ARTES joins WAVESCATTER

A con­sor­tium of 5 com­pa­nies and the Fraun­hofer-Insti­tut für Lasertech­nik ILT, aim to devel­op under the name of WAVESCATTER („Winke­lau­flösende Wellen­leit­er-Streulicht­sonde für die Inline-Prozes­s­an­a­lytik“) a new kind of scat­tered light sen­sor for pre­cise inline par­ti­cle ana­lyt­ic.

The project will be fund­ed for a three year peri­od by the Ger­man Fed­er­al Min­istry of Edu­ca­tion and Research (BMBF) in the pro­gram Dig­i­tale Optik«.

Part­ner of the con­sor­tium are:

  • Hell­ma GmbH & Co. KG, Müll­heim (Kon­sor­tialführer)
  • ABS Gesellschaft für Automa­tisierung, Bild­ver­ar­beitung und Soft­ware mbH, Jena
  • ARTES Biotech­nol­o­gy GmbH, Lan­gen­feld (Rhein­land)
  • Light­Fab GmbH, Aachen
  • HiTec Zang GmbH, Her­zo­gen­rath.

 

PR in Ger­man lan­guage:

Mit Photonen im Trüben messen

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 BMBF im Rah­men der Pho­tonik Forschung Deutsch­land, Förderini­tia­tive »Dig­i­tale Optik«, unter dem Förderkennze­ichen 13N14176 mit ins­ge­samt 2,1 Mio € gefördert.