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Vanille und Pfeffer aus Osnabrück | Im <link href="#nadc20234134918-fig-0001">Forschungszentrum Agrarsysteme der Zukunft erforschen Wissenschaftler:innen der Hochschule Osnabrück, wie sich Vanille, Salate und weiteres Gemüse in der neuen Indoorfarm mit Dachgewächshaus am Campus Haste anbauen lässt. Forschungs- und Studi-Projekte untersuchen, was die Pflanzen an Nährstoffen und Licht benötigen und wie sich die Energieströme optimieren lassen. Das Foto rechts zeigt ein Sensorsystem über den Regalebenen der Anzuchtkammer für Salatpflanzen. MB<figure xml:id="nadc20234134918-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/GLDPRig6ROKtUXsVsZF7"><figcaption><label>Abb.1: </label>Anzuchtkammer für Salatpflanzen. Foto: Aileen Rogge, Hochschule Osnabrück</figcaption></figure></figure>

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Vanille und Pfeffer aus Osnabrück | Im Forschungszentrum Agrarsysteme der Zukunft erforschen Wissenschaftler:innen der Hochschule Osnabrück, wie sich Vanille, Salate und weiteres Gemüse in der neuen Indoorfarm mit Dachgewächshaus am Campus Haste anbauen lässt. Forschungs- und Studi-Projekte unter...

