Digitalisierung Wie gelingt die digitale Transformation in der Analytik?

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Wie lösen wir die ureigenen Herausforderungen im Analytiklabor? Intelligente Systeme und eine einheitliche Software-Plattform für (fast) alle Instrumente im vernetzten Labor ermöglichen effizientes und modernes Arbeiten.

In unserem Alltag werden wir überflutet mit Begriffen wie Digitalisierung oder digitale Transformation. Was genau verstehen wir darunter? Häufig denkt man an virtuelle Meetings mit dem Team, vernetzte Haushaltshelfer in der Küche oder intelligente Stromzähler im Keller, die allesamt den Aufwand reduzieren oder Synergien schaffen sollen. Doch wie stellt sich die digitale Transformation im Analytiklabor dar? Wir stehen einerseits vor ureigenen Herausforderungen, aber andererseits auch vor digitalen Möglichkeiten, die wir hier näher betrachten möchten.

Traditionelle Herausforderungen im Analytiklabor

• Insellösungen mit hohem Papier- und Zeitaufwand: Im konventionellen Analytiklabor sind die Arbeitsabläufe in den meisten Fällen immer noch papierbasiert. Berichte werden ausgedruckt, per Hand unterschrieben, unter Umständen wieder eingescannt und abgeheftet. Grund dafür sind Insellösungen für die einzelnen Analytikinstrumente. Durch unterschiedliche Steuersoftware sind digitale Prozesse kaum umsetzbar. Der Verwaltungsaufwand ist zudem immens. Jedes System muss separat administriert und gesichert werden. Ebenso muss für jede neue Software nicht nur die Bedienung erlernt werden, sondern auch der Umgang mit dem System, von der Administration bis hin zur sicheren Archivierung der Daten.

• Menschen machen Fehler: Derartige Insellösungen bergen ein hohes Fehlerrisiko und erschweren das Einhalten jeglicher regulatorischer Anforderungen gewaltig. Durch falsche Handhabung oder ungeeignete digitale Tools können Daten verfälscht werden oder verloren gehen. Allen Menschen können Fehler unterlaufen und somit können sie unbeabsichtigt Daten verändern, sofern nicht sichere Mechanismen zur Wahrung der Datenintegrität bereits implementiert sind. Während die Datenintegrität immer wieder ein Thema ist, wird der Datensicherheit (Ergebnissicherheit) oft nicht die gebührende Beachtung geschenkt. Das Laborpersonal kann noch so erfahren sein und sich dennoch nicht ausreichend mit dem komplizierten Analyseinstrument auskennen oder gar gänzlich neu im Beruf sein. Werden die Messdaten bereits durch falsche Handhabung des Instrumentes verfälscht, stehen wir zur nachträglichen Datenmanipulation vor einem vergleichbaren Problem: Wir finden keine korrekten Messdaten vor.

• Labor und flexibles Arbeiten: Betrachten wir diese bereits sensible Konstellation aus einem persönlicheren Blickwinkel: Für viele Menschen unterliegt der Berufsalltag einem Wandel hin zu mehr Flexibilität und weniger Ortsabhängigkeit. Auch im Analytiklabor steigen die Erwartungen in Richtung digitaler Gegenwart. So möchte die Laborleitung Reviews ohne größeren Aufwand aus dem Büro oder aus dem Homeoffice durchführen können. Das Laborpersonal könnte Arbeitszeit besser einteilen, wenn es zum Monitoring nicht permanent am In­strument verweilen müsste. Auswertungen könnten ebenfalls im Büro oder Homeoffice durchgeführt werden, während die Instrumente ohnehin für die nächsten Tage mit Messungen ausgelastet sind. Insellösungen mit lokalen Datenablagen und herkömmlichen Datenverwaltungsverfahren sowie herkömmliche Instrumente können derartige Anforderungen in der Regel nicht erfüllen.

Labor 4.0

Analytical Intelligence im LC-MS-System

Digitale Technologien als Lösung für traditionelle Herausforderungen

• Mehr als nur Datenintegrität durch eine einheitliche Software-Plattform: LabSolutions CS ist eine einheitliche Client-Server-basierte Software-Plattform mit einer zentralen Datenbank, in der Messdaten, Methoden, Batchtabellen und Reports sowie Metadaten von unterschiedlichster Analytik sicher abgelegt werden. Die Systemadministration und Datenbanksuche ist dementsprechend für alle Systeme gleich und über alle authentifizierten Zugangspunkte im Netzwerk verfügbar, wodurch ein vielfältiger Systembetrieb ermöglicht wird. Darüber hinaus bietet LabSolutions CS die Möglichkeit der Fernsteuerung mehrerer Analysegeräte. Nachdem die Proben im Labor vorbereitet und die Instrumente bestückt wurden, können die Messungen bequem aus dem Büro gestartet und der Analysestatus überwacht werden. Die umfassende Durchsuchbarkeit der Datenbank und der einfache Zugriff auf Auswertesoftware machen den Weg frei für flexibles Arbeiten außerhalb des Labors. Die sichere Benutzerverwaltung, das Rechtemanagement, die Projektverwaltung, elektronische Signaturen, Dateiversionierung oder z. B. auch ausgiebige Audit-Trail-Funktionen unterstützen dabei vollumfänglich in Sachen Datenintegrität. Denn LabSolutions CS ist konform mit 21 CFR Part 11, wie von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA; Behörde zur Überwachung von Lebens- und Arzneimitteln) gefordert, und ermöglicht die Einhaltung verschiedener weiterer regulatorischer Anforderungen. Die Software- Lösung kann noch einiges mehr. Eine LIMS-Schnittstelle kann z. B. helfen, Fehler bei der Datenübertragung in andere Systeme zu vermeiden. Ein papierloser Arbeitsablauf ist auf effiziente Weise realisierbar. Natürlich werden auch die grundlegenden Herausforderungen wie weniger Lern- und Verwaltungsaufwand sowie einfachere Datenhaltung durch diese einheitliche Software-Plattform elegant gemeistert.

