Industrie + Technik

Bioindustrie in China | Für eine Industrie auf Glucose- oder Fettsäurebasis schlägt ein chinesisches Team einen nanostrukturierten Kupferkatalysator vor. Damit lässt sich in einem Feststoffelektrolytreaktor aus CO2 Essigsäure und daraus mit genetisch veränderter Backhefe Glucose herstellen. Alternativ produzieren auf Fettsäuren optimierte Backhefen aus der Essigsäure bis zu 500 mg·L–1 Fettsäuren (ungefähr C8 bis C18).<ul class="references"><li>
1 Nat. Catal. 2022, doi: <ext-link ext-link-type="doi">10.1038/s41929–022–00775–6</ext-link></li></ul>
Forschen im Kraftwerk | Japan will bis zum Jahr 2050 kohlenstoffneutral werden. Dennoch verzichtet das Land nicht auf Kohlekraftwerke, darunter die Osaki Coolgen-Anlage bei Hiroshima, die CO2 auffängt, speichert und recycelt. Der Projektträger Nedo des japanischen Handels- und Wirtschaftsministeriums fördert dort mit 18 Mio. Euro in drei Jahren sechs Projekte: Wertstoffsynthese aus CO2 mit Diamantelektroden, Atmosphärendruckplasma bei der CO2-Verwertung, Algenbiomasse, Wertstoffe aus Mikroalgen, Siliciumkarbid aus CO2 sowie Kohlenstoffrecycling, um Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas, LPG) herzustellen.Gedruckte Steaks | Die Universität Osaka, der Gerätehersteller Shimadzu und das Beratungsunternehmen Sigmaxis arbeiten gemeinsam an automatisierter Kulturfleischproduktion. Aus Rindermuskeln isolierte Zellen werden im 3-D-Drucker in einer Gelatine-Kollagen-Matrix expandiert. Dabei entstehen Fleischteilchen mit einer Korngröße von zirka 5 mm. Dagegen kommen die University of Tokyo und Nissin Foods auf eine Größe von 2×7×7 cm. Das Team expandiert Rindermuskelzellen in einem Plasmagel in Serum unbekannter Zusammensetzung.Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>

Meldung

Blick nach Asien

Bioindustrie in China | Für eine Industrie auf Glucose- oder Fettsäurebasis schlägt ein chinesisches Team einen nanostrukturierten Kupferkatalysator vor. Damit lässt sich in einem Feststoffelektrolytreaktor aus CO2 Essigsäure und daraus mit genetisch veränderter Backhefe Glucose herstellen. Alter...

