DE102010064463B4

DE102010064463B4 - Vorrichtung zum Identifizieren biotischer Partikel

Info

Publication number: DE102010064463B4
Application number: DE102010064463A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Popp Jürgen; Dr. Rösch Petra; Dr. Lankers Markus; Dr. Friedberger Alois
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU; EADS Deutschland GmbH; rap ID Particle Systems GmbH
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU; Airbus Defence and Space GmbH; Unchained Labs Inc
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: DE102010064463A1

Abstract

Vorrichtung (100) zum Identifizieren von biotischen Partikeln in einem zu untersuchenden Medium, mit einer vom zu untersuchenden Medium durchströmbaren Messzelle (104), in der die Identifizierung der biotischen Partikel mittels Raman-Spektroskopie erfolgt, und einer Zuführung (102), mittels der das zu untersuchende Medium der Messzelle (104) zuführbar ist, wobei – die Zuführung (102) zumindest einen Sensor (101) umfasst, mit dem das Vorhandensein von biotischen Partikeln in dem die Zuführung (102) durchströmenden Medium ermittelbar ist, – die Zuführung (102) dem Sensor (101) in Strömungsrichtung nachgeschaltet ein ansteuerbares Bypass-Ventil (103) aufweist, über das das Medium wahlweise der Messzelle (104) oder einem Bypass-Kanal (105) zuführbar ist, und – ein erstes Steuermittel (108) vorhanden ist, mittels dem das Bypass-Ventil (103) derart ansteuerbar ist, dass das Medium nur dann der Messzelle (104) zur Identifizierung der biotischen Partikel zugeführt wird, wenn von dem Sensor (101) im Medium biotische Partikel erkannt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messzelle (104) einen Filter aufweist, auf dem biotische Partikel zur Identifizierung mittels der Raman-Spektroskopie abgeschieden werden, wobei der Filter durchgängige Poren aufweist, die an einer Messoberfläche des Filters einen ersten Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 0,1 bis 15 μm, von 0,4 bis 10 μm, oder von 2 bis 10 μm liegt, sich die Porendurchmesser über die Filterdicke in Richtung der der Messoberfläche gegenüberliegenden Filteroberfläche verjüngen, und die Porendurchmesser an der der Messoberfläche gegenüberliegenden Filteroberfläche einen zweiten Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 5 bis 75 Prozent, insbesondere 25 bis 50 Prozent, des ersten Durchmessers liegt, – zur automatischen Lokalisierung von auf der Messoberfläche des Filters abgeschiedenen biotischen Partikeln ein Laser, ein Streulichtsensor sowie eine Auswerteeinheit vorhanden sind, wobei das rückgestreute Laserlicht hinsichtlich dem Vorhandensein biotischer Partikel von der Auswerteinheit auswertbar ist ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Identifizieren von biotischen Partikeln in einem gasförmigen oder flüssigen Medium.
Vorrichtungen und Verfahren zum Identifizieren von biotischen Partikeln in flüssigen Medien (bspw. im Trinkwasser) oder in gasförmigen Medien (bspw. in der Umgebungsluft) sind bekannt und weiterhin Gegenstand aktueller Forschung. Das Ziel der Forschung und Weiterentwicklung ist es, die Nachweismethoden für biotische Partikel selektiver, zuverlässiger und schneller zu machen, und entsprechend zuverlässige und kompakte Vorrichtungen zur automatisierten Identifizierung biotischer Partikel bereitzustellen.
Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren werden heute beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie Chemie-, der Lebensmittel-, der Photovoltaik-, der Automobil- oder der Halbleiterindustrie, aber auch in medizinischen Umgebungen, wie in Kliniken, etc. eingesetzt, um beispielsweise die Luftqualität in sogenannten Reinräumen zu kontrollieren. Ein Reinraum ist ein Raum in dem die Konzentration luftgetragener abiotischer Partikel (bspw. Stäube) und biotischer Partikel (Mikroorganismen wie: Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen, Viren) so gering wie möglich gehalten wird. Die einzuhaltenden Reinraumbedingungen werden dabei je nach Anwendung oder Aufgabenstellung entsprechend vorgegeben. Die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen es insbesondere biotische Partikel nicht nur quantitativ sondern auch qualitativ zu bestimmen, d. h. in einem gasförmigen oder flüssigen Medium enthaltene Mikroorganismen eindeutig zu identifizieren. Die Identifizierung der biotischen Partikel erfolgt dabei bevorzugt durch den Einsatz der Raman-Spektroskopie [bspw. Raman, FT-Raman, NIR-FT-Raman, Resonanz-Raman, UV-Resonanz-Raman, SERS (engl. für ,Surface Enhanced Raman Spectroscopy'), SERRS (engl. für ,Surface Enhanced Resonance Raman Spectroscopy')].
Beispielsweise wird in der Druckschrift DE 10 2004 008 762 B4 ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Detektion und zum Identifizieren von biotischen Partikeln (Biopartikeln) offenbart. Die beschriebene Vorrichtung umfasst einen Filter auf dem biotische und abiotische Partikel beispielsweise aus einem Luftstrom abgeschieden werden. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Detektionseinheit zum Bestimmen der Position und der Formfaktoren von einzelnen auf dem Filter abgeschiedenen biotischen Partikeln und zur Differenzierung zwischen biotischen und abiotischen Partikeln. Die Vorrichtung umfasst schließlich eine Identifizierungseinrichtung, mit der Raman-Spektren der abgeschiedenen Partikel ermittelt werden können, und eine Datenverarbeitungseinrichtung, mit der jedem detektierten Partikel ein gemessenes Raman-Spektrum zugeordnet und diese Information gespeichert und/oder zur Identifizierung der detektierten Partikel weiterverarbeitet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die ein zuverlässiges und schnelles Identifizieren von biotischen Partikeln in einem Medium erlaubt, wobei gegenüber dem Stand der Technik der Wartungsaufwand reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht wird.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in der Figur dargestellt ist.
Die Aufgabe wird von einer Vorrichtung zum Identifizieren von biotischen Partikeln in einem zu untersuchenden Medium gelöst, mit einer vom zu untersuchenden Medium durchströmbaren Messzelle in der die Identifizierung der biotischen Partikel mittels Raman-Spektroskopie erfolgt, und einer Zuführung, mittels der das zu untersuchende Medium der Messzelle zuführbar ist, wobei die Zuführung zumindest einen Sensor umfasst, mit dem das Vorhandensein von biotischen Partikeln in dem die Zuführung durchströmenden Medium ermittelbar ist, die Zuführung stromabwärts des Sensors ein ansteuerbares Bypass-Ventil aufweist, über das das Medium wahlweise der Messzelle oder einem Bypass-Kanal zuführbar ist, und ein erstes Steuermittel vorhanden ist, mittels dem das Bypass-Ventil derart ansteuerbar ist, dass das Medium nur dann der Messzelle zur Identifizierung der biotischen Partikel zugeführt wird, wenn von dem Sensor im Medium biotische Partikel erkannt wurden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Messzelle einen Filter aufweist, auf dem biotische Partikel zur Identifizierung mittels der Raman-Spektroskopie abgeschieden werden können. Vorzugsweise wird dabei der gesamte Strömungsquerschnitt des zu untersuchenden Mediums durch das Filter, d. h. zunächst auf die Filtervorderseite geleitet. Das Filter weist durchgängige offene Poren auf, die an einer Messoberfläche des Filters (Filtervorderseite) einen ersten Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 0,1 bis 15 μm, von 0,4 bis 10 μm, oder von 2 bis 10 μm liegt, sich die Porendurchmesser über die Filterdicke in Richtung der der Messoberfläche gegenüberliegenden Filteroberfläche verjüngen, und die Porendurchmesser an der der Messoberfläche gegenüberliegenden Filteroberfläche (Filterrückseite) einen zweiten Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 5 bis 75 Prozent, insbesondere 25 bis 50 Prozent, des ersten Durchmessers liegt. Die durchgehenden Porenkanäle verjüngen sich somit von der Filtervorderseite zur Filterrückseite. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Filter an der Messoberfläche eine Goldschicht und/oder Fängermoleküle, wie beispielsweise Phagenproteine, auf, um eine bessere Selektivität und Sensitivität hinsichtlich biotischer Partikel zu erreichen. Die Fängermoleküle können bspw. spezifisch eine bestimmte Art von biotischen Partikeln zurückhalten, bspw. Bakterien.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass zur automatischen Lokalisierung von auf der Messoberfläche des Filter abgeschiedenen biotischen Partikeln ein Laser, ein Streulichtsensor sowie eine Auswerteeinheit vorhanden sind, wobei das rückgestreute Laserlicht hinsichtlich dem Vorhandensein biotischer Partikel von der Auswerteinheit auswertbar ist, der Laser eine variabel einstellbare Fokussierungsoptik für den Laserstrahl aufweist, mit der auf der Messoberfläche des Filters ein Laserspot mit variablem Durchmesser zur Abtastung der Messoberfläche erzeugbar ist, und ein zweites Steuermittel vorhanden ist, welches dazu ausgelegt und eingerichtet ist, die automatische Lokalisierung der abgeschiedenen biotischen Partikel derart zu steuern, dass zunächst eine Grob-Abtastung der Messoberfläche mit einem ersten Durchmesser d₁ des Laserspots durchgeführt wird, und anschließend in den Bereichen der Messoberfläche, in denen biotische Partikel erfasst wurden, eine weitere Abtastung mit einem zweiten Durchmesser d₂ des Laserspots, wobei d₂ < d₁ ist, zur genaueren Lokalisierung der biotischen Partikeln erfolgt. Natürlich kann die Laserabtastung der Messoberfläche mit kleiner werdenden Durchmessern des Laserspots mehrfach hintereinander ausgeführt werden, um so eine zunehmend genauere Auflösung der Abtastung zu erzielen.
Das zu untersuchende Medium (gasförmig oder flüssig) wird der Messzelle nur dann zugeführt, wenn von dem in der Zuführung angeordneten Sensor, das Vorhandensein biotischer Partikel im die Zuführung durchströmenden Medium erkannt wurde. Werden hingegen vom Sensor keine biotischen Partikel im zu untersuchenden Medium erkannt, so wird das Medium erfindungsgemäß anstelle zur Messzelle einem Bypass-Kanal zugeführt, durch den das Medium bspw. in die Umgebung gelangt. Die entsprechende Umschaltung des Medienstroms erfolgt durch das der Messzelle vorgeschaltete Bypass-Ventil, welches von dem ersten Steuermittel angesteuert wird. Das Bypass-Ventil ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die Schaltzeit zwischen den beiden Ventilzuständen (Weiterleitung des gesamten Medienstroms an die Messzelle bzw. an den Bypass-Kanal) möglichst gering ist, so dass im Idealfall der Medienstrom digital entweder der Messzelle oder dem Bypass-Kanal zugeführt wird.
Bei der Vorrichtung werden so Verschmutzungseffekte in der Messzelle minimiert, die Einsatzzeit der Messzelle zwischen zwei Reinigungszyklen vergrößert und die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
Unter einem „Bypass-Ventil” wird vorliegend eine Vorrichtung mit einem Eingangskanal E und zwei Ausgangskanälen A1 und A2 verstanden, wobei das durch den Eingangskanal E einströmende zu untersuchende Medium wahlweise, d. h. umschaltbar, entweder durch den Ausgangskanal A1 oder durch den Ausgangskanal A2 ausströmt. Vorliegend ist also ein Ausgangskanal des Bypass-Ventils mit der Messzelle verbunden und der andere Ausgangskanal mit dem Bypass-Kanal. Ein derartiges Bypass-Ventil kann bspw. mit Methoden der Mikrosystemtechnik hergestellt werden, wobei die Umschaltung der Ausgangskanäle mittels Mikroaktoren erfolgt. Um einen vorgegebenen Durchsatz des zu untersuchenden Mediums zu gewährleisten, können auch mehrere Zuführungen parallel angeordnet und mit der Messzelle verbunden sein.
