Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes
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Mit dem Messejahr 2024 setzte eine beeindruckende Leistungsschau für die Chemie- und Pharmaindustrie, die Lebensmittelchemie und die Biotechnologie einen neuen Startpunkt für rege Innovationstätigkeit in der Zukunft. Dabei wird das Potenzial der Akteure in der Schweiz und den angrenzenden Ländern unterschätzt.
Die Analytica hat gezeigt, wie in künftigen Laborwelten –salopp gesagt – weniger mit der Hand am Rundkolben und der Pipette gearbeitet wird. Die Achema und die Ilmac Lausanne haben dies ausgeweitet: Wie im Labor so steuern auch in der Prozesstechnik die Mitarbeiter automatisierte und künstlich intelligente Systeme vom Rechner aus.
Mit der neuen «Startup Area» hat die Ilmac einen Treffpunkt für zahlreiche kleine, aber feine Newcomer geschaffen. Hier finden sich Partner zusammen, die in den nächsten Jahren Ideen aus Biotech, Labtech, Software oder Cybersecurity zu grossen Konzepten und Produkten machen.
Oft entfalten die vermeintlich «kleinen» Neuheiten eine grosse Hebelwirkung. So widerfuhr mir beispielsweise am Messestand eines Unternehmens aus Allschwil auf der Reinraum-Messe Lounges in Karlsruhe Folgendes: Eher zufällig kam in einem Gespräch die Frage auf, wie bei der Oberfächenreinigung und Desinfektion eine zuverlässige Validierung vorgenommen werden kann. Eine spezielle Fragestellung: Wie bringe ich eine definierte Verunreinigung an die Wand oder an die Decke?
Mein Ansprechpartner fand die Lösung des eigenen Unternehmens für dieses Problem gar nicht so spektakulär. Nun ja, neu ist sie schon. Aber eben auch nur ein Drucker, wenn auch ein spezieller: Er kann quantitativ Verunreinigungen als Surrogat aufbringen. Und ja, dieses Gerät kann erstmals den schon lange herbeigewünschten «reproduzierbaren Klecks» auf die Wand oder die Decke drucken. Mein Ansprechpartner stimmte schliesslich sogar meiner Anmerkung zu, dass dies eine ganz wichtige Sache sei.
Ein erfrischend sympathisches Understatement! Gleichzeitig nährt das kleine Beispiel den Verdacht, dass noch so manche Innovation auf ihre Entdeckung wartet. Auf einige interessante Reinraum-Neuheiten warf der Cleanzone Award der gleichnamigen Messe in Frankfurt am Main ein Schlaglicht.
So kann auch auf den kommenden Messen jeder Besucher seine ganz persönliche Entdeckungsreise unternehmen – natürlich mit Unterstützung durch unsere Publikation.
In diesem Sinne wünsche ich Ihnen eine erspriessliche Lektüre, alles Gute für die Zukunft und frohe Weihnachten!
Christian Ehrensberger redaktion@sigwerb.com
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So beseitigen Katalysatoren gefährliche Stickoxide
Katalysatoren aus der Klasse der sogenannten Zeolithe helfen, giftige Stickoxide aus industriellen Abgasen zu entfernen. Forschende am P SI haben herausgefunden, wie das funktioniert.
Für Bienen verträgliche Pestizide
Der grossflächige Einsatz von Pestiziden hat zu einer erheblichen Reduktion von Insektenpopulationen geführt. Ein Forschungsprojekt will die bienen-gefährdenden Substanzen ausfindig machen.
Den Fortschritt im Labor beschleunigen
Roboterautomatisierung und KI ermöglichen schnellere und präzisere Experimente, welche zu Durchbrüchen führen werden. Doch was b edeutet das auf der Umsetzungsebene?
Fruchtbarkeitshormone überwachen
Zwei Schweizer Start-ups und das CSEM entwickeln einen implantierbaren Biosensor für die Echtzeitüberwachung von Fruchtbarkeitshormonen, der 2025 für klinische Tests bereit sein soll. 14
Kleine Organismen mit grossem Potential
Algen können uns auf die Nerven gehen, sei es im vergessenen Wassereimer im Garten, der Kaffeemaschine oder dem Wasserstoffgenerator im Labor. Doch darin liegt auch enormes Potenzial.
Eine gelungene Messe
IMPRESSUM
Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche www.chemiextra.com
Erscheinungsweise
7 × jährlich
Jahrgang 14. Jahrgang (2024)
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WEMF / SW-Beglaubigung 2024 6326 Exemplare Tot al verbreitete Auflage 1699 Exemplare davon verkauft
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Über 3300 Besucher: Am 19. September schloss die Ilmac in der Expo Beaulieu Lausanne ihre Tore. Die Redaktion hat das Beste der Westschweizer Messeausgabe zusammengestellt.
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Ohne starkes Magnetfeld zu neuen NMR-Ufern
Die Nullfeld-Magnetresonanzspektroskopie kommt ohne das NMR-übliche starke äussere Magnetfeld aus. Dennoch werden damit nach neuerer Forschung zusätzliche Anwendungen greifbar.
verstärkt Chemikalienfreisetzung
Plastikabfälle in Flüssen und Ozeanen geben laufend Chemikalien ins Wasser ab. Jetzt haben Forschende die Zusammensetzung und Konzentrationen verschiedener Substanzen genau analysiert.
Neue chemische Produkte aus altem Frittieröl
Wiederverwendung beispielsweise zur Produktion von Biodiesel: In Deutschland, wurde ein Katalysator entwickelt, der gebrauchtes Speiseöl nutzt, um primäre Amine zu synthetisieren.
Auf Kommando ablösbare Klebstoffe
Auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft kommt ablösbaren Klebstoffen eine Schlüsselrolle zu. Einen Ansatz für Klebstoffe, die sich «auf Kommando» deaktivieren lassen, haben Forschende jetzt vorgestellt.
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Ein Modell des Zeolith-Katalysators: Die schwarzen Kugeln stehen für Silizium- oder Aluminiumatome (auf rund 9 Siliziumatome kommt ein Aluminiumatom), die durchsichtigen Verbindungsstücke enthalten je ein Sauerstoffatom als Brücke. Gemeinsam bilden die drei ein komplexes, aber regelmässiges Gerüst mit verschieden grossen Poren. (Bilder: PSI, Mahir Dzambegovic)
Katalysatoren aus der Klasse der sogenannten Zeolithe helfen, giftige Stickoxide aus industriellen Abgasen zu entfernen. Forschende des Paul Scherrer Instituts haben herausgefunden, dass ihre komplexe Struktur, die mit nanometergrossen Poren durchsetzt ist, ausschlaggebend ist und den Eisenatomen erlaubt, ihre katalytische Funktion auszuüben: Einzelne Eisenatome in bestimmten, jeweils benachbarten Poren kommunizieren miteinander und treiben so die gewünschte Reaktion an.
Laura Hennemann ¹
In der Industrie fallen Gase an, die sowohl Mensch als auch Umwelt schaden und daher nicht entweichen dürfen. Hierzu zählen Stickstoffmonoxid und Distickstoffmonoxid, zweiteres auch bekannt als Lachgas. Beide zusammen entstehen beispielsweise bei der Herstellung von Düngemitteln. Um sie aus den Abgasen zu entfernen, setzen Unternehmen Katalysatoren ein, die auf sogenannten Zeolithen basieren. Wie genau diese die Kombination der beiden Stickoxide unschädlich machen, haben Forschende des Paul Scherrer Instituts nun in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Chemieunternehmen Casale SA herausge -
1 Paul Scherrer Institut
funden. Das Ergebnis ihrer Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Catalysis publiziert und liefert Hinweise, wie die Katalysatoren sich künftig verbessern liessen.
«Die Firma Casale mit Sitz in Lugano hat uns kontaktiert, weil sie die Funktionsweise ihrer Stickoxid-Katalysatoren besser verstehen wollte», erzählt Davide Ferri, Leiter der Forschungsgruppe Angewandte Katalyse und Spektroskopie am PSI Center for Energy and Environmental Sciences. Die Zeolithe, die hierfür zum Einsatz kommen, sind gerüstartige Verbindungen aus Aluminium-, Sauerstoff- und Siliziumatomen. Zeolithe kommen in der Natur vor – beispielsweise als Minerale in Gesteinsformationen – oder werden synthetisch hergestellt. Viele Katalysatoren in der chemischen Industrie basieren auf diesen Verbindungen, wobei ihrer Grundstruktur je nach Anwendungsfall weitere Elemente hinzugefügt werden. Um die beiden Stickoxide Stickstoffmonoxid (NO) und Distickstoffmonoxid (N2O) in harmlose Moleküle umzuwandeln, enthält das Zeolithgerüst Eisen. «Dieses Eisen setzt sich aber in allen erdenklichen Formen in die verschieden grossen Poren der Zeolithstruktur», so Filippo Buttignol, Forscher in der Gruppe von Ferri. Er ist Erstautor der neuen Studie und führte diese im Rahmen seiner Doktorarbeit durch. «Das Eisen kann sich in Form einzelner Atome in die kleinen Zwischenräume des Zeoliths setzen, oder mehrere Eisenatome können mit Sauerstoffatomen chemische Verbindungen eingehen und als zwei-, mehroder vielatomige Cluster die etwas grösse -
Davide Ferri und Filippo Buttignol in ihrem Labor, wo sie die Funktionsweise von Zeolith-Katalysatoren mittels Infrarotspektroskopie untersucht haben.
ren Hohlräume des regelmässigen Gitters besetzen.» Kurz: Ein ganzer Zoo verschiedener Eisenverbindungen findet sich im Katalysator. «Wir wollten herausfinden, welche dieser Eisen-Spezies tatsächlich für die chemische Umwandlung und somit Beseitigung der Stickoxide verantwortlich ist.»
Die auf spektroskopische Analysen spezialisierten Forschenden wussten, welche drei Arten von Experimenten sie durchführen mussten, um die Antwort zu finden. Sie führten diese jeweils durch, während die katalytische Reaktion in ihren Zeolithproben ablief. Zunächst nutzten sie die Synchrotron Lichtquelle Schweiz am PSI für eine Untersuchung namens Röntgenabsorptionsspektroskopie. «Damit konnten wir den gesamten katalytischen Effekt aller EisenSpezies messen», so Buttignol. Als Nächstes nutzten sie in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich die Methode der Elektronenspinresonanz, womit sich der Beitrag der einzelnen Spezies aufschlüsseln liess. Und schliesslich – wieder am PSI – konnten die Forschenden mithilfe der Infrarotspektroskopie den molekularen Aspekt der verschiedenen vorhandenen Eisenspezies ermitteln.
Katalyse an einzelnen Atomen, die miteinander kommunizieren
Jede dieser drei Methoden lieferte eines der Puzzlestücke, die schliesslich folgendes Gesamtbild ergaben: Es sind die einzelnen Eisenatome, die in zwei ganz bestimmten Sorten von Zeolithporen sitzen, an denen die Katalyse stattfindet. Dabei agieren je zwei Eisenatome in benachbarten Poren der wiederkehrenden Struktur gemeinsam: Eines, das in der Mitte einer quadratischen Anordnung von Sauerstoff-
atomen des Zeoliths sitzt und an dem die chemische Reaktion von N2O stattfindet, kommuniziert mit einem weiteren Eisenatom, das von einer tetraederförmigen Sauerstoffanordnung umgeben ist, und an dem das NO reagiert.
«Nur in genau dieser Konstellation sehen wir Beiträge des Eisens zur chemischen Beseitigung der beiden Gase», so Buttignol. Diese Eisenatome gaben dabei jeweils ein Elektron ab und nahmen es wieder auf, das heisst, genau an ihnen lief die typische Redoxreaktion der Katalyse wieder und wieder ab. Charakteristisch für die Funktionsweise eines Katalysators ist, dass dieser nicht aufgebraucht und nicht dauerhaft verändert wird, sondern immer wieder in seinen chemischen Ausgangszustand zurückkehrt und somit – zumindest theoretisch – eine unbegrenzte Lebensdauer hat.
Ferri fasst die Bedeutung der neuen Studie zusammen: «Wenn man weiss, wo genau die Reaktion stattfindet, lässt sich die Herstellung von Katalysatoren entsprechend steuern.» Die Katalyse und damit die Entfernung von NO und N2O in industrieller Abluft ist wichtig, da beide für Menschen giftig sind. Darüber hinaus sind beide Gase umweltschädlich: NO ist eine der Ursachen für sauren Regen, während das Lachgas N2O so hochgradig klimaaktiv ist, dass eines seiner Moleküle knapp 300-mal stärker zum Treibhauseffekt beiträgt als ein Molekül CO2
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Der diesjährige Nobelpreis für Chemie geht an drei Personen: David Baker ist das fast unmögliche Kunststück gelungen, völlig neue Arten von Proteinen zu bauen. Demis Hassabis und John Jumper haben ein KI-Modell entwickelt, um ein 50 Jahre altes Problem zu lösen: die Vorhersage komplexer Strukturen von Proteinen.
Die Vielfalt des Lebens zeugt von der erstaunlichen Fähigkeit der Proteine als chemische Werkzeuge. Proteine kontrollieren und steuern alle chemischen Reaktionen, die zusammen die Grundlage des Lebens bilden. Sie fungieren auch als Hormone, Signalstoffe, Antikörper und sind Bausteine verschiedener Gewebe.
«Eine der Entdeckungen, die in diesem Jahr ausgezeichnet wurden, betrifft den Bau spektakulärer Proteine. Bei einer anderen geht es um die Erfüllung eines 50 Jahre alten Traums: die Vorhersage von Proteinstrukturen anhand ihrer Aminosäuresequenzen. Beide Entdeckungen eröffnen enorme Möglichkeiten» erklärt Heiner Linke, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie.
Proteine bestehen im Allgemeinen aus 20 verschiedenen Aminosäuren, die man als Bausteine des Lebens bezeichnen kann. 2003 war es David Baker gelungen, aus diesen Bausteinen ein neues Protein zu entwerfen, das mit keinem anderen Protein vergleichbar ist. Seither hat seine Forschungsgruppe eine fantasievolle Proteinkreation nach der anderen hervorgebracht, darunter Proteine, die als Arzneimittel, Impfstoffe, Nanomaterialien und winzige Sensoren eingesetzt werden können. John M. Jumper, geboren 1985 in Little Rock (USA), 2017 promoviert an der University of Chicago, Forscher bei Google DeepMind, London.
Die Prämierten
Ein Protein kann aus mehreren Dutzend bis zu mehreren Tausend Aminosäuren bestehen. (Illustration: Johan Jarnestad, The Royal Swedish Academy of Sciences)
Die zweite Entdeckung betrifft die Vorhersage von Proteinstrukturen. In Proteinen sind Aminosäuren in langen Strängen miteinander verbunden, die sich zu einer dreidimensionalen Struktur formen, die für die Funktion des Proteins entscheidend ist. Seit den 1970er-Jahren hatten Forschende versucht, die Struktur von Proteinen aus Aminosäuresequenzen vorherzusagen, was sich als sehr schwierig erwiesen hatte. Doch vor vier Jahren kam der verblüffende Durchbruch.
2020 präsentierten Demis Hassabis und John Jumper ein KI-Modell namens «AlphaFold2». Mit seiner Hilfe haben sie die Struktur von praktisch allen 200 Millionen Proteinen virtuell vorhergesagt, welche Forschende identifiziert haben. Seither
David Baker, geboren 1962 in Seattle (USA), promoviert 1989 an der University of California, Berkeley, Professor an der University of Washington, Seattle.
Demis Hassabis, geboren 1976 in London, (UK), 2009 promoviert am University College London, CEO von Google DeepMind, London.
