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Miniaturisierung als Haupttriebfeder

Das Biotechnologie-Labor der Zukunft: Experten erwarten Paradigmenwechsel in F&E

| Autor / Redakteur: Dr. Kathrin Rübberdt* / Dr. Ilka Ottleben

Die Anwendungsfelder der Biotechnologie sind enorm breit. Auch viele Wirkstoffe werden heute mithilfe der Biotechnologie produziert. Prominentes Beispiel: Insulin. (Symbolbild)
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Die Anwendungsfelder der Biotechnologie sind enorm breit. Auch viele Wirkstoffe werden heute mithilfe der Biotechnologie produziert. Prominentes Beispiel: Insulin. (Symbolbild) (Bild: ©Kateryna_Kon - stock.adobe.com)

Die Digitalisierung wird derzeit auf breiter Ebene diskutiert – nicht nur im Rahmen der umwälzenden Entwicklungen beim Thema „Industrie 4.0“. Im Biotechnologie-Labor haben diese Umwälzungen bereits begonnen: In einem aktuellen Positionspapier beschreiben die Autoren, wie die aktuellen Trends Automatisierung, Miniaturisierung und Digitalisierung hier zusammenlaufen und Forschung und Entwicklung im Biotechnologie-Labor der Zukunft fundamental verändern werden. Wird am Ende ein Entwicklungslabor stehen, dass eher einer automatisierten Fertigungsstraße ähnelt?

Frankfurt a.M.– Das Biotechnologie-Labor der Zukunft wird völlig anders aussehen als heute – zu diesem Schluss kommen die Autoren des neuen DECHEMA-Papiers „Neuer Schub für die Biotechnologie“ bei ihrer Analysen: Die Entwicklung neuer Produktionsorganismen ist bereits heute soweit automatisierbar, dass einige Zehntausend Stämme in nur einer Woche erzeugt und gezielt getestet werden können. Die Miniaturisierung macht es möglich, auf kleinstem Raum mit hohem Durchsatz Analysen und Prozessentwicklungen durchzuführen. Die zunehmende Integration von Labor- und Prozessdaten ermöglicht – auch mit Hilfe von modernen „Smarten Sensoren“ die stetige Verbesserung und Weiterentwicklung von Produktionsprozessen.

Das Biotechnologie-Labor der Zukunft – wie wird es aussehen?

Aus der Kombination dieser Einzelentwicklungen lässt sich das Bild eines „Labors der Zukunft“ zeichnen, in dem hochintegrierte automatisierte Systeme umsetzen, was der Biotechnologe, unterstützt von Assistenzsystemen und Augemented Reality, quasi am Reißbrett entwickelt. Die Mitarbeiter können sich auf das Wesentliche konzentrieren und arbeiten überwiegend am Computer, wo sie biologische Systeme und Prozesse entwerfen, Experimente unter Ausnutzung verteilter Ressourcen in Auftrag geben und automatisierte, modulare aufgebaute Produktionsprozesse mit intelligenten Sensornetzwerken überwachen.

Dadurch sollten Entwicklungszeiten kürzer und vor allem planbarer werden – nach Ansicht der Experten der Schlüssel für die Erschließung neuer Märkte und die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle für die Biotechnologie.

Miniaturisierung als Haupttriebfeder

Die Autoren umreißen gleichzeitig auch die relevanten Handlungsfelder: So ist die Miniaturisierung bis hinunter auf die molekulare Ebene die Haupttriebfeder für die kommenden Umwälzungen. Parallelisierung und Automatisierung sind u.a. notwendig, um Fehlerquoten zu minimieren und das Potenzial miniaturisierter Systeme zu heben.

48 Experimente gleichzeitig – Wie ein „Labor der Zukunft“ bereits heute arbeitet

Bioverfahrenstechnik

48 Experimente gleichzeitig – Wie ein „Labor der Zukunft“ bereits heute arbeitet

03.08.17 - Im „Lab of the future“ am Fachgebiet Bioverfahrenstechnik der TU Berlin sollen Entwicklungszeiten zur Herstellung von Medikamenten und anderen biologischen Produkten drastisch verkürzt und Kosten extrem gesenkt werden. Möglich wird das durch die vollständige Digitalisierung und Automatisierung der Prozesse. Ein spezieller Roboter enthält z.B. ein Minibioreaktorsytem mit 48 Kulturgefäßen für die hochgradige Parallelisierung von Experimenten. lesen

Schnittstellen, Datenstandards, Mensch-Maschine-Interaktion und mehr

Zentral ist die Frage nach Schnittstellen zur Analytik oder zum Einsatz von 3D-Fertigungssystemen. Geräte- und Datenstandards werden unerlässlich sein, um die verschiedenen Entwicklungen zu integrieren. Auch Themen des Zusammenspiels von Mensch und Maschine von Fragen der Interfaces bis hin zur Gestaltung der Arbeitswelt müssen begleitend diskutiert werden.

Die Autoren empfehlen, die Entwicklungen aktiv zu beobachten, zu begleiten und systematisch mitzugestalten. Dabei muss gleichzeitig an den Grundlagen gearbeitet, aber auch die Integration durch Schaffung von Demonstratoren und Plattformen vorangetrieben werden. Auch auf Hochschulen und Arbeitgeber kommen in Aus- und Weiterbildung neue Herausforderungen zu, damit der Mensch zukünftig die Möglichkeiten der neuen Technologien voll ausschöpfen kann.

Das Positionspapier steht kostenfrei zum Download zur Verfügung.

* Dr. K. Rübberdt: DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., 60486 Frankfurt am Main

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