Die Ursache liegt selten in der Petrischale, sondern häufig im Gas-Handling.

Auf unserem Biotech-Hub entdecken Sie:

→ Warum identische Protokolle unterschiedliche Ergebnisse liefern
→ Welche technischen Faktoren beim Skalieren kritisch werden
→ Wie Sie reproduzierbare Bioprozesse vom Labor zur Produktion sichern

→ Finden Sie heraus, wo Sie wirklich hinschauen sollten.

Aufgaben der Gase in aeroben Bioprozessen

Sauerstoffversorgung:

Mikroorganismen und Säugetierzellen benötigen Sauerstoff, um zu leben, zu wachsen und sich zu vermehren – er ist ihr „Atem“.

Zu viel Sauerstoff kann zu oxidativem Stress, Veränderungen im Stoffwechsel und zu einer stärkeren mechanischen Belastung der Zellen führen – verursacht durch intensiveres Rühren oder eine höhere Gaszufuhr.

Für die meisten Prozesse liegt der optimale DO-Wert (Dissolved Oxygen) zwischen 20 und 40 %.

Abfuhr von Kohlendioxid (CO₂):
CO₂ entsteht als Nebenprodukt des Prozesses. Zu hohe Konzentrationen können die Lösung ansäuern und die Zellentwicklung hemmen – deshalb muss CO₂ entfernt oder kontrolliert werden.

pH-Regulierung:
Gase wie CO₂ und Ammoniak beeinflussen den pH-Wert der Lösung. Der optimale pH-Wert hängt stark von der Organismenart ab:

• Bakterien (z. B. E. coli): 6,5 – 7,5 pH
• Hefen (z. B. Saccharomyces cerevisiae): 4,5 – 6,0 pH
• Pilze (z. B. Aspergillus): 4,0 – 6,5 pH
• Säugetierzellen (z. B. CHO-Zellen): 7,0 – 7,4 pH
• Algen: 6,5 – 8,5 pH

Zur Kontrolle des pH-Werts werden Pufferlösungen wie Phosphat oder Bicarbonat eingesetzt, ausserdem Säure- bzw. Basenzugabe oder CO₂-Gas.

Sterilität und Druckkontrolle:
Inerte Gase wie Stickstoff (N₂) werden verwendet, um sterile Bedingungen aufrechtzuerhalten und das System zu beaufschlagen – ohne Sauerstoff einzubringen.

Redox-Gleichgewicht und Stoffwechsel:
In anaeroben oder mikroaerophilen Prozessen werden Gase wie Stickstoff (N₂) oder Wasserstoff (H₂) genutzt, um spezifische Redoxbedingungen zu schaffen. Dadurch werden Stoffwechselwege und Produktausbeuten gezielt beeinflusst.

Overlay- bzw. Kopfraumbegasung
Hierbei wird ein Gas oder Gasgemisch kontrolliert in den Kopfraum über der Flüssigkultur eingebracht. Diese Technik spielt sowohl in aeroben als auch in anaeroben Bioprozessen eine wichtige Rolle.

Wichtige Vorteile:

• Verbesserter Gas-Flüssig-Austausch: Leichter Überdruck im Kopfraum fördert den effizienten Austausch an der Gas-Flüssig-Grenzfläche.
• Kontaminationsschutz: Der Überdruck verhindert das Eindringen von Keimen aus der Umgebung und unterstützt sterile Bedingungen.
• Schaumreduktion: Overlay-Begasung kann die Schaumbildung verringern, ersetzt aber keine Antischaummittel.
• Geeignet für empfindliche Zellkulturen: Besonders bei anaeroben Fermentationen oder schersensiblen Zellen (z. B. CHO- oder Stammzellen) empfehlenswert.
• Bessere Ergebnisse in spezifischen Fermentationen: Praktische Erfahrungen zeigen deutliche Verbesserungen, z. B. bei Pichia pastoris-Fermentationen durch bessere Sauerstoffverfügbarkeit und Druckkontrolle.
• Reduzierter Scherstress: Im Gegensatz zum Sparging (Einblasen von Gas in die Flüssigphase) ist Overlay-Begasung nicht invasiv und schützt empfindliche Zellen.
• Verdunstungskontrolle: Die Verwendung befeuchteter Gase reduziert Medienverdunstung – besonders in kleinen Reaktoren oder Schüttelkolben.