John M. Jumper, geboren 1985 in Little Rock (USA), 2017 promoviert an der University of Chicago, Forscher bei Google DeepMind, London.
ten Proteinen völlig unterscheidet. (Illustration: Terezia Kovalova, The Royal Swedish Academy of Sciences)
wurde das Modell von mehr als zwei Millionen Menschen aus 190 Ländern genutzt. Unter einer Vielzahl von wissenschaftlichen Anwendungen können Forschende jetzt zum Beispiel Antibiotikaresistenzen besser verstehen und Bilder von Enzymen erstellen, die Plastik zersetzen können. Ohne Proteine könnte das Leben nicht existieren. Jetzt können wir Proteinstrukturen vorhersagen und unsere eigenen Proteine entwerfen – ein grosser Nutzen für die Menschheit.
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Der grossflächige Einsatz von Pestiziden hat, neben anderen Einflüssen, zu einer erheblichen Reduktion von Insektenpopulationen geführt. Besonders besorgniserregend ist der Rückgang der Wildbienen, die einen wesentlichen Beitrag zur Bestäubung leisten und somit für landwirtschaftliche Erträge unverzichtbar sind. Ein deutsches Förderprojekt will die bienen-gefährdenden Substanzen ausfindig machen.
Forschende am Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien (EMFT) entwickeln im Förderprojekt «Ö kotox» neuartige Sensoren, die helfen sollen, «bienenfeindliche» Substanzen bereits in frühen Entwicklungsphasen neuer Pflanzenschutzmittel zu identifizieren. «Unser Ziel ist es, dass diese Sensoren eine schädliche Wirkung auf Insekten innerhalb weniger Stunden anzeigen und gleichzeitig viele Substanzen zeit- und kostensparend parallel untersucht werden können», sagt Prof. Joachim Wegener, Leiter der Fraunhofer Abteilung «Zellbasierte Sensorik», die auf dem Campus der Universität Regensburg angesiedelt und eng mit dem Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik der Universität verzahnt ist.
Das Grundkonzept des neuen Ansatzes basiert auf der Verwendung von Insektenzellen als Sensoren. Diese Zellen verfügen über den für die jeweiligen Insekten typischen Stoffwechsel und können bei Kontakt mit einem Wirkstoff dessen Einfluss anzeigen. «Die Zellen werden in Laborgefässe überführt, die am Boden mit Mikroelektroden ausgestattet sind», erklärt Wegener. In diesen sogenannten Multielektroden-Arrays lässt sich der Wechselstromwiderstand (Impedanz) der Zellen in Echtzeit bestimmen und damit Auswirkungen auf die Zellen dokumentieren. Das Verfahren könnte herkömmliche Tests aus der Bioanalytik ergänzen, mit denen die toxische Konzentration des isolierten Wirkstoffes ermittelt wird. Üblicherweise enthalten Pflanzenschutzmittel aber zahlreiche Beimengungen, die nicht selten für die unbeabsichtigten toxischen Effekte verantwortlich sind. Mit den In -
sektenzellsensoren lässt sich die Wirkung der gesamten Mischung erfassen. So können biologische Auswirkungen neuer Wirkstoffkandidaten schnell identifiziert werden.
Die angezüchteten Zellen werden direkt in den Vertiefungen der Multielektroden-Arrays eingefroren und bei niedrigen Temperaturen gelagert. Die Zellen können dann bei Bedarf aufgetaut werden und sind innerhalb von Minuten testbereit, unabhängig von einem Zellkulturlabor auch direkt im Freiland. Dies ermöglicht eine zeit- und kosteneffiziente Vorbereitung grosser Chargen an Sensorzellen, lange bevor der Test zur Anwendung kommt. Bisher wurden fünf verschiedene Pestizide mit dieser optimierten Sensorik auf ihre akute Zelltoxizität untersucht. «Die Ergebnisse zeigen, dass einige Pestizide, die für den Hausgebrauch verkauft werden, bei Konzentrationen toxisch sind, die weit unter den empfohlenen Anwendungskonzentrationen liegen», sagt Stefanie Michaelis, die das Projekt federführend betreut.
Um die Anwendung der sensorbeladenen Elektrodenarrays zu automatisieren, hat die Forschungsgruppe am Fraunhofer EMFT ein Demo-Gerät entwickelt, welches das Auftauen der Zellen und die Probenzugabe übernimmt. «Das Gerät ermöglicht eine exakte Dosierung und schliesst jegliche Kreuzkontamination aus», erläutert Christian Hochreiter, der den Prototypen geplant und konstruiert hat. Inwieweit die Ergebnisse mit Insektenzellen die Beeinflussung der lebenden Insekten widerspiegeln, ist Gegenstand weiterer Forschung. Neben dem Nachweis einer akuten insektiziden Wirkung soll die Sensorik künftig auch verschiedene Zellfunktionen untersuchen und die gleichzeitige Untersuchung von Zellen verschiedener Insektenspezies ermöglichen. «Unser Ziel ist es, ein umfassendes Wirkprofil der Substanzen zu erstellen, das über deren reine akute Toxizität hinausgeht», so Joachim Wegener.
ww w.uni-regensburg.de www.emft.fraunhofer.de
Eine internationale Forschungsgruppe hat eine neue Klasse von beigen Fettzellen entdeckt, die Menschen gesünder macht. Die Zellen verbrauchen Energie und produzieren Wärme durch scheinbar sinnlose biochemische Reaktionen.
Fabio Bergamin¹
Weiss, braun, beige. Das sind die Farben der Fettzellen. Weisse Fettzellen speichern in unserem Körper Fett als Energiereserve. Wir brauchen diese Zellen. Zu viele davon wollen wir aber aus gesundheitlichen Gründen nicht. Die braunen Fettzellen sind vor allem bei Säuglingen aktiv. Sie produzieren Wärme und halten damit die Körpertemperatur der Babys aufrecht. Braunes Fettgewebe nimmt jedoch im Lauf des Lebens ab; Erwachsene haben nur noch sehr wenig davon. Beige Fettzellen schliesslich können ebenfalls Wärme produzieren, wenn auch etwas weniger gut als braune Fettzellen. Sie kommen auch bei Erwachsenen vor – eingestreut ins weisse Fettgewebe, vor allem im Na -
1 ETH Ein Guter Tipp
Wie Sisyphos aus der griechischen Mythologie: Eine neue Klasse von beigen Fettzellen lässt Prozesse scheinbar sinnlos hin- und herlaufen. (Bild: Shutterstock)
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cken- und Schulterbereich. Sie helfen mit, überschüssige Energie zu verbrauchen. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe eine neue Art von beigen Fettzellen entdeckt und beschrieben. Diese unterscheiden sich von den bisher bekannten beigen Fettzellen. «Die neuartigen beigen Fettzellen spielen eine wichtige Rolle beim Energieumsatz im menschlichen Körper. Sie wirken positiv gegen Stoffwechselkrankheiten und Übergewicht», sagt Anand Sharma, Postdoc in der Gruppe von ETHProfessor Christian Wolfrum und Mitautor der in der Fachzeitschrift Cell Metabolism publizierten Studie. «Deshalb ist es so wichtig, im Detail zu verstehen, wie sie funktionieren.» Geleitet wurde die Studie von der ETH Zürich, der Universität Basel, dem Universitätsklinikum Leipzig und dem Dana-Farber Cancer Institute in Boston. Beteiligt daran waren auch Spitäler, darunter das Kantonspital Baden.
Die bisher bekannten beigen Fettzellen erzeugen Wärme gleich wie die die braunen Fettzellen: über das Protein UCP1. Es si t zt in der inneren von zwei Membranen, welche die Mitochondrien umgeben. Mitochondrien sind Struktureinheiten in den Zellen; sie werden auch als die Kraftwerke der Zellen bezeichnet. Im Rahmen ihrer normalen Funktion pumpen sie Protonen in den Raum zwischen den beiden Membranen. Protonen sind elektrisch geladene Elementarteilchen, die bei Energieumwandlungsprozessen in Zellen generell eine wichtige Rolle spielen. Braune Fettzellen und die klassischen, schon früher beschriebenen beigen Fettzellen besitzen das Protein UCP1. Es bildet in der inneren Membran einen sehr engen Kanal, durch den die Protonen wieder ins Innere der Mitochondrien zurückströmt. Dabei entsteht Reibungswärme. In den vergangenen Jahren bemerkten Forschende, dass es auch beige Fettzellen ohne das Protein UCP1 gibt, und dass sie ebenfalls Energie verbrauchen und damit Wärme produzieren. Die Forschungsgrup -
Fettgewebe einer Maus mit weissen und beigen Fettzellen. Die kleineren Zellen mit mehreren Tröpfchen im Innern sind beige Fettzellen (mikroskopische Aufnahme). (Bild: ETH Zürich, Anand Sharma)
Die verschiedenen Arten von Fettzellen (braun, beige und weiss) unterscheiden sich in der Grösse der Lipidtröpfchen und der Anzahl Mitochondrien. (G rafik: Shutterstock)
pe der ETH Zürich und der beteiligten Institutionen hat die neue Klasse von beigen Fettzellen nun genau charakterisiert und gezeigt, wie sie das tun: über einen Sisyphos-Mechanismus.
Der funktioniert so: Bei allen biochemischen Prozessen, die in den Zellen ablaufen, entsteht immer etwas Wärme. Die neue Klasse der beigen Fettzellen macht sich das zunutze und lässt einzelne Prozesse scheinbar sinnlos hin- und herlaufen. Die Zellen verwenden dafür vor allem zwei Umwandlungsprozesse: Sie wandeln auf Hochtouren Fette in ihre Bestandteile, die Fettsäuren, um und bauen daraus ebenso schnell wieder neue Fette auf. Ähnlich verfahren sie mit dem Molekül Kreatin. Mithilfe eines Enzyms wandeln sie es in das verwandte Molekül Kreatinphos-
phat um – nur um es postwendend wieder in Kreatin zurückzuwandeln. Wissenschaftler nennen diese Prozesse «Futile Cycles», also nutzlose Stoffwechselzyklen. Im biochemischen Haushalt bringen sie in der Summe nichts, sie verbrauchen aber Energie und erzeugen Wärme.
Das Forschungsteam beschrieb den neuen Typ beiger Fettzellen zunächst bei Mäusen. Anschliessend untersuchten sie auch Fettgewebe von Menschen und konnten zeigen, dass diese Fettzellen auch dort vorkommen. Während nur weniger als die Hälfte der Menschen die bisher bekannten beigen Fettzellen besitzt, kommen die neuen Futile-Cycle-Fettzellen bei fast allen
Menschen vor. Allerdings haben nicht alle Menschen gleich viele davon. Wie die Forschenden zeigen konnten, sind Personen mit vielen beigen Fettzellen schlanker und haben tendenziell eine bessere Stoffwechselgesundheit: Sie sind weniger anfällig für Übergewicht und Stoffwechselstörungen wie Diabetes. Dies gilt sowohl für die bekannte als auch für die neue Form der beigen Fettzellen. «Indem beige Fettzellen Energie in Wärme umwandeln, bauen sie überschüssiges Fett ab», erklärt Tongtong Wang, Doktorandin in der Gruppe und Erstautorin der Studie. Die Forschenden erklären auch, wie die neuen Erkenntnisse in Zukunft medizinisch genutzt werden könnten: Denkbar wäre etwa die Transplantation von beigen Fettzellen in Menschen, die davon nur wenige haben und an Stoffwechselkrankheiten oder Gewichtsproblemen leiden. Denkbar wäre ausserdem, Medikamente zu entwickeln, welche die beigen Fettzellen – die oft inaktiv sind – zu aktivieren. Damit könnten Menschen mit hohem Blutzuckerspiegel behandelt werden oder ehemals übergewichtige Menschen, die ihr Gewicht mit einer Operation oder anderweitig reduziert haben. «Die Aktivierung der beigen Fettzellen könnte ihnen helfen, ihr niedrigeres Körpergewicht langfristig zu halten», sagt Sharma.
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In-vivo- und In-vitro-Tests reduzieren und gleichzeitig die gesetzlichen Vorschriften einhalten: dabei hilft MultiphysikModellierung und -Simulation (M&S). M&S bietet eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit, Arzneimittel und Therapien zu entwickeln und zu testen, indem aufgezeigt wird, wie diese mit Systemkomponenten, Reagenzien und dem menschlichen Körper interagieren.
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Die Ansammlung von Schäden in unserem Erbgut wird häufig als die Ursache für Alterungsprozesse genannt, ist aber nur eine Hypothese unter vielen. Forschende der Universität Genf, des Inselspitals, Universitätsspital Bern und der Universität Bern haben gemeinsam einen Mechanismus identifiziert, der erklärt, warum bestimmte Organe schneller altern als andere. Die Ergebnisse bieten neue Ansätze, um die Zellalterung besser zu verstehen.
Der Alterungsprozess ist durch eine Zunahme von Zellen gekennzeichnet, die sich nicht mehr teilen und ihre Funktionen verloren haben. Nicht alle Organe und Gewebe altern jedoch in gleichem Masse. Während die Leber oder Nieren schneller altern, sind Haut und Darm davon weniger betroffen. Die Mechanismen, die zu diesem Alterungsprozess beitragen, sind Gegenstand zahlreicher Diskussionen in der Wissenschaftsgemeinschaft. Es ist weithin anerkannt, dass Schäden am genetischen Material (DNA) mit zunehmendem Alter auftreten und sie die Ursache des Alterns sind. Der Zusammenhang zwischen den beiden Phänomenen ist jedoch nach wie vor unklar.
Ein Team der Universität Genf, des Inselspitals, Universitätsspital Bern und der Universität Bern hat nun herausgefunden, dass versteckte Defekte in spezifischen Bereichen der DNA für die Alterung bestimmter Gewebe verantwortlich sind. Die Gruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Deborah Stroka und Prof. Dr. med. Daniel Candinas, Universitätsklinik für Viszerale Chirurgie und Medizin – Viszeral- und Transplantationschirurgie am Inselspital Bern und Department for Biomedical Research der Universität Bern, hat sich mit der Leberregeneration beschäftigt, insbesondere mit den Leberzellen, die sich nur selten vermehren. Prof. Dr. Thanos Halazonetis vom Department für Molekular- und Zellbiologie der Universität Genf erforscht die Mechanismen der DNA-Replikation. Gemeinsam untersuchten die Forschenden von Bern und Genf den möglichen Zusammenhang zwischen der schnelleren Alterung der Leber und der geringeren Häufigkeit der DNA-Replikation in ihren Zellen. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht.
Beispiel alte Mäuse: Während sich vermehrende Leberzellen DNA-Schäden aufweisen (l.), weisen sich vermehrende Darmzellen keine DNA-Schäden auf (r.). Sich vermehrende Zellen sind gelb gefärbt, Zellen mit DNA-Schäden sind rot markiert. (Bild: Universität Bern)
Unterschiedliche Reparaturmechanismen in der DNA
Die DNA besteht aus zwei Arten von Bereichen: Bereiche, die Informationen für die Herstellung von Proteinen enthalten (protein-codierend), und Bereiche, die das genetische Material regulieren oder organisieren (nicht-protein-codierend). Zellen werden ständig durch äussere und innere Faktoren geschädigt und verfügen deshalb über Reparatursysteme, die die Ansammlung von Defekten in der DNA verhindern. In den protein-codierenden Bereichen werden solche Defekte entdeckt, wenn Gene aktiviert werden, um Proteine herzustellen. In den nicht-protein-codierenden Bereichen werden Schäden bemerkt, wenn Zellen sich teilen und ihre DNA kopieren (DNA-Replikation). Diese Zellteilung findet aber nicht überall gleich häufig statt. Gewebe wie Haut oder Darm, die in ständigem Kontakt mit der Aussenwelt stehen, erneuern ihre Zellen (und damit ihre DNA)
häufiger – ein- oder zweimal pro Woche –als innere Organe, wie zum Beispiel Leber oder Nieren, deren Zellen sich nur ein paar Mal pro Jahr teilen.
