Entwicklung von Online-Prozessüberwachungssystemen

  Beleuchtete Röhrchen AVT

Entwicklung von Online-Messverfahren in miniaturisierten Bioreaktoren mittels 2D-Fluoreszenzspektroskopie


Aufgrund der Komplexität biologischer Systeme ist die Ermittlung optimaler Prozessbedingungen eine große Herausforderung für die Bioverfahrenstechnik. Um die sich häufig über Jahre erstreckenden Entwicklungszeiten zu minimieren, ist es deshalb von großem Interesse den experimentellen Durchsatz zu maximieren ohne dabei relevante Prozessinformationen zu verlieren. Als Folge dieses Anspruchs wurde in den letzten Jahrzehnten die Entwicklungsarbeit an parallelisierten Kleinkultursystemen intensiviert. Zentrale Aspekte, die bereits 2002 in der Process Analytical Technology (PAT) Initiative festgelegt wurden, sind dabei neben des Grades der Miniaturisierung und der Automatisierung auch die Möglichkeit zur on-line Prozessüberwachung.
Mit der BioLector Technologie ist am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik eine Messtechnik entwickelt worden, die auf Basis eines spektroskopischen Aufbaus ein nicht invasives in-Situ Monitoring von mikrobiellen Kultivierungen im Milliliter-Maßstab erlaubt. Das eingesetzte optische System ermöglicht dabei die schnelle Aufnahme von Streulicht und Fluoreszenzsignalen in einem kontinuierlichen Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts und stellt somit zu jedem Zeitpunkt des Produktionsprozesses Informationen über die Komposition der Kulturbrühe bereit.
Die Anwendung der entwickelten Messtechnik führt zur Erhebung großer Datenmengen, die aufgrund ihrer komplexen Zusammenhänge auf messtechnischer und biologischer Ebene mit herkömmlichen Methoden nur unvollständig auswertbar und visualisierbar sind. Im Sinne der Process Analytical Technology (PAT) Initiative ist es daher von großem Interesse, Methoden der multivariaten Datenanalyse auf die im BioLector kultivierten biologischen Systeme zu übertragen. Darüber hinaus soll durch die Anwendung multivariater Regressionen auch die Notwendigkeit der Datensatz-Komplettierung mittels offline Probenahme minimiert werden.
Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik beschäftigt sich in diesem Zusammenhang mit der Weiterentwicklung der 2D-Fluoreszenzspektroskopie im BioLector sowie mit den Möglichkeiten zur multivariaten Auswertung der erhobenen Messdaten.

 

Unsere aktuellen Projekte: