BRAVE PARTNERS. PIONEERS. VISIONARIES:

Anwendungsbeispiele

Stößt du bei deiner Forschung an die Grenzen herkömmlicher Partikelcharakterisierungsmethoden? Möchtest du viel tiefere Einblicke erhalten, um die Zusammensetzung und das Verhalten von Partikeln besser zu verstehen? OF2i wird bereits von ausgewählten Partnern für ihre bahnbrechende Forschung und für optimierte Produktionsprozesse eingesetzt. Hier findest du eine Auswahl erster Use Cases, die das Potential von OF2i veranschaulichen und einen Vorgeschmack auf die unzähligen Einsatzmöglichkeiten geben.

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Nachweis von Nanoschadstoffen in Oberflächengewässern

Gregor Marolt und seine Forschungsgruppe an der Universität Ljubljana entwickeln eine siebgedruckte Sensortechnologie, die eine kostengünstige Erkennung von Nanoschadstoffen aus Autoreifen in Oberflächengewässern ermöglicht. Sie verwendeten das OF2i®-Gerät von BRAVE Analytics für den Vergleich und die Validierung von Messungen der Größe und Konzentration von Nanokunststoffen bei extrem niedrigen Konzentrationen.

Die Lösung

In der Machbarkeitsstudie wurden zwei unterschiedlich filtrierte Nanosuspensionen aus Autoreifen verglichen.

OF2i® erwies sich als praktikabel für:

  1. Quantifizierung der Unterschiede zwischen den beiden Proben. Die erste Probe wurde mit einem 0,22-µm-Filter gefiltert und wies eine deutlich geringere Menge an größeren Fraktionen auf als die gleiche Probe, die mit einem 0,45-µm-Filter gefiltert wurde.

  2. Online-Messung der Nanoschadstoffe, die eine Echtzeitüberwachung von Veränderungen in kleinen Behältern ermöglicht. Diese ermöglicht eine Überprüfung der kostengünstigen siebgedruckten Sensoren in dem die PAT-Lösung sowohl Konzentrations- als auch Partikelgrößenveränderungen bei einem Datenpunkt pro Sekunde und mit hoher statistischer Relevanz (>300 gemessene Partikel pro Minute während der ersten Experimente) überwacht.

Feedback

"Wir sehen großes Potenzial in der Nutzung von OF2i®, um uns bei der Verifizierung und Entwicklung unserer Sensortechnologie zu unterstützen. BRAVE Analytics ist ein hervorragender Innovationspartner bei der Lösung einer der dringendsten Herausforderungen der modernen Gesellschaft - der besseren Überwachung der Grund- und Trinkwasserqualität."
Brave Analytics Testimonials - Portrait Gregor Marolt – University Ljubljana
Assistant Prof. Gregor Marolt
Fakultät für Chemie und chemische Technologie, Universität Ljubljana

Das patentierte OF2i®-Laboranalysegerät ist ein zuverlässiges und genaues Gerät für die Echtzeitüberwachung von Partikelkonzentration und Partikelgrößenverteilung mit Einzelpartikel-Empfindlichkeit, in diesem Fall für extrem niedrige Konzentrationen von Nanokunststoffen.

Online-Überwachung der Auswaschung von Mikro- und Nanokunststoffen in Wasser bei sehr niedrigen Konzentrationen

Katharina Heider (Forscherin an einer österreichischen Universität) konnte erst durch OF2i®-Messungen Erkenntnisse über die Auslaugung aus Polypropylenflaschen gewinnen.
Katharina verfügte nicht über die Technologie, um Konzentrationen bis hinunter zu wenigen Partikeln pro Milliliter zu messen. Bevor diese Proben gemessen werden können, müssen sie in der Regel mit anderen Techniken aufkonzentriert werden, um die mit herkömmlichen Partikelmesstechniken erreichten Nachweisgrenzen zu erreichen. Die Alternative war die Verwendung des OF2i®-Geräts von BRAVE Analytics für die Online-Überwachung bei hohen Durchflussmengen. Die Probe wurde durch die Durchflusszelle gepumpt und einzelne Partikel wurden zur Analyse verfolgt.

Die Lösung

Der BRAVE B-Curious-Modul ermöglicht einen hohen Durchsatz und detektiert Nanokunststoffe und Mikroplastik in Konzentrationen bis hinunter zu wenigen Partikeln pro Milliliter mit einer Einzelpartikel-Empfindlichkeit.Die Online-Messung wurde mit hohem Durchsatz durchgeführt, um eine hohe statistische Relevanz zu erzielen. Reinstwasserproben in verschiedenen Kunststoffflaschen wurden nach Reinigungszyklen analysiert, um die Reinigungseffizienz zu bestimmen, und die Ergebnisse wurden mit der Referenz (20 nm filtriertes Reinstwasser) in Glasflaschen verglichen.

