Monitoring & Analysis of Drying Processes of Acoustically Levitated Droplets

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-01-27
Issue Year
2020
Authors
Keil, Natalie
Editor
Abstract

This work focused on the extension of application fields of acoustic levitation by investigating the combination of analytical methods: size exclusion chromatography (SEC), light scattering, Raman spectroscopy and moisture measurements. Furthermore, this work represents the feasibility of the acoustic levitation to study the drying kinetics of polymer latex dispersions. The first part of this work aimed to expand the work of [Lorenzen2012], who investigated enzyme inactivation during drying of levitated micro-droplets by measuring the residual activity of the enzymes using enzymatic assays. In this work the aim was to determine an analytical technique to investigate protein inactivation during drying applicable to proteins where an enzymatic assay cannot be performed. Therefore two methods, SEC in combination with UV-Vis, light scattering and refractive index and Raman spectroscopy, both suitable for protein analysis, were used for investigating protein inactivation during drying of acoustically levitated micro-droplets. SEC combined with UV-Vis, light scattering and refractive index detection was used to measure the amounts of soluble aggregates and for size determination of the molecules after drying of protein micro-droplets in the acoustic levitator. The droplets were withdrawn from the drying chamber at different times and were analysed by the use of SEC with the above named detectors to determine the content of dissolved monomer and aggregates of the protein. Different proteins were analysed which had to meet the demands of high water solubility and strong inactivation on thermal stress. β -galactosidase from A. oryzae and IgG from human serum were investigated first. β -galactosidase showed insufficient thermal inactivation during drying of micro-droplets to continue the drying experiments with intermediate drying times. IgG showed a loss of monomer molecules of approximately 33% during drying of micro-droplets, but the differentiation of dimers and trimers formed during drying was very difficult due to similar retention times. Experiments with L-glutamic dehydrogenase (GDH) type I from bovine liver showed strong loss of soluble native molecules during drying of micro-droplets. Thus this protein which consists of six monomers in its native state was chosen for further detailed experiments. The results presented in this thesis show that before reaching the critical point of the drying process of droplets, basically no loss of the native protein could be detected. After crossing of the critical point, the concentration decreases steeply until shortly after the surface temperature of the particle reached the drying air temperature the loss of the hexameric molecules terminates. This observation is in good agreement with the results published by [Lorenzen2012] where the residual activity of GDH was measured during drying of micro-droplets. This study furthermore demonstrates that the formation of insoluble aggregates of GDH occurs fast. Thus the intermediate state of GDH where the native molecule dissociates to trimers and later to monomers [Rooki2007, Fukushima1985] before unfolding and formation of large insoluble aggregates, lasts only for a short time. Even though in this study the results are demonstrated for only one protein, these correlate very well with the results presented by [Lorenzen2012], indicating that the acoustic levitation can be well combined with the SEC+UV-Vis/LS/RI system to determine the formation of insoluble aggregates of proteins during the drying process [keil2018]. Another analytical method to determine protein inactivation is Raman spectroscopy which can be used to determine secondary structure changes of proteins. It was the aim of this work to discover if Raman spectroscopy can be implemented into the drying process of levitated droplets to detect in-situ changes in the secondary structure of proteins in solution. Raman spectroscopy was already used in combination with acoustic levitation by [Tuckermann2009] and by [Radnik2011]. While [Tuckermann2009] observed evaporation, crystallization and acid-base reactions of small molecule solutions and [Radnik2011] studied drying processes of inorganic complex oxides, this work focuses on a new process to observe structural changes of secondary structures of proteins in levitated droplets. The challenge of this project was to establish a set-up and a measuring process which allow the measurement of the Raman spectra throughout the whole drying process during which the droplet decreases (focusing point changes), changes its position due to weight loss, of which the concentration increases and where solid structures are formed at the surface. The installation and measuring conditions used to achieve spectroscopic results during the whole drying process of droplets are described. Solutions of two different proteins were used for the experiments. While lysozyme from chicken egg white is a small molecule with a high amount of α -helix structure, IgG from human serum is a large molecule and posses less α -helical structure. It was shown that during drying of droplets the continuously detected Raman spectrum showed changes in the Amide I band. This change revealed a decrease of α -helical structure and a simultaneous increase of the β -sheet structure in the molecules of lysozyme. Although IgG molecules have a low ratio of α -helix in their native state, it was possible to detect changes in the Raman spectra during the drying process, indicating changes occurring in the secondary structure of IgG during the drying process. Therefore it was shown that Raman spectroscopy is a suitable tool to get a detailed insight into the structural changes of proteins during drying of levitated droplets. The question about the residual humidity in the dried particles was then considered. This matter is crucial to be resolved in regards of dried protein particles, where the residual humidity influences the protein structure and therefore the stability and solubility of the molecules. A response to this