Bubble-X identifiziert Luftblasen sicher

Wenn Flüssigkeiten während der Arzneimittelherstellung inspiziert werden, kommt es manchmal vor, dass Kamerasysteme fehlerfreie Produkte als fehlerhaft einstufen. Ursache sind oft harmlose Luftblasen, die fälschlicherweise als Partikel registriert werden. Die Seidenader Bubble-X Inspektionstechnologie von Körber nutzt Lichtbrechungseffekte, um solche Objekte eindeutig zu identifizieren und dadurch die Fehlrückweisungsrate (False Reject Rate) um bis zu 50 Prozent zu senken. 

Oft sind es die kleinen Dinge, die einen großen Unterschied machen. Dies gilt insbesondere für die pharmazeutische Produktion. Wird beispielsweise bei der Inspektion einer Flüssigkeit, ob in einer Spritze, einer Ampulle oder einem anderen Glasbehälter, ein Partikel entdeckt, muss das Inspektionssystem in Bruchteilen von Sekunden entscheiden, ob das Produkt sicher ist oder nicht. „Vorsichtshalber werden solche Produkte als Ausschuss deklariert, obwohl sie sich tatsächlich in einwandfreiem Zustand befinden könnten“, sagt Werner Halbinger, Bildverarbeitungs- und Laboringenieur in der Einheit Inspections des Körber-Geschäftsbereichs Pharma. Dieses Problem ist in der biopharmazeutischen Industrie weit verbreitet. Woran liegt das? Die proteinbasierte Beschaffenheit dieser Arzneimittel macht sie anfällig für die Bildung von Luftblasen, die viele Kamerasysteme fälschlicherweise für gefährliche Glaspartikel halten, was zur Rückweisung des Produkts führt. Da die Herstellung solcher Produkte bis zu 500 € pro Einheit kostet, können solche Fehlinterpretationen schnell sehr teuer werden. „Eine zuverlässige Inspektionslösung mit einer niedrigen Fehlrückweisungsrate (FRR) hilft Unternehmen daher, viel Geld zu sparen“, so Halbinger. Deshalb haben Halbinger und sein Team Bubble-X entwickelt, eine Technologie, die empfindliche Flüssigkeiten zuverlässig mit den in der pharmazeutischen Produktion üblichen hohen Geschwindigkeiten prüft.

Im richtigen Licht betrachtet 

Herkömmliche Lösungen zur Unterscheidung von Luftblasen und Fremdkörpern in Flüssigkeiten sind in der Regel komplex und verlängern die Inspektionszeit. Darauf zu warten, dass sich Partikel und Luftblasen von selbst unterscheiden, dauert viel zu lange, um für eine Hochgeschwindigkeitsinspektion geeignet zu sein. „Im Gegensatz dazu nutzt Bubble-X die Lichtgeschwindigkeit, oder genauer gesagt, die Effekte der Lichtbrechung“, sagt Halbinger. Es verwendet ein spektral-kodiertes Beleuchtungssystem, das aus drei farbigen Lichtquellen besteht: Rot, Grün und Blau. Die Lichtstrahlen durchdringen die Flüssigkeit in den einzelnen Behältern. Eine spezielle Linsenanordnung leitet das Licht so, dass es die Flüssigkeit ungehindert passiert, wobei nur die grünen Lichtstrahlen auf den Detektor in der Farbkamera hinter dem Behälter treffen, während die anderen Lichtfarben daran vorbeigehen.

Farbmuster helfen bei der Unterscheidung von Objekten

Wenn die Strahlen jedoch auf ihrem Weg durch die Flüssigkeit auf Luftblasen oder Partikel treffen, geschieht eines von drei Dingen. Ein normaler, undurchsichtiger Partikel blockiert das Licht und erscheint im Kamerabild als dunkles Objekt vor grünem Hintergrund. Im Gegensatz dazu brechen transparente Partikel wie Glaspartikel und Luftblasen das Licht und lenken es auf unterschiedliche Weise um. „Aufgrund der Brechungsgesetze bewirken transparente Partikel, dass nicht nur die grünen Lichtstrahlen, sondern auch die blauen und roten Lichtstrahlen auf den Detektor treffen, wo sie ein spezifisches Farbmuster erzeugen“, sagt Halbinger. „Eine Luftblase tut dasselbe, mit dem Unterschied, dass Luft das Licht anders bricht als beispielsweise Glas und eine Umkehrung des Farbmusters bewirkt.“ Dieser physikalische Effekt ermöglicht es Bubble-X, zwischen den beiden Objekten zu unterscheiden und das innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde.

Millionen Euro sparen mit Bubble-X 

Diese spektral-kodierte Beleuchtung kann die Fehlrückweisungsrate bei Inspektionen um die Hälfte senken. Während herkömmliche Inspektionssysteme eine durchschnittliche Fehlrückweisungsrate von zwei Prozent haben, senkt Seidenader Bubble-X diese Rate auf ein Prozent. Obwohl diese Senkung auf den ersten Blick unspektakulär erscheinen mag, summiert sie sich schnell. „Ein Pharmaunternehmen, das eine Million Einheiten pro Jahr im Wert von je 500 € produziert, kann bis zu fünf Millionen Euro sparen, wenn die FRR halbiert wird“, so Halbinger.

Noch effizienter dank Deep Learning

Bubble-X reduziert die Fehlrückweisungsrate um bis zu 50 Prozent. In Kombination mit der neuen Deep-Learning-Software Seidenader Eject-X von Körber kann die Anzahl der Fehler noch weiter gesenkt werden. Die Softwarelösung nutzt künstliche Intelligenz zur Analyse von Bildern von Produktionsfehlern. „Dabei trainiert Eject-X einen Algorithmus, der die Bildverarbeitungssoftware der Inspektionskameras noch zuverlässiger macht. Infolgedessen können Unternehmen spezifische Stationen ihrer Inspektionsmaschinen verbessern“, sagt Halbinger.

Inspektionslösungen vom Marktführer

Im Körber-Geschäftsbereich Pharma entwickelt die Einheit Inspections seit über 125 Jahren Lösungen für die Pharma- und Biotech-Industrie und ist auf diesem Gebiet Weltmarktführer. Das Portfolio umfasst sowohl automatische Inspektionsmaschinen als auch halbautomatische Systeme, Inspektionsanwendungen für die Inprozesskontrolle sowie Inspektionseinrichtungen für Labore und die Produktentwicklung. Je nach Kundenanforderung können in den vollautomatischen Systemen verschiedene Technologien für Hochleistungsinspektionen kombiniert werden. Neben kamerabasierten Lösungen wie Seidenader Bubble-X oder einem 3D-Inspektionssystem für hochviskose Produkte bietet die Einheit auch Technologien zur Hochspannungs-Dichtigkeitsprüfung (High Voltage Leak Detection) oder laserbasierte Headspace-Analysen an. Die Maschinen sind speziell auf die Behälter und Produkte der Pharma- und Biotech-Industrie zugeschnitten. Die Maschinen bieten den Unternehmen zudem das erforderliche Maß an Flexibilität: Durch den modularen Aufbau der Maschinen können diese jederzeit an geänderte Produktionsbedingungen angepasst und erweitert werden. So können Pharma- und Biotech-Unternehmen sowohl die Sicherheit ihrer Produkte als auch die zukunftssichere Qualität ihrer Fertigungsabläufe gewährleisten.

Körber – Delivering the difference in pharma