Beobachtung und Steuerung von biotechnisch interessanten Kristallisationsprozessen mit Hilfe der In-situ-Videomikroskopie (ISVM)
Final Report Abstract
ln dem Projektzeitraum wurde ein neuer ln-situ Mikroskopietyp (Typ 111 XTF) entwickelt. Erfolgreich konnte ein ln-situ-Videomikroskop aufgebaut werden, mit dem die im Messraum befindlichen Partikel über definierte Zeitabstände kontinuierlich beobachtet werden können. Die geeignete Auswertungssoftware zum Tracking dieser Partikel wurde entwickelt und ist im Bericht beschrieben. Das Gesamtsystem ist somit in der Lage nicht nur Einzelaufnahmen zu machen, sondern auch Partikel im Messraum in der Bewegung zu verfolgen, um so morphologische und geometrische Informationen zu gewinnen. Die Auswertesoftware "ln-situ Analysis" und die Steuerungssoftware "In-situ Control" wurden entwickelt und auf ihre Einsetzbarkeit getestet. Eines der Unterprogramme diente zum Erkennen von Kristallen und der grundlegenden Auswertung der Kristallgeometrie. Ein weiteres Arbeitspaket des Projektes umfasst die Entwicklung eines Reaktors für die Untersuchung von Kristallisationsprozessen mit Hilfe des In-situ Mikroskops. Dieser Reaktor wurde gebaut, charakterisiert. Er kann das In-situ Mikroskop aufnehmen. Während des Kristallisationsprozesses können ohne Probenahme Bilder über den Kristallisationsprozess gewonnen werden. Die Daten werden ausgewertet und der Kristallisationsprozess kann dann gezielt gesteuert werden (Temperatur, pH-Wert). An verschiedenen Modellsystemen (Ammoniumsulfat, Kaliumsulfat, Kaliumnitrat, Kaliumnatriumtartrat, Alanin, Glycin, Cystein, Taurin, Laktose, Lysozym) wurden detaillierte Untersuchungen über den Temperaturverlauf und pH-Verlauf in Bezug auf die Kristallisationsvorgänge gemacht. Besonders intensiv wurden die Kristallisationsprozesse von Aspirin und Paracetamol untersucht. Hier wurden Kristallgrößenverteilungen ermittelt. Das System kann auch zur Insulinkristallisation direkt an Bioprozessen eingesetzt werden. In einer engen Kooperation mit der TU Hamburg-Harburg wurde das System mit einer erweiterten Messzelle auch für die Beobachtung von heterogenen katalytischen Verfahren verwendet. Hier wurden auf Lewatitharzen immobilisierte Enzyme in wässrigen Systemen näher untersucht. Über einen Zeitraum von mehreren Tagen konnte die Stabilität der Lewatitpartikel genau überwacht werden, um nicht invasiv den Zustand des Gesamtsystems beobachten zu können. Die Levatitpartikel hatten einen Durchmesser von ca. 350 µm. Sie konnten mit der erweiterten Messkammer ohne Probleme detektiert werden. Die neu entwickelte Software "Particle Analyzer" ermöglicht es, die Zahl der Bruchstücke und der intakten Partikel kontinuierlich zu erfassen und somit den gesamten Prozess, beispielsweise in Abhängigkeit von der Rührergeschwindigkeit oder der Strömungsgeschwindigkeit oder des Strömungsverhaltens im Reaktor zu erfassen.
Publications
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Tim Höpfner, Arne Bluma, Guido Rudolph, Patrick Lindner, Thomas Scheper
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Arne Bluma, Tim Höpfner, Patrick Lindner, Christoph Rebock, Sascha Beutel und Thomas Scheper
- In-situ-Mikroskopie zur Online- Überwachung von Enzymträgern und Zweiphasenprozessen (2011). Chemie Ingenieur Technik 83 (5): 1-5
Andreas Prediger, Arne Bluma, Tim Höpfner, Patrick Lindner, Sascha Beutel, Jakob J. Müller, Lutz Hilterhaus, Anderas Liese und Thomas Scheper
