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Optische Sensoren

Für den Bioreaktor nur das Beste

| Redakteur: Anke Geipel-Kern

Erst die richtige Sensortechnik macht einen Bioreaktor pefekt.
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Erst die richtige Sensortechnik macht einen Bioreaktor pefekt. (Bild: Hamilton/MCE)

Elektrochemische Sauerstoffsensoren sind zwar bewährt, aber optische Sensortechnik ist auf dem Vormarsch und punktet durch viele Vorteile. Auch deshalb setzt ein Biotechnologieexperte auf den Mehrwert, den optische Sensoren seinen Kunden bietet.

Bilfinger Industrietechnik Salzburg ist historisch betrachtet bis heute ein Know-how-Träger in der Biotechnologiebranche und deshalb stets auf der Suche nach innovativen Sensorlösungen. Fündig geworden ist das, ursprünglich aus der Mannesmann Historie entstandene und später der MCE zugehörige Unternehmen beim Sensorspezialisten Hamilton.

Mit der Messung von Parametern wie pH-Wert, gelöstem Sauerstoff und Leitfähigkeit wird der Prozess im Bioreaktor überwacht und so eine kontrollierte Produktqualität sichergestellt. „In diesem Bereich arbeiten wir bereits seit vielen Jahren mit den Sensorspezialisten von Hamilton Bonaduz zusammen“, erklärt Dipl.-Ing. Gerald Berghammer, Leiter des Geschäftsbereichs Biotechnologie, Pharma und Feinchemie bei der Bilfinger Industrietechnik Salzburg. Neben der exakten Messung müssen die zum Einsatz kommenden Sensoren nicht nur die üblichen GMP-Anforderungen erfüllen, sondern auch sterilisierbar und autoklavierbar sein – entgegen jeder Vermutung hapert es hier oftmals.

„Sensoren gibt es genügend am Markt. Allerdings scheitert der Einsatz etlicher aufgrund der nicht sicherstellbaren Sterilität“, sagt Pablo Pino-Grace, Projektingenieur und verantwortlich für die Produktgruppe Bioreaktoren bei Bilfinger Industrietechnik. Bei den Hamilton-Produkten der ARC-Familie, sei das anders, diese würden auch häufigen Sterilisations-Vorgängen standhalten.

Gestern und heute

In der Vergangenheit wurden in der Biotechnologie vorwiegend elektrochemische Clark-Sensoren für die Messung des gelösten Sauerstoffs eingesetzt. In deren Messkammern stehen zumeist eine Platin-Kathode und eine Silber-Anode über eine Elektrolytlösung miteinander in Verbindung, wobei die Polarisationsspannung so eingerichtet wird, dass es nicht zur Elektrolyse kommt. Über einer sauerstoffdurchlässigen Membran in der Sensorkappe diffundiert der Sauerstoff in die Messkammer.

Der dort entstehende Messstrom ermöglicht es, den Partialdruck des gelösten Sauerstoffs zu bestimmen. Auch wenn Clark-Sensoren sich lange etabliert haben, so weisen sie gegenüber den optischen Sensoren erhebliche Nachteile auf: Neben der zeitaufwändigen Polarisation ist die Membran mechanisch sehr anfällig und muss, ebenso wie die Elektrolytlösung, häufig ausgetauscht werden.

Zudem entstehen im Zuge des Messvorgangs an der Anode Ablagerungen oxidierten Silbermetalls, die regelmäßig entfernt werden müssen, wenn die Stromgängigkeit der Messanordnung erhalten bleiben soll. Daraus resultiert ein hoher Wartungsaufwand, der die Prozessführung erschwert.

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