Beobachtung und Steuerung von biotechnisch interessanten Kristallisationsprozessen mit Hilfe der In-situ-Videomikroskopie (ISVM)

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Im Bereich der Aufarbeitung biotechnisch hergestellter Proteine hat die Kristallisation in den letzten Jahren wieder an Bedeutung gewonnen. Zur Ermittlung der optimalen Kristallisationsbedingungen, zur Beobachtung und Führung des Kristallisationsprozesses und zur Überprüfung der gewünschten Produktqualität ist eine leistungsfähige Messtechnik unabdingbar. In dem beantragten Vorhaben soll ein In-situ-Videomikroskopsystem mit rechnergestützter Bildverarbeitungssoftware entwickelt werden, das für diese Zwecke eingesetzt werden kann. Für die Entwicklung des Hardwaresystems existieren Erfahrungen bei der Entwicklung eines In-situ-Mikroskops (DFG Projekt Sche 279/19) zur Beobachtung von Kultivierungsprozessen. Die Entwicklung eines neuartigen In-situ-Videomikroskops ist geplant, mit dem in schneller Bildabfolge die Kristalle und ihre Wanderung sowie Drehung in der Messzone erfasst werden können. Die Optik dieses Systems wird neu konzipiert. Verschiedene Mikroskopiertechniken (inklusive Fluoreszenz, Dunkelfeldmikroskopie, Polarisation, unterschiedliche Farbanregungen) sollen mit dem Gerät nutzbar gemacht werden. Parallel dazu wird ein Stereoaufbau getestet. Mit dem Hardwaresystem werden Kristallisationsprozesse an Modellsystemen (Alanin, Acetylsalicylsäure, Paracetamol, Lysozym etc.) beobachtet. Bildverarbeitungsalgorithmen werden entwickelt, die es gestatten, die aufgezeichneten Bildinformationen zu analysieren, um Prozessvariablen, wie Größenverteilung, Kristallinität, Oberflächenbeschaffenheit, Reinheit etc. zu ermitteln. Basierend auf der Quantifizierung der Variablen soll die Kristallisationsdynamik erfasst werden, um abschließend das System an Kristallisationsprozessen einzusetzen und diese auch hinsichtlich der Kristallgröße, Größenverteilung und Reinheit zu regeln.