THMT 2025 – Messung von Nasensprays mit maschinellem Lernen und Lichtstreusignalen

Auf der THMT 2025 – dem 11th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, das vom 21. bis 25. Juli 2025 in Tokio, Japan, stattfand, präsentierte Walter Schäfer die Arbeit „Refractive Index Determination of Dynamic Droplets in a Flow by Analyzing Light Scattering Signals with a Machine Learning Approach“. Diese Forschung bietet potenzielle Anwendungen in zahlreichen Bereichen, darunter die Untersuchung der Dynamik von Nasensprays.

https://www.thmt-25.org/index.html

Der Vortrag stellte ein neues Verfahren zur optischen Spraymessung dynamischer Tropfen vor. Das Verfahren kombiniert zeitaufgelöste Lichtstreusignale mit maschinellem Lernen. Dadurch kann es eine materialsensitive Tropfenanalyse in Sprays unterstützen, etwa bei Nasensprays, pharmazeutischen Sprays und anderen feinen Flüssigkeitssprays.

Eine zuverlässige Spraymessung ist für viele technische und pharmazeutische Anwendungen wichtig. Bei einem Nasenspray können Tropfengröße, Geschwindigkeit und Flüssigkeitseigenschaften das Sprayverhalten, die Deposition und die Produktleistung beeinflussen.

Die klassische optische Spraymessung konzentriert sich häufig auf Tropfengröße und -geschwindigkeit. Doch auch Materialeigenschaften können wichtig sein. Der Brechungsindex eines Tropfens kann Aufschluss über Flüssigkeitszusammensetzung, Mischungsverhältnis und Konzentration geben.

Das vorgestellte Verfahren erweitert die Sprayanalyse daher um eine weitere Ebene. Es nutzt die optische Signalstruktur einzelner Tropfen, um den Brechungsindex abzuschätzen.

Das Spray wurde mit einer Flachstrahldüse erzeugt. Wasser-Glycerin-Gemische mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen dienten dazu, den Brechungsindex der Tropfen zu variieren. Dieser kontrollierte Aufbau ermöglichte die Erzeugung von Tropfen mit bekannten Materialunterschieden.

Nasenspray-Produkte erfordern ein stabiles und reproduzierbares Sprayverhalten. Die Spraymessung kann daher Produktentwicklung, Qualitätskontrolle und Formulierungsprüfung unterstützen.

Tropfengröße und -geschwindigkeit sind wichtig. Doch auch die optischen Eigenschaften der Tropfen können zur Charakterisierung der Flüssigkeitszusammensetzung beitragen. Aus diesem Grund kann die Bestimmung des Brechungsindex wertvolle Informationen für die Analyse von Nasensprays und anderen pharmazeutischen Sprayanwendungen liefern.

Das vorgestellte Verfahren zeigt, wie die optische Spraymessung über die klassische Größen- und Geschwindigkeitsanalyse hinausgehen kann. Es kann helfen, Materialänderungen in dynamischen Tropfen zu erkennen, und unterstützt eine KI-gestützte Spraydiagnostik.

Die auf der THMT 2025 vorgestellte Arbeit zeigt, wie maschinelles Lernen und Lichtstreusignale für eine fortschrittliche Spraymessung kombiniert werden können. Sie weist einen Weg zu kompakten und intelligenten Systemen für die Tropfenanalyse.

Künftig kann dieser Ansatz die Charakterisierung von Nasensprays, die Prüfung pharmazeutischer Sprays, die Beschichtungstechnik, die Analyse von Kraftstoffsprays und die industrielle Prozessüberwachung unterstützen.

Schaefer, W. (2025). Refractive index determination of dynamic droplets in a flow by analyzing light scattering signals with a machine learning approach. In Proceedings of THMT-25 Turbulence, Heat and Mass Transfer 11, Tokyo, Japan, 21–25 July 2025. Begell House, p. 8. https://doi.org/10.1615/THMT-25.10