Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Mit Photonen im Trüben messen

Prozessparameter einfacher, flexibler und umfassender in Echtzeit und ohne Probenahme erfassen

16.06.2017

RWTH Aachen University

Gekrümmter Wellenleiter in einem Glaskörper, mit fs-Laserstrahlung strukturiert.

Vielfältige chemische und biotechnologische Prozesse sind mit dem Entstehen, dem Wachstum oder der Veränderung von Partikeln verbunden. Eine detaillierte Beobachtung von Partikelgröße und Partikelanzahl im laufenden Prozess ohne zeit- und arbeitsaufwändige Probenentnahme soll die Überwachung und Steuerung solcher Prozesse in Echtzeit zukünftig vereinfachen oder überhaupt erst ermöglichen. Im Projekt »WAVESCATTER« haben sich dazu vier Unternehmen und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT zusammengeschlossen. Ziel ist die Entwicklung einer winkelauflösenden Wellenleiter-Streulichtsonde für die präzise Inline-Partikelanalytik.

Wirkstoffe für Medikamente werden heute zum großen Teil durch spezielle Mikroorganismen in Bioreaktoren produziert, wo die Wachstumsprozesse von besonderer Bedeutung sind. Die Mikrobenkultur wird zusammen mit einer geeigneten Nährlösung in den Bioreaktor gebracht, vermehrt sich dort und produziert die gewünschte Substanz wie z.B. Insulin, den Lebensretter für Diabetiker. Die Mikrobenkultur im Bioreaktor darf auf keinen Fall mit anderen Mikroorganismen verunreinigt werden. Dies gelingt am besten, wenn der Reaktor hermetisch abgeschlossen wird, bis der Produktionsprozess beendet ist. Die Herausforderung liegt in der ständigen Überwachung des Prozesses für einen optimalen Ablauf, um beispielsweise die Nährstoffzugabe an das Wachstumsverhalten der Mikroorganismen anzupassen. Eine regelmäßige Probennahme mit nachfolgender Offline-Analyse der Mikrobenkultur ist nicht nur arbeits- und zeitintensiv, sondern stellt auch eine mögliche Kontaminationsquelle für den Bioreaktor dar. Bislang werden Proben aus dem Reaktor entnommen und verdünnt, um z.B. die Größenverteilung und Anzahldichte der Mikroorganismen messen zu können. Mit der im WAVESCATTER Projekt anvisierten Technologie wird eine inline-fähige Partikelanalytik entwickelt, die ohne Probenverdünnung auch in optisch dichten Lösungen Partikelgrößen zwischen wenigen 10 nm und mehreren µm in Echtzeit bestimmbar macht.

Dadurch werden völlig neue Möglichkeiten zur rückgekoppelten Überwachung und Steuerung von chemischen und biotechnologischen Produktionsprozessen ermöglicht. Eine Kontamination des Fermenters durch unerwünschte Fremdorganismen kann frühzeitig erkannt werden. Qualitätssicherung und Prozessausbeute können so verbessert werden. Damit die Probenentnahme aus einem Bioreaktor nicht mehr notwendig ist, hat sich das Konsortium in diesem Verbundprojekt zusammengefunden. Ziel ist die Entwicklung einer optischen Tauchsonde, welcher durch eine winkelaufgelöste Streulichtmessung die Größenverteilung von Partikeln z.B. in Biofermentern bestimmen kann. Die Lichtführung in der Sonde erfolgt mit Hilfe von Wellenleitern, die Lichtdetektion mit einer CCD / CMOS Zeile. Aus dem winkelaufgelösten Streulichtsignal können über die Partikelgrößenverteilung Informationen zu Zellgröße und Teilchenzahldichte im Inneren des Bioreaktors gewonnen und zur Prozesssteuerung verwendet werden. Eine Fremdbesiedelung durch unerwünschte Mikroorganismen kann frühzeitig erkannt werden. Perspektivisch ist auch die Ermittlung von wichtigen zellbiologischen Parametern möglich (Lebend- / Totzellunterscheidung, Erkennung von intrazellulären Inklusionskörpern).

Nach erfolgreichem Projektabschluss steht der Prozessanalytik in den Bereichen Arzneimittelherstellung und Lebensmittelproduktion ein neues Werkzeug zur Verfügung, mit dem Prozessparameter einfacher, flexibler und umfassender in Echtzeit und ohne Probenahme erfasst werden können. Weitere Einsatzgebiete können chemische Polymerisationsreaktionen, Kristallisationen oder Dispersionsprozesse sein.

