Die Philipps-Universität entwickelt berührungslose Messtechnik für pharmazeutische Produkte. Mit Terahertz-Sensorik will sie zur effizienteren Gefriertrocknung gelangen.
Gefriertrocknung ist ein wichtiger Prozess bei der Herstellung empfindlicher Arzneimittel. Sie benötigt jedoch viel Energie und kann teilweise länger dauern als technisch notwendig. Hier setzen Physiker der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Martin Koch und die HOF Sonderanlagenbau GmbH mit einem gemeinsamen Forschungsprojekt an: Sie entwickeln eine neue Messtechnik, die mithilfe von Terahertz-(THz)-Strahlung den Trocknungszustand eines Produkts direkt und berührungslos während des laufenden Trocknungsprozesses erfassen soll.
„Wir wollen mit der Terahertz-Sensorik direkt in das Produkt hineinschauen, ohne es zu berühren oder den Prozess zu unterbrechen“, erklärte Prof. Dr. Martin Koch. Er ist der Leiter der Arbeitsgruppe Halbleiterphotonik der Philipps-Universität Marburg. „Damit schaffen wir die Grundlage dafür, Gefriertrocknungsprozesse künftig gezielter zu steuern und genau dann zu beenden, wenn der gewünschte Trocknungsgrad erreicht ist.“
Das Kooperationsprojekt mit dem regionalen Wirtschaftspartner HOF Sonderanlagen aus Lohra in Mittelhessen wird vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur über die LOEWE-Förderlinie 3 gefördert und hat ein Gesamtvolumen von rund 409.000 Euro. „Die Kooperation mit HOF Sonderanlagenbau zeigt, wie wir unsere Forschungskompetenz gezielt in die Anwendung bringen und gemeinsam mit Unternehmen der Region innovative Lösungen für konkrete Herausforderungen entwickeln“, sagte Universitätspräsident Prof. Dr. Thomas Nauss. „Solche Transferpartnerschaften sind ein wichtiger Bestandteil unseres Selbstverständnisses als Universität: Wir wollen wissenschaftliche Erkenntnisse nicht nur gewinnen, sondern auch dazu beitragen, dass sie Wirtschaft und Gesellschaft zugutekommen und weiterbringen. Das Projekt verbindet exzellente Forschung mit einem konkreten Innovationspotenzial für die regionale Wirtschaft.“
Der Hessische Wissenschaftsminister Timon Gremmels betonte: „Die Zusammenarbeit zwischen der Philipps-Universität Marburg und der HOF Sonderanlagenbau zeigt eindrucksvoll, wie exzellente Grundlagenforschung den direkten Sprung in die wirtschaftliche Praxis schafft. Mit unserer LOEWE-Förderung unterstützen wir gezielt solche wegweisenden Kooperationen zwischen hessischen Hochschulen und innovativen regionalen Unternehmen. Die neue Terahertz-Technologie macht aufwendige Produktionsprozesse in der Pharmaindustrie nicht nur präziser, sondern spart gleichzeitig wertvolle Energie ein. Das Projekt ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Innovationen zu mehr Nachhaltigkeit und zur Stärkung unserer regionalen Wirtschaft beitragen.“
Zum Einsatz kommen kompakte THz-Transceiver, die elektromagnetische Wellen in die Probe aussenden und wieder empfangen. Verändert sich der Wassergehalt des Gefriertrocknungsprodukts, verändert sich auch das Messsignal. Die Projektpartner wollen die Technologie zunächst in Laboranlagen von HOF integrieren und in verschiedenen Messanordnungen testen.
Im Unterschied zu etablierten Verfahren soll die neue Sensorik nicht lediglich den Wasserdampf in der Anlage messen, sondern direkt am Produkt ansetzen – ohne Sonden, die mit dem pharmazeutischen Produkt in Kontakt kommen. Die neuen – vergleichsweise preisgünstigen – THz-Transceiver eröffnen dabei die Möglichkeit, die Technologie für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen. „Hiermit können wir einen technologischen Meilenstein setzen, der nicht nur die Qualität des herzustellenden Produkts verbessert, sondern der gleichzeitig auch den aufwendigen Gefriertrocknungsprozess energetisch effizienter und somit nachhaltiger macht“, erklärte Geschäftsführer Dr. Alexander Hof von der HOF Sonderanlagenbau GmbH.
Aus den Versuchen sollen zwei Demonstratoren hervorgehen, die anschließend zu einem marktfähigen Seriengerät weiterentwickelt werden können. Für HOF Sonderanlagenbau als international tätige Spezialisten für Gefriertrocknungsanlagen eröffnet die Technologie ein weiteres Anwendungsfeld und ein zusätzliches technologisches Alleinstellungsmerkmal. Durch kürzere Trocknungszeiten könnten Energieverbrauch und Anlagenauslastung verbessert werden.
Zunächst steht die Pharmaindustrie im Mittelpunkt etwa bei der Herstellung von Insulin oder Antibiotika als sogenannte „Bulk-Ware“. Perspektivisch soll die Messtechnik auch für die Lebensmittelindustrie nutzbar sein. Dort könnte sie beispielsweise bei der Gefriertrocknung von Kaffee, Milchprodukten, Obst oder Gemüse eingesetzt werden.
* pm: Philipps-Universität Marburg