In nahezu jedem biotechnologischen Prozess spielt die Viabilität (lebendig/tot) und Vitalität (Leistungsfähigkeit) der eingesetzten Zellen eine wichtige Rolle. Schwankungen dieser Parameter können sowohl den Prozess als auch das resultierende Produkt negativ beeinflussen. Zur Verbesserung der biotechnologischen Prozesse ist somit eine Echtzeitbestimmung der betreffenden Schlüsselparameter notwendig. Hierdurch können Prozesszeiten verkürzt, die Produktivität und Ausbeute eines Prozesses sowie die Qualitätsmerkmale der Produkte verbessert und Ressourcen eingespart werden.
Bisher gibt es keine verlässlichen Methoden zur direkten Echtzeitbestimmung dieser Schlüsselparameter. Im Rahmen der Promotion soll daher Softsensing für eine indirekte Abschätzung dieser physiologischer Variablen erforscht werden. Dafür gilt es, verschiedene physikalische Prozessdaten unter Berücksichtigung einer geeigneten Datenverarbeitung und mathematischen Modellierung zu fusionieren und auf ihre Aussagekraft zu bewerten. Als Modellprozesse dienen das Hefemanagement in der Bierherstellung sowie die Kultivierung von Säugetierzellen für die biopharmazeutische Produktion. Die im Fokus stehenden Schlüsselparameter sind die Hefeviabilität und -vitalität im Hefemanagement und die Lebendzellkonzentration sowie die Viabilität der Zellen im Zellkulturprozess. Die Herausforderung besteht darin, die Parameter in ausreichender Genauigkeit und Schnelligkeit für eine manuelle oder automatisierte Steuerung zu bestimmen.