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Freitag, 15. Dezember 2017

Biotechnologie

Laborarbeit wird optimiert

Von Bettina Reckter | 25. Mai 2017 | Ausgabe 21

Vollautomatisiert wird die Arbeit im Labor so bald nicht ablaufen. Aber einige Trends in der Biotechnologie zielen doch eindeutig in diese Richtung.

Labvolution BU
Foto: Deutsche Messe AG

Blick in die Zukunft: Viel freie Fläche, Rollcontainer mit eingebauten Geräten und ein kollaborationsfähiger Roboterarm erleichtern die Arbeit im Musterlabor auf der Messe Labvolution in Hannover.

Semra Alemdar schlüpft in den weißen Kittel und setzt ihre Schutzbrille auf. „Bodenprobe analysieren auf Phosphatreste“, spricht sie ihr Vorhaben laut und deutlich in den Raum hinein – obwohl da doch niemand ist, der sie hören könnte. Und trotzdem scheint es gerade so, als ob sie sich in einem Dialog befindet.

Labvolution und Biotechnica

Das liegt an der Datenbrille, die für den nötigen Durchblick im Labor sorgt. Ausgestattet mit Kamera und Display assistiert das intelligente Gerät der Doktorandin bei sämtlichen Handreichungen ihrer Analyse.

„Bitte Handschuhe anziehen“, liest Alembar. Stimmt, die Schutzausrüstung war ja noch gar nicht vollständig. Nun schaut die Laborarbeiterin eine Chemikalienflasche auf dem Regalbrett genauer an. Prompt wird der QR-Code gescannt. „Pufferlösung, 30 Milliliter“, erfährt sie. So weiß sie erstens, dass es die richtige Flasche ist, und zweitens, wie viel sie von der Substanz ihrer Bodenprobe im Becherglas zufügen muss.

Das SmartLab

„In der Datenbank der Brille ist außerdem das komplette Rezept hinterlegt“, erklärt Sascha Beutel. Er leitet die Arbeitsgruppe SmartLab am Institut für Technische Chemie (TCI) der Universität Hannover. Für das Projekt hatten sich Wissenschaftler aus 14 Unternehmen und Institutionen zusammengetan, um gemeinsam eine Vision des Labors der Zukunft zu entwickeln. Was dabei herausgekommen ist, konnte das interessierte Publikum vergangene Woche auf den Messen Labvolution und Biotechnica in Hannover unter die Lupe nehmen.

„Das Musterlabor ist voll funktionsfähig“, freut sich Beutel. Die Wissenschaftler im Team haben an alles gedacht: flexible digitale Vernetzung der Laborgeräte mit einer zentralen Steuerung, Einsatz von Automation, Augmented Reality und Robotik, um ermüdende Arbeitsschritte ohne menschliches Zutun zu absolvieren, integrierte funktionale Oberflächen und ein modulares Konzept für die Labormöbel.

Noch aber kann man ein solches Labor der Zukunft nicht kaufen – das dürfte wohl noch mindestens zehn bis 20 Jahre dauern. Denn ein Labor vollständig zu digitalisieren, braucht eben seine Zeit. „Uns war es wichtig zu zeigen, was bereits möglich ist“, erklärt der Projektleiter den wissenschaftlichen Anspruch.

Da wäre zum Beispiel die Dokumentation. Anstatt die einzelnen Arbeitsschritte selbst schriftlich festzuhalten, muss Semra Alemdar nur genau hinschauen. Dann liest die Datenbrille alle wichtigen Informationen ein und stellt die Ergebnisse bei Bedarf auch gleich anderen Mitarbeitern zur Verfügung.

„Die Brille ist schon eine große Erleichterung“, gesteht die Doktorandin. Denn sie bekommt sofort ein Signal eingeblendet, wenn sie eine nicht benötigte Chemikalie ergreift oder die richtige Substanz zum falschen Zeitpunkt verwenden will.

Und auch bei eintönigen Aufgaben wie dem Pipettieren von winzigen Flüssigkeitsmengen auf Mikrotiterplatten kann das SmartLab helfen: Ein Roboterarm von Universal Robotics mit Greifer, der sonst bei Bedarf schon mal das Becherglas hält, führt die monotonen Arbeitsschritte routiniert und in immer gleicher Qualität sicher aus.

Die nötigen Verbrauchsartikel, wie etwa die Pipetten, stellt dafür übrigens die Hamburger Eppendorf AG, die am Projekt beteiligt ist, dem Labor zur Verfügung. „Das SmartLab eröffnet uns die Möglichkeit, im Verbund mit anderen Unternehmen eine Vision der Laborzukunft durchzuspielen“, erklärt Tanja Musiol, Projektleiterin im Marketing bei Eppendorf, den Nutzen für das Unternehmen. „Auf der anderen Seite gibt uns der Austausch mit den Kunden vor Ort wichtige Impulse für zukünftige Projekte.“

Partner für die Laborgestaltung im SmartLab ist die Köttermann GmbH in Uetze bei Celle. Ihr Konzept: 90 cm hohe, wabenförmige Edelstahlcontainer auf Rollen mit funktionalen Oberflächen. Das spart Platz und erlaubt große Flexibilität beim Aufbau des Arbeitsplatzes. „Üblicherweise ist die Arbeitsfläche im Labor schnell mit teurem Gerät vollgestellt“, weiß Beutel. „Wir hingegen haben die Standardinstrumente direkt in die Oberfläche integriert.“ So kann die Arbeitsplatte je nach Bedarf wiegen, erwärmen oder einen Magnetrührer antreiben.

Die sechseckige Form der beweglichen Labormöbel erleichtert eine flexible Anordnung von Einrichtung und Apparaturen. Die mobilen Waben lassen sich jederzeit neu kombinieren oder zu platzsparenden Inseln zusammenschieben. Außerdem ist die Oberfläche aus Titandioxid selbstreinigend. Fällt UV-Licht darauf, werden Kohlenwasserstoffe zuverlässig zersetzt. „Diesen fotokatalytischen Effekt können wir ebenfalls für eine automatische Reinigung über Nacht ausnutzen“, sagt der Projektleiter. Eine UV-Beleuchtung, die das Labor ausleuchtet, wenn der letzte Mitarbeiter nach Hause gegangen ist, würde dafür genügen.

Das eigentlich Bahnbrechende des SmartLabs aber passiert im Zusammenspiel der einzelnen Geräte und mithilfe spezieller Software. „Das Projekt hat nicht nur für die Laborbranche in Deutschland, sondern auch weltweit Vorbildcharakter“, sagt Thomas Scheper, Leiter des TCI in Hannover. „Wir vernetzen einzelne technologische Komponenten so, dass alle Arbeitsabläufe digital unterstützt und damit nicht nur einfacher, sondern auch sicherer werden.“

Semra Alemdar und viele Laboranten, deren Alltag vornehmlich aus ermüdender Laborarbeit besteht, haben sich sicher schon oft mehr freie Fläche, eine papierlose Dokumentation und eine Materialversorgung bei Bedarf erhofft. All diese Wünsche kann das Smartlab aus Hannover bereits erfüllen. Nun arbeiten die Forscher mit Hochdruck an der nächsten Etappe auf dem Weg zum Labor der Zukunft: an der Vernetzung der Geräte sowie an der Entwicklung von Kommunikationsstandards für den Datenaustausch untereinander.

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