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Achema Pulse mit Labor-Trends Wann beginnt die Zukunft?

Autor / Redakteur: Kathrin Rübberdt* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Seit mehr als einem Jahrzehnt wird an digitalen Lösungen für das Labor geforscht, und mittlerweile haben einige Initiativen marktreife Anwendungsbeispiele entwickelt. Im Windschatten der Entwicklungen in der Produktion hat auch die Diskussion über Standards im Labor Fahrt aufgenommen. Die Achema Pulse am 15. und 16. Juni will einige Trends aufgreifen.

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Blick in das Studio während der Achema Pulse Media Preview im März.
Blick in das Studio während der Achema Pulse Media Preview im März.
(Bild: Dechema)

Bei einer Google-Suche findet sich eine Webseite aus dem Jahr 2010 mit dem Hinweis: „Labor-der-Zukunft is still under construction“. Ganz so düster ist die Situation zum Glück aber nicht. Seit einigen Jahren werden ganz praktische Beispiele dafür vorgestellt, wie ein modernes, flexibles und digitalisiertes Labor aussehen kann. Dennoch scheinen die Labore der Produktion, die schon den Schritt von der digitalen Anlage zum digitalen Standort und zur digitalen Supply Chain geht, noch hinterherzuhinken. Woran liegt das?

Labor als sich ständig ändernde Arbeitsumgebung

Gerade in Forschungslaboren ändern sich die Fragestellungen ständig. Viele davon sind so neu, dass auch die Lösungen dazu individuell entwickelt werden. Stan­dardabläufe waren in der Vergangenheit eher selten, entsprechend finden sich auch selten Standardumgebungen. In den meisten Labors ist der Instrumentenpark mit der Zeit gewachsen. Meistens, weil akute spezifische Probleme gelöst werden sollten bzw. mussten; flexibel wollte man aber trotzdem bleiben.

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Achema Pulse am 15. und 16. Juni

Nach der Verschiebung der Achema in das nächste Jahr, findet nun mit Achema Pulse am 15. und 16. Juni eine digitale Veranstaltung mit Fachvorträgen, Unternehmenspräsentationen und einem umfangreichen Kongressprogramm statt. Am 16. Juni ab 10 Uhr wird im Kongress „The digital lab & analytical techniques“ auch verstärkt über das Labor der Zukunft diskutiert. Dabei geht es u. a. um Themen wie Vernetzung, virtuelle Organismen oder Design of Experiments. Außerdem werden an beiden Tagen Hersteller der Labor- und Analysentechnik aktuelle Technik-Trends präsentieren.

Nun werden die Datenmengen immer größer, Modellierungs- und Simulationstools werden eingebunden und Hochdurchsatztechniken sind immer häufiger anzutreffen. Spätestens dann stoßen die alten Konzepte jedoch an ihre Grenzen. Dazu kommt das Bestreben, Prozesse integriert zu planen: Wer ein biotechnologisches Verfahren von der Stammentwicklung an mit Blick auf den industriellen Maßstab konzipiert, braucht nicht nur Datendurchlässigkeit über alle Skalen hinweg, sondern auch die Zusammenfassung verschiedenster Perspektiven.

Gemeinsame Schnittstellen und Datenformate

Dafür braucht es einheitliche Standards und Schnittstellen. In der Produktion schreitet diese Entwicklung schon deutlich voran, im Labor dagegen steht sie eher noch am Anfang. Gemeinsame Datenformate und Schnittstellen sind aber die Vor­aussetzung dafür, dass die Versprechen eines durchgehend digitalen und „smarten“ Labors auch eingelöst werden können. Mehrere Initiativen arbeiten deshalb intensiv daran, diese Lücke zu schließen. Zumindest hinsichtlich der Datenformate scheint Licht am Ende des Tunnels sichtbar zu werden, wie Stefan Hoppe von der OPC Foundation bei einem Achema Pulse Media Preview erläuterte. Geht es allerdings um Schnittstellen und Kommunikation zwischen den Geräten, steht die Branche nach wie vor ziemlich am Anfang. Einen Hauptgrund dafür sieht der Spectaris-Experte Matthias Arnold in der Heterogenität der Applikationen. Das fängt bei der Landschaft der Anbieter an: Viele kleine Unternehmen tummeln sich mit unterschiedlichsten Lösungen im Labormarkt, die sich häufig auf sehr spezifische Fragen konzentrieren. Darüber geraten Themen wie das übergreifende Datenhandling und damit einhergehend Fragen wie Datensicherheit leicht aus dem Fokus. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in einer übergreifenden Zusammenarbeit, die die Grenzen zwischen Gerätestandards und Cloud-Standards überschreiten muss. Dafür müssen laut Hoppe standardisierte Informationen über unterschiedliche Informationsketten und Protokolle hinweg transportiert werden können. Das funktioniert nur, wenn Hersteller bereit sind, über die eigene Perspektive und Expertise hinaus zu denken und auch breite generische Ansätze zu berücksichtigen. Und das möglichst weltweit, denn nicht nur große Konzerne greifen heute auf ein globales Netzwerk an Forschungsstandorten zu, auch Universitäten und Forschungseinrichtungen bewegen sich häufig im Kontext internationaler Partnerschaften. Da macht es Mut, dass die offenen Standards der OPC Foundation bereits in ersten Ländern wie China oder Singapur als nationale Standards übernommen werden.

