Durchdringender Blick

Chemical Imaging für die pharmazeutische Industrie

Die bildgebende Spektroskopie, auch Hyperspectral Imaging oder Chemical Imaging genannt, hat sich als Technologie u.a. in der Geologie, der Landwirtschaft und der sensorgestützten Sortierung bewährt. Nun schickt sie sich an, mit ersten Anwendungen die Pharmaindustrie zu erobern.
Ähnlich dem menschlichen Auge sehen Farbkameras das sichtbare Licht auf Basis der drei Wellenlängenbereiche Rot, Grün und Blau (RGB). Eine Farbkamera liefert also für jeden Bildpunkt drei Werte. Hyperspectral-Imaging-(HSI)-Kameras hingegen generieren für jeden Bildpunkt ein hochaufgelöstes Spektrum, das aus mehreren hundert Einzelwerten zusammengesetzt ist. Je nach Sensor können diese Kameras unterschiedliche Wellenlängenbereiche erfassen. Bei Chemical Imaging adressiert man in der Regel Wellenlängen im Nahen Infrarot (NIR), beginnend am roten Ende des sichtbaren Spektrums bis hin zu Wellenlängen von 2,5µm. Spektren, die in diesem Bereich der elektromagnetischen Welle erhoben werden, geben Auskunft über die chemische Zusammensetzung der aufgezeichneten Szenerie, daher auch die Bezeichnung Chemical-Imaging-Technologie (CIT). HSI wird seit mehreren Jahrzehnten in der Erderkundung eingesetzt. Klassischerweise werden mit HSI-Kameras, die etwa auf Satelliten oder Drohnen montiert sind, Aufnahmen aus der Luft gemacht und ausgewertet. Diese Informationen können z.B. von militärischem Interesse sein. Von Nutzen sind derartige Aufnahmen auch für die Bergbau- oder Ölindustrie, da sie Auskunft über die geologische Zusammensetzung der aufgenommenen Region geben. In der Landwirtschaft können auf diese Weise der Reifegrad von Früchten oder der Pflanzenwuchs ermittelt werden, um z.B. die Bewässerung von Plantagen zu steuern. HSI hat in Folge auch Eingang in optische Sortiermaschinen gefunden, anfänglich beim Recycling von Kunststoffen, der Sortierung von Mineralien und neuerdings in der Lebensmittelverarbeitung. So bewährt sich das intelligente Kamerasystem mit integrierter Datenverarbeitung Helios bereits seit zehn Jahren in der Recyclingindustrie. Seit 2011 setzt EVK mit der Tochterfirma Insort diese Technologie unter dem Markennamen CIT für die Sortierung und die inline quantitative Analyse von Lebensmitteln ein.

Anwendung Pharmaindustrie

Bei der Herstellung von Pharmazeutika verpacken moderne Hochleistungsmaschinen bis zu einer Millionen Tabletten in der Stunde. Eine verlässliche und lückenlose Qualitätskontrolle, nicht nur bei der Verpackung, würde die Produktsicherheit enorm verbessern, und Vorgaben staatlicher Aufsichtsbehörden, wie etwa der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA), wären leichter zu erfüllen. Daher wurde der Einsatz von HSI-Kameras in der Pharmaindustrie praxisnah getestet. Das Ergebnis: Die Kameras können für den Menschen nur schwer oder gar nicht sichtbare Qualitäten bzw. Fehler in Echtzeit lückenlos detektieren, selbst durch undurchsichtige Blisterfolien hindurch. Die abgebildeten Beispiele verdeutlichen, welches Potenzial HSI für diesen Industriezweig.