www.laborpraxis.de Mai 2014 38. Jhg. LP 5

ZELLANALYSE

Tracking von biologischenPartikeln Seite 32

CHROMATOGRAPHIE

Thermodesorptions-GCanalysiert die Luft Seite 40

LABORAUTOMATION

So kontrollieren Sieautomatische Pipetten Seite 48

SPECIAL ZELLANALYSE

Zellkulturentwicklungmit System Seite 28

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LABORPRAXIS Mai 2014 3

E d i t o r i a l L P 5

Was ist los mit der deutschen Biotechnologie? Vor nicht einmal zehn JahrenWas ist los mit der deutschen Biotechnologie? Vor nicht einmal zehn Jahrenals Zukunftstechnologie gepriesen, fristen die Firmen hierzulande nach wievor ein Schattendasein und das trotz aller Bekenntnisse von Seiten der Politikund Industrie. Doch woran liegt das? Ist es das von Lobbygruppen entworfeneBild der „bösen Gentechnik“ oder sind die Probleme doch eher hausgemacht:Bild der „bösen Gentechnik“ oder sind die Probleme doch eher hausgemacht:Haben zu viele junge Start-ups auf den biopharmazeutischen Blockbuster ge-setzt, der dann doch nicht über die klinische-Phase-II-Prüfung hinauskam?Fakt ist: Die deutsche Biotechnologie ist laut aktueller Studien wie dem 14.deutschen Biotechnologie-Report von Ernst & Young ein Patient, der dringendeiner neuen Therapie bedarf.

Was uns bewegt...

Die Statistik kann in der Naturwissenschaft dabei helfen, Rückschlüsse aufErgebnisse zu erhalten, ohne umfangreiche Messreihen durchführen zu müssen.Gerade in der Zellanalytik helfen solche Verfahren extrem, da die Analyse jedereinzelnen Zelle zu aufwändig oder oftmals gar unmöglich ist. Unsere Autorenvom Helmholtz-Zentrum in München beschreiben in ihrem Beitrag ab Seite 20,wie sie die Statistik beispielsweise in der Krebsforschung einsetzen.wie sie die Statistik beispielsweise in der Krebsforschung einsetzen.

D R . I L K A O T T L E B E N , ilka.ottleben@vogel.de

In indischen, chinesischen oder afrikanischen Ballungsräumen knattern sie zuMillionen durch die Städte: Mopeds mit Zweitaktmotoren. Wissenschaftler desMillionen durch die Städte: Mopeds mit Zweitaktmotoren. Wissenschaftler desschweizerischen Paul-Scherrer-Instituts haben nun in Abgasversuchen gezeigt,dass solche Zweitaktmotoren ein umfangreiches Gemisch von Schadstoffenemittieren, das sogar den Aufenthalt hinter einem im Leerlauf befindlichenMoped gesundheitlich bedenklich macht.

D O R I S P O P P, doris.popp@vogel.de

Nicht Ethanol, Methanol oder Aceton sind das am häufigsten im Labor ver-wendete Lösemittel – erst mit Reinstwasser können viele Experimente oderwendete Lösemittel – erst mit Reinstwasser können viele Experimente oderAnalysentechniken richtig durchgeführt werden. In unserer Webinar-Aufzeich-nung auf www.laborpraxis.de erfahren Sie mehr über den richtigen Einsatz vonReinstwasser in der Pestizid- und Schwermetallanalytik (Suchbegriff: „WebinarReinstwasser“).

M A T T H I A S B A C K , matthias.back@vogel.de

D I P L . - C H E M . M A R C P L AT T H A U S , Chefredakteur, marc.platthaus@vogel.de

„ Welche Fehler hat man inWelche Fehler hat man inder deutschen Biotechno-logie gemacht?“

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4 Mai 2014 LABORPRAXIS

Mit multiparallel be­triebenen Minibioreak­toren kann die Zell­kulturentwicklung effi­zienter durchgeführtwerden. Seite 28

Wie kann der Edge Effect das Ergebnis zellbasierter Assays beein­flussen? Unser Beitrag gibt Aufschluss. Seite 16

„ Mit dem System ist es möglich,automatisiert Zellen gewünschterGröße in vorher definierten Abstän-den oder Mustern zu platzieren.“S T E P H A N S T Ü R WA L D ,Gruppenleiter Mikro- und Nanometrologie, Abteilung Produk-tionsmesstechnik, Fraunhofer IPT Seite 14

I n h a l t L P 5

RUBRIKEN

Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Firmenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . 6

Top 10 www.laborpraxis.de . . . . . . . . 7

Marktbarometer . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Trendbarometer . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Wissenschaft & Forschung . . . . . . . . 10

Wirtschaft & Märkte . . . . . . . . . . . . 64

Termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Weiterbildung . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Vorschau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Die letzte Seite . . . . . . . . . . . . . . . 66

ZELLANALYSE

Auf zellularer Ebene manipulieren . . . . . . . . . . . . . . . .14Neues Mikroskopiesystem erlaubt bessere Zelluntersuchungen

Am Rand bemerkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16Den Rand-Effekt in zellbasierten Assays minimieren

Mische und herrsche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20Zelluläre Genexpression statistisch unterstützt analysieren

Aus Gas mach Kunststoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24Bakterielle Biokunststoffproduktion durchflusszytometrischverfolgt

Zellkulturentwicklung mit System . . . . . . . . . . . . . . . .28Automatisierter Mikrobioreaktor bringt Zeit- und Kostenersparnis

Dynamische Partikel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32Automatisches Tracking von biologischen Partikeln in Zellen

Produktmeldungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

SPECIA

LSPECIA

L

LABORPRAXIS Mai 2014 5

Was gibt es Neues in der optischen Emissionsspektroskopie?Laborpraxis präsentiert eine Marktübersicht zur ICP-OES. Seite 54

LABORTECHNIK

Kompromisslose Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Reinraumlabore für Zytostatika und Infusionsnahrung

Pfadfinder der Lüfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Chromatographie hilft bei der Kontrolle der Atmosphäre

Das Labor der Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43Teil 3: Wie funktionieren digitale Unterschriften?

Produktmeldungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

BIO- UND PHARMAANALYTIK

Sind sie noch dicht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48Rückverfolgbare Verifizierung der Pipettierleistung

Produktmeldungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

WASSER- & UMWELTANALYTIK

Präzise Multitalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54Marktübersicht ICP-OES inklusive Herstellertabelle

Produktmeldungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

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6 Mai 2014 LABORPRAXIS

SMARTPHONE-APP

Lebensmittel kontrollierenEin EU-Projekt hat einen neuenAnsatz der Lebensmitteltestunggewählt: In einigen Jahren solljeder Smartphone-Besitzer Le-bensmittel auf unerwünschteStoffe testen können.

Stichwort: Lebensmittelkontrolle

WEBINAR

Wasser richtig einsetzenReinstwasser mus bei vielen Tä-tigkeiten im Labor eingesetztwerden. Unser Webinar zeigt Bei-spiele für die optimale Verwen-dung bei der Schwermetallanaly-tik mit ICP-OES und LC-MS/MS.

Stichwort: Webinar Reinstwasser

RECHT

Patente richtig absichernPatente und damit der technolo-gische Vorsprung stehen oftmalsfür den Wert eines Unterneh-mens. Daher müssen sie von denFirmen auch besonders geschütztwerden.

Stichwort: Patente

SICHERHEIT

Software richtig schützenSpezielle Softwarelösungen stel-len oft den entscheidenden Vor-teil gegenüber Wettbewerberndar. Diesen Vorteil gefährden Un-ternehmen, weil sie ihre Softwarenur unzureichend schützen.

Stichwort: Softwareschutz

Ab Sciex . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Analytik Jena . . . . . . . . . . . 59, 64Anton Paar . . . . . . . . . . . . . 46, 60Artel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Bayer Cropscience . . . . . . . . . . . 64BCC Research. . . . . . . . . . . . . . . .8Bundesanstalt für Arbeitsschutzund Arbeitsmedizin . . . . . . . . . . 62Busch Dienste Vakuumpumpenund Systeme . . . . . . . . . . . . . . . 47Chromtech . . . . . . . . . . . . . . . . 46Dechema . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Deutsche Gesetzliche Unfall-versicherung . . . . . . . . . . . . . . . .62Dunn Labortechnik. . . . . . . . . . . 52Eawag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Eltra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Empa . . . . . . . . . . . . . . . . . 10, 12Eppendorf . . . . . . . . . . . 16, 35, 52Ernst & Young . . . . . . . . . . . . . .9ETH Zürich . . . . . . . . . . . . . . . . 12Euler Hermes Kreditversicherung. . .8Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie IPT . . . . . 14Frost & Sullivan . . . . . . . . . . . . . .8

Gerstel . . . . . . . . . . . . . . . 40, 60Gesellschaft DeutscherChemiker . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Greiner Bio-One . . . . . . . . . . . . . 37GSI Helmholtzzentrum fürSchwerionenforschung . . . . . . . . 10Hahnemühle Fine Art . . . . . . . . . 45Haus der Technik . . . . . . . . . . . . 61Helmholtz Zentrum München –Dt. Forschungszentrum fürGesundheit und Umwelt . . . . . . . 20Helmholtz-Zentrum fürInfektionsforschung . . . . . . . . . . 62Hes-So Valais . . . . . . . . . . . . . . 24Horiba Jobin Yvon . . . . . . . . . . . 54Ims Health . . . . . . . . . . . . . . . . .8Infors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Integra Biosciences . . . . . . . . . . 48Kalorama Information . . . . . . . . . .8Klinkner & Partner . . . . . . . . . . . 60Lauda Dr. R. Wobser . . . . . . . . . . 64Leibniz-Institut fürOstseeforschung Warnemünde . . . 12Leica Microsystems. . . . . . . . . . . 36LEJ Leistungselektronik Jena . . . . 47

Malvern Instruments. . . . . . . . . . 37Martin Christ Gefriertrocknungs-anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53MCH Messe Schweiz . . . . . . . . . . 64Medizinische Universität Wien . . . 10Novia Chromatographie- undMessverfahren . . . . . . . . . . . . . . 60Ols Omni Life Science . . . . . . . . . 35Pall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Perkin Elmer . . . . . . . . . . . . . . . 54Pfeiffer Vacuum . . . . . . . . . . 44, 62Phenomenex . . . . . . . . . . . . . . . 63PMT Partikel-Messtechnik . . . . . . 59Primetek Solutions . . . . . . . . . . 48RCT Reichelt Chemietechnik . . . . 45Sartorius . . . . . . . . .28, 44, 62, 64Schilling Engineering . . . . . . . . . 38Schuett-biotec . . . . . . . . . . . . . 36Shimadzu . . . . . . . . . . . . . . 46, 54SI Analytics . . . . . . . . . . . . . . . 58Spectro Analytical Instruments. . . 54Springer Spektrum Springer-Verlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Stratec Molecular . . . . . . . . . . . . 53Süd-Laborbedarf . . . . . . . . . . . . 36Technische Universität München. . 12Technische Universität Wien . . . . 10Telemeter Electronic . . . . . . . . . . 58The Freedonia Group. . . . . . . . . . .8Thermo Fisher Scientific . . . . . . . 54Umweltinstitut Offenbach . . . . . . 61Johannes-Gutenberg-UniversitätMainz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Julabo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Julius-Maximilians- UniversitätWürzburg . . . . . . . . . . . . . . 10, 12Universität Basel . . . . . . . . . . . . 10Universität des Saarlandes . . . . . 12Universität Heidelberg . . . . . . . . 32Universität Wien . . . . . . . . . . . . 13VeterinärmedizinischeUniversität Wien . . . . . . . . . . . . 13Vdgh - Verband der Diagnostica-Industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Verband der ChemischenIndustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Verband Forschender Arzneimittel-

hersteller . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

Unternehmen, Institute, Verbände und Organisationen, die in diesem Heft redaktionell erwähnt sind:

I n h a l t w w w. l a b o r p r a x i s . d e

F i r m e n v e r z e i c h n i s L P 5

Bild:wikimedia

common

s/Diako1971

Bild:Merck

Millipore

Bild:Maksim

Kabakou-Fotolia.com

Bild:alph

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LABORPRAXIS Mai 2014 7

BIONIK

Wasser in der WüsteEin unscheinbarer Wüstenkäferstand Modell für eine kleine Re-volution in der Wasserbeschaf-fung: Der Warka-Turm bringtTrinkwasser in Gebiete, in denenes am nötigsten gebraucht wird.

Stichwort: Warka-Turm

UNTERNEHMENSSCHUTZ

Achtung: BetriebsspionageMit immer ausgefeilteren Metho-den verschaffen sich Wirtschafts-spione Zugriff auf das Know-howdeutscher Unternehmen und rich-ten so Schäden von 50 MilliardenEuro im Jahr an.

Stichwort: Betriebsspionage

T o p 1 0 w w w. l a b o r p r a x i s . d e

SHANGHAI UNI-RANKING:Die besten Hochschulen der Welt

ARSEN:Vollammetrische Bestimmung von Arsen in Trinkwasser

EISENOXIDKATALYSATOR:Die gute Seite des Rosts: der Eisenoxidkatalysator

LEGIONELLEN-AUSBRUCH IN WARSTEIN:Klärwerke als Keimschleuder?

LEBENSMITTELSICHERHEIT:Schadstoffe per Smartphone erschnüffeln

DEPRESSIONEN:Mit Bluttest Depressionen nachweisen

BRENNSTOFFZELLEN:Wasserstoff aus Methanol für Brennstoffzellen

LERNEN UND GEDÄCHTNIS:Das Geheimnis der Synapsen

ELEMENT 117:Die Suche nach neuen Elementen geht weiter

FORSCHER AUF GRÜNEM WEG:Wasser entsalzen ohne Chemie

12345678910

Nr. Beitrag

Bild:Flickr-UserDe

bris2008

Bild:UltimaRatio

8 Mai 2014 LABORPRAXIS

Z a h l e n & M ä r k t e L P 5

Mark tbarometer

Biopharmazeutika – Laut einer Studie der Boston Con-Biopharmazeutika – Laut einer Studie der Boston Con-sulting Group und Vfa bio wuchsen die Umsätze mitBiopharmazeutika in Deutschland 2013 um 8,5% aufmehr als 6,5 Mrd. Euro. Vor allem Medikamente gegenKrebs und Immunkrankheiten bringen die Zuwächse.

Grippe – Der Umsatz mit Grippeimpfstoffen hat sichGrippe – Der Umsatz mit Grippeimpfstoffen hat sichsehr uneinheitlich entwickelt. Nach einer Studie vonKalorama Information kann das Ausbleiben einer Grip-peepidemie dies beeinflussen: Im Jahr 2013 wurden3,1 Mrd. Dollar umgesetzt, 2011 waren es 30% weniger.

Krebsmedikamente – Weltweit haben sich die jährlichenKrebsmedikamente – Weltweit haben sich die jährlichenAusgaben für Krebsmedikamente, die sich der 100-Mil-liarden-Dollar-Grenze nähern, in den letzten Jahrenverlangsamt. Analysten von IMS Health machen bei„targeted therapies“ noch Wachstumschancen aus.

Infektionskrankheiten – Die Diagnostik von Infektions-Infektionskrankheiten – Die Diagnostik von Infektions-krankheiten wie Tuberkulose oder HIV wird in dennächsten Jahren einen Aufschwung erfahren. Nach ei-nem Bericht von Frost & Sullivan sorgt die besseremedizinische Versorgung in Afrika und Asien dafür.

DEUTSCHE CHEMIEBRANCHE

Konkurrenz aus Asien

Die deutschen Chemieunternehmen bleiben mit einem Markt-anteil von 29% sowohl europäischer Spitzenreiter als auchExportweltmeister der Branche. Dies ergab die jüngste Bran-chenstudie des Warenkreditversicherers Euler Hermes. Der Vor-sprung schmilzt jedoch: Deutschland liegt mit 11% der welt-weiten Chemieexporte nur einen Prozentpunkt vor den USA undnoch drei Prozentpunkte vor China.

ENZYME

Moderne ProduktionsmethodenEnzyme werden unter anderem in der Lebensmittel- und Ge-tränkeindustrie, bei der Herstellung von Reinigungsproduktenaber auch für wissenschaftliche Zwecke wie z.B. in der Diag-nostik verwendet. Im Jahr 2017 soll der Enzymmarkt einenUmsatz von fast sieben Mrd. Dollar erwirtschaften, heißt es ineiner Studie der Freedonia Group. Vor allem moderne Herstel-lungsverfahren wie die DNA-Sequenzierung sollen hier einebessere Verfügbarkeit von Enzymen gewährleisten. Nordame-rika wird auch in den kommenden Jahren der größte Marktbleiben (mit einem Anteil von mehr als 25%), gefolgt vonWesteuropa und der Asien/Pazifikregion.

QUANTUM DOTS

Großes Wachstum erwartetSo genannte Quantum Dots oder Quantenpunkte lassen sich inihren optischen und elektronischen Eigenschaften genau an-passen. Gerade in der Optoelektronik oder auch als Marker inder Biologie spielen diese Nanomaterialien ihre Stärken aus.Die Analysten von BCC Research sehen für die Quantum Dotsin den nächsten fünf Jahren sehr große Wachstumschancenvon bis 90% pro Jahr.

KURZ UND BÜNDIG

Trends und Entwicklungen

+

0

–

+

0

–

+

0

–

+

0

–

Quelle: Chelem, Euler Hermes

3,5–

3–

2,5–

2–

1,5–

1–

0,5–

0–2013 2018

Weltmarkt für Quantum Dots [in Mrd. Dollar]

Weltmarkt für Enzyme [in Mio. Dollar]

Enzymbedarf 2007 2012 2017

Nordamerika 1576 2130 2630

Westeuropa 910 1090 1390

Asien/Pazifik 683 1110 1745

Zentral- & Südamerika 203 321 470

Osteuropa 175 245 350

Afrika/Mittlerer Osten 153 234 365

Quelle: The Freedonia Group

18%–

15%–

12%–

9%–

6%–

3%–

0%–USA Deutschland Frankreich Niederlande Belgien China

Weltweite Marktanteile [in %]Entwicklung der Chemieexporte in ausgesuchten Ländern

1992 2012

Quelle: BCC Research

Z a h l e n & M ä r k t e L P 5

LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXISLABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9 Mai 2014 9 Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9LABORPRAXIS Mai 2014 9

1009080706050403020100

DEUTSCHE BIOTECHNOLOGIE

Die Wende lässt auf sich wartenDie deutsche Biotech-Branche befindet sich in einem Zustand fortwährenderStagnation. Die Zahl der Unternehmen ist mit 409 annähernd gleich geblieben,ebenso die Zahl der Beschäftigten (rund 9700). Der Branchenumsatz ist um7% gesunken, von 1,12 Mrd. Euro im Jahr 2012 auf 1,04 Mrd. Euro im Jahr2013, ebenso die Ausgaben für F&E (minus 6%). Das sind Ergebnisse des 14.deutschen Biotechnologie-Reports von Ernst & Young (EY). Dass die Branchesich so wenig dynamisch entwickelt, liegt für den Studienautor SiegfriedBialojan klar in der schwierigen Finanzierungssituation begründet.

Trendbarometer

Der Kapitalmarkt trocknet ausZwar haben Biotech-Unternehmen 2013 insgesamt zehn Prozent mehr Kapitalerhalten als 2012, die Finanzierungssumme stieg von 294 Millionen Euro auf325 Millionen Euro. Allerdings ist das immer noch erheblich weniger als in denviel erfolgreicheren Jahren vor der Finanzkrise. Und gerade im Bereich desRisikokapitals bildet Deutschland das Schlusslicht in Europa.

„ Die Zeit bis zum Erreichender Wachstumsphase ist einegefährliche Durststrecke, dieviele Biotechnologieunter-nehmen nicht überstehen.“D R . S I E G F R I E D B I A L O J A N ,Leiter des deutschen Life Science Center, Ernst &Young

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0,90 0,941,04 1,10 1,17

1,40

1,93

2,52in Mio. Dollar

Deutschland

Frankreich UK

Dänemark

Norwegen

Belgien

Schweiz

Irland

Österreich

Niederlande

Risikokapitalintensität in Europa3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0

Quelle: EY, BioCentury and VentureSource

W i s s e n s c h a f t & F o r s c h u n g L P 5

10 Mai 2014 LABORPRAXIS

ABBAU VON KÖRPERFETT

Forscher identifizieren Gen zur FetteinlagerungWürzburg – Der WürzburgerForscher Daniel Kraus hat mitinternationalen Kollegen einGen identifiziert, das großenEinfluss auf den Aufbau vonKörperfett hat. Eine wesentli-che Rolle bei der „Anhäufung“von Fettgewebe spielt das Genfür das Enzym NNMT (Nico-tinamid-N-Methyltransferase).Die Forscher stellten fest, dassNNMT im Fettgewebe „überge-wichtiger“ Mäuse im Vergleichzu „schlanken“ Mäusen ver-mehrt vorkommt. Daraufhin

unterdrückten sie NNMT beifettleibigen Mäusen und prüf-ten, wie sich das auf den ge-samten Stoffwechsel auswirkt.Sie untersuchten mit einer spe-ziellen Magnetresonanzanalysedie Gewebezusammensetzungim Körper der lebenden Mäuseund stellten fest: Die Menge anFettgewebe ging zurück, ob-wohl die Mäuse nicht wenigerfraßen und sich nicht mehr be-wegten. Man fand Hinweise,dass NNMT den Verbrauch ener-giereicher Moleküle im Fettge-

webe reguliert. Abbauproduktesolcher Energieträger schiedendie behandelten Mäuse ver-mehrt mit dem Urin aus.Schädliche Nebenwirkungenkonnten bei dem Versuch nichtnachgewiesen werden. Im Ge-genteil: „Die Leber- und Nie-renwerte waren normal. DieVerfettung der Leber ging beiadipösen Mäusen sogar zu-rück“, sagt Kraus. Weitere For-schungen müssen eine Über-tragbarkeit der Ergebnisse aufden Menschen klären. gil

SALMONELLEN

Tarnung von Salmonellen aufdeckenBasel/Schweiz – Wissen-schaftler am Biozentrum derUniversität Basel haben eineEnzymgruppe entdeckt, die ei-ne zentrale Rolle für die Be-kämpfung des bakteriellenKrankheitserregers Salmonellain der Zelle spielt. Die so ge-nannten Interferon-induzier-ten GTPasen entlarven und zer-stören dabei die Tarnung derBakterien in der Zelle und er-möglichen dieser, die Erregerzu erkennen und unschädlichzu machen. Salmonella-Bakte-

rien benutzen Fresszellen un-seres Körpers als Wirtszellen,so genannte Makrophagen, umihr Überleben zu sichern undsich im Körper auszubreiten.Ihre Überlebensstrategie istes, sich in einem separiertenHohlraum im Zytoplasma derMakrophagen einzunisten, sichdort zu verstecken und zu ver-mehren. Versteckt in diesemHohlraum können die Abwehr-zellen des Immunsystems dieKrankheitserreger nicht findenund so nicht bekämpfen. gil

GTPasen (grün) greifen Salmo-nellen (rot) an.

Bild:Un

iversitätBa

sel/Biozentrum

Wien/Österreich – Forscherder Meduni Wien haben dieMöglichkeit eines Bluttestszum Nachweis einer Depressi-onserkrankung nachgewiesen.In ihrer aktuellen Studie ist esden Forschern gelungen, dieAktivität eines bedeutendenDepressionsnetzwerkes demso genannten „Default ModeNetwork“ im Gehirn mittelseines Bluttests vorherzusa-gen. Dessen Funktion stehtim engen Zusammenhang mitder Serotoninaufnahmege-schwindigkeit an Blutplätt-chen. Damit rücke ein Blut-test zur Depressionsdiagnos-test zur Depressionsdiagnos-tik in greifbare Nähe.tik in greifbare Nähe.

Wien/Österreich – WennWasserstoff mit Sauerstoff zuWasser reagiert, wird Energiefrei. Diese Reaktion nutztman in Brennstoffzellen. EinProblem dabei ist die Aufbe-wahrung des benötigten Was-wahrung des benötigten Was-serstoffs, daher versucht man,serstoffs, daher versucht man,Wasserstoff in Form von Me-thanol zu speichern, und dasMethanol dann wieder in Was-serstoff und Kohlendioxid zuzerlegen. Das gelingt mit spe-ziellen Metall-Katalysatoren,die an der TU Wien untersuchtwerden. Die Arbeiten am Ins-titut für Materialchemie wur-den nun durch zwei For-schungspreise gewürdigt.

ELEMENT 117

Die Suche nach neuen Elementen geht weiterDarmstadt – Ein internationa-les Forscherteam hat an derBeschleunigeranlage der GSIHelmholtzzentrum für Schwer-ionenforschung in Darmstadtmehrere Atome des super-schweren Elements mit derOrdnungszahl 117 erzeugt undnachgewiesen. Die gemessenenEigenschaften von 117 stehenim Einklang mit früheren Be-funden aus dem Forschungs-zentrum in Dubna/Russlandund unterstützen damit die of-fizielle Anerkennung des neuen

Elements 117. Bei dem Experi-ment entstanden außerdemAtome der Elemente Dubniumund Lawrencium mit außerge-wöhnlich langen Lebensdau-ern. Zur Erzeugung des Ele-ments 117 haben die ForscherAtomkerne des Elements Calci-um (Element 20) beschleunigtund auf Atomkerne des Ele-ments Berkelium (Element 97)geschossen. So können zweiAtomkerne der beiden Elemen-te verschmelzen, sodass einneuer Atomkern entsteht. gil

Chemische Trennung und Reini-gung des Berkelium-249

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L)

Dübendorf/Schweiz – Trans-parente, leitfähige Schichtensind aus unserem Alltag nichtmehr wegzudenken, z.B. inSmartphones, Tablets, und (ingrößerem Maßstab) bei Solar-zellen. Doch sie sind teuerund aufwändig herzustellen.Forschern der Empa ist es nungelungen, eine kostengünsti-gere und umweltschonendereMethode zu entwickeln, umsolche so genannten TCOs zusolche so genannten TCOs zuproduzieren: Dort präsentiertman nun eine wasserbasierteMethode, um aus Aluminiumund Zinksalzen eine TCO-Schicht auf ein Substrat auf-zubringen – ohne Vakuum.

