English China

Wider das Chaos Nachhaltigkeit im Labor fängt mit dem Beschriften von Proben an

Autor / Redakteur: Dr. Claudio Rolli* / Dr. Ilka Ottleben

Schon wieder ist die Probe weg oder zumindest nicht mehr auffindbar, weil Beschriftung oder Dokumentation fehlt. Wie gelingt es, den Überblick über alle Proben in Kühlschränken, Gefrierschänken und Stickstofftanks zu behalten und dabei Umwelt und Geldbeutel zu schonen?

Firmen zum Thema

Abb. 1: Handbeschriftete Proben sind nicht nur schwer wiederzufinden, sondern können auch unnötige Kosten verursachen.
Abb. 1: Handbeschriftete Proben sind nicht nur schwer wiederzufinden, sondern können auch unnötige Kosten verursachen.
(Bild: Fluics)

Nachhaltigkeit hat für Forschungslabore der Lebenswissenschaften eine facettenreiche Bedeutung. Neben immer stärkerer Automatisierung wird auch in Zukunft das manuelle Handling und Pipettieren einzelner Proben eine zentrale Rolle spielen. Experimente müssen mit kleinsten Mengen biologischer Proben unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden. Dabei kommt es zu einem hohen Verbrauch von Verbrauchsmaterialien – meist aus Kunststoff. Strategien, den hohen Kunststoffverbrauch zu reduzieren, sind in der LABORPRAXIS bereits vorgestellt worden und werden inzwischen auch in der Öffentlichkeit diskutiert.

Die richtige Handhabung und ­Lagerung biologischer Proben kann die Nachhaltigkeit von Forschungslaboren in Bezug auf Umweltschutz sowie den Verbrauch finanzieller Ressourcen positiv beeinflussen.

Bildergalerie

Einzigartige Proben

Biopsien, Serum, Zellen, Proteine, Antikörper, DNA und andere biologische Proben sind in der Herstellung und Anschaffung teuer. Die in Forschungslaboren gelagerten und eingefrorenen Proben haben im Durchschnitt einen Wert von über 73.000 Euro. Häufig sind diese zudem unersetzbar. Darüber hinaus gilt es, aus ethischen Gründen den Verbrauch von humanen und tierischen Proben wie Biopsien oder Blut für die Zellkultur oder die Gewinnung von Antikörpern so gering wie möglich zu halten.

Lagerplatz ist kostbar

Viele biologische Proben müssen unter kontrollierten Bedingungen in Gefrierschränken (-20 ˚C), Tieftemperaturgefrierschränken (-80 ˚C) oder flüssigem Stickstoff (-196 ˚C) gelagert werden. Die Lagerung unter solchen Bedingungen ist mit hohen Kosten für Anschaffung, Betrieb, Wartung sowie hohem Platzbedarf verbunden. Ein durchschnittlicher Tieftemperaturgefrierschrank im Labor verbraucht z.B. so viel Energie wie ein ganzes Einfamilienhaus. Häufiges Öffnen und Schließen sowie überfüllte Gefrierschränke haben zusätzlich negativen Einfluss auf den Energieverbrauch.

Essenzielle Probenverfolgung

Für die Reproduzierbarkeit von Experimenten ist es essenziell, den Überblick über die Gesamtheit der Proben, Reagenzien und Chemikalien im Labor zu behalten. Nur so können fehlerhafte Experimente oder Reagenzien schnell zurückverfolgt und identifiziert werden. Sind Haltbarkeits- oder Öffnungsdatum bekannt, kann man diejenigen Reagenzien zunächst aufbrauchen, die als nächstes ablaufen.

Für eine sachgerechte Inventarisierung, also Beschriften und Nachverfolgen von Proben im Labor, stehen den Forschern bisher die im folgenden vorgestellen Mittel zur Verfügung.

Der Klassiker – Beschriften

  • Handbeschriftete Proben: Das handschriftliche Beschriften von Proben ist in den meisten Forschungslaboren immer noch State-of-the-art. Proben lassen sich so zwar schnell und günstig beschriften, allerdings ist die anschließende Registrierung (meist Excel-Tabellen) umständlich und auch fehleranfällig, da sich die Änderungen in der Datenbank nicht nachverfolgen lassen. Ebenso kann die Lesbarkeit der Handschriften sehr stark variieren oder die Schrift kann schnell verschmieren, wenn Ethanol oder Isopropanol zum Sterilisieren der Gefäße verwendet wird. Wertvolle Proben können verloren gehen, wenn sie sich nicht mehr eindeutig identifizieren lassen.
  • Mobile Etikettendrucker: Mobile Etikettendrucker sind in fast jedem Forschungslabor vorhanden. Sie sind günstig und werden gerne zum Beschriften von Schränken, Geräten oder anderen Laboreinrichtungen verwendet. Für die Beschriftung von Proben, die eingefroren werden, sind die meisten Farbbänder jedoch nicht geeignet, da sie sich bei tiefen Temperaturen leicht ablösen. Schwimmt dann so ein Label im Stickstofftank, ist auch die Probe verloren. Auch kleine Etiketten, wie sie für Eppi’s oder Cryo Vials benötigt werden, müssen oft von Hand zurechtgeschnitten werden. Mit den Druckern können zwar leser­liche Etiketten gedruckt ­werden, aber da sie nicht mit Inventardatenbanken verknüpft sind, sind sie für eine nachhaltige Probenverfolgung nicht praktikabel.
  • Thermotransfer-Etikettendrucker: Mit so genannten Thermotransfer-Druckern lassen sich sehr widerstandsfähige Klebeetiketten drucken, die auch der Lagerung in flüssigem Stickstoff und in Tieftemperaturkühlschränken standhalten und gleichzeitig gegenüber Ethanol und Isopropanol resistent sind. Hierbei kommt es auf die richtige Kombination aus Farbband, Etikettenmaterial und Druckeinstellung an.