question is also expected to shed light on the current drying kinetics of acoustically levitated droplets. The drying process is not finished as soon as the particle surface reaches the value of the drying air temperature. It is not clear if and how much humidity is still contained inside the particles at this time point. Due to different material properties and morphologies of the particles, the residual humidity might vary strongly in the particles. The knowledge about the residual humidity and the water loss during drying of the droplets / particles is expected to give further insight into the drying kinetics of different substances. Most generic methods used for moisture determination in solids are not sensitive enough to measure the residual humidity in one dried micro-droplet. Furthermore a method to detect water evaporation during the drying process would give insight into the drying kinetics. Thus one part of this work deals with a method to install a device which allows the measurement of the air humidity throughout the whole drying process. A dew-point hygrometer with a sensitivity of 0.1 ° C dp at temperatures between 20 and 90 °C and relative humidity between < 0.5 - 100 % was chosen for the humidity measurements during drying of acoustically levitated droplets. Therefore a sealed drying chamber was constructed with two orifices to enable an air stream through the chamber. Through one orifice the drying air was induced into the chamber and at the other the air humidity could be determined as the air stream was conducted to the sensor of the hygrometer. The experiments were performed at different drying conditions and a difference in air humidity progression at different drying temperatures could have been detected. But the droplet volumes calculated from the hygrometer measurements were all larger than the volumes calculated from the measured droplet size by the CCD-Camera. One reason for this discrepancy might be the injection process during which additional humidity was brought into the chamber and thus to the detector. The start measuring process and the closing of the drying chamber immediately after injection can be improved to achieve more precise results. Finally the dew-point hygrometer measurements can be a good supplement for analysing the drying kinetics of droplets in the acoustic levitator. For the calculation of the residual water content in a dried particle, the system as used in this work needs modification. The last part of this work deals with drying kinetics of polymer latex dispersions. The objective of this project was to investigate the use of the acoustic levitation to detect differences between drying kinetics of polymer latex dispersions which dried below and above the minimum film formation temperature (MFT). Therefore a poly-acrylate latex dispersion with a low MFT-value (~ 5 °C) and an ethylcellulose latex dispersion with a high MFT-value (~ 81 °C) were chosen for the experiments. Both dispersions contained furthermore different surfactants in different concentrations. It has been shown that this difference also had an influence on the drying kinetics of the droplets leading to a two-step drying process of the ethylcellulose dispersion and a one-step drying process of poly-acrylate dispersions. This difference was shown for all drying temperatures and all concentrations of the dispersions which were investigated in this work. It is assumed that the first step is caused by surfactant accumulation at the surface of the droplet and the second step corresponds to the critical point between the two drying phases. Furthermore, differences in the drying kinetics were detected for different concentrations of the dispersions dried above the MFT. It was shown that higher concentrated droplets showed smoother curve progressions than lower concentrated droplets. No difference in the curve progression could have been detected for different concentrations of latex dispersions which were dried below the MFT. This finding results from the film formation from the poly-acrylate latex particles which inhibits further evaporation of water by forming a barrier at the surface of the droplet during the drying process. As the latex particles of ethylcellulose did not coalesce during drying, water evaporated still until the end of the drying process, visualized by a steeper curve progression. This explanation is proven by the curve progression achieved with ethylcellulose latex dispersion where the MFT-value was lowered by addition of a plasticizer. The drying kinetics of plasticized ethylcellulose latex dispersions still showed a two-step drying progression but the second step is much smoother than without plasticizer. After drying, pictures of the particles were made with the scanning electron microscope. This permitted further insight into the drying process of latex dispersions by illustrating the state of the latex particles in the dried particle, the surface structure and the morphology of the dried particle. In this project some examples are discussed which show how drying kinetics can be influenced by film formation of latex dispersions, how drying plots look like in absence of film formation and how substances dissolved or dispersed may have an impact on the particle formation and thus also on the drying kinetics of droplets [keil2016]. Furthermore, different effects of crystalline substances were detected and analysed. The results presented in this work contribute to expand the capabilities of acoustic levitation. But there is still space for further investigations. Future work could therefore evaluate methods in regards to determine the residual water content in the dried particles and to establish a method detecting in-situ the evaporation of water from the droplet surface. A promising method seems to be tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) which is capable to determine the concentration of water or of other solvents by measuring the absorbance of the substance in very low concentrations [Lackner2007, Druy2006]. Additionally, both analytical methods presented in this work (SEC+detectors; Raman spectroscopy) might be used to investigate further proteins to approve the results presented in this work.