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W i s s e n s c h a f t & F o r s c h u n g L P 5

12 Mai 2014 LABORPRAXIS

GEHIRNFORSCHUNG

Ameisen liefern neue ErkenntnisseWürzburg – Welche Bedeutunghat die absolute oder relativeGröße des Gehirns oder be-stimmter Gehirnzentren für dasVerhalten? Forscher am Bio-zentrum der Universität Würz-burg gingen dieser Fragestel-lung bei Blattschneideramei-sen nach und kamen zu über-raschenden Ergebnissen. Pro-fessor Wolfgang Rössler undseine Kollegen berichten, dassdie bisher übliche Betrachtungder Volumen für den Vergleichder Leistungsfunktionen von

Gehirnen nur sehr begrenztAuskunft geben kann. „Dastrifft sowohl für den Vergleichinnerhalb einer Art, zwischenzwei Arten, oder selbst zwi-schen verschiedenen Gehirn-teilen zu“, so der Leiter desLehrstuhls für Verhaltensphy-siologie und Soziobiologie ander Universität Würzburg. DerGrund dafür ist relativ simpel:„Die Synapsendichten könnenjeweils gleich oder eben sehrunterschiedlich sein“, erklärtRössler. gil

Das Gehirn einer Blattschneider-ameise

Bild:ausGroh

etal.(2014)

Proc

RoySocB

SCHWEIZER MASSENSPEKTROMETER

Auf dem Weg zu KometenDübendorf/Schweiz – Kome-ten sind noch weitgehend un-erforscht. Eine Theorie besagt,dass Kometen Wasser auf dieErde brachten. Raumsondenkonnten zwar vereinzelt Unter-suchungen durchführen, dochimmer nur während sie an denKometen vorbeiflogen. Die Eu-ropean Space Agency (ESA)entwickelte in Zusammenarbeitmit zahlreichen europäischenInstitutionen die RaumsondeRosetta. Als erste Sonde sollsie nicht nur „im Vorbeigehen“

Messdaten sammeln, sondernden Kometen begleiten – undsogar auf ihm landen. Ver-schiedene Geräte an Bord mes-sen, kartographieren und ana-lysieren während zwei Jahrenden Kometen und die Gase undMoleküle in dessen Umgebung.Selbst das Innere des KometenChuryumov-Gerasimenko bleibtnicht verschont. Ein eigenskonzipierter „Lander“ wird aufder Oberfläche des Kometenlanden und dessen Beschaffen-heit und Kern untersuchen.gil

Die Raumsonde Rosetta starteteam 2. März 2014.

Bild:Em

pa

ANTINEUTRINO-DETEKTOREN

Atomanlagen besser überwachenMünchen – Bei der Überwa-chung von Kernreaktoren istdie Internationale Atomener-giebehörde (IAEA) in wichti-gen Fragen auf die Angabender Betreiber angewiesen. InZukunft könnten Antineutrino-Detektoren eine unabhängigeMöglichkeit der Überprüfungliefern. Bisher fehlte das Anti-neutrino-Spektrum der Spalt-produkte von Uran-238. Physi-ker der TU München haben die-se Lücke nun mithilfe vonschnellen Neutronen aus der

Forschungs-NeutronenquelleHeinz Maier-Leibnitz (FRM II)geschlossen. Bei der Spaltungvon Kernbrennstoffen wie Plu-tonium oder Uran werden ne-ben Neutronen auch Antineut-rinos frei. Diese sind ebenfallselektrisch neutral, aber nichtsehr reaktionsfreudig, weshalbsie sich nur mit riesigen Detek-toren nachweisen lassen. In-zwischen werden jedoch Detek-toren entwickelt, die nur nochdie Größe eines Kubikmetershaben. Sie können Antineutri-

nos aus dem Reaktorkern mes-sen. Prototypen existieren be-reits und nehmen in Abständenvon etwa zehn Metern zu Reak-toren Daten auf. Aus der Ana-lyse von Energie und Rate derAntineutrinos lassen sich Än-derungen in der Zusammenset-zung der Kernbrennstoffe imReaktor ermitteln z.B. das Ent-fernen von kernwaffenfähigemPlutonium-239. Die IAEA wäredamit nicht mehr auf Aussagender Reaktorbetreiber angewie-sen. gil

Warnemünde – Gefährdungs-potenzial von Mikroplastik:potenzial von Mikroplastik:Tagtäglich werden unzähligeMikropartikel aus Kunststoffins Meer geschwemmt. Klär-werke können diese feinstenKörnchen von <5mm Größenicht zurückhalten. Die Quel-len werden dabei immer zahl-reicher. Ist Mikroplastik imMeer auch das ideale Verbrei-tungsmedium für pathogeneKeime? Ein zwölf Instituteumfassendes Konsortium un-ter Leitung des WarnemünderUmweltmikrobiologen Matthi-as Labrenz wird dieser Fragein den nächsten drei Jahrennachgehen.

Zürich/Schweiz – Im Rahmendes EU-Projekts Solarjet ha-ben Wissenschaftler zum ers-ten Mal die gesamte Produk-tionskette von flüssigemTreibstoff aus Wasser und CO2

mithilfe von Sonnenenergieexperimentell nachgewiesen.Kernstück des Projekts ist einSolarreaktor, der in der Grup-Solarreaktor, der in der Grup-pe von Aldo Steinfeld, Prof.für Erneuerbare Energieträgeran der ETH Zürich und Leiterdes Labors für Solartechnikam Paul Scherrer Institut,entwickelt wurde. Der Reaktorbeinhaltet einen porösen, ke-ramischen Solarabsorber ausdem Metalloxid Cerdioxid.

Saarbrücken – Forscher derSaar-Uni um die HomburgerMikrobiologen Prof. MathiasHerrmann und PrivatdozentDr. Lutz von Müller unterstüt-zen afrikanische Kollegen imKampf gegen Infektions-krankheiten. Sie untersuchenin Afrika verschiedene Stäm-me des Bakteriums Staphylo-me des Bakteriums Staphylo-coccus aureus, das Wundin-coccus aureus, das Wundin-fektionen und Lungenentzün-dungen verursachen kann.Das Projekt wird im Rahmender „Afrika-Initiative“ von derDeutschen Forschungsgemein-schaft (DFG) in der zweitenPhase mit rund 1,2 MillionenEuro für drei Jahre gefördert.

W i s s e n s c h a f t & F o r s c h u n g L P 5

LABORPRAXIS Mai 2014 13

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Für die Probennahme wird dieKäserinde abgeschabt.

MIKROBIOLOGIE

Was passiert in der Käserinde?

Wien/Österreich – Bakterienund Pilze tragen wesentlich zurReifung und zum Aroma ver-schiedener Käsesorten bei.Welche Mikroorganismen sich

auf der Rinde des VorarlbergerBergkäses tummeln, und wassie dort tun, erforschten Wis-senschaftler vom Institut fürMilchhygiene an der VetmeduniVienna in Zusammenarbeit mitder LandwirtschaftskammerVorarlberg. Die Forscher fandenUnterschiede zwischen jungenund alten Käsen, aber auch beiProben aus verschiedenen Kä-sekellern. Außerdem beeinflus-sen Räumlichkeiten und Pro-duktionstechniken die Käseflo-ra mit. map

Bild:Vetm

edun

iWien

PESTIZIDBELASTUNG

Reaktion auf UmweltgifteDübendorf/Schweiz – Kleinle-bewesen spielen in den Gewäs-sern eine wichtige Rolle beimAbbau von organischem Mate-rial und als Futtergrundlage fürhöhere Arten. Gegen 7000 Ar-ten, die aus europäischen Flüs-sen und Seen bekannt sind,stehen unter Stress durch dieBelastung der Gewässer mitPestiziden. Einem internatio-nalen Team von Forschern istes erstmals gelungen, zu erklä-ren, weshalb aquatische Orga-nismen wie Kleinkrebse oder

Schnecken sehr unterschied-lich auf Pestizidbelastungenreagieren. Sie haben dazu bild-gebende Methoden eingesetzt,die eigentlich für Versuche mitMäusen und Ratten entwickeltworden sind. Hiermit haben dieForscher ein besseres Verständ-nis dafür erhalten, welche Or-gane vor allem von den Schad-stoffen betroffen sind und wel-che Wirkstoffe von den Orga-nismen offensichtlich effizientheraustransportiert werdenkönnen. map

VERHALTENSFORSCHUNG

Raben verstehen BeziehungenWien/Österreich – Der Kogni-tionsbiologe Thomas Bugnyarund sein Team von der Univer-sität Wien haben gezeigt, dassKolkraben fähig sind, die Be-ziehungen anderer Raben zuei-nander einzuschätzen – eineFähigkeit, die bis dato nur vonPrimaten bekannt war. Wie vie-le sozial lebende Tiere zeigenRaben unterschiedliche sozialeBeziehungen – sie könnenFreunde, Verwandte oder Paar-partner haben und sie bildenstrikte Dominanzhierarchien.

Ein Verständnis für die Bezie-hungen, die andere Gruppen-mitglieder untereinander ha-ben, ermöglicht eine noch we-sentlich flexiblere Vorgehens-weise. Interessanterweise fan-den die Forscher heraus, dassRaben nicht nur auf die simu-lierten Rangverschiebungen inihrer eigenen Gruppe, sondernauch auf jene der Nachbargrup-pe reagierten, sie können alsorein auf der Basis von Beob-achtungen anderer auf derenBeziehungen schließen. map

SPECIA

LSPECIA

LZ e l l a n a n l y s e I n t e r v i e w

14 Mai 2014 LABORPRAXIS

LP: Herr Stürwald, für den Test neuer Wirk-stoffe und Medikamente untersuchen dieForscher die Reaktionen von Zellen auf die-se Substanzen. Wie wird das üblicherweisedurchgeführt, und welche Problematik er-gibt sich durch den Versuchsaufbau?

STEPHAN STÜRWALD: Für die Untersu-chungen an biologischen Zellen in vitrowerden diese häufig in spezielle transpa-rente sog. Floatchambers mit ihrer Nähr-lösung hineintransportiert. Sind die Zel-len adhärent, haften also am Boden, so

Bild:Fraunh

ofer

IPT

Auf zellularer Ebenemanipulieren

Neues Mikroskopiesystem erlaubt bessere Zelluntersuchungen

Beim Arbeiten mit Zellen sind Mikroskope essenzielle Werkzeuge. Wie Zellenam Fraunhofer-Institut in Aachen manipuliert werden, erklärt Fraunhofer-IPT-

Gruppenleiter Stephan Stürwald.

Das Gespräch führte LP-Chefredakteur M A R C P L A T T H A U S

muss sich der Wissenschaftler mit derzufälligen Verteilung der Zellen arrangie-ren und muss entsprechend Bereiche desZellbodens auswählen, die ungefähr dergewünschten Verteilung nahe kommen.Insbesondere bei Langzeituntersuchun-gen werden die Zellen mit Nährlösungumflossen, welche je nach Untersuchungzeitweise oder konstant mit einem Wirk-stoff versetzt wird. Die Zelldichte in ei-nem Bereich beeinflusst aber die Wirkungder Substanz, ebenso ein ggf. auch be-wusst herbeigeführter Zelltod z.B. anKrebszellen. Zudem ist eine Bestimmungdes räumlichen Wirkungsradius von ge-zielt eingebrachten Substanzen oder auchvon anderen Zellen abgesonderten Subs-tanzen häufig nicht genau bestimmbaroder die Experimente sind nicht hinrei-chend präzise reproduzierbar. Umfangrei-che Serien von Experimenten sind daheroft die Folge. Im Falle von nicht adhären-ten Zellen oder auch Viren erfolgt bereitsvereinzelt eine gezielte Platzierung insehr kleinen mikrofluidischen Haltestruk-turen. Dies gelingt mittels einer opti-schen Pinzette, damit die Zellen nichtmehr vom umfließenden Medium weg-transportiert werden. Solche Prozesse er-folgen allerdings bislang manuell.

LP: Welche Rolle spielt die Statistik hier-bei?STÜRWALD: Sind die Versuchsbedingun-gen weniger genau reproduzierbar undwiederholbar, so muss dies üblicherweisemit einer hohen Anzahl an Experimentenkompensiert werden. Je nach Streuungder Messwerte erforderlicher, statistischerSicherheit kann dies in vielen Fällenschnell eine Serie von 30 bis 50 Experi-menten übersteigen. Kommen bereits op-

2002-2004 Physikstudium an der Universität Münster; 2004-2005 Physikstudiuman der Université d’Orsay, Paris/Frankreich; 2005-2008 Studium an der UniversitätMünster (Physik, Mathematik, Wirtschaftslehre und MIEBU); 2006-2007 Diplomar-beit am Laboratorium für Biophysik am Universitätsklinikum Münster (Thema:Holographische Mikroskopie an Zellkulturen mit LEDs); seit 8/2008 wissenschaftli-cher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen,seit 10/2010 Gruppenleiter in der Abteilung Mikro- und Nanometrologie;

Z U R P E R S O NZ U R P E R S O N Stephan StürwaldStephan Stürwald

Z e l l a n a n l y s e I n t e r v i e w

LABORPRAXIS Mai 2014 15

tische Pinzetten zum Einsatz, so sind un-ter Umständen weniger Experimente not-wendig aufgrund einer besseren Reprodu-zierbarkeit, jedoch müssen die optischenPinzetten üblicherweise manuell bedientwerden. Für eine Automatisierung könnendabei teilweise Bildverabeitungsalgorith-men zum Einsatz kommen, welche dieZellpositionen erfassen, damit ggf. imZentrum der Zelle automatisiert eine op-tische Pinzette platziert wird und die Zel-le dann an einer vordefinierten Stelle ab-gelegt wird. Nur sind derartige Herange-hensweisen lediglich eingeschränkt nutz-bar, da über Bildverarbeitung nur die la-terale Zellposition bestimmt werdenkann, die Positionierung der optischenPinzette aber auch einer präzisen axialenInformation bedarf.

LP: Am Fraunhofer IPT konnten Sie dieAnzahl der Messungen und somit den er-forderlichen Zeitaufwand deutlich reduzie-ren. Wie haben Sie das geschafft?STÜRWALD: Zunächst haben wir ein auf-rechtes, als auch ein inverses Mikroskopmit je zwei separaten Modulen ausgestat-tet: eines für die holographische optischePinzette und ein zweites für einen digi-

erlaubt dabei neben einem quantitativenPhasenkontrast, also einer dreidimensio-nalen Darstellung von teiltransparentenObjekten, auch die numerische, nachträg-liche Fokussierung in verschiedene Schär-feebenen des Mikroskopobjektives. Diesermöglicht unscharfe Aufnahmen zu refo-kussieren als auch mehrere Schärfebenengleichzeitig ohne signifikanten Informa-tionsverlust zu beobachten. Insbesonde-re bei Langzeitexperimenten an biologi-schen Zellen kann diese Methode auch dasDriften kompensieren. Die Neuerung be-steht in der effizienten Kopplung beiderVerfahren, welche zu relativ hohen Zeit-einsparungen führen kann.

LP: Welche neuen Untersuchungsmöglich-keiten ergeben sich hieraus?STÜRWALD: Häufig erfordern Untersu-chungen an Wirkstoffen auf biologischeZellen einen definierten Abstand, damitder Einflussradius der Zellen und derenInteraktion kontrolliert werden kann. Grö-ßen- bzw. Volumenänderungen sind dabeiein weiterer wertvoller Kennparameter fürLangzeituntersuchungen. Mittels DHM er-folgt daher z.B. bei Zelluntersuchungendie Bestimmung des Zellvolumens aller

„ Mit dem System ist es möglich, automa-tisiert Zellen gewünschter Größe in vor-her definierten Abständen oder Musternzu platzieren.“S T E P H A N S T Ü R WA L D ,Gruppenleiter Mikro- und Nanometrologie, Abteilung Produktionsmess-technik, Fraunhofer IPT

talholographischen Phasenkontrast. Dieholographischen Pinzetten erlauben da-bei eine Erzeugung von multiplen undzeitlich als auch räumlich variablen, kom-plexen Intensitätsverteilungen bzw. In-tensitätsfoki im Bereich der Fokusebenedes Mikroskopobjektives zur angepasstenAusübung von Kräften im Nano- und Piko-Newton-Bereich auf mehrere Zellengleichzeitig. Durch geschickte Kombina-tion von Intensitäten im Fokusbereichsind dabei neben dem Greifen auch Rota-tionen von mikroskopischen Objektenmöglich. Insgesamt ermöglicht diesesModul dem Biologen ein möglichst flexi-bles Greifen, Separieren und Bewegen vonZellen sowie deren Teilung oder sogar Tö-tung. Das Modul für die minimal invasive,digitalholographische Mikroskopie (DHM)

Zellen sowie deren axiale Höhe in der Nä-he des Schärfentiefebereiches eines Mik-roskopobjektives und es können somit fürdie Untersuchungen automatisiert Zellengewünschter Größe in vorher definiertenAbständen oder Mustern platziert werden.Eine sonst übliche manuelle Steuerungund Platzierung der Zellen entfällt dabei.Insbesondere die Bestimmung der genau-en axialen Höhe von Objekten ist für dasGreifen und Arrangieren der Zellen mittelsder holographischen Pinzetten eine not-wendige Voraussetzung, was durch ande-re Verfahren in dieser schnellen und flä-chendeckenden Form so nicht möglich ist.Daneben erlaubt unser System auch dieZellteilung und Tötung von Zellen.Vielen Dank für das Gespräch Herr Stür-

wald.

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16 Mai 2014 LABORPRAXIS

* J . WA G E N E R : Eppendorf AG,* J . WA G E N E R : Eppendorf AG,22339 Hamburg, Tel. +49-40-53801-0

* * C . P L E N N E VA U X : Eppendorf Application* * C . P L E N N E VA U X : Eppendorf ApplicationTechnologies SA, Namur, Belgien

1 Die Eppendorf-96-Well-Zellkulturplatte, Fülloptionen: A) äußerer Graben mit Flüssigkeit gefüllt, um die äußeren Wells zu isolierenB) Isolierung aller 96 Wells durch Befüllung des gesamten Zwischenraumes

Am Rand bemerktDen Rand-Effekt in zellbasierten Assays minimieren

Der sogenannte Edge Effect ist gefürchtet, da er die Ergebnisse zellbasierterAssays beeinträchtigt. Eine neue Zellkulturplatte bietet nun zwei Optionen,die äußeren sowie die inneren Wells zu isolieren, was eine gleichmäßige

Verteilung von Temperatur und Feuchtigkeit gewährleistet.J E S S I C A WA G E N E R * U N D C H R I S T E L L E P L E N N E VA U X * *

Die Analyse zellulärer Reaktionenmithilfe zellbasierter Assays ge-winnt in nahezu allen Bereichen der

biologischen Forschung an Bedeutung.Die Möglichkeit, Assays an Hochdurch-satzverfahren anzupassen, macht dieseunentbehrlich. So werden sie z.B. in derpharmazeutischen Forschung eingesetzt,um potenzielle Medikamente zu identifi-zieren. Die Aussagekraft und der Wert dererhaltenen Daten beruhen auf der gleich-bleibend hohen Qualität der durchgeführ-ten Assays. Zahlreiche Gründe können zurUnbeständigkeit in Multi-Well-Plattenbeitragen, so z.B. Variationen in Zellaus-saat und Unterschiede in Zellwachstumund -adhärenz. Einige dieser Aspektekönnen durch die Optimierung von Rou-tineverfahren im Labor vermieden wer-

den. Mögliche Maßnahmen schließen ad-äquate Durchmischung und Dissoziierungder Zellen ein, das Vermeiden von Luft-blasen während der Zellaussaat sowie dieBestimmung optimaler Wachstumsbedin-gungen bezüglich der Medienzusammen-setzung und Aussaatdichte. Der so ge-nannte Edge Effect kann durch diese Maß-nahmen allerdings nur selten vermiedenwerden. Da Well-zu-Well-Variationen inAssay-Ergebnissen vor allem in den äuße-ren Wells einer Multi-Well-Platte eine Rol-le spielen, wird dieses Phänomen alsRandeffekt („Edge Effect“) bezeichnet.Die Ursachen des Edge Effects sind viel-

fältig. Temperaturunterschiede innerhalbder Platte und Verdunstungseffekte in denRand-Wells während der Inkubation wur-den als zwei mögliche Faktoren beschrie-ben, die unregelmäßiges Zellwachstuminsbesondere an der Peripherie der Plattezur Folge haben können [1;2]. Es wirdallgemein angenommen, dass Verduns-tung in den äußeren Wells zu einer Anrei-

cherung von Medienkomponenten (z.B.Salzen) führt, was wiederum den Zell-stoffwechsel beeinflusst. Temperaturgra-dienten können ungleichmäßige zelluläreReaktionen hervorrufen. Beide Faktoren– Verdunstung und Temperaturgradient –können zu Unregelmäßigkeiten führensowie zu höheren Varianzen zwischen in-dividuellen Assays, und somit letztend-lich zu unzuverlässigen Ergebnissen.

Methoden zur Vermeidung desEdge EffectsVerschiedene Methoden zur Vermeidungdes Edge Effects wurden bereits beschrie-ben. Ein Ansatz, um die Auswirkungeneines Temperturgradienten zu minimie-ren, ist die Vorinkubation der Platte mitfrisch ausgesäten Zellen für ein bis zweiStunden bei Raumtemperatur, wodurchgleichmäßigere Zellverteilung und Adhä-sion erreicht werden [3]. Allerdings kannsich diese Methode, abhängig vom Zell-

SPECIA

L

Z e l l a n a l y s e V e r b r a u c h s m a t e r i a l

LABORPRAXIS Mai 2014 17

typ, auf die Lebensfähigkeit der Zellenauswirken. Für Anwendungen, bei denenlangfristige Inkubationen vonnöten sind,stehen verschiedene Produkte, wie Feuch-tigkeitskammern und Temperaturkam-mern, von verschiedenen Anbietern zurAuswahl. Ihr Zweck ist die Erschaffungeiner gleichbleibenden Mikroumgebung,indem die Verdunstung reduziert und einnahezu konstantes Niveau an Feuchtig-keit und Temperatur erreicht wird.Eine weitere gängige Methode zur Ver-

hinderung des Edge Effects stellt die Ver-meidung der peripheren Wells dar, diesallerdings auf Kosten des Probendurchsat-zes und der Effizienz. Das Nichtbenutzender äußeren Wells einer 96-Well-Plattereduziert die Anzahl der verfügbaren Wellsauf 60, eine Verminderung des Platten-durchsatzes um 38%. Dies resultiert inhöheren Ausgaben für Einmalartikel, be-ansprucht mehr Platz im Inkubator undkostet Zeit.

Minimierung des Edge Effects –Zellkulturplatten im VergleichIm Folgenden wird eine einfache undzweckmäßige Methode zur Minimierungder Verdunstung durch die Nutzung desäußeren Grabens und des Raumes zwi-schen den Wells der Eppendorf 96-Well-Zellkulturplatte beschrieben. Dieser Bei-trag vergleicht Eppendorf 96-Well-Zellkul-turplatten mit 96-Well-Zellkulturplattenanderer Hersteller in Bezug auf Well-zu-Well-Variation und Verdunstung.• Vorbereitung der Platten: Zur Beurtei-lung der Verdunstung in 96-Well-Plattenwurden die Eppendorf-Zellkulturplatte so-wie drei weitere Wettbewebsplatten un-tersucht. Der äußere Graben der Eppen-dorf-Platte wurde mit 1x5mL PBS befüllt.Der innere Raum zwischen den Wells wur-de mit 1x8mL PBS befüllt. Die Platte desHerstellers A bietet einen Graben mit vierReservoirs, die mit Flüssigkeit befüllt wer-

Bilder:Eppendorf

2 Vergleich der Verdunstung in verschiedenen 96-Well-Platten. Der Flüssigkeitsverlustin jedem einzelnen Well wurde nach fünftägiger Inkubation unter Zellkultur-Stan-dardbedingungen bestimmt.

Eppendorf-Zellkulturplatte

Hersteller A

Hersteller B

Hersteller C

SPECIA

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18 Mai 2014 LABORPRAXIS

den können. 1,75mL PBS wurden in jedesder vier Reservoirs gegeben. Die Plattenwurden in einem Eppendorf NewBrunswick CO2-Inkubator bei 37°C, 5%CO2 und entsprechender Luftfeuchtigkeitäquilibriert. Da die Platten der HerstellerB und C keine Möglichkeit bieten, denRaum zwischen den Wells zu befüllen,wurden für diese Platten keinerlei Vorbe-reitungsschritte durchgeführt.• Verdunstungsmessungen: Nach derÄquilibrierung wurde jede Platte unterBenutzung des automatischen Pipettier-systems ep-Motion 5075m mit 200µL ste-rilen Wassers pro Well befüllt. Die Plattenwurden unter Standardbedingungen(37°C, 5% CO2, befeuchtete Atmosphäre)inkubiert. Nach fünf Tagen Inkubations-

Wells ist eine langsamere Abkühlung desMediums in den Wells wenn die Platte au-ßerhalb des Inkubators gehandhabt wird(z.B. beim Mikroskopieren). Jede Flüssig-keit, wie steriles PBS, Wasser oder Zell-kulturmedium, eignet sich zum Befüllendes Grabens und des Zwischenraumes.Durch die Konstruktion der Eppendorf-Zellkulturplatte lässt sich der kompletteZwischenraum mit nur einem Pipettier-schritt befüllen.Ein Vergleich verschiedener 96-Well-

Zellkulturplatten (s.Abb.2 und Tabelle 2)zeigt, dass die Eppendorf-Zellkulturplattedie einzige Platte ist, welche die Verduns-tung effektiv minimiert. Hersteller A bie-tet die Möglichkeit einer teilweisen Iso-lierung der äußeren Wells; allerdingskonnte hier nach wie vor ein deutlicherRandeffekt beobachtet werden, wennauch abgeschwächter, im Vergleich zuHerstellern B und C.Das Befüllen des gesamten Well-Zwi-

schenraumes der Eppendorf-Zellkultur-platte trägt zu einer homogenen Feuch-tigkeitsverteilung und Temperaturstabili-tät innerhalb der Platte bei. Dies führt zueiner verminderten Verdunstungs- undKondensationsrate, was den Edge Effectdrastisch reduziert.

