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Photonik Plus - Neue optische Basistechnologien

01.09.2016

Verbesserte photonische Sensorik zur schnellen, umfassenden Qualitätsanalyse in den Lebenswissenschaften
Photonische Verfahren eignen sich in besonderer Weise zur Analyse von Lebensmitteln, Getränken, biotechnologischen Produkten und biologischen Substanzen, weil sie schnell und umfassend (Chemie und Morphologie) die Qualität beschreiben können. Spektrometer in den Wellenlängenbereichen von Ultraviolett bis in das ferne Infrarot haben hier bereits Einzug in die industrielle Anwendung wie Industrie 4.0 gehalten und liefern inline vielfältige Aussagen zur Produktbeschaffenheit und -qualität. Für eine zeitnahe Qualitätsanalyse von Lebensmitteln und Getränken, die zum Nachweis von Inhalts- bzw. Schadstoffen bei der Getränke- /Lebensmittelproduktion und im Trinkwasser dient, soll die Präsenz bzw. Absenz gewünschter bzw. ungewünschter Substanzen und Verunreinigungen evaluiert werden. Für biotechnologische Prozesse wie die Lebensmittelproduktion sind jedoch photonische Verfahren mit höheren Selektivitäten wie die Raman-Spektroskopie notwendig. Allerdings sind die heute am Markt verfügbaren Inline-Raman-Spektrometer für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie noch zu unrentabel und oftmals unzureichend sensitiv, da das Signal aufgrund der entstehenden Fluoreszenz nicht ausgewertet werden kann. Der Raman-Effekt ist nicht so intensiv und erfordert deswegen in der Praxis oft lange Messzeiten, so dass empfindlichere und präzisere Spektrometer- oder Sensorsysteme erforderlich sind.

Neuer zeitaufgelöster Raman-Spektroskopie-Sensor für die industrielle Prozessanalysentechnik (PAT)
Ziel dieses Projektes ist die Realisierung eines neuen „Zeitaufgelösten Raman- Spektroskopie-Sensors mit automatisierter, selbstreinigender Prozessschnittstelle“ für die industrielle Prozessanalysentechnik (PAT). Das geplante Verbundvorhaben will hiermit die bestehende Marktlücke schließen und einen Raman-/Fluoreszenzsensor entwickeln und demonstrieren, der weiterführende Technologien wie Chemometrie, Prozessanalytik und chipbasierte Plattformen wirtschaftlich und mit hoher Selektivität kombiniert. Somit sollen die Rahmenbedingungen für einen Einsatz in der Lebensmittel sowie Getränke- und Biotechnologiebranche erfüllt werden. Das Hauptaugenmerk soll dabei auf die Anwendungen der nicht-invasiven Inline-Analytik in teilweise enorm streuenden Medien wie Milch- und Bioprodukten, Säften und Bier gelegt werden. Dieser Sachverhalt bietet im Projekt einen intensiven Austausch mit den Endanwendern aus diesen Branchen. Der über den Stand der Technik hinausgehende innovative Ansatz des Projektes basiert auf dem integrativen Einsatz von aktuellen Entwicklungen aus den Bereichen der Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS), neue Detektionsmethoden (Enhanced Backscattered Raman Scattering – EBRS) und Detektortechnologie (Single-Photon-Counting) in Zusammenspiel mit Methoden aus der Chemometrie und der Prozessanalytik. Die Verwertung der Ergebnisse des Verbundprojektes wird einerseits durch die beteiligten Komponenten- und Softwarehersteller (BON, SENSO) sowie durch den Anlagenbauer (KHS) und die Systemintegratoren (KROHNE, BON) erfolgen. Es ist davon auszugehen, dass der Bedarf an optischen Prozesssensoren/-lösungen in der Prozessindustrie (Pharma, BioTech, F&B, Chemie) in den nächsten Jahren stark ansteigen wird und sich ein Marktvolumen von ca. 1 – 2 Mrd. Euro ergeben wird.