Die Leber als ideales Modell für die Erforschung des Alterns «Unser Studienmodell, die Mausleber, ist ein ideales Organ, um die Mechanismen der DNA-Replikation in vivo zu untersuchen. Bei erwachsenen Säugetieren vermehren sich Leberzellen nur selten, es sei denn, ein Teil der Leber wurde entfernt und die verbleibenden Leberzellen müssen sich vermehren, um die Funktionen des entfernten Gewebes zu übernehmen. Nachdem wir zwei Drittel der Leber von jungen oder alten Mäusen entfernt haben, können wir die Replikationsmechanismen in einem jungen oder alternden Organ direkt im lebenden Organismus untersuchen», erklärt Deborah Stroka, Mitautorin der Studie.
Prof. Dr. Deborah Stroka, Forschungsleiterin Uni versitätsklinik für Viszerale Chirurgie und Medizin, Inselspital Bern und Department for Biomedical Research, Universität Bern. (Bild: zvg)
Die Forschenden haben zum ersten Mal herausgefunden, an welchen Stellen die Replikation in der DNA beginnt, wenn sich Leberzellen nach einer Gewebeentfernung erneuern. Sie stellten fest, dass diese Startpunkte immer in Bereichen der DNA liegen, die keine Proteine herstellen. Wei ter beobachteten sie, dass der Start der Replikation bei jungen Mäusen viel effizi enter war als bei alten Mäusen.
sende Gewebe wie der Darm. In Zellen, die über einen langen Zeitraum inaktiv waren, haben sich zu viele versteckte DNA-Defekte in den nicht-codierenden Regionen angesammelt, die Replikationsursprünge enthalten. Damit verhindern sie, dass die Replikation ausgelöst wird. In schnell wachsenden Geweben kommt es hingegen dank der häufigen Zellerneuerung kaum zu einer Ansammlung von Defekten, so dass die Replikationsursprünge
«Diese nicht-codierenden Regionen unter liegen keiner regelmässigen Fehlerkontrol le und führen daher mit der Zeit zu einer Akkumulation von Schäden. Nach der Tei lentfernung der Leber bei jungen Mäusen sind die Schäden noch gering und die DNA-Replikation ist möglich. Wird das Experiment hingegen bei alten Mäusen durchgeführt, löst die übermässige Anzahl von Defekten, die sich im Laufe der Zeit angesammelt haben, ein Alarmsystem aus, das die DNA-Replikation verhindert», erklärt Giacomo Rossetti, Postdoc an der Universität Genf und Erstautor der Studie.
Diese Hemmung der DNA-Replikation hindert die Zellvermehrung, was zu einer Beeinträchtigung der Zellfunktionen und zur Alterung des Gewebes führt.
Hoffnung auf Verlangsamung des Alterungsprozesses
Diese Beobachtungen könnten erklären, warum langsam wachsende Gewebe wie die Leber schneller altern als schnell wach -
ihre Effizienz beibehalten. «Unser Modell legt nahe, dass durch die Reparatur versteckter DNA-Defekte vor dem Auslösen der Replikation bestimmte Aspekte der Alterung möglicherweise vermieden werden könnten. Unsere weitere Forschung wird sich auf diese neue Arbeitshypothese konzentrieren», so Thanos Halazonetis abschliessend.
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Wissenschaftliche Labore in Disziplinen wie der Chemie, Biochemie oder Materialwissenschaft stehen vor einem tiefgreifenden Wandel. Gemäss einer Studie der University of North Carolina Chapel Hill (US) ermöglichen die Roboterautomatisierung und künstliche Intelligenz schnellere und präzisere Experimente, welche zu Durchbrüchen führen werden. Doch was bedeutet das auf der Umsetzungsebene?
Dave DeFusco ¹
«Die Entwicklung neuer Moleküle, Materialien und chemischer Systeme erfordert heute einen intensiven menschlichen Einsatz», konstatiert Dr. Ron Alterovitz, Hauptautor der Studie und Lawrence Grossberg, Professor in Computerwissenschaften. «Forschende müssen Experimente planen, Materialien synthetisieren, die Ergebnisse analysieren und diese Prozesse wiederholen, bis die gewünschten Eigenschaften erreicht sind.»
Dieser zeit- und arbeitsintensive Trial-andError-Ansatz verlangsamt das Tempo von Entdeckungen. Automatisierte Systeme hingegen können Experimente kontinuierlich und ohne menschliche Ermüdung durchführen, was die Forschung erheblich beschleunigt. Roboter führen nicht nur präzise Versuchsschritte mit grösserer Beständigkeit aus als Menschen, sie verringern auch die Sicherheitsrisiken beim Umgang mit gefährlichen Substanzen. Durch die Automatisierung von Routineaufgaben können sich Wissenschaftler auf übergeordnete Forschungsfragen konzentrieren und so den Weg für schnellere Durchbrüche in den Bereichen Medizin, Energie und Nachhaltigkeit ebnen.
«Die Robotik hat das Potenzial, unsere alltäglichen wissenschaftlichen Labors in automatisierte Fabriken zu verwandeln, welche die Entdeckungen beschleunigen. Doch dazu brauchen wir kreative Lösungen, die es Forschenden und Robotern ermöglichen, in derselben Laborumgebung zusammenzuarbeiten», so Dr. James Cahoon, Mitautor der Studie und Vorsit-
1 University of North Carolina Chapel Hill
Bei einem Roboterarm mit Prüfrohr (z. B. fü r biologische Experimente) handelt es sich lediglich um eine Teilautomatisierung im Labor. (Bilder: Shutterstock)
zender des Fachbereichs Chemie. «Wir gehen davon aus, dass Robotik und Automatisierung bei fortgesetzter Entwicklung die Geschwindigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit von Experimenten über verschiedene Instrumente und Disziplinen hinweg optimieren und Daten erzeugen werden, die von Systemen der künstlichen Intelligenz analysiert werden können, um weitere Experimente anzuleiten.
Die Forschenden definierten fünf Stufen der Laborautomatisierung, um zu veranschaulichen, wie sich die Automatisierung entwickeln kann:
– Assistierende Automatisierung: Auf dieser Stufe werden einzelne Aufgaben, wie z. B die Handhabung von Flüssigkeiten, automatisiert, während Menschen den Grossteil der Arbeit erledigen
– Teilautomatisierung: Roboter führen mehrere aufeinander folgende Schritte aus, wobei der Mensch für die Einrichtung und Überwachung zuständig ist
– Bedingte Automatisierung: Roboter steuern den gesamten Versuchsablauf, wobei bei unerwarteten Ereignissen ein Mensch eingreifen kann
– Hohe Automatisierung: Roboter führen selbstständig Experimente durch, richten Geräte ein und reagieren selbständig auf ungewöhnliche Bedingungen – Vollständige Automatisierung: In dieser letzten Stufe arbeiten Roboter und KISysteme völlig autonom, einschliesslich Selbstwartung und Sicherheitsmanagement
Die von den amerikanischen Forschenden definierten Automatisierungsgrade haben folgenden Zweck: Sie können zur Bewertung des Fortschritts auf diesem Gebiet herangezogen werden, helfen bei der
Forschende müssen künftig mit Ingenieurinnen und Informatikern zusammenarbeiten können, um das Potenzial eines automatisierten Labors auszuschöpfen.
Festlegung geeigneter Sicherheitsprotokolle und setzen Ziele für die künftige Forschung – sowohl in wissenschaftlichen Bereichen als auch in der Robotik. Während heute niedrigere Automatisierungsgrade bereits üblich sind, stellen hohe und vollständige Automatisierungsgrade eine Herausforderung dar. Roboter müssen in der Lage sein, in verschiedenen Laborumgebungen zu arbeiten, komplexe Aufgaben zu bewältigen und nahtlos mit Menschen und anderen Automatisierungssystemen zu interagieren.
Eine Schlüsselrolle spielt dabei die künstliche Intelligenz, welche bei der Weiterentwicklung der Automatisierung über physische Aufgaben hinausgeht. KI kann grosse, durch Experimente erzeugte Datensätze analysieren, Muster erkennen und neue Verbindungen oder Forschungsrichtungen vorschlagen. Durch die Integration von KI in den Arbeitsablauf im Labor können Labore den gesamten Forschungszyklus automatisieren – von der Planung von Experimenten über die Synthese von Materialien bis hin zur Analyse der Ergebnisse.
In KI-gesteuerten Labors kann die traditionelle DMTA-Schleife (Design-Make-Test-
Analyze) völlig autonom werden. KI könnte bestimmen, welche Experimente durchgeführt werden sollen, Anpassungen in Echtzeit vornehmen und den Forschungsprozess kontinuierlich verbessern. Obwohl KI-Systeme bereits erste Erfolge bei Aufgaben wie der Vorhersage chemischer Reaktionen und der Optimierung von Synthesewegen erzielt haben, warnen die Forschenden, dass KI sorgfältig überwacht werden müsse, um Risiken wie die versehentliche Erzeugung gefährlicher Stoffe zu vermeiden.
Die Umstellung auf automatisierte Labore ist mit erheblichen technischen und logistischen Herausforderungen verbunden. Denn Labore sind sehr unterschiedlich aufgebaut und reichen von der Kleinumgebung mit nur einem Prozess bis hin zu grossen Einrichtungen mit mehreren Räumen. Für die Entwicklung von flexiblen Automatisierungssystemen, die in verschiedenen Umgebungen funktionieren, werden mobile Roboter benötigt, die Gegenstände transportieren und Aufgaben an mehreren Stationen ausführen können.
Forschende müssen Automatisierung verstehen
Ebenso wichtig ist die Schulung für die Arbeit mit fortschrittlichen Automatisierungs-
systemen. Forschende müssen nicht nur Fachwissen in ihren wissenschaftlichen Bereichen entwickeln, sondern auch die Möglichkeiten von Robotern, Datenwissenschaft und KI verstehen, um ihre Tätigkeiten zu beschleunigen. Die Ausbildung der nächsten Generation von Forschenden, die mit Ingenieuren und Informatikern zusammenarbeiten können, wird für die Ausschöpfung des vollen Potenzials automatisierter Labore entscheidend sein.
«Die Integration von Robotik und KI wird die wissenschaftlichen Labore revolutionieren», sagt Angelos Angelopoulos, Mitautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Computational Robotics Group von Dr. Alterovitz. «Durch die Automatisierung von Routineaufgaben und die Beschleunigung von Experimenten besteht ein grosses Potenzial für die Schaffung einer Umgebung, in der Durchbrüche schneller, sicherer und zuverlässiger als je zuvor erzielt werden.» Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Roboticspubliziert.
Übe r setzung aus dem Englischen: ChemieXtra
https://chem.unc.edu
Steigende Unfruchtbarkeitsraten und hohe Kosten von invasiven In-vitro-Fertilisationen haben drei Schweizer Partner zur Lösungsfindung motiviert: Die beiden Start-ups Impli und Yalosys sowie das CSEM entwickeln einen implantierbaren Biosensor für die Echtzeitüberwachung von Fruchtbarkeitshormonen, der 2025 für klinische Tests bereit sein soll.
Seit der Geburt des ersten durch In-vitroFertilisation (IVF) erzeugten Babys 1978 wurden über 9 Millionen Babys mit Hilfe von Assistierter Reproduktionstechnologie (ART) wie IVF geboren. Der Weg zu einer erfolgreichen Schwangerschaft kann jedoch beschwerlich sein und mehrere Versuche erfordern. Derzeit hat eines von sechs Paaren Schwierigkeiten, Nachwuchs zu bekommen. Besonders betroffen sind Frauen im Alter von 20 bis 44 Jahren, von denen 8 bis 12 Prozent Fruchtbarkeitsprobleme haben.
Hormonmessung: Fortschritt für die Genauigkeit
Das Eingreifen zum richtigen Zeitpunkt ist die beste Voraussetzung für den Erfolg. Um den optimalen Handlungszeitpunkt zu
Die Entwicklung dieses implantierbaren Biosensors wird von Innosuisse unterstützt. (Bild: Impli)
erkennen, werden Patientinnen ständig beobachtet. Für Frauen, die sich einer ART unterziehen, bedeutet das 2 bis 3 Klinikbesuche pro Woche für Blutuntersuchungen. Diese Tests sind zwar wichtig, bieten aber nur eine Momentaufnahme des Zustands, der die medizinische Entwicklung nicht vollständig erfassen kann. Die derzeitigen Alternativen – Hormonüberwachung durch Urin, Speichel und Schweiss – sind in Bezug auf Präzision und unmittelbare Verwertbarkeit unzureichend, was sie für klinische Entscheidungen in Echtzeit ungeeignet macht. Aktuell gibt es keine anderen Überwachungsmöglichkeiten auf dem Markt, die speziell und selektiv Daten zu den drei für die IVF benötigten Hormone erfassen. Ein dichterer, umfassenderer Datenstrom könnte die Art und Weise revolutionieren, wie der Zeitpunkt und die Dosierung von Eingriffen festgelegt und damit möglicherweise die Ergebnisse für die Patientinnen verbessern. Mit «Ceres» geht Impli neue Wege. Der Biosensor analysiert 30 Tage lang die subkutane (SC) Zwischenzellflüssigkeit (ISF) und liefert mithilfe elektrochemischer Technologie Hormonwerte in Echtzeit. «Das ist ein Quantensprung gegenüber der invasiven Blutabnahme», sagt Anna Luisa Schaffgotsch, Gründerin und CEO von Impli. «Ceres liefert einen Datenstrom mit einer bisher unerreichten Auflösung und unterliegt nicht den Schwankungen, welche die Blut- oder Urinwerte verfälschen können. Da die Sensoren implantiert werden, sind Bedienungsfehler weitgehend ausgeschlossen und für die Patientinnen ist es eine komfortable Lösung.»
Die ersten Prototypen wurden von dem Konsortium, das Impli mit Yalosys bildet, bereits hergestellt und die BenchmarkTests verliefen positiv. Luigi Calabrese, Mit-
begründer und CEO von Yalosys, erklärt: «Wir wollen die Sensoren im Rahmen der klinischen Tests weiter miniaturisieren. Das wird die Invasivität reduzieren und uns ermöglichen, ISO-kompatible Produktionsschritte zu erreichen.»
Potenzial geht über In-vitro-Fertilisation hinaus
Die Zusammenarbeit zwischen Impli, Yalosys und dem CSEM zielt darauf ab, das Präzisionsgerät zu perfektionieren. Mit den Kompetenzen im Bereich der Miniaturisierung und den Praxiserfahrungen in Chemie, Oberflächentechnik und Mikrodruck leistet das CSEM einen wichtigen Beitrag dazu. Zunächst prüft, bewertet und vergleicht das Technologie-Innovationszentrum verschiedene Arten von BiosensorikTechnologien für den Nachweis von Hormonen; danach wird es einen Labortisch einrichten, um die menschliche Umgebung für die In-vitro-Tests nachzustellen; und schliesslich wird das Team von Tools for Life Sciences den Prozess optimieren und übertragen.
Das Potenzial der Hormonüberwachung geht über die IVF hinaus. Als reguliertes endokrinologisches Gerät verspricht es, verschiedenen Patientengruppen zu helfen. Dazu gehören Frauen, die mit dem Polyzystischen Ovarialsyndrom (PCOS), einer Stoffwechselstörung, leben, die eine natürliche Schwangerschaft und Empfängnis erleben, von einer Fehlgeburt betroffen sind oder sich in den Wechseljahren befinden.
www.csem.ch
www.impli.org
https://yalosys.com
Genom-Editierung
Die Genschere «Crispr» kann den Defekt reparieren, der für die Immunkrankheit chronische Granulomatose verantwortlich ist. Trotz vielversprechendem Ergebnis für den Einsatz dieser Technologie bei dieser Krankheit besteht ein Risiko: Es können sich unbeabsichtigt andere Fehler einschleichen.
