Anwendung spektroskopischer Messverfahren und Multivariater Datenanalyse zur Bewertung und Beobachtung von Bioprozessen

Jan-Patrick Voß

doi:10.51202/9783186293176

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Bioprozessmonitoring unter Verwendung spektroskopischer Messverfahren und multivariater Datenanalyse nach den Grundsätzen von PAT – Process Analytical Technology. Mit NIR-Spektroskopie und dem Verfahren Soft Independent Modelling of Class Analogy (SIMCA) wurde eine Quali¬tätsbewertung von Hefeextrakten realisiert. Im Vordergrund stand jedoch die Quanti¬fizierung nicht direkt messbarer Größen aus NIR-, Raman- und 2D-Fluoreszenzspektren in pharmazeutischen Produktionsprozessen mit Pichia pastoris. Eine entsprechende Online-Bestimmung mit der Methode Partial Least Squares Regression (PLSR) kam weiterführend zur Regelung der Glycerolkonzentration zum Einsatz. Darüber hinaus wurde die Verwendung nichtspektraler Online-Daten zur Prozessbeobachtung erprobt. Dabei gelang mit Hilfe des nichtlinearen Verfahrens Support Vector Regression (SVR) unter anderem die Bestimmung zellspezifischer Reaktionsraten.

...

Schlagworte

Publikation durchsuchen

Bibliographische Angaben

Copyrightjahr: 2017
ISBN-Print: 978-3-18-329317-9
ISBN-Online: 978-3-18-629317-6
Verlag: VDI Verlag, Düsseldorf
Reihe: Biotechnik/Medizintechnik
Band: 293
Sprache: Deutsch
Seiten: 165
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

