usePAT (ultrasound enhanced Process Analytical Technologies) verwendet Ultraschallfelder zur Verbesserung von in-line Messungen – zum Beispiel zur Prozessüberwachung.

Schallstrahlungskräfte im stehenden Ultraschallfeld (Abbildung 1) erlauben die räumliche Manipulation von kleinen, in flüssigen Medien dispergierten Partikeln. Dies geschieht auf schonende Weise und hat keine negativen Auswirkungen auf die Suspension, zum Beispiel biologische Zellen. Es kann sich um unterschiedlichste Partikel handeln z.B. Zellen, Bakterien, Mikroplastik, Kristalle, Öltröpfchen, Luftblasen, usw. Wie hoch die aufgebrachte Kraft ist hängt von der Partikelgröße (1-150 µm) sowie dem Verhältnis von Schallgeschwindigkeit und Massendichte von Feststoff bzw. Flüssigkeit ab. Eine genaue Überwachung der Partikel im Prozessstrom kann auf verschiedene und spezifische Weise zur Prozesssteuerung beitragen, ohne dass eine Probenentnahmen, Unterbrechungen oder Wartungsarbeiten erforderlich sind.

Unsere Technologie bietet unseren Kunden je nach verwendetem Gerät (soniccatch, sonicwipe oder sonicclean) verschiedene Vorteile. Unabhängig davon, welches unserer Produkte zum Einsatz kommt, ist das Ziel eine Verbesserung von Parametern wie Stabilität, Selektivität und Empfindlichkeit unterschiedlicher industrieller und analytischer Sensoren.

Zur besseren Steuerung und Kontrolle eines Prozesses können die gewünschten Partikel in bestimmten Regionen des Ultraschallfeldes per soniccatch gesammelt und somit kleine Agglomerate aus konzentrierten Partikeln gebildet werden (siehe Abbildung 2).

Diese dienen als in-line Proben für den an soniccatch gekoppelten Sensor und ermöglichen dadurch zuverlässige Echtzeitmessungen. Die daraus resultierende Signalqualität (SNR, LOD, etc.), die von diesen Aggregationen erzeugt wird, ähnelt der von Messungen an Sedimenten. Dies konnte in zahlreichen Anwendungen nachgewiesen werden (z.B. in der Kopplung von soniccatch mit einer midIR ATR – oder einer RAMAN Sonde, zur Überwachung eines Fermentationsprozesses, etc.), von denen einige auf der Homepage unter der Rubrik Applikationen angeführt sind.

sonicwipe bzw. sonicclean sind Armaturen, die für die Reinigung bzw. das Sauberhalten eingesetzt werden. Hier wird das Ultraschallfeld verwendet, um Verunreinigungen von Sensoren zu entfernen bzw. fernzuhalten. Dies passiert ebenfalls in-line und ermöglicht einen unterbrechungsfreien Einsatz der Sensoren.

Die Daten, die durch die Signalverbesserung mithilfe des soniccatch gewonnen werden (z.B. siehe Abbildung 3), sind sehr detailliert und spezifisch. Somit können unseren Kunden zuverlässige Informationen über Partikel mit Größen von 1-150µm geliefert werden – dies funktioniert auch für niedrigste Konzentrationen von 0,001g/L. Darüber hinaus kann durch die Aggregation der Partikel in den Knoten des Ultraschallfeldes auch die umgebende Flüssigkeit separat analysiert werden. Dieser Aspekt ist z.B. besonders praktisch, wenn es sich um eine Überwachung kontinuierlicher biologischer Prozesse (z.B. Fermentation, Biomasseproduktion, etc) handelt.

Abbildung 3: (Links) Partikel, werden im Ultraschall Feld eines soniccatch gefangen und der Raman-Spektroskopie Sonde präsentiert.

(Rechts) Verbesserte Spektrumqualität durch den Einsatz von soniccatch.. Oben: Messergebnis PVC Partikel mit und ohne Ultraschallfeld.

Unten: das Ergebnis mit einer Hefe-Suspension (s.cerevisiae).

Weitere Beispiele, bei denen sich der Einsatz unserer Technologie als äußerst vorteilhaft erwiesen hat:

• Kopplung des soniccatch mit einer midIR-ATR-Absorptionssonde während der Überwachung eines biologischen Prozesses in einem Bioreaktor.
• Überwachung eines Kristallisationsprozesses in einem Kristallisator durch eine Raman-Spektroskopie Sonde in Kombination mit einem soniccatch.
• Entfernung von Gasblasen aus einem Medium, als Aufbereitung für hochpräzise Flüssigkeitsmessungen.
• Nachweis seltener Partikel in einer Suspension im medizinischen Bereich.
• Sauberhalten eines optischen Partikelgrößenanalysators, indem Partikel davon abgehalten werden, sich an den Sensoroberflächen festzusetzen.
• Erfolgreiche Anwendung in einem Nasslabor zur Entfernung von Kalkablagerungen und Filmen mit niedrigem pH Wert von der pH-Elektrode, Wartung von O2-Sonden bezüglich Sauberkeit (Abwasserindustrie), Freimachen des Messspalts einer NIR-Sonde usw.
• ...

Wie erwähnt, bieten unsere Produkte Vorteile hinsichtlich der Verbesserung der Selektivität, Stabilität und Empfindlichkeit der damit gekoppelten Analysegeräte.

Ein weiterer Vorteil ist die leichte und einfache Art der Implementierung. soniccatch, sonicwipe und sonicclean sind als Add-ons konzipiert und damit mit einer Vielzahl von Sensoren kompatibel. Sie können an die jeweiligen Bedürfnisse des Kunden angepasst werden. Darüber hinaus sind von usePAT eingesetzten Ultraschallfelder sicher in der Anwendung – es kommt zu keiner Beschädigung von Sonden oder Partikeln. Die Produkte von usePAT sind Materialien gefertigt, die den FDA-Richtlinien entsprechen, das heißt, sie sind:

• biokompatibel
• autoklavierbar
• laugensicher
• platzsparend
• leicht zu montieren
• kompakt und stabil

Durch die Ermöglichung bzw. Verbesserung des Messens hochzuverlässiger in-line Echtzeitdaten können unsere Produkte die Implementierung von PAT (Prozess Analytische Technologie) erleichtern.

PAT (Prozess Analytische Technologie) stellt einen Ansatz zur Gestaltung, Analyse und Steuerung von Fertigungsprozessen durch die Messung bestimmter kritischer Parameter dar.

Diese Herangehensweise hängt von der Verwendung zuverlässiger analytischer Echtzeitdaten ab, die kontinuierlich während des gesamten Produktionsprozesses gewonnen werden. Dadurch wir ein höherer Ertrag und eine bessere Qualität des Endprodukts gewährleistet und gleichzeitig der Abfall sowie die Menge des ursprünglich benötigten Rohmaterials reduziert!

Die Einführung eines solch innovativen und stark nachgefragten Systems wird von der FDA (Food and Drug Administration) und der European Medical Association (EMA) unterstützt und vorangetrieben. Dies deutet darauf hin, dass PAT in naher Zukunft in jedem Produktionsbereich, insbesondere in der Lebensmittel- und Gesundheitsindustrie, erforderlich sein wird.

Dies wird keine so leichte Aufgabe darstellen und usePAT hat seine Arbeit darauf ausgerichtet, die Einführung von PAT für unsere Kunden schneller, sicherer und einfacher zu gestalten!