Feedback

"Durch die Einzelpartikel-Empfindlichkeit der BRAVE OF2i-Methode konnten wir endlich die extrem niedrigen Konzentrationen von Nanoplastik in unseren Proben nachweisen und einen relevanten und aufschlussreichen Vergleich für unsere Forschung erzielen."
Brave Analytics Testimonials - Professor Thomas Meisel
Prof. Thomas Meisel
Montanuniversität Leoben

Highlights der Anwendung

Überwachung von Nanokunststoffen und PFAS in extrem niedrigen Konzentrationen (bis zu wenigen Partikeln pro ml):
  • Bewertung der Reinigungs-, Filtrations- und Abscheidungseffizienz für Trink- oder Abwasser
  • Überprüfen des Auftretens von Filterdurchbrüchen, Bewertung der Filterkapazität
Spezifikationen OF2i®
Nachweisgrenze
Wenige Objekte / mL
Objektgrößenbereich
50 bis 3000 nm (probenabhängig)
Erfasste Substanzen
Nanokunststoffe (z.B. SiO2, Polystyrol, PP), PFAS
Messmodus
Online (entweder an den Prozess gekoppelt oder aus einem Probenbehälter)

Online-Überwachung von Formulierungen für parenterale Ernährung, die mittels Hochdruck-Homogenisierungsverfahren hergestellt werden

Einer der größten weltweit tätigen Pharmakonzerne suchte nach einer effizienteren Alternative zu Offline-Qualitätskontrolle für Rezepturen der parenteralen Ernährung. Diese Öl-in-Wasser-Emulsionen müssen strenge Vorschriften hinsichtlich Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung erfüllen.
Es gab bisher keine echte PAT-Lösung für die Überwachung dieses Produktionsprozesses und die zeitliche Verzögerung, die mit der manuellen Qualitätskontrolle im Labor einhergeht, birgt das Risiko, dass Rezepturen hergestellt werden, die nicht den Spezifikationen entsprechen, was wiederum hohe Kosten verursacht. Das Benchtop-Gerät, welches das Team für die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung verwendete, basierte auf einer Ensemble-Methode, die unzuverlässige Ergebnisse lieferte, die von verschiedenen Parametern wie Viskosität und Konzentration beeinflusst wurden. Das Testen war eine langwierige Prozedur mit manueller Bedienung und Verdünnung, eine weitere potenzielle Fehlerquelle.

Die beste Lösung wäre ein Wechsel zur Online-Überwachung und zum Real Time Release Testing (RTRT) für diese flüssigen Formulierungen.
Die Herausforderungen in diesem Fall:

  • Emulsionen mit einer Partikelgröße von 100 nm bis 600 nm, die Hochdruckhomogenisierungsprozessen unterzogen werden.
  • Überwachung rund um die Uhr während des Produktionsprozesses und direkte Kommunikation mit dem Prozesskontrollsystem, um eine sofortige Regelung der Produktion zu ermöglichen.


Die Abbildung zeigt:
Kontinuierliche Vermessung einer Öl-in-Wasser-Emulsion. (a) Streudiagramm und Histogramm zu vermessenen Partikeldurchmessern. Über eine Trendanalyse können zwei Homogenisierungszustände (H1, H2) identifiziert werden. (b) Zugehörige D-Werte als Funktion der Zeit, die mithilfe der kumulativen Partikelgrößenverteilung berechnet werden. Credit: Urheber: Marko Šimić, Universität Graz, Brave Analytics<br
 

Die Lösung

Unser BRAVE B-Continuous Online-PAT-Sensor (einschließlich einer kontinuierlichen und automatisierten Online-Probenaufbereitungseinheit) wurde in einer Pilotanlage des Unternehmens installiert. Diese Anlage besteht aus zwei Homogenisierungsschritten, bei denen die Partikelgröße durch die Anwendung von hohem Druck allmählich abnimmt. Nach dem ersten Schritt wird die Partikelgröße von 3 µm auf etwa 0,3 µm reduziert. Der Prozesssensor (BRAVE B-Continuous) wird nach dem ersten Homogenisierungsschritt an den Prozessanschluss angeschlossen, um die Effizienz des Arbeitsschrittes zu erfassen. Er überwacht kontinuierlich die Partikelgrößenverteilung und wertet automatisch Daten wie z. B. D-Values aus, die zur Bewertung der Prozesseffizienz herangezogen werden. Die Plug-and-Play-Einrichtung kann auch leicht an andere Messpunkte verlegt werden, um die Effizienz anderer Prozessschritte zu überwachen.