Crispr hat das Potenzial, die Therapie von genetisch bedingten Krankheiten zu revolutionieren. Denn damit lassen sich gezielt fehlerhafte Abschnitte im Erbgut korrigieren. Doch ganz so einfach ist es leider nicht: Unter bestimmten Umständen führt die Reparatur zu neuen Gendefekten –etwa im Fall der chronischen Granulomatose. Dies berichtet ein Team von Grundlagenforschern und Ärztinnen des klinischen Forschungsschwerpunktprogramms «ImmuGene» der Universität Zürich in der Fachzeitschrift Communications Biology.
Vielversprechendes Ergebnis
Die chronische Granulomatose ist eine seltene Erbkrankheit, die etwa eine von 120 000 Personen trifft. Die Krankheit beeinträchtigt das Immunsystem und macht Betroffene anfällig für schwere, sogar lebensbedrohliche Infektionen. Der Grund ist das Fehlen von zwei Buchstaben, den sogenannten Basen, in der DNA-Sequenz eines Gens namens NCF1. Durch diesen Fehler wird ein Enzymkomplex nicht hergestellt, der eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Bakterien und Schimmelpilzen spielt.
Der Forschungsgruppe ist es jetzt gelungen, mit Hilfe des Crispr-Systems die fehlenden Buchstaben an der richtigen Stelle in das Gen einzufügen. Sie führten die Experimente in Zellkulturen von Immunzellen durch, die den gleichen Gendefekt aufwiesen wie Menschen mit chronischer Granulomatose. «Das ist ein vielversprechendes Ergebnis für den Einsatz der Crispr-Technologie zur Korrektur der Mutation, die dieser Krankheit zugrunde liegt», sagt Gruppenleiterin Janine Reichenbach, Professorin für Somatische Gentherapie am Universitäts-Kinderspital Zürich und am Institut für Regenerative Medizin der Universität Zürich.
Die Genschere «Crispr» kann Mutationen in der DNA sehr präzise korrigieren. Doch bei der Therapie von Gendefekten können neue Fehler im Erbgut entstehen. (Bild: Shutterstock)
Allerdings zeigte sich, dass einige der reparierten Zellen jetzt neue Fehler aufwiesen: Es fehlten ganze Abschnitte des Chromosoms, in dem die Reparatur stattgefunden hatte. Der Grund dafür liegt in einer besonderen genetischen Konstellation des NCF1-Gens: Es liegt auf dem Chromosom gleich dreimal vor, einmal als aktives Gen und zweimal in Form von sogenannten Pseudogenen – diese haben die gleiche Sequenz wie das defekte NCF1 und werden normalerweise nicht für die Bildung des Enzymkomplexes benutzt. Die Genschere Crispr kann zwischen den verschiedenen Versionen des Gens nicht unterscheiden und schneidet so den DNAStrang gelegentlich an mehreren Stellen auf dem Chromosom durch – sowohl beim NCF1-Gen als auch an den Pseudogenen. Werden die Schnittstellen dann wieder zusammengefügt, kann es passieren, dass ganze Genabschnitte falsch angeordnet sind oder fehlen. Dies kann unabsehbare medizinische Folgen haben und schlimmstenfalls auch zur Entwicklung von Blutkrebs beitragen. «Das mahnt zur Vorsicht beim Einsatz dieser Technologie im klinischen Umfeld», so Reichenbach.
Um das Risiko zu minimieren, testete die Gruppe eine Reihe von alternativen Ansätzen, zum Beispiel modifizierte Versionen von Crispr-Komponenten. Oder die Verwendung von Schutzelementen, welche die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Genschere das Chromosom gleichzeitig an mehreren Stellen durchschneidet. Leider liessen sich die unerwünschten Nebeneffekte durch keine dieser Massnahmen vollständig verhindern.
«Diese Studie zeigt sowohl die vielversprechenden als auch die herausfordernden Aspekte von crispr-basierten Therapien auf», sagt Mitautor Martin Jinek, Professor am Biochemischen Institut der Universität Zürich. Sie biete wertvolle Anhaltspunkte für die Entwicklung von Gen-EditierungsTherapien für chronische Granulomatose und andere Erbkrankheiten. «Aber es braucht noch mehr technologische Fortschritte, welche die Methode in Zukunft sicherer und effektiver machen.»
www.uzh.ch
Ein Zürcher Unternehmen entwickelt eine nicht-pharmazeutische Therapie zur Behandlung antibiotika-resistenter Bakterien. Das Ziel: Die Anzahl Todesfälle in Spitälern nach nosokomialen (schwer behandelbarer) Infektionen signifikant reduzieren. Die Technologie soll nicht nur als Alternative zum derzeitigen Plan A (den Antibiotika) bilden, sondern künftig auch als genereller Ansatz zur Behandlung resistenter Bakterien funktionieren.
Dr. med. Pierre Vollenweider ¹
Regina
Rufener 2
Auf den Intensivstationen ereignen sich zu viele Todesfälle durch multiresistente Bakterien. Die Multiresistenz nimmt jedes Jahr zu. Erreger mit Mehrfachresistenzen gegen Antibiotika (multiresistente Erreger, MRE) sind Bakterien, gegen die die meisten Antibiotika unwirksam geworden sind. Insgesamt wird weltweit von drei Millionen Opfern nosokomialer Infektionen gesprochen. Die MedScienceSwiss AG ist bestrebt, diese Resistenzen mit einer neuartigen Therapie zu bekämpfen.
Erst wird die Oberfläche der Bakterien geschädigt
Die Behandlung von Bakterien mit modulierten hochenergetischen elektromagnetischen Feldern ermöglicht auch die Eliminierung multiresistenter Keime. Studien von MedScienceSwiss haben gezeigt, dass die neue Methode die Oberfläche der Bakterien schädigt und dann zu ihrer Zerstörung führt, sodass diese sich auch nicht mehr vermehren können. Während des ganzen Prozesses bleibt das menschliche Gewebe unbeeinträchtigt. Die Forschenden gehen davon aus, dass der Membranbestandteil der Bakterien (Peptidoglykan), der im menschlichen Körper nicht vorkommt, an diesem Prozess beteiligt ist. Da der Einsatz elektromagnetischer Felder keine Chemikalien und toxischen Verbindungen erfordert, eröffnet das Verfahren der Zürcher eine neue Möglichkeit, nosokomiale Infektionen ohne den Zu -
1 Gründer und Geschäftsführer, MedScienceSwiss AG
2 Zellbiologin, MedScienceSwiss AG
Ein Vorteil der «Plan B»-Technologie: Bestehende MRI-Räume und Personal können für den Betrieb der benötigten Geräte genutzt werden. (Grafiken: MedScienceSwiss)
satz von Antibiotika oder anderen chemischen Substanzen zu behandeln. Im Gegensatz zum pharmazeutischen Ansatz können Krankheitserreger keine Resistenz gegen die elektromagnetischen Felder entwickeln. Folglich ist jede Behandlung im Vergleich zum antibiotischen Ansatz effektiver, nebenwirkungsfrei und kostengünstiger. Die Therapie soll in Zukunft sowohl in Industrieländern als auch in Entwicklungsländern eingesetzt werden.
Mit dem pharmazeutischen Ansatz verbundene Probleme – wie die Unterbrechung der Kühlkette oder Produktionsengpässe – sind für die Geräte und Methode von MedScienceSwiss irrelevant. Die modulierten Hochenergiefelder sind in der Lage, alle Arten von Gewebe (Muskulatur, Fett-, Hirn- und Bindegewebe) sowie Blut zu durchdringen. Ebenso Biofilme jeglicher Dicke. Dass das Geschlecht des Menschen beim als «Plan B» bezeichneten Verfahren
Eliminationsraten der relevanten Keime.
Die Resultate zeigen keinen signifikanten Unterschied zu den Kontrollzellen: Lebende Zellen werden mit dem Farbstoff «Calcein» markiert und emittieren eine grüne Fluoreszenz aus, während tote Zellen mit dem Farbstoff «Sytox Deep Red» markiert werden und eine rote Fluoreszenz aussenden.
keine Rolle spielt, haben Studien der Forschenden bereits gezeigt. So gab es keine Geschlechtsspezifität bei der Verwendung von Modellen mit gesunden weiblichen Brustdrüsenzellen und gesunden männlichen Bronchialzellen.
Die Tests wurden nicht nur mit der Fluoreszenzmikroskopie beurteilt, sondern mit den FDA-zertifizierten Geräten von Thermofisher mit entsprechenden Tests für Membranintegrität und Zellmetabolismus.
Die Resultate sind zertifiziert und zeigen gegenüber den Kontrollzellen keine Veränderung. Das bedeutet, dass die menschlichen Zellen keinen Schaden nehmen durch die Behandlung mit den elektromagnetischen Feldern, obwohl damit gleichzeitig die krankmachenden Bakterien eliminiert werden. Um zur Marktreife zu gelangen, sind für die Anwendung an Pati -
entinnen und Patienten noch Tierversuche nötig. Deren Anzahl kann aber eingeschränkt werden, wenn Modelle für Biofilme eingesetzt werden.
Eine Untersuchung der Toleranz von elektromagnetischen Feldern auf menschliche Brustepithelzellen (HMEpiC) und menschliche Bronchialepithelzellen (HBEpiC), hat ergeben, dass diese keinen Vitalitätsverlust erlitten. Die Bewertung erfolgte zum einen durch Fluoreszenzmikroskopie und zum anderen durch Vitalitätstests mit dem Mikroplatten-Assay «Prestoblue» sowie dem «Live/ Dead Viability/Cytotoxicity»-Assay Kit. Dabei handelt es sich um einen zweifarbigen Fluoreszenz-Assay, der gleichzeitig lebende und tote Zellen identifiziert.
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Die behandelten Bronchial- und Mammilarzellen zeigen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen keinen erhöhten Verlust an Lebensfähigkeit (siehe Grafik). Beschädigte und nicht lebensfähige Zellen haben eine geringere inhärente Stoffwechselaktivität und erzeugen daher ein proportional geringeres Signal als gesunde Zellen.
Die Versuche am Biofilm-Modell und die geforderten Tierversuche wird das 2020 gegründete Unternehmen im Laufe von 2025 durchführen. Auch die Entwicklung der Leistungselektronik ist weit vorangeschritten, eine Zulassung soll anschliessend beantragt werden.
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Algen können uns im Alltag auf die Nerven gehen – sei es im vergessenen Wassereimer im Garten, der Kaffeemaschine oder dem Wasserstoffgenerator im Labor. Doch genau dieses unbändige Wachstum, das sie oft zum Ärgernis macht, offenbart ihr enormes Potenzial. Sie gedeihen überall, selbst unter widrigsten Bedingungen, und das macht sie nicht nur lästig, sondern auch faszinierend.
Lucie K. Tintrop, Alexandra Baumeyer-Brahier, Daniel Kurpan, Pa s cal Fuchsmann ¹
Algen werden allgemein als einzellige Organismen definiert, die Photosynthese betreiben und keine «höheren Pflanzen» (Embryophyten) sind. Wenn sie mikroskopische Dimensionen aufweisen (~5 µm), werden sie Mikroalgen genannt. Mit schätzungsweise mehr als 800 000 Arten weisen Mikroalgen eine extrem hohe Biodiversität auf. Ihre Vielfalt an Stoffwechselprodukten wie Proteinen, Lipiden oder Vitaminen hat sie zunehmend in den Fokus biotechnologischer Prozesse gerückt. Dabei werden Mikroalgen auch genutzt, um einen biotechnologischen Prozess und die dabei entstehenden Produkte klimafreundlicher zu gestalten. Mikroalgen binden CO2 und produzieren so nutzbare Biomasse. Die Mikroalgenproduktion hat einige Vorteile im Vergleich zum Anbau konventioneller Pflanzen, beispielsweise benötigt sie weniger Fläche und Nährstoffe und ist sehr effizient bei der Umwandlung von Sonnenlicht und CO2 in Biomasse (~1,8 kg CO2 pro kg Biomasse). Allerdings gibt es auch Herausforderungen, wie den hohen Stromverbrauch für die Kultivierung (Licht, Pumpe, Filter, Temperaturkontrolle), die langsame Wachstumsrate und die Abhängigkeit von Licht und Temperatur.
Mikroalgen liefern unter anderem wertvolles Eiweiss, Fettsäuren, Mineralien und Vitamine, und sind daher für die menschliche, insbesondere für die vegetarische und vegane Ernährung sehr interessant. In der Nutztierhaltung können Mikroalgen verwendet werden, um proteinreiche Fut-
1 Agroscope
termittel und -zusätze herzustellen bei einer Flächenersparnis von ca. 60 Prozent zum Nutzpflanzenanbau. Trotz ihres enormen Potenzials sind derzeit nur wenige Mikroalgenarten für die menschliche Ernährung zugelassen, dazu zählen Arthrospira (Spirulina) und Chlorella, aber neue Stämme liegen bereits zur Bestätigung bei der European Food Safety Authority (EFSA). In der Schweiz gibt es für die tierische Ernährung mit Mikroalgen keine Beschränkungen.
Die volatilen organischen Substanzen (VOCs), die von den Kulturen produziert werden, können als wichtige Biomarker für die Kultivierung der Mikroalgen dienen. Sie sind ein Indikator für den Gesundheitszustand der Kultur, denn sie können z. B. Zellstress anzeigen. Die VOCs variieren je nach Zellwachstumsstadium und sind somit wichtige Biomarker für eine rechtzeitige Ernte. Zudem besteht die Möglichkeit, die verschiedenen Kulturen und Algen/ Bakterien/Co-Kulturen mittels ihrer VOCProfile zu kategorisieren und Unterschiede herauszuarbeiten, um sie zu charakterisieren. Ausserdem spielen die VOCs eine entscheidende Rolle für das Aroma von Nahrungs- und Futtermitteln. Um zu verstehen, ob und warum eine bestimmte Mikroalgenkultur von Menschen oder Nutz-
tieren geschmacklich bevorzugt wird, ist eine umfassende Analyse der VOCs notwendig. Diese Analyse kann anschliessend massgeblich zur Auswahl der geeignetsten Kultur für einen spezifischen biotechnologischen Prozess und zur Verbesserung der Sicherheit und Verwertung von Futter- und Lebensmitteln beitragen.
Unterschiede im VOC-Profil verschiedener Kulturen
Verschiedene Kulturen produzieren unterschiedliche VOCs. Es gibt signifikante Unterschiede im VOC-Profil der untersuchen Spezies Tetradesmus obliquus, Tetradesmus sp., Stichococcus sp. und Chloroidium saccharophilum, welche in der MikroalgenSammlung von Agroscope vorhanden sind (Abb. 1). Die Menge der produzierten VOCs kann jedoch auch innerhalb der einzelnen Spezies variieren und könnte ein Hinweis auf das Alter der Kultur oder das Stoffwechselstadium sein. Insgesamt wurden fünf verschiedene Acetatderivate sowie verschiedene Alkohole, Aldehyde und ein Alkin identifiziert (Abb. 2). Eine Substanz, die hingegen von fast allen Algenkulturen, mit Ausnahme von Tetradesmus sp., in unterschiedlichen Mengen produziert wird und daher unspezifisch ist, ist Ethylacetat. In anderen Studien wurde eine er-
höhte Konzentration an Ethylacetat in der Absterbephase gefunden. Ebenfalls wird Benzaldehyd sowohl von Tetradesmus als auch von Stichococcus sp. produziert und kann als Antioxidans in den Zellen wirken.