Die Vorteile, die ein digitales Labor bringt, liegen dabei auf der Hand: Big Data und künstliche Intelligenz können eingesetzt werden, die automatische Dokumentation hilft, Fehlerquellen auszuschließen und alles zusammen macht die Abläufe effizienter. Gleichzeitig muss aber die notwendige Flexibilität gewahrt bleiben. Am augenfälligsten dabei: Das ganze Labor passt sich den Gegebenheiten im wahrsten Sinne des Wortes an – weg vom klobigen und fest installierten Labortisch, hin zu modularen Möbelkonzepten, die je nach Bedarf neu zusammengeschoben und arrangiert werden können.

Achema Pulse: Von OPC UA bis Corona-Tests

Inzwischen gibt es diverse Anwendungsbeispiele, bei denen sich Hersteller und Anwender zusammengetan haben, um zumindest teilvernetzte Labore zu schaffen. Einige davon stellen sich auf der Achema Pulse live vor. Wie der OPC UA-Standard in einem Auftragslabor eingesetzt werden kann, zeigt das Beispiel Flowlab. In einem nahtlosen Labor-Informations- und Management-System (LIMS) werden hier die Geräte verschiedener Hersteller integriert und lassen sich je nach Aufgabenstellung flexibel kombinieren. Damit werden Proben angenommen, analysiert und weiterverarbeitet bis zum fertigen Bericht. Besonders wenn sehr viele Proben untersucht werden müssen, ist ein möglichst hoher Automatisierungsgrad wichtig; Corona-Tests sind dafür ein Paradebeispiel. Das Anwendungsbeispiel ELISA-connect zeigt, wie sie sich beschleunigen lassen und das knappe Personal gleichzeitig möglichst entlastet wird. Um SARS-CoV-2-Antikörper korrekt zu analysieren, mussten Fachkräfte bisher intensiv geschult werden. Heute kann man in einer Stunde lernen, das Assistenzsystem zu bedienen. Das Testkit wird anhand eines QR-Codes durch die Prozedur geleitet und der Workflow läuft vollautomatisch. Auch hier sind Komponenten verschiedener Hersteller integriert.

Abb.1: Dr. Björn Mathes stellvertretender Geschäftsführer (l.) und Dr. Thomas Scheuring (m.) Geschäftsführer der Dechma Ausstellungs-GmbH während der Achema Pulse Media Preview.
Abb.1: Dr. Björn Mathes stellvertretender Geschäftsführer (l.) und Dr. Thomas Scheuring (m.) Geschäftsführer der Dechma Ausstellungs-GmbH während der Achema Pulse Media Preview.
(Bild: Dechema)

Die „Labor-Supply-Chain“ lässt sich sogar noch weiter denken. Der „intelligente Laborschrank“ mit einer angeschlossenen Waage führt Buch über Verbrauchsmaterialien von Glasgeräten bis Chemikalien und weist rechtzeitig darauf hin, wenn es Zeit für eine Neubestellung ist. Auch dies wird auf der Achema Pulse präsentiert. Anbieter wie Merck haben die Zeichen der Zeit erkannt und bieten bereits eigene Lösungen an, die u. a. die Warenwirtschaft im Labor erleichtern.

Das Labor der Zukunft macht sich also jetzt bereits bemerkbar. Und wenn es auch in Teilen noch „under construction“ sein mag, so ist das Richtfest doch schon gefeiert.

* Dr. K. Rübberdt Dechema e.V. , 60486 Frankfurt a.M.

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