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ACHEMA Trendbericht Labor- und Analysentechnik

Labor- und Analysentechnik mit neuen Lösungen auf Wachstumskurs

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Durch die hochparallelen DNA-Sequenzierungsverfahren hat sich z.B. die Suche nach krankheitsspezifischen Mutationen erheblich verbessert. Bisher unbekannte genetische Variationen können im Erbgut selbst in heterogenen Gewebeproben hochsensitiv nachgewiesen werden. Techniken wie die Sanger-Methode, der Grundpfeiler des Humangenomprojekts, stoßen bei der molekularbiologischen Charakterisierung von Tumoren schnell an ihre Grenzen. Kontaminationen aus dem Tumor-Bindegewebe und die genetische Heterogenität von Krebs erschweren die Sequenzierung und führen bei Standardmethoden zu hohen Fehlerquoten. Die Sensitivität der klassischen Verfahren ist nicht ausreichend, um komplexe Gewebeproben genetisch zu analysieren.

Die neuen Sequenzierverfahren sollen auch die Kosten der Genomanalyse so senken, dass jeder Einzelne Zugriff auf das eigene Erbgut erhält. Die Wissenschaft hofft, mit den Gendaten im Rahmen einer individualisierten Medizin Therapien maßgeschneidert anpassen und die Verträglichkeit von Medikamenten verbessern zu können. Das erklärte Ziel der Genomforschung ist es, die Sequenzierung eines kompletten humanen Genoms mit immerhin drei Milliarden Basenpaaren für 1000 Dollar anbieten zu können. Lagen Schätzungen zufolge die Kosten des Humanen Genomprojektes um die Jahrtausendwende noch bei mehreren Milliarden Euro, kostet der Zugriff auf eine Base heute weit weniger als einen Cent. Aufgrund des hohen Preisdrucks werden die Kosten pro Datenoutput auch durch billigere Reagenzien noch weiter sinken. Darüber hinaus werden die nächsten Generationen der Sequenziergeräte höhere Leseweiten und Durchsatz bzw. mehr Informationen pro Sequenzierlauf erzielen. Dennoch wird es noch lange dauern, bis die Schallmauer von 1000 Dollar für eine komplette humane Genomsequenz fällt.

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Vorstoß in die Nanowelt der Zelle

In der biomedizinischen Forschung sind Lichtmikroskope unverzichtbar, da sie im Gegensatz zu Elektronen-, Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopen dreidimensionale Bilder aus lebenden Zellen liefern und die Beobachtung biochemischer Vorgänge auf zellulärer Ebene ermöglichen. Eine Triebfeder für innovative Entwicklungen auf diesem Feld liegt darin, die Auflösung zu erhöhen und detailliertere Einblicke in die Zelle zu erhalten. Der Trend geht zur Nanoskopie. Aufgrund der Beugungsgrenzen und Wellennatur des Lichts stoßen optische Mikroskope jedoch bereits im Mikrometerbereich an ihre Grenzen. Mit dem konfokalen STED-Mikroskop (Stimulated emission deletion) ist es dennoch gelungen, die axiale Auflösung eines Fluoreszenzmikroskops um mehr als das Zehnfache zu steigern und in den Nanobereich vorzustoßen.

Neue Technologien beschleunigen Lebensmittelanalytik

Nicht zuletzt der Skandal um Melamin-verseuchte Milchprodukte in China hat gezeigt, wie groß die Herausforderungen der Laboranalytik in der Nahrungsmittelindustrie sind. Gesetzliche Auflagen und Richtlinien zur Einhaltung von Grenzwerten erfordern hochsensitive Methoden, die schnell und kostengünstig Ergebnisse erzielen. Klassische Testverfahren sind nicht selten sehr zeitaufwändig und genügen häufig nicht mehr den Ansprüchen im Bereich der Lebensmittelkontrolle. Speziell zum Nachweis von Melamin wurden beispielsweise neue LC-MS/MS-Anwendungen (Flüssigchromatographie/Massenspektrometrie) entwickelt, die mit einer einfachen Probenextraktion kombiniert sind und hochselektiv die erforderlichen Kontrollen der Lebensmittelproben ermöglichen. Bislang wurde für Tests auf Melamin und Cyanursäure in glutenhaltigen Produkten die GC/MS empfohlen. Das Verfahren ist für diese Applikation jedoch relativ unempfindlich und erfordert eine umfangreiche Probenvorbereitung. Zum Nachweis genmanipulierter Bestandteile oder pathogener Mikroorganismen wie Salmonellen werden in der Lebensmittelanalytik zunehmend molekularbiologische Verfahren, z.B. die Real-Time-PCR (Polymerase-Kettenreaktion), eingesetzt. Die PCR-basierten Methoden weisen das Erbgut der Erreger schnell, hochsensitiv und direkt nach.

Schnelligkeit und Sicherheit spiegeln auch die Trends in der Wasser- und Umweltanalytik wider. Die Qualität des Trinkwassers muss regelmäßig streng kontrolliert werden. Um die organischen Bestandteile nachzuweisen, werden in der Wasser- und Abwasseranalytik häufig TOC-/TNb-Analysatoren und Online-Systeme eingesetzt. Zum Nachweis von Schwermetallen im Wasser eignen sich dagegen spektroskopische Methoden wie die ICP-Spektroskopie (Inductively Coupled Plasma). Diese Methode ist schnell sowie automatisierbar und ermöglicht den parallelen Nachweis unterschiedlicher Elemente. Auch hier erleichtert eine entsprechende Software die Bedienung der Geräte und Datenauswertung.

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