1-Penten-3-ol ist eine spezifische Substanz, die, in dieser Studie nur von Tetradesmus obliquus und Tetradesmus sp. produziert wird. In anderen Studien war 1-Penten-3-ol eine unspezifische Substanz, die in mehreren verschiedenen Kulturen gefunden wurde. 4-Hexen-1-ol-acetat wurde ausschliesslich von Stichococcus sp. produziert.
Ein allgemeiner Biomarker für das Vorhandensein einer Co-Kultur von Algen und Bakterien konnte nicht identifiziert werden. Es konnten jedoch enorme Schwankungen in der Ethylacetatmenge bei Chloroidium saccharophilum und Chloroidium saccharophilum + Diplococcus festgestellt werden, wobei die Co-Kultur eine siebenfach höhere Menge aufwies. Dies könnte auf ein Absterben der Algen durch das Zusammenleben mit den Bakterien hindeuten. Bei der anderen Co-Kultur aus Stichococcus sp. und einem nicht identifizierten Bakterium war die Menge an Ethylacetat siebenmal geringer als in der reinen Stichococcus-Kultur, was hingegen eher auf eine symbiotische Beziehung in der CoKultur hindeutet. Hingegen war die Menge
Abb. 2: Analytisches Signal (EIC-Intensität), Verteilung und Struktur der volatilen Substanzen in den verschiedenen Algenkulturen. Farbgebung der Substanzen siehe Abb. 3.
an 4-Hexen-1-ol-acetat in der Co-Kultur doppelt so hoch wie in der reinen Kultur. Der Metabolismus der Mikroorganismen beeinflusst sich innerhalb einer Co-Kultur gegenseitig und kann daher zu diesen Unterschieden führen.
Die Aromabeschreibungen der identifizierten Substanzen präsentieren eine Vielfalt an olfaktorischen Eindrücken, darunter natürliche, ätherische, fruchtige, fermentierte, süsse, Bittermandel- und grasige Noten (Abb. 3). Die meisten dieser Noten sind angenehm für den menschlichen Geschmack. Es ist jedoch denkbar, dass insbesondere eine zu hohe Benzaldehydkonzentration in den Kulturen zu einem zunehmend bittermandelartigen Ge -
schmack (Marzipan) führen kann, der nicht von allen Menschen gemocht wird. Wie sich das Aroma auf Nutztiere auswirkt, ist noch weitgehend unbekannt und sollte in weiteren Studien untersucht werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass es Unterschiede in den VOC-Profilen der verschiedenen Algenkulturen gibt. Es gibt sowohl Substanzen, die in mehreren verschiedenen Kulturen und Co-Kulturen vorkommen, als auch solche, die spezifisch für eine Spezies sind. Es ist davon auszugehen, dass bestimmte Biomarker und auch das gesamte VOC-Profil zur Identifizierung und Charakterisierung verschiedener Algenkulturen und zur Bestimmung des Stoffwechselstatus genutzt werden können.
1. Ethylacetat 5-5000
Ethereal, fruity, sweet, weedy, green, grape, rummy
2. 1- Pe nten-3-ol 400 NA
3. Hexanal 4.5-5
Fresh green, fatty, aldehydic, grassy, leafy, fruity, sweaty
4. 3-Hexen-1-ol NA Green, grassy, melon rind-like with a pungent freshness
5. 1-He xanol 2500
Pungent, ethereal, fusel, oily, fruity, alcoholic, sweet, green
6. 2-Penten-1-ol acetat NA NA
7. 3-Methyl-2-buten-1-ol acetat NA
Sweet, fresh banana, fruity, jasmin, ripe heliotrope, balsamic
8. Benzaldehyd 350-3500 Sharp, sweet, bitter almond, cherry
9. 2-Ethyl-2-hexen-1-ol NA NA
10. 4-Hexen-1-ol acetat NA NA
11. Hexylacetat 2 Fruity, green, apple, banana, sweet
12. 1-Undekin NA NA
13. 3,4-Dimethylcyclohexanol NA NA
14. cis-9-Tetradecen-1-ol NA NA
15. Pentadecanal 1 NA
Abb. 3: Liste der volatilen Substanzen. Der Geruchsschwellenwert und die Geruchsbeschreibung gelten für die menschliche Wahrnehmung.
Des Weiteren soll untersucht werden, ob die VOCs als spezifische Biomarker für Geschmack, Anomalien, Kontaminationen oder das Absterben einer Kultur genutzt werden können. Das Aroma einer bestimmten Kultur hängt stark vom VOCProfil ab und sollte für eine Anwendung in Nahrungsmitteln oder Futtermitteln, neben den weiteren strengen Anforderungen wie beispielsweise Oxidations- und mikrobielle Stabilität, berücksichtigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Analyse von VOCs entscheidend für die Weiterentwicklung biotechnologischer Algenproduktionsprozesse ist und dass Algen auch in ihren VOC-Profilen und Aromen so vielfältig sind wie es ihre Biodiversität vermuten lässt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Algen weit mehr Potential haben, als wir derzeit zu nutzen wissen und dass sie viel weniger lästig sind als unser alltägliches Zusammenleben mit ihnen vermuten lässt.
www.agroscope.admin.ch
Am 19. September schloss die Ilmac in der Expo Beaulieu Lausanne ihre Tore. Über 3300 Besucherinnen und Besucher aus den Branchen Chemie, Pharma und Biotechnologie informierten sich über Produkte, Lösungen und Trends – und fanden darüber hinaus wertvolle Inspiration.
200 Aussteller aus 20 Ländern, über 70 Vorträge und Präsentationen – die Kombination aus Ausstellung, Konferenz sowie «Networking Lunch» und «Networking Apéro» der Ilmac kam beim Fachpublikum gut an. Dabei lieferte die moderne Halle der Expo Beaulieu Lausanne einen idealen Rahmen für das Netzwerken, nicht zuletzt dank des beliebten gemeinsamen Mittagessens. Der Vorteil für Besucher und Aussteller: Einmal durchs Drehkreuz, muss man sich um nichts mehr kümmern – vom Mineralwasser, über den Kaffee bis zum Dessert ist alles im Ticketpreis inbegriffen.
Entlang der gesamten Wertschöpfungskette
An der ausgebuchten Messe wurden Produkte und Lösungen für die gesamte Wertschöpfungskette präsentiert. Zu den wichtigsten Fachbereichen gehörten die Labortechnologie, Diagnostik, Bioanalytik, Biotechnologie und Prozesstechnologie, aber auch Robotik und Automation, Informationstechnologie und Pharmalogistik. Céline Futterknecht, Brand Director blickt mit Freude zurück: «Von allen Seiten vernehme ich positive Stimmen. Es ist uns gelungen, die Ilmac Lausanne zusammen mit unseren Partnern quantitativ und qua -
Impression der Westschweizer Ilmac-Ausgabe. (Bild:
litativ auf ein höheres Niveau zu bringen. Der Markt spielt mit und bestätigt unser Konzept.»
Ergänzend zu den Ständen nutzten vereinzelte Unternehmen auch Formate wie den «Speakers Corner» oder den «Future Talks Corner», um ihre Produkte zu präsentieren oder Experimente live vorzuführen. Auch die neue «Startup Area» mit zahlreichen Newcomern aus den Bereichen Biotech, Labortech, Software oder Cybersecurity hat das Publikum angezogen. In der Hallenmitte gelegen, bot sie eine abwechslungsreiche Auflockerung zwischen den Messeständen. Die Veranstaltung wurde zudem als Karriereplattform genutzt mit dem auch interaktiv möglichen Format «Job Connect».
Céline Futterknecht fährt fort: «Die Ilmac 2024 war ein voller Erfolg. Wir können eine Steigerung von 67 Prozent der Teilnehmenden und 25 Prozent der Ausstellenden gegenüber der Ausgabe 2022, die auch in Lausanne stattgefunden hatte, verzeichnen». Kurz: Die Messe war gut besucht und die Stimmung war gut.
Die wissenschaftlich getriebene «Ilmac Conference» widmete sich den aktuellen Themen Lebensmittelchemie und Analytik sowie Labor 4.0. Neben den Sessions «Future of labs – Latest innovations and outlook» und «Artificial intelligence and machine learning applied to drug development» kamen auch die Diskussionen am runden Tisch, die Networking-Anlässe und Startup-Pitch-Sessions gut an. Das Programm war in Zusammenarbeit mit den Messepartnern Swiss Chemical Society (SCS), Bio Alps und Swiss Biotech Association (SBA) entstanden.
Zum Schluss die Daten der beiden nächsten Veranstaltungen: Die nächste Ilmac findet vom 16. bis 18. September 2025 in Basel statt und die nächste Westschweizer Ausgabe am 23. und 24. September 2026, wieder in Lausanne.
www.ilmac.ch
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Zum ersten Mal in der neuen Halle: Während zwei Tagen war das Team der ChemieXtra an der Expo Beaulieu Lausanne unterwegs und hat das Wichtigste der Messe für die Chemie- und Life-Sciences-Branche eingefangen.
(Bilder: ChemieXtra)
Mettler Toledo – Intelligente Sensor-Management (ISM) auch für raue Umgebungen: Jana Grossmann, Telesales-Vertreterin, präsentierte die automatisierte Sensorwartung «EasyClean 500».
GMB Glasmechanik – Glänzendes Laborglas des Spezialisten, der kundenspezifische Anfertigungen, Express-Service, Reparaturen und vieles mehr bietet.
Carl Roth – Jetzt auch 3-D-Druck für Halterungen, Ersatzteile oder Prototypen: Nico Thöbes, Produktmanagement Chemikalien und 3-D-Druck, mit dem Filament für den 3-D-Drucker r. u. vo n Raise 3D.
Endress + Ha user – Anlagenbau- und Pharma-Planung: Interessierte vor einer Demo-Applikation für die Life-Science-Industrie.
Hettich – Drehen wie beim Roulette: Aaron Zumstein, Servicetechniker Romandie, neben der Zentrifuge «EBA 20 0» mit integriertem Gewinnspiel.
Socorex – Sophie Gygax, Marketing und Kommunikation, im Beratungsgespräch.
Skan – Live-Visualisierung der Luftführung: Giuseppe Cirillo, Leiter Marketing und Verkauf, und Christian Maurer, Produktmanager, vor der Sicherheitswerkbank «Claire Neo».
Rotronic – Für kritische Stellen, Pharma-Monitoring oder Inkubatoren: Marcel Rohrbach, Kundenbetreuer bei PST, zeigte den Datenlogger «RMS-LOG-L-D».
Asecos – Gefahrstofflagerung nach EN 14470-2: Samuel Schrems, Kundenberater und Spezialist ASGS, vor dem Gasflaschenschrank «G90».
Cem – Mikrowellen-Labortechnik: Ulf Sengutta, Geschäftsführer, im Beratungsgespräch.
Metrohm – Kein Abfall, keine Chemikalien und sehr schnell: Das Unternehmen stellte u. a. d en brandneuen Autosampler «Omnis Sample Robot» vor.
Denios – So werden Kontrollrunden hinfällig: Yves Ram el, Kundenbetreuer, zeigt das Leckage-Erkennungssystem «Spillguard» für Gefahrstoff-Auffangwannen.
– Neben dem
am
Watson-Marlow – Aseptische Befüllung von Flüssigkeiten: Das Abfüllgerät «Flexicon PF7» mit Schlauchapplikation und Verbindungselementen.
Anton Paar – Antoine Marmasse, Verkauf, Dr. Amir Zaim, Verkausleiter «Particle Characterization» und Nicolas Ogez-Paul, Team-Leiter «Measurement und Solutions».
Infochroma – Dürfen wir vorstellen: Viola Vial, Marketingfigur, gefertigt in der legendären Zwergstatt Gräfenroda (D).
Immer wieder beliebt: Der Networking Lunch.
Almatechnik – Pulsationsarm und scherungsarm pumpen: Michael Misteli, Geschäftsleitung, neben der Vier-KolbenMembranpumpe «Quattroflow» von PSG.
Hach – Für im Labor oder Prozess: Joel Theytaz, Verkauf, präsentierte das Spektral-Farbmessgerät «Lico 690» und das Trübungsmessgerät «TL2360».
Shimadzu – Kompakt und attraktiv: Jean-Luc Rittener, Kundenberater Romandie, und Dr. Samantha Wörner, Anwendungs- und Kundenbetreuung, vor dem neuen Gaschromatographen «Brevis GC-2050».
Avintos – Für vieles geeignet: Jérôme Chabloz, Geschäftsführer, und Vito di Leo, Verkauf, mit dem Tischmischer «MiniDuoMix» für die cGMP-Herstellung.
Das Fachpublikum der Reinraummesse Cleanzone in Frankfurt am Main hat ein neues Verfahren zum Test von Reinraumbekleidung auf Durchlässigkeit für Mikroorganismen zum Gewinner des Cleanzone Award gewählt. Doch auch die fünf Wettbewerber zeugen von der hohen Innovationskraft der Branche und verdienen eine Würdigung.
Alina Kopp, Leiterin Forschung und Entwicklung bei der Dastex Group, Muggensturm, und Evi Held-Föhn, Leiterin Prüflabor Biologie beim Entwicklungspartner DITF (Deutsches Institut für Textil- und Faserforschung) in Denkendorf, sind über die herkömmlichen Testverfahren hinausgegangen und haben zum Beispiel zusätzlich den mechanischen Stress, den Einfluss der Unterbekleidung und der unvermeidlichen Schweissbildung auf die mikrobiologische Durchlässigkeit berücksichtigt. Als Testkeim für den Nachweis der Penetration von Bakterien durch Reinraumbekleidung wählten sie Staphylococcus epidermidis und damit einen Keim, der in der Realität tatsächlich auf der menschlichen Haut vorhanden ist. Die bisher verfügbaren Testverfahren sind beispielsweise für Gesichtsmasken entwickelt worden und berücksichtigen die Charakteristika von Reinraumbekleidung und die speziellen Bedingungen im Reinraum nicht adäquat. Alina Kopp und Evi HeldFöhn haben an dem realitätsnahen Verfahren nicht nur fünf Jahr geforscht, sondern auch die Ergebnisse dieses komplexen Projekts mit dem abstrakt anmutenden Namen ReBa² in einem Vortrag von wenigen Minuten anschaulich und verständlich einem gespannten Fachpublikum nahegebracht. Es hat sie am 26. September 2024 im Wettbewerb mit fünf weiteren starken Kandidaten zum Gewinner des Cleanzone Award gewählt.
Grosses Kino mit dem «21st Century Rob» Als Wettbewerber traten gleich zwei Desinfektionsverfahren auf der Basis von UVStrahlung an. Der als «Health Robot for the
realitätsnah:
freuen sich über den Gewinn des Cleanzone Awards mit ihrem neuen Verfahren zum Test auf mikrobiologische Durchlässigkeit von Reinraumbekleidung. (Bild: Messe Frankfurt Exhibition, Jochen Günther)
21st Century» präsentierte Roboter mit dem Namen Hero21 von ICA, Dortmund, ist ein autonomer, mobiler UV-C-Desinfektionsroboter. Er verbindet die umfassend erforschten Vorteile der UV-C-Technologie mit der mobilen Robotik. Der gesamte Prozess läuft im Vergleich zur manuellen Desinfektion deutlich schneller.
Der UV-Roboter arbeitet bei 254 Nanometern. Diese UV-Strahlung zerstört die DNA von Mikroorganismen, doch auf für den Menschen ist sie eine Gefahr. Darum wird während der Desinfektion ein Sensor an die Tür gehängt, der den Roboter im Falle einer Türöffnung automatisch stoppt und ausschaltet. Der UV-Roboter hat bereits den Weg in die Praxis gefunden und ist zum Beispiel bei Bayer und im Universitätsspital Zürich im Einsatz.
