Mikrofilter kommen in vielen technischen Anlagen zum Einsatz. Sie fangen während des Produktionsprozesses winzige Partikel ab und sorgen so dafür, dass diese nicht in die Umwelt oder nachgeschaltete Anlagen gelangen. Nach einer gewissen Betriebszeit sind sie jedoch verstopft und müssen ausgetauscht oder gereinigt werden. Bei herkömmlichen Filtern ist es kaum möglich, den aktuellen Belegungs- und Verstopfungsgrad der jeweiligen Filtermembran einfach zu erfassen. Oft weist erst ein Druckabfall in der Anlage darauf hin, dass der Filter weitgehend verstopft ist.

Den aktuellen Zustand immer im Blick

Wissenschaftler der Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT haben einen neuartigen Mikrofilterstapel entwickelt. Mithilfe dieses »intelligenten Filters« soll es zukünftig möglich sein, den Beladungszustand des Filters permanent zu überwachen und so einer Verstopfung rechtzeitig vorzubeugen: Er detektiert selbstständig seinen aktuellen Beladungszustand und ermöglicht dadurch erstmals eine automatisierte Filter-, Proben- und Prozessüberwachung.

Breite Anwendungsmöglichkeiten in der Prozesskontrolle

Dazu haben die Forscher Sensorik und Filtertechnik in einem Folienschichtsystem kombiniert: Der Mikrofilter besteht aus zwei Sensorfolien mit kapazitiven Elektrodenstrukturen (Interdigitalkondensatoren) und einer dazwischen platzierten, auf die Anwendung abgestimmten Filtermembran. Im Betrieb ändern vom Filter zurückgehaltene Zellen oder Partikel die elektrischen Eigenschaften des durchströmenden Mediums auf der angeströmten Seite des Filters. Anhand dieser Parameter lässt sich der Beladungsgrad kapazitiv messen. Aus der Messung der zeitlichen Änderung der Filterbeladung können wiederum Rückschlüsse auf die Partikel- oder Zelldichte im Medium gezogen werden. Die im Modul gesammelten Substanzen können bei Bedarf anschließend weiter analysiert werden.

Dies liefert wertvolle Informationen über die Prozessvorgänge und eröffnet breite Anwendungsmöglichkeiten in der Prozesskontrolle und Produktionsüberwachung – beispielsweise von Zellkulturen im Bereich Life Sciences, Fermentation in der Lebensmitteltechnologie, bei der Kultivierung von Algen für medizinische Zwecke oder zur Biomasseherstellung. Auch eine Anwendung bei der Filtration von Gasen, etwa für Sicherheitsanwendungen oder in der Prozesstechnologie, ist vorstellbar.

Rolle-zu-Rolle-Verfahren erlaubt kostengünstige Produktion

Der Sensorfilter lässt sich ohne großen Aufwand in verschiedene technische Anlagen und mikrofluidische Systeme zur Onlinemessung integrieren. Die Nutzung von Polymerfolien als Trägermaterial bzw. für die Elektroden und die Prozessierung im Rolle-zu- Rolle Verfahren ermöglichen eine kostengünstige Produktion.

Kontakt:

Dr. Hanns-Erik Endres
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Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT
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