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Sensortechnik und Online-Analytik vertiefen das Prozessverständnis

Fast 200 Expertinnen und Experten von Hochschule und Industrie trafen sich am 7./8. September 2017 zur BioTech an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Wädenswil. Im Mittelpunkt dieser Fachtagung stand die Frage, wie die Online-Analytik das Verständnis von biotechnologischen und chemischen Prozessen vertiefen kann. 

Sensoren und andere prozessanalytische Methoden leisten heute einen unverzichtbaren Beitrag an eine effiziente und sichere Produktion. In pharmazeutischen oder chemischen Produktionsprozessen müssen wichtige Parameter in Echtzeit gemessen werden, damit die Prozessüberwachung und -regelung jederzeit gewährleistet ist. An der BioTech 2017 wurde dieses Thema aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet. Hersteller von Sensoren und Instrumenten, Vertreter von Hochschulen sowie Anwenderinnen aus  der Prozessindustrie diskutierten ihre Sicht auf aktuelle Entwicklungen in der Sensortechnik und der Online-Analytik. 

Sujet BioTech2017 zum Thema Online-Analytik und Sensortechnik. © ZHAW Wädenswil

Prozessanalytische Technologie im Fokus
Ausgehend von einer Initiative der amerikanischen Arzneimittelbehörde FDA, stehen Entwicklungen im Bereich der prozessanalytischen Technologien (PAT) schon seit einigen Jahren im Fokus der Prozess­industrie. PAT zielt darauf ab, die Produktqualität schon während der Produktion durch die online-Messung von kritischen Prozessparametern sicherzustellen. Mehrere Referenten zeigten auf, dass verschiedene Wege offenstehen, um PAT umzusetzen. Der Einsatz von spektroskopischen Methoden (z.B. Raman-Streuung oder Absorption im Nahen Infrarot) ermöglicht – in Kombination mit geeigneten chemo­metrischen Methoden – die Messung von Substraten und Produkten in Echtzeit. Ein vielversprechender und oft diskutierter Ansatz besteht darin, eine nicht zugängliche Messgrösse aus der rechnerischen Verknüpfung von mehreren Eingangssignalen als Soft Sensor zu simulieren. 

Biosensoren für die Bioprozesskontrolle
Mit dem zunehmenden Einsatz von Einweg-Bioreaktoren in der biotechnologischen Produktion gelten neue Anforderungen an die Online-Messtechnik, die in diesen Kultivierungssystemen eingesetzt wird. An der Tagung wurde darauf hingewiesen, dass bereits etablierte Messmethoden aus der biomedizinischen Analytik in Einweg-Reaktoren Verwendung finden können. Dies trifft beispielsweise für enzymatische Biosensoren zu, die sich für die Messung des Blutzuckergehalts seit Jahren bewähren. In gleicher Weise rücken auch mikrofluidische Systeme mit miniaturisierten Sensorelementen in den Fokus der Anwender in der Prozessindustrie. 

Entwicklungen in der Spektroskopie
Spektroskopische Methoden eignen sich hervorragend, um kritische Prozessgrössen zuverlässig und in Echtzeit zu bestimmen. Die Einführung dieser Messverfahren kann allerdings aufwändig sein, da oft eine teure Instrumentierung und anspruchsvolle Methoden der multivariaten Statistik für die Datenauswertung erforderlich sind. An der BioTech wurde jedoch deutlich, dass mittlerweile auch relativ günstige, robuste und intuitiv zu bedienende Geräte für den Online-Einsatz auf dem Markt sind. Die Entwicklung komplett neuer spektroskopischer Methoden geht dennoch weiter, wie das Beispiel der Photonendichtewellen-Spektroskopie aufzeigt. Mit dieser Messtechnik lassen sich Absorptions- und Streueigenschaften von hochkonzentrierten Suspensionen gleichzeitig bestimmen.
Die BioTech 2017 wurde vom Institut für Chemie und Biotechnologie der ZHAW in Wädenswil organisiert. Weitere Informationen unter: www.biotech2017.ch.

 

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