Titelei/Inhaltsverzeichnis Teilzugriff Seiten I - XVI Download Kapitel (PDF)
1. PAT ‒ Ein Werkzeug moderner pharmazeutischer Produktion Kein Zugriff
2. Zielsetzung dieser Arbeit Kein Zugriff
1. Das potentielle Malariavakzin D1M1H als Zielprodukt Kein Zugriff
2. 1. Die methylotrophe Hefe Pichia pastoris Kein Zugriff
  2. Transformation des Organismus Kein Zugriff
1. 1. Der klassische Herstellungsprozess rekombinanter Proteine Kein Zugriff
  2. Intensivierung der Produktion durch zyklische Prozessführung Kein Zugriff
2. Die verwendete Bioreaktoreinheit Kein Zugriff
3. 1. Automatisierungsaufgaben Kein Zugriff
  2. Der substratlimitierte Glycerol-Fed-Batch Kein Zugriff
  3. Online-Estimierung der Zelldichte Kein Zugriff
  4. Inline-Messung und Regelung der Methanolkonzentration Kein Zugriff
  5. Atline-Quantifizierung des Zielproduktes Kein Zugriff
  6. Realisierung der zyklischen Fahrweise Kein Zugriff
  7. Abgasanalyse und Gasbilanzen Kein Zugriff
4. 1. Probenahme Kein Zugriff
  2. Zelldichtebestimmung Kein Zugriff
  3. Glycerol- und Methanolanalytik Kein Zugriff
  4. Ammoniummessung Kein Zugriff
  5. Gesamtproteinbestimmung Kein Zugriff
  6. Enzymatischer Alkoholoxidasenachweis Kein Zugriff
  7. Berechnung von Konzentrationen in der Flüssigphase Kein Zugriff
1. Eine Übersicht über PAT-Analysatoren Kein Zugriff
2. 1. Nahinfrarotspektroskopie Kein Zugriff
  2. Raman-Spektroskopie Kein Zugriff
  3. 2D-Fluoreszenzspektroskopie Kein Zugriff
3. Extraktion relevanter Informationen aus Spektren Kein Zugriff
1. Zielsetzung bei der Anwendung der MVDA Kein Zugriff
2. 1. Struktur und Modifizierung multivariater Datensätze Kein Zugriff
  2. Zentrierung und Skalierung Kein Zugriff
  3. Datenvorverarbeitung für Spektren Kein Zugriff
3. 1. Dimensionsreduktion durch Hauptkomponenten Kein Zugriff
  2. Das mathematische Modell der PCA Kein Zugriff
  3. Berechnung der Hauptkomponenten Kein Zugriff
4. 1. Multivariate Kalibrierung mittels PLSR Kein Zugriff
  2. Das mathematische Modell der PLSR Kein Zugriff
  3. Berechnung der PLS-Komponenten Kein Zugriff
5. 1. Generelle Anforderungen an das Datenmaterial Kein Zugriff
  2. Ausreißerdetektion für multivariate Daten Kein Zugriff
  3. Variablenselektion Kein Zugriff
  4. Validierung multivariater Modelle Kein Zugriff
6. 1. Allgemeine Informationen Kein Zugriff
  2. Soft Independent Modelling of Class Analogy (SIMCA) Kein Zugriff
  3. Validierung von Klassifikatoren Kein Zugriff
7. 1. SVM als multivariates Klassifizierungsverfahren Kein Zugriff
  2. Berechnung einer optimalen Trennebene Kein Zugriff
  3. Kernel-Funktionen zur Abbildung nichtlinearer Beziehungen Kein Zugriff
  4. Erweiterung zur Support Vector Regression (SVR) Kein Zugriff
8. Eingesetzte MVDA-Software Kein Zugriff
1. Motivation und Zielsetzung Kein Zugriff
2. Stand der Wissenschaft Kein Zugriff
3. Der gewählte Messaufbau Kein Zugriff
4. Vorstellung des Probenpools Kein Zugriff
5. Vorverarbeitung der Spektraldaten Kein Zugriff
6. Explorative Datenanalyse und Probenselektion Kein Zugriff
7. Entwicklung eines SIMCA-Klassifizierungsmodells Kein Zugriff
8. Externe Validierung des Modells Kein Zugriff
1. Eine Machbarkeitsstudie anhand von Offline-Analysen Kein Zugriff
2. Stand der Wissenschaft Kein Zugriff
3. Untersuchte Prozessgrößen und vorhandenes Probenmaterial Kein Zugriff
4. 1. Der komplexe Prozess der PLSR-Modellentwicklung Kein Zugriff
  2. Eine exemplarische Darstellung bei der PLSR-Modellentwicklung Kein Zugriff
  3. Schwierigkeiten bei Betrachtung der zellhaltigen Flüssigphase L Kein Zugriff
5. Prädiktion der Zelldichte Kein Zugriff
6. Prädiktion der Glycerolkonzentration Kein Zugriff
7. Prädiktion der Ammoniumkonzentration Kein Zugriff
8. Prädiktion der Gesamtproteinkonzentration Kein Zugriff
9. Prädiktion des zellinternen Alkoholoxidasegehaltes Kein Zugriff
1. 1. Die verwendete Bioreaktoranlage Kein Zugriff
  2. Die parallel/sequentielle Prozessführung Kein Zugriff
  3. Die erweiterte Prozess-EDV zur Anwendung der MVDA Kein Zugriff
2. Skizzierung des Versuchsaufbaus Kein Zugriff
3. 1. Bereitstellung geeigneten Datenmaterials Kein Zugriff
  2. Ergebnisdarstellung Kein Zugriff
4. 1. Bereitstellung geeigneter Kalibrierdaten Kein Zugriff
  2. Ergebnisdarstellung Kein Zugriff
5. Prädiktion der Gesamtproteinkonzentration Kein Zugriff
6. Anwendung der nichtlinearen SVR Kein Zugriff
1. Das Regelungskonzept Kein Zugriff
2. 1. Elemente des Regelkreises Kein Zugriff
  2. Charakterisierung des Streckenverhaltens Kein Zugriff
  3. Einführung des linearisierten Streckenmodells Kein Zugriff
  4. Vernachlässigung der Dynamik des Messsystems Kein Zugriff
  5. Regel- und Stellverhalten Kein Zugriff
3. 1. Übertragungsfunktionen des Regelkreises Kein Zugriff
  2. Eigenwerte des geschlossenen Regelkreises Kein Zugriff
  3. Schwingungsverhalten des Regelkreises Kein Zugriff
  4. Vorgabe des Regelkreisverhaltens Kein Zugriff
4. 1. Prozesstechnische Umsetzung Kein Zugriff
  2. Bereitstellung der Regelgröße durch ein PLSR-Modell Kein Zugriff
  3. Durchführung notwendiger Online-Berechnungen Kein Zugriff
  4. Vernetzung beteiligter Softwaresysteme Kein Zugriff
5. 1. Regelung im aperiodischen Grenzfall Kein Zugriff
  2. Regelung der Glycerolkonzentration im Schwingfall Kein Zugriff
1. Prädiktion nicht direkt messbarer Prozessgrößen Kein Zugriff
2. 1. Gewählte Zielgrößen Kein Zugriff
  2. Berechnung zellspezifischer Reaktionsraten Kein Zugriff
  3. Bereitstellung idealisierter Kalibrierdaten Kein Zugriff
  4. Auswahl und Bereitstellung der Prädiktorvariablen Kein Zugriff
  5. Erzeugung benötigter Datensätze und Datenvorverarbeitung Kein Zugriff
3. 1. Prädiktion von Zustandsgrößen Kein Zugriff
  2. Prädiktion zellspezifischer Reaktionsraten Kein Zugriff
Zusammenfassung Kein Zugriff Seiten 147 - 148
1. Kulturmedien Kein Zugriff
2. Kultivierungsbedingungen Kein Zugriff
3. Reaktionskinetische Parameter Kein Zugriff
4. Offline-Messungen Kein Zugriff
Quellenverzeichnis Kein Zugriff Seiten 153 - 159
Veröffentlichungen des Autors Kein Zugriff Seiten 160 - 165