Aufgrund einer Werksschließung bei 3M in Belgien fällt dieser Lieferant bestimmter Vorprodukte für Pipettenspitzen aus, und zwar speziell für Low-Retention- und Ultra-Low-Retention-Pipettenspitzen. Labore, die sie brauchen, haben ein Problem – für das es bereits Lösungsansätze gibt.Jeder Laborant hat beim <link href="#nadc20234133767-fig-0001">Pipettieren schon mal Folgendes beobachtet: Er hat die Flüssigkeit aus der Pipettenspitze abgegeben, aber innen oder unten an der Spitze zeigen sich dennoch Tröpfchen oder ein dünner Film. Ein Teil der Flüssigkeit ist in der Spitze zurückgeblieben. Das kann passieren, wenn Schaumbildner, besonders viskose Flüssigkeiten, zum Beispiel Glycerol, oder solche mit geringer Oberflächenspannung, zum Beispiel Isopropanol, in der Pipette waren. Oder wenn Proben für biologische Anwendungen wie PCR mit Detergenzien wie Natriumdodecylsulfat versetzt sind. Die Effekte der Oberflächenenergie der Pipettenspitzen und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit lassen sich schwer abschätzen.<figure xml:id="nadc20234133767-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/nO1C4FtFTHyo86gYDlMo"><figcaption><label>Abb.1: </label>Damit die gesamte Flüssigkeit aus Low-Retention-Pipettenspitzen läuft, bestehen einige aus Kunststoffen mit einem fluorhaltigen Additiv. Foto: eplisterra / Adobe Stock</figcaption></figure></figure>Diesen Unsicherheiten wirken speziell beschichtete Produkte entgegen, die Low- oder Ultra-Low-Retention-Pipettenspitzen. Für die Laborpraxis kommt es letztlich darauf an, das System Pipette plus Pipettenspitze auf präzises Dosieren hin zu kalibrieren und es für die jeweilige Anwendung zu validieren. Zielvorgaben können eine hohe Wiederfindungsrate oder eine definiert gute Wiederholbarkeit (Präzision) sein. Die Anforderungen an das analytische Labor steigen mit sinkenden Probenvolumina. Und im Biolabor sind Verluste teurer Reagenzien, etwa von Restriktionsenzymen oder Polymerasen, so weit wie möglich zu vermeiden.Eine Beschichtung auf dem Kunststoff verändert das Oberflächenverhalten der Pipettenspitze: Sie senkt die Oberflächenspannung. Dafür werden bestimmte Additive bei der Herstellung des Kunststoffs zugegeben, darunter per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS). Die Oberflächen fluorierter Polymere weisen nur etwa die Hälfte der Oberflächenspannung von Kohlenwasserstoffoberflächen auf.1) Dies ist bei Low-Retention-Pipettenspitzen das Ziel. Das Additiv dafür ist nun knapp geworden, nachdem der Produzent 3M Belgium ein Werk auf unbestimmte Zeit schließen musste.<h2 type="main">Umweltprobleme führten zur Schließung</h2>Die PFAS sind auch der Grund für die Werksschließung bei 3M Belgium. Denn diese Substanzen sind fast inert – einmal in die Umwelt gelangt, werden sie dort nur sehr langsam abgebaut. Das Werk hat jahrzehntelang PFAS freigesetzt. Mangelhafte Wasseraufbereitung hatte zur Folge, dass die Chemikalien in die Luft verdunsteten und in die Umgebung gelangten. Unter anderem in den Eiern von Freilandhühnern wurden PFAS nachgewiesen, und zwar bis zu Konzentrationen, bei denen ein Mensch nach Verzehr eines einzigen Eis die Höchstgrenzen der EU-Empfehlung von maximal 4,4 Nanogramm pro Kilogramm Körpergewicht überschreiten würde.2)<h2 type="main">Konsequenzen für die Halbleiterbranche</h2>Zu den Umweltbelastungen dürften die Mengen an oberflächenmodifizierenden Substanzen für Pipettenspitzen kaum geführt haben. Die größeren Mengen gehen an andere Abnehmer, vor allem die Halbleiterindustrie. Diese nutzt PFAS als Kühlmittel. 3M Belgium soll 80 Prozent der Kühlmittel für die Halbleiterindustrie weltweit hergestellt haben.2) Zu den Kunden zählen Unternehmen wie Samsung, SK Hynix, Taiwan Semiconductor und Intel.Hoffnung auf eine Sanierung von Standorten mit PFAS-Ewigkeitslasten, die Wiederaufnahme der Produktion und eine ausreichende Wasseraufbereitung macht jetzt ein zum Patent angemeldetes Verfahren der University of California:3) Das verunreinigte Wasser wird mit Wasserstoff versetzt, die Wassermoleküle polarisiert und dadurch reaktionsfreudiger. Anschließend zersetzen sich die PFAS unter Katalyse und kurzwelliger UV-Strahlung zu kleineren, ungefährlichen Molekülen – und zwar bei fast 100-prozentiger Umsetzung.<h2 type="main">Unterschiedliche Signale und Strategien</h2>Die Folgen der Werksschließung merken Hersteller von Pipettenspitzen, Fachhändler und diejenigen Labore, die ihre Vorräte aufgebraucht haben, die sie während der Coronapandemie angelegt hatten. Selbst Kliniklabore melden Pipettenspitzenmangel. Die Reaktionen der Pipettenspitzenlieferanten fallen unterschiedlich aus. Einige nehmen Bestellungen von Low-Retention-Produkten an, um liefern zu können, sobald sich die Situation entspannt. Wann das sein wird, lässt nicht abschätzen. Andere Hersteller verwenden statt des Beischlags von 3M Belgium alternative Kunststoffadditive und bleiben damit lieferfähig.Wieder andere verzichten ganz auf die Beschichtung und erreichen den Low-Retention-Effekt mit speziellen Verfahren, die Pipettenspitzen mit homogenen Oberflächen und ohne Fehlstellen erzeugen. Anwender haben solche Produkte getestet und für gut befunden.Die Grenzen sind allerdings bei Pipettierrobotern erreicht. Denn wenn ein Laborant die Pipette mit der Hand bedient, hält er sie schräg und streift sie am Ende ab – und erreicht so in der Regel die gewünschte Performance. Dieses komplexe Handling schafft ein Roboter nicht. Wer Automaten nutzt, fragt weiterhin die Low-Retention-Klassiker mit Beschichtung nach.Kritisch ist die Situation für Pharmalabore, die in ihren Standardarbeitsanweisungen (Standard Operating Procedures, SOPs) explizit Low-Retention-Pipettenspitzen aufführen. Teilweise sind sie aus Gründen der Genauigkeit notwendig, oder es stehen sogar bestimmte Produkte mit Artikelnummern in den SOPs. Fehlen die Produkte im Labor, ist eine SOP nicht erfüllt, wenn das Labor eine andere Pipettenspitze einsetzt, und eine entsprechende Qualitätsprüfung darf gar nicht durchgeführt werden. Hier bleibt nur der Versuch, die Anforderungen an die bestehende SOP mit einer anderen Pipettenspitze zu erfüllen oder eine ganz neue SOP zu erarbeiten. Oder man wartet, bis klassische Low-Retention-Produkte wieder verfügbar sind.Unangenehm kann es für Vielverbraucher werden, wenn sie zum Beispiel in folgende Situation geraten: Bei der Befüllung einer 96-Well-Platte mit einer Multikanalpipette hat sich eine der Low-Retention-Pipettenspitzen gelöst. Normalerweise würde diese 96-Well-Platte dann verworfen. Bei Pipettenspitzenmangel fällt das schwer. Im Vorteil sind Labore mit einem konstruktionsbedingten Schutz davor, dass sich einzelne Pipettenspitzen lösen.Der promovierte Chemiker Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>Ein Werk von 3M Belgium kontaminierte seine Umgebung mit per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) und musste daher seine Produktion im Jahr 2022 einstellen.PFAS werden Kunststoffen für Pipettenspitzen mit besonders geringer Oberflächenspannung (low retention) zugesetzt. Diese Additive fehlen jetzt.Der Low-Retention-Effekt lässt sich auch über andere Herstellverfahren erreichen. Allerdings eignen sich solche Pipettenspitzen oft nicht für Pipettierroboter.<ul class="references" xml:id="nadc20234133767-bibl-0001" style="numbered" cited="no"><li xml:id="nadc20234133767-bib-0001">1 J. M. Scheringer, I. T. Cousins et al., Environ. Sci.: Processes Impacts, 2020, 22, 2345, doi: 10.1039/D0EM00291G</li><li xml:id="nadc20234133767-bib-0002">2 <a href="https://www.heise.de/news/Chiphersteller-weltweit-betroffen-3M-Umweltschleuder-in-Belgien-geschlossen-6662257.html" target="_blank">www.heise.de/news/Chiphersteller-weltweit-betroffen-3M-Umweltschleuder-in-Belgien-geschlossen-6662257.html</a> (Stand 19.12.2022)</li><li xml:id="nadc20234133767-bib-0003">3 <a href="https://www.chemie.de/news/1178929/neue-methode-zur-beseitigung-von-umweltverschmutzungen-zerstoert-giftige-ewige-chemikalien.html?utm_source=newsletter&amp;utm_medium=email&amp;utm_campaign=chemde&amp;WT.mc_id=ca0259" target="_blank">www.chemie.de/news/1178929/neue-methode-zur-beseitigung-von-umweltverschmutzungen-zerstoert-giftige-ewige-chemikalien.html?utm_source=newsletter&amp;utm_medium=email&amp;utm_campaign=chemde&amp;WT.mc_id=ca0259</a> (Stand 20.12.2022)</li></ul>

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