Der Begriff „Bypass-Kanal” wird vorliegend breit verstanden. Es kann sich hierbei um eine Rohrleitung, einen Strömungskanal oder aber um lediglich eine Austrittsöffnung handeln.
Der Begriff „Vorhandensein” steht vorliegend synonym für „Anwesenheit” oder „Präsenz”. Es wird von dem in der Zuführung angeordneten Sensor also lediglich die Anwesenheit von biotischen Partikeln im vom Sensor erfassten zu untersuchenden Medium ermittelt. Eine Identifizierung, d. h. ein eindeutiges Erkennen (Art, Gattung), einzelner biotischer Partikel aufgrund des Sensorsignals erfolgt nicht.
Als Sensor wird bevorzugt ein optischer Sensor verwendet, mit dem zumindest eine optische Eigenschaft des zu untersuchenden Mediums, wie beispielsweise die Fluoreszenz-, oder Absorptions- oder Transmissions-Eigenschaft, ermittelbar ist. Der Sensor wird entsprechend geeicht, so dass das Vorhandensein biotischer Partikel hinreichend eindeutig erkannt wird. Bevorzugt werden vom Sensor hierzu mehr als eine optische Eigenschaft ausgewertet oder es können auch mehrere Sensoren eingesetzt werden, die optische oder andere Eigenschaften des zu untersuchenden Mediums erfassen. So zeichnet sich eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch aus, dass der eine oder ein weiterer Sensor ein optischer Sensor ist, mit dem eine Partikelgröße und/oder eine Partikeldichte im zu untersuchenden Medium vorhandener Partikel ermittelbar ist. Dies erlaubt bspw. eine Unterscheidung abiotischer und biotischer Partikel. Der Sensor ist weiterhin bevorzugt derart eingerichtet und ausgeführt, dass er den gesamten Strömungsquerschnitt des durch die Zuführung strömenden Mediums erfasst. So kann sichergestellt werden, dass alle im Medium vorhandenen biotischen Partikel vom Sensor erfasst werden können.
Die Auswertung der Sensorsignale muss, abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch die Zuführung, hinreichend schnell erfolgen, so dass das Steuermittel das dem Sensor nachgeschaltete Bypass-Ventil rechtzeitig schaltet, bevor ein vom Sensor abgetastetes Medienvolumen das Bypass-Ventil erreicht. Durch eine entsprechende Abstimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch die Zuführung, der für die Auswertung der Sensormessung erforderlichen Zeit und der Schaltzeitverzögerung des Bypass-Ventils kann ein rechtzeitiges Schalten des Bypass-Ventils sichergestellt werden, so dass das zu untersuchende Medium nur dann in die Messzelle gelangt, wenn biotische Partikel im zu untersuchenden Medium vorhanden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Zuführung zwischen Bypass-Ventil und Messzelle oder die Messzelle selbst ein erstes Mittel auf, mit dem im zu untersuchenden Medium enthaltene biotische Partikel inaktivierbar sind. Unter dem Begriff ”Inaktivierung” ist vorliegend auch „Abtöten” oder „unschädlich machen” zu verstehen. Durch die Inaktivierung können insbesondere gesundheitsgefährliche Keime abgetötet werden. Die Inaktivierung kann generell eingesetzt werden, also auch wenn gesundheitsgefährliche Keime nicht zu erwarten sind, um bei der Auswertung der in der Messzelle gewonnenen Raman-Spektren generell mit inaktiven biotischen Partikeln zu arbeiten. Dies hat den Vorteil, dass bei der Auswertung der Spektren zur Identifizierung einzelner biotischer Partikel nicht parallel mehrere Vergleichsdatenbanken, d. h. für biotische aktive Partikel und biotische inaktive Partikel herangezogen werden müssen.