Feedback

Die Vorteile mit OF2i® bei der Online-Überwachung von Formulierungen zur parenteralen Ernährung während des Produktionsprozesses:

  1. Weniger Produktausschuss, da die Qualitätskontrolle online im Gegensatz zur manuellen Labor-Messungen ohne Zeitverzögerung stattfindet.
  2. Besseres Verständnis der Produktionsprozesse auf der Grundlage der gesammelten Daten.
  3. Einzelpartikel-Empfindlichkeit mit hohem Durchsatz (bis zu 4.000 Partikel/min), das heißt: Erfassung aller Partikelpopulationen in einer repräsentativen Messung mit hoher statistischer Relevanz.
  4. Der BRAVE B-Continuous Online-PAT-Sensor kann leicht an andere Messpunkte verlagert werden, zum Beispiel, um die Effizienz verschiedener Prozessabschnitte zu bewerten.

Ein tieferes Verständnis der dynamischen Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS)

Professor Tobias Madl von der Medizinischen Universität Graz, Österreich, erforscht die (Dys-)Regulation und Drug Targeting von biomolekularen Kondensaten. Störungen in diesen Kondensaten weisen auf altersbedingte Krankheiten wie Krebs, Alzheimer und Altersdemenz hin. Professor Madl war auf der Suche nach alternativen Methoden zur Untersuchung der Größenverteilung und der zeitlichen Entwicklung von Kondensaten und wandte sich an BRAVE Analytics. Ohne ein gründliches Verständnis der molekularen Prozesse, die an der Bildung von Kondensaten im Frühstadium beteiligt sind, ist es unmöglich, eine Strategie zur Verbesserung der bestehenden Modelle zu planen und herauszufinden, wie und wann Medikamente am effektivsten verabreicht werden.

Die Forschung in diesem Bereich profitiert in hohem Maße von der Beobachtung und Dokumentation der beteiligten Interaktionen und dynamischen Prozesse. Leider waren diese Einblicke mit der bestehenden Technologie nicht möglich.
Die Mikroskopie konnte beispielsweise die Bildungsprozesse in den frühen Stadien nicht auflösen und auch nicht mitverfolgen, wenn sich Kondensate zu bilden und Proteine mit RNA zu interagieren beginnen.
Die Herausforderung bestand darin, das Probenverhalten aus dieser „Black Box“ herauszuholen.

Die Lösung

Professor Madl verwendete BRAVE B-Curious für zeitaufgelöste Größenbestimmung und erreichte eine dynamische Partikelcharakterisierung mit nur 100 µl Probenvolumen. Die Probenzusammensetzung: ein Puffer mit 6 µM Protein und verschiedenen Mengen (von 0,02 µM bis 0,2 µM) an RNA.
Die Messergebnisse veranschaulichte diese LLPS-Prozesse und ermöglichten den Vergleich der Partikelbildung in Gegenwart unterschiedlicher RNA-Konzentrationen.

Die Ergebnisse der Messungen werden demnächst veröffentlicht und sind Teil einer Doktorarbeit.

Vorteile von OF2i® bei der Untersuchung der Bildung biomolekularer Kondensaten:

  1. Visualisierung der Bildung und Größenverteilung von Proteinen, wie sie sich im Laufe der Zeit verändern, in einer einzigen nahtlosen und vollständigen Messung.
  2. Einzelpartikelgenauigkeit, selbst für Kondensatpartikel im Größenbereich von 10 nm bis 2000 nm.
  3. Ergebnisse aus kleinen Probenmengen von 80 µL bis 100 µL.

Feedback

"Da die kleinen Kondensate, an denen wir interessiert sind, mit der Mikroskopie nicht erkannt werden können, bleibt ihre Untersuchung ein blinder Fleck. Die OF2i®-Technologie verspricht, diese Lücke zu schließen und noch nie dagewesene Einblicke in die Prozesse zu liefern, die die frühe Kondensatbildung und die Targeting der Kondensate vorantreiben. Die ersten Ergebnisse von BRAVE B-Curious zeigen, dass die OF2i®-Methode für uns und für das gesamte Gebiet der Erforschung biomolekularer Kondensate und ihrer Rolle bei Gesundheit und Krankheit von großem Interesse sein wird. Wir freuen uns sehr auf die offizielle Freigabe des BRAVE B-Curious und darauf, es in naher Zukunft zu erwerben."
Brave Analytics Testimonials - Portrait Prof. Tobias Madl der Medizinischen Universität Graz
Univ. Prof. Dr. Madl
Medizinische Universität Graz & Gottfried Schatz Forschungszentrum