Danske forskere løser klassisk problem med pH-måling

Thomas Just Sørensen (venstre) viser firmaets pH-sensorpletter, der er klar til blive monteret i en tank til bioproduktion, og Bo Wegge Laursen (højre) viser de materialer frem, der er grundstenen i sensorteknologien. Materialerne er væsker, indtil de deponeres på en plasticfilm og hærdes i en ovn. Illustration: Jes Andersen/Københavns Universitet

Fluorescerende farvestoffer og et porøst materiale har vist sig at være løsningen på et problem, som kemikere har bøvlet med i årtier.

To forskere ved Københavns Universitet har således opfundet en teknologi, som gør det muligt at måle iltniveau og pH-værdi i væsker uden at risikere at lave ulykker i f.eks. følsomme mikrobemiljøer i tanke til bioteknologisk produktion.

»Der er to ting, der ikke må ske. Farvestofferne må ikke blege over tid, og de må ikke sive ud i væsken og forstyrre bioproduktionsprocessen. Vi har fundet en løsning på begge udfordringer,« fortæller lektor Thomas Just Sørensen fra Kemisk Institut på KU, som er en af grundlæggerne af spin-out-virksomheden FRS-Systems.

»Desuden tager det normalt ca. tre minutter at kalibrere i tre forskellige væsker, før man måler pH-værdi. Vores teknologi kan gøre det på under fem sekunder,« siger han.

Læs også: Chip baseret på molekylær elektronik et skridt nærmere med grafen

Når biotekvirksomheder producerer insulin eller enzymer til vaskepulver, foregår det i store tanke, hvor millioner af celler kører den kemiske fabrik ved at udskille de stoffer, som industrien har brug for.

Men hvis der er tale om følsomme organismer, og hvis setuppet er komplekst, øges risikoen for at skabe ubalance i miljøet. Derfor måler virksomhederne jævnligt på iltniveau og pH-værdi for på den måde at sikre sig, at alt går efter planen.

For at foretage målingerne kræves det imidlertid, at der stikkes måleudstyr ned i tankene. Og selv om dette er sterilt, medfører hver måling en risiko for, at der ryger skadelige bakterier med ned i tanken.

Læs også: Optisk sensor skal give billig varsling om glatte landingsbaner

Farve sidder fast med anker

Ifølge Thomas Just Sørensen har kemikere prøvet at løse dette problem i årevis, men først nu er der kommet hul på bylden. Han og hans makker, professor Bo Wegge Laursen, har nemlig konstrueret en sensor, som kan indbygges i selve indersiden af tanken.

Sensoren består bl.a. af et fluorescerende farvestof, som Bo Wegge Laursen opfandt for næsten 20 år siden. Farvestoffet, såkaldte triangulenium-farver, kan designes til at udsende lys afhængigt af det kemiske miljø, det befinder sig i. Og så bliver det ikke bleget af lys.

Læs også: Nyt kemisk farvestof holder ti gange længere på lyset

Udfordringen har været at få hægtet farvestofferne fast uden risiko for udsivning til den væske, der skal måles på. Og her har løsningen ligget i en polymer, som ligner en natursvamp i nanometerskala, hvor farvestofferne sidder fast med en kemisk binding inde i ’porerne’.

Navnet triangulenium-farver kommer af, at de er opbygget som et trekantet molekyle, hvor forskerne på den ene side har hæftet et anker, bestående af en alkylsilan-monomer, som vi kender som det porøse glas, der bruges i f.eks. tandfyldninger. Denne monomer bliver også en del af polymeren på ’natursvampen,’ og på den måde binder triangulenium-farvestoffet sig hermetisk til polymeren.

»Det lyder simpelt, men forskere har prøvet at løse problemet i 40 år. Vores udfordring har været at få sat dette anker på og få lavet helt rene monomerer. Med de rette laboratoriekompetencer er det nu lykkedes,« siger Thomas Just Sørensen.

FRS-Systems har udviklet en prototype af sensoren og indhentede hen over jul den nødvendige startkapital. Derfor håber de, snart at have de første udgaver klar til bl.a. Novo Nordisk og Novozymes.

I første omgang kan sensoren som nævnt måle på ilt og pH-værdi i væsken, men senere er det også tanken at udvikle sensorer, som kan måle indholdet af sukker, CO2, mælkesyre og ammoniak.