• Interaktion, Monitoring und Fehlerbehebung mithilfe von künstlicher Intelligenz: Mittlerweile sind zahlreiche Instrumente und spezifische Software-Lösungen mit der so genannten Analytical Intelligence ausgestattet. Hierbei handelt es sich um künstliche Intelligenz in Analytikanwendungen. Durch automatisierte Supportfunktionen wird das Laborpersonal unterstützt und entlastet. Das System ist in der Lage, sich selbst zu überwachen und zu diagnostizieren. Dadurch werden nicht nur Fehler zügiger gefunden und behoben, sie können auch gänzlich vermieden werden. Während der Messung auftretende Probleme werden ohne Benutzereingabe professionell gelöst. Auf diese Weise profitieren weniger erfahrene Labormitarbeiter von der im System eingebauten Expertise, ebenso gewinnt aber auch erfahrenes Personal mehr Zeit für das, worauf es ankommt. Die Produktivität im Labor sowie die Datensicherheit und die Zuverlässigkeit nehmen infolgedessen zu.

Analytical Intelligence unterstützt sowohl in der täglichen Routine als auch bei anspruchsvollen Aufgaben. Unabhängig von der Qualifikation des Labormitarbeiters werden hochwertige und reproduzierbare Daten erzeugt.

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Beispiel: Analytical Intelligence in der Chromatographie

In Gaschromatographie-Systemen finden wir automatische Start-up- und Cool-down-Prozeduren, die einfache Gerätekontrolle, effiziente Workflows und effektive Fehlervermeidung bieten. Die vollautomatische Konditionierung des Geräts erlaubt zudem durchgehend höchste Sensitivität. Mithilfe des Sampler Navigators werden intelligente Pre-Sets für optimierte Injektionen bereitgestellt und sind mit nur einem einzigen Klick startklar. Ein Vial-Sensor erkennt zudem automatisch fehlende Vials und reagiert entsprechend. Auch Flüssigchromatographie-Systeme halten einige angenehme Überraschungen bereit. Der Mobile-Phase-Monitor verhindert dank automatischer Lösungsmittelüberwachung kostenintensive Wiederholungsmessungen und Schäden am Gerät. Eine Funktion zur Autodiagnose und -wiederherstellung entfernt automatisch Luftblasen aus dem System und führt zu mehr Messsicherheit. Der Flow-Pilot sorgt mithilfe von automatischem Start und Stop für Zeitersparnis durch automatisiertes Einfahren des Systems. Mit dem Algorithmus i-Peak-Finder vermeidet der Labormitarbeiter manuelles Nacharbeiten durch präzise Peak-Integration. Auch die i-PDeA Software spart Zeit bei der Datenauswertung, indem sie überlappende Peaks integriert.

Auf der Suche nach weiteren intelligenten Systemen trifft man ebenso auf andere Anwendungen, beispielsweise in der Massenspektrometrie oder UV-Vis-Spektro­skopie.

„Analytical Intelligence“

HPLC mit Hirn: Eine UHPLC für das Labor 4.0

Digitalisierung für mehr Effizienz und Qualität im Labor

Im Allgemeinen wird Digitalisierung in Verbindung mit künstlicher Intelligenz als Disruption beschrieben. Im typischen analytischen Labor werden mittlerweile die ersten Veränderungen sichtbar. Vernetzte Systeme helfen direkt, mit den längst obligatorischen digital erzeugten Daten umzugehen. Fortgeschrittene digitale Werkzeuge, wie die hier dargestellten Funktionen der Analytical Intelligence, steigern dank automatisierter Supportfunktionen die Laborproduktivität sowie die analytische Ergebnissicherheit. Intelligente Systeme und Anwendungen simulieren erfahrene Benutzer. Die Systeme überwachen, diagnostizieren und korrigieren sich selbst. Analytical Intelligence gleicht Unterschiede bezüglich Gerätekenntnis und Erfahrung aus. Das Laborpersonal kann sich auf das Wesentliche fokussieren und die Zuverlässigkeit der Daten wird erhöht. In den nächsten Jahren sind weitere digitale Innovationen zu erwarten, die die Routinearbeit erleichtern sowie die Effizienz und die Qualität erhöhen.

* Max Franz und Dr. Stephan Koller, Projektspezialisten Informatics, Shimadzu Deutschland

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