Messtechnik und Analytik

Die Bioverfahrenstechnik beschäftigt sich mit der Entwicklung von Prozessen im Labormaßstab. Die Prozesse werden dann in technischen Anwendungen überführt. Damit die Endprodukte möglichst ressourcenschonend, effizient und mit hoher Güte umgesetzt werden können, ist die genaue Kenntnis der ablaufenden Prozesse essenziell. Neben dem eigentlichen Optimierungsprozess, bildet die Aufnahme einer großen Menge von Prozessparametern die Grundlage der Entwicklungen.
Mit dem völlig autarken, minimalinvasiven Mikromesssystem »Sens-o-Spheres«, werden die Nachteile der klassischen Prozessüberwachung umgangen. Jede der Kugeln ist mit einer wiederaufladbaren Batterie ausgestattet. Sie schwimmen frei ohne Einfluss im Medium. Um die Sphäre identifizieren zu können und sie auch zwischen parallel laufenden Prozessen zu unterscheiden, besitzt jede von ihnen ihre eigene einzigartige Sphären-ID.
Im Teilprojekt des Fraunhofer ENAS wurde ein spezielles Energieübertragungssystem entwickelt. In Kombination mit einer intelligenten Steuerung einer jeden Energiesendespule konnte für das komplexe System eine hohe Ladeabdeckung für das gleichzeitige Laden von mehreren Sensoren erreicht werden.
Um die Daten in Echtzeit aus dem Reaktor übermitteln zu können, wurde von den Fraunhofer-Ingenieuren eine Antenne für das Innere der Kugel entwickelt, welche bei der Übertragungsfrequenz den größten Gewinn hat. Einher mit dem Design der Antenne geht auch die Charakterisierung der Medien, um die Übertragung zuverlässig zu gewährleisten. Dadurch ist es möglich, die gesendeten Daten auch in einem Abstand von mehreren Metern außerhalb des Reaktors zu empfangen.

Um die Überwachung des Prozessablaufs weiter zu optimieren, wird aktuell an der präzisen Lokalisierung der Sens-o-Spheres im Prozessmedium geforscht. Das induktive Ortungsverfahren beruht auf der Verwendung magnetischer Felder. Diese werden im Vergleich zu elektrischen Feldern deutlich weniger durch das Prozessmedium beeinflusst, sodass eine zuverlässigere Lokalisierung erreicht werden kann. Durch die Verknüpfung der aufgenommenen Messwerte mit einer konkreten Position im Bioreaktor lässt sich das dynamische Verhalten des Mediums noch besser analysieren und somit die Prozessüberwachung und - Optimierung weiter steigern.