，單擊放?鏡符號(hào)旁邊的箭頭，然后雙擊“NodeOPCU”?本以顯?“Replace Hostname”窗?,，按“Yes”繼續(xù),。（圖6）

圖 6. 替換主機(jī)名

這將產(chǎn)? OPCUA 服務(wù)器下的加密選項(xiàng)列表。選擇“None”,，將?份驗(yàn)證設(shè)置選擇保留為“Anonymity”,。單擊“確定”。（圖7）

圖7. 加密選項(xiàng)

為了連接到服務(wù)器,，請(qǐng)打開“服務(wù)器 -> 連接”或按插頭符號(hào)（圖8中的橙?圓圈）

圖 8. 連接到服務(wù)器

?次連接到服務(wù)器時(shí),，您可能會(huì)遇到此證書驗(yàn)證窗?警告，表明證書不受信任,。選擇“Trust Server Certificate”,。這應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致從“Bad Certificate Untrusted”更改為“Good”,。選擇“Continue”,。（圖9）

圖9. 證書驗(yàn)證

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由 OPC-UA 服務(wù)器傳輸并顯?在““Adress Space”中,。（圖10）

圖 10. 地址空間

左鍵單擊特定分析物會(huì)產(chǎn)?關(guān)鍵詳細(xì)信息：Node Id,、Display Name、Value,、MinimumSamplingInterval,。(圖11)

圖 11. 屬性

左鍵單擊“Address Space”內(nèi)的變量，按住按鈕并將其拖動(dòng)到“Data Access View”中,。包含所有信息的變量將顯?在“Data Access View”內(nèi),，這其中變量將實(shí)時(shí)顯?和更新。（圖 12）

圖 12. 數(shù)據(jù)訪問視圖

您還可以通過右鍵單擊數(shù)據(jù)訪問視圖??部分的任意位置并選擇“add custom node”來(lái)將分析物添加到數(shù)據(jù)訪問視圖,。將 Node ID 粘貼到?本框中,，并將第?個(gè)輸?框“NsIndex”設(shè)置為 1,。請(qǐng)注意，第?個(gè)輸?框的值應(yīng)始終為1,。圖13顯?了添加了所有 MAVERICK 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)訪問視圖,。

圖 13. 數(shù)據(jù)訪問視圖中顯?的所有 Maverick 節(jié)點(diǎn)