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BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringMikro-Dosiereinheit für BioreaktorenProduktionstechnik / Betreuer: Karl-Heinz Selbmann, Prof. Guido BucherExperte: Prof. Dr. Gregor BurkhardProjektpartner: Reseachem, BurgdorfIn der Biotechnologie werden viele Stoffe aus Kulturen von Bakterienzellen gewonnen. Damit diese Bakterienzellenoptimale Bedingungen für das Wachstum haben, werden sie in sogenannten Bioreaktoren kultiviert.Bei diesen Behältern wird Temperatur, pH-Wert, CO2 und Sauerstoffanteil ständig überwacht. Mit Pumpenwerden Nährmedien sowie Säuren und Basen geregelt dazugegeben. Eine neuartige Dosiereinheit soll nundiesen Prozess vereinfachen und ein Downscaling der Bioreaktoren im Laborbereich ermöglichen.Simon ZumbrunnenViskositätsunabhängigerDurchflusssensorIn dieser Projektarbeit wurde dasbestehende Funktionsmuster einesDurchflusssensors optimiertund als neuer Prototyp aufgebaut.Der Durchflusssensor wird inKombination mit einem Mikroventilverwendet, indem die beidenBauteile in Serie geschaltet werden.Um einzelne Tropfen zu messen,welche vom Ventil abgeschossenwerden, muss derDurchflusssensor innerhalb vonMikrosekunden die Strömung detektieren.Durch aufsummierendes Durchflusses über die Öffnungszeitdes Ventils wird dasVolumen jedes Tropfens auf 5%genau bestimmt. Der Durchflusssensorist so konzipiert, dass nichtnur der Durchfluss sondern auchdie Viskosität der Flüssigkeit bestimmtwird. Dadurch wird eineviskositätsunabhängige Durchflussmessungmöglich. Flüssigkeitenmit der Viskosität von Wasser(1 mPas) und bis zu Zuckerlösungenmit 10 mPas können so ohnevorangehende Kalibrierung dosiertwerden.Durch das exakte Messen desDurchflusses sinken die Ansprüchean das Ventil bezüglich Dosiergenauigkeit.Das Ventil kannso weniger aufwändig und damitgünstiger gestaltet werden. Dosierfehlerwerden durch eineMess- und Regelungselektronik(Abbildung 1) erkannt und elektronischkorrigiert.Design für SerienproduktionDie Dosiereinheit wurde im Hinblickauf eine Grossserienfertigungoptimiert. Ein Design ausKunststoff Spritzguss vereint Ventilund Sensor in einer kompakten,kostengünstigen Einheit (Abbildung2). Durch die geringen Herstellungskostenist eine Verwendungals Einwegkomponentedenkbar.Die Dosiereinheit ist Chemikalienbeständigund soll vor dem Verkaufsterilisiert werden. Die Arbeitenim Biotechnologielabor werdendurch kürzere Installationszeitenund einfachere Handhabungmassgebend vereinfacht. Die Dosiereinheitund das Messverfahrensind zum Patent angemeldet.Abbildung 1: Mess- und Steuerelektronikfür die Dosiereinheit.Abbildung 2: Seriennahes Design der Dosiereinheit mit derdie Inline-Messung von μl-Tropfen möglich ist36 ti.bfh.ch