Gaswahl:
Das Overlay-Gas kann dasselbe wie das Sparging-Gasgemisch sein (typischerweise Luft, O₂ oder CO₂) oder ein Inertgas wie Stickstoff – je nach Prozess, Organismus und Skalierungsanforderungen.

Overlay-Begasung wird häufig unterschätzt, ist aber ein entscheidender Prozessparameter in bioreaktorbasierten Anwendungen. Ihre gezielte Nutzung verbessert die Kulturleistung, gewährleistet Sterilität und unterstützt die Skalierbarkeit.

Fazit
Gase dienen der Prozessoptimierung.
Gaszusammensetzung, Durchfluss und Druck werden kontinuierlich und dynamisch angepasst, um Zelldichte zu maximieren, Produktivität zu erhöhen und Scherstress sowie Schaumbildung zu minimieren.

Ein hochwertiger Massedurchflussregler muss dabei präzise, wiederholgenau, stabil und driftfrei arbeiten. Er sollte FDA-konform, USP Class VI-zertifiziert sowie ADI- und PFAS-frei sein.

Die Vögtlin smart series erfüllen all diese Anforderungen:

• Erhältlich als Einzelgeräte oder Modulpakete
• Moderne digitale Schnittstellen wie Modbus, Profibus, Profinet, EtherCAT oder EtherNet/IP
• Durchflussbereiche von 0–5 mln/min bis 1400 ln/min (gasabhängig)
• Großer Dynamikbereich ermöglicht präzise Dosierung von kleinsten bis zu hohen Gasströmen
• 3 Jahre Garantie
• Schweizer Lieferant für führende Bioreaktorhersteller seit 1986, Produktion in Deutschland

Bevor die Firma Biogents AG ins Leben gerufen wurde, erforschten ihre Gründer über 12 Jahre lang das Wirtsfindungsverhalten von Stechmücken. Biogents nutzt dieses Wissen, um Fallen zu entwickeln, die Mückenpopulationen überwachen und regulieren zu können. Kohlendioxid spielt dabei eine Schlüsselrolle, da es Mücken besonders anzieht. Menschen, die mehr CO2 ausstossen – wie z.B. Schwangere oder Personen mit höherem Körpergewicht – wirken auf die Insekten besonders attraktiv.

Warum CO2 als Lockstoff so effektiv ist

CO2 ist der wichtigste Lockstoff für die meisten blutsaugenden Insekten. Es kommt in der Atemluft von Menschen und Tieren vor. In der Umgebungsluft beträgt der Anteil nur 0,04 %, während er in der menschlichen Atemluft bei rund 4 % liegt. CO2 spielt bei nachtaktiven Mückenarten eine ganz besondere Rolle, da visuelle Reize in der Dunkelheit weniger hilfreich sind. Das Gas wirkt dann als Fernanlockungsmittel. In Fallennähe kommt dann noch der künstliche Hautduft hinzu und die Mücken werden von der Falle magisch angezogen. Aber keine Sorge, der CO2 Ausstoss ist dabei gering: Ein Erwachsener gibt täglich etwa ein Kilogramm CO2 ab. Bereits mit einer CO2 Abgabe von 500 Gramm CO2 pro Tag sind diese Fallen hocheffizient. Wenn man dann mit Hilfe eines Timers das CO2 nur an Zeiten abgibt, an denen die Mücken am aktivsten sind, werden nur etwa 250 g CO2 pro Tag verbraucht – also ein Viertel der CO2 Menge, die ein Erwachsener täglich ausatmet.

Das CO2 für diese Fallen stammt aus handelsüblichen Gasflaschen, wie sie auch in der Getränkeherstellung verwendet werden. Über einen Schlauch wird das Gas zur Falle geleitet, wodurch die Gasflasche unauffällig gelagert werden kann. Kohlendioxid wird nicht extra hergestellt, um abgefüllt zu werden, sondern ist ein Nebenprodukt industrieller Prozesse. Das CO₂ entsteht bei biologischen Gärungsprozessen und wird dann gereinigt und abgefüllt.

CO2 als Teil eines komplexen Locksystems

CO2 ist zwar der wichtigste, aber nicht der einzige Faktor, der Mücken anzieht. Eine wesentliche Rolle spielt auch der individuelle Hautduft. Unterschiedliche Menschen sind unterschiedlich attraktiv für Mücken, da sich die Zusammensetzung der Duftstoffe ihrer Haut unterscheidet. Weitere Informationen zum Zusammenspiel von CO2 und anderen Reizen finden Sie auf der Biogents-Website.