Abstract

Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Ausweitung des Anwendungsbereiches der akustischen Levitation. Dazu wurden analytische Methoden wie Größenausschlusschromatographie (SEC), Lichtstreuung, Raman-Spektroskopie sowie Feuchtigkeitsmessungen mit der akustischen Levitation kombiniert und ihre Anwendbarkeit untersucht. Außerdem wurde die Eignung der akustischen Levitation für die Untersuchung der Trocknungskinetik von Polymerdispersionen analysiert.

Im ersten Teil dieser Arbeit geht es darum, die von Lorenzen et al. (2012) präsentierten Ergebnisse auszubauen. Lorenzen et al. (2012) untersuchten die Inaktivierung von Enzymen während der Trocknung von levitierten Tropfen und bestimmten die Restaktivität des Enzyms mithilfe von enzymatischen Assays. Nun sollte eine Methode etabliert werden, die auch auf Proteine, die keine enzymatische Aktivität aufweisen, anwendbar ist. Dazu wurden zwei Methoden genauer untersucht: SEC in Kombination mit UV-Vis, Lichtstreuung (LS) und Brechungsindex (RI) und die Raman Spektroskopie. Beide Methoden werden bereits routinemäßig in der Proteinanalytik zur Untersuchung der Proteininaktivierung eingesetzt.

SEC kombiniert mit UV-Vis, LS und RI wurde verwendet um die Menge und Molekülgröße der in Lösung gegangenen Aggregate und Monomer nach der Trocknung von Mikro-Tropfen im akustischen Levitator zu bestimmen. Hierfür wurden einzelne Tropfen zu verschiedenen Zeitpunkten aus der Trocknungskammer entnommen, aufgelöst und mithilfe der SEC und der oben genannten Detektoren der Gehalt der gelösten Monomere und Aggregate des Proteins bestimmt. Proteine, die für die Untersuchungen ausgewählt wurden, mussten gut wasserlöslich sein sowie empfindlich auf Temperaturveränderungen reagieren. Dazu wurden zuerst \beta-Galactosidase aus A. oryzae und IgG aus humanem Serum untersucht. Während der ersten Trocknungsversuche von Tropfen mit \beta-Galactosidase zeigte sich, dass das Enzym nicht ausreichend inaktiviert wurde um weitere Versuche mit kürzeren Trocknungszeiten durchzuführen. IgG zeigte zwar einen Verlust von 33 % der Monomer-Moleküle in getrockneten Partikeln, aber die Auftrennung der Dimere und Trimere, die während der Trocknung gebildet wurden, war aufgrund ähnlicher Retentionszeiten nicht ausreichend um quantitative Aussagen zu treffen. Untersuchungen mit L-Glutamatdehydrogenase Typ I aus der Rinderleber (GDH) zeigten während der durchgeführten Trocknungsversuche einen hohen Verlust der löslichen nativen Molekülen. Aus diesem Grund wurde GDH, das sich im nativen Zustand aus sechs Monomeren zu einem Hexamer zusammensetzt, für weitere Untersuchungen herangezogen. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse zeigen, dass bevor der kritische Punkt der Trocknung erreicht wird, im Wesentlichen kein Verlust des nativen Proteins detektiert werden konnte. Nach Überschreitung des kritischen Punktes, sank die Konzentration des nativen Proteins rapide ab, bis sie kurz nach Angleichen der Oberflächentemperatur des Partikels an die Temperatur der Trocknungsluft stagnierte. Diese Beobachtung zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen der enzymatischen Aktivitätsmessung von GDH, die von Lorenzen et al. (2012) veröffentlicht wurden. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Bildung unlöslicher Aggregate rasch erfolgt, sodass das Zwischenstadium, in dem das native Hexamer zuerst in Trimere und dann in Monomere dissoziiert (Rooki et al., 2007; Fukushima et al., 1985), nur für sehr kurze Zeit andauert und die Moleküle sich dann entfalten und zu großen unlöslichen Aggregaten zusammenlagern. Obwohl die Ergebnisse dieser Arbeit nur anhand eines Proteins untersucht wurden, ist die Übereinstimmung mit den Resultaten von Lorenzen et al. (2012) sehr gut. Dies lässt darauf schließen, dass die Kombination akustischer Levitation mit SEC + UV-Vis / LS / RI geeignet ist, um die Bildung unlöslicher Aggregate während der Trocknung von Proteinlösungen zu untersuchen (Keil et al., 2018).

