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Automatische, lückenlose Temperaturüberwachung Temperaturkontrolle – einfach digital

Autor / Redakteur: Jutta Mund* / Christian Lüttmann

Temperaturempfindliche Proben erfordern Extra-Aufwand: Vom Transport durch einen Fahrdienst bis hin zur Lagerung im medizinischen Labor muss die richtige Temperatur gesichert sein. Um das zu prüfen, braucht es vernetzte Sensoren sowie eine Kommunikation zwischen Geräten verschiedener Anwender. Hier hilft IIoT-Technologie.

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Abb.1: Temperaturkontrolle von sensitiven Proben erfordert ein gewisses Maß an Prozessdigitalisierung. Techniken des Industrial Internet of Things helfen hier.
Abb.1: Temperaturkontrolle von sensitiven Proben erfordert ein gewisses Maß an Prozessdigitalisierung. Techniken des Industrial Internet of Things helfen hier.
(Bild: ©pickup - stock.adobe.com)

Prozesse in medizinischen Laboren sind akkreditiert, überwacht und oft komplett digitalisiert: Die Auswertung von Proben erfolgt dann automatisiert und bietet vollständige Transparenz – vom QR-Code auf der Probe bis hin zum Rechnungsempfänger. Auch die Durchlaufzeiten der Proben werden vom Empfang bis zur Auswertung gemessen. Nachholbedarf gibt es allerdings oft dort, wo Temperaturen überwacht und gemessen werden: an den zahlreichen Kühl-, Tiefkühl- und Ultratiefkühlschränken sowie den Brutschränken. Denn häufig nimmt ein Mitarbeiter die Temperatur noch persönlich mit einem geeichten Thermometer auf und trägt die Ergebnisse in eine Liste ein – entweder auf Papier oder in ein Excel-Dokument am Computer. Diese Art der Dokumentation erfordert nicht nur Nacharbeit, sondern verursacht auch einen hohen manuellen Aufwand. Der größte Nachteil ist jedoch, dass auf diese Weise kein dauerhaftes, sondern nur ein stichprobenhaftes Monitoring der Temperatur gewährleistet ist. Und selbst wenn die Mitarbeiter jeden Arbeitsschritt verinnerlicht haben und regelmäßig messen, kann es zu menschlichem Versagen kommen.

Folgen unentdeckter ­Temperaturenabweichung

Liegen die Temperaturen bei der Kontrolle außerhalb des zulässigen Bereichs, besteht die erste Hürde darin, dies zu erkennen – es gibt zahlreiche Schranktypen mit jeweils unterschiedlichen erlaubten Temperaturbereichen, was entsprechende Kenntnisse erfordert. Der Mitarbeiter muss dann den Grund für die Abweichung finden – etwa eine zu lange geöffnete Tür– und ihn beseitigen. Dafür wird der Maßnahmenplan des Labors (Standard Operating Procedure, SOP) angewandt. Darüber hinaus müssen solche Ereignisse detailliert dokumentiert werden.

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Zu niedrige oder zu hohe Temperaturen sorgen dafür, dass Proben verderben und Bakterienkulturen entsorgt werden müssen. Die Brisanz solcher Fehler zeigt sich etwa an den verdorbenen Corona-Impfstoffdosen, die zu Beginn dieses Jahres für Aufmerksamkeit in den Medien gesorgt hatten. Durch den Transport in Camping-Tiefkühl­boxen konnte der Nachweis einer lückenlosen Kühlung nicht gewährleistet werden und Hunderte Dosen mussten daraufhin vernichtet werden.

Auch Falschdiagnosen auf Basis fehlerhafter Werte können die Folge einer lückenhaften Temperatur­messung sein. Das geht nicht nur mit Kosten einher, sondern auch mit einem Vertrauensverlust gegenüber dem Labor. Da die Temperaturen der Schränke manuell nicht lückenlos und in Echtzeit überwacht werden können, bleiben Temperaturaus­reißer außerhalb der Stichproben unentdeckt. Labore können somit nicht nachweisen, dass die Kühl­ketten lückenlos gewährleistet wurden.

Jederzeit und von überall im Bilde

Wenn der gesamte Weg einer Probe mit digitalisierten Prozessen erfolgt, ist aber eine permanente Temperaturerfassung möglich, die auch einen sofortigen Alarm im Fall eines Fehlers erlaubt. Das Stichwort hier ist „Industrial Internet of Things“ (IIoT): Sensoren mit Seriennummern werden den Schränken zugeordnet und messen die Temperaturen in festgelegten Zeitabständen. Sie schicken die Messdaten über ein Gateway auf den Server, wo ggf. Alarme generiert und die Protokolle automatisch erzeugt werden. Die Laboranten haben über ein Web­portal Zugriff auf die Daten, können die Messdaten herunterladen und weiterverarbeiten. Alle Berichte können automatisch an mehrere Empfänger gesendet werden. Um Ausreißer sofort zu erkennen, legt der Anwender einen Alarm an, der via E-Mail an einen bestimmten Empfängerkreis gesendet wird. Eine Möglichkeit ist z. B. eine Nachricht, wenn die Temperatur für eine bestimmte Zeit außerhalb der Toleranzgrenze liegt. Der vorab hinterlegte Maßnahmenplan im Anhang der Alarm-E-Mail ermöglicht es, leicht auf relevante Informationen zuzugreifen und schnell erforderliche Maßnahmen umzusetzen. So läuft die Temperaturmessung vollständig im Hintergrund und die Mitarbeiter werden entlastet. Ausreißer werden sofort erkannt – gängig ist ein Messintervall von zehn Minuten. Selbst bei einem Ausfall in dieser Zeit bleibt Handlungsspielraum, da innerhalb von zehn Minuten die Schranktemperaturen keinen zu starken Schwankungen unterworfen sind.