Wie effektiv CO2 tatsächlich als Lockstoff wirkt, belegen Studien: Die Fangraten für Hausmücken und Asiatische Tigermücken erhöhen sich um das Fünffache, wenn zusätzlich CO2 eingesetzt wird. Detaillierte Ergebnisse finden Sie in einer wissenschaftlichen Publikation.

Herausforderung in der Forschung: Exakte CO2-Dosierung

In der Forschung ist die genaue Dosierung von CO2 entscheidend, um die Ergebnisse unterschiedlicher Mückenfallen oder Lockstoffe vergleichen zu können. Um eine hohe Vergleichbarkeit zu gewährleisten, tauschen Forscher beispielsweise die Positionen der Fallen regelmässig, da die Mückenverteilung örtlich variieren kann. Zudem ist es fundamental, dass die Fallen identische CO2-Abgaberaten aufweisen, ausser der Einfluss der CO2-Dosierung wird gezielt untersucht.

Druckminderer ermöglichen eine grobe Einstellung der Abgaberate. Wenn jedoch Präzision erforderlich ist, setzen wir CO2-Durchflussmessgeräte ein.

Lösung: Präzise CO2-Messung mit dem red-y compact Durchflussmesser

Der red-y compact Durchflussmesser bietet eine zuverlässige Möglichkeit zur präzisen Messung des CO2-Durchflusses und der verbrauchten Gasmenge. Mit der modernen MEMS-Technologie der Vögtlin Massedurchflussmesser gewährleistet das Gerät schnelle Reaktionszeiten und eine unkomplizierte Bedienung dank Plug-&-Play-Funktionalität.

Die automatische Temperaturkompensation sorgt für eine hohe Wiederholgenauigkeit, während die Langzeitstabilität durch eine saubere und trockene Gasversorgung sichergestellt wird. Dank der kompakten Bauweise und des Betriebs mit handelsüblichen AA-Batterien ist das Gerät flexibel einsetzbar und ideal für autarke Forschungsprojekte.

Vorteile der Kombination Biogents-Fallen mit Vögtlin-Technologie

• Flexibilität im Einsatz: Anpassbar an verschiedene Forschungsbedingungen.
• Hocheffizienz und Sensitivität: Präzise Ergebnisse auch bei kleinen CO2-Mengen.
• Modulare Erweiterbarkeit: Perfekt geeignet für fortschrittliche Forschungsprojekte.

Fazit

Mücken lieben CO2 – und mit der richtigen Messtechnik wird es möglich, diesen Lockstoff optimal für Forschung und Praxis einzusetzen. Die Kombination aus Biogents-Fallen und der Vögtlin CO2-Durchflussmesstechnik bietet eine effektive Lösung für die Mückenbekämpfung und eine wertvolle Unterstützung bei wissenschaftlichen Studien.

Kontaktieren Sie einen Vögtlin Durchflussexperten

Nachhaltige Innovation durch Bioreaktoren
Kultiviertes Fleisch entsteht durch die Entnahme tierischer Zellen, die in einem Nährmedium unter streng kontrollierten Bedingungen im Bioreaktor gezüchtet werden. Diese Zellen vermehren sich und bilden Muskelgewebe, das dann zu Fleischprodukten verarbeitet wird – ganz ohne Tierhaltung oder Schlachtung.

Herausforderungen in der Bioproduktion
Der Erfolg dieses Verfahrens hängt massgeblich von der Präzision und Stabilität der Prozesse in Bioreaktoren ab. Insbesondere die Kontrolle von Sauerstoffgehalt, pH-Wert und CO₂-Konzentration muss exakt an das Wachstum und Volumen der Zellkulturen angepasst werden. Hierbei ist ein flexibles und zuverlässiges Gasmischsystem entscheidend. Die Massedurchflussregler von Vögtlin Instruments bieten eine Lösung für diese anspruchsvollen Anwendungen, da sie mit einem aussergewöhnlich grossen Dynamikbereich von 1:1000 arbeiten können, z. B. von 0,1 bis 100 ln/min.