Raman Spektroskopie ist eine weitere analytische Methode, mit der man Veränderungen in der Sekundärstruktur von Proteinmolekülen untersuchen kann. Eine weitere Zielsetzung dieser Arbeit war die Untersuchung, ob die Raman Spektroskopie dazu geeignet ist, Veränderungen in der Sekundärstruktur der Proteine am levitierten Tropfen während der Trocknung zu detektieren. Tuckermann et al. (2009) und später Radnik et al. (2011) kombinierten bereits akustische Levitation mit Raman Spektroskopie. Dabei untersuchten Tuckermann et al. (2009) die Verdampfung, Kristallisation und Säure-Base-Reaktionen von Lösungen kleiner Moleküle. Radnik et al. (2011) erforschten mit dieser Kombination die Trocknungsprozesse von anorganischen Komplex-Oxiden. Das Ziel dieses Projektes ist einen neuen Prozess zu etablieren, der es ermöglicht strukturelle Veränderungen in der Sekundärstruktur von Proteinen während der Trocknung von levitierten Proteinlösung-Tropfen zu beobachten. Die Herausforderung hierbei besteht darin, dass das untersuchte Teilchen sich mit der Zeit verändert: Es wird kleiner (Fokuspunktanpassung), es verändert seine Position, es konzentriert sich auf und bildet mit der Zeit an der Oberfläche feste Strukturen aus. Diese Arbeit zeigt einen geeigneten Aufbau der Messinstrumente und Messbedingungen auf , die verwendet wurden um spektroskopische Messergebnisse während der Trocknung der levitierten Tropfen zu erzielen. Dafür wurden Lösungen von zwei unterschiedlichen Proteinen für die Experimente verwendet: Lysozym aus Hühnereiweiss, welches ein kleines Protein mit einem hohen Grad an \alpha-helikaler Struktur ist und IgG aus humanem Serum, welches ein großes Molekül mit weniger \alpha-helikalen Strukturen darstellt. Mit den Untersuchungen der Lysozym-Tropfen konnte gezeigt werden, dass während des Trocknungsprozesses eine Veränderung in der Amid I Bande des Raman Spektrums aufgetreten ist. Diese Veränderung lässt die Schlussfolgerung zu, dass \alpha-helikale Strukturen während der Trocknung abgebaut wurden und gleichzeitig der Gehalt an \beta-Faltblatt-Strukur in den Lysozym-Molekülen zunahm. Obwohl IgG-Moleküle nur einen geringen Gehalt an \alpha-Helices in ihrem Nativ-Zustand aufweisen, war es möglich auch hier Veränderungen im Raman Spektrum zu detektieren. Diese deuten darauf hin, dass auch im IgG-Molekül strukturelle Veränderungen während der Trocknung aufgetreten sind. Aus diesen Ergebnissen kann man folgern, dass die Raman Spektroskopie mit dem dargestellten Versuchsaufbau geeignet ist, einen Einblick in die strukturellen Veränderungen von Proteinen während der Trocknung levitierter Tropfen zu geben.

Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Verdunstung des Wassers aus dem trocknenden Tropfen gemessen werden kann und ob sich diese Methode außerdem zur Bestimmung der Restfeuchte in einem levitierten Partikel eignet. Die Klärung dieser Frage ist von entscheidender Bedeutung für das detaillierte Verständnis der Inaktivierungskinetik von Proteinen während der Trocknung. Die Restfeuchte in den Proteinpartikeln beeinflusst die Proteinstruktur und somit auch die Stabilität und Wiederauflösbarkeit der Moleküle. Man geht davon aus, dass die Auflösung dieser Fragestellung auch zur weiteren Aufklärung der Trocknungskinetik von levitierten Tropfen beitragen würde. Denn der Trocknungsprozess ist zu dem Zeitpunkt, wenn die Partikeloberfläche die Temperatur der Trocknungsluft erreicht, noch nicht beendet. Es konnte bisher in Untersuchungen nicht abschließend geklärt werden, ob und wie viel Restfeuchte zu diesem Zeitpunkt im Partikel enthalten ist. Aufgrund unterschiedlicher Materialeigenschaften und Partikelmorphologien, kann die Restfeuchte in den Partikeln stark variieren. Die Methoden, die häufig zur Restfeuchtemessung in Feststoffen eingesetzt werden, sind nicht empfindlich genug um die Restfeuchte in einem getrockneten Partikel exakt bestimmen zu können. Eine in-situ Messmethode zur Bestimmung des Wasserdampfes in der Abluft würde zusätzlich Informationen zu Trocknungskinetiken der Tropfen liefern. Deshalb wird in diesem Abschnitt der Arbeit, eine Methode zur Messung der Luftfeuchte während des Trocknungsprozesses untersucht. Ein Taupunkt-Hygrometer mit einer Empfindlichkeit von 0.1 °C_{dp} im Temperaturbereich zwischen 20 und 90 °C und relativer Luftfeuchte zwischen <0.5 - 100 % wurde für die Feuchtemessungen während der Trocknungsversuche ausgewählt. Für diese Untersuchungen wurde eine abgedichtete Trocknungskammer konstruiert, die das Einbringen sowie Abziehen eines Tropfens / Partikels erlaubt und zwei weitere kleine Öffnungen enthält, um einen Luftstrom durch die Kammer zu erzeugen. In eine der beiden Öffnungen wird Luft mit regulierbarer Temperatur und Feuchte hineingeströmt und durch die andere Öffnung gelangt, die mit Wasser aus dem levitierten Tropfen angereicherte Luft, heraus. Diese Luft wird zum Sensor des Hygrometers weitergeleitet um dort den Wassergehalt zu bestimmen. Die Versuche wurden bei unterschiedlichen Trocknungsbedingungen durchgeführt. Dabei wurden bei verschiedenen Trocknungstemperaturen unterschiedliche Luftfeuchte-Verläufe gemessen. Alle aus den Luftfeuchte-Kurven berechneten Tropfenvolumina waren jedoch höher als die Werte, die durch die Messung der Tropfengröße zu Beginn der Trocknung mit der CCD-Kamera und anschließende Volumenberechnung ermittelt wurden. Eine mögliche Erklärung für diese Diskrepanz könnte der Injektionsprozess sein, während dem zusätzliche Feuchte in die Kammer und somit zum Detektor eingebracht wurde. Der Start des Messprozesses und das sofortige Verschließen der Trocknungskammer sofort nach dem Einbringen des Tropfens in die stehende Welle sollte verbessert werden, um genauere Ergebnisse erzielen zu können. Die Informationen aus den Messungen mit dem Taupunkt-Hygrometer können generell als eine gute Ergänzung dienen um die Trocknungskinetik von Tropfen im akustischen Levitator zu untersuchen. Für die Berechnung der Restfeuchte in Partikeln ist das System in der hier vorgestellten Form jedoch nicht geeignet und müsste entsprechend optimiert werden.