IIoT mit Gateway und zwei Funkstandards

Eine Hürde beim Industrial Internet of Things in Laboren ist die Übertragungsart: Kabelloses Senden von Daten per Funk ist dort nicht ohne weiteres möglich, da die Ausbreitung der Funkwellen durch die Materialien in Wänden und Kühlschränken behindert wird. Ebenso stören die dortigen elektrischen und elektronischen Systeme den Signalverkehr – ein Labor ist also ein denkbar ungünstiger Ort für Bluetooth oder WLAN. Deswegen braucht es eine Methode, die selbst bei schwierigen Umgebungsbedingungen Daten per Funk überträgt und darüber hinaus stromsparend ist. Andernfalls müssten Anwender die Temperaturfühler ständig neu aufladen

Zwei Funkstandards haben sich als Teil einer IIoT-Lösung bewährt: LoRa (Long Range Wide Area Network) für die Kommunikation zwischen Messfühlern und Gateway sowie Mobilfunk für die Weitergabe der Messdaten an den Server. Mit diesem Ansatz können Daten unabhängig von einem WLAN-Signal übertragen werden. Fällt der Strom aus, sichern leistungsfähige Batterien in Temperatursensoren und Gateways die lückenlose Kontrolle.

Über Long Range Wide Area Networks sind zwar keine großen Datenmengen übertragbar, dieser Funkstandard eignet sich aber perfekt für die Bedürfnisse der Labore, da pro Temperaturmessung nur ein paar Bytes übertragen werden müssen und dies mit LoRa auch aus hermetisch geschlossenen Kühl- oder Brutschränken heraus kabellos möglich ist.

Die Sensoren in den Kühl- und Brutschränken laufen bis zu zehn Jahre mit einer Batterie, was die Gesamtkosten senkt – schließlich verursacht jeder Wechsel von Batterien Kosten für Material und Mit­arbeiter. Elektronik mit verschiedenen Batteriegrößen und Batterien mit einer sehr geringen Selbstent­ladung von lediglich ca. zwei Prozent pro Jahr lösen dieses Problem. Laborleiter legen den Fokus selbst fest: häufigeres Messen erfordert ein Mehr an Batterien.

Temperaturkontrolle auch beim Transport

Die digitale Temperaturüberwachung kann mobil bereits bei Entgegennahme der Proben durch den Fahrer des Fahrdienstes beginnen: das Gateway lässt sich an der Bordsteckdose anschließen; der Temperatursensor wird einfach zu den Proben in die Transportbox gelegt. Auch hier greift der Ansatz mit LoRa-Funk, Störquellen im Auto sind dafür irrelevant. Labore mit einer digitalisierten Temperaturüberwachung können diese somit einfach auf den Kurierdienst ausweiten.

LoRa-Gateways gibt es mit eingebautem GPS, was ein zusätzliches Element in der Temperaturüberwachung liefert. So lässt sich nachverfolgen, welches Lieferfahrzeug sich gerade wo befindet. Bei Bedarf kann schnell eine Sonderfahrt angefordert werden, ohne erst mehrere Fahrer nach ihrem aktuellen Standort fragen zu müssen.

Über eine Smartphone-App kann die Verfügbarkeit des Außendienstes gesteuert und Transportkosten durch optimierte Touren minimiert werden. Zusätzlich können mit der App die Tätigkeiten des Transportdienstes in Echtzeit protokolliert werden. Der App-Nutzer sieht also zu jeder Zeit, ob sich der Abholdienst verspätet oder andere Schwierigkeiten auftreten, auf die er reagieren muss.

Indem ein Fahrdienst seiner Fahrzeuge orten lässt und digitale Tools nutzt, schafft er Flexibilität auch bei kurzfristigen Transportaufträgen: Fehlfahrten lassen sich vermeiden und alle notwendigen Informa­tionen liegen beinahe in Echtzeit zentral vor.

Die Vorteile automatisierter Temperaturmessungen

Ist die Temperaturmessung von der Abholung der Probe bis zur Lagerung vollständig digitalisiert, wird ein lückenloser Nachweis der Kühlkette möglich. Die Arbeitszeit qualifizierter Fachkräfte wird nicht mehr für Hilfstätigkeiten genutzt: Das Personal muss weder mehrmals täglich alle Schranktemperaturen dokumentieren, noch die Grenz­werte der einzelnen Schränke berücksichtigen oder technische Fehler finden. Besonders wichtig: Das 24/7-Live-Monitoring schafft Sicherheit. Das System läuft unauffällig im Hintergrund, Dokumentation und Kontrolle erfolgen auto­matisch.

Insgesamt sinken der Zeitaufwand für die Temperaturmessung samt Dokumentation sowie die Fehlerquote; Folgekosten bei verdorbenen Proben oder falschen Ergebnissen können vermieden werden. Die Daten selbst liegen digital vor, können weiterverarbeitet und ausgewertet werden.

* Jutta Mund, Ginstr, 12627 Berlin

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