Die Lösung von Vögtlin Instruments
Vögtlin Instruments unterstützt die Lebensmittelindustrie mit hochpräzisen Massedurchflussmessgeräten, die speziell für den Einsatz in sensiblen Bioprozessen entwickelt wurden. Zu den herausragenden Merkmalen gehören:

• Grosser Turndown-Bereich: Über 1:100 (anwendungsabhängig) für maximale Flexibilität
• Vielseitige Programmierung: Bis zu 10 verschiedene Gase in einem Gerät speicherbar
• Robustheit: Ventile, die hohen Eingangsdruck- und Ausgangsdruckschwankungen standhalten
• Zuverlässiger Schutz: IP67 und NEMA 6 Schutz
• Breite Auswahl an Materialien: Elastomere sind in FKM, EPDM oder FFKM erhältlich.

Zudem bietet Vögtlin sowohl Stand-alone-Lösungen als auch OEM-Systeme, die individuell an die Anforderungen von Laboren oder Produktionsstätten angepasst werden können. Für maximale Benutzerfreundlichkeit sind die Geräte mit vielfältigen Kommunikationsschnittstellen wie Modbus, Profibus oder Analogeingängen ausgestattet.

Zukunftssichere Technologie für eine wachsende Industrie
Mit Durchflussbereichen bis zu 1400 ln/min und einer Vielzahl an massgeschneiderten Lösungen ist Vögtlin Instruments ein verlässlicher Partner für die Hersteller von kultiviertem Fleisch. Unsere Technologien tragen dazu bei, die Prozesse in Bioreaktoren zu optimieren und eine nachhaltige, tierfreundliche und ressourcenschonende Lebensmittelproduktion zu fördern.

Für weitere Informationen besuchen Sie unsere Website unter www.voegtlin.com oder kontaktieren Sie einen Vögtlin Durchflussexperten.

Nach einer sehr erfolgreichen Einführungsphase freut sich Vögtlin Instruments, den d·flux-Gasmassedurchflussregler für hohe Durchflüsse weiter verbessert auf den Markt zu bringen.

Gasdurchflüsse über 200 ln/min können oft nur mit Kompromissen richtig geregelt werden. Mit der vollständigen Erweiterung der Vögtlin d·flux-Serie ist dies kein Problem mehr. Dank des grundlegenden Delta-P-Prinzips, einer hervorragenden Qualität und Materialauswahl, fortschrittlicher Elektronik und eines grossen direkt-gesteuerten Regelventils, können Sie jetzt Gasdurchflüsse ohne Kompromisse regeln.

Sie haben die Wahl zwischen 5 Qualitätssensoren, vom wirtschaftlichen bis zum vergoldeten Sensor für Wasserstoffanwendungen. Die benetzten Grundkörper können aus hochwertigem Edelstahl oder aus kostengünstigem und leichtem Aluminium gefertigt werden. Die Elastomere stehen aus FKM, EPDM (FDA) oder FFKM für korrosive Gase zur Auswahl.

Diese Materialvielfalt ermöglicht eine grössere Flexibilität und eine wirtschaftliche Wahl für jede denkbare Gas-Durchfluss-Anwendung.

Dieser Multiparameter-Durchflussmesser oder -Regler liefert auch den Druck und die Temperatur Ihres Gases. Durchflüsse können bis zu 2900 ln/min (174 m3n/h) für H2 oder 1400 ln/min (84 m3n/h) für Luft betragen – abhängig von der Gasart. Der d·flux kann für Drücke bis zu 14 bara und Temperaturen von -20 bis +60°C eingesetzt werden.

Die Firmware ist intelligent und flexibel. Profitieren Sie vom einfachen und mühelosen Zugriff auf die Konfigurationseinstellungen mit der aktualisierten Bluetooth®-App, die auf jedem Android-Telefon läuft. Aktualisieren und konfigurieren Sie vor Ort, ohne dass Kabel oder eine Demontage erforderlich sind. Das spart Zeit und Geld.

Umfassende Diagnosen, clevere Warnungen und Alarme, bis zu 15 programmierte Gase und verschiedene Profile machen die Einbindung mühelos und produktiv. Die gesamte Software und Firmware wird in der Schweiz entwickelt und von da aus unterstützt.

Die Elektronik bietet ein neues Mass an Zuverlässigkeit. Geschützt in einem IP54-Gehäuse und bestückt mit hochwertigen militärtauglichen Komponenten. Genau wie die Sensoren: langzeitstabil, kein Drift, Schweizer Design & Engineering und in Deutschland gefertigt – Qualität der Sie vertrauen können.

