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Meilenstein Laborautomation

Laborautomation nimmt Arbeit, aber nicht das Denken ab

| Autor / Redakteur: Frank Jablonski* / Marc Platthaus

Abb.2: Hamilton besteht heute aus diversen Geschäftseinheiten. In der Unit Robotics dreht sich nach wie vor alles um das Prinzip der Erfindung des Gründers, kleine Flüssigkeitsmengen sehr genau zu dosieren. Der offensichtlichste Unterschied: heute geschieht es automatisiert, beispielsweise mit der Liquid-Handling-Baureihe Vantage.
Abb.2: Hamilton besteht heute aus diversen Geschäftseinheiten. In der Unit Robotics dreht sich nach wie vor alles um das Prinzip der Erfindung des Gründers, kleine Flüssigkeitsmengen sehr genau zu dosieren. Der offensichtlichste Unterschied: heute geschieht es automatisiert, beispielsweise mit der Liquid-Handling-Baureihe Vantage. (Bild: Hamilton)

Die Identifikation neuer Wirkstoffe, Genomforschung oder Reihenuntersuchungen sind heute ohne automatisierte Laborabläufe nicht gut möglich. Der Trend zu mehr Proben pro Zeit und Fläche lässt sich schön an der Entwicklung der Mikrotiterplatten von 96 über 384 bis zu 1536 Wells ablesen. Doch am Anfang stand eine einfache wie geniale Erfindung und die Beharrlichkeit, auf eine bestimmte Technik zu setzen.

Wir schreiben das Jahr 1947. Im Strahlungslabor der University of California in Berkeley forscht Ernest Lawrence seit einigen Jahren mit dem von ihm entwickelten Teilchenbeschleuniger an der Kernspaltung und radioaktiven Isotopen. Er erzeugt Mesonen – instabile subatomare Teilchen – und begibt sich auf die Suche nach der Antimaterie. Er und seine Wissenschaftler-Crew müssen erfinderisch sein; Kopf und Hand sind gleichermaßen gefragt, um die Forschung voran zu treiben. So verbessert Lawrence in Hands-On-Manier u.a. die Separationsmethode der in seinem Labor eingesetzten Zentrifugal-Papier-Chroma­tographie hin zu einer Dünnschicht-Chromatographie.

Doch Lawrence ist in dieser Zeit nach den Wirren des zweiten Weltkrieges nicht der einzige im Labor, der erfinderisch ist. Er wird unterstützt von einem jungen Mitarbeiter namens Clark Hamilton. Hamilton nimmt sich einer anderen zentralen Aufgabe im Labor an: Das Chroma­tographieren. Zum Applizieren der Probensubstanz wird anfangs noch eine Mikro-Pipette genutzt. Doch das Handling der Pipette stört Hamilton dermaßen, dass er sich eine Alternative überlegt: Hamilton konstruiert eine Mikroliter-Spritze, deren Kolben und Zylinder so passgenau gearbeitet sind, dass die notwendigen Genauigkeiten problemlos erreicht werden und das Handling deutlich einfacher ist.

Seine Erfindung sollte nicht auf die Anwendung im Strahlungslabor beschränkt bleiben. Neue Anwendungen und Branchen interessieren sich schnell für die Erfindung, sodass Hamilton aus der buchstäblichen Garage in Whittier, California heraus sein eigenes Geschäft entwickelt. Im Jahr 1953 – das Jahr, in dem der damalige Bundeskanzler Konrad Adenauer zum ersten Mal offiziell die USA besucht – trägt er sein Unternehmen, jetzt mit Sitz in Reno, ganz offiziell ein.

Dass Clark Hamilton ein praktisch veranlagter Mann war, zeigt sich auch an einem weiteren Meilenstein seiner Firmenentwicklung: Regelmäßig zur Kur in den Schweizer Alpen gründete er 1966 bequemer Weise zwischen den hohen Bergen und grünen Wiesen der Schweiz seine Europa-Niederlassung. Dass die Präzision der ansässigen Techniker und das handwerkliche Geschick der benötigten Glasbläser ebenfalls hier zu finden waren, kann aber eher als eine glückliche Fügung bezeichnet werden.

