Technische Universität München

Die schnelle Gewinnung technisch relevanter Prozessinformationen ist für die Entwicklung biotechnologischer Produktionsprozesse von großer Bedeutung. Am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik erfolgte hierzu bereits die Miniaturisierung und Parallelisierung von Rührkesselreaktoren und deren Automatisierung mit Laborrobotern, wobei ein besonderes Augenmerk auf der einfachen Skalierbarkeit von Bioprozessen in den Liter- und m³-Maßstab liegt.

Versuchsplanung, Einsatzplanung der Geräte im Bioprozesslabor und Auswertung der Versuchsergebnisse werden bisher jedoch nur intuitiv entsprechend des Ausbildungsniveaus und individuellen Wissenstandes des jeweiligen Wissenschaftlers durchgeführt.

Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens ist daher zum einen der Einsatz intelligenter Software-Komponenten zur wissensbasierten Versuchsplanung, zur Ablaufsteuerung von parallelisierten und automatisierbaren Laborexperimenten in Echtzeit und zur on-line Datenauswertung, um in Zukunft Entwicklungszyklen in der Bioprozessentwicklung drastisch verkürzen zu können. Hierzu muss zunächst eine digitale Kommunikation der im Bioprozesslabor eingesetzten Laborgeräte mit einem Labormanagement- und Informationssystem (LIMS) aufgebaut werden.

Des Weiteren sollen nutzbare und zeiteffiziente Strategien für wichtige Schritte in der mikrobiellen Bioprozessentwicklung wie beispielsweise der automatisierten Expressionsoptimierung im Zulaufverfahren oder der automatisierten Evaluierung der Prozessstabilität von mikrobiellen Produktionsverfahren erarbeitet und validiert werden. Hierzu sollen gleichzeitig bis zu 48 Rührkesselreaktoren im mL-Maßstab mit bis zu 4 parallelen Rührkesselreaktoren im L-Maßstab automatisiert betrieben werden. Versuchsplanung, Ablaufsteuerung von parallelisierten und automatisierbaren Laborexperimenten und on-line Datenauswertung sollen hierzu über das LIMS verfügbar gemacht werden.

Diese Arbeiten werden im Rahmen des Verbundvorhabens Digitalisierung in der Industriellen Biotechnologie (DigInBio) durchgeführt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziell unterstützt wird.