Literatur[1] A simple and cost efficient method to avoid

unequal evaporation in cellular screening as-

says, which restores cellular metabolic acti-

vity. Walzl A, Kramer N, Mazza G, Rosner M,

Falkenhagen D, Hengstschläger M, Schwan-

zer-Pfeiffer D, Dolznig H.; Int J Appl Sci Tech-

nol. 2012 June;2(6)

[2] A pitfall of the 3-(4,5-dimethylthiazol-

2-yl)-5(3-carboxymethonyphenol)-2-(4-

sulfophenyl)-2H-tetrazolium (MTS) assay due

to evaporation in wells on the edge of a 96

well plate. Patel MI, Tuckerman R, Dong Q;

Biotechnology Letters 2005; 27:805-808

[3] A simple technique for reducing edge effect

in cell-based assays. Lundholt BK, Scudder

KM, Pagliaro L; Journal of Biomolecular

Screening 2003; 8: 566

zeit wurden die Platten aus dem Inkuba-tor entnommen und für 30 Minuten beiRaumtemperatur äquilibriert. 0,01%-Kris-tallviolettlösung wurde zugegeben(20µL/Well) und durch Resuspendierenvermischt. Daraufhin wurden 100µL die-ser Mischung aus jedem Well in eine Ep-pendorf Microplate (VIS 96/F) gegeben.Für die Erstellung einer Kalibrierungskur-ve wurden Kristallviolett-Standards her-gestellt. Die Absorption der Proben undder Standards wurde bei 600nm im Ep-pendorf Platereader AF2200 gemessen.Dargestellt sind die Mittelwerte aus zweiMessungen.

Flüssigkeitsverluste über diegesamte Platte minimierenBei längeren Inkubationszeiten wird dasPhänomen der Verdunstung in 96-Well-Platten zu einem kritischen Faktor. Ins-besondere in Rand-Wells tritt Flüssig-keitsverlust auf, da diese Wells nicht voll-ständig von benachbarten Wells umgebensind. Das Isolieren der Rand-Wells mitFlüssigkeit kann die Verdunstung reduzie-ren, wie in Tabelle 1 dargestellt. OhneIsolierung zeigen die äußeren Wells derEppendorf 96-Well-Zellkulturplatte nachfünftägiger Inkubation unter Zellkultur-Standardbedingungen eine durchschnitt-liche Verdunstung von nur 1,8%. Der ge-ringe Flüssigkeitsverlust ist wahrschein-lich auf die optimierte Passgenauigkeitvon Deckel und Platte zurückzuführen.Das Befüllen des äußeren Grabens mitFlüssigkeit senkt die Verdunstungsrateauf weniger als 1%. Wie in Abbildung 1gezeigt, ermöglicht das „Chimney-Well“-Design der Eppendorf-Platte das zusätzli-che Befüllen des Well-Zwischenraumes,was die Verdunstung in den Rand-Wellsauf lediglich 0,3% senkt. Ein weitererVorteil der Isolierung jedes einzelnen

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema finden Sieunter dem Stichwort „zellbasierte Assays“ aufwww.laborpraxis.de

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welches in der Medikamentenentwicklung, beim Tissue Engineering sowie in derakademischen Forschung breite Anwendung findet. In diesem Zusammenhangspielt die Verdunstung von Zellkulturmedium eine wichtige Rolle, da hierdurch dieErgebnisse des Assays beeinträchtigt werden können. Da Verdunstung hauptsäch-lich in den äußeren Wells der Platte eine Rolle spielt, wird dieses Phänomen als

fältig. Temperaturunterschiede innerhalb der Platte und Verdunstungseffekte inden Rand-Wells während der Inkubation wurden als zwei mögliche Faktoren be-schrieben, die unregelmäßiges Zellwachstum insbesondere an der Peripherie derPlatte zur Folge haben können.

L P - T I P PL P - T I P P zum Rand-Effektzum Rand-Effekt

Tabelle 2: Durchschnittliche Verduns-tung in Rand-Wells in 96-Well-Platten96-Well-Platte Füll-

optionVerdunstung inRand-Wells (%)

Eppendorf ja 0,3

Hersteller A ja 3,0

Hersteller B nein 8,3

Hersteller C nein 4,8

Tabelle 1: Effektive Isolierung redu-ziert die Verdunstung in Eppendorf-96-Well-Zellkulturplatten. Durch-schnittliche Verdunstung in Rand-Wells nach fünftägiger Inkubationunter Zellkultur-Standardbedigungen.

Verdunstung inRand-Wells (%)

Fülloption

keine Befüllung 1,8

äußerer Graben(5mL)

0,9

äußerer Graben (5mL) undZwischenraum zwischen denWells (8mL)

0,3

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20 Mai 2014 LABORPRAXIS

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LZ e l l a n a l y s e S t a t i s t i k

Jeder Mensch ist mit einem individu-ellen, einmaligen Satz von Genenausgestattet, und jede Zelle im

menschlichen Körper enthält genau die-sen gleichen Satz von Genen. Dennochgibt es eine große Vielfalt an Zellen, z.B.Nervenzellen, Hautzellen und Muskelzel-len. Die Heterogenität der Zellen rührtdaher, dass in verschiedenen Gewebear-ten verschiedene Gene aktiv sind. AktiveGene werden in RNA umgeschrieben

* D R . C . F U C H S : Institute of Computational* D R . C . F U C H S : Institute of ComputationalBiology, Helmholtz Zentrum München, 85764Neuherberg, Tel. +49-89-3187-3385

(Transkription) und dann in Proteineübersetzt (Translation). Man sagt, dieseGene werden exprimiert. Solche Genex-pression kann gemessen werden. Microar-rays liefern beispielsweise die relativeMenge an messenger RNA (mRNA).Hautzellen und Muskelzellen haben al-

so unterschiedliche Expressionsmuster.Sie können allerdings auch allein auf-grund ihrer Morphologie, also ihres Aus-sehens, unterschieden werden. Das glei-che gilt für gesunde Zellen und Krebszel-len der gleichen Gewebeart: Krebszellensind oft größer und haben einen größerenZellkern als ihre gesunden Nachbarn. Sie

1 Herangehensweisen für dieSchätzung von Zellheterogeni-täten: A) Analyse von Einzel-zellmessungen. Solche Datensind teuer und unterliegengroßem Messfehler. Daher sindsie hier nicht sinnvoll. B) Vor-sortierung der Zellen nachZelltypen und anschließendeMicroarray-Messung für eineMenge gleicher Zellen. Im hierbetrachteten Fall ist die Vor-sortierung wegen der identi-schen Morphologie nicht mög-lich. C) Stochastic Profiling:Für eine zufällig ausgewählteMenge von Zellen wird die Ge-samtexpression gemessen unddiese per Maximum Likelihoodanalysiert.

Mische und herrscheZelluläre Genexpression statistisch unterstützt analysieren

Der Schlüssel zur Funktionsweise unserer Zellen liegt in ihrer Genexpression.Experimentelle Einzelzellanalysen sind aber aufwändig und teuer. Mit Tricks ausder Statistik geht’s schnell und zuverlässig. Mögliche Anwendungen liegen z.B.in der Krebsforschung. C H R I S T I A N E F U C H S *

unterscheiden sich außerdem in ihremGenexpressionsmuster, und genau das istauch der Grund dafür, warum eine gesun-de Zelle zur Krebszelle wurde.Eine kranke Zelle verändert aber nicht

schlagartig ihr Aussehen. Zunächst ändertsich die Aktivität der Gene, und erst inder Folge kommt es zum veränderten Er-scheinungsbild. In diesem Zwischensta-dium unterscheiden sich gesunde undkranke Zellen in ihrer Genexpression, un-ter dem Mikroskop sehen sie aber iden-tisch aus. Für die Krebsforschung ist eswichtig, die Eigenschaften der zweiZellarten zu diesem Zeitpunkt zu kennen.

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Die Problemstellung lautet also, für ei-ne Menge von gleich aussehenden, aberheterogenen Zellen zwei Zelltypen an-hand ihrer Genexpression zu identifizie-ren. Die zwei Zelltypen unterscheiden sichdarin, dass ein bestimmtes Gen in einemder Typen hochreguliert ist, d.h. verstärkttranskribiert wird, und im anderen Zelltypnicht.

Die Mischung macht’s

Die möglichen Herangehensweisen fürdiese Fragestellung sind in Abbildung 1beschrieben. Der Ansatz, der hier vorge-stellt wird, nennt sich Stochastic Profi-ling: Aus jeder Gewebeprobe wird zufälligeine kleine Anzahl von Zellen entnommenund hiervon die Summe der Einzelexpres-sionen gemessen (s.Abb.1). Das hat denVorteil, dass mehr genetisches Startma-terial vorhanden ist, welches zu einemgeringeren Messfehler führt. Andererseitssind die Messungen vermischt: Jeder Wertberuht auf einer zufälligen Zusammenset-zung von Zellen der zwei Typen. Das Zielist es, aus den aggregierten Proben den-noch Informationen zu den einzelnenZelltypen zu gewinnen.

Um die Daten statistisch zu analysie-ren, benötigt man ein Wahrscheinlich-keitsmodell für die vorliegenden Messun-gen. Dies sieht so aus: Mit Wahrschein-lichkeit p ist eine zufällig ausgewählteZelle vom Typ I, ansonsten vom Typ II. Inbeiden Fällen ist die Genexpression X die-ser Zelle lognormalverteilt, d.h. der na-türliche Logarithmus der Genexpression,log(X), ist normalverteilt. Dies ist eineübliche Annahme für Expressionsdaten.Allerdings besitzen die beiden Lognor-malverteilungen unterschiedliche Parame-ter: Für Typ I hat log(X) den Mittelwertμ1 und die Standardabweichung σ1, an-sonsten Mittelwert μ2 und Standardab-weichung σ2 (s.Abb.2). Die Parameter p,μ1, μ2, σ1 und σ2 sind unbekannt und sol-len aus den Daten geschätzt werden.

Statistik hilft

Hierzu kann die Maximum-Likelihood-Methode verwendet werden. Sie ist eingängiges statistisches Verfahren, um füreinen gegebenen Datensatz den plausi-belsten Satz von Parameterwerten zu er-mitteln. Dazu leitet man für das Wahr-scheinlichkeitsmodell die so genannte

Bilder:Helmho

ltzZentrum

Mün

chen

2 Dichtefunktion der logarithmierten Genex-pression log(X) einer einzelnen Zelle: Mit Wahr-scheinlichkeit p ist sie vom Typ I, ansonstenvom Typ II. In beiden Fällen ist X lognormalver-teilt, d.h. log(X) ist normalverteilt. Für Typ Ihat log(X) den Mittelwert μ1 und die Standard-abweichung σ1, ansonsten Mittelwert μ2 undStandardabweichung σ2.

Likelihoodfunktion her und bestimmt de-ren Maximum. Hierbei besteht die Schwie-rigkeit, dass die Genexpression X nicht fürjede einzelne Zelle gemessen wird, son-dern man nur die Summe X1+...+Xn von nZellen kennt. Das gibt der Likelihoodfunk-tion – abhängig von den Daten – mögli-cherweise eine irreguläre Gestalt mit vie-len lokalen Minima und Maxima. Aberauch das lässt sich mit fortgeschrittenennumerischen Verfahren meistern.Um zu untersuchen, wie gut die Schätz-

methode in der Praxis im Idealfall funkti-oniert, kann man sie auf künstlichen Da-ten testen. Das bedeutet, dass man sichvom Computer Zufallszahlen generierenlässt, die dem angenommenen statisti-schen Modell entsprechen. Der Zufallsge-nerator wird mit den Parametern gefüt-tert, die eigentlich unbekannt sind: rela-tive Häufigkeit p, Mittelwerte μ1 und μ2

und Standardabweichungen σ1 und σ2.Anschließend schätzt man genau dieseParameter wieder aus den künstlichen Da-ten und überprüft, ob die wahren und diegeschätzten Werte gut übereinstimmen.Das Ergebnis hier ist: Wenn aus mindes-tens 50 Gewebeproben je zehn Zellen ent-nommen werden, dann reichen die Daten

3 Vergleich der statistischen und experimentellen Schätzungen derrelativen Häufigkeit p. Grau: statistische Schätzung, schwarz: experi-mentelle Ergebnisse (FISH). Gezeigt werden jeweils die Mittelwerteund ein 95%-Konfidenzbereich. A-C) Gengruppen 1-3.

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B

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aus, um zuverlässige Schätzungen zu er-halten. Liegen weniger als 50 Gewebepro-ben vor, sollten mehrere Gene gleichzeitiganalysiert werden. Dies erhöht zwar dierechnerische Komplexität des Schätzver-fahrens, aber auch die Datenmenge.

Neue Erkenntnisse

Das Schätzverfahren soll nun verwendetwerden, um Proben aus menschlichemBrustgewebe zu analysieren. Die Bioinge-nieure Dr. Kevin Janes und Sameer Bajikarvon der Universität Virginia lieferten ent-sprechende Messungen aus 16 Gewebe-proben, die jeweils aus Mischungen vonzehn Zellen bestehen. Unter den übertausend gemessenen Genen stechen dreiGruppen mit jeweils 10 bis 23 Genen he-raus, die ähnliche Expressionsmuster zei-gen und deshalb jeweils gemeinsam ana-lysiert werden. Die statistische Methodeschätzt, dass in den drei Gruppen in 25%,10% bzw. 2,3% der Zellen die Gene hoch-reguliert sind (s.Abb.3). Sie liefert au-ßerdem Schätzungen für die Mittelwerteund Standardabweichungen.Die dritte Gruppe sticht heraus, da in

nur 2,3% der Zellen die betrachteten Ge-ne hochreguliert sind. Des Weiteren istder Mittelwert des niedrig-exprimiertenZelltyps so niedrig, dass die Gene hier in-aktiv oder nur sehr schwach aktiv sind.Diese Gruppe enthält mehrere Gene, diemit Brustkrebs in Verbindung gebrachtwerden: Das Gen BRIP1 ist mit einem er-höhten Risiko für Brustkrebs assoziiert,IRF2 wird häufig in Brustkrebszellen ex-primiert, und HIVEP2 ist bei Brustkrebshäufig herunterreguliert oder mutiert. Dasinteressanteste Gen in dieser Gruppe istjedoch PIK3CD. Im Rahmen der Experi-mente für das hier vorgestellte Projektfielen dazu einige Ungereimtheiten auf:Eigentlich wird PIK3CD für gesundes Zell-wachstum verantwortlich gemacht. Wirdes aber künstlich gehemmt, wachsen dieZellen unnatürlich stark und nehmen eineabnormale Form an. Auch verhält sich

zelzelldaten haben den Vorteil, dass sieunmittelbare Infos zu einer einzigen Zel-le liefern, während die Infos in den ag-gregierten Messungen vermischt sind.Andererseits enthalten die aggregiertenMessungen die Information zu viel mehrZellen, und wie fast immer in der Statistikist es von Vorteil, viel zu erfassen. Ange-nommen, einer der beiden Zelltypenkommt nur in 5% aller Zellen vor, und esliegen 16 Messungen vor. Im Fall der Ein-zelzelldaten würde man dann 16 Zellenbetrachten, von denen voraussichtlichzwischen 0 und 2 Zellen von diesem Zell-typ wären (durchschnittlich 0,8 Zellen).Hieraus lässt sich nicht viel ableiten. ImFall der aggregierten Messungen dagegenwürde man 160 Zellen analysieren, davonwahrscheinlich zwischen 4 und 13 (durch-schnittlich 8) vom besagten Zelltyp.Um den Unterschied genauer zu quan-

tifizieren, werden noch einmal künstlicheDaten zu Hilfe genommen: Man simuliert100 Datensätze, in denen jede Messungauf einer einzelnen Zelle beruht, und 100Datensätze, bei denen jeweils zehn Zellenaggregiert werden. Für jeden Datensatzwerden alle Parameter geschätzt und diedurchschnittliche Abweichung von denwahren Werten betrachtet. Die aggregier-ten Daten sind dabei den Einzelzelldatenweit überlegen. Der Unterschied ist umsodeutlicher, je geringer der Anteil der klei-neren Population ist. Das hier beschrie-bene Stochastic Profiling mit anschlie-ßender Maximum-Likelihood-Schätzungliefert also mit weniger Aufwand verläss-lichere Ergebnisse.

Literatur[1] Bajikar*, Fuchs*, Roller, Theis°, Janes°: Pa-

rameterizing cell-to-cell regulatory hetero-

geneities via stochastic transcriptional profi-

les. PNAS 111, E626-E635 (2014) *geteilte

Erstautorschaft, °geteilte Letztautorschaft

[2] Janes, Wang, Holmberg, Cabral, Brugge: Iden-

tifying single-cell molecular programs by sto-

chastic profiling. Nat Methods 7(4), 311-317

(2010)

PIK3CD anders als seine Verwandten PIK-3CA und PIK3CB und folgt deshalb schein-bar einem eigenen regulatorischen Me-chanismus. Dies wirft neue biologischeFragestellungen auf, die im Rahmen vonFolgestudien behandelt werden.

FISH-Kontrolle

Für die bisherigen Schlussfolgerungenmuss noch gezeigt werden, dass die sta-tistische Methode nicht nur für künstli-che, perfekte Daten funktioniert, sondernauch für die realen Messungen. Die Schät-zung könnte z.B. schiefgehen, wenn dieModellannahmen nicht zutreffen und ausirgendwelchen Gründen keine Lognormal-verteilung vorliegt. Der Nachweis ge-schieht folgendermaßen: Mit Kontrollex-perimenten kann die relative Häufigkeitp der beiden Zelltypen in einer Gewebe-probe bestimmt und mit den rechneri-schen Ergebnissen verglichen werden.Hierzu wird die Fluoreszenz-in-situ-Hyb-ridisierung (FISH) verwendet, die es er-laubt, Zellen zu identifizieren, in denenbesonders viel mRNA eines bestimmtenGens vorliegt, in denen das entsprechen-de Gen also hochreguliert ist (s.Abb.4,online). FISH ist sehr aufwändig und teu-er. Daher bietet es keine Alternative zumstatistischen Verfahren. Es kann in be-grenztem Umfang durchgeführt werdenund dient dann zur Überprüfung der rech-nerischen Ergebnisse. Wie Abbildung 3zeigt, ist die Übereinstimmung bei denvorliegenden Daten groß. Aus der Verifi-zierung der relativen Häufigkeit p ist zuschließen, dass die statistische Methodeauch die weiteren Parameter μ1, μ2, σ1

und σ2 verlässlich schätzt.

Mehr ist mehr

Es bleibt die Frage, ob und inwiefern dieAnalyse von gemischten Messungen derEinzelzellanalyse überlegen ist, wennman von den technischen Schwierigkei-ten der Einzelzellmessungen absieht. Ein-

Eines Tages wird es möglich sein, das gesamte Genom, Transkriptom und Proteomeinzelner Zellen kostengünstig und zuverlässig zu messen. Erste Schritte in dieseRichtung wurden schon gemacht. Bis dahin werden für die Analyse von Zellhetero-

Profiling mit anschließender Maximum-Likelihood-Schätzung liefert verlässlichereErgebnisse mit weniger Aufwand und ist gleichzeitig kostengünstiger als die expe-rimentelle Einzelzellanalyse.

L P - T I P P Zellheterogenitäten analysierenZellheterogenitäten analysieren

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema finden Sieunter dem Stichwort „Helmholtz ZentrumMünchen“ auf www.laborpraxis.deEVENTS: Vom 21. bis 23. September 2014veranstaltet das HZM die 2nd Annual Helm-holtz-Nature Medicine Diabetes Conference.Infos und Anmeldung unter www.helmholtz-muenchen.de/aktuelles/termine

THE DIGITAL LAB NOTEBOOK

„It’s timeto rethink research!“

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LZ e l l a n a l y s e D u r c h f l u s s z y t o m e t r i e

24 Mai 2014 LABORPRAXIS

Der Bedarf an umweltfreundlichenKunststoffmaterialien ist in denletzten zehn Jahren enorm gestie-

gen, die weltweite Produktion von rund1,4 Mio t (für das Jahr 2012, http://en.european-bioplastics.org/) kann diesenMarkt jedoch nicht in genügender Mengeund kostengünstig beliefern. Zurzeit sindzwei Hauptklassen von Biokunststoffenauf dem Markt erhältlich: biobasierte/nicht abbaubare und biologisch abbauba-re Kunststoffe. Vorteil der biobasiertenKunststoffe wie Bio-Propylen ist, dass sie

* P R O F . D R . M . Z I N N , S . K A R M A N N ,* P R O F . D R . M . Z I N N , S . K A R M A N N ,D R . S . F O L L O N I E R : HES-SO Valais – Wal-D R . S . F O L L O N I E R : HES-SO Valais – Wal-lis, Institut für Life Technologies, CH-1950 Sion,Schweiz, Tel. +41-27-606-8611

* * A . VA C C A R I , M . S E Q U E I R A : HES-SO* * A . VA C C A R I , M . S E Q U E I R A : HES-SOValais – Wallis, Institut für Systems Engineering,CH-1950 Sion, Schweiz

aus nachhaltigen Ressourcen produziertwerden und die industrielle Verarbeitungwegen des erdölbasierten und ansonstenidentischen Polymers Polypropylen be-reits gut etabliert ist.Der zu Polypropylen entsprechende und

biologisch abbaubare Kunststoff ist Poly([R]-3-hydroxybutyrat) (PHB) und wirdwegen der enantiomeren Reinheit und deshohen Molekulargewichtes (Mw>600kDa)ausschließlich biotechnologisch im bak-teriellen Bioprozess hergestellt. Dabeilagern die Zellen das PHB als Kohlen- undEnergiespeicherstoff im Zellinnern ein,welches mit hydrophoben Färbemitteln,wie Sudan schwarz oder dem Fluorszenz-farbstoff Nilrot (s.Abb.1), im Mikroskopvisualisiert werden kann. Der Gehalt vonPHB kann im Bakterium bis zu 90% derTrockenmasse betragen, wenn Glukose alsC-Quelle und eine Wachstumslimitation

1 Mit Nilrot gefärbte Zelle Rhodospirillum rubrum mit dem Fluoreszenzmikroskop beobachtet.

Bild:S.

Karm

ann,

HES-SOValais-Wallis

Aus Gas mach KunststoffBakterielle Biokunststoffproduktion durchflusszytometrisch verfolgt

In den letzten Jahren sind die Durchflusszytometriegeräte günstiger in derAnschaffung aber auch gleichzeitig leistungsstärker in der Analyse von Bakteriengeworden. Im Europäischen Forschungsprojekt SYNPOL untersuchen Wissenschaftler

so die bakterielle Biokunststoffproduktion aus Synthesegas während des Bio-prozesses im Bioreaktor. M A N F R E D Z I N N * , S T E P H A N I E K A R M A N N * , A L D O VA C C A R I * * ,

M I C H A E L S E Q U E I R A * * U N D S T É P H A N I E F O L L O N I E R *

durch das Nährstoffelement Stickstoffoder Phosphor vorliegt. Mittels Lösemit-telextraktion kann PHB aufgereinigt undals Verpackungsmaterial oder sogar medi-zinisch biokompatibler Werkstoff verwen-det werden [1].

Nachhaltige PHB-Produktion

Um die Biokunststoff-Herstellung von derLebensmittelproduktion zu entkoppelnund damit einen Konflikt um Rohstoffe zuvermeiden, wurde in den letzten Jahrenvermehrt nach alternativen Kohlenstoff-quellen gesucht. Die Verwertung von Ab-fallstoffen aus der Lebensmittelindustrie(z.B. Abfälle aus der Fleisch- und Milch-industrie) stellen dabei eine sehr interes-sante Alternative dar [2]. Mit geeigneterenzymatischer und/oder chemischer Vor-behandlung werden diese Abfälle zu gut

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LABORPRAXIS Mai 2014 25

verwertbaren Kohlenstoffquellen, darun-ter Fettsäuren und Zucker. Der zusätzlicheAufbereitungsschritt bewirkt jedochgleichzeitig höhere Herstellungskosten.

Syngas als Kohlenstoffquelle

Ein interessanter Ansatz wird im europä-ischen Forschungsprojekt SYNPOL (FP7,s.Abb.2) verfolgt. Im Rahmen der euro-päischen Energiediskussion ist die Ver-wertung von organischen Abfällen zuSynthesegas ein wichtiges Forschungs-projekt der Industrie geworden. Synthe-segas oder auch Syngas genannt, wird beider thermischen Umwandlung von orga-nischen Materialien bei ca. 600-900°C inCO, H2, CO2, N2 und Spuren anderer Gaseumgewandelt [3]. Syngas wurde bereitsin den 1930er Jahren zur energetischenVerwertung benutzt und gilt heute als eingrüner Energiespeicher und auch wertvol-ler Ausgangsstoff für die chemische Syn-these. Wegen des relativ hohen CO-Anteilsvon 30-40% führt die thermische Verwer-tung wiederum zur unerwünschten Bil-dung von CO2. Hier setzt das EU-For-

schungsprojekt Synpol (www.synpol.org)unter der Leitung von Prof. J. L. Garcìaam Consejo Superior de InvestigacionesCientíficas (CSIC) in Madrid an: Das gebil-dete CO soll mittels Fermentation vonClostridien (Universität Ulm, Deutsch-land) in wertvolle Polymerbausteine um-gewandelt werden bzw. PHB soll mittels

2 Im Projekt Syn-pol wird die bakte-rielle Herstellungvon Biokunststof-fen aus Syngas un-tersucht.

Bild:CSIC,Spanien,

www.synp

ol.org

Rhodospirillum rubrum (CSIC und HES-SOValais – Wallis, Schweiz) direkt oder nachgenetischer Rekombination in Ralstoniaeutropha (Westfälische Wilhelms-Univer-sität Münster, Deutschland) indirekt her-gestellt werden. An der Hochschule fürIngenieurwissenschaften mit StandortSitten, Schweiz (HES-SO Valais – Wallis)

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26 Mai 2014 LABORPRAXIS

wurde in Zusammenarbeit mit dem Syn-pol-Industriepartner Infors HT (Bottmin-gen, Schweiz) eine sichere und moderneFermentationsplattform zur anaerobenVerwertung von Syngas aufgebaut(s.Abb.3). Diese Plattform wird zurzeitmit Process Analytical Technology (PAT)ergänzt, unter anderem auch die automa-tisierte Analyse des PHB-Gehaltes mittelsDurchflusszytometrie.