Von nun an wuchs Hamilton zusammen mit dem boomenden Gas­chromatographie-Markt und verstand es geschickt, Impulse aus dem europäischen Markt in die Zentrale nach Reno zu geben.

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Diluter dosieren erstmalig reproduzierbar

Ein deutlicher Anfang des Automatisierungsbestrebens in den Laboren bilden die Dispenser oder auch Diluter genannten Labor-Automaten. Die ersten Geräte stehen noch heute in der europäischen Konzernzentrale und symbolisieren die wilden 70er Jahre für Hamilton. In die zwei oder mehrkanaligen Geräte wurden Spritzen eingespannt und die Flüssigkeiten über ein Schlauchsystem in Reagenztröge aspiriert. Die Steuerung erlaubte die Wahl des zu dosierenden Mediums und über einen Trigger gab der Laborant seine ggf. verdünnte Flüssigkeit ab. Das Prinzip der sauber dosierenden Spritze wurde hier um einen großen Vorteil erweitert: Mit dem Dispenser zog eine deutlich größere Reproduzierbarkeit in den Dosiervorgang ein.

Dennoch, auch diese ersten Schritte in die Laborautomation hinein hatten noch immer einen ganz wesentlichen Unsicherheitsfaktor: Der Mensch, genauer gesagt seine Arbeitsgeschwindigkeit. Wird diese nicht konstant gehalten, leidet die Wiederholgenauigkeit.

Um diese weiter zu verbessern, aliquotieren die ersten Automaten bereits. Das heißt, sie entfernen den ersten und letzten Teil eines zu dosierenden Volumens, da diese zwei im Vergleich zu den anderen Teilen in der Regel eine Abweichung aufweisen. Auch in modernen Geräten wird nach wie vor die so genannte Prä- und Post-Aliquote verworfen. Der aliquote Anteil wird automatisch entsorgt und die Dosierung exakt zeitlich getaktet.

Fortschritt geht auch ohne technische Innovation

Nicht jeder wichtige Entwicklungsschritt besteht im ersten Ansatz aus einer technischen Innovation. Nicht (nur) im stillen Kämmerlein zu entwickeln, sondern eine Mitarbeiterschaft aufzubauen, die dem Anwender zuhören kann und mit einem Strauß an Ideen zurück in die Zentrale kommt, ist der große Treiber auch für die Hamilton-Entwicklung. Diese Marktimpulse aufzunehmen, wurde für Hamilton im Laufe der Jahre immer wichtiger. Große Kunden mit speziellen Anforderungen bilden seit diesen Anfängen in Eu­ropa ein wichtiges Standbein für Hamilton Robotics und machen einen deutlichen Anteil des Umsatzes aus – vom Lerneffekt einmal abgesehen.

Mit ihren klaren technischen Vorstellungen legen Anwender und Experten so auch die Grundlage für einen weiteren Meilenstein: Der ES300, ein Automat, der den Bedürfnissen des Pharma-Kunden Boeh­ringer auf den Leib geschneidert wurde. Eingespannte Spritzen mit der gleichen Motorik wie im Dilutoren-Vorläufer wurden ergänzt um eine Applikation mit Drehtischen und einem Chicken-Feeder, also einem Reagenz-gefüllten Behälter, Waschstufen und einem Seiten-Drehtisch. Dieses Gerät wurde in Bonaduz entwickelt und vertrieben, jedoch ausschließlich an Boeh­ringer geliefert. Das OEM-Geschäft ist ein Standbein, dass noch heute funktioniert, wie man an der aktuellen Truppe der Applikationsingenieure ablesen kann. Einer dieser Ingenieure ist Urs Brodbeck. Er entwickelt seit 27 Jahren bei Hamilton in Bonaduz und hat an sämtliche europäischen Meilensteine der Robotik-Geschäftseinheit selbst mit Hand angelegt. Brodbeck ist ein ruhiger Vertreter seiner Zunft, der heute als Senior Product Manager die Geschicke in der Alpen-Niederlassung maßgeblich mitbestimmt. Er erinnert sich an den nächsten Meilenstein, den Hamilton von der Schweiz aus legen konnte.

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