Inventardatenbanken

  • Excel & Co: Mit Abstand am häufigsten wird immer noch Excel als Datenbank für eingelagerte Proben im Forschungslabor verwendet. Die vordergründig einfache Bedienbarkeit ist allerdings mit starken Einschränkungen bei der Nachverfolgung von Aktualisierungen der Datenbankeinträge verknüpft. Ebenso ist die Erstellung von QR-Codes und das Ausdrucken von Etiketten mit Thermotransfer-Druckern für eine digitale Verfolgung der Proben nur über Umwege möglich und somit anfällig für Fehler bei der Anwendung durch den Benutzer.
  • Elektronische Laborbücher: Die meisten elektronischen Laborbücher und Labormanagement-Programme haben eine integrierte Material- bzw. Inventardatenbank und erlauben es häufig auch, eindeutige Proben-IDs und dazugehörige Barcodes zu generieren. Die Verknüpfung und Anbindung geeigneter Etikettendrucker und die Auswahl der Etikettensorte und -größe liegt jedoch im Verantwortungsbereich der Anwender. Vollintegrierte LIMS-Systeme mit angebundenen Etikettendruckern sind deutlich teurer, aufgrund ihrer Komplexität nicht für den Einsatz in Forschungslaboren ausgelegt und nicht flexibel genug.

Neue Plattformtechnologie

Um dem Problem der Probensuche sowie mit nicht lesbaren Proben gefüllter Gefrierschränke Herr zu werden, wurde Fluics Connect als Plattformtechnologie für modernes und mobiles Proben-Tracking entwickelt. Dabei handelt es sich um eine App für mobile Geräte, die es zusammen mit einem speziellen internetfähigen Thermotransfer-Drucker erlaubt, Probenetiketten mit QR-Code und menschlich lesbarem Text direkt mit einem mobilen Gerät im Labor oder Büro auszudrucken.

Eine Datenbank ist immer nur so gut, wie sie gepflegt wird. Daher ist es entscheidend, nicht nur vom Schreibtisch aus, sondern auch direkt im Labor, Zugriff auf die Labordatenbank zu haben. Die Labormitglieder haben mit Fluics Connect nicht nur die Möglichkeit, neue Proben in der Datenbank zu registrieren und mit einem Label zu versehen. Sie können im Labor auch Eigenschaften wie Lagerort, Beschreibung, Konzentration, Haltbarkeitsdatum und beliebige weitere Eigenschaften einsehen und aktualisieren. Eine solche Datenbank, die allen Labormitgliedern zugänglich ist, kann nicht nur schnell durchsucht werden. Sie kann auch mit minimalem Aufwand auf dem aktuellen Stand gehalten werden.

Die rasante Entwicklung bei der Qualität der Smartphone-Kameras erlaubt es zudem, relativ kleine QR-Codes wie sie im Labor für das Beschriften von Cryoröhrchen zum Einfrieren von Zellen oder Eppi’s und Cryo Vials benötigt werden, schnell und zuverlässig mit der Kamera eines Smartphones zu scannen. Kabelgebundene Barcodescanner an stationären Computern werden darum nicht mehr benötigt. Die gesamte Information aus einer Labordatenbank wird somit dort abrufbar wo sie während der Arbeit am dringendsten benötigt wird: direkt im Labor.

Das Drucken von Cryolabels erfolgt über das Internet anstatt wie bisher üblich, Thermotransfer-Drucker an einen Computer anzuschließen oder als Netzwerkdrucker zu installieren. Der internetfähige Drucker Fluics Connect Plug & Play verbindet sich automatisch mit der Online-Datenbank, sobald er über ein LAN-Kabel angeschlossen und einmalig mit der App gescanned wird. Damit kann der Drucker platzsparend im Labor angeschlossen werden. Etiketten können unkompliziert von allen Labormitgliedern über die mobile App ausgedruckt werden.

Digital zur Nachhaltigkeit

Durch den Verlust biologischer Proben aufgrund von unleserlicher Beschriftung oder weil in Gefrierschränken und Stickstofftanks Proben lagern, die nicht mehr benötigt werden, entstehen hohe Kosten. Dies kann die Effizienz der Forschung einschränken. Bei der „Freezer Challenge“ im Jahr 2017 beispielsweise haben die teilnehmenden Labore im Durchschnitt über 1000 Proben entsorgen können. Bei handbeschrifteten Proben ist es zudem sehr aufwändig, gemeinsam benutztes Inventar auf dem aktuellen Stand zu halten.

Mittels der von Fluics Connect angebotenen mobilen App, der Online-Datenbank und des internetfähigen Etikettendruckers ist es möglich, Proben im Labor mit QR-Code und menschlich lesbarem Text zu beschriften und die Inventardatenbank stets auf dem aktuellen Stand zu halten.

* Dr. C. Rolli: Fluics GmbH, 80333 München

(ID:46325904)