Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Photonen im Trüben messen – Projekt WAVESCATTER

14.06.2017

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.


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

RWTH Aachen University

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.

Weitere Informationen:

http://s.fhg.de/PnU

Petra Nolis M.A. | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte