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ACHEMA Trendbericht Labor- und Analysentechnik

Labor- und Analysentechnik mit neuen Lösungen auf Wachstumskurs

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Auch für die Einwaage der Probe existieren mittlerweile automatisierte Dosiersysteme, mit denen sich kleinste Probenmengen exakt und reproduzierbar bestimmen lassen. Die Geräte steuern den Dosiervorgang und speichern alle relevanten Daten der Probe direkt ab. Durch die Automation wird das manuelle und oft fehleranfällige Abwiegen mit dem Spatel überflüssig. Dies hat besondere Bedeutung beim Abwiegen sehr teurer oder giftiger Substanzen und erleichtert die durchgängige Dokumentation, die z.B. im pharmazeutischen oder biotechnologischen Labor erforderlich ist.

Bedeutung der Prozessanalyse wächst

Als weiterer bedeutender Trend der Zukunft gilt die Prozessanalyse. Besonders in Bereichen wie der chemisch-pharmazeutischen Industrie, der Biotechnologie, der Fertigungstechnik oder dem Umweltschutz werden prozessanalytische Technologien an Bedeutung gewinnen. Basierend auf den zeitnahen Ergebnissen durch effiziente Online- oder Atline-Analytik ermöglicht die Prozessanalyse bereits in der Produktion eine kontinuierliche Qualitäts- und Kostenkontrolle über die Produkte und eingesetzten Materialien. Qualitätsschwankungen können zeitnah erkannt und rechtzeitig korrigiert werden.

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Die Prozessanalyse spielt z.B. eine wichtige Rolle bei der Produktion von Biodiesel. Der Treibstoff unterliegt einem Alterungsprozess, sodass die Qualität jeder Charge vor der Verarbeitung kontrolliert werden muss. Ein zu hoher Anteil an Wasser kann die Dieselmotoren schädigen und Korrosion verursachen. Glycerin fällt als Nebenprodukt bei der Biodieselproduktion an und kann u.a. Kohlenstoffansammlungen im Einspritzsystem des Motors hervorrufen. Für einen ordnungsgemäßen Motorbetrieb müssen die Biodieselhersteller daher bestimmte Grenzwerte für Wasser, Gesamtglycerin und auch Methanol einhalten, Werden die Anforderungen nicht erfüllt, kann die gesamte Prozesskette kontaminiert werden. Die herkömmlichen Methoden zur Qualitätskontrolle des Treibstoffes werden zunehmend durch spektroskopische Verfahren wie die Nahinfrarotspektroskopie (NIR) ersetzt, da sich mit der NIR-Spektroskopie mehrere Bestandteile in kurzer Zeit parallel messen lassen. So ermöglicht die hochempfindliche EP-NIR-Spektroskopie einen hohen Probendurchsatz und die Qualitätsüberwachung in Echtzeit. Sie ist darüber hinaus schnell, bedienerfreundlich und günstig im Betrieb.

Miniaturisierung und Kopplung reduzieren Kosten

Mit dem Ziel, viele Proben parallel und kostengünstig zu analysieren, steht die Miniaturisierung im Fokus diverser Applikationen. Für die parallele Analyse von Nukleinsäuren sind Biochips oder Microarrays bereits etablierter Bestandteil vieler Forschungseinrichtungen. Auf einer Fläche, die kaum größer ist als ein Fingernagel, können mit den Arrays mehrere hundert bis tausend Proben zeitgleich analysiert werden.

Der Bereich der analytischen Trenntechniken wird durch Miniaturisierung und Kopplungstechniken geprägt. Mehrdimensionale, miniaturisierte Trennungen und Kopplung mit unterschiedlichen Detektoren sorgen für eine schnelle Analytik. Sie erhöhen die Selektivität, um auch komplexes Probenmaterial z.B. in der Bioanalytik analysieren zu können. Darüber hinaus hat die Miniaturisierung den Vorteil einer geringen Probenverdünnung. Dies ist besonders wichtig in der Proteomforschung. Oft stehen nur wenige pico-Mol Protein zur Verfügung, sodass zur Auftrennung der komplexen Proben vorrangig mit Kapillar- oder Nanosäulen gearbeitet wird. So können Systeme im Chipformat eingesetzt werden, die mehrdimensionale Chromatographie-Trennungen erlauben und mit Verfahren wie der Nano-Elektrospray-Ionisation zur Detektion der Analyten kombinierbar sind.

Mit der Komplexität der Geräte und Applikation wächst allerdings auch der Bedarf an einer ausgefeilten Software, die immer größere Datenmengen schnell verarbeiten kann und Auswertungen erleichtert. Der Trend geht auch hier zu modularen Lösungen, die sich auf spezielle Applikationen anpassen lassen und je nach Bedarf erweiterbar sind. Im Vordergrund steht die einfache Bedienung der Hardware mit einer intuitiven Software.

Sequenziermethoden prägen Genomforschung

Neue Methoden wie die ultraschnellen Sequenziertechnologien haben die Genomforschung stark verändert. Bis vor wenigen Jahren war die teure und langwierige Didesoxy-Methode nach Frederick Sanger noch das einzige Verfahren, um Gene oder andere DNA-Fragmente zu entziffern. Mit den ultraschnellen Sequenzierungen sind Kosten und Zeitaufwand jetzt signifikant gesunken. Derzeit werden drei unterschiedliche Systeme angeboten, die alle darauf basieren, dass die Sequenzierreaktionen hochparallel ablaufen, ein sehr geringes Reaktionsvolumen benötigen und komplett automatisierbar sind. Bei einem der drei Verfahren, der Pyrosequenzierung, erfolgt die Amplifikation auf Mikropartikeln, die in einer Emulsion isoliert vorliegen. Anschließend wird die amplifizierte DNA auf den Beads hochparallel sequenziert. Beim Einbau eines passenden Nukleotidbausteins entsteht ein Lichtsignal, das eine Kamera aufzeichnet. Die DNA-Sequenz setzt sich aus der Gesamtheit aller Signale zusammen.

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