Bio- und Medizintechnik

Der Nachweis der Reinheit von Produkten und Rohstoffen für die Medizin und Nahrungsmittelindustrie ist essenziell. Das Fraunhofer IKTS überführt und implementiert neueste akustische und optische Diagnoseverfahren für industrielle Anwendungen in Messsysteme für die Zustandsüberwachung in der Bio- und Medizintechnik. Das Hauptaugenmerk liegt in der Erhöhung von Qualitätsstandards, ohne dabei standardisierte Prozessabläufe zu beeinträchtigen.

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Optisches Verfahren zur Überwachung der Sterilisation eines Medizinprodukts.
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KI-basierte Schädlingsdetektion in Getreidesilos.
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Hairy Roots: Speckle-Bild mit fraktaler Dimension.

Sterilisationsnachweis von Medizinprodukten

Die Bestrahlung von Oberflächen mit Elektronen (E-Beam) ist eine erfolgreiche Methode zur Sterilisation empfindlicher Medizinprodukte aus thermolabilen Kunststoffen oder funktionalen biologischen Materialien.

Um die Sterilisation zu überwachen, bietet das Fraunhofer IKTS ein neuartiges optisches Kontrollsystem, das die indirekte Überprüfung der Elektronenstrahl-Sterilisation ermöglicht.
Kernelement sind keramische Pigmente im Verpackungsmaterial, welche ihre optischen Eigenschaften unter E-Beam-Ein-
wirkung ändern. Die Erfassung der eingebrachten Elektronendosis erfolgt durch das Auslesen der optischen Pigmenteigenschaften, entweder per Handscanner oder prozessintegriert. Im Gegensatz zu bisherigen Lösungen, z. B. Filmdosimetern, ist keine nachgelagerte Auswertung erforderlich. Die Überprüfung kann während des Sterilisationsvorgangs erfolgen. Somit ist eine Integration des Bestrahlungsnachweises in die E-Beam-Anlage möglich. Bei einer ortsaufgelösten Kontrolle der Qualität des Bestrahlungsvorgangs ist darüber hinaus eine gezielte Nachsterilisation definierter Oberflächenbereiche umsetzbar.

Leistungsangebot

  • Kundenindividuelle Mess- und Überwachungssysteme vom Handscanner bis zur Inlineprüfung
  • Integration in bestehende Prozesslinien
  • Machbarkeitsstudien und wissenschaftliche Beratungen

 

Überwachung von Getreidelagern

Schädlinge wie Getreideplattkäfer, Dörrobstmotte, Reismehlkäfer, Kornkäfer oder Getreidekapuziner stellen die Landwirtschaft bei der Lagerung von Getreidevorräten vor enorme Herausforderungen. Diese Schädlinge vernichten große Mengen an Lebensmittel- und Getreidevorräten. Daher ist es für landwirtschaftliche Betriebe sehr wichtig, das Vorkommen solcher Schädlinge nachzuweisen, um entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.

Das Fraunhofer IKTS bietet Überwachungslösungen für die Getreidelagerung und die dazugehörigen Transportsysteme. Dabei werden Biosignale wie Fress- und Krabbelgeräusche von Schädlingen detektiert und mittels Algorithmen klassifiziert. Die IKTS-Systeme basieren auf Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) und treffen Aussagen zum Umfang des Schädlingsbefalls, der Schädlingsart und dem Entwicklungsstadium der Schädlinge (z. B. Larve/Käfer).

Leistungsangebot

  • Sensoren und Systeme zur Schädlingserkennung
  • Angepasste Systeme zur Überwachung von Getreidelagern und Transportsystemen
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Bild einer Hairy-Root-Kultur.
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Detektion der Änderung des Speckle-Kontrasts über die Kultivierungszeit.

Monitoring von Biomaterialien

Zunehmende Rohstoffknappheit, die steigende Bevölkerungsdichte in Entwicklungs- und Schwellenländern und der demographische Wandel in den Industrienationen führen zu einer dramatischen Konkurrenz um landwirtschaftliche Anbauflächen. Vor diesem Hintergrund rückt die industrielle Produktion pflanzlicher Zell- und Gewebekulturen in Bioreaktoren in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Aus diesen lassen sich Wirk- und Zusatzstoffe gewinnen, die in der pharmazeutischen, kosmetischen und nutrazeutischen Industrie eingesetzt werden. Für eine wirtschaftliche Führung biotechnologischer Prozesse bei der Kultivierung ist eine exakte Bestimmung der Biomassekonzentration und der Wachstumskinetik unabdingbar.

Hairy-Root-Kulturen von pflanzlichen Sekundärmetaboliten (pharmazeutisch- und ernährungsphysiologisch hochwirksame Substanzen) sind von enormer Bedeutung für die Enzymgewinnung. Da sie über eine inhomogene Verteilung der Wurzelsegmente verfügen, war eine exakte Bestimmung der Biomasse mit kommerziell verfügbaren Messmethoden bisher nicht möglich.

Das Fraunhofer IKTS bietet mit der Laser-Speckle-Photometrie (LSP) ein nichtinvasives Verfahren, das sowohl die Biomassekonzentration als auch verschiedene Morphologieparameter in heterogenen biotechnologischen Systemen bestimmen kann. Dabei wird die »Zerklüftung« der Biomasse bzw. der Hairy Roots zu einem bestimmten Zeitpunkt identifiziert. Anhand des Speckle-Kontrasts wird dann die Wurzelaktivität bewertet. Die LSP des Fraunhofer IKTS ermöglicht so eine wirtschaftlichere Wirkstoffgewinnung.

Leistungsangebot

  • Entwicklung kundenindividueller Biomonitoring-Systeme einschließlich Hard- und Software
  • Systemintegration in bestehende Prozesslinien
  • Machbarkeitsstudien und wissenschaftliche Beratungen
  • Messdienstleistungen