Die UV Medico, Aabyhoej, Dänemark, schickte als Award-Kandidat die HumanSafe Far-UVC-Solution ins Rennen. Diese UV-Kabine ermöglicht es dem vollständig bekleideten Bedienpersonal, den Reinraum zu betreten, ohne dass Kittel, Maske, Schutzbrille, Handschuhe und andere Ausrüstungsteile mikrobiell kontaminiert sind. Mit einer vollständig berührungslosen
Schnittstelle können die Bediener die UVKabine betreten und sie aktivieren, um einen zwanzig Sekunden schnellen und effizienten Dekontaminationsprozess einzuleiten. Eine spezielle Stufe sorgt sogar extra für die Dekontamination der Fusssohlen.
Statt der üblichen, für Menschen schädlichen Dekontaminationswellenlänge 254 Nanometer arbeitet die Human-Safe FarUVC-Solution bei 222 Nanometer. So lassen sich Mitarbeiter in zwanzig Sekunden dekontaminieren, ohne sie zu gefährden. Ein weiterer Vorteil: Die verwendeten UVStrahler kommen ohne Quecksilber aus –ein Vorteil für die Umwelt.
Mit einem aseptischen Bekleidungssystem für sterile Umgebungen ging das Unternehmen Elis, Saint-Cloud, Frankreich, an den Start: Elisair bedeckt die Haut vollständig und stellt eine kontrollierte Luftzufuhr sicher. Dafür sorgt ein in einen «Helm» integrierter Ventilator. Er führt Frischluft zu, was das CO2 in der verfügbaren Atemluft um 80 Prozent reduziert. Gleichzeitig kann die nach Annex 1 vorgeschriebene Vollbrille nicht beschlagen, weil sie immer wieder «freigeblasen» wird. So wird das Arbeiten
im Reinraum ein ganzes Stück komfortabler und angenehmer empfunden.
«Nichtraucher» als Next-levelStrömungsvisualisierung
Ein weiterer Cleanzone-Award-Kandidat, das «Flowbos-Verfahren» von Lavision, Göttingen, ermöglicht Luftstromtests ohne Rauch. Klassischerweise ist zwar ein Rauch-Test zur Strömungsvisualisierung im Reinraum üblich, teils sogar verpflichtend. Doch Rauch kann auch die Integrität des Produkts beeinträchtigen. So kam der Anstoss von einem Pharma-Unternehmen: «Wir brauchen den Next-level-Test!»
Das «Flowbos-Verfahren» arbeitet ohne Rauch, verwendet stattdessen Edelgase und visualisiert ihre Strömung mit einer speziellen Kamera. Die bringt das Ergebnis sogar direkt auf den Monitor. So werden die Reinigungskosten erheblich gesenkt und Produktionsausfälle vermieden – und ebenso Kontamination durch Rauch-Rückstände.
an den Facebook-Gründer
Die Mycleanroom, Heidelberg, setzte für den Cleanzone-Award-Wettbewerb auf eine neue VR-Brille für eine ReinraumReinigung mit Unterstützung durch «Mixed Reality» – virtuelle Realität und erweiterte Realität. Viele hatten zuvor gedacht, dass man virtuelle Unterstützung vor allem zu Schulungszwecken einsetzen könnte. Doch das neue System kann in Schulungssituationen und im Alltag eingesetzt werden. Markus Thamm von Mycleanroom kommentierte am Rande der Messe: «Ein Dankeschön an Mark Zuckerberg! Er hat in die Entwicklung der VR-Brille 28 Milliarden investiert. Zunächst war sie etwas für Gamer, aber inzwischen können wir sie für industrielle Anwendungen nutzen.»
Diese Anwendungen gehen weit über ein virtuelles Spiel oder ein spielerisches Training hinaus. Da ist ein realer Tisch, und der Mitarbeiter reinigt ihn mit einem Tuch. Über die VR-Brille sieht er den Tisch in Far-
ben, eine für «schon geputzt» und eine andere für «noch nicht geputzt». Damit hat der Mitarbeiter die volle Kontrolle. Und auch der Kollege im Büro kann sich das Putz-Ergebnis auf seinen Bildschirm holen und im Falle eines Falles den Tipp geben: «Du musst in Raum 3 oben an der Wand nachputzen – ich markiere Dir das mal mit einer extra Farbe.»
Für all das braucht die Reinigungskraft nur die VR-Brille, keinen Computer und nicht einmal ein Kabel – eine ebenso einfache wie effektive Sache!
Die sechs Cleanzone-Award-Kandidaten hatte vor Messebeginn eine Jury ausgewählt. Insofern stellten sie nur die Spitze des Eisbergs dar. Darunter tummelten sich noch viele andere interessante Innovationen. Sie haben die Cleanzone 2024 zu einer besonders lohnenswerten und lebendigen Messe gemacht.
Weltweit arbeiten Menschen in der Pharmaindustrie daran, unser Leben zu schützen und zu verbessern. Wir begleiten sie dabei mit jahrzehntelanger Erfahrung und unserem vielseitigen Portfolio, speziell für die Bereiche Personen- und Produktschutz, Reinraum, Wiege- und Umfüllarbeiten, Probenzug, Heißluftsterilisation und Stabilitätsprüfung. Ohne Kompromisse – darauf können Sie sich verlassen.
«Defossilierung der chemischen Industrie der Schweiz – Zukunft gestalten»
Die Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) veranstaltete Ende August in Bern ein Forum, an dem führende Persönlichkeiten aus der Chemie- und Pharmaindustrie, der Wissenschaft und Verwaltung teilnahmen. Diskutiert wurde ein drängendes Thema: Wie kann die Schweizer Chemieindustrie defossilisiert werden?
Rita Hofmann, Christian Holzner, Hans-Peter Meyer, Nicole Wettstein ¹
Seit etwa 70 Jahren sind Erdöl und Erdgas zentrale Grundstoffe für die chemische Produktion, welche aber heute bezüglich Klimaauswirkungen und Versorgungssicherheit kritisch beurteilt werden. Die Umstellung auf alternative Kohlenstoffquellen ist ein entscheidender Schritt, um Treibhausgasemissionen zu senken und die Kreislaufwirtschaft zu stärken. Die Defossilierung kann die Chemie nicht vom Kohlenstoff befreien – schliesslich ist dieses Element essenziell für die organische Chemie –, aber durch die Nutzung von Biomasse, CO2-Verwertung (CCU) und intelligentem Recycling kann die Produktion nachhaltiger und wirtschaftlich zukunftssicher gestaltet werden.
Potenziale und Hürden
– Reduktion und Recycling: Recyclingprozesse sind etabliert. Die Integration der Biotechnologie für komplexe Molekülstrukturen könnte helfen, Rohstoffe weiter zu reduzieren. Biokatalyse anstelle von Chemokatalyse spart Ressourcen und ist effizienter.
– Biomasse als Rohstoff: Aufgrund der Knappheit und des hohen Aufbereitungsbedarfs ist Biomasse nur für spezifische Produkte wie Feinchemikalien und Pharmazeutika geeignet. Dennoch bleibt Biomasse ein vielversprechender Rohstoff, besonders für hochwertige Chemieprodukte.
1 Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW)
– CO2 als Rohstoff: Carbon Capture and Utilization (CCU) könnte nicht nur das Klima entlasten, sondern CO2 als wertvolle Ressource nutzen. Trotz technischer Fortschritte bleibt die CO2-Abscheidung jedoch teuer. Auch muss kostengünstiger grüner Wasserstoff für die Chemie verfügbar sein, da er entscheidend für die Umwandlung von CO2 in Kohlenwasserstoffe ist.
Erneuerbare Hochtemperaturwärme wird in der Chemieindustrie gebraucht, und Wasserstoff könnte auch hier entscheidend sein. Die Schweiz hat kein eigenständiges Wasserstoffnetzwerk und produziert grünen Wasserstoff bisher in relativ geringen Mengen für Nischenanwendungen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, wird die Schweiz wohl zunehmend auf Importe setzen müssen. Dabei ist die Anbindung an das geplante europäische Wasserstoffnetzwerk entscheidend. So könnten zukünftig Länder wie Oman aufgrund besserer Produktionsbedingungen Wasserstoff kostengünstig für die Schweiz bereitstellen – falls geeignete Transportinfrastrukturen und Lieferabkommen vorhanden sind.
Standort Schweiz: Fit für die nachhaltige Chemie?
Die Teilnehmer des Forums waren sich einig, dass klarere regulatorische Rahmenbedingungen entscheidend sind. Dazu gehört eine transparente Kostenstruktur für Treibhausgasemissionen sowie eine allgemeingültige Definition von «Nachhaltigkeit», die auch für öffentliche Ausschreibungen bindend sein könnte. Die Schweizer Finanzindustrie hat hier einen erheblichen Hebel, denn nachhaltige Finanzprodukte könnten Defossilierungsprozesse gezielt unterstützen.
Die SATW plant, dieses Thema weiter zu verfolgen und das bestehende Netzwerk für branchenübergreifende Lösungen zu nutzen. Anfang 2025 ist ein weiteres Forum geplant, das vertieft auf CCU, Wasserelektrolyse und Oxy-Fuel-Technologien eingeht. Im Fokus: Wie kann die Schweiz mit nachhaltigen Lösungen international eine Vorreiterrolle spielen? Konkrete Lösungsansätze und Fallstudien sollen dabei helfen, die Öffentlichkeit und die Industrie für das Thema weiter zu sensibilisieren. Ein ausführlicherer Bericht findet sich auf der SATW-Website unter «Publikationen». www.satw.ch
Osmium spielt eine wichtige Rolle in Metallurgie, Katalysatortechnik und Raumfahrt. Endlich konnte nun für dieses Metall ein Primärstandard analytisch zertifiziert werden.
Wir kennen alle die Bedeutung des Ur-Meters, das in Paris aufbewahrt wird. An diesen Standard können weltweit Längenmasse angebunden und darauf rückgeführt werden. Es ist eines der sieben «Ureinheiten» des internationalen Standardsystems SI: «Sekunde» (s), «Meter» (m), «Kilogramm» (kg), «Ampere» (A), «Kelvin» (K), «Mol» (mol) und «Candela» (cd).
Über das Mol ist die analytische Chemie auf SI-Einheiten rückführbar. Damit analytische Ergebnisse miteinander verglichen werden können, brauchen wir deshalb eine metrologische Rückführbarkeit1. In der anorganischen Analytik bedeutet dies, dass wir zur Kalibrierung der Messsysteme auf SI-Einheiten rückführbare Referenz-Standards benötigen (siehe auch ISO / IEC 17025).
Ein primärer Standard fehlte
Für die meisten Elemente des Periodensystems existieren daher primäre Standards von verschiedenen «National Metrology Institutes (NMI)», z. B. d es «National Institute of Standards and Technology (NIST)» in den USA oder der «Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)» in Deutschland. Ein Primärnormal ist definiert als ein Messnormal, dessen Wert mit Hilfe einer Primärmethode ermittelt wird. Eine primäre Methode ist ein Verfahren, das direkt ein Ergebnis für die interessierende Menge liefert, ohne dass ein anderer Messstandard der gleichen Art zum Vergleich verwendet werden muss.
Ein solcher primärer Element-Standard fehlte lange Zeit für das Element Osmium. Aufgrund seiner Seltenheit und der Toxizität seiner Oxidverbindungen sind die technischen Anwendungen von Osmium begrenzt, aber seine extreme Haltbarkeit und Härte machen es nützlich bei der Herstellung von Platin- und Iridium-Legierungen. Osmium-Metallpulver werden ausserdem in einigen Anwendungen als Katalysator verwendet. Wegen seiner extrem guten Reflektivität wurde es auch zur Verspiegelung von Weltraumteleskopen verwendet. Von den Osmium-Wolfram-Lichtfäden früherer Glühlampen leitet sich der bekannte Firmenname «Osram» ab.
Dem amerikanischen Hersteller von Element-Standards, Inorganic Ventures, ist es nun gelungen, einen Osmium-Primärstandard analytisch zu zertifizieren2. Die Elementverunreinigungen des reinen Ausgangsmaterials wurden dabei mittels ICP-OES und ICP-MS quantifiziert und die Verunreinigungen durch Nichtmetallelemente wie O, H und N wurden durch He is sgasextraktion ermittelt. Die Masse von Osmium wurde schliesslich durch eine gravimetrische Reduktion ermittelt. Beratung und Vertrieb der Element-Standards in Deutschland, Österreich und der Schweiz übernimmt die Firma Spetec GmbH in Erding (D). Weitere Standards, Reagenzien und Pufferlösungen für analytische Anwendungen sind von Inorganic Ventures in wenigen Werktagen lieferbar.
Endlich ein Primärstandard für Osmium: Die Spetec GmbH bringt ihn nach Deutschland, Österreich und in die Schweiz. (Bild: Spetec)
Literatur
1. Eurachem/CITAC guide on Traceability www.eurachem.com
2. Tracing an Osmium Solution Standard to the International System of Units (SI)»Madeline Gozzi, Paul Gaines, Thomas Kozikowski, and Brian Alexander, Analytical Chemistry 2021, 93, 15642–15650.
www.spetec.de
CHEMSOLUTE® CUSTOMISED SOLUTIONS
LABORCHEMIKALIEN INDIVIDUELL FÜR SIE HERGESTELLT
Ob Lösungen, Pulver, Mischungen, Säuren oder Laugen: Wir produzieren exakt nach Ihren Vorgaben oder entwickeln speziell für Ihre Anforderungen. Service nach Maß!
Ein Transfer temperaturempfindlicher Proben und Substanzen kann problematisch sein. Ein speziell konzipiertes Thermozelt schaffte bei einem Umzugsprojekt in der Pharmaindustrie Abhilfe.
Im Rahmen der Ilmac 2023 in Basel, einer Fachmesse für Labor-, Mess- und Automatisierungstechnik in der Chemie, wurde ein bedeutendes Projekt geboren. Ein renommiertes Facility-Unternehmen wandte sich mit einem anspruchsvollen Auftrag an die VTT AG in Muttenz (BL), ein Unternehmen in den Bereichen (Export-)Verpackung, Transporttechnik und Betriebshygiene.
Das Hauptproblem:
–15 Grad Celsius
Die logistische Herausforderung lag darin, hochsensible Präparate mit einer Lagerungstemperatur von -20 Grad Celsius auf einem Werkareal umzuziehen. Der Transport erfolgte mithilfe spezieller mobiler Gefrierschränke. Ein heikler Prozessschritt bestand im Transfer der Proben und Substanzen vom mobilen Gefrierschrank in den gekühlten neuen Lagerort.
Der Umzug musste unter strengsten Auflagen geschehen, denn die Präparate durften unter anderem keiner Temperatur von weniger als –15 Celsius ausgesetzt werden. Sorgfalt, Präzision und ein gut durchdachter Plan waren daher entscheidend, um die Qualität und Wirksamkeit der Proben und Substanzen zu gewährleisten –ein Balanceakt zwischen Zeitdruck und Vorsicht.
VTT entwickelte eine innovative Lösung, um den anspruchsvollen Anforderungen des Transfers gerecht zu werden: ein speziell konzipiertes Thermozelt.
Das Zelt bestand aus einer Nicolon-Deckschicht, die den Brandschutzanforderungen entsprach. Eine Polywool-Isolierung nach Oeko-Tex-Standard sorgte für die richtige Temperaturkontrolle. Ein Gerüstbauer lieferte ein herkömmliches Baugerüst, welches als tragende Konstruktion diente. Als Exklusiv-Vertretung für die Schweiz, erarbeitete VTT gemeinsam mit der dänischen Combitherm A/S, das Thermozelt. Ein fortschrittliches Fernüberwachungssystem in Kombination mit einer leistungsstarken Klimaanlage, kontrollierte die konstante Temperatur.