Das erste Mittel zur Inaktivierung biotischer Partikel weist bevorzugt zumindest eine elektromagnetische und/oder eine akustische Strahlungsquelle und/oder eine Partikelstrahlungsquelle auf. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Mittel dazu ausgelegt und eingerichtet sein, eine biotische Partikel inaktivierende Substanz in das zu untersuchende Medium abzugeben. Entsprechende Substanzen, elektromagnetische-, akustische oder Partikelstrahlungsquellen sind dem Fachmann bekannt.
Bevorzugt umfasst die Messzelle weiterhin zumindest ein Sensormittel, mit dem die Form, und/oder die Größe, und/oder die Oberflächenbeschaffenheit, und/oder die Farbe und/oder elastische Streulichtdaten eines oder mehrerer biotischen Partikel erfassbar ist. Diese Sensordaten können bspw. mittels Mustererkennungsverfahren ausgewertet werden und eine Unterscheidung abiotischer und biotischer Partikel erleichtern bzw. ermöglichen. Zudem können die erfassten unterschiedlichen Messdaten miteinander korreliert werden, was eine verbesserte Klassifizierung bzw. Identifizierung der biotischen Partikel ermöglicht.
Unabhängig von der Art des Filters kann dieses mit Fängermoleküle versehen sein, um gezielt nur biotische Partikel zurück zu halten, während abiotische Partikel vom Filter entfernt, z. B. abgespült werden. Im Prinzip kann man sich auch einen kaskadierten Prozess denken, indem man verschiedene Filter mit unterschiedlichen Porengrößen hintereinander geschaltet sind und somit unterschiedlich große Keime von einander abgetrennt werden.
Die Porendurchmesser an der Messoberfläche sind bevorzugt so groß, dass dort ein Mikroorganismus (bspw. ein Bakterium) Platz findet kann. Die der Messoberfläche gegenüberliegenden Öffnungen der durchgängigen Poren soll ein möglichst widerstandsarmes Ausströmen des Mediums ermöglichen.
Der Filter ist vorzugsweise als Sieb ausgeführt, d. h. kein dreidimensionales Gewebe, sondern eine perforierte Membran. Die Messoberfläche des Filters sollte sehr eben sein, die Porenverteilung auf dem Filter sollte möglichst homogen und die Porengrößen und Porengeometrien sollten im Wesentlichen identisch sein. Der Filter sollte einerseits sehr dünn sein, um eine hohe Durchflussrate zu ermöglichen, andererseits aber ausreichend mechanisch robust sein. Der Filter sollte weiterhin nur ein geringes und/oder ein konstantes Raman-Hintergrundsignal liefern.
Als Filter eignen sich mikromechanische Filter mit einer Filterdicke im Bereich von 400 nm–10 μm bspw. aus Silizium, Metall, Quarz, mit Metall beschichtetem Material. Der Porendurchmesser betragen bevorzugt 50 nm–5 μm. Der Porenabstand liegt bevorzugt ebenfalls in gleicher Größenordnung. Um mechanisch robust zu sein, kann die Filtermembran lose oder fix auf einem Trägerrahmen aufgebracht sein.
Bei Verwendung von Metall-Filtern (Ag oder Au) mit einer Rauigkeit um einige 100 nm kann die Bestrahlung mit Laserlicht zur Anregung von Plasmonenresonanzen führen. Dies bewirkt eine vorteilhafte Verstärkung der Raman-Spektren, was mit kürzeren Messzeiten einhergeht, und eine Steigerung der Spezifität und Sensitivität durch verstärkte Membraninformationen der Mikroorganismen. Neben den Raman-Spektren können zusätzlich Hell- und Dunkelfeldmikroskop-Daten der abgeschiedenen Partikel erfasst werden.