Durchflusszytometrie

Seit den 1970er Jahren hat die Durch-flusszytometrie große Entwicklungsschrit-te bezüglich ihrer Lasertechnologie undDurchflusszelle erzielt. Die Geräte sindkleiner, kostengünstiger und anwen-dungsfreundlicher geworden. So konntendie sehr gut etablierten Anwendungen imMedizinbereich (z.B. Immunologie, Häma-tologie) mit der Entwicklung neuer Fluo-reszenzfarbstoffe und Lichtfilter auf dieAnalyse von Mikroorganismen adaptiertwerden. Im Lebensmittelsektor und neu-erdings auch in der Trinkwasseraufarbei-tung, hat die Durchflusszytometrie unter-dessen ihren festen Platz gefunden [4].Die industrielle Anwendung der Durch-flusszytometrie in der Produktion vonPHB ist jedoch noch nicht etabliert. ErsteAnsätze wurden in den frühen 1980er

ert in der Regel bis zu fünf Tage bis zurvollständigen Auswertung. Da die Zell-konzentration zu Beginn von Batchkultu-ren sehr niedrig ist, wird ein größeresProbenvolumen benötigt. Daher wird imSynpolprojekt eine volle Automatisierungder PHB-Quantifizierung mittels Durch-flusszytometrie angestrebt, auch um dieProbenmenge möglichst klein zu haltenund den Bioprozess auch während derRandzeiten verfolgen zu können.

Automatisiert und online

Für die Online-Durchflusszytometrie gibtes bereits Geräte auf dem Markt, die fürdie Qualitätskontrolle von Trinkwasservorgesehen sind. Stichproben des Wasserswerden automatisch entnommen, mit Flu-oreszenzfarbstoff gefärbt und die Zellzahlbestimmt [4]. Da diese Geräte jedoch nurZellzahlen zwischen 102 und 106 ZellenmL-1 korrekt messen können, muss für dieVerfolgung der PHB-Produktion – speziellfür Bioprozesse mit hohen und stets zu-nehmenden Zelldichten – ebenfalls eineflexible, automatische Verdünnung bis zueinem Faktor 1000 etabliert werden. Ver-schiedene Ansätze basieren auf dem gra-fischen Programmiersystem Labview (Na-tional Instruments), das die einfacheModifikation der Verdünnungs- und Fär-beschritte erlaubt. Messintervalle von 15Minuten sind gut realisierbar [7,8]. Zur-zeit wird an der HES-SO ein neues Analy-sesystem entwickelt, das die Messzeitweiter reduzieren soll. Im Rahmen desSynpol-Projektes wird das Online-Durch-flusszytometer für die Wahl des optimalenFermentationsprozesses (Fed-Batch oderChemostat) und der entsprechenden Me-diumsoptimierung eingesetzt werden.

3 Die neu aufgebaute Arbeitsplattform an der HES-SO/Valais – Wallis, Sion, Schweiz,erfüllt die benötigten Sicherheitsanforderungen zur Fermentation von Syngas.

Bild:ph

oto-genic.ch

Jahren mit Nilrot als lipophiler Fluores-zenzfarbstoff durchgeführt [5]. StarkeHintergrundfärbung, schnelles Ausblei-chen und die relativ lange Färbezeit er-schwerten die Handhabung im For-schungslabor. Erst mit der Verwendungdes Fluoreszenzfarbstoffes BODIPY493/503 konnte die Färbung verbessertund die Fluoreszenzsignale eindeutig fürdie Quantifizierung des PHB-Gehaltes inder Zelle benutzt werden [6]. Diese PHB-Analysemethode bietet für die Syngas-Fermentation mit R. rubrum entscheiden-de Vorteile: Die Messresultate sind nochwährend der Fermentation, sogar beinahein Echtzeit, verfügbar und es werden nurkleine Probenvolumina (0,5mL mit opti-mal 106 ZellenmL-1) benötigt. Diese Vor-teile sind umso wichtiger, da eine ersteFermentation gezeigt hatte, dass eineBatchkultur mehr als eine Woche in An-spruch nehmen kann. Die gut etablierteAnalyse des PHB-Gehaltes von gefrierge-trockneten Bakterien mittels Gaschroma-tografie ist sehr arbeitsaufwändig, benö-tigt mindestens 50mg Biomasse und dau-

3-hydroxybutyrat) (PHB) wird wegen der enantiomeren Reinheit und des hohenMolekulargewichtes (Mw >600kDa) ausschließlich biotechnologisch im bakteriel-len Bioprozess hergestellt. Dabei lagern die Zellen das PHB als Kohlen- und Ener-

Wachstumslimitation durch das Nährstoffelement Stickstoff oder Phosphor vor-liegt. Um die Biokunststoff-Herstellung von der Lebensmittelproduktion zu entkop-peln und damit einen Konflikt um Rohstoffe zu vermeiden, wurde in den letztenJahren vermehrt nach alternativen Kohlenstoffquellen gesucht.

L P - T I P P Biotechnologische PHB-ProduktionBiotechnologische PHB-Produktion

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema sowie dieLiteraturstellen zum Beitrag finden Sie unterdem Stichwort „DurchflusszytometrieHES-SO“ auf www.laborpraxis.de

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Eine effiziente Zellkulturentwicklung schafft die Grundlage für das erfolgreicheScreening von Zelllinien. Bei klassischen Verfahren gehört eine Anzahl manuellerSchritte zum Arbeitsablauf, die zu einer Varianz in den Ergebnissen und Zellkultu-ren führen können. Eine automatisierte Lösung schafft hier bessere Voraussetzun-gen für optimale Zellkulturen. Zentrales Element des automatisierten ambr-Sys-tems sind multiparallel betriebene Bioreaktoren, die die spezifische Charakteristikgrößerer Bioreaktoren in einem sehr kleinen Maßstab (10 bis 15ml) abbilden.

L P - T I P P zur Zellkulturentwicklung

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LABORPRAXIS Mai 2014 29

Z e l l a n a l y s e L a b o r a u t o m a t i o n

Bereits beim Zelllinien-Screening las-sen sich durch eine Maximierung derAnzahl von evaluierten Zelllinien die

Chancen erhöhen, einen hochergiebigenKlon für proteinbasierte und monoklona-le Antikörpertherapien (mAb) zu erhal-ten.Für die Auswahl hoch produktiver Zell-

linien wurden traditionell Schüttelkolbenund Benchtop-Bioreaktoren eingesetzt,unterstützt durch optimale Medien, Zell-nahrung und Bioprozess-Bedingungen.Schüttelmethoden ermöglichen jedochweder eine Kontrolle des pH-Wertes unddes gelösten Sauerstoffs (DO) noch ge-währen sie das gleiche Mischverhaltenwie in einem Bioreaktor. Sie werden oft-mals nicht von einem System gesteuertund müssen von Hand kontrolliert wer-

den, wodurch Nährstoffversorgung undProbennahme variabilitätsanfällig sind.Im Vergleich zu einem Scale-up-Verfahrenresultiert die Verwendung von Schüttel-kolben nicht selten in unterschiedlichenZellwachstumsraten und in verschiede-nen Protein-Expressionsprofilen.Für die Zelllinien-Bewertung müssen

gegenwärtig mehrere Durchläufe vonBatch- und Fed-Batch-Schüttelkolbenstu-dien erfolgen, um die anfangs hohe Klon-zahl auf eine übersichtlichere Anzahl anKandidaten zur Evaluierung in Benchtop-Bioreaktoren zu reduzieren.Diese Methoden sind ressourceninten-

siv und aufgrund des hohen Aufwands,anfallender Kosten sowie eines begrenz-ten Durchsatzes kann nur eine beschränk-te Anzahl an Benchtop-Bioreaktoren pa-rallel betrieben werden. Gewöhnlichkommt nur eine sehr geringe Anzahl vonZelllinien in kleinen Gefäßen (2 bis 10 l)zur Evaluierung. Die letztlich selektierte

1 Das ambr15-Bioreaktorsystem dient dem effizienten Screening von Zelllinien. Es besteht im Wesentlichen aus den Einweg-Bioreaktoren,der Workstation und der Software. Das System ermöglicht die parallele Verarbeitung und Steuerung von 24 oder 48 Bioreaktorexperimenten.

Bilder:TAPBiosystems

Zellkulturentwicklungmit System

Microbioreaktor reduziert Zeit- und Kostenaufwand

Im Vergleich zu klassischen Medikamenten sind biopharmazeutisch hergestellteTherapeutika derzeit noch relativ teuer. Neben einer frühzeitigen Selektion vonSäugetier- oder Insektenzelllinien, die hohe Proteintiter exprimieren, ermög-licht die Optimierung der Proteingewinnung mithilfe von Microscale-Bioreakto-ren eine signifikante Reduktion von Kosten im Entwicklungsprozess.

M I C H A E L A M c A D A M , D O M I N I C G R O N E *

* M . M c A D A M , D . G R O N E :* M . M c A D A M , D . G R O N E :Sartorius Stedim Biotech, 37079 Göttingen,Tel. +49-551-308-0

Zelllinie kann beim Scale-up durch sub-optimale Leistung Ergebnisse wie Ausbeu-te und Produktqualität beeinträchtigen.Die Notwendigkeit, unter „realen“

Benchtop-Bioreaktorbedingungen zahl-reiche Experimente durchzuführen, hatzur Entwicklung von miniaturisiertenTechnologien geführt, die einen hohenDurchsatz an Zellkulturen ermöglichen.Viele dieser Ansätze haben jedoch denNachteil, dass sie die tatsächliche Strö-mungs- und Rührwirkung eines Bioreak-tors nicht nachahmen, da sie über keininternes Rührwerk verfügen und das Mi-schen stattdessen durch andere Methodenwie z.B. Schütteln erfolgen muss.

Automatischer Microbioreaktormit Begasung und RührwerkUm das Mischen und die Gasparameter imBioreaktor nachzuahmen, hat das briti-sche Unternehmen TAP Biosystems (seit

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30 Mai 2014 LABORPRAXIS

Z e l l a n a l y s e L a b o r a u t o m a t i o n

Dezember 2013 Sartorius Stedim Biotechzugehörig) das innovative Microbioreak-torsystem ambr15 entwickelt. Das Systembesteht im Wesentlichen aus drei Kompo-nenten: Einwegbioreaktor, Workstationund Software. Das System ermöglicht dieautomatische parallele Verarbeitung undSteuerung von 24 oder 48 Bioreaktorex-perimenten durch nur einen Mitarbeiterund ist für Säugetier- und Insektenzellengeeignet. Das System ist mit einem Rühr-werk und einer Gaszufuhr ausgestattet. Esahmt das Funktionsprinzip von Benchtop-Bioreaktoren nach und ermöglicht somiteine deutlich bessere Kontrolle über Um-feld und Verfahren. Infolgedessen liefertdiese Technologie weitaus repräsentati-vere Aussagen über die Entwicklung vonZellkulturen als etwa die Verwendung vonSchüttelkolben.

Die ambr15-Workstation für diekomplette SteuerungDie ambr15-Workstation steuert 24 oder48 Einweg-Microbioreaktoren mit einemArbeitsvolumen von jeweils 10 bis 15ml.Sie müssen – anders als konventionelleKulturgefäße aus Glas – nach Gebrauchnicht gereinigt und sterilisiert werden.Zur Wahrung der Sterilität befindet sichder ambr-Arbeitsplatz in einer biologi-schen Sicherheitswerkbank. Durch die au-tomatische Liquid-Handhabung werden

Anlegen von Kulturen, Inokulation, Ver-sorgung mit Nährstoffen und Pipetten-spitzen-Sedimentierung sowie Probenah-men in Gefäßen wie 24/96-Well-Plattenund Vicell-Behältern unter aseptischenBedingungen ermöglicht. Betriebsproto-kolle können für eine individuelle Kont-rolle von maximal 24 oder 48 parallel be-triebenen Reaktoren konfiguriert werden.Jeder Bioreaktor enthält individuelleMesszellen für gelösten Sauerstoff (DO)oder pH-Sensoren für die Regelung dieserParameter. Eine automatisierte pH-Regu-lierung erfolgt durch CO2-Begasung odereine Alkalizugabe. Mit Sauerstoff wird be-gast, wenn ein DO-Sollwert aufrecht er-halten werden muss. Für die präzise Kul-turkontrolle kann ein Analysemodell andie Workstation zur Atline-pH-Kalibrie-rung angeschlossen werden. Das Systembasiert auf einer Software, mit deren Hil-fe der Anwender ein Protokoll mit denSchritten einrichtet, die vom ambr-Sys-tem abzuarbeiten sind. Das Protokoll de-finiert Betriebsparameter wie DO-/pH-Sollwerte, Rührgeschwindigkeit und Tem-peratur.Protokollzeiten und -daten können je-

derzeit beliebig bearbeitet werden, wennSchritte hinzugefügt, geändert und ge-löscht werden sollen – auch während derVersuche selbst. Echtzeitdaten wie Gas-flussraten, Volumen, pH-/DO-Werte wer-den während eines Laufs kontinuierlich

gespeichert, externe Werte wie Zellzahl,Metaboliten und Impfstofftiter könnenebenfalls in das Programm importiert wer-den. Daten lassen sich innerhalb der Soft-ware grafisch darstellen oder zur Ergeb-nisdarstellung in Diagramme oder Tabel-len in Kalkulationsprogramme exportie-ren. Keine dieser Automatisierungsfunk-tionen ist für Schüttelkolbenmethodenverfügbar. Die Automatisierung bieteteine einheitliche Vorgehensweise und er-möglicht den Forschern, sich auf wesent-liche Aufgaben wie die Analyse der Datenund Planung zukünftiger Experimente zukonzentrieren, anstatt wertvolle Zeit fürrepetitive Laborarbeiten aufzuwenden.

Die Zukunft des Zelllinien-ScreeningsMit dem ambr15-Microbioreaktorsystemmit Rührwerk können im Vergleich zuSchüttelkolbenmethoden oder konventio-nellen Benchtop-Reaktoren signifikanteZeitgewinne und Kostenreduktion bei Vor-bereitung, Betrieb, Abbau, Reinigung undSterilisierung erzielt werden. Da dieseMiniatursysteme komplett automatisiertsind und kleinere Zellkulturvolumen erfor-dern, können mit der gleichen Menge anRessourcen wie beispielsweise Medienoder Zellnahrung wesentlich mehr Expe-rimente durchgeführt werden. Daher istdies eine kostenwirksame Hochdurchsatz-methode zur Auswahl hoch effizient ex-primierender Zelllinien und Optimierungdes Zellkultivierungsprozesses. Folglichwird die Bioprozessoptimierung nichtmehr durch die Verfügbarkeit von Bench-top-Bioreaktoren, Arbeitszeit und Infra-struktur des Labors begrenzt. Der Einsatzder ambr15-Microscale-Technologie kannerheblich dazu beitragen, Entwicklungs-zeiten zu verkürzen und die Herstellungs-kosten proteinbasierter Therapeutika zusenken.

DIGITAL: Mehr zum Thema Zellkulturentwick-lung finden Sie auch auf dem Webseiten vonTAP Biosystems (www.tapbiosystems.com)und Sartorius (www.sartorius.com).

EVENTS: Am 11. Juni führt TAP Biosystemsein Webinar zum Thema Zellkulturentwicklungmit der ambr15-Workstation durch (weitereInformationen unter www.tapbiosystems.com).

2 Die zentralen Komponenten des Einweg-Microbioreaktors:der Gaseinlass (1), Probenzufuhr (2), pH- und DO-Spots (3) und dasRührwerk (4).

LABORPRAXIS Mai 2014 31

Z e l l a n a l y s e L a b o r a u t o m a t i o n

LP: Herr Ward, Sie waren an der Entwick-lung der ambr-Technologie maßgeblichbeteiligt. Bitte erklären Sie uns, warumin der Industrie kleinformatige Biopro-zessmodelle immer stärker gefragt sind?TIM WARD: In den letzten zehn Jahrensuchte man nach Wegen, um Screeningund Auswahl von Zelllinien zu verbes-sern, da sich die traditionellen Metho-den als zu langsam und arbeitsintensiverwiesen haben und diese nicht unbe-dingt optimale Zelllinien liefern. An-fangs stand das Klon-Screening im Fo-kus, mit einer Reihe von Technologienzum schnelleren Screening von Klonendurch automatisierte Bildgebungssyste-me wie Genetix Clonepix und automati-sierte plattenbasierte Liquid-Handling-Systeme, wie etwa dem Cello-Systemvon TAP Biosystems.

LP: Wie haben sich die kleinformatigenBioprozessmodelle seitdem entwickelt?WARD: In jüngerer Zeit stand die Ent-wicklung von Miniatur-Bioreaktortech-nologien mehr im Vordergrund. Systemesollten einen hohen Durchsatz ermögli-chen, um die Effektivität der Zelllinien-auswahl und -entwicklungsprozesse zuverbessern. Das Bioprocessors-SimCell-System bot als erstes speziell konstru-ierte Kassetten mit mehreren Kammern,die in einem großen automatisiertenSystem verarbeitet wurden, welches pa-rallel Hunderte von Platten bedienenkann. Obgleich das System eingangsvon einer kleinen Anzahl an Unterneh-

men getestet wurde, fand es aufgrundseiner Größe und Komplexität nur be-grenzte Verbreitung auf dem Markt.Auch kleinere Benchtop-Schüttelsyste-me wurden basierend auf 24-er-Plattenentwickelt. Systeme wie das MRT Mic-ro24 waren ursprünglich auf die Selek-tion von Bakterienstämmen ausgelegtund wurden später auch für Zellkulturengetestet, obwohl sie nicht in der Lagewaren, den pH durch das Hinzufügenvon Flüssigkeiten automatisch zu regu-lieren.

LP: Was ist denn das Besondere amambr15-Microbioreaktorsystem?WARD: ambr15 ist der erste wahre Mi-niatur-Benchtop-Bioreaktor mit einemRührwerk und kompletter Regulierungdes pH- und Gasgehalts durch automa-tisches Hinzufügen von CO2, Alkali unddem Durchleiten von Gasen. Seine Fä-higkeit, die Wirkungsweise von Bioreak-toren nachzuahmen, und die ausge-zeichnete Skalierbarkeit der vomambr15 erfassten Prozessparameter sindin zahlreichen Veröffentlichungen be-legt. Das System ist in der Lage, allewesentlichen Aspekte eines gerührtenBenchtop-Bioreaktors von 1 bis 200 lKapazität zu modellieren. Seit seinerEinführung im Jahr 2010 ist das Systemmit über 100 installierten Anlagen raschzum Standardinstrument für die Zelllini-enkultivierung und Medienentwicklungin der biopharmazeutischen Industriegeworden.

I N T E R V I E WI N T E R V I E W Bioprozesse verkleinernBioprozesse verkleinern

„ Das ambr15 istdas erste wahreBenchtop-Bio-reaktorsystem imMiniaturformat.“T I M WA R D ,Strategic Marketing Directorbei TAP Biosystems,Sartorius Stedim Biotech

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LZ e l l a n a l y s e M i k r o s k o p i e & B i l d a n a l y s e

32 Mai 2014 LABORPRAXIS

Die Bewegungsverfolgung von biolo-gischen Partikeln wie Viruspartikel,Zellkernpartikel oder Zellrezeptoren

ist von zentraler Bedeutung für die quan-titative Analyse von intrazellulären dyna-mischen Prozessen in Lebendzell-Mikros-kopiebildern. Da eine manuelle Auswer-tung von zeitaufgelösten Bilddaten, die

* P D D R . K . R O H R , D R . W. J .* P D D R . K . R O H R , D R . W. J .G O D I N E Z :G O D I N E Z :Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, BioQuant-Zentrum und IPMB Abt. Bioinformatik und Funk-tionelle Genomik; Deutsches Krebsforschungszen-trum (DKFZ), Abteilung Theoretische Bioinforma-tik, Forschungsgruppe Biomedical Computer Visi-on, 69120 Heidelberg, Tel. +49-6221-51298

hunderte oder tausende sich bewegenderindividueller Partikel zeigen, im Allgemei-nen nicht durchführbar ist, sind automa-tische Bildanalyseverfahren zum Partikel-Tracking notwendig. Diese computerge-stützten Verfahren ermitteln die Positio-nen von Partikeln über die Zeit hinweg.Dabei müssen Partikel in einzelnen Bil-dern einer zeitaufgelösten Bildsequenzgefunden und die Korrespondenzen derPartikel in aufeinander folgenden Bildernermittelt werden. Die Bestimmung derKorrespondenzen ist insbesondere dannschwierig, wenn die Anzahl der Partikelin den Bildern groß ist und die Partikelörtlich nah beieinander sind, d.h. wenn

Dynamische PartikelAutomatisches Tracking von biologischen Partikeln in Zellen

Dem automatischen Tracking von biologischen Partikeln in Lebendzell-Mikroskopie-bildern kommt für die quantitative Analyse von intrazellulären dynamischenProzessen eine hohe Bedeutung zu. Ein neues hochleistungsfähiges Partikel-

Tracking-Verfahren bietet entscheidende Vorteile. K A R L R OH R * U N D W I L L I AM J . G O D I N E Z *

die Partikeldichte relativ hoch ist. Weite-re Herausforderungen sind die geringeGröße der Partikel in den Bildern und dashäufig starke Bildrauschen (bzw. das ge-ringe Signal-zu-Rauschverhältnis) sowieandere Bildartefakte wie Photobleaching.Außerdem ist die Vielfalt an Mikroskopie-bilddaten aufgrund unterschiedlicherBildgebungstechniken und Fluoreszenz-färbungsmethoden sehr groß.

Probabilistisches Verfahren fürPartikel-TrackingUm mit den genannten Herausforderun-gen zurechtzukommen, wurde von den

hunderte oder tausende sich bewegender die Partikeldichte relativ hoch ist. Weite-

Bild: Fotolia - yavuzunlu

Bilder:Un

iHeidelberg

1 Tracking-Ergebnis für Viruspartikel: Mikroskopiebild von zeitaufgelösten Daten überlagertmit automatisch ermittelten Trajektorien von HIV-1 Partikeln (in verschiedenen Farben).Die Kästchen geben die gefunden Positionen zum aktuellen Zeitpunkt an. Das rechte Bildzeigt einen vergrößerten Ausschnitt, der im linken Bild durch einen weißen Rahmen ge-kennzeichnet ist.

Z e l l a n a l y s e M i k r o s k o p i e & B i l d a n a l y s e

LABORPRAXIS Mai 2014 33

Autoren ein neues Verfahren zum automa-tischen Tracking von biologischen Parti-keln entwickelt. Das Verfahren zeichnetsich dadurch aus, dass im Unterschied zubisherigen deterministischen Verfahrendie Unsicherheiten in den Bilddaten (z.B.durch Bildrauschen) und Wissen über dieAnwendungsdomäne (z.B. Objektform undBewegung) durch eine mathematisch fun-dierte probabilistische Methode berück-sichtigt werden. Dadurch lässt sich einehohe Genauigkeit insbesondere beischwierigen Bilddaten mit einer großenObjektanzahl, hoher Objektdichte undstarkem Rauschen erzielen. Ausgehendvon der Beobachtung, dass sich biologi-sche Partikel in Mikroskopiebildern i.A.durch spotförmige Strukturen darstellen,werden bei diesem probabilistischen Tra-cking-Verfahren die Form, Signalstrukturund Bewegung von einzelnen Partikelndurch Wahrscheinlichkeitsverteilungenrepräsentiert. Biologische Partikel werdenin den Bilddaten automatisch gefunden(detektiert) und über die Zeit hinweg ver-folgt, d.h. es werden die Korrespondenzenin aufeinanderfolgenden Bildern einesVideos automatisch bestimmt. Für ört-lich-zeitliche Filterung werden Kalman-Filter und Partikel-Filter (sequenzielleMonte-Carlo-Methoden) verwendet.Das neue probabilistische Partikel-Tra-

cking-Verfahren ist für mehrkanalige zeit-aufgelöste 2D- und 3D-Mikroskopiebild-daten geeignet, und kommt mit relativhoher Objektdichte sowie starkem Bild-rauschen zurecht. Das Verfahren ermög-licht nicht nur die Bestimmung der Bewe-gungspfade (Trajektorien) von Objektensowie die Quantifizierung von relevantenParametern (z.B. Geschwindigkeit, Weg-

länge, Bewegungstyp, Objektgröße), son-dern auch die automatische Erkennungvon wichtigen dynamischen Ereignissenwie beispielsweise Virus-Zell-Fusionen(Godinez et al., Medical Image Analysis2009, IEEE Transactions on Medical Ima-ging 2012, Rohr et al., Cold Spring HarborProtocols 2010). In den Abbildungen 1und 2 sind Beispiele für automatisch er-mittelte Trajektorien von Virus-Partikelnfür 2D- und 3D-Bilddaten zu sehen. Ab-bildung 3 zeigt einen Bildausschnitt mitzwei sich kreuzenden Trajektorien.Mit diesem Verfahren haben die Auto-

ren bei einem internationalen Leistungs-vergleich von Partikel-Tracking-Verfahrenteilgenommen. Diese so genannte „Parti-kel Tracking Challenge“ wurde erstmaligdurchgeführt, um die Leistungsfähigkeitexistierender Verfahren objektiv zu unter-suchen.