Um höchste Sicherheitsstandards zu gewährleisten, wurde das Zelt mit magnetischen Verschlüssen an den Durchgängen, einer Klett-Bodenplane und einer energieeffizienten LED-Beleuchtung ausgestattet. Zudem waren Notausgangsbeschilderungen und Sicherheitsklebebänder nach ISO7010-Standard integriert.
Das Facility-Unternehmen übernahm die logistische Abwicklung des Umzugs, während VTT die gesamte Planung und Koor-
Während der Testphase: Thermozelt mit allen relevanten Bauteilen und Live-Monitoring. (Bild: VTT)
dination der Infrastruktur verantwortete. Nach einer mehrwöchigen Testphase konnte der Umzug im August 2024 erfolgreich umgesetzt werden. Dank der Lösung von VTT konnte der Pharmakonzern seine hochsensiblen, wertvollen Präparate sicher und kosteneffizient transportieren.
Das Projekt zeigte eindrucksvoll, dass VTT in der Lage ist, massgeschneiderte und aussergewöhnliche Lösungen zu bieten, die höchste Sicherheits- und Qualitätsstandards erfüllen. Für weitere Informationen steht das VTT-Beratungsteam zur Verfügung.
VTT AG CH-4132 Muttenz info@vtt-group.com www.vtt-group.com
Als Partner rund um den Produkte-, Anwender- und Umgebungsschutz stehen bei Skan unter anderem Laborabzüge im Fokus von Weiterentwicklungen. Beim Service, entlang des gesamten Produktlebenszyklus, kann das Unternehmen auf reichhaltige Erfahrungen zurückgreifen und bietet innovative Testverfahren für die Robustheit und Ausbruchssicherheit von Sicherheitsarbeitsplätzen.
In der Schweiz sind rund 36 000 Laborabzüge installiert. Viele davon stehen tagtäglich im Einsatz und sorgen für die Sicherheit der Mitarbeitenden im Labor. Skan’s Erfahrungen zufolge, zeigen jedoch zirka 20 Prozent davon mehr oder weniger schleichenden chemischen Ausbruch, das heisst: Es können Substanzen über die Arbeitsöffnung aus dem Abzug in die Laborumgebung gelangen. Oft handelt es sich um potenziell gefährliche Chemikalien, die entweichen. Dadurch werden fehlerhafte Abzüge von einem zentralen Schutzelement im Labor zur möglichen Quelle von Gesundheitsgefahren. Tausende Schweizer Mitarbeitende könnten somit regelmässig chemischen Substanzen exponiert sein. Die Gefahr lässt sich, je nach Substanz, manchmal sehen (Rauchentwicklung) oder riechen (z. B. Lösungsmittelgeruch). Darum gibt es in anderen Ländern bildliche Namen: Ein Laborabzug heisst im Englischen «Fume Cupboard» (Rauch-Schrank) und im Dänischen «Stinkskab» (GestanksSchrank).
Belüftungseffizienz mit Überraschungen
Laborabzüge hängen über die Belüftung direkt mit der Laborumgebung zusammen. Schon «normale» Laborluft wird als potenziell gefährlich angesehen, da mit einer erhöhten Konzentration an mehr oder weniger flüchtigen Chemikalien und luftgetragenen Schadstoffen gerechnet werden muss. Damit verbundene Risiken akkumulieren sich für den Mitarbeitenden über ein ganzes Berufsleben. Wieviel Luftaustausch braucht es für frische Luft im Labor mit ausreichend Sicherheit? Dafür hat die neue Schweizer Laborrichtlinie EKAS 1871:2022 eine Mindest-Luftwechselrate für alle Labore von drei Mal pro Stunde
Abb. 1: Kann für Energieeinsparungen sorgen und kommt ohne das klimaschädliche Tracergas «Schwefelhexafluorid» aus: Das validierte Alternativ-Testsystem für Laborabzüge «SKAN conttest» im Einsatz. (Bild: Skan)
definiert. Für gefährlichere Substanzen schlägt sie im Anhang 5 weitere vier Labor-Belüftungsniveaus vor: Je nach Stoffklasse und Giftigkeit der Substanzen steigt die Zahl bis zum 20-fachen Luftwechsel. Solche Luftwechselzahlen werden meistens nur theoretisch berechnet. Man setzt dafür den Zuluftvolumenstrom zum LaborRaumvolumen ins Verhältnis, oder bei Laborabzügen einfach den Abluftvolumenstrom zum Innenvolumen. Stillschweigend wird eine gute und homogene Durchmischung der Laborluft vorausgesetzt. Skan evaluiert aktuell für Räume neue Messverfahren, mit denen man tatsächliche Austauschraten im Labor ortsgenau bestimmen kann. Dieser Belüftungs-Effizienztest zeichnet in einer halben Stunde Luftwechsel an 10 bis 20 Positionen unabhängig voneinander auf. Die Ergebnisse sorgen regelmässig für Überraschungen, denn nicht jeder Laborraum weist automatisch eine ideale Luftdurchmischung auf. So kann in einem Laborraum die Luftwechselzahl,
theoretisch gesehen, in Ordnung sein – in der realen Situation «steht» die Luft aber in toten Winkeln länger, wo sich dann potenziell gesundheitsgefährdende Substanzen länger im Raum halten können.
Abzüge mit mehreren Funktionen
Wenn schon «normale» Laborluft die Gesundheit beeinträchtigen kann, so wird hoffentlich das Personal Tätigkeiten mit gefährlichen Substanzen im Containment (z. B. Laborabzug) durchführen. Die Laborluft strömt von vorn, durch die Arbeitsöffnung, in den Abzug ein und nimmt dabei luftgetragene Schadstoffe auf. Je nach Design bildet sich im Inneren mit einem Teil der Luft eine charakteristische horizontale Luftwalze. Der andere Teil der Luft wird im Bereich der Rückwand und im oberen Abschnitt abgezogen. Abgezogen heisst herausgeführt aus dem Labor, über die Hausabluft nach draussen befördert und somit in die Umwelt abgegeben. So schützt der Abzug die Mitarbeitenden vor Chemikaliendämpfen und Rauch, bei geschlossener Frontscheibe zusätzlich vor Feuer, Ex- und Implosionen, Spritzern und Glassplittern. Wichtig ist, dass ein ausreichender Luftvo -
lumenstrom durchgesaugt wird. Dabei kann man durchaus auch übers Ziel hinausschiessen: Es gibt in der Praxis Abzüge mit viel zu hohem Luftdurchsatz. Wenn dort deren «Lüftungsleistung» etwas herabgesetzt wird, kann bei angemessener Schutzfunktion wertvolle Energie und konditionierte Laborluft eingespart werden. Angesichts der komplexen Thematik empfiehlt es sich, Abzüge regelmässig, z. B. jährlich, überprüfen zu lassen. Arbeiten Sie noch «robust», das heisst ausreichend resistent gegen störende Luftströmungen aus der Laborumgebung? Sind Arbeitsschutz, Explosionsschutz und energieeffizienter Betrieb gleichermassen gesichert?
Falls diese Prüfung negativ ausfällt, ist in den wenigsten Fällen der Abzugshersteller verantwortlich – insbesondere dann, wenn der Hersteller für sein Produkt die Typenprüfung nach Norm SN EN 14175-3 mit einem Zertifikat nachweisen kann. Vielmehr führen folgende Faktoren in der Umgebung zu fehlerhaften Abzügen:
– Deckenauslässe mit Luftströmung blasen direkt in die Arbeitsöffnung
Geräte und Computer mit Kühlventilator im Laborabzug, die Luft herausblasen und die Luftführung stören
– Personaldurchgänge führen Menschen zu dicht am Laborabzug vorbei – Lab orabzüge sind zu nahe bei schwenkenden Türen (auch bei Abzugsbrand ist eine nahe Position zu Fluchttüren ungünstig)
– Die Klimaanlage (Kühlungsmodul) hängt an der Decke, springt sporadisch an und bläst direkt in den Laborabzug – Zuviel Installationen oder Behälter im Laborabzug (etwa 80 Prozent der Laborabzüge sind voller Gegenstände oder haben feste Zusatzeinbauten) – Laborabzüge werden vom Anwender mit Eigenbau abgeändert (seitliche Öffnungen, eingebaute Regale, Zusatztische usw.)
– Der Laborabzug wird wegen Limiten der Gebäudetechnik mit zu wenig Luft betrieben
In der Schweizer EKAS-Laborrichtlinie 1871:2022 wird ein Robustheitstest vor Ort am installierten Laborabzug beschrieben. Darin ist u.a. ein neuer Grenzwert für das Test-Tracergas Schwefelhexafluorid (SF6) angegeben, mit ≤ 0,65 ppm Ausbruch. Dieses Gas bietet eigentlich gute phy sikalische Eigenschaften für solche Tests. In der Vergangenheit, ab ca. 1970, wurden Luftanlagen in Gebäuden, U-Bahnen und Strassen-Tunnels mit Schwefelhexafluorid geprüft. So war es nicht verwunderlich, dass 1995 damit auch ein Standard-Testverfahren als Robustheitstest für Laborabzüge (SN EN 14175-4:2005) definiert wurde. Bei Neuinstallation eines Laborabzugs kann dessen Robustheit damit getestet und ein Startwert ermittelt werden. Später, beim jährlichen Routine -
Abb. 2: Die Messergebnisse des «SKAN conttest» sind in grafischer Darstellung leicht nachvollziehbar. Die Messwerte (Konzentration an Nase, Brust, Bauch des Anwenders sowie Innenkonzentration) geben als Diagramm schnell Aufschluss zu Ausbruch und möglichen Optimierungen des Laborabzuges. Das Diagramm wird nach dem Test in einem umfassenden Report zum Laborabzug ausgehändigt. (Bild: Skan)
service, kann dann auf Beibehaltung dieses Initialwerts geprüft werden. Basierend auf der EU-Richtlinie 2024/573 und gemäss nationalen Nachhaltigkeitsprogrammen soll das klimaschädliche Sc hw efelhexafluorid künftig aber unbedingt vermieden werden. Im Sinne des Schweizer Klimaschutzes hat Skan deswegen einen Alternativ-Test für Laborabzüge entwickelt (siehe Abb. 1).
Dabei wird statt dem SF6- Gas ein Isopropanol-Gas (IPA) verwendet. IPA ist ein flüssiger, umweltschonender Alkohol, bekannt aus der Händedesinfektion. Das Forschungsteam hat diesen neuartigen Containmenttest («SKAN conttest») mit dem alten normativen SF6 -Verfahren für Robustheit abgestimmt und 2022 die Validierung in einem unabhängigen Prüflabor erfolgreich durchgeführt. Damit sind die neu gemessenen Isopropanol-Testwerte mit früher ermittelten SF6 -Testwerten, für die nötige Kontinuität der Testergebnisse, direkt verglichen worden.
Mit dem neuen Containment-Test lässt sich (herstellerunabhängig) fast jeder Laborabzug auf seine Ausbruchssicherheit testen. Da es sich um einen Massentest handelt, wurde eine wichtige Herausforderung gemeistert: Die reine Messdauer, ohne Aufbau, beträgt nur 10 Minuten. Es lässt sich in dieser Zeit die Ausbruchssicherheit eines Abzugs nachweisen und in vergleichbaren Zahlen und Daten darstellen. Auf der Basis von 9000 Einzeldaten wird jeder gemessene Abzug einer «Containment Performance Class» von 0 bis 3 zuge ordnet.
Einbauten und sperrige Gefässe müssen während der Messung nicht aus dem Laborabzug genommen werden, ausser er ist wirklich überfüllt. So wird die Messung äusserst realitätsnah, zusätzlich werden mit einem Roboter-Prüfkörper vor der Abzugsöffnung Bewegungen eines Operators simuliert. Möchte man genauere Informationen oder passt man die Abzugsparameter nach dem Test an, kann die Messung gleich wiederholt werden. Der Skan-Abzugs-Service konnte so inzwischen über 1000 Laborabzüge in der ganzen Schweiz testen und zusätzlich einige grössere Stehabzüge nach ähnlichem Prinzip überprüfen.
Containment lässt sich damit testen, wie steht es aber mit dem Explosionsschutz? In unbeaufsichtigten und geschlossenen Abzügen (z. B. Über-Nacht-Betrieb) sollen sich keine explosiven Gasgemische ansammeln. Das erreicht man am einfachsten mit einer Verdünnung im Innenraum, durch ausreichend Zuluft aus dem Raum. Die nötige Mindestluftmenge dafür wurde neu in der aktuellen Schweizer Laborrichtlinie EKAS 1871 festgelegt. Im unteren Bereich des Arbeitsraums (bis 10 cm über Arbeitsfläche) soll mindestens 50% der Lüftungsleistung bereitgestellt werden. Prinzipiell eine gute Forderung, für die ein europaweites Testverfahren jedoch noch nicht richtig standardisiert ist. Besonders für alte Bestandsanlagen wäre es aber wertvoll, zu testen, ob in dem betreffenden Bereich ausreichend belüftet wird. Im Sinne der Labormitarbeitenden testet Skan aktuell eine Standard-Testvariante und will diese für die Schweiz als Standard vorschlagen. Wie beschrieben, wird erwärmte oder gekühlte Laborluft über die Abzüge unter
Energieaufwand aus dem Gebäude direkt in die Aussenluft abgezogen. Häufig erweisen sich Abzüge deswegen als die grössten Energieverbraucher im Gebäude und fressen bis zu 50 % der Labor-Gebäudeenergie. Daher sollte man speziell deren Abluftmengen regelmässig kontrollieren. In einem Gebäude kann sich über die Zeit lufttechnisch viel verändern. Es lohnt sich, die Abzüge auf korrekte Abluftmengen und somit Einsparmöglichkeiten zu prüfen.
Ist die Abluftmenge zu gering eingestellt, ist der Labormitarbeitende am Abzug in Gefahr. Ist sie zu hoch, geht viel Energie weg in die Hausabluft. Bei Verdacht auf zu hohe Luftvolumenströme lässt sich mit Containment-Tests nachweisen, dass vielleicht etwas niedrigere Luftmengen (stets mit Reserven) einen ausbruchssicheren und «robusten» Betrieb erlauben könnten. Für einen Einzel-Laborabzug mag das nicht arg ins Gewicht fallen. Bei 20 Laborabzügen mit 500 m 3/h statt 700 m 3/h multipliziert sich eine mögliche Einspa -
rung jedoch schnell zu sage und schreibe 4000 m3/h. Je nach Betriebsart ergeben sich so übers Jahr Einsparungen von mehr als 7 Millionen Kubikmetern an konditionierter Luft.
Fazit: Abzugs-Service lohnt sich mehrfach
Es bleibt festzuhalten: Jährlich werden in der Schweiz zwischen 500 und 1000 Abzüge ausgetauscht oder neu installiert. Etwa 36 000 werden insgesamt betrieben, auf Containment werden jedoch noch viel zu wenige getestet. Beim Initialtest und bei der Routine-Überwachung gibt es dafür Dienstleistungen, die sich für die Sicherheit der Laboranten, den Labor-Energieverbrauch und für die Umwelt zugleich lohnen.
Skan AG CH-4123 Allschwil vk-lab@skan.ch https://skan.com
Menschen besitzen Antikörper in ihrem Blut, die sie gegen Angreifer wie zum Beispiel Viren von Aussen schützen. Zusätzlich können Antikörper als Medikamente Leben retten. Sie werden gegen Krankheiten wie zum Beispiel Krebs eingesetzt oder zur Behandlung von immungeschwächten Menschen verwendet.
