2010_08_09_Frank_Schuhmacher_ExposeMoleklsynthesizer_V8

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Systemintegration in der organischen Synthese: „Automatisierung komplexer chemischer Verfahren“ Somit muss eine ausreichende Informationsbasis aufgebaut werden, was genau zur Abbildung der gewünschten chemischen Syntheseprozesse berücksichtigt werden soll. Aus diesem Grund ist es notwendig, eine Vielzahl der dokumentierten Oligosaccharidsynthesen zu analysieren und deren chemischen und physikalischen Parametervariationsführung in der Synthese zu standardisieren. Aus den gewonnenen Daten und Informationen muss dann versucht werden, allgemeingültiges Wissen abzuleiten, welches in Form einer Parametermatrix zur Grundlage für die geplanten Variationsstudien dient. Ziel ist es, Syntheseautomaten zu entwickeln, um die gewünschten Glycomoleküle in ausreichender Menge für z. B. biologische und medizinische Wirkungsuntersuchungen herzustellen. In der Natur liegen diese Wirkstoffe oft in unauffälligen Verpackungen vor z. B.: Pilzen, Wurzeln, Flechten. Dies lässt das Wissen von Medizinmännern, Heilern und Druiden über die möglichen Auswirkungen von Extrakten aus Naturstoffen in einem anderen Licht erscheinen. In der aktuellen biologischen Forschung wird in Extremgebieten der Natur (z. B. in Meerestieren) nach neuen chemischen Substanzen geforscht, deren Isolierung, wenn überhaupt, nur in kleinsten Mengen realisierbar ist. Die Analytik der jeweiligen Reaktion und deren quantitative Umsetzung ist verfahrensbedingt nicht oder nur mit großem Aufwand möglich. Mit der Systemintegration, also dem Zusammenfassen bisher eigenständig arbeitenden Systemkomponenten zu einem zentral verwaltetem Gesamtsystem, wird der erste Schritt der automatisierten Molekülherstellung vollzogen. Der Nachweis der Funktionalität aller Schritte soll durch eine Vielzahl von Beispielsynthesen, auch bereits manuell erfolgter Synthesen, erbracht werden. Bestimmung der zusätzlichen Sensorik • Temperatur im Reaktor • Temperatur im Gerät • Gerätezustand • Schutzgasdruck • Feuchtigkeit • Mengen • Gefäße ©2010 FS Version 08.08.2010 23:47:16 ExposeMolekülsynthesizer.doc Seite 9 von 30
Systemintegration in der organischen Synthese: „Automatisierung komplexer chemischer Verfahren“ Gestaltung von Bedienoberflächen: • Geräteorientierung • Funktionsorientierung • Gefäßorientierung • Probenorientierung • Anwenderorientierung Oberflächengestaltung als browserbasierte Webfrontend, grafische Editierung, Programmschnittstellen zu Chemiestandardprogrammen, Sicherheit und Plausibilitätskontrolle sollen hierbei Berücksichtigung finden. Anforderungen an den Molekül- Synthesizer: • Einstellbare und geregelte Reaktionstemperatur • Durchmischung der Reaktionssubstrate • Abscheidung in den Abfallbehälter • Produktsammlung in Probengefäßen • Vermeidung von Lufteintrag (Schutzgasatmosphäre) • Vermeidung und Entfernung von Feuchtigkeit • Dosierter Substanzeintrag • Schnelles Spülen des Reaktorgefäßes • Drucküberwachung des Schutzgases • Substratzuführung ohne Kontamination • Verwaltung der Reaktionsprodukte Die Bedienung der aktuell realisierten Syntheseapparate im Bereich der Kohlenhydratsynthese bedarf seitens des Anwenders erhebliches Hardware Know How. Außerdem lässt es viele Möglichkeiten der Fehlbedienung offen und verlangt tiefgreifendes chemisches Wissen. Neben der Tatsache, dass keinerlei Protokollführung zur Dokumentation der Reproduzierbarkeit vorgesehen ist werden auch keinerlei Plausibilitätsprüfungen durchgeführt. Die vorliegende Automatisierung erschöpft sich in einer reinen Steuerung über eine Abarbeitungsliste. Diese ist darüber hinaus mit keinem Handshake-Protokoll, sondern einem zeitlichen Polling realisiert, welches somit auch keine optimale Prozessführung darstellt. Über den aktuellen Zusammenbau existieren keine technischen Informationen zu Vorversuchen, wie es zur Werkstoffauswahl als auch zur Definition der relevanten Systemparameter gekommen ist. ©2010 FS Version 08.08.2010 23:47:16 ExposeMolekülsynthesizer.doc Seite 10 von 30
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Seite 3 und 4: Systemintegration in der organische
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