Modulares System zum direkten Nachweis von Biomolekülen mittels Niedertemperaturplasma-Ionisations-Massenspektrometrie

• Antragsteller: Dr. Jens Riedel
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351360803

Die globale Modernisierung hat den Ausruf der vierten industriellen Revolution hervorgebracht, welcher in der sogenannten Industrie 4.0 resultiert. Bei dieser Weiterentwicklung wird der Ressourcenverbrauch minimiert, was sich in geringerer Abfallfreisetzung und letztendlich auch geringeren Produktionskosten niederschlägt. Die notwendige Prozessüberwachung erfolgt hierbei mittels online-Analytik. Währen viele Ansätze für eine Implementierung in die Hochtechnologiebranchen existieren wurde bislang der Umsetzung in den Niedertechnologiebereichen wenig Beachtung geschenkt. Dieser Industriezweig bildet nicht nur die wirtschaftliche Grundlage vieler Nationen sondern stellt auch global benötigte Materialien zur Verfügung (wie beispielsweise die Agrartechnologie). Dennoch sind sie wegen der geringen Einzelstückpreise mit Prozessanalytik besonders schwierig zu adressieren. Bislang sind die meisten prozessanalytischen Ansätze hoch spezialisiert und benötigen geschulte Anwender und eine breit anwendbare Technologie wäre wünschenswert. Das universellste analytische Werkszeug ist derzeit die Massenspektrometrie. Jedoch sind Massenspektrometer meist empfindlich, schwer und kostenintensiv. Das hier vorgestellte Projekt schlägt einen flexiblen Ansatz vor, um diese Brücke mit der Entwicklung eines modularen Instruments zu schlagen. Prinzipiell gibt es keine Obergrenze für die Anzahl an Modulen für zukünftige Geräte, hier beschränken wir uns Beispielhaft auf das Design und die Entwicklung von i) einer Laserablationseinheit, ii) einer nativen Ionenquelle, iii) einem Mobilitätsseparator und iv) einem Massenanalysator. Der modulare Ansatz bringt hierbei mehrere Vorteile: i) das Instrument ist fit for purpose, d.h. der Grad an Analysefähigkeit und somit die Anschaffungskosten können an die Fragestellung angepasst werden. ii) Kombinierte Filterung nach komplementären Kriterien vereinfacht die Anforderung an die einzelnen Filter. Somit können zwei einfache Analysatoren kombiniert eine sehr differenzierte Auflösung erzielen. iii) die Einzelkomponenten können sehr einfach gehalten werden. Das erlaubt den Einsatz von massengefertigten Komponenten, die aufgrund der höhen Stückzahlen kostengünstig erhältlich sind. Diese Kombination soll langfristig zu eine Kostenreduktion von Massenspektrometern führen, um diese beflügelnde Technologie auch dem kostenbewussteren Markt zugänglich machen zu können. Der Antrag setzt dabei auf das Konzept der zukünftigen Allmendefertigung. Das modulare Produkt, welches im Rahmen des Antrags entsteht, wird gründlich hinsichtlich seiner Nachweisfähigkeit von Pflanzenwirkstoffen, Pharmazeutika und Kohlenwasserstoffe aus Algen getestet, um den Ökonomischen sowie ökologischen Nutzen der Technik zu demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Mexiko
• Kooperationspartner: Professor Dr. Robert Winkler