Wenn Antikörper als Medikament eingesetzt werden, ist eine hohe Reinheit extrem wichtig, da jegliche Verunreinigungen aus der Herstellung zu unerwünschten Nebenwirkungen wie Immunreaktionen, Autoimmunerkrankungen bis hin zur Blutvergiftung (Sepsis) führen können. Die wichtigste Methode zur Entfernung von Verunreinigungen ist hier die Chromatographie, die während des Herstellungsprozesses angewendet wird. Die grössten Verunreinigungen aus dem Herstellungsprozess der Antikörper sind Proteine der Zellen, in denen der Antikörper exprimiert wurde, sowie DNA und Endotoxine. Zusätzlich können Aggregate (Komplexe aus mehr als einem Antikörper) oder Fragmente (kleinere Teile eines Antikörpers) auftreten, welche ebenfalls während der Aufreinigung entfernt werden müssen.
Aus dem Stamm
Staphylococcus aureus
Protein-A-Affinitätschromatographie wird meist als erster Chromatographieschritt des mehrstufigen Aufreinigungsverfahrens verwendet.
Ursprünglich kommt das 42 kDa grosse Protein A aus einem Bakterienstamm namens Staphylococcus aureus. Protein A interagiert mit der Fc-Region von Antikörpern (vor allem IgGs) verschiedener Spezies. So schützt sich das Bakterium vor der Markierung durch Antikörper oder/und des Komplementsystems und somit vor einer Lyse bzw. der Phagozytose durch Makrophagen.
Auf Grund dieser Eigenschaften von Protein A wird es heutzutage meist verwendet, um im Zuge des Antikörper-Aufreinigungsverfahrens Antikörper spezifisch von anderen Verunreinigungen zu trennen. Inzwischen sind verschiedene Harze von verschiedenen Herstellern verfügbar, die
«Toyopearl Super A», der neue Superheld unter den Protein A Harzen. (Bilder: Sebio)
als Protein-A-Harze bekannt sind. Dabei handelt es sich um verschiedene Varianten des ursprünglichen Protein A, welches an ein Harz-Rückgrat wie zum Beispiel hydroxyliertes Methacrylpolymer oder Agarose gebunden wurde. Die Variationen des Protein A sind vielfältig und können sich auf die Bindungseigenschaften des Protein A an den Fc-Teil der Antikörper auswirken. Das bedeutet, dass verschiedene Varianten ein und denselben Antikörper unterschiedlich stark binden. Daher ist es ratsam, bei schlechter Aufreinigung wegen schlechter Bindung des gewünschten Antikörpers an das verwendete Protein-AHarz ein anderes Protein-A-Harz eines anderen Herstellers zu testen, da die Bindung anderer Protein-A-Harze deutlich besser sein kann. Nicht jeder Antikörper ist automatisch mit jedem Protein-A-Harz kompatibel.
Die Kosten für Protein A Harze sind relativ hoch, weshalb auch der Herstellprozess von Antikörpern für Pharmaunternehmen kostenintensiv ist. Harz-Hersteller arbeiten kontinuierlich an der Weiterentwicklung ihrer Harze, um die Eigenschaften zu verbessern. Zu diesen Eigenschaften zählen: – Die Bindekapazität des Harzes: Je mehr Antikörper von einem bestimmten Volumen Harz gebunden werden kann, desto weniger Harz wird benötigt bzw. desto mehr Antikörper kann aufgereinigt werden. Dies ist ein entscheidender Kostenfaktor für die Aufreinigung.
– Die Druckstabilität des Harzes: Wenn höhere Flussraten für die Aufreinigung eingesetzt werden, entstehen höhere Drücke, man spart aber Zeit bei der Aufreinigung.
– Die Alkali-Stabilität des Harzes: Zur Reinigung des Harzes zwischen den Antikörper-Aufreinigungen wird Natronlauge eingesetzt. Je stabiler das Harz, umso mehr Aufreinigungszyklen können an einem Harz durchgeführt werden.
Das neue Protein A Harz von Tosoh Bioscience, «Toyopearl Super A», als Bulkmaterial.
Wasseranalytik ohne Labor DIMA-easyTOC mit DIMA-easyTNb
Schematische Darstellung eines IgG-Antikörpers.
– Der pH-Wert, der für die Elution des Antikörpers von dem Harz notwendig ist: Je höhere pH-Werte für die Elution verwendet werden können, umso weniger Schaden wird dem Antikörper potentiell zugefügt.
– Das Elutionsvolumen: Je niedriger das Elutionsvolumen, umso weniger Puffer und somit Wasser benötigt man für die Elution und alle folgenden Aufreinigungsschritte. In modernen biopharmazeutischen Prozessen sind Nachhaltigkeit wie Ressourcenschonung, ein niedriger Wasserverbrauch und Ähnliches von grosser Bedeutung. Daher werden Harze mit optimierten Eigenschaften immer wichtiger.
Effizientes Harz – niedriger Preis
Erst kürzlich hat die japanische Firma Tosoh Bioscience einen neuen Superhelden für die Antikörper-Aufreinigung vorgestellt, das neue Protein-A-Harz «Toyopearl Super A». Hier ist es gelungen, eine hohe Bindekapazität, eine gute Druckstabilität und eine sehr gute Alkali-Stabilität mit einem milden Elutions-pH und einem geringeren Elutionsvolumen zu kombinieren. Dadurch ist ein deutlich effizienteres Harz entstanden, das gleichzeitig durch einen niedrigeren Preis auch die Herstellungskosten für Antikörper stark reduzieren kann und nachhaltigere Prozesse ermöglicht. Die Entwicklung von Super A ist ein weiterer Schritt dorthin, dass in Zukunft mehr Patienten der Zugang zu überlebenswichtigen Medikamenten ermöglicht wird und gleichzeitig durch optimierte Herstellprozesse die Ressourcen geschont werden können.
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Zum Optimieren des eigenen Druckluftsystem gilt es jetzt, die innovativen Lösungen und Produkte für die Schweizer Chemieindustrie zu entdecken.
In der Industrie werden bis zu 10 Prozent des Stromverbrauchs für die Drucklufterzeugung aufgewendet. Dabei gehen bis zu 95 Prozent als unproduktive Abwärme verloren gehen. Bis zu 30 Prozent der erzeugten Druckluft «verschwinden» durch Leckagen im Leitungsnetz.
Energiemanagementlösungen können hier Abhilfe schaffen, indem sie Schwachstellen und Einsparpotenziale im Druckluftsystem identifizieren und den spezifischen Energieverbrauch von Kompressoren überwachen.
Zur Maximierung der Effizienz in Druckluftsystemen können verschiedene Massnahmen ergriffen werden:
– Minimierung von Leckagen und Überwachung von Filtern: Dies reduziert Energieverluste und sorgt für eine konstante Druckluftqualität.
– Ansaugen der Luft für den Kompressor am kältesten Punkt (bessere Leistung)
– Nutzung der Kompressor-Abwärme: Diese kann für andere Prozesse genutzt werden, was den Gesamtenergieverbrauch senkt.
Energieoptimierung von Druckluftanlagen: Es lohnt sich, Energieverluste und Leckagen durch gezielte Massnahmen und unter Verwendung intelligenter Messgeräte zu minimieren. (Bild: Endress)
– Reduzierung des Betriebsdrucks: Ein niedrigerer Betriebsdruck verringert den Energieverbrauch.
– Kompressoren im Leerlauf während Stillstandzeiten: Dies verhindert unnötigen Energieverbrauch.
– Kontinuierliche Überwachung der Kompressor-Effizienz: Dies ermöglicht eine
rechtzeitige Wartung und verhindert Ausfälle.
Empfohlene Produkte
– Proline Prowirl F 200 WirbelzählerDurchflussmessgerät: Ideal zur Überwachung des Druckluftverbrauchs.
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– Der smarte Drucktransmitter Cerabar PMC71B, der Prozessanomalien wie Abweichungen beim Loop-Widerstand erkennt.
Durch die Implementierung dieser Massnahmen und den Einsatz intelligenter Messgeräte können Unternehmen erhebliche Energieeinsparungen erzielen und die Effizienz ihrer Druckluftsysteme maximieren.
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Die Nullfeld-Magnetresonanzspektroskopie (Nullfeld-NMR) kommt ohne das NMR-übliche starke äussere Magnetfeld aus. Dennoch werden gerade mit diesem Verfahren nach neueren Forschungen zusätzliche Anwendungen greifbar, bis hin zur Analyse kleiner Atomkernzahlen über ihren radioaktiven Gammazerfall.
Ein entscheidender Schritt gelang jetzt Forschenden der Johannes GutenbergUniversität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) gemeinsam mit der University of California, Berkeley. Erstmals haben sie mit der Nullfeld-NMR einen Quadrupol-Kern vermessen. Wie sieht die Struktur eines bestimmten Moleküls aus? Wie wechselwirken Moleküle miteinander? Um solche Fragen zu beantworten, kommt vielfach die Magnetresonanzspektroskopie zum Einsatz. Mit einem starken äusseren Magnetfeld werden die Spins der Atomkerne ausgerichtet und über ein oszillierendes schwaches Magnetfeld – erzeugt von Spulen – zum Rotieren gebracht. Als Resultat ändert sich die Spannung, die sich in eine Frequenz umrechnen lässt. Diese Frequenz lässt auf die Art der Moleküle schliessen, zudem verrät sie etwas über die Wechselwirkung der Kernspins. Allerdings sind für diese Untersuchungen hohe Magnetfelder nötig, die sehr grosse, schwer zu installierende Geräte benötigen. Auch ist es schwierig, Kerne mit einem Quadrupol-Spin zu vermessen. Diese liegen jedoch bei den meisten magnetischen Atomkernen vor. Die Nullfeld-Magnetresonanzspektroskopie, kurz Nullfeld-NMR, dagegen kommt ohne das starke äussere Magnetfeld aus – di e Kopplungen zwischen den Kernspins magnetisch aktiver Kerne sind die dominante quantenmechanische Wechselwirkung. Die Linien des Spektrums sind somit schmaler und schärfer, auch lassen sich Proben in Gefässen aus Metall oder anderen Materialien untersuchen. Interessant ist die Nullfeld-Magnetresonanzspektroskopie unter anderem in der metallurgischen Forschung, in der Pflanzenforschung und der Medizin. Um die minimalen Kopplungen messen zu können, muss allerdings das Erdmagnet-
Durchdachter Versuchsaufbau – bekannte Hilfsmittel: Standard-NMR-Röhrchen mit Flüssigkeitsproben von unterschiedlich stark deuterierten Ammoniakmolekülen. (Bild: Oleg Tretiak)
feld abgeschirmt werden – eine aufwendige Angelegenheit.
Versuchsaufbau ebenso präzise wie einfach
Die kürzliche Vermessung eines Quadrupol-Kerns mit der Nullfeld-NMR erläutert Dr. Danila Barskiy, Gruppenleiter an der JGU folgendermassen: «Genauer gesagt haben wir ein Ammonium-Molekül, also NH4, analysiert, da dieses für verschiedene Anwendungen sehr wichtig ist. Wir hoffen, diese Moleküle künftig selbst in komplexen Umgebungen wie Reaktoren und Metallbehältern nachweisen zu können.»
Anhand von Ammonium entwickelten die Forschenden ein einfaches System: Ammonium-Salz mit Wasser mischen, verschiedene Mengen Deuterium zugeben –und schon können die einzelnen Spektren aufgenommen und analysiert werden. Die
Proben werden einfach in marktgängigen 5-mm-Standard-NMR-Röhrchen vermessen. Auch ein magnetisch abgeschirmter Raum ist unnötig, es genügt ein magnetisch abgeschirmter kompakter Messaufbau.
Ferner stellten sich die Forschenden die folgende Frage: Wie beeinflusst die Zahl der Deuterium-Atome in einem Ammonium-Molekül das Spektrum und die Relaxationseigenschaften der Spins?
«Unsere Methode ermöglicht es, die Resonanzfrequenzen mit höchster Präzision zu bestimmen. Indem diese mit experimentellen Daten verglichen werden, kann die Methode daher als Benchmark für quantenchemische Berechnungen verwendet werden. Wir hoffen gespannt darauf, dass unsere Arbeit in naher Zukunft zur Standardpraxis wird», erklärt Román PicazoFrutos, Student am Institut für Physik der JGU und Erstautor der Veröffentlichung. Zwar sagen die derzeitigen Theorien die Ergebnisse des Teams bereits recht gut vorher, dennoch gibt es kleine Abweichungen.
«Diese Arbeit erweitert den Bereich der Moleküle, die mit Nullfeld- bis Ultraniedrigfeld-NMR-Techniken analysiert werden können, erheblich und könnte zur Entwicklung neuartiger Anwendungen führen, beispielsweise zur Analyse kleiner Atomkernzahlen über ihren radioaktiven Gammazerfall. Es bleibt noch viel zu tun!» fasst Prof. Dr. Dmi try Budker von der JGU zusammen. www.uni-mainz.de
Plastikabfälle in Flüssen und Ozeanen geben laufend Chemikalien ins Wasser ab. Wie gross diese Mengen sind und welche Substanzen besonders stark freigesetzt werden, war bislang unbekannt. Im Projekt «P-Leach» haben Fachleute von vier Forschungsinstituten der Helmholtz-Gemeinschaft, Deutschland, die Zusammensetzung und Konzentrationen vieler verschiedener Substanzen genau analysiert.
In den Flüssen und Ozeanen treiben hunderttausende Tonnen von Plastikmüll. Der Wellenschlag, die UV-Strahlung der Sonne und das salzige Meerwasser führen dazu, dass die Kunststoffe nach und nach in immer kleinere Bruchstücke zerfallen und schliesslich als winzige Mikroplastikpartikel in den Meeren treiben. In zahlreichen Studien haben Forschende inzwischen untersucht, inwieweit Meerestiere diese Partikel aufnehmen und ob sie davon krank werden.
Weit weniger gut erforscht ist bisher, wie sich die Inhaltsstoffe der verschiedenen Kunststoffe auf das Leben im Meer auswirken – darunter Additive wie Schwermetalle, Flammschutzmittel, Weichmacher, Farbstoffe und viele andere Ingredienzien, die dem Plastik seine vielseitigen Eigenschaften verleihen.
Deshalb haben sich vor gut zwei Jahren mehr als 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem Grossprojekt der Helmholtz-Gemeinschaft zusammengetan, um im Detail zu untersuchen, wie schnell und wie stark Plastik seine Inhaltsstoffe an das Wasser abgibt – und wie sehr diese Substanzen eventuell Meereslebewesen schädigen. Die ersten Projektergebnisse der Experten vom HelmholtzZentrum Hereon in Geesthacht, dem Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig sind im Journal of Hazardous Materials erschienen. Der Schwerpunkt dieses ersten Fachartikels aus dem P-Leach-Konsortium liegt auf der chemischen Analyse der Plastik-Inhaltsstoffe –und der Frage, wie die UV-Strahlung der Sonne dazu beiträgt, die chemischen Sub -
Plastikmüll im Meer: Kunststoffe zersetzen sich mit der Zeit und geben Chemikalien an die Umgebung ab. (Bild: Unsplash, Naja Bertolt Jensen)
stanzen aus den Kunststoffen freizusetzen.
«Wir nehmen an, dass auch diese Substanzen aus dem Kunststoff ins Wasser gelangen, dort aber durch das UV-Licht in kleinere organische Verbindungen umgewandelt werden, sodass die Ausgangsverbindungen nicht mehr direkt nachweisbar sind.»
Dr. Frank Menger, Umweltchemiker und Experte für organische Chemie am Helmholtz-Zentrum Hereon
Für ihre Experimente hatten die Forschenden zunächst acht typische Massenartikel aus häufig verwendeten Kunststoffen gekauft und diese in wenige Millimeter grosse Stücke zerkleinert – darunter Gewächshausfolie aus Polyethylen (PE), Schläuche aus Polyvinylchlorid (PVC) und Stecker aus PET. Diese