Zuver­läs­si­ge Her­stel­lung durch auto­ma­ti­sier­te che­mi­sche Synthese

Das Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie (KIT) baut gemein­sam mit der BASF SE eine der moderns­ten Infra­struk­tu­ren zur auto­ma­ti­schen Pro­zess­füh­rung in der Che­mie auf: Die Anla­ge wird zunächst neue Sub­stan­zen par­al­le­li­siert für Anwen­dun­gen in Berei­chen von Bio­lo­gie bis Mate­ri­al­wis­sen­schaf­ten her­stel­len. Lang­fris­tig wird die Anla­ge auch ein Hoch­durch­satz­ver­fah­ren für che­mi­sche Reak­tio­nen ermög­li­chen. In die­ses Pro­jekt inves­tiert das Insti­tut rund vier Mil­lio­nen Euro. Die Anla­ge ist in der Karls­ru­he Nano Micro Faci­li­ty (KNMFi) ange­sie­delt und wird inter­nen sowie exter­nen For­schen­den offenstehen.
Die Ent­wick­lung von auto­ma­ti­sier­ten Anla­gen für che­mi­sche Reak­tio­nen zum Her­stel­len neu­er Mate­ria­li­en für ver­schie­de­ne Anwen­dun­gen in Bio­me­di­zin, Phar­ma­zie, Elek­tro­nik und vie­len wei­te­ren Berei­chen ist Ziel von Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­lern weltweit.

„Sol­che Syn­the­se­an­la­gen erlau­ben es, che­mi­sche Reak­tio­nen dank auto­ma­ti­sier­ter Abläu­fe repro­du­zier­bar und stan­dar­di­siert durch­zu­füh­ren, ohne dass Men­schen Che­mi­ka­li­en aus­ge­setzt wer­den. Zudem erhö­hen auto­ma­ti­sier­te Pro­zes­se den Durch­satz von Reak­tio­nen und damit die Effi­zi­enz der For­schungs­vor­ha­ben. Dies führt schnel­ler zu neu­en Erkenntnissen.“
— Pro­fes­sor Ste­fan Brä­se, Direk­tor am Insti­tut für Bio­lo­gi­sche und Che­mi­sche Systeme

Das Insti­tut inves­tiert in den kom­men­den zwei Jah­ren rund vier Mil­lio­nen Euro in die Ent­wick­lung einer Anla­ge zur auto­ma­ti­sier­ten Syn­the­se von neu­en che­mi­schen Sub­stan­zen. Die Anla­ge wird in der KNMFi ange­sie­delt, um inter­es­sier­ten inter­nen wie exter­nen For­sche­rin­nen und For­schern dau­er­haft Zugang zu einer der moderns­ten Infra­struk­tu­ren zur auto­ma­ti­schen Pro­zess­füh­rung in der Che­mie zu ermög­li­chen. Als stra­te­gi­scher Part­ner wird die BASF in der Anla­ge Pro­jek­te bei­spiels­wei­se zur Iden­ti­fi­zie­rung neu­er Wirk­stof­fe für die Land­wirt­schaft durchführen.

Modu­la­rer Auf­bau erleich­tert künf­ti­ge Erweiterungen

In die­sem Vor­ha­ben flie­ßen meh­re­re Pro­jek­te zusam­men, die For­schen­de im Arbeits­kreis von Ste­fan Brä­se und wei­te­re Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler des Karls­ru­her Insti­tuts vor­be­rei­tet haben. Die Anla­ge wird, wo immer mög­lich, Kom­po­nen­ten frei­er Hard­ware und Soft­ware inte­grie­ren, um eine trans­pa­ren­te Ent­wick­lung und eine spä­te­re Nut­zung auch durch ande­re For­schen­de zu ermöglichen.
Zudem wer­den die ein­zel­nen Kom­po­nen­ten des Sys­tems modu­lar zusam­men­ge­fügt, sodass sich künf­ti­ge Erwei­te­run­gen unkom­pli­ziert ver­wirk­li­chen las­sen. Das Insti­tut ist in ver­schie­de­nen Kon­sor­ti­en der Natio­na­len For­schungs­da­ten­in­fra­struk­tur (NFDI) enga­giert, ins­be­son­de­re auch in der auf Che­mie spe­zia­li­sier­ten NFDI4Chem. Eine enge Abstim­mung mit den Kon­sor­ti­en und die Imple­men­tie­rung der in der NFDI4Chem ent­wi­ckel­ten Soft­ware und Stan­dards inner­halb der Anla­ge wird eine lang­fris­tig nach­hal­ti­ge For­schung gewähr­leis­ten und die Bereit­stel­lung von For­schungs­da­ten nach gän­gi­gen Best Prac­ti­ce-Model­len fördern.

Pro­zess­füh­rung, Robo­tik, Soft­ware­ent­wick­lung und Kon­struk­ti­on wir­ken zusammen

Zunächst soll die Syn­the­se­an­la­ge auf Vor­ha­ben in der orga­nisch-syn­the­ti­schen Che­mie aus­ge­rich­tet wer­den: Sie soll klei­ne orga­ni­sche Mole­kü­le von rund zehn Mil­li­gramm bis zu meh­re­ren Hun­dert Mil­li­gramm her­stel­len, bei­spiels­wei­se für che­mi­sche Zwi­schen­pro­duk­te oder phar­ma­zeu­ti­sche Wirk­stof­fe. Künf­tig soll die Anla­ge aber auch fle­xi­bel genutzt wer­den kön­nen und Reak­tio­nen in klei­nem Maß­stab durch­füh­ren, damit For­schen­de in einem par­al­le­li­sier­ten Ver­fah­ren vie­le Reak­tio­nen gleich­zei­tig unter­su­chen können.
Für bei­de Anwen­dungs­fäl­le bringt die BASF weit­rei­chen­de Exper­ti­se in das Pro­jekt ein, denn das Unter­neh­men betreibt bereits eine auto­ma­ti­sier­te Hoch­durch­satz-Platt­form an sei­nem Haupt­stand­ort in Lud­wigs­ha­fen. „Wir freu­en uns sehr auf die Zusam­men­ar­beit mit den betei­lig­ten Grup­pen des KIT“, sagt Andy Wie­ja, Team Lea­der Com­bi­na­to­rics & Ther­mal Cha­rac­te­riz­a­ti­on bei der BASF. „Die Ent­wick­lung neu­er Tech­no­lo­gien am KIT wird neue Impul­se für die Syn­the­se­vor­ha­ben und Pro­zess­au­to­ma­ti­on in der BASF lie­fern und so die For­schung und Ent­wick­lung für künf­ti­ge Inno­va­tio­nen beschleunigen.“
Das Pro­jekt bringt Exper­tin­nen und Exper­ten für Pro­zess­füh­rung, Robo­tik, Soft­ware­ent­wick­lung und Kon­struk­ti­on zusam­men, um moderns­te Tech­no­lo­gien und eta­blier­te Pro­zes­se zu kom­bi­nie­ren. Wei­te­re Part­ner aus der For­schung wie aus der Indus­trie sind willkommen.