Alle 10 Millisekunden werden die Sensoren 10 Mal ausgelesen und die Viskosität und Dichte in Echtzeit aus der NIST-REFPROP-Datenbank berechnet. Diese Werte gewährleisten zusammen mit dem Schweizer Delta P-Sensor und dem präzisionsgefertigten Laminar-Flow-Element eine hohe Genauigkeit über einen weiten Dynamikbereich (bis zu 1:1000).

Sagen Sie hallo zu einer zuverlässigen und stabilen Gasflussregelung. Der wahre Reiz liegt in der Liebe zum Detail. Wenn Sie den d·flux verwenden, werden Sie ihn lieben. Optimieren und stabilisieren Sie Ihre Produktion. Testen Sie den d·flux.

Die MEMS-Technologie garantiert Langzeitstabilität mit einem extrem stabilen Nullpunkt.

Standardmässig wird das Gerät mit einer handelsüblichen 1,5V AA-Batterie betrieben. Neben dem optionalen 24V-Versorgungsmodul oder dem Alarmmodul bietet Vögtlin neu ein Analog/Puls-Modul für diesen digitalen Massedurchflussmesser und -regler an. Das Analog/Puls-Modul erzeugt ein 4-20 mA und ein Pulsausgangssignal, proportional zum gemessenen Gasdurchfluss. Beides kann vom Kunden über den im red-y compact integrierten Touchscreen konfiguriert werden.

Das Modul wird mit einem 2 oder 5 Meter langen Kabel geliefert und ist mit 24 VDC (15…30 VDC) zu versorgen.

Wie alle anderen Erweiterungsmodule kann auch das Analog/Puls-Modul jederzeit bei allen bereits bestehenden red-y compacts nachgerüstet werden – d.h. von Batterie auf externe Spannungsversorgung, auf Alarm oder auf das Analog/Puls-Modul. Die erforderliche Firmware kann kostenlos von der Webseite heruntergeladen werden.

Weitere Informationen über den red-y compact.

Die neue d·flux multi series ist ein zuverlässiges und vielseitiges Multi-ParameterMassedurchflussgerät für Gase, mit Messsignalen für Masse, normalisierten und volumetrischen Durchfluss sowie Druck und Temperatur. Die Durchflussbereiche reichen von 0-350 ln/min bis zu 1400 ln/min, bis zu 14 bara und von -20 bis +60°C. Eine fortschrittliche Kommunikation, wie Modbus, Profinet und EtherCAT, aber auch alle gängigen Analogsignale sind verfügbar. Die erweiterte Konfiguration erfolgt über die kostenlose Vögtlin Connect App für Android, die sich über Bluetooth^® mit den Geräten verbindet. 15 Gase in 15 verschiedenen Profilen (vorprogrammierte Anwendungen) können konfiguriert werden. Der d·flux ist IP54 klassifiziert, Grundkörper in Edelstahl 316L und hat G1" Prozessanschlüsse.

Das Gerät verfügt über einen I/O-Anschluss, der vom Durchflussmesser/-regler manuell oder durch z.B. Alarme, Warnungen oder voreingestellte Bedingungen gesteuert werden kann. Aufgrund der einzigartigen internen Durchflusskonditionierung, sind keine langen graden Ein- und Auslaufstrecken erforderlich, so dass der d·flux an sehr kompakten Orten eingebaut werden kann.

Unser leitender Ingenieur Paul Kümin sagt: "Das ist das Beste vom Besten. Wir haben auf die Wünsche unserer Kunden gehört und ihre Anforderungen mit jahrelanger Erfahrung des Unternehmens ergänzt".

Das Produkt wird durch die Standard-3-Jahres-Garantie und das ausgezeichnete Servicenetz der Vögtlin Instruments-Organisation unterstützt. Entwickelt wurde das Gerät in der Schweiz und in Deutschland hergestellt. Wie der Produktmanager Paul de Waal sagt: "Die Leidenschaft für den Durchfluss kreiert fantastische Durchflussmesser!"

Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Informationen oder Unterlagen. Unsere Kontaktdaten finden Sie unter www.voegtlin.com

Unsere weltweiten Vertriebs- und Servicepartner finden Sie unter: https://www.voegtlin.com/kontakt/internationale-vertriebspartner/