Angesichts des Fachkräftemangels ist Automatisieren eine Strategie für die chemische und pharmazeutische Analytik. Es gibt dafür auch Lösungen für kleine Labore.
In Großlaboratorien ist Automatisierung oft Standard. So schafft in Wien ein medizinisches Großlabor mit rund 100 Mitarbeitern auf sechs Analytikstraßen mit 24 Diagnostik-Modulen, automatisiertem Transportsystem und gekühlten Langzeitarchiven 5600 Blutproben pro Stunde. Es erfasst dabei jeweils mehr als 200 chemische und immunologische Untersuchungsparameter.1) Bei Standardfällen liegt der Befund noch am selben Abend vor.Mit einigen der Analysensysteme kann grundsätzlich auch nicht-medizinisches Personal umgehen. Ob es in der Praxis erlaubt ist, ist eine regulatorische Frage.So verhält es sich auch in analytischen Laboren: Die Nachfrage nach Automatisierung steigt, die geschultes Personal bedienen kann, das nicht notwendigerweise Fachpersonal ist.<h2>Roboter und Chips</h2>Den größten Bedarf gibt es zurzeit bei der Bestimmung biologischer Parameter mit PCR-, Elisa- oder allgemeiner Proteinanalytik. Hier erweisen sich neue Ansätze zur Automatisierung zunehmend für <xref rid="nadc20224123793-fig-0001" ref-type="fig">kleinere</xref> Labore als interessant.<figure><img src="https://media.graphassets.com/F5YBl44NRhSzEHkB2WWS"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Roboter mit Probengefäß. Solche Geräte können sich auch für Labore mit geringem Probendurchsatz lohnen. Max Tactic / Adobe Stock</figcaption></figure>
So muss für kollaborative Roboter (Cobots), die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten, nicht unbedingt ein Riesenlabor geplant und gebaut werden. Für ein bestehendes Labor mit einem Dutzend Mitarbeitern können Roboterarme beschafft und die durchzuführenden Arbeitsschritte in einer dazugehörigen Software abgebildet werden. In der Endausbaustufe erhalten zum Beispiel die Proben einen Barcode, Roboter legen sie auf ein Transportband, das zu den Analysensystemen fährt. Greifarme setzen die Proben dann schließlich ins Analysensystem. Eine solche Automatisierung kleiner Speziallabore ist größenordnungsmäßig für 100 000 Euro machbar. Die Hälfte davon entfällt auf die Roboter, etwa zehn Prozent auf konfektionierte Hardware-Module und der Rest auf die Software.Mit Fortschreiten der Automatisierung dürfte es günstiger werden. Denn in einigen Fällen könnte beispielsweise nur eine Anpassung der Software nötig werden, weil es Erfahrungen aus anderen Laboren gibt. Bei diesem Vorgehen kann von der Anordnung einzelner Laborinseln bis zum einzelnen Probenrack alles so bleiben, wie es war. Optimierungen bleiben möglich.Zu einem höheren Automatisierungsgrad können mikrofluidische Systeme beitragen. Sie übernehmen zum Beispiel das Mischen kleiner Flüssigkeitsvolumina und lassen sich in standardisierte Verbrauchsmittel integrieren, zum Beispiel in Mikrotiterplatten. Dies ersetzt das makroskopische Mischen und das anschließende genaue Dosieren der Mikromengen.<h2>Automatisierte Probenvorbereitung</h2>Schon heute lassen sich in klinischen Forschungszentren alle Prozesse für biologische Proben von der Aufbereitung bis zur Messung mit gekoppelter Flüssigkeitschromatographie/Massenspektrometrie (LC-MS) automatisieren. Dabei übernimmt ein Probenvorbereitungsmodul unter anderem die Reagenzienzugabe, das Mischen der Lösung, die Zugabe einer Flüssigkeit zur Proteinfällung, das Ausfiltern der gefällten Proteine und, bei Bedarf, die Temperierung. Die gesamte Aufbereitung dauert drei bis acht Minuten (zum Beispiel mit CLAM-2030, Shimadzu). Blut-, Serum- oder Urinproben werden über einen Barcode erfasst und die LC-MS-Daten am Ende ins Labor-Informationssystem übertragen.Je nach Ausführungsform einer automatisierten Probenvorbereitung und der LC-MS-Ankopplung kann auch weniger erfahrenes Personal das System bedienen, welches nach dem Start über Nacht oder über arbeitsfreie Tage alle Proben selbstständig abarbeitet, etwa bei der Analyse der Komponenten in Zellkulturmedien (zum Beispiel C2MAP-2000, Shimadzu). Eine Software visualisiert den Verlauf, lädt die Messdaten und stellt die Konzentrationsänderungen jeder Komponente als Trendgrafik dar. Auch für spezielle Anwendungen sind automatisierte Probenvorbereitungssysteme verfügbar, zum Beispiel für die Cannabis- oder Mykotoxin-Analytik.