gesponsertStabilität, Uniformität und Reproduzierbarkeit Fokussierter Ultraschall, kontrolliert und kontinuierlich

Die Ultraschalltechnik gehört in vielen Laboren zum Standard, verteilt die Energie aber oft ungleichmäßig. Ein neues System bündelt die Schallwellen nun in einem Zylinder. Das dispergiert Partikel im kontinuierlichen Durchfluss, macht Tenside überflüssig und baut sogar PFAS ab.

Egal ob homogenisierte Milch, medizinische Formulierungen oder Nanopartikel für die chemische Katalyse: Wer partikuläre Stoffgemische verarbeitet, kämpft oft gegen die Physik. Einzelne Partikel neigen dazu, sich zusammenzuschließen und größere Agglomerate zu bilden. Dies führt zu breit gestreuten Partikelgrößen. Zudem lassen sich die Ergebnisse oft schwer reproduzieren. Dies betrifft viele Anwendungen – von pharmazeutischen Formulierungen über Batteriematerialien bis zu Hochleistungs-Nanomaterialien. Konventionelle Ultraschallverfahren stoßen dabei oft an ihre Grenzen. Das gilt besonders für eine gleichmäßige Energieverteilung, eine genaue Prozesskontrolle und die Fähigkeit zum Scale-up.

Von der Dispersion zur Prozessplattform

FUST Lab verfolgt hier einen erweiterten Ansatz: Das Unternehmen betrachtet Ultraschall nicht mehr als isoliertes Batch-Werkzeug, sondern als kontinuierlich steuerbare Prozessplattform. FUST steht dabei als Akronym für die fokussierte Ultraschalltechnologie. Das System basiert auf einer zylindrischen Reaktorgeometrie, in der Ultraschall aus allen Richtungen in die Mitte fokussiert wird (360° fokussiertes Feld). „Das ist der entscheidende Unterschied zwischen unserem System und konventionellen Ultraschallsystemen“, sagt Julie Kim, Produktverantwortliche bei FUST Lab. „Unsere Geräte der DEBREX-Serie verteilen die Energie gleichmäßig und führen so zu einer sehr einheitlichen Partikelgröße.“ Der kontinuierliche Durchfluss hilft zusätzlich dabei, eine homogene Energieeinbringung, reproduzierbare Prozessbedingungen und präzise kontrollierbare Partikelgrößen zu gewährleisten – ohne die typischen Energiegradienten konventioneller Systeme. „Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass es sich leicht hochskalieren lässt“, führt Kim aus. Je nach Bedarf können die Anwender die Probe länger oder kürzer in dem Systemkreislauf belassen, um die gewünschte Partikelgrößenverteilung zu erreichen. Über einen Bypass und ein entsprechendes Messegerät lässt sich die Probe in Echtzeit analysieren.

Von CNT bis Biotechnologie

Mittels der Ultraschallsysteme werden verschiedenste Applikationen bedient:

• Nanomaterialien: Dispergierung hochaspektiger Nanostrukturen wie Carbon Nanotubes. Dabei verhindert das System das Agglomerieren zuverlässig.

• Batterie- und Energiematerialien: Herstellung homogener Slurries für Elektrodenmaterialien mit stabiler Partikelverteilung.

• Pharma und Biotechnologie: Entwicklung von Drug-Delivery-Systemen (DDS), Lipid-Nanopartikeln und empfindlichen biologischen Formulierungen. Ein Kühlwassermantel verhindert zu starkes Erwärmen.

• Kosmetik und Feinchemie: Herstellung stabiler Emulsionen und Dispersionen ohne Zugabe von Tensiden. FUST Lab wies z. B. die Stabilität einer Titandioxid-Dispersion ohne Dispergiermittel über 24 Monate nach. Eine Retinol-Emulsion blieb ohne Emulgator sieben Tage lang stabil.

Umweltschutz: Ultraschall vs. PFAS

Die fokussierte Ultraschalltechnik von FUST Lab ermöglicht mehr als nur Dispergieren und Homogenisieren. „Vor ein paar Jahren haben wir das System testweise bei PFAS-Proben eingesetzt und dabei erstaunlich hohe Entfernungsraten von 99,99 Prozent gefunden“, sagt Kim. Herausgekommen ist ein neues Gerät, das CAVITOX, welches für den Abbau von Umweltgiften optimiert ist. Selbst bei kurzkettigen Verbindungen wie der Trifluoressigsäure zeigten sich Rückgänge von rund 90 Prozent. Damit ergänzt die Ultraschallmethode bestehende Verfahren der PFAS-Entfernung – und zwar erfolgreich, wie zelltoxikologische Untersuchungen nahelegen. So erhöhte sich die Überlebensrate von Zebrafisch-Embryonen um das Zwei- bis Vierfache, nachdem PFAS-belastetes Wasser mit dem System behandelt wurde. In der Abwasseraufbereitung kommt es bereits in ersten Pilotanlagen zum Einsatz. Das Potenzial von fokussiertem Ultraschall geht also weit über Homogenisierung- und Dispergierung hinaus. Laut FUST Lab liegt die Zukunft in der kontrollierten, skalierbaren und anwendungsübergreifenden Prozessführung.

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