Das Projekt »Winkelauflösende Wellenleiter-Streulichtsonde für die Inline-Prozessanalytik« – WAVESCATTER wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Photonik Forschung Deutschland, Förderinitiative »Digitale Optik«, unter dem Förderkennzeichen 13N14176 mit insgesamt 2,1 Mio € gefördert.

Projektkonsortium:

  • Hellma GmbH & Co. KG, Müllheim (Konsortialführer)
  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen
  • ABS Gesellschaft für Automatisierung, Bildverarbeitung und Software mbH, Jena
  • ARTES Biotechnology GmbH, Langenfeld (Rheinland)
  • LightFab GmbH, Aachen
  • HiTec Zang GmbH, Herzogenrath.
Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Prozessüberwachung
  • Tauchsonden
  • optische Tauchsonden
Mehr über Fraunhofer-Institut ILT
  • News

    Mit Laserlicht zur gedruckten Elektronikvielfalt

    Die Ansprüche an die bauteilintegrierte Elektronik sind in den letzten Jahren in vielen Branchen so stark gestiegen, dass sie sich oft nicht mehr mit konventionellen Elektronikkomponenten realisieren lassen. Als Alternative befindet sich die gedruckte Elektronik auf dem Vormarsch. Welche Ro ... mehr

    Polymerstrukturen schneller produzieren – zwei Verfahren in einer Maschine

    Entweder schnell oder präzise – beides geht nicht bei der Herstellung feinster Polymerstrukturen mit dem Laser. Oder doch? Die Kombination von Stereolithografie und Multiphotonen-Polymerisation soll es möglich machen: Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickeln ... mehr

    Oberflächen mit Highspeed veredeln

    Präzise und gut, aber zu langsam – so lassen sich die meisten Laserverfahren für die Oberflächenbearbeitung beschreiben. Im EU-Forschungsprojekt ultraSURFACE entwickelt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen zusammen mit neun internationalen Partnern bis zum Ende des Jahres ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT)

    ILT - dieses Kürzel steht seit über 20 Jahren für gebündeltes Know-how im Bereich Lasertechnik. Innovative Lösungen von Fertigungs- und Produktionsaufgaben, Entwicklung neuer technischer Komponenten, kompetente Beratung und Ausbildung, hochspezialisiertes Personal, neuester Stand der Techni ... mehr

Mehr über Fraunhofer-Gesellschaft
  • News

    Preiswerte Energiespeicher für das Elektroauto von morgen

    Um Batterien künftig preisgünstiger und umweltschonender herstellen zu können, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden ein neues Produktionsverfahren entwickelt. Dabei beschichten sie die Elektroden der Energiespeicherzellen mit einem trockenen ... mehr

    Chemikalien aus Kohlenstoffdioxid – mit Plasma und Perowskitmembranen

    Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und der Universität Stuttgart wollen das klimaschädliche Treibhausgas Kohlenstoffdioxid als Rohstoff zur Herstellung von Chemikalien nutzbar machen. Hierzu entwickeln sie einen kombinierten Plasma- und Membranp ... mehr

    Süßlicher Duft mit giftigem Beigeschmack?

    Bunte, weiche Schaumstofffiguren, sogenannte Squishies, erfreuen sich bei Kindern zunehmender Beliebtheit. Allerdings weisen einige Produkte einen auffälligen Geruch auf. Bei manchen Produkten ist der Geruch unangenehm, bei anderen durchaus attraktiv. Warum diese Produkte geruchlich so auff ... mehr

  • Videos

    Effektive Abwasserreinigung durch Nanofiltration

    Wasser ist lebenswichtig – Abwässer müssen daher möglichst effizient gereinigt werden. Möglich machen das keramische Membranen, mit denen erstmalig 200 Dalton kleine Moleküle abtrennbar sind. Dieses Video zeigt, dass sich hiermit auch Industrie-Abwässer effizient reinigen lassen.Dr. rer. na ... mehr

    Flüssigkristalle als Schmierstoffe

    Schmierstoffe sind fast überall im Einsatz – in Motoren, Produktionsmaschinen, Getrieben, Ventilen. Obwohl sie in nahezu allen Maschinen für einen ruhigen Lauf sorgen, gab es auf diesem Gebiet in den vergangenen beiden Jahrzehnten keine grundlegenden Innovationen. Das Fraunhofer-Institut fü ... mehr