Exzellente Ergebnisse beiinternationalem WettbewerbEine Hauptmotivation zur Durchführungdieses Leistungsvergleichs bestand darin,dass es mittlerweile eine Reihe verschie-dener Verfahren für Partikel-Tracking gibt,deren Leistungsfähigkeit für einen An-wender jedoch schwer einschätzbar istund daher die Auswahl eines optimalenVerfahrens für experimentelle Bilddatenkaum möglich ist. Bei dem Wettbewerbwurden die verschiedenen Verfahren fürein großes Spektrum an teilweise sehrschwierigen 2D- und 3D-Bilddaten unter-schiedlicher Kategorien und Objekte (z.B.Viren, Zellvesikel, Zellrezeptoren) ange-wendet und die Performanz durch ver-schiedene Maße quantifiziert. Die Ergeb-nisse dieses Wettbewerbs wurden beim„IEEE International Symposium on Bio-medical Imaging 2012“ in Barcelona prä-sentiert und kürzlich publiziert [1].Insgesamt nahmen 14 Forschungsgrup-

pen die Herausforderung des wissen-schaftlichen Wettbewerbs an (z.B. YaleUniversity, Stanford University, MPI Dres-den, Erasmus University Medical Center,Rotterdam, Institut Pasteur, Paris, undKTH Royal Institute of Technology, Stock-holm). Das von den Autoren in Heidelbergneu entwickelte Verfahren lieferte für die2D- und 3D-Bilddaten des Wettbewerbssehr gute Ergebnisse. Es zeigte sich auch,dass das Verfahren mit Bilddaten unter-schiedlicher Objekte sehr gut zurecht-kommt. Um die verschiedenen Verfahrenmiteinander vergleichen zu können, wur-den für jede Kategorie der Bilddaten die

2 Automatisch ermittelte Trajektorien fürein 3D-Mikroskopiebild. Die Punkte (in ver-schiedenen Farben) geben die 3D-Positio-nen von Partikeln zu aufeinander folgendenZeitpunkten an.

SPECIA

LZ e l l a n a l y s e M i k r o s k o p i e & B i l d a n a l y s e

34 Mai 2014 LABORPRAXIS

drei besten Verfahren ermittelt und dieAnzahl der Top-3-Ränge für alle Bilddatenbestimmt. Dabei zeigten sich deutlicheUnterschiede zwischen den verschiedenenVerfahren. Die drei besten Verfahren er-reichten 150, 124 und 103 Top-3-Ränge.Das hier vorgestellte Verfahren erzieltemit 150 Top-3-Rängen das beste Gesamt-ergebnis aller teilnehmenden Gruppenund war damit das genaueste Verfahren.Das vorgestellte probabilistische Parti-

kel-Tracking-Verfahren wird in enger Ko-operation mit einer Reihe von biologi-schen Forschungsgruppen eingesetzt, v.a.mit Partnern am UniversitätsklinikumHeidelberg zur Erforschung von Infekti-onskrankheiten durch Hepatitis-C-Viren(HCV) zusammen mit R. Bartenschlagersowie A. Ruggieri, und Humane Immun-defizienz-Viren (HIV) zusammen mit B.Müller, H.-G. Kräusslich, D.C. Lamb (LMUMünchen) sowie O.T. Fackler. Internatio-

Approaches for Tracking Virus Particles in

Time-lapse Fluorescence Microscopy Image

Sequences, Medical Image Analysis 13:2

(2009) 325-342; DOI: 10.1016/j.me-

dia.2008.12.004

[3] Godinez WJ, Lampe M, Koch R, Eils R, Müller

B, and Rohr K. Identifying Virus-Cell Fusion

in Two-Channel Fluorescence Microscopy

Image Sequences Based on a Layered Proba-

bilistic Approach, IEEE Transactions on Medi-

cal Imaging 31:9 (2012) 1786-1808; DOI:

10.1109/TMI.2012.2203142

[4] Rohr K, Godinez WJ, Harder N, Wörz S, Mattes

J, Tvaruskó, Eils R.: Tracking and Quantitati-

ve Analysis of Dynamic Movements of Cells

and Particles, Cold Spring Harbor Protocols 6

(2010); DOI: 10.1101/pdb.top80

[5] Ivanchenko S, Godinez WJ, Lampe M, Kräuss-

lich HG, Eils R, Rohr K, Bräuchle C, Müller B,

and Lamb DC. Dynamics of HIV-1 Assembly

and Release, PLoS Pathogens 5:11 (2009)

e1000652; DOI: 10.1371/journal.

ppat.1000652

[6] Koch P, Lampe M, Godinez WJ, Müller B, Rohr

K, Kräusslich H-G, and Lehmann MJ. Visuali-

zing fusion of pseudotyped HIV-1 particles in

real time by live cell microscopy, Retroviro-

logy 6:84 (2009); DOI:10.1186/1742-4690-

6-84

[7] Chang L, Godinez, WJ, Kim IH, Tektonidis M,

de Lanerolle P, Eils R, Rohr K, Knipe DM.

Herpesviral replication compartments move

and coalesce at nuclear speckles to enhan-

ce export of viral late mRNA. Proceedings

of the National Academy of Sciences of the

United States of America (PNAS) 108:21

(2011) E136-E144; DOI: 10.1073/pnas.

1103411108

nale Partner sind David M. Knipe von derHarvard Medical School in Boston, USAund David L. Spector vom Cold SpringHarbor Laboratory, New York, USA (z.B.[7, 5, 6]).

Literatur[1] Chenouard N, Smal I, de Chaumont F, Maška

M, Sbalzarini IF, Gong Y, Cardinale J, Carthel

C, Coraluppi S, Winter M, Cohen AR, Godinez

WJ, Rohr K, Kalaidzidis Y, Liang L, Duncan J,

Shen H, Xu Y, Magnusson KEG, Jaldén J, Blau

HM, Paul-Gilloteaux P, Roudot P, Kervrann C,

Waharte F, Tinevez J-Y, Shorte SL, Willemse

J, Celler K, van Wezel GP, Dan H-W, Tsai Y-S,

Ortiz de Solórzano C, Olivo-Marin J-C, Meije-

ring E. Objective comparison of particle tra-

cking methods. Nature Methods, March 2014,

Volume 11, Issue 3, 281–289; DOI: 10.1038/

nmeth.2808

[2] Godinez WJ, Lampe M, Wörz S, Müller B, Eils

R, and Rohr K: Deterministic and Probabilistic

Die manuelle Auswertung von zeitaufgelösten Bilddaten, die hunderte/tausendesich bewegender, individueller Partikel zeigen, ist i.A. nicht durchführbar. Dahersind automatische, computergestützte Bildanalyseverfahren zum Partikel-Trackingnotwendig. Sie ermitteln die Positionen von Partikeln über die Zeit hinweg. Dabeimüssen Partikel in einzelnen Bildern einer zeitaufgelösten Bildsequenz gefundenund die Korrespondenzen der Partikel in aufeinander folgenden Bildern ermitteltwerden. Das hier beschriebene, neue probabilistische Partikel-Tracking-Verfahrenist für mehrkanalige zeitaufgelöste 2D- und 3D-Mikroskopiebilddaten geeignet,

L P - T I P P zum Partikel-Trackingzum Partikel-Tracking

3 Beispiel für zwei sich kreuzende Trajektorien (rote und gelbe Linien, Mitte des Bildes)

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema finden Sieunter dem Stichwort „Partikel-Tracking“ aufwww.laborpraxis.de.

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das Instrument, durch einenhohen dynamischen Bereichvon 107, Messungen ohne zeit-raubende PMT-Einstellungen.Das neue optische Design desneuen Durchflusszytometersbietet hohe Sensitivität (FITC<75 MESF; PE <50 MESF) undhervorragende Auflösung (CV<2%) bei gleichzeitig hoherDatenerfassungsrate von20000 Events/Sekunde. Intui-tive Software ermöglicht freidefinierbare Analyse-Templa-tes, Auto-Kompensation undbeinhaltet umfassende Analy-se- und Auswertetools. Ein op-tionales Autosampler-Modullässt auch im Nachhinein leichtder Durchsatz erhöhen.

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dorf für ein breites Spektruman Anwendungen, darunter Mi-kroinjektion und Manipulationvon Suspensionszellen wie Oo-zyten und Blastozysten. Derneue Dualspeed-Joystick er-weitert die präzise und intuiti-ve direkte Bewegungssteue-rung um einen zusätzlichendynamischen Geschwindig-keitsmodus, um längere Entfer-nungen abzudecken oder dieProbenaufbereitung zu be-schleunigen. Durch vier vorde-finierte, anwendungsspezifi-sche Benutzeroberflächen wie„Zelltransfer“ und „DNA-Injek-tion“ vereinfacht das multi-funktionale System einzelneArbeitsabläufe.

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36 Mai 2014 LABORPRAXIS

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Mehr auf laborpraxis.deSchuet t biotec

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ZellinjektionUm Zellinjektionen (ein-schließlich Oocyten und Emb-ryonen) im Nanoliterbereichmit höchster Präzision durch-führen zu können, bietet Süd-Laborbedarf das Gerät NanojectII an. Aufgrund der automati-sierten Mikroprozessorsteue-rung lassen sich Injektionsvo-lumnia zwischen 2,3 bis 69nlmit hoher Genauigkeit und Prä-zision erreichen.

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Mehr auf laborpraxis.deSüd-Laborbedar fI

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Lichtmikroskope für die AusbildungUm Schülern und Studentender Biologie die bestmöglichenVoraussetzungen in ihren Mik-roskopiekursen zu ermögli-chen, hat Leica Microsystemsdie Einsteiger-LichtmikroskopeLeica DM100 und Leica DM300weiter verbessert. Beide Mi-kroskope sind nun mit leis-tungsfähigeren achromati-schen Objektiven und gemäßaktuellen ISO-Standards ge-normten, planachromatischenObjektiven ausgestattet. Au-ßerdem sind sie mit einem aus-

tauschbaren Monokulartubussowie optisch verbesserten Bi-nokulartuben für höhere Kon-trastschärfe versehen. DasDM300 hat zudem einen ver-größerten Verfahrweg für denmechanischen Objekttisch. Alldiese Verbesserungen und Er-gänzungen zielen darauf ab,den Lernprozess von Schülernund Studenten in ihren Kursenzu optimieren.

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Optische Filter für Durchflusszytometriekomplett montiert

Durch den flexiblen Einbau vonneuen Laserquellen können dieGeräteparameter in der Durch-flusszytometrie den aktuellenmedizinisch-biologischen Fra-gestellungen angepasst wer-den.AHF analysentechnik (www.ahf.de) bietet dazu eine Viel-zahl von optischen Komponen-ten wie Strahlenteiler, die als

„optische Weiche“ zwischenden einzelnen Kanälen fungie-ren, fertig montiert in den ent-sprechenden Halterungen fürdiverse FACS-Systeme. Spezifi-sche Bandpass-Sperrfilter,ebenfalls komplett montiert inFilterhalterungen, ergänzendas Programm.Langjährige Erfahrungen imBereich der Filtertechnologie

ermöglichen dem Team vonAHF rasche und zielgerechtekundenspezifische Lösungen,wobei auch gerne DEMO-Filterangeboten werden.

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Proteinaggregation ist einegroße Herausforderung bei derEntwicklung und Herstellungvon proteinbasierten Medika-menten. Es ist ein Bereich vonzunehmendem Interesse in ei-nem wachsenden und nochneuen Markt, auch was die zu-künftige Regulierung und be-hördlichen Anforderungen andiese Medikamente angeht. MitResonant Mass Measurement(RMM) erkennt das Archime-des-System Partikel, zählt die-se und bestimmt ihre Masseund Größe mit hoher Auflösungund Genauigkeit in kleinenProbenvolumina. Ein wesentli-ches Einsatzgebiet ist die Mes-sung von Proteinaggregationin biotherapeutischen Formu-lierungen. Archimedes erlaubteine genaue Messung der Grö-

ße und Masse von Partikeln mitDurchmessern bis hinunter zu50nm. Die Messungen sind un-abhängig von optischen Vari-anten oder der Form. Ein sanf-ter Durchfluss stellt sicher,dass fragile Aggregate nichtzerstört werden. Das Instru-ment kann Proben mit hoherViskosität messen und brauchtlediglich 100µl wertvolle Pro-tein-Formulierung. Es kannzwischen Proteinaggregatenund Silikonöltröpfchen in einerinjizierbaren biopharmazeuti-schen Anwendung differenzie-ren. Das Archimedes-Systemwird exklusiv von Malvern Ins-truments, außerhalb der USAund Kanada, vertrieben.

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38 Mai 2014 LABORPRAXIS

Wie man zwei Herstellprozesse mitunterschiedlichen Reinraumbe-dingungen in einem Gebäude un-

terbringt, zeigt der pharmazeutische Her-steller Eurozyto in Königstein. Dieser in-vestierte in zwei getrennt voneinanderangelegte Reinraumlabore zur Herstellungvon parenteraler Ernährung und Zytosta-tika. Nach einer mehrmonatigen Pla-nungs- und Aufbauphase geht die Her-stellung der Arzneimittel jetzt in Produk-tion. Die anwendungsfertig hergestellten

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Infusionslösungen werden in enger Zu-sammenarbeit mit Apotheken, Ärzten undKliniken erstellt. Der Herstellungsprozessdieser Infusionen unterliegt der Herstel-lungserlaubnis nach §13 des Arzneimit-telgesetz. Dies bedingt u.a. den Einsatzvon GMP-gerechten Reinraumlaboren derKlasse B.Bei der Produktion der toxischen Zyto-

statikalösungen zur Krebstherapie mussneben absoluter Keimfreiheit zum Schutzdes Patienten zudem ein lückenloser Ar-beitsschutz gewährleistet werden. DieMitarbeiter müssen beim Umgang mit dentoxischen Substanzen vor jeglicher Kon-tamination geschützt werden, ferner muss

1 Bei der Herstel-lung von Zytostati-ka werden höchsteAnforderungen anden Arbeitsschutzgestellt.

Bild:Schilling

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Kompromisslose PlanungReinraumlabore für Zytostatika und Infusionsnahrung

Die Herstellung von Zytostatika und Infusionsnahrung haben unterschiedlicheVorgaben im Hinblick auf Arbeitsschutz oder Produktsicherheit. Um beideVorgaben in einem Gebäude unter einen Hut zu bringen, entschied sich ein

Hersteller für getrennte Reinräume. I R I S D Ö R R F E L D T *

die Verschleppung einzelner Partikel aus-geschlossen werden. Der Herstellungspro-zess von parenteralen Infusionslösungenstellt daher eine hohe Herausforderung andie Kontrolle der Arbeitsabläufe und derReinheit der Räume dar.

Strikte Trennung

Zur Gewährleistung der höchsten Sicher-heit hat Eurozyto zwei getrennte Laboreder Reinraumklasse GMP A in B installiert.Der Apotheker und Geschäftsführer Uwe-Bernd Rose erläutert: „Wir wollen höchs-te Qualitäts- und Sicherheitsstandardserreichen und sind bei der Investition in

LABORPRAXIS Mai 2014 39

L a b o r t e c h n i k L a b o r a u s s t a t t u n g

die technische Ausstattung der Laborekeinerlei Kompromisse eingegangen.Durch die Trennung der Herstellung in denBereich toxisch und non-toxisch wird ei-ne Cross-Contamination ausgeschlossen.Für die Einrichtung der Reinraumtechnikhaben wir nach einem Experten gesucht,der über Erfahrung in der Herstellung vonReinraumlaboren verfügt und einen funk-tionalen und vor allem konstant sicherenAblauf gewährleistet.“Die Wahl fiel auf den Reinraumspezia-

listen Schilling Engineering. Das baden-württembergische Unternehmen bietetmit dem selbst entwickelten Reinraum-system Clean Stericell eine speziell fürLabore ausgerichtete Reinraumtechnikan, die alle GMP-Anforderungen erfülltund für höchste Arzneimittelsicherheitsorgt.Die neuen Reinraumlabore verfügen mit

Schleusen- und Arbeitsvorbereitungsräu-men über jeweils rund 100 m2 Reinraum-fläche. Jedes Labor wird über ein mehr-stufiges Personen- und Materialschleu-sensystem erreicht, das für strukturierteArbeitsabläufe und zusätzliche Sicherheitsorgt. In je drei hintereinander angeleg-ten Personenschleusen mit angeschlosse-nen Arbeitsvorbereitungsräumen wird dieReinraumklasse durch abfallende Druck-differenzen und erhöhte Luftwechselratenbis auf GMP B erhöht. Zytostatika-Werk-bänke sorgen für absolute Keimfreiheitund uneingeschränkten Personenschutz

während des Herstellungsprozesses derKrebsmittel.Das zweite Reinraumlabor für parente-

rale Ernährung wurde mit Laminarflow-Arbeitsbänken ausgestattet. Flächenbün-dig integrierte Laminarflow-Einheiten mitULPA-Hochleistungsfiltern stellen dieVersorgung der reinen Bereiche und Ar-beitsplätze mit Reinstluft nach dem Prin-zip der turbulenzarmen Verdrängungsströ-mung sicher. Die Umluft- und Rückluft-führung ist in den Reinraumwänden inte-griert.Durch ein von Schilling Engineering

entwickeltes Verfahren des Umluftbetrie-bes der klimatisierten Luft kann die An-lage energieeffizienter als vergleichbareSysteme betrieben werden. Ein GMP-kon-formes Überwachungssystem sorgt für lü-ckenlose Kontrolle und eine genaue Ab-stimmung der erforderlichen Reinraum-Parameter. Eine Besonderheit des innova-tiven Reinraumsystems stellen die Wand-verbindungen dar, die mit einem silikon-freien GMP-Dicht-Clip-System montiertwerden. Die Verbindungen unterliegenkeinem Verschleißprozess und könnenproblemlos für mögliche Erweiterungenoder Umbauten demontiert werden.

Reinräume in Rekordzeit

Die Reinraumlabore wurden innerhalb von16 Wochen konzipiert, aufgebaut und be-triebsbereit übergeben. Uwe-Bernd Rosezeigt sich vom Aufbau der Reinraumsys-teme beeindruckt: „Die Reinraumtechnikwurde in Rekordzeit aufgebaut. Die Arbeitder Servicetechniker von Schilling Engi-neering war wirklich bemerkenswert. Siesind schnell, kommunikativ und habenAhnung von dem, was sie tun. Wir freuenuns jetzt auf die zukünftigen Aufgabenund sind sicher, mit unseren Reinraumla-boren ein Stück zur sicheren Versorgungder Patienten unserer Gegend beizutra-gen.“

Ein GMP-konformes Kontroll- und Steuerungssystem sorgt für eine lückenlose Über-wachung und eine genaue Abstimmung der erforderlichen Reinraum-Parameter.Über angeschlossene Fühler werden Druck, Feuchte und Temperatur der einzelnenReinraumelemente gemessen und für das Monitoring aufgezeichnet. Das Kontroll-system prüft zudem den Verschmutzungsgrad aller Filter und zeigt Wartungsemp-fehlungen an. Funktionsstörungen, wie beispielsweise eine nicht richtig geschlos-sene Tür, werden mit einem Warnton verdeutlicht. Auch weitere Komponenten wieLichtfunktionen und Klimamodule können einzeln angesteuert werden.

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Mai 2014 LABORPRAXIS

Wenn in China der sprichwörtlicheSack Reis umfällt, mag das für unsEuropäer ohne Belang sein. Wenn

aber irgendwo auf der Welt Radioaktivitätentweicht oder ein Vulkan ausbricht undAsche in die Atmosphäre spuckt, sind wiralle unweigerlich betroffen. Jüngste Bei-spiele sind die Nuklearkatastrophe im ja-panischen Kernkraftwerk Fukushima im

Jahr 2011 oder der Ausbruch des Eyjafjal-lajökull auf Island im Jahr 2010. DessenVulkanaschewolke, genährt aus einerscheinbar endlosen Eruption, verteiltesich über die nördliche Hemisphäre undbrachte den Luftverkehr in Nord- und Mit-teleuropa zum Erliegen. Tausende Men-schen saßen an Flughäfen und Urlaubsor-ten fest, Güter wurden nicht ausgeflogen,

Bild:De

ußing

Pfadfinder der LüfteThermodesorptions-GC beflügelt die Atmosphärenforschung

Es bedarf der Kenntnis chemischer und physikalischer Prozesse, um die Atmos-phäre hinreichend zu verstehen und Modelle für z.B. die Verteilung von Schad-stoffen entwerfen zu können. Hier setzt die Arbeitsgruppe Atmosphärenphysikder Bergischen Universität Wuppertal international Maßstäbe. G U I D O D E U S S I N G *

Airlines und Unternehmen, die mittel-oder unmittelbar mit dem Flugverkehr zutun haben, mussten finanzielle Einbußenhinnehmen.

Keine Tat in der Atmosphärebleibt ohne Folgen„Um die Auswirkungen und Folgen einesVulkanausbruchs in der Dimension einesEyjafjallajökull einschätzen und angemes-sen reagieren zu können, muss man wis-sen, wie und in welcher Zeit sich Vulkan-asche oder andere luftgetragene Partikelund Schadstoffe in der Atmosphäre ver-teilen“, erklärt Professor Ralf Koppmann,Leiter der Arbeitsgruppe Atmosphären-physik an der Bergischen Universität inWuppertal. Es genüge nicht, nur die che-mischen Abläufe der Atmosphäre zu un-tersuchen, „es müssen auch die darin ab-laufenden komplexen, dynamischen Vor-gänge verstanden, Stofftransportwegeerkundet und aufgeklärt werden“, betontder Wissenschaftler. Weil die Atmosphärefür den Menschen existenziell ist, sei esvon grundlegender Bedeutung, die in ihrablaufenden Prozesse in ihrer Gesamtheitund auch die komplexen Wechselwirkun-gen zwischen der Erdoberfläche, der Bio-sphäre, den Ozeanen und der Atmosphäremöglichst genau zu verstehen.Die Atmosphäre, eine homogene Phase,

bestehend aus Sauerstoff, Stickstoff, Koh-lendioxid sowie in Spuren vorkommendenGasen, umhüllt unseren Planeten wie einzarter Hauch; im Vergleich zur Erde ist sienur von sehr geringer Größe, und bestehtaus mehreren angrenzenden Schichten.Ein besonderes Augenmerk legt RalfKoppmann im Rahmen seiner Forschungderzeit auf die bodennahe luftreichste

1 Das Probenahme-Rack für die Verwen-dung an Bord eines Zeppelins haben dieWissenschaftler um Prof. Koppmann in Ei-genregie entworfen und gebaut – unterBerücksichtigung aller für den Flugver-kehr geltenden Bestimmung.

* G . D E U S S I N G :* G . D E U S S I N G :Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss,Tel. +49-2131-741606

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LABORPRAXIS Mai 2014 41

Troposphäre, die bis in 15 km Höhe reicht,die sich anschließende Stratosphäre (bis50 km), in der sich die schützende Ozon-schicht befindet, und die Grenzschichtzwischen Troposphäre und Stratosphäre.„Alles, was wir Menschen in Bodennäheemittieren“, betont der Wissenschaftler,„landet in der Troposphäre und vieles da-von früher oder später auch in der Stra-tosphäre.“ Mangelnde Kenntnis von denZusammenhängen und Prozessen in derAtmosphäre kann gravierende Folgen fürMensch und Umwelt haben, wie das Ozon-loch verdeutlicht: „Wir haben über Jahr-zehnte im großen Stil Fluorchlorkohlen-wasserstoffe (FCKW) als Treibmittel ein-gesetzt und in die Atmosphäre geblasen;den Schaden, den wir hierbei in der Stra-tosphäre angerichtet haben, werden wir– ungeachtet der natürlichen Selbsthei-lungskräfte – wohl auch dann noch mer-ken, wenn der letztmalige FCKW-Einsatzschon Jahrzehnte zurückliegt“, meint derWissenschaftler mit Blick auf das „Lang-zeitgedächtnis“ der Erdatmosphäre.Um dem Stofftransport in der Atmos-

phäre auf die Spur zu kommen, bedientsich Ralf Koppmann der instrumentellenchemischen Analytik. Der Physiker undsein 20-köpfiges Team nutzen dazu dieGaschromatographie in Verbindung mitder massenselektiven Detektion nach vo-rangegangener Thermodesorption mit ei-nem speziell angefertigten Thermalde-sorptionssystem der Marke Gerstel-TDS-G-Large. Damit lassen sich flüchtige organi-sche Verbindungen (VOC), die Tracer füratmosphärische Prozesse sind, aus sehrgroßen Luftproben auf effiziente Weiseextrahieren und anreichern [1]. Ein be-sonderes Interesse hegt Ralf Koppmannfür die Isotopenzusammensetzung derVOC, die eine Art „Fingerabdruck“ für inder Atmosphäre ablaufende Prozesse dar-stellt.

