PhD-Stelle zur Optimierung thermischer Prozesse hitzeempfindlicher biologischer Produkte mittels digitaler Zwillinge
Empa, Materials Science and Technology
St. Gallen
Auf einen Blick
- Veröffentlicht:11 September 2025
- Pensum:100%
- Vertragsart:Festanstellung
- Arbeitsort:St. Gallen
Job-Zusammenfassung
Die Empa ist eine Forschungsinstitution im ETH-Domain, die sich leidenschaftlich mit Materialwissenschaften und Technologien beschäftigt. Hier haben Sie die Chance, an innovativen Projekten zu arbeiten.
Aufgaben
- Entwickeln von multiphysikalischen Modellen für biologische Produkte.
- Aufbau physikbasierter digitaler Zwillinge von Produkten in Kühlketten.
- Optimierung thermischer Prozesse für die Medikamentenlieferung.
Fähigkeiten
- Abgeschlossenes Masterstudium in Maschinenbau erforderlich.
- Erfahrung in der kontinuierlichen Modellierung und COMSOL Multiphysics.
- Ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeiten in Englisch, Deutsch von Vorteil.
Ist das hilfreich?
Materialwissenschaft und -technologie sind unsere Leidenschaft. Mit unserer Spitzenforschung leisten die rund 1.100 Mitarbeitenden der Empa wesentliche Beiträge zum Wohl der Gesellschaft für eine lebenswerte Zukunft. Die Empa ist eine Forschungseinrichtung des ETH-Bereichs.
PhD-Stelle zur Optimierung thermischer Prozesse hitzeempfindlicher biologischer Produkte mittels digitaler Zwillinge
Das Labor für biomimetische Membranen und Textilien der Empa ist ein Vorreiter in der physikbasierten Modellierung auf mehreren Skalen. Wir schlagen die Brücke von der virtuellen zur realen Welt durch multiparametrische Sensorik und die Erstellung digitaler Zwillinge hitzeempfindlicher biologischer Systeme (Lebensmittel, Menschen), die mit ihren realen Gegenstücken koexistieren können.
Dieses Projekt zielt darauf ab, besser zu verstehen, wie verderbliche biologische Produkte, wie Impfstoffe, innerhalb von Kaltketten-Operationen reagieren und warum einige Produkte schneller verderben. Zu diesem Zweck entwickeln wir digitale Zwillinge der Ladung, basierend auf gemessenen Lufttemperatur- und Feuchtigkeitsdaten in Kaltketten durch kommerzielle Sensoren, und setzen diese in durchgängigen virtuellen Lieferketten ein. Das Projekt zielt auch darauf ab, andere thermische Prozesse mittels digitaler Zwillinge zu optimieren, wie thermisch gesteuerte Arzneimittelabgabeprozesse für Anwendungen in der Onkologie.
Ihre Aufgaben
Ihre Aufgaben (die Prioritäten werden flexibel je nach konkreten Möglichkeiten nach Projektstart festgelegt):
- Entwicklung von multiphysikalischen Modellen ausgewählter hitzeempfindlicher biologischer Produkte und thermischer Prozesse. Dies umfasst hygrothermischen Transport im Ensemble verpackter Produkte während der Kühlung, konvektiven Austausch mit der Umgebung, biochemische Qualitätsattributentwicklung innerhalb der Produkte und thermisch bedingte Schäden (Kälte-Frost-Schäden).
- Verwendung dieser Modelle zum Aufbau physikbasierter digitaler Zwillinge von Produkten, die in-silico mit dem realen Produkt altern, z.B. in einer Impfstoff-Lieferkette.
- Verarbeitung gemessener Sensordaten kommerzieller Kaltketten, Analyse der Daten auf Variabilität und Umformatierung der Daten in Datenbanken.
- Verwendung des simulationsbasierten Ansatzes, um (1) Kühlprozesse oder Verpackungsdesign besser zu verstehen und zu steuern, indem Produktqualitätsverlust und Abfall optimiert werden, und (2) die verbesserte Qualitätserhaltung durch digitale Zwillinge, also zusätzliche Haltbarkeit, mit wirtschaftlichen Vorteilen zu verbinden.
- Integration dieser digitalen Zwillinge in andere Plattformen, wie mobile Anwendungen.
- Erweiterung der digitalen Zwillinge zur Optimierung thermisch gesteuerter Arzneimittelabgabeprozesse für Menschen und Verknüpfung mit zugehörigen klinischen Studien in der Onkologie.
Ihr Profil
- Abgeschlossenes Masterstudium im Maschinenbau
- Nachgewiesene Erfahrung in Kontinuumsmodellierung (Finite-Elemente-Modellierung, Computational Fluid Dynamics) und nachgewiesene Erfahrung mit COMSOL Multiphysics.
- Kenntnisse der Wärme- und Stofftransportprozesse in hitzeempfindlichen Materialien und Prozessoptimierung.
- Erfahrung in hygrothermischen Messungen ist von Vorteil (Temperatur, Infrarot, Anemometrie).
- Ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeiten und fließende Englischkenntnisse (schriftlich und mündlich) sind zwingend erforderlich. Deutschkenntnisse sind von Vorteil.
- Sie haben ein Gespür für die Kommunikation mit Industrie- und anderen Partnern.
Unser Angebot
Eine Projektdauer von 3 Jahren ist vorgesehen, um die oben genannten Forschungsthemen in Form einer Doktorarbeit durchzuführen. Das Projekt wird von der Empa unter der Betreuung von Prof. Thijs Defraeye (akademischer Betreuer) unterstützt. Es beinhaltet eine gemeinsame Anstellung mit der ETH Zürich, wo Sie der Abteilung Umweltwissenschaften (D-USYS) zugeordnet sind. Die Forschung wird am Empa-Standort in St. Gallen durchgeführt. Der Eintrittstermin erfolgt nach gegenseitiger Vereinbarung. Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit Industrie- und anderen Partnern durchgeführt.
Wir leben eine Kultur der Inklusion und des Respekts. Wir begrüßen alle Menschen, die an innovativen, nachhaltigen und sinnvollen Tätigkeiten interessiert sind – das ist, was zählt.
Wir freuen uns auf Ihre vollständige Online-Bewerbung inklusive Motivationsschreiben, Lebenslauf, Zeugnissen, Diplomen und Kontaktdaten von zwei Referenzpersonen. Bitte reichen Sie diese ausschließlich über unser Jobportal ein. Bewerbungen per E-Mail und Post werden nicht berücksichtigt.