    Briefkontrolle mit Terahertz-Wellen

    Bislang ist es recht aufwändig, Briefe sicher und zuverlässig auf gefährliche Inhaltsstoffe wie Sprengstoffe oder Drogen hin zu untersuchen. Abhilfe könnte ein neuer Terahertz-Scanner schaffen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM in Kaiserslautern und der Hüb ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

    Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 59 Institute an über 40 Standorten in ganz Deutschland. Rund 17 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen das jährliche Forschungsvolumen von 1,5 Mrd Euro. Davon erwir ... mehr

Mehr über Hellma
  • News

    Hellma GmbH & Co. KG erweitert Geschäftsführung

    Zum 1. März 2018 wurde die Geschäftsführung durch Holm Kändler erweitert. Der Maschinenbau-Ingenieur ist seit 17 Jahren in verschiedenen Funktionen im Unternehmen tätig und wird es nun zusammen mit dem Inhaber und geschäftsführenden Gesellschafter, Lutz Mayer führen. Holm Kändler hatte zule ... mehr

    Hellma übernimmt Axiom Analytical Inc.

    Die Hellma Gruppe hat den Abschluss einer Vereinbarung zur Übernahme der Axiom Analytical Inc. bekannt gegeben. Durch die Übernahme entsteht laut Unternehmen der weltweit führende Anbieter von optischen Präzisionsmodulen für die Online-Spektroskopie in der Prozessindustrie. „Diese Transakti ... mehr

    Neuer Geschäftsführer bei der Hellma Optik GmbH

    Dr. Oliver Falkenstörfer (51) ist seit Juni neuer Geschäftsführer der Hellma Optik GmbH in Jena. Als promovierter Physiker verantwortete Dr. Falkenstörfer zuletzt unterschiedliche Management- und Führungsaufgaben bei der JENOPTIK Optical Systems GmbH, wo er insbesondere als Entwicklungs- un ... mehr

  • Videos

    Spektralfotometer überprüfen mit zertifizierten Referenzmaterialien

    Die regelmäßige Qualifizierung von Spektralfotometern mit zertifizierten Referenzmaterialien sichert die Rückführbarkeit Ihrer Messergebnisse auf internationale Standards (z. B. NIST, ASTM). Referenzmaterialien für die UV/Vis-Spektralfotometrie von Hellma Analytics garantieren Regelkonformi ... mehr

  • Firmen

    Hellma GmbH & Co. KG

    Die 1922 gegründete Hellma Analytics ist Weltmarktführer für Küvetten und optischen Komponenten aus Glas und Quarz für die moderne Analytik. In 11 Ländern ist das Unternehmen mit eigenen Vertriebs-Tochtergesellschaften präsent und weltweit mit Vertretungen aktiv. Im Lieferprogramm mit mehr ... mehr

    Hellma Optik GmbH

    Hellma Optik Jena sichert die Grundlagen der Photonik. Die Optik hat sich von einer reinen Disziplin der Physik zu einer Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts entwickelt: der Photonik. Vor allem Laseranwendungen mit ihrer großen Vielfalt spielen dabei eine entscheidende Rolle. Wo auch i ... mehr

    Hellma Schweiz AG

    Seit 1922 steht der Name Hellma für außergewöhnliche Qualität in der Glasverarbeitung – und das in vielen Ländern. Ein Umstand, der zu einem anspruchsvollen Selbstverständnis von Hellma geführt hat: „Precision in Spectro-Optics. Worldwide.“ Über 8 Jahrzehnte wurden mit diesem Spezialwissen ... mehr

Mehr über HiTec Zang
  • News

    Generationenwechsel bei der HiTec Zang GmbH

    Die HiTec Zang GmbH wurde 1979 von Herrn Prof. Dr.-Ing. Werner Zang ursprünglich als reiner Spezialanbieter von Mess-, Steuer- und Regelungstechnik für Labor- und Pilotanlagen gegründet. Über 35 Jahre Erfahrung, Fachwissen und Innovationskraft, haben HiTec Zang zum führenden Systemhaus für ... mehr

  • Firmen

    HiTec Zang GmbH

    HiTec Zang ist ein führender Anbieter mit umfangreicher Produktpalette rund um den Laborreaktor: Schlüsselfertige Laborreaktor-, Parallelreaktor- und Reaktions-Kalorimeter-Systeme, Komponenten, Software und Dienstleistungen. Mit dem LAB-manager Laborautomatisierungssystem ist HiTec Zang T ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.