Im letzten Teil der Arbeit geht es um die Trocknungskinetik von Polymerdispersionen. Das Ziel dieser Untersuchung war es die Eignung akustischer Levitation für die Untersuchung von Trocknungskinetiken von Polymerdispersionen über und unter der Mindestfilmbildungstemperatur (MFT) zu untersuchen. Dazu wurde eine Polyacrylat-Latexdispersion mit einer geringen MFT (~ 5°C) und eine Ethylcellulose-Latexdispersion mit einer hohen MFT (~ 81 °C) für die Versuche ausgewählt. Beide Dispersionen enthalten unterschiedliche Tenside in verschiedenen Konzentrationen. Mithilfe der durchgeführten Versuche konnte gezeigt werden, dass die unterschiedlichen Tenside in der Dispersion auch einen Einfluss auf die Trocknungskinetik der Tropfen haben können. Während die Polyacrylat-Dispersion einen typischen einstufigen Trocknungsprozess aufweist und die enthaltenen Tenside keinen Einfluss auf den Trocknungsverlauf zeigen, sind die Tenside der Ethylcellulose-Dispersion dafür verantwortlich, dass der Trocknungsprozess eine zusätzliche Stufe aufweist. Dieser unterschiedliche Trocknungsverlauf wurde für alle gemessenen Konzentrationen der Dispersionen und alle untersuchten Trocknungstemperaturen ermittelt. Es wird angenommen, dass die erste Stufe des zweistufigen Trocknungsverlaufs durch Tensid-Ansammlung an der Oberfläche der Tropfen erzeugt wird und die zweite Stufe dem kritischen Punkt zwischen den beiden Trocknungsphasen entspricht. Ein weiterer Unterschied in der Trocknungskinetik wurde für unterschiedliche Konzentrationen der Dispersionen festgestellt, jedoch trat dieser konzentrationsabhängige Unterschied nur bei der Polyacrylat-Dispersion die über der MFT getrocknet wurde auf. Es wurde gezeigt, dass Tropfen mit höherer Startkonzentration weichere Kurvenverläufe darstellten als Trocknungsverläufe, die aus niedriger konzentrierten Dispersionen gemessen wurden. Versuche, die unterhalb der MFT der Dispersionen durchgeführt wurden, wiesen keine konzentrationsabhängigen Unterschiede auf. Die Erklärung für dieses Phänomen der flacheren Trocknungsverläufe der Polyacrylat-Dispersionen lässt sich aus der Filmbildung der Latexpartikel während der Trocknung über der MFT ableiten. Durch die Ausbildung eines kohärenten Films an der Oberfläche des Tropfens wird die weitere Verdunstung des Wassers verhindert. Dies führt zu einem verlangsamten Trocknungsprozess. Da die Latexpartikel der Ethylcellulose während der Trocknung unterhalb der MFT nicht miteinander verschmelzen, kann das Wasser ungehindert bis zum Ende des Trocknungsprozesses verdunsten. Deutlich wird dies durch einen steileren Kurvenverlauf im Trocknungsprozess, der eine schnellere Trocknung gegen Ende des Trocknungprozesses darstellt. Dieser Erklärungsansatz wird bestätigt durch zusätzliche Experimente mit Ethylcellulose-Dispersionen, dessen MFT mithilfe eines zugesetzten Weichmachers unter die Trocknungstemperatur gesenkt wurde. Die Trocknungskinetik der plastifizierten Ethylcellulose-Dispersion zeigte einen zweistufigen Trocknungsverlauf, bei dem die zweite Stufe einen deutlich weicheren Verlauf aufwies als im Trocknungsprozess ohne Weichmacher. Nach der Trocknung wurden von den Partikeln Aufnahmen mithilfe der Raster-Elektronen-Mikroskopie (SEM) aufgenommen, die ein Verschmelzen der Latexpartikel oder das Nichtverschmelzen bestätigten. Diese SEM-Aufnahmen ermöglichten einen zusätzlichen Einblick in den Trocknungsprozess der Latexdispersionen, indem sie den Zustand der Latexpartikel im getrockneten Teilchen, die Oberflächenstruktur und die Morphologie der Teilchen darstellten. Mithilfe dieses projektes konnte gezeigt werden, dass und wie die Trocknungskinetik durch Filmbildung von Latexdispersionen beeinflusst wird, wie Trocknungsverläufe aussehen wenn kein Film während der Trocknung ausgebildet wird und wie Substanzen, die in den Tropfen aufgelöst oder dispergiert vorliegen die Partikelbildung und Formung beeinflussen können und somit auch die Trocknungskinetik beeinflussen (Keil et al., 2016). Im Rahmen des Projektes wurden auch Effekte kristalliner Substanzen auf die Trocknungskinetik untersucht.

Die in dieser Arbeit ausgearbeiteten und aufgezeigten Ergebnisse tragen dazu bei, die Einsatzmöglichkeiten der akustischen Levitation zu erweitern. Nichtsdestotrotz bietet die akustische Levitation noch viel mehr Potential für weitere Einsatzmöglichkeiten. Zukünftige Arbeiten sollten zum Beispiel weitere Methoden zur Bestimmung der Restfeuchte in getrockneten Partikeln untersuchen und eine Methode etablieren, um in-situ die Wasserverdunstung am Tropfen messen zu können. Eine vielversprechende Methode hierzu scheint die Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden (TDLAS) zu sein. Diese Messmethode ermöglicht feinste Messungen der Wasserkonzentration oder Konzentration anderer Lösungsmittel, indem sie die Absorption der Substanz in bereits sehr geringen Konzentrationen messen kann (Lackner, 2007; Druy, 2006). Ein weiterer Ansatz für zukünftige wissenschaftliche Arbeiten ist die Anwendbarkeit der beiden Methode zur Proteininaktivierung (SEC+Detektoren und Raman Spektroskopie) auf weitere Proteine.

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