Ein weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Differenzdruckmesssystem zur Ermittlung einer Differenz des statischen Drucks im zu untersuchenden Medium in Strömungsrichtung vor und nach der Messzelle und/oder ein Messsystem zur Ermittlung eines aktuellen Volumendurchsatzes des untersuchenden Mediums durch die Messzelle vorhanden ist, ein zweites Mittel vorhanden ist, mit dem der Volumendurchsatz durch die Messzelle einstellbar ist, und ein drittes Steuermittel zur Steuerung des zweiten Mittels vorhanden ist, wobei die Steuerung des zweiten Mittels abhängig von dem ermittelten aktuellen Volumendurchsatz und/oder dem ermittelten aktuellen Differenzdruck derart erfolgt, dass ein vorgebbarer Soll-Volumendurchsatz des zu untersuchenden Mediums durch die Messzelle gehalten wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt:
1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Identifizieren von biotischen Partikeln in einer potentiell mit biotischen Partikeln belasteten Umgebungsluft. Vorliegend sei angenommen, dass die Vorrichtung 100 die Umgebungsluft mittels einer nicht dargestellten Ansaugvorrichtung ansaugt. Die Vorrichtung 100 umfasst eine von der zu untersuchenden Umgebungsluft durchströmbaren Messzelle 104 in der die Identifizierung der biotischen Partikel mittels Raman-Spektroskopie erfolgt, und einer Zuführung 102, mittels der das zu untersuchende Medium der Messzelle 104 zugeführt wird. Erfindungsgemäß umfasst die Zuführung 102 zumindest einen Sensor 101, mit dem das Vorhandensein von biotischen Partikeln in der die Zuführung 102 durchströmenden Umgebungsluft ermittelbar ist. Weiterhin weist die Zuführung 102 dem Sensor 101 in Strömungsrichtung nachgeschaltet ein ansteuerbares Bypass-Ventil 103 auf, über das die zu untersuchende Umgebungsluft wahlweise der Messzelle 104 oder einem Bypass-Kanal 105 zuführbar ist. Im ersten Fall wird die Umgebungsluft durch die Messzelle 104 geleitet und darin enthaltene biotische Partikel mittels Raman-Spektroskopie identifiziert. Die Abluft verlässt über die Öffnung 106 die Vorrichtung in die Umgebung. Im zweiten Fall wird die Umgebungsluft über den Bypass-Kanal 105 und die Auslassöffnung 107 direkt in die Umgebung geleitet. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 100 ein erstes Steuermittel 108, mittels dem das Bypass-Ventil 103 derart ansteuerbar ist, dass die zu untersuchende Umgebungsluft nur dann der Messzelle 104 zur Identifizierung der biotischen Partikel zugeführt wird, wenn von dem Sensor 101 in der Umgebungsluft zuvor biotische Partikel erkannt wurden.

Claims

Vorrichtung (100) zum Identifizieren von biotischen Partikeln in einem zu untersuchenden Medium, mit einer vom zu untersuchenden Medium durchströmbaren Messzelle (104), in der die Identifizierung der biotischen Partikel mittels Raman-Spektroskopie erfolgt, und einer Zuführung (102), mittels der das zu untersuchende Medium der Messzelle (104) zuführbar ist, wobei – die Zuführung (102) zumindest einen Sensor (101) umfasst, mit dem das Vorhandensein von biotischen Partikeln in dem die Zuführung (102) durchströmenden Medium ermittelbar ist, – die Zuführung (102) dem Sensor (101) in Strömungsrichtung nachgeschaltet ein ansteuerbares Bypass-Ventil (103) aufweist, über das das Medium wahlweise der Messzelle (104) oder einem Bypass-Kanal (105) zuführbar ist, und – ein erstes Steuermittel (108) vorhanden ist, mittels dem das Bypass-Ventil (103) derart ansteuerbar ist, dass das Medium nur dann der Messzelle (104) zur Identifizierung der biotischen Partikel zugeführt wird, wenn von dem Sensor (101) im Medium biotische Partikel erkannt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messzelle (104) einen Filter aufweist, auf dem biotische Partikel zur Identifizierung mittels der Raman-Spektroskopie abgeschieden werden, wobei der Filter durchgängige Poren aufweist, die an einer Messoberfläche des Filters einen