<h2>Sich selbst überwachende Systeme</h2>Vorgaben wie strengere Nachweisgrenzen für Pestizide oder Hormon- und Arzneimittelrückstände machen Automatisierungsaufgaben komplexer. Die hierfür benötigte Highend-Analytik wird – so schätzt man bei Shimadzu – noch einige Zeit in der Hand von Fachpersonal bleiben, selbst wenn Effizienz und Bedienbarkeit durch Automatisierung besser sind als bei früheren Systemen. Der Spezialist für instrumentelle Analytik verweist auf Möglichkeiten zur automatischen Erstbewertung von Analysenergebnissen, auf Flagging bei Abweichungen und auf mit künstlicher Intelligenz (KI) ermittelte Peakflächenbestimmung.In Zukunft dürften Elemente einer softwaregestützten Selbstüberwachung von Geräten hinzukommen, die etwa Auslastung und Wartungsintervalle kontrollieren. Insbesondere könnten KI-fähige Geräte Probleme während der Datenerfassung ohne Benutzereingabe selbstständig behandeln und so die Erfassung hochwertiger, reproduzierbarer Daten unterstützen – sowohl bei Routine- als auch bei anspruchsvollen Anwendungen.<h2>Automatisierte Analytik in den Prozess</h2>Im Wesentlichen werden in der Prozessindustrie Druck, Temperatur, Durchfluss und spektroskopische Eigenschaften der durchströmenden Medien gemessen. Nun soll auch die Nukleinsäure- und Proteinanalytik an die Produktionslinie heranrücken. Ein Beispiel ist die Erfassung der Lebendzellzahl im Wasser. In die Leitung wird eine Kartusche installiert, die dann je nach Auslegung Parameter wie Totalzellzahl (TCC), High Nucleic Acid Percentage (HNAP), die Zahl intakter Zellen (Intact Cell Count, ICC) und den Anteil intakter Zellen (ICP, Intact Cell Percentage) kontinuierlich bestimmt (Bacto Sense, Novate Technologies). Dieses System zu bedienen erfordert keine spezielle Ausbildung. Im Labor kann es dabei helfen, Prozesse zu validieren.<h2>KI für die personalisierte Medizin</h2>In der nichtbiologischen Analytik an der Produktlinie ist die Automatisierung weit fortgeschritten. Hier gibt es zum Beispiel Analysatoren für Salze in Kläranlagen (zum Beispiel für Phosphat, Ammoniak), die bis zu einem halben Jahr ohne Benutzereingriff und Reagenziennachschub auskommen.Das andere Extrem ist die kaum automatisierte Analytik für Medikamente und ihre Entwicklung in der personalisierten Medizin. Hier kann es um Chargen einiger weniger Dosen oder nur einer einzigen gehen, etwa in der Blutkrebs-Therapie. Es ist auch die aufwendige manuelle Analytik, die bei diesen Behandlungen die Kosten treibt. Eine automatisierte Analytik vom Entwicklungsprozess an könnte dabei helfen, Kosten zu senken.Zell- und Gentherapeutika erfordern miniaturisierte, verbrauchsarme und qualitätssichernde Analysensysteme. In den Endausbaustufen – insbesondere bei Point-of-Care(POC)-Systemen – kann die Bedienung jeder übernehmen. Die qualifizierten Arbeitskräfte, zum Beispiel die medizinisch-technischen Assistenten, sind dann im Wesentlichen bei der Interaktion mit dem Patienten erforderlich.All diesen Entwicklungen gemeinsam ist: Die neuen Analysensysteme kann jeder bedienen, solange keine regulatorischen Bestimmungen dagegen stehen. Bei Auswertung und Beurteilung von Bildern oder Spektren sind dank KI automatisch arbeitende Systeme dem Menschen schon jetzt bei der Treffsicherheit teilweise ebenbürtig bis überlegen und deutlich schneller.Der promovierte Chemiker Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.
<ul class="references"><li>
1 <a href="https://www.meinbezirk.at/wien/c-lokales/was-das-blut-alles-verraet_a3623409" target="_blank">www.meinbezirk.at/wien/c-lokales/was-das-blut-alles-verraet_a3623409</a> (Zugriff am 23.1.2022)</li></ul>

Meldung

Blick nach Asien

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...