Isotope – ähnlich, aber nichtgleichChemische und dynamische Atmosphären-prozesse lassen sich nur indirekt messen,etwa indem man die Konzentration undVerteilung von Spurengasen, hierzu zäh-len die VOC, sowie deren zeitliche undräumliche Änderungen bestimmt. Mitun-ter erweist es sich als schwierig, chemi-sche Vorgänge wie photochemische Ab-baureaktionen von dynamischen Vorgän-gen zu unterscheiden, etwa der Änderungvon Luftmassen durch Änderung derWindrichtung. Spurengase enthalten al-

lerdings stabile Isotope: unterschiedlicheAtome ein und desselben chemischen Ele-ments. Isotope besitzen die gleiche An-zahl an Protonen im Atomkern, unter-scheiden sich aber in der Anzahl der Neu-tronen; und die Summe der Protonen undNeutronen, die Massenzahl, differiert beiden verschiedenen Isotopen eines Ele-ments. Von Kohlenstoff etwa kennt mandie natürlichen Isotope mit der Massen-zahl 12 (12C; natürlicher Prozentanteil98,89%), 13 (13C; natürlicher Prozentan-teil 1,11%) und 14 (14C). 14C ist instabilund radioaktiv, 12C und 13C sind stabil undnicht radioaktiv.Obschon ausgestattet mit vergleichba-

ren chemischen Eigenschaften, unter-scheiden sich die Isotope eines Elementsetwa in der Geschwindigkeit, mit der siechemisch reagieren. Verbindungen, dienur die leichteren 12C-Isotope enthalten,werden eher umgesetzt als Verbindungen,in denen ein schweres 13C-Isotop vor-kommt. Das bedeutet, „je länger sich diejeweilige Verbindung in der Atmosphärebefindet“, fügt Professor Koppmann derErklärung an, „desto mehr verschiebt sichdas Verhältnis zugunsten des schwerenIsotops“. Da sich die Verhältnisse der Iso-topen, gemäß ihres Ursprungs, unter-scheiden, lassen sich die „Fundstücke“ihren Quellen zuordnen – unter Berück-sichtigung und Hinzuziehung meteorolo-gischer Daten wie Windgeschwindigkeitund Windrichtung, erklärt der Wissen-schaftler. Das Verhältnis von schweren zuleichten Isotopen hängt also von derQuelle der Spurengase ab; es ändert sichim Verlauf chemischer Reaktionen undmit der „Aufenthaltszeit“ der Moleküle inder Atmosphäre, allerdings auch im Ver-lauf dynamischer Prozesse, wie der Mi-

2 Für seine Untersuchungen verwendetProf. Koppmann Luftproben, die in luftigerHöhe vom Zeppelin oder Flugzeug aus ge-sammelt und später im Labor an der Uni-versität Wuppertal mittels TDSG-Large-GC-IRMS untersucht werden.

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42 Mai 2014 LABORPRAXIS

schung von Luftmassen. Stabile Isoto-penverhältnisse stellen somit eine ArtFingerabdruck für die Prozesse dar, welchedie Konzentration und die Verteilung ei-nes Spurengases beeinflussen.

Technische HerausforderungmeisternUm die Isotopenzusammensetzung ex-trem niedrig konzentrierter Spurengasemittels Gaschromatographie-Isotopen-massenverhältnis-Massenspektrometrie(GC-IRMS) messen zu können, müssen sieaus großvolumigen Luftproben extrahiertwerden. Dazu bedarf es einer ausgefeiltenProbenvorbereitung und einer speziellenExtraktionstechnik, die es ermöglicht, aufeffiziente Weise, sprich: in einer ange-messenen Zeit, analytisch unübliche gro-ße Mengen Luft umzusetzen. Um die ge-wünschte hohe Fluss- und Extraktionsratezu realisieren, wurde die Firma Gerstel,Experte auf dem Gebiet der lösemittelfrei-en Extraktion flüchtiger organischer Ver-bindungen aus gasförmigen Proben, insBoot geholt. Nach eingehender Analyseder im Pflichtenheft formulierten Anfor-derungen, die u.a. eine Umsetzung vonwenigstens 100 Litern Luftprobe, die Ent-fernung von Wasser und Kohlendioxid so-wie eine effiziente Extraktion, Desorptionund Analyse der Zielanalyten vorsah, gingdas Unternehmen dazu über, sein für dieOnlinemessung ausgelegtes Thermalde-sorptionsystem (TDS-G) zu modifizierenund den Gegebenheiten anzupassen. DasErgebnis konnte sich, nach Abschluss in-tensiver Entwicklungsarbeit, sehen las-sen: ein Online-TDS-G im Übergrößenfor-mat, das seine Aufgabe bestens erfüllt,wie Ralf Koppmann sagt. Inzwischen sindallein in Wuppertal und am Forschungs-zentrum Jülich drei Gerstel-TDS-G-Largeim Einsatz. Damit werden VOC aus groß-volumigen Luftproben aufbereitet und

nien und zwei mit dem Forschungsflug-zeug Halo (High Altitude LOng Range Re-search Aircraft). Weitere Kampagnen sei-en geplant mit dem Ziel, den Einflussanthropogener und biogener VOC auf dieglobale Luftqualität und das Klima zu un-tersuchen. Schwerpunkt in den kommen-den Jahren werden der asiatische Monsunund die Biomasseverbrennung in Afrikasein, sagt Ralf Koppmann. Ein wichtigerAspekt dabei sei es, eine Antwort auf dieFrage zu finden, wie VOC aus der Tropo-sphäre durch die Grenzschicht in die obe-re Troposphäre und die untere Stratosphä-re vordringen: „Wir wissen immer nochnicht alles, aber es zeichnet sich ab“,schildert der Wissenschaftler, „dass Emis-sionen in der Troposphäre in bestimmtenSituationen schnell in klimarelevante Be-reiche der Atmosphäre transportiert wer-den.“ Die Lufthülle der Erde mag zwareinen begrenzten, überschaubaren Be-reich darstellen, die Atmosphärenfor-schung aber sei alles andere als das: „Esgibt für uns noch viel zu erkunden, Neuesund Interessantes zu entdecken“, prog-nostiziert Ralf Koppmann.

anschließend die Isotopenzusammenset-zung der extrahierten und angereichertenVOC mittels GC-IRMS bestimmt [2].Zum Einsatz kommen die Geräte etwa

zur Untersuchung des Verbleibs von Au-toabgasen, berichtet Prof. Koppmann: Beieiner ihrer Messkampagnen mit einemZeppelin konzentrierten sich die Wupper-taler Wissenschaftler auf das Toluol(C7H8), das bei der Verbrennung von Treib-stoff entsteht und mit den Autoabgasenin die Umwelt gelangt. Um Aufenthalts-dauer und Wege in der Atmosphäre zubestimmen, betrachten die Wissenschaft-ler das stabile Isotopenverhältnis der je-weiligen Verbindung, das sie, bleiben wirbeim Toluol, im Fall von Autoabgasen ge-nau kennen, schildert Ralf Koppmann.Untersucht wurden pro Kampagne rund 40Luftproben mit jeweils etwa 25 LiternLuft, die von einem Zeppelin aus zwi-schen dem Erdboden und etwa 600 MeterHöhe in Flugrichtung an einem Mast ander Gondel gezogen und in speziellen Ka-nistern gesammelt wurden [3].Zahlreiche weitere Messkampagnen

schlossen sich an, darunter eine in Spa-

Die Erdatmosphäre setzt sich aus mehreren Sphären zusammen, die sich unter an-derem in Dichte, Druck und Temperatur grundlegend voneinander unterscheiden.In der bodennahen Troposphäre, die rund drei Viertel der Luftmasse und fast dengesamten Wasserdampf enthält, laufen alle wetterrelevanten Phänomene wie Windund Wolkenbildung ab. Der Übergang von der Troposphäre in die Stratosphäre wirdals Tropopause bezeichnet. Für Atmosphärenphysiker ist dieser Bereich von großemInteresse, da noch nicht vollständig aufgeklärt ist, wie der Übergang von biogenenoder anthropogenen Emissionen von der Troposphäre in die darüber liegendenSchichten erfolgt.

L P - I N F OL P - I N F O zur Erdatmosphärezur Erdatmosphäre

Bild:Gerstel

PRINT: In LABORPRAXIS 1/2 2014 ab S. 44geht es in einem Beitrag um die VOC-Analysein der Atmosphäre.

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema und dieLiteraturstellen des Artikels finden Sie unterdem Stichwort „Gerstel Atmosphäre“ aufwww.laborpraxis.de.

3 Wenn es um die Extraktion organischerSpurengase aus großen Luftvolumina geht, setzt dasGerstel-TDS-G-Large international Maßstäbe – ein wertvolles Werk-zeug zur Untersuchung chemischer und physikalischer Prozesse in der Atmosphäre.

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LABORPRAXIS Mai 2014 43

Das Labor der Zukunf tTeil 3: Wie funktionieren digitale Unterschriften?

Nicht nur Dokumente aus Papier, sondern auch digitaleDaten müssen mit einer rechtsverbindlichen Unterschriftunterzeichnet werden.

Frage

Während handschriftliche Signaturen auf papierbasiertenAufzeichnungen zu finden sind, müssen digitale Forma-te und Infrastrukturen, wie z.B. digitale Laborbücher,Textdokumente, Bilder und andere Multimediadateien,durch digitale Signaturen verifiziert werden. Welche An-forderungen muss eine digitale Unterschrift dabei erfül-len, damit digitale Formate sicher unterzeichnet undrechtlich anerkannt werden?

Antwort

Eine Unterschrift, digital wie auch handschriftlich, mussgewisse Aufgaben und Anforderungen erfüllen, damit sierechtlich anerkannt wird. In erster Linie dient die Unter-schrift als Identifikation, um die Identität des Absendersund somit die Authentizität der versendeten Daten fest-zustellen. Gleichzeitig ist die unverkennbare Signatureine verbindliche Absichtserklärung des Absenders, dieseine Willenserklärung bescheinigt. Des Weiteren stellteine Unterschrift die Integrität eines Dokumentes sicherund bezeugt, dass das Dokument genau so beim Empfän-ger ankommt, wie es der Absender verschickt hat – ohnedass die Daten manipuliert wurden. Es existieren ver-schiedene Standards für digitale Unterschriften, in derdigitalen Labordokumentation hat sich die 21 CFR Part11 der FDA durchgesetzt. In diesem Verfahren identifi-zieren sich Nutzer durch ein System-Login oder durch einwiederholbares biometrisches Merkmal wie z.B. eine hän-dische Unterschrift, die digital aufgenommen wird. Vondem zu unterschreibenden Dokument oder der Datei wirdein Hash-Wert als Prüfsumme erzeugt, der sich ändert,

sobald der Inhalt des Dokumentes verändert wird – da-durch wird die inhaltliche Integrität des Dokumentesgewährleistet. Im PKI-Verfahren (Public Key Infrastruc-ture) beruht die Signierungsmethode auf einem krypto-grafischen Verfahren. Für jeden Beteiligten des digitalenSignatursystems, Absender und Empfänger, wird einSchlüsselpaar generiert, das aus einem geheimen Priva-te Key und einem öffentlichen Public Key besteht, diebeide einen einzigartigen Datencode aufweisen. Der Pri-vate Key stellt im digitalen Bereich die Identität desAbsenders sicher und wird genau wie eine handschriftli-che Signatur untrennbar mit dem jeweiligen Dokumentverbunden. Nach der elektronischen Datenübermittlungkönnen die digital versiegelten Daten anschließend vondem Empfänger mit dem passenden Public Key entschlüs-selt, zweifelsfrei erkannt und vertraulich gelesen werden.Das Dokument steht dem Empfänger allerdings nur zurAnsicht zur Verfügung, Änderungen der Daten könnennur vom Verfasser vorgenommen werden. Die Schlüsselwerden durch Zertifikate in ihrer Echtheit bestätigt.

Fazit

Digitale Unterschriften sind rechtssicher und nach gel-tenden Laborrichtlinien der eigenhändigen Unterschriftgleichgestellt. In der Wissenschaft erleichtern sie sowohldie Nutzung digitaler Dokumente als auch administrato-rische Prozeduren, da sie den Verwaltungsaufwand zurIP-Sicherung drastisch reduzieren. Zudem weisen elekt-ronische Signaturen im Vergleich zu handschriftlichenUnterschriften eine längere Haltbarkeit und schnellereÜbertragungswege auf. Aus technischer Sicht betrachtetsind sie sogar deutlich sicherer.Denn durch anerkannte Zertifizierung und aktuelle Ver-fahren der Datenverschlüsselung, wie dem Hashing, wer-den sie mehrfach geprüft und weisen somit einen hohenSicherheitsstandard auf.

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44 Mai 2014 LABORPRAXIS

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LABORPRAXIS Mai 2014 45

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46 Mai 2014 LABORPRAXIS

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Mehr als das Auge wahrnimmt!

Der menschliche Körper be-steht aus 100 Billionen Zellen.Jede dieser Zellen erfüllt einebestimmte Funktion in unse-rem Organismus. Kein Wunderalso, dass in der Medizin derAnalyse von Zellen ein großerStellenwert beigemessen wird.Eine Methode zur Zellanalyseist die Durchflusszytometrie,bei der im hohen Durchsatzeinzelne Zellen auf Krankheits-bilder untersucht werden. Ver-wendet wird dafür ein Durch-flusszytometer, das z. B. auseiner Blutprobe mittels Laser-

lichts einzelne Zellen analysie-ren kann. Möglich wird dieserst durch die Verwendunghochpräziser Zytometerküvet-ten von Hellma Analytics. Die-se zeichnen sich durch sehrfeine, rechteckige Kanäle inMaßen zwischen 50 und 250Mikrometern aus, die in höchs-ter optischer Güte poliert sind.Die Zellen werden im Kanal derZytometerküvette wie an einerPerlenkette aufgereiht und zurAnalyse durch das Laserlichtgeführt. Benutzer eines Durch-flusszytometers bekommen da-

von nicht viel mit. Die un-scheinbaren Bauteile sind häu-fig nur wenige Millimeter großund fest im Innern des Instru-ments verbaut. Dennoch sindSie von zentraler Bedeutungfür die Richtigkeit von Analy-seergebnissen und der an-schließenden Diagnose.

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MIKROWELLE

Mit Kamera den Synthesevorgang überwachenDa sich die Reaktionsgefäße imInneren eines Mikrowellenre-aktors befinden, ist ein wichti-ges Feature verloren gegangen:Chemiker können ihre Reakti-onsansätze nicht mehr beob-achten. Eine eingebaute Kame-ra im Mikrowellenreaktor Mo-nowave 300 ermöglicht diedurchgehende Beobachtungund Steuerung des Experi-ments.

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AutosamplerMit dem PAL RTC kann die Pro-benvorbereitung und die Pro-benaufgabe in der GC vollstän-dig automatisiert werden, so-gar für den unbeaufsichtigten24-Stundenbetrieb. Der Werk-zeugwechsler erweitert dasanalytische Anwendungsfelddurch den Einsatz von bis zusechs verschiedenen Spritzen-typen in einem einzigen Zyk-lus.

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WERKSTOFFE

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MaterialienprüfenShimadzu hat seine AGS-X-Baureihe um vier Modelle er-gänzt – mit höherer Kapazitätbis zu 300000N für Zugfestig-keits-, Biege- und Kompressi-onstests. Die neuen Systemesind mit einem internen leis-tungsfähigen Kontroller ausge-stattet, der Messdaten mit biszu 1000 Hz überträgt. Darüberhinaus wurden die Kraftmess-dosen verbessert und deckennun einen breiteren Messbe-reich von 1/1 bis hinunter zu1/500 der relativen Kapazitätab. Dabei ist eine Genauigkeitder Klasse 1 und sogar derKlasse 0,5 gemäß ISO 7500-1und vergleichbaren Verordnun-gen gegeben. Daher ist es nunmöglich, Spinnenfäden von ge-rade einmal 0,002N bis zuhochfesten Stählen von300000N mit der gleichen Ma-schine zu messen. Neben Zug-festigkeits-, Kompressions-und Biegetests lässt sich aucheine große Auswahl weitererTests durchführen, wie Anwen-dungen für Schäl- und Rei-bungsverfahren ebenso wie fürKlebstoffe und Texturen.

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Mehr auf laborpraxis.deShimadzu

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den für Reflektorlampen typi-schen 650nm auf 840nm, beiVerwendung spezieller Lichtlei-ter bis 950nm. Dies bietet Vor-teile bei neuen mikroskopi-schen Messverfahren beispiels-weise für Nanopartikel, derenoptische Resonanzfrequenzenoberhalb von 600nm liegenoder der spektroskopischen

Auswertung forensischer Pro-ben ohne Wärmebelastung.Durch die interne Gleichstrom-versorgung werden laut Her-stellerangaben, im Vergleich zuWechselstrom gespeisten Kurz-bogenlampen, die zeitlicheFluktuationen des Lichtstromsdeutlich verringert und gleich-zeitig die Langzeitstabilität

erhöht. Die Lichtquelle eignetsich damit auch sehr gut fürAnwendungen wie die quanti-tative Fluoreszenzmikroskopie,konfokale Messverfahren, Ka-mera- und andere zeitkritischeAnwendungen.

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Für dasFeinvakuumEine komplett neue Baureihevon Drehschieber-Vakuumpum-pen für den Feinvakuumbereichhat Busch jetzt auf den Marktgebracht. Die zweistufigen, öl-geschmierten Drehschieber-Vakuumpumpen Zebra errei-chen alle einen Enddruck von0,002hPa (mbar). Insgesamtstehen fünf Baugrößen vonsechs bis 30 Kubikmetern proStunde (50Hz) bzw. sieben bis36 Kubikmeter pro Stunde bei60-Hz-Betrieb zur Verfügung.Zebra-Drehschieber-Vakuum-pumpen sind prinzipiell gleichaufgebaut wie R-5-Vakuum-pumpen für das Grobvakuum,verfügen aber über eine zwei-stufige Verdichtung, durch diewesentlich niedrigere Enddrü-cke realisierbar sind. Für sau-bere und ölfreie Abluft sorgtein integriertes Abscheidesys-tem. Ein serienmäßig einge-bautes, zuschaltbares Gasbal-lastventil ermöglicht den Vaku-umpumpen das Absaugen auchgrößerer Mengen von Dämpfen.Die Motoren aller Zebra-Baugrößen sind mit einemIEC320-Stecker ausgestattet,sodass die Vakuumpumpe miteinem Standardkabel einfachangeschlossen und in Betriebgenommen werden kann.

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Mehr auf laborpraxis.deBuschIN

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48 Mai 2014 LABORPRAXIS

Die Standardmethode zur Bestimmungder Pipettierleistung von Pipettenist die Gewichtsmessung der über-

tragenen Flüssigkeit. Mit jedem einzelnenKanal einer Mehrkanalpipette werden biszu zehn gravimetrische Messungen durch-geführt. Für Liquid-Handling-Systeme mit96- oder 384-Kanälen ist diese Methodeaber weder praktikabel noch wirtschaft-

* M . B E I E R :* M . B E I E R :Integra Biosciences AG, 7205 Zizers/Schweiz,Tel. 41-81-28695-0

* * R . PA R S H L E Y :* * R . PA R S H L E Y :Artel, Inc., Westbrook/USA

lich, da sie viel zu zeitintensiv ist. Hierstellt die Photometrie eine Alternativedar, da sie die Arbeit mit Mikroplattenermöglicht und so 96- und 384-Kanäle inschneller Folge evaluieren kann. Integrabietet ein optimiertes Messprotokoll an,das gravimetrische und photometrischeMessungen kombiniert, um den Zeitauf-wand zu verringern und verlässliche Er-

1 Mit dem MVS (R) kann die Pipettierleistung der Viaflo-96-Kanal-Pipette effizient und rückverfolgbar überprüft werden.

Bild:Integra

Sind sie noch dicht?Rückverfolgbare Verifizierung der Pipettierleistung

Die Pipettengenauigkeit ist extrem wichtig für viele Laborarbeiten. Doch wiesicher kann der Anwender beim Ergebnis sein? Eine regelmäßige Kontrolle derPipettierleistung ist zu empfehlen. Neben der gravimetrischen Überprüfung

kann dies auch photometrisch geschehen. M I C H A E L B E I E R * U N D R A C H E L PA R S H L E Y * *

gebnisse zu erzielen. Wenn die benötigteAusrüstung nicht im Labor verfügbar ist,können auch kommerzielle Systeme wie

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LABORPRAXIS Mai 2014 49

das Multichannel-Verification-System(MVS) von Artel genutzt werden. Das MVSist eine benutzerfreundliche und standar-disierte Methode zur Validierung der Pi-pettierleistung in einem Volumenbereichvon 10nl bis 350µl und liefert auf SI-Einheiten rückführbare Messergebnisse.Um dies zu verdeutlichen, werden als Bei-spiel die Genauigkeits- und Präzisionsda-ten von Viaflo-96-Kanal-Pipettierköpfenmithilfe des MVS von Artel erhoben.

Lücke zwischen Pipette undRobotersystem schließenViaflo 96 (s.Abb.1) ist eine handgeführte96-Kanal-Pipette. Einfach in der Bedie-nung, kostengünstig und sehr effizient,schließt sie die Lücke zwischen traditio-nellen Pipetten und Robotersystemen.Gesteuert wird die Pipette per Hand, dochdie Bewegungen werden durch Servomo-toren unterstützt, was ermüdungsfreiesArbeiten sowie präzises Eintauchen in dieMikroplatten-Wells ermöglicht. Die Pipet-tierköpfe der Viaflo 96 sind austauschbar.

Somit kann der Volumenbereich stets andie Anwendungsanforderungen angepasstwerden, um optimale Pipettierergebnissezu erzielen. Das 96-Kanal-System kann fürjegliche Probenübertragungen von einem

Reservoir auf eine Platte, von Platte zuPlatte oder innerhalb von Platten benutztwerden. Bis zu zehn vordefinierte Pipet-tier-Modi und die Möglichkeit, individu-elle Programme zu speichern, erfüllen die

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Tabelle 1: Technische Daten des Pipettiersystems

Gerät Viaflo 96 Viaflo 384*

Kanäle 96 96, 384

Pipettiertechnik Kolbenhubpipette

Mikroplattenkompatibilität 96- und 384-Well Mikroplatten, flach/tief

Abmessungen 42 cm x 30 cm x 54 cm

* Viaflo 384 ist eine erweiterte Version von Viaflo 96 und kann sowohl mit 96- als auch mit 384-Kanal-Pipettierköpfenbenutzt werden.

Tabelle 2: Übersicht der PipettierköpfeVolumenbereich und Anzahl von Kanälen unterschiedlicher Viaflo-Pipettierköpfe.

Bestellnummer 6101 6131 6102 6132 6103 6104

Vol.-Bereich [µl] 0,5–12,5 0,5–12,5 5–125 5–125 10–300 50–1250

Kanäle 96 384 96 384 96 96

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50 Mai 2014 LABORPRAXIS

Anforderungen vieler verschiedener An-wendungen.

Wie wurden die Experimentedurchgeführt?Mithilfe des Artel-MVS wurde ein 96-Ka-nal-Pipettierkopf aus jedem Volumenbe-reich (s. Tab2) gemessen. Das MVS be-steht aus standardisierten Farblösungen,genau spezifizierten Mikroplatten, einemAbsorptions-Reader sowie einer Analyse-Software.Die Testvolumina für die Pipettierköpfe

lagen mit Ausnahme des 1250-µl-Kopfes,der aufgrund der Volumenbeschränkungdes MVS nur bei 8% gemessen wurde, je-weils bei 8% und bei 100% des Nominal-volumens.In Vorbereitung der Tests wurden die

Pipettierköpfe an die Umgebungstempe-ratur akklimatisiert und die Luft darindurch Vorbenetzten der Spitzen befeuch-tet. Dazu wurde fünf Mal Wasser bei No-minalvolumen pipettiert. Die Spitzen wur-den dann abgeworfen, durch neue ersetztund das Vorbenetzen wurde vor der Mes-sung mit der Probenlösung wiederholt(n=2). Alle Flüssigkeitsübertragungen

nacheinander insgesamt drei Platten vor-bereitet. Vor der Messung im Absorptions-Reader wurde jede Platte sorgfältig aufdas Vorhandensein von Luftbläschen ge-prüft.

Ergebnisse der Messungen undSchlussfolgerungDie Messungen der einzelnen Testplatten(n=3) wurden pro Kanal gemittelt. An-schließend wurde der systematische Feh-ler (Genauigkeit) und der Variationskoef-fizient (%CV) über alle 96 Kanäle berech-net.Tabelle 3 fasst die Testergebnisse zu-

sammen und vergleicht diese mit den vonIntegra angegebenen Spezifikationen fürdie Pipettenköpfe.Die mittels des Artel-Multichannel-Ve-

rification-Systems erhaltenen Daten be-stätigen die Spezifikationen von Integrazu den Viaflo-Pipettierköpfen und deutenauf eine bessere Pipettierleistung in derPraxis hin. Dabei fällt auf, dass die Her-stellerspezifikationen der Pipettierköpfeeher konservativ sind und ein Mehrfachesdessen betragen, was tatsächlich gemes-sen wurde. Dies gilt insbesondere bei ge-ringen Volumina unter 2µl.Die tabellarischen Daten zeigen die Pi-

pettierleistung eines exemplarischen Pi-pettierkopfs aus jedem Volumenbereich.Die Herstellerspezifikationen enthalteneine Sicherheitstoleranz, die berücksich-tigt, dass das Pipettiersystem in der Pra-xis unter verschiedenen äußeren Bedin-gungen genutzt wird. Temperatur, Luft-druck und Luftfeuchte haben Einfluss aufdie Pipettierleistung. Deshalb stellen dieHerstellerspezifikationen die maximalenFehlergrenzen für alle produzierten Pipet-tierköpfe dar.

wurden im Standard-Pipettiermodus (ein-facher Transfer) durchgeführt und warenNasstransfers. Zuerst wurde die Verdün-nungslösung in die Platte dispensiert,woraufhin die dem Testvolumen entspre-chende MVS-Probenlösung (s. Tab.3) hin-zugefügt wurde.Die Pipettiergeschwindigkeit wurde für

die 1250-µl- und 12,5-µl-Pipettierköpfeauf Stufe sechs und für die 300-µl und125-µl-Pipettierköpfe auf Stufe acht ein-gestellt. Nach dem Dispensieren von Ver-dünnungslösung und Probenlösung wur-den die Platten zum sorgfältigen Mischenzwei Minuten lang auf einen Platten-schüttler gestellt. Pro Volumen wurden

Äußere Bedingungen wie Luftdruck, Temperatur, aber auch die Temperatur der pi-pettierten Flüssigkeit, können einen deutlichen Einfluss auf die Genauigkeit desPipettiervorgangs haben. Der Anwender hat aber einige Möglichkeiten, um dieseFehler zu vermeiden. Zur Kompensation einer reproduzierbaren Volumenabwei-chung aufgrund eines anderen Luftdrucks kann er z.B. den internen Mechanismusder Pipette an die jeweiligen Umgebungsbedingungen anpassen. Um Flüssigkeitenmit unterschiedlichen Temperaturen zu pipettieren, empfiehlt sich eine Minimie-rung des Luftpolsters, indem möglichst nahe am Maximalvolumen pipettiert wird.