ersten Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 0,1 bis 15 μm, von 0,4 bis 10 μm, oder von 2 bis 10 μm liegt, sich die Porendurchmesser über die Filterdicke in Richtung der der Messoberfläche gegenüberliegenden Filteroberfläche verjüngen, und die Porendurchmesser an der der Messoberfläche gegenüberliegenden Filteroberfläche einen zweiten Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 5 bis 75 Prozent, insbesondere 25 bis 50 Prozent, des ersten Durchmessers liegt, – zur automatischen Lokalisierung von auf der Messoberfläche des Filters abgeschiedenen biotischen Partikeln ein Laser, ein Streulichtsensor sowie eine Auswerteeinheit vorhanden sind, wobei das rückgestreute Laserlicht hinsichtlich dem Vorhandensein biotischer Partikel von der Auswerteinheit auswertbar ist, – der Laser eine variabel einstellbare Fokussierungsoptik für den Laserstrahl aufweist, mit der auf der Messoberfläche des Filters ein Laserspot mit variablem Durchmesser zur Abtastung der Messoberfläche erzeugbar ist, und – ein zweites Steuermittel vorhanden ist, welches dazu ausgelegt und eingerichtet ist, die automatische Lokalisierung der abgeschiedenen biotischen Partikel derart zu steuern, dass zunächst eine Grob-Abtastung der Messoberfläche mit einem ersten Durchmesser d₁ des Laserspots durchgeführt wird, und anschließend in den Bereichen der Messoberfläche, in denen biotische Partikel erfasst würden, eine weitere Abtastung mit einem zweiten Durchmesser d₂ des Laserspots, wobei d₂ < d₁ ist, zur genaueren Lokalisierung der biotischen Partikel erfolgt.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sensor (101) ein optischer Sensor ist, mit dem zumindest eine optische Eigenschaft des zu untersuchenden Mediums, wie beispielsweise Fluoreszenz, Absorption oder Transmission, ermittelbar ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass der eine oder ein weiterer Sensor (101) ein optischer Sensor ist, mit dem eine Partikelgröße und/oder eine Partikeldichte im zu untersuchenden Medium vorhandener Partikel ermittelbar ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (102) zwischen Bypass-Ventil (103) und Messzelle (104) oder die Messzelle (104) selbst ein erstes Mittel aufweist, mit dem im zu untersuchenden Medium enthaltene biotische Partikel inaktivierbar sind.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel zur Inaktivierung biotischer Partikel eine elektromagnetische Strahlungsquelle und/oder eine Partikelstrahlungsquelle aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel dazu ausgelegt und eingerichtet ist, eine biotische Partikel inaktivierende Substanz in das zu untersuchende Medium abzugeben.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu untersuchende Medium gasförmig oder flüssig ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter an der Messoberfläche eine Goldschicht und/oder Phagenproteine aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (104) zumindest ein Sensormittel umfasst, mit dem die Form, oder die Große, oder die Oberflächenbeschaffenheit, oder die Farbe eines biotischen Partikels erfassbar ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Differenzdruckmesssystem zur Ermittlung einer Differenz des statischen Drucks im zu untersuchenden Medium in Strömungsrichtung vor und nach der Messzelle (104) und/oder ein Messsystem zur Ermittlung eines aktuellen Volumendurchsatzes des zu untersuchenden Mediums durch die Messzelle (104) vorhanden ist, – ein zweites Mittel vorhanden ist, mit dem der Volumendurchsatz durch die Messzelle (104) einstellbar ist, und – ein drittes Steuermittel zur Steuerung des zweiten Mittels vorhanden ist, wobei die Steuerung des zweiten Mittels abhängig von dem ermittelten aktuellen Volumendurchsatz und/oder dem ermittelten aktuellen Differenzdruck derart erfolgt, dass ein vorgebbarer Soll-Volumendurchsatz des zu untersuchenden Mediums durch die Messzelle (104) gehalten wird.