Digitalisierte Bioprozessentwicklung

(M.Sc. Lukas Bromig)

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 der Einsatz intelligenter Software-Komponenten zur wissensbasierten Versuchsplanung, zur Ablaufsteuerung von parallelisierten und automatisierbaren Laborexperimenten in Echtzeit (Automatisierte Bioprozessentwicklung) 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. Nachfolgend sollen Strategien erarbeitet, implementiert und experimentell validiert werden, die eine einfache optimale Konfiguration von automatisierten Versuchsabläufen ohne Erstellung fester Ablaufpläne im digitalisierten Bioprozesslabor ermöglichen.

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

 

Publikationen

  • Bromig L, Weuster-Botz D (2023): Accelerated adaptive laboratory evolution by automated repeated batch processes in parallelized bioreactors. Microorganisms 11: 275.
  • Bromig L, von den Eichen N, Weuster-Botz D (2022): Control of parallized bioreactors I: dynamic scheduling software for efficient bioprocess management in high-throughput systems, Bioproc Biosys Eng 45: 1927-1937.
  • Von den Eichen N, Osthege M, Dölle M, Bromig L, Wiechert W, Oldiges M, Weuster-Botz D (2022): Control of parallized bioreactors II: probabilistic quantification of carboyxlic acid reductase activity for bioprocess optimization, Bioproc Biosys Eng 45: 1939-1954.
  • Bromig L, Leiter D, Mardale A-V, von den Eichen N, Bieringer E, Weuster-Botz D (2022): The SiLA 2 manager for rapid device integration and workflow automation. SoftwareX 17: 100991.
  • Von den Eichen N, Bromig L, Sidarava V, Marienberg H, Weuster-Botz D (2021): Automated multi-scale cascade of parallel stirred-tank bioreactors for fast protein expression studies. J Biotechnol 332: 103-113.