L P - T I P P Beinflussung des PipettierensBeinflussung des Pipettierens

Tabelle 3: Ermittelte Pipettierleistung von Viaflo Pipettierköpfen und Herstellerspezifikationen

Bestell-nummer

Zielvolumen[µl]

MVS-Farblösung ErmittelteGenauigkeit

ErmitteltePräzision

Integra Spezifikation

Genauigkeit [±%] Präzision [CV, ≤%]

6101 1 D -5,3 1,8 20,0 12,0

12,5 B +0,2 0,8 2,0 1,5

6102 10 C +3,0 0,9 5,0 2,5

125 A -1,2 0,4 2,0 1,5

6103 25 B +1,5 1,0 4,0 3,0

300 HV -0,1 0,3 2,0 1,5

6104 100 A -0,3 0,3 5,0 2,5

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema finden Sieunter dem Stichwort „Integra Viaflo“ aufwww.laborpraxis.de.

SERVICES: Ebenfalls auf laborpraxis.debeschreibt ein Artikel den Einfluss der Um-gebung im Hinblick auf Temperatur undLuftdruck auf das Pipettieren (Suchbegriff:„Artel Umgebungseinfluss“).

Beim Arbeiten mit Zellkulturen sind Kontaminationen ein weit verbreitetes

Problem. Zu ihrer Vermeidung sind eine gute sterile Arbeitstechnik und

das sorgfältige Handling der Kulturen unerlässlich. Darüber hinaus spielt

der CO2-Inkubator eine wichtige Rolle, denn er bietet nicht nur Zellkul-

turen sondern auch vielen unerwünschten Mikroben ideale Wachstums-

bedingungen. Entsprechend bietet jeder gute CO2-Brutschrank mehrere

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52 Mai 2014 LABORPRAXIS

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Proteinanalyse

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Ohne CrosstalkZur Beseitigung des Crosstalkhat Porvair Sciences die Krys-tal-2000-Mikroplatten entwi-ckelt. Die in eine schwarzeoder eine weiße Polypropylen-matrix eingelassenen, separa-ten, transparenten Vertiefun-gen sorgen dafür, dass keinCrosstalk auftritt und die Sen-sitivität, photometrische Ge-nauigkeit und Zuverlässigkeitdeutlich verbessert wird.

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Serologische Pipette für ZellkulturanwendungenBei Zellkulturanwendungenkommt es auf höchste Genau-igkeit und Probenintegrität an.Deshalb sind die Qualität undSterilität der verwendeten La-bor-Produkte von großer Be-deutung. Eppendorf hat eineSerie serologischer Pipettenfür Zellkulturanwendungen ein-geführt. Die neuen, serologi-schen Pipetten bestehen auseinem transparenten Materialmit klar ablesbarer Graduierungund arbeiten perfekt abge-stimmt mit der Pipettierhilfe

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LABORPRAXIS Mai 2014 53

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(z.B. zellfreie Körperflüssigkei-ten, Blut, Tupfer, etc.) verwen-det wird. Mithilfe der Invimag-und Invisorb-Universal-Kitskönnen genomische DNA, bak-terielle DNA, virale DNA undRNA zuverlässig isoliert wer-den. Das zeitintensive Sam-meln von ähnlichen Probenoder die Sortierung der Probennach Nukleinsäure ist dahernicht mehr notwendig.

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vorbereitungen am Arbeits-platz. Mit seinem Rotorenpro-gramm kann eine hohe Proben-kapazität für z.B. 216x1,5ml-Reaktionsgefäße bis hin zu12x-Mikrotiterplatten bzw.4x-Deep-Well-Platten erreichtwerden. Überdies können gro-ße Probenvolumina durch dieeffiziente Energiezufuhr mitHalogen-IR-Strahlern zeitspa-rend aufkonzentriert werden.

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Immunsupressiva überwachenJeder Organtransplantations-patient ist der Gefahr ausge-setzt, dass sein Körper dasneue Organ abstößt, sei es einHerz, eine Niere oder eine Le-ber. Um eine Abstoßung zuverhindern, werden Immuno-suppressiva benötigt. Damitdas Monitoring dieser Medika-mententherapie verbessertwerden kann, hat AB Sciex einImmunosuppressiva-Kit vorge-stellt. Das Kit wurde entwi-ckelt, um Kliniken schnelle undgenaue Informationen zu der

Medikamentenmenge, die imKörper des Patienten zirkuliert,zu liefern. Zu wenig davonkönnte zu einer Abstoßung desneuen Organs führen. Zu vielkönnte mit toxischen Nebenre-aktionen einhergehen. Das pe-riodische Monitoring dieserPatienten, die gewöhnlich biszum Ende ihres Lebens auf Im-munosuppressiva angewiesensind, ist enorm wichtig.

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54 Mai 2014 LABORPRAXIS

Die optische Emissionsspektrometriegehört als sensitive Multielement-methode noch immer zu den Metho-

den der Wahl will man Elemente über na-hezu das gesamte Periodensystem undeinen weiten Konzentrationsbereich ini.d.R. flüssigen Proben analysieren. Inden 1970er Jahren entwickelt, wurde dieICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) klassi-scherweise als Multielementmethode undaufgrund der geringen Nachweisgrenzenüberwiegend zur Spurenanalyse einge-

* D R . I . O T T L E B E N :* D R . I . O T T L E B E N :Redaktion LABORPRAXIS,E-Mail: ilka.ottleben@vogel.de

setzt. Die Methode nutzt die Eigenschaftder Elemente, aus einem induktiv gekop-pelten Plasma (meist Argon) Energie auf-nehmen zu können. Unter Abgabe einercharakteristischen Strahlung fallen dieAtome aus dem angeregten in den Grund-zustand zurück, was letztlich sowohl diequalitative als auch die quantitative Ana-lyse der Probe erlaubt.

Das Anwendungsspektrum derICP-OES erweitert sichWie für alle Elementanalysetechniken istdas Anwendungsspektrum auch für dieICP-OES sehr vielfältig. Ein Schwerpunktliegt in der Umwelt- und Lebensmittel-

1 Das Optima 8300 ICP-OES von Perkin Elmer zeichnet sich u.a. durch einen Gesamt-Argonverbrauch von 10l/min aus.

Bild:Perkin

Elmer

Präzise MultitalenteNeueste Geräte-Entwicklungen auf dem Gebiet der ICP-OES

Die optische Emissionsspektrometrie (ICP-OES) ist seit nun bald 30 Jahren alsElementanalysetechnik in Laboratorien etabliert. Neueste Geräteentwicklungenmachen die sensitive Multielementmethode u.a. anwenderfreundlich, produktivund ressourcenschonend. I L K A O T T L E B E N *

analytik aber auch für die Metallurgie,Geologie, Materialforschung bis hin zurPetrochemie oder Pharmazeutik ist dieICP-OES eine wichtige Methode. Und da-bei kommen ständig neue Anwendungenhinzu. Jüngere Beispiele sind der Einsatzder ICP-OES bei der Bestimmung vonSchwermetallen in Spielzeug, die Bestim-mung von Metallen nach Elektronik-schrottverordnung oder die direkte Mes-sung von Biokraftstoffen. Dies spiegeltsich in entsprechenden DIN- und CEN-ISO-Normungen wider. Auch Kopplungs-techniken, beispielsweise mit HPLC oderLasertechnik liegen für die ICP-OES imTrend und erschließen weitere Anwen-dungsbereiche. Gleiches gilt für den Ein-

LABORPRAXIS Mai 2014 55

W a s s e r - & Umw e l t a n a l y t i k S p e k t r o s k o p i e

satz der ICP-OES im Rahmen der Spezia-tion.Die reine Spurenanalytik als klassisches

Anwendungsgebiet der Technik ist in denletzten Jahren mehr und mehr von derICP-MS übernommen worden. Jedoch ge-rät diese vor allem bei Anwendungen mithöherer Salzfracht oder Organik an ihreGrenzen. Hier ist nach wie vor die ICP-OESdie Methode der Wahl.So vielfältig das Anwendungsspektrum

der ICP-OES, so unterschiedlich sind auchderen Anwender und mit ihnen die Anfor-derungen an die entsprechenden Geräte.Häufig wird ein ICP-OES für unterschied-liche Aufgabenstellungen benötigt, wasgrößtmögliche Flexibilität erfordert. DieGerätehersteller versuchen diesemWunsch nach Flexibilität gerecht zu wer-den, indem sie austauschbares Zubehör,so beispielsweise unterschiedliche Pro-beneinführungssysteme und optionaleGerätekonfigurationen anbieten.

Hohe Sensitivität undMatrixtoleranzDa die Anforderungen sowohl von Seitengesetzlicher Regelungen und Verordnun-gen als auch von Seiten der internen Qua-litätssicherung immer niedrigere Nach-weisgrenzen verlangen, ist für viele An-wender die Sensitivität der Messungen einentscheidender Faktor. Für Anwendungen,bei denen niedrigste Nachweisgrenzenbenötigt werden, empfehlen die Geräte-hersteller ein liegendes Plasma mit axia-ler Betrachtung. Das aufrecht stehenderadiale Plasma hat jedoch für spezifischeAnwendungen, wie die direkte Messungvon Kraftstoffen und Mineralölerzeugnis-sen oder Messungen stark salzhaltigerProben mit hohem Probendurchsatz,ebenfalls Vorteile. Neben der reinen Ins-trumentennachweisgrenze ist es aus An-wendersicht ebenso wichtig, dass kleineMesswerte in der jeweiligen Probenmatrixrichtig und reproduzierbar sind. Für viele

typische Anwendungen ist eine hohe Ma-trixtoleranz seitens der Systeme enormwichtig.

Produktiv, bedienerfreundlichund ressourcenschonendFür viele Auftragslaboratorien und andereAnwender mit hohem Probendurchsatz istzudem die Produktivität bzw. die Schnel-ligkeit des Systems ein wichtiges Kriteri-um bei der Geräteauswahl.Bei allen Unterschieden ist den meisten

Anwendern der Wunsch nach größtmögli-cher Bedienerfreundlichkeit der Systemegemein. Das versuchen die Geräteherstel-ler auch durch eine hochentwickelte Ge-rätesoftware zu realisieren, die den An-wender mit integrierten Vorlagen, Vorga-bewerten oder Datenbanken unterstütztund ihm die Methodenerstellung und -op-timierung erleichtert.Nicht zuletzt spielt in Zeiten knapper

werdender (finanzieller) Ressourcen aucheine ressourcenschonende Arbeitsweiseder Systeme eine wichtige Rolle. NeuesteGeräte kommen mittlerweile mit sehr ge-ringen Mengen Argon als Trägergas aus.Auf den folgenden Seiten haben wir für

Sie eine Marktübersicht einiger Herstellervon ICP-OES-Systemen zusammen ge-stellt. Die Firmen hatten die Möglichkeit,zwei Modelle aus ihrem Portfolio vorzu-stellen. Die Übersicht beruht auf Selbst-auskünften der teilnehmenden Unterneh-men und erhebt daher keinerlei Anspruchauf Vollständigkeit.

Die ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) ermög-lichte es, Elemente über nahezu das gesamte Periodensystem und einen weitenKonzentrationsbereich zu analysieren. Die Proben sind i.d.R. flüssig. Zu den Stär-ken moderner ICP-OES-Systeme gehören u.a. ihre hohe Matrixtoleranz bei gleich-zeitig hoher Nachweisempfindlichkeit oder ihre Einsatzmöglichkeiten für unter-schiedlichste Anwendungen. Heutige Systeme sind von den Herstellern u.a. auchhinsichtlich ihrer Produktivität und Bedienerfreundlichkeit immer weiter optimiertworden.

L P - T I P P zur ICP-OESzur ICP-OES

DIGITAL: Mehr zu diesem Thema finden Sieunter dem Stichwort „ICP-OES“ auf Laborwww.laborpraxis.de

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Mit MobileControl App

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W a s s e r - & Umw e l t a n a l y t i k S p e k t r o s k o p i e

56 Mai 2014 LABORPRAXIS

Hersteller undKontakt

Modell Spektro-metertyp

Außenmaße[BxHxTin cm]

Gewicht[kg]

Messmethode Spektral-bereich[nm]

Auflösungs-vermögen[nm] beiWellenlänge

Horiba Jobin YvonGmbHChristophe DeraedE-Mail: christophe.deraed@horiba.com

UltimaExpert

ICP-OES 160x60x70 205 fast scanning 130–800 0,0045nmvon 130 bis320nm,0,009nm von320 bis800nm

Perkin Elmer LASGermany GmbHOlaf PaulsenE-Mail: olaf.paulsen@perkinelmer.com

Optima8300

Echelle-Poly-chromator mitSchmidt-Cross-Disperser

150x76x89 200 UV und VIS simultan 165–782 <6pm @ As188nm

Optima8000

Echelle inLittrow-Anord-nung

132x81x76 132,5 schnell scannend,simultane Aufnahmevon Analytsignalund Untergrund

165–900 >7pm @ As188nm

Shimadzu Deutsch-land GmbHE-Mail: info@shimadzu.de

ICPE-9000 Echelle mitSchmidt-Spie-gel

135x76x83 270 simultan 167–800 ≤0,01nm bei200nm

Spectro AnalyticalInstruments GmbHE-Mail: spectro.info@ametek.com

SpectroGenesis

Paschen-Runge 116x87x75 150 eine simultaneMessung zurErfassung desSpektrums

175–777 0,024nm(175–777)

Spectroblue Paschen-Runge 131x108x78 190 zwei simultaneMessungen zurErfassung desSpektrums

165–770 0,008nm(165–285),0,016nm(>285)

Thermo ScientificE-Mail: analyze.de@thermofisher.com

iCAP 7600DUO oderRadial

Echelle-Optikmit59,91L/mm;Dual-Prisma

84x59x75 92 simultan, keineWellenlängen-kallibrierungnotwendig

166–847 ≤7pm bei200nm

iCAP 7400DUO oderRadial

Echelle-Optikmit59,91L/mm;Dual-Prisma

84x59x75 92 simultan, keineWellenlängen-kallibrierungnotwendig

166–847 ≤7pm bei200nm

W a s s e r - & Umw e l t a n a l y t i k S p e k t r o s k o p i e

LABORPRAXIS Mai 2014 57

Detektor Zerstäuber/-gas (Zer-stäubertyp, Gasdruck,-flussrate)

Probenzufuhr(Pumpe)

Preis [€] Besonderheiten [Selbstauskunft der Firmen]

HDD 12 l/min dreiköpfige,peristaltischePumpe

<60000 Euro Das Ultima Expert garantiert eine optimale kons-tante spektrale Auflösung; beste Nachweisgren-zen mit radialer Plasmabetrachtung und lineareMessbereiche für eine Analysengeschwindigkeitvon sieben Elementen pro Minute; bedeutendschneller als viele simultane ICP-OES.

zwei Detektoren(UV + VIS)

Meinhard/Cross-Flow,0,01 -2 l/min, gesteuert überMass Flow Controller

peristaltischePumpe

auf Anfrage Gesamtverbrauch Argon: 10 l/min dank Flatplate-Plasma bei hoher Matrixtoleranz; Kamera, DualView, Vollspektrenanalyse, Softwareintegrationvon ESI-FAST und Verdünnung; <30s Probe/Probe möglich; Feststoffanalyse durch ETV-Kopplung

CCD-Array Meinhard/Cross-Flow,0,01–2 l/min, gesteuert überMass Flow Controller

peristaltischePumpe

auf Anfrage Gesamtverbrauch Argon: 10 l/min dank Flatplate-Plasma bei hoher Matrixtoleranz; DynamischeWellenlängenstabilisierung ermöglicht Einsatzdes Gerätes 5min nach dem Einschalten; DualView plus Messbereichserweiterung durch Licht-abschwächung, dadurch zwei Geräte in einem;einfaches Handling des Probeneinführungssys-tems

1-inch CCD-Detektor,auf -15°C gekühlt

pneumatischer Zerstäuber(Standard, 1ml Probe/min),Zerstäuber für geringe Pro-benmengen (optional, 0,6ml/min), Zerstäuber für HF-halti-ge Lösungen (optional) undUltraschallzerstäuber (optio-nal), weitere Zerstäuber aufAnfrage

peristaltischePumpe(optimonal)

auf Anfrage Software mit zwei Assistenten zur Methodener-stellung und -optimierung; integrierte Daten-bank mit je 110000 Elementlinien für die axialeund radiale Plasmabeobachtung; Speicherung al-ler spektralen Informationen des Plasmas, sodassechtes Reprozessing (Hinzufügen von Elementen,qualitative Analyse) möglich wird

15 lineare CCDs;Detektor und Optiktermisch stabilisiertauf 30°C

Crossflow (S), ModifizierterLichte (O), Burgener (O),Noordermeer (O), USN (O),APEX (O), weitere aufAnfrage

peristaltischePumpe,12 Rollen,drei Kanäle

auf Anfrage Probenwechsler und Verdünnungsautomaten,Ultraschallzerstäuber, Hydridsystem; Werkskalib-rationen für Petrochemie- (und Umweltanwen-dungen, Spectro Genesis) als weiteres Zubehör;Automatische Komplettspektren-Speicherung mitjeder Messung, Spektrennachbearbeitung (Nach-bearbeitung sämtlicher Linienparameter (auchLinien-Neudefinition) möglich; Dokumentenser-verfunktion (automatische Archivierung beiÄnderungen); „Smart Background“ Spektrenent-faltung, ereignisbasierte Kontrolllogik, Multitas-kingfähig (Bearbeiten von Methoden währenddes Messens); Automationsklient zur Integra-tion in Onlinesysteme

15 lineare CCDs;Detektor und Optiktermisch stabilisiertauf 15°C

Crossflow (S), ModifizierterLichte (O), Seaspray (O),Burgener (O), Noordermeer(O), USN (O), APEX (O),weitere auf Anfrage

peristaltischePumpe,12 Rollen,drei Kanäle,optionalvier Kanäle

auf Anfrage s.o.

peltiergekühlterCID-Detektor

alle Flüsse mit Mass FlowController (MFC); konzentri-scher Zerstäuber oder z.B.MiraMist

mini-peristal-tische Pumpemit vierBügeln

unterschied-lich je nachAusstattung

Sprint-Ventil für schnelles und verschleppungs-freies Messen; vierter MFC für z.B. O2-Zugabezum Plasma; vorbereitet für Kopplungen (z.B.IC); Qtegra Software mit CRF 21 Part 11 Compli-ance, Radial-Optimiser

peltiergekühlterCID-Detektor

Zerstäubergasfluss mit MassFlow Controller (MFC), die üb-rigen Flüsse druckgesteuert;konzentrischer Zerstäuberoder z.B. MiraMist

mini-peristal-tische Pumpemit vierBügeln

unterschied-lich je nachAusstattung

Qtegra Software mit CRF 21 Part 11 Compliance;Radial-Optimiser

W a s s e r - & Umw e l t a n a l y t i k P r o d u k t e

EVOLUTION 3

CHROMTECH GmbH · Buchwiese 3 · D-65510 Idstein · Fon: + 49(0)6126 /40174-0 · Mail: info@chromtech.de · www.chromtech.de

TRIPLE QUADRUPOLE GC-MS/MSbasierend auf dem neuen Agilent 5977 MSDbasierend auf dem neuen Agilent 5977 MSD

TITRATOREN

Volumetrische und coulometrische TitrationDie neue Titratorenserie der Ti-tratoren und Kolbenbürettenvon SI Analytics wurde durchdrei neue Modelle erweitert:den volumetrischen und coulo-metrischen KF-Titrator Titroli-ne 7500 KF/Titroline 7500 KFTrace und einen universellenTitrator für die Potentiometrieund die volumetrische KF-Tit-ration Titroline 7750. Auch dieneuen Geräte haben ein bril-lantes, sehr kontrastreichesFarbdisplay. Die neuen, kom-pakten Wechseleinheiten

(nicht Titroline 7500 KF Trace)speichern neben der Aufsatz-größe auch alle anderen rea-genzspezifischen Daten ab.Durch die drei USB- und zweiRS-232-Schnittstellen lassensich problemlos, Rührer, Tasta-tur, Drucker, Waage, PC undUSB-Speichermedien anschlie-ßen. Standardmethoden und-formeln erleichtern die Erstel-lung der Anwendermethoden.

Tel. +49-6131-66-5111

Mehr auf laborpraxis.deSI Analy t icsI

NFO

VERBRENNUNGSANALYSATOR

Bestimmung von C-, H- und S-KonzentrationenHohe Flexibilität und Robust-heit bei der Bestimmung derElemente Kohlenstoff, Schwe-fel und Wasserstoff in organi-schen Proben wie Brennstoffe,Öle, Chemikalien, Böden, Ze-ment bietet laut Hersteller El-tra der neue CHS-580-Analysa-tor. Das Gerät verfügt über ei-nen bis 1550°C beheizbarenkeramischen Ofen und erlaubtdie direkte Elementanalyse vonfesten und flüssigen Proben

ohne aufwändige Probenvorbe-reitung. Die typische Analysen-dauer beträgt dabei ein bis dreiMinuten. Während konventio-nelle Verbrennungsanalysato-ren nur die Elemente Kohlen-stoff und Schwefel bestimmen,kann der CHS-580 optionalauch den Wasserstoffgehalt er-fassen. Dies ist von Vorteil z.B.bei der Brennstoff- oder Che-mikalienanalyse. Der CHS-580verfügt serienmäßig über Inf-

rarotmesszellen aus Gold, so-dass auch aggressivere Reakti-onsgase verarbeitet werdenkönnen, beispielsweise für diesichere und zuverlässige Ana-lyse von angesäuerten Boden-proben. Mit dem CHS-580 isteine zuverlässige Messung vomppm-Bereich bis 100% mög-lich.

Tel. +49-2104-2333-400

Mehr auf laborpraxis.deElt raI

NFO

SPEKTRUMANALYSATOR

Mit großemTouchscreenDer neue SpektrumanalysatorPSA2 von Telemeter Electronicbietet einen 4,3 Zoll großenTFT-Touchscreen, geringes Ge-wicht von 560g bei einer Bat-terielaufzeit von acht Stunden.Die Auflösungsbandbreitensind in 1MHz, 280kHz oder15kHz einstellbar, außerdembesteht die Möglichkeit, dieMittenfrequenz in 1-kHz-Schritten zu regeln. Zusätzlichbietet das neue Gerät einenCurser zur Vermessung automa-tischer Peak-Erkennung. DieMessung ist sowohl in dBM, alsauch in dBuV, mV oder uWmöglich. Diese Messinhaltekönnen abgespeichert und er-neut abgerufen werden. Durchdie integrierten Lautsprecherkann eine Audio-Demodulationvon AM- oder FM-Signalendurchgeführt werden. Optionalsind folgende Produkte als Zu-behör erhältlich: KFZ-Adapter,Transporttasche, PSA-U01Firmware Upgrade, WB-ANTBreitband-Teleskopantenne.

Tel. +49-906-70693-0

Mehr auf laborpraxis.deTelemeter Elec t ronicI

NFO

LABORPRAXIS Mai 2014 59

Laborgeräte

WasserbestimmungSelektive und chemika-lienfreie Analysen miteasyH2O

www.berghof.com/laborgeraete

RMS-ANALYSATOREN

Keimzählung in EchtzeitDie RMS-Gerätefamilie von In-stant Bioscan erlaubt die De-tektion mikrobieller Kontami-nation in Echtzeit. Dabei reichtdas Einsatzspektrum von derVermessung einzelner Wasser-proben bis hin zur kontinuier-lichen Analyse an Reinstwas-seranlagen. Monitoring in hei-ßem Probenwasser in WFI-Qua-lität erfolgt durch die spezielleON-90-Gerätekonfiguration.RMS-Zählungen der mikrobiolo-gischen Verunreinigungen imReinstwasser (Biocounts) ba-

sieren auf dem bereits etablier-ten Nachweisverfahren für flu-oreszenzbasierte Luftkeimzäh-lung. Neben dem Monitoringvon Biocounts erfolgt die Er-fassung der konventionellen,elastischen Mie-Lichtstreuung.Als „Nebeneffekt“ zeigen dieRMS-Analysatoren daher auchdie nichtbiologische Partikel-zählrate an. Anbieter ist PMTPartikel-Messtechnik.

Tel. +49-7033-53740

Mehr auf laborpraxis.dePMT Par t ikel-MesstechnikI

NFO

UV/VIS-SPEKTRALPHOTOMETER

Individuell und flexibel

Dank einer umfangreichen Zu-behörpalette sind die SpecordPlus-UV/Vis-Spektralphotome-ter laut Hersteller Analytik Je-na individuell und flexibel inder Routine- und Spezialanaly-tik im Rahmen von F&E sowieFertigung und Qualitätskont-rolle einsetzbar. Mithilfe ver-schiedener Reflexionsmessein-sätze lassen sich die Reflexi-onseigenschaften diverser Ma-terialien oder Beschichtungenbestimmen. Eine Photometer-kugel ermöglicht Transmissi-ons- und Remissionsmessun-gen streuender fester oderflüssiger Proben sowie von Pul-verproben. Mit einem Fest-stoffhalter können die Trans-missionseigenschaften festerProben untersucht werden.Verschiedene Küvettenwechsler

– temperierbar, mit oder ohneRührwerk – erlauben die quan-titative Analyse zahlreicherSubstanzen bei hohem Proben-durchsatz. Reaktionen, bei de-nen eine zuverlässige Tempera-turregelung erforderlich ist,können mit peltiertemperier-ten Küvettenhaltern durchge-führt werden, die eine Tempe-raturgenauigkeit von ±0,1°C ineinem breiten Temperaturbe-reich garantieren. Kleinste Vo-lumina können mit dem jus-tierbaren Küvettenhalter undeiner Ultra-Mikroküvette exaktuntersucht werden. FertigeTestkits, z.B. für Wasseranaly-sen, lassen sich mit dem Rund-küvettenhalter analysieren.

Tel. +49-3641-77-70

Mehr auf laborpraxis.deAnaly t ik JenaI

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Callisto 100Einfache und präzise

CFPP-Bestimmung gemäßEN 116, EN 16329.

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Mehr Effizienz fürLabor und Analytik

...mit dem Newsletter-Service von laborpraxis.de.

Kostenfrei anmelden unter:www.laborpraxis.de/

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60 Mai 2014 LABORPRAXIS

T e r m i n e L P 5

Thema Termin Ort Veranstalter

TAGUNGLabor-Impuls-Forum 2014

23. bis 24. Juni2014

Garching bei Mün-chen

AFW·Akademie für Fort- undWeiterbildung,Gummersbach,Tel. +49 2261 24482,afw@lcs-afw.de

SEMINARGC-MS Kopplung (Basiskurs)

24. Juni 2014 Ulm Novia Chromatographie- und Messverfahren GmbH,Frankfurt am Main,Tel. +49 69 3 05 43 8 43melanie.fleckenstein@provadis-novia.de

SEMINARGLP-Basiswissen

26. bis 27. Juni2014

Potsdam Dr. Klinkner & Partner GmbH, Potsdam,Tel. +49 681 982 10 - 0elke.bonny@klinkner.de

WORKSHOPGrundlagen der mikrowellenassistiertenSynthese / Grundlagenkurs

16. Juli 2014 Ostfildern Anton Paar Germany GmbH, Ostfildern ,Tel. +49 711 72091-658 ,ulrike.lippke@anton-paar.com

SEMINARProduktentwicklung - Von der Idee zum che-miebasierten Produkt

24. bis 25. Juli 2014 Frankfurt am Main Dechema-Forschungsinstitut, Frankfurt am Main,Tel. +49 69 7564-337,dfi@dechema.de

SCHULUNGKAS - Kaltaufgabetechnik

02. bis 03. 09.2014 Mülheim an derRuhr

Gerstel GmbH & Co.KG , Mülheim an der Ruhr,Tel. +49 208 765030friedhelm_rogies@gerstel.de

Weitere Termine zur Weiterbildung finden Sie unter www.laborpraxis.de in der Rubrik Veranstaltungen

Internet: http://www.hollborn.de

A AHF analysentechnik AG........ www.ahf.de ......................... 36

Analytik Jena AG .................. www.analytik-jena.de............ 47

Anton Paar Germany GmbH .... www.anton-paar.com .......34, 59

B Berghof GmbH...................... www.berghof.com................. 59

BINDER Central ServicesGmbH & Co KG ...................... www.binder-world.com.......... 51

BioTek Instruments GmbH ..... www.biotek.com ....................9

BRAND GMBH + CO KG ........... www.brand.de.................35, 49

C Carl Roth GmbH & Co. KG....... www.carlroth.de................... 41

CEM GmbH............................ www.cem.de ............. 44, 53, 64

Chromtech Ges. für analy-tische Messtechnik mbH........ www.chromtech.de ............... 58

D Dr. K. Hollborn & SöhneGmbH & Co. KG ..................... www.hollborn.de .................. 60

E Eppendorf AG ....................... www.eppendorf.com ............. 19

G Gerstel GmbH & Co. KG.......... www.gerstel.de .................4.US

H Hellma GmbH & Co. KG .......... www.hellma-worldwide.com ... 46

I Integra Biosciences .............. www.integra-biosciences.com. 25

L Labexchange – Die Labor-gerätebörse ......................... www.laborgeraeteboerse.de.3.US

labfolder GmbH co FU Berlin.. www.labfolder.com ............... 23

LabWare Ltd......................... www.labware.com................. 11

LEJ LeistungselektronikJena GmbH........................... www.lej.de .......................... 33

M Miele & Cie. KG..................... www.miele.de ........................5

O OLS OMNI Life ScienceGmbH & Co. KG ..................... www.ols-bio.de .................... 15

OMNILAB-LABORZENTRUMGmbH & Co. KG ..................... www.omnilab.de................... 52

Österreichische Gesellschaftfür Analytische Chemie ........ www.asac.at ........................ 61

P Parr Instrument(Deutschland) GmbH ............ www.parrinst.de................... 17

Peter Huber Kälte-maschinenbau GmbH............. www.huber-online.com.......... 31

R RCT Reichelt ChemietechnikGmbH & Co........................... www.rct-online.de ................ 44

S Sartorius StedimBiotech GmbH ...................... www.sartorius.com ............... 37

schuett-biotec GmbH ............ www.schuett-biotec.de.......... 39

Shimadzu Deutschland GmbH. www.shimadzu.de...................7

SI Analytics GmbH................ www.si-analytics.com..............3

Socorex Isba S.A................... www.socorex.ch ................... 53

U Umweltinstitut Offenbach GmbH www.umweltinstitut.de ......... 13

W Westfalen AG ....................... www.westfalen-ag.de ............ 45

Wissenschaftliche GerätebauDr.-Ing. Herbert Knauer GmbH www.knauer.net ................... 55

Beilagen:RCT Reichelt Chemietechnik GmbH & Co.RETSCH GmbH

W e i t e r b i l d u n g L P 5

Event-Tipps

GefahrstoffbeauftragterZweitägiges Intensiv-Seminar zum Erwerb der gefordertenFachkunde nach der neuen Gefahrstoffverordnung Fortbildungnach § 6 Abs. 1 und § 7 Abs. 7 GefStoffV.

Termin: 26. bis 27. Juni 2014Ort: MünchenVeranstalter: Haus der Technik e.V.Tel.: +49 201 1803 1

REACh- BeauftragterREACh- BeauftragterEintägiges Seminar zur effizienten und sicheren Umsetzungder Anforderungen der REACh – Verordnung. Dient auch zurAuffrischung der Fachkunde für Gefahrstoffbeauftragte.

Termin: 30. Juli 2014Ort: Offenbach am MainVeranstalter: Umweltinstitut Offenbach GmbHTel.: +49 69 810679

Rheologie von Emulsionen/SuspensionenZiel der Veranstaltung ist die Einarbeitung in die Grundlagender modernen Rheologie. Diese bietet weitaus mehr an Mög-lichkeiten als die Messung von Fließkurven.

Termin: 09. bis 10. Juli 2014Ort: NürnbergVeranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.Tel.: +49 69 7917-364-291

Salzburg, a City with Tradition in Music, Culture and Sciencewww.salzburg.info

30th International Symposiumon Chromatography

Communicating SeparationScience for the Future

September 14-18, 2014www.isc2014.at

ISC 2014Salzburg, Austria

Normen, Richtlinien, Grenzwerte

Beruf

62 Mai 2014 LABORPRAXIS

S e r v i c e L P 5

SARTORIUS

Akkreditierung als Prüflabor der PTB erhaltenAkkreditierung als Prüflabor der PTB erhalten

BIOLOGISCHE ARBEITSSTOFFE

Neue Biostoffverordnung in der Praxis

Jedes Jahr sterben nach Schät-Jedes Jahr sterben nach Schät-zungen allein in den Ländernzungen allein in den Ländernder Europäischen Union überder Europäischen Union über25.000 Menschen an Infektio-25.000 Menschen an Infektio-nen mit antibiotikaresistentennen mit antibiotikaresistentenBakterien. Experten der Helm-Bakterien. Experten der Helm-holtzgemeinschaft sehen vorholtzgemeinschaft sehen vorallem in einer zielgerichtetenallem in einer zielgerichtetenAntibiotikaverordnung undAntibiotikaverordnung und-einnahme aber auch in derForschung und Suche nachneuen Medikamenten undWirkstoffen unabdingbare Ele-mente im Kampf gegen Anti-mente im Kampf gegen Anti-biotikaresistenzen.biotikaresistenzen.

Wer mit Biostoffen arbeitet,Wer mit Biostoffen arbeitet,muss über ihr Gefährdungspo-tenzial Bescheid wissen. EineBiostoffdatenbank informiertüber Risiken und den richtigenUmgang mit Bakterien, Viren,Pilzen und Parasiten. Die Da-tenbank ist ein Projekt desBundesministeriums für Arbeitund Soziales, der Berufsgenos-senschaft Rohstoffe und che-mische Industrie und der Deut-schen Gesetzlichen Unfallversi-cherung. Sie ist unter www.cherung. Sie ist unter www.dguv.de/ifa/gestis-biostoffeerreichbar.

Die Internationale Organisation für das gesetzliche MesswesenDie Internationale Organisation für das gesetzliche Messwesen(OIML) hat entschieden, das Waagen-Prüflabor von Sartorius als(OIML) hat entschieden, das Waagen-Prüflabor von Sartorius alsoffizielles Prüflabor der Physikalisch-Technischen Bundesanstaltoffizielles Prüflabor der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt(PTB) anzuerkennen. Sartorius wird damit in der Liste der OIML-(PTB) anzuerkennen. Sartorius wird damit in der Liste der OIML-Prüflabore geführt. Ab sofort werden die von Sartorius ermittel-ten Messergebnisse in internationalen OIML-Prüfberichten derPTB verwendet und von anderen Staaten im Rahmen von natio-nalen Bauartzulassungen anerkannt. Das zuständige Komitee derOIML sprach sich einstimmig für die Aufnahme des Sartorius-Prüflabors aus. Der Entscheidung vorausgegangen waren umfang-reiche Prüfungen durch die PTB und durch Auditoren der OIMLbezüglich Qualität und Kompetenz des Sartorius-Prüflabors.

Die Preisträger von Pfeiffer Vacuum mit den Experimentierkoffern.

Das Waagen-Prüflabor von Sar-torius ist als offizielles Prüfla-bor ausgezeichnet worden.

INNOVATIONSPREIS

Experimente zum VakuumMit einem selbstentwickelten Ausbildungskoffer errangen vierStudium-Plus-Studierende von Pfeiffer Vacuum den ersten Platzbeim Hessenmetall-Innovationswettbewerb „M+Eine Zukunft“.Die Idee hinter dem Projekt scheint eigentlich ganz einfach: DasThema Vakuum kommt im naturwissenschaftlichen Schulunter-richt nur in geringem Umfang vor. Gerade hier ist jedoch eineVielzahl an spannenden Versuchen möglich, die Kindern und Ju-gendlichen auf beeindruckende und unterhaltsame Weise die Ei-genschaften des „Nichts“ näherbringt. Sina Becker, Max Hergethund Pascal Wielsch, die das Konzept gemeinsam mit ihrem Kol-legen Patrick Lange entwickelt hatten, verdeutlichten die ver-schiedenen Experimentiermöglichkeiten anhand von praktischenBeispielen aus ihrem Koffer.

Mit der Neufassung der Bio-stoffverordnung ist es ausSicht der Bundesanstalt für Ar-beitsschutz und Arbeitsmedi-zin gelungen, moderne, wir-kungsvolle Präventionsansätzebei Tätigkeiten mit biologi-schen Arbeitsstoffen weiter zuentwickeln und umzusetzen.Zugleich ist die Biostoffverord-nung praxisnäher geworden. So

befassten sich verschiedeneVorträge mit den Anforderun-gen an die Fachkunde beimUmgang mit Biostoffen. Hierkonkretisiert und differenziertdie Verordnung die Fachkunde-anforderungen nach verschie-denen Gesichtspunkten. Sowird beispielsweise für dieFachkunde bei hoher Infekti-onsgefährdung mehr Wissen

benötigt als für den normalenUmgang. Für die Arbeit mithochpathogenen Erregern siehtdie novellierte Verordnungkünftig eine behördliche Er-laubnis vor. Auch ist die „Tech-nische Regel Biologische Ar-beitsstoffe (TRBA) 100 – Labo-ratorien“ entsprechend derneuen Biostoffverordnung an-gepasst worden.

Literatur

& Karr iere

LABORPRAXIS Mai 2014 63

S e r v i c e L P 5

VCI

Deutschland braucht Chemie

BIOTECHNOLOGIE

Tiere gentechnisch verändern

Der Produktkatalog 2014/2015von Phenomenex ist in ge-druckter und digitaler Form er-hältlich. Er präsentiert die Aus-wahl des Unternehmens anHPLC/UHPLC-, GC-, und SFC-Säulen sowie Produkten für dieSäulen sowie Produkten für dieProbenvorbereitung. Der412-seitige Katalog beinhaltetweiterhin eine Auswahlhilfefür Kinetex Core-Shell-Säulen,neue Applikationen für dieAnalytik von Formulierungs-stoffen auf Phenogel GPC-Säu-len und neue Vergleiche chira-ler Säulen.

„Alles ist Chemie“, stellt Karl-Ludwig Kley fest. Und: „Ohne Che-mie ist alles nichts.“ Als Präsident des Verbandes der ChemischenIndustrie (VCI) und Vorsitzender der Geschäftsleitung von Merckweiß er: Weite Kreise der Öffentlichkeit sehen das anders. DieFormulierung „ohne chemische Zusätze“ gilt vielen Menschensogar als Gütezeichen. Auf diese und andere Erfahrungen auszahlreichen persönlichen Gesprächen antwortet Kley nun in ei-nem Buch: „Deutschland braucht Chemie“. Auf 144 Seiten be-schreibt der VCI-Präsident, wie wichtig die Chemie für den Wohl-stand in Deutschland ist. Gedruckt kostet es 16,99 Euro, außer-dem kann es in einer elektronischen Version kostenfrei unterwww.deutschland-braucht-chemie.de heruntergeladen werden.

Ein Haustier ganz nach den Wünschen des Besitzers? Gentech-nisch veränderte Nutztiere? Tiere als lebende Arzneimittelfabri-ken? Inzwischen sind in der Biotechnologie rasante Fortschritteerzielt worden, vieles ist alltäglich geworden, was man noch voreinigen Jahren nicht für möglich gehalten hätte. Die Wissen-schaftsjournalistin Emily Anthes ist um die Welt gereist, hatviele Wissenschaftler und Forscher in ihren Labors besucht undihre Erfahrungen und Beobachtungen im Buch „FrankensteinsKatze“ zusammengefasst. Das Buch ist im Springer-Spektrum-Verlag erschienen, hat 361 Seiten, 3 Abbildungen und kostet19,99 Euro.

HANNS-HOFMANN-PREIS 2014

Preis geht an Reaktionstechniker der TU Clausthal

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wissenschaftler vergeben, derauf dem Gebiet der chemischenReaktionstechnik tätig ist. DieVerleihung des Preises erfolgteim Rahmen des JahrestreffensReaktionstechnik, das vom 28.bis 30. April 2014 in Würzburgstattfand. Robert Güttel stu-dierte Verfahrenstechnik an derTechnischen Universität Dres-den und promovierte am Insti-tut für Chemische Verfahrens-technik an der Technischen

Prof. Dr.-Ing. Robert Güttelvon der Technischen Universi-tät Clausthal erhält den Hanns-Hofmann-Preis 2014. Damitwürdigt die Processnet-Fach-gruppe Reaktionstechnik seinegrundlegenden Arbeiten zurEntwicklung von strukturiertenKatalysatoren und Reaktorenfür Synthesegas-Reaktionen.Der Hanns-Hofmann-Preis istmit 3000 Euro dotiert und wirdjährlich an einen Nachwuchs-

Universität Clausthal. Nacheinem Post-Doc-Aufenthalt amMax-Planck-Institut für Koh-lenforschung in Mülheim ander Ruhr kehrte er 2010 nachClausthal zurück, wo er kürz-lich zum Juniorprofessor für„Apparate der Mikroverfahrens-technik“ ernannt wurde. Ro-bert Güttel beschäftigt sichunter anderem mit der Ent-wicklung so genannter „Kern-Schale-Katalysatoren“. Dabei

werden nanoskalige Katalysa-torpartikel mit einer dünnenSchale umhüllt, um das Sinternzu verhindern. Gleichzeitigkann die Schale weitere Funk-tionen übernehmen und zumBeispiel die Selektivität derReaktion erhöhen. Der Fokusvon Prof. Güttel liegt dabei aufder Fischer-Tropsch-Synthese,mit der Kohlenwasserstoffe ausSynthesegas hergestellt wer-den können.

W i r t s c h a f t & M ä r k t e L P 5

64 Mai 2014 LABORPRAXIS

SARTORIUS-KONZERNPROGNOSE 2014

Auftragseingang, Umsatz und Gewinn steigenGöttingen – Sartorius ist mitZuwächsen bei Auftragsein-gang und Umsatz gut in dasJahr 2014 gestartet. Der Kon-zernumsatz erhöhte sich wech-selkursbereinigt um 6,3%, derAuftragseingang stieg um4,9%. Auch der operative Kon-zerngewinn legte trotz negati-ver Wechselkurseinflüsse um2,0% zu; die entsprechendeGewinnmarge lag nach drei Mo-naten bei 18,0%. Auf Basis desQuartalsergebnisses bestätigteSartorius seine Konzernprog-

nose für das Gesamtjahr 2014,die einen währungsbereinigtenAnstieg des Umsatzes von 8%bis 10% und eine Erhöhung derEBITDA-Marge auf 20% vor-sieht. „Im Konzern insgesamtliegen wir nach drei Monatenauf Kurs, wobei unsere Spartenunterschiedlich gute Quartals-ergebnisse erzielt haben“, soVorstandsvorsitzender Dr. Joa-chim Kreuzburg über das ersteQuartal. „Als Wachstums- undErtragsmotor zeigt sich weiter-hin unsere Sparte Bioprocess

Solutions. Neben Zuwächsenbei unseren Einwegproduktenentwickeln sich auch die Ge-schäfte mit Zellkulturmedienund kleinvolumigen Einweg-Bioreaktoren sehr positiv. Inder Laborsparte spielten wieerwartet die Portfoliobereini-gungen eine dämpfende Rolleund wir gehen davon aus, dassdas Geschäft vor allem in derzweiten Jahreshälfte anzieht.Auch die Gewinnentwicklungliegt insgesamt im Rahmen un-serer Erwartungen.“ gil

BAYER CROP SCIENCE UND KAIIMA

Produktivität des Reisanbaus erhöhenMonheim – Bayer Crop Scienceund Kaiima Bio-Agritech, Mos-hav Sharona/Israel, wollen ge-meinsam moderne Hybridreis-Sorten entwickeln. In dasmehrjährige Projekt fließt dieZüchtungs- und Technologieer-fahrung von Bayer und Kaiimaein, um die Produktivität derLandwirte in wichtigen Reisan-bauländern zu steigern. Zielder Zusammenarbeit ist dieZüchtung neuer ertragsstarkerHybridreis-Sorten mithilfe deshochwertigen Reis-Zuchtmate-

rials von Bayer und der unter-nehmenseigenen Enhanced-Ploidy(EP)-Technologie vonKaiima. Durch diese EP-Tech-nologie sei man in der Lage,die Vorteile der so genanntenPolyploidie, des mehrfachenChromosomen-Satzes in einerZelle, erfolgreich zu nutzen.Dabei handelt es sich nicht umein gentechnisches Verfahren.Wenn EP bei wichtigen Nah-rungspflanzen eingesetzt wird,kann deren Produktivität er-heblich steigen. gilReis-Ernte in Vietnam

Bild:Ba

yerCrop

Science

ZUKUNFTSWEICHEN

Neue Spartenorganisation bei LaudaLauda-Königshofen – DerTemperierspezialist Laudastellt sich mit einer neuenSpartenorganisation für daszukünftige Wachstum des Un-ternehmens auf. Seit Anfangdes Jahres bestehen bei Laudadie vier Sparten Heiz- undKühlsysteme, Temperiergeräte,Messgeräte sowie die neu ge-gründete Sparte OEM. Daswachstumsstarke OEM-Ge-schäft wird von Frank Jansinggeleitet, der mit eigener Ent-wicklungsabteilung auf indivi-

duelle Kundenlösungen fürTemperier-Applikationen spezi-alisiert ist. Zuvor hatte er dieSparte Messgeräte bei Laudageführt. Seine Verantwortungfür die Messgeräte übernimmtDr. Ulf Reinhardt, der Anfangdes Jahres neu in das Unter-nehmen gekommen ist und denAusbau dieser Sparte voran-treiben soll. Die Sparten Tem-periergeräte und Heiz- undKühlsysteme werden von Rai-ner Hartmann und Alfred Sem-rau weiter geführt. gil

Die neu aufgestellte „Sparten-Crew“ bei Lauda

Bild:Be

sserer/Lauda

Berlin – Auf der diesjährigenMitgliederversammlung desVerbandes der Diagnostica-Industrie (VDGH) war der Dia-Industrie (VDGH) war der Dia-log zwischen dem Gesund-heitspolitischen Sprecher derUnionsfraktion MdB JensSpahn (CDU) und dem VDGH-Vorstandsvorsitzenden Matthi-as Borst der Höhepunkt. Inseiner Rede betonte Spahn dieBedeutung der Diagnostik füreine effiziente Therapieent-scheidung. Zudem standenSatzungsänderungen sowieNachwahlen zum Vorstand alszentrale Punkte auf der Agen-da der internen Mitgliederver-sammlung.

Jena, Leipzig – Der Vor-standsvorsitzende von Analy-standsvorsitzende von Analy-tik Jena, Klaus Berka, wurdetik Jena, Klaus Berka, wurdein das Kuratorium des Fraun-hofer-Instituts für Zellthera-pie und Immunologie (IZI)berufen und steht der Insti-tutsleitung und dem Vorstandder Gesellschaft damit künftigberatend zur Seite. Das Fraun-hofer IZI, 2005 in Leipziggegründet, erforscht und ent-wickelt Lösungen spezifischerProbleme an den Schnitt-stellen von Medizin, Lebens-und Ingenieurswissenschaf-ten, z.B. Produkte für Wirk-stoffe, Zelltherapie, Diagnos-tik und Biobanken.

Basel/Schweiz – Die IlmacDie IlmacLounges, die vom 23.–25.09.14Lounges, die vom 23.–25.09.14geplant waren, finden nichtstatt. Der Community-Treff-punkt war als Ergänzung zurFachmesse Ilmac, die im Drei-Jahres-Turnus in Basel durch-geführt wird, gedacht. DieMCH Messe Basel begründetdie Absage so: Eine weitereVeranstaltung für die pharma-zeutische und chemische In-dustrie werde momentan vomMarkt nicht angenommen.

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FLUORANALYTIK

Fluororganische Substanzenhaben in den letzten Jahrzehn-ten zunehmend an Bedeutunggewonnen, da die Substitutiondurch Fluor zahlreiche für dieAnwendung vorteilhafte Eigen-schaften mit sich bringt. Wiekann die Molekülspektroskopie für die Fluoranalytik eingesetztwerden?

BIOANALYTIK

Im Rahmen der Diagnostik und Therapie von Gefäßerkrankun-gen, aber auch bei minimal invasiven, chirurgischen Eingriffenübernehmen Führungsdrähte eine wichtige Rolle. Oft sind sie,

der besseren Gleitfähigkeit we-gen, mit PTFE ummantelt. ZurOptimierung des Beschich-tungsprozesses der Führungs-drähte leistet die DynamischeDifferenzkalorimetrie (DSC) ei-nen wertvollen Beitrag.

WEITERE THEMEN

• Laborsicherheit: Sicherheitswerkbänke schützen Mitarbeiterim höchsten Maß

• Karriere: Wettbewerbe wie „Jugend forscht“ fördern denwissenschaftlichen Nachwuchs

• Polymeranalytik: Thermogravimetrische Kontrolle von Ver-bundkunststoffen

POLYMERANALYTIK

Spielzeug kontrolliert

Kunststoffe stellen aufgrund ihrer Vielfalt unterschiedli-che Anforderungen an die Probenvorbereitung. Mit mo-che Anforderungen an die Probenvorbereitung. Mit mo-dernen Labormühlen können sowohl spröde als auchdernen Labormühlen können sowohl spröde als auchweiche, elastische Kunststoffe zerkleinert werden, um sieanschließend auf nicht erlaubte Inhaltsstoffe wie polya-romatische Kohlenwasserstoffe oder Weichmacher zu un-tersuchen.

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Vorschau

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66 Mai 2014 LABORPRAXIS

D i e l e t z t e S e i t e L P 5

Zentimeter (1 Mikrometer) und damit fürein Virus extrem groß und sogar unter dem

Lichtmikroskop erkennbar sind die so genannten Pandoraviren,die ein französisch-schwedisches Forscherteam erstmals ent-deckt hat. Das Genom dieser Megaviren ist doppelt so groß wiedas der bisher größten bekannten Viren.

Kilowattstunden Strom können nach Angabendes BMEL etwa aus der jährlich anfallenden Gül-

le einer einzigen Kuh gewonnen werden. Das reicht beispiels-weise für 1000 Vollwaschgänge. Wenn man die Gülle einerkleinen Rinderherde (25 Großvieh) energetisch nutzt, kannman damit sogar sieben Durchschnittshaushalte ein ganzesJahr lang mit Strom versorgen.

„Wussten Sie, dass...“An dieser Stelle präsentiert Ihnen LABORPRAXIS wissenswerte und kuriose Zahlen

aus Analytik, Chemie und Life Sciences.

Gerüchekann der

Mensch mit etwa 400 verschiedenen Rezeptorarten unterschei-den. Während die Rezeptoren für unterschiedliche Geruchsmo-leküle über die gesamte Riechschleimhaut verteilt sind, laufenNeurone mit gleichem Rezeptortyp zu gemeinsamen Knoten-punkten zusammen, den so genannten Glomeruli. Die Lage undAnbindung der Glomeruli ergibt eine „Geruchskarte“ im Gehirn.Forscher haben nun herausgefunden, dass diese während derersten Lebenstage eines Menschen ensteht und schon ab einerWoche nach der Geburt nicht mehr verändert werden kann.

Gene enthält das Genom derTsetse-Fliege, dem Haupt-

überträger des Erregers der Schlafkrankheit. Das berichten For-scher, die jetzt das komplette Genom des Insekts entschlüsselthaben. Das Projekt hat fast zehn Jahre in Anspruch genommenund rund 140 Wissenschaftler aus 18 Ländern beschäftigt. Mit-hilfe des Erbgutes hoffen die Forscher, Schwachstellen derStechfliege aufzudecken, die neue Ansätze zur Bekämpfung derSchlafkrankheit zulassen könnten. Die Schlafkrankheit wirddurch so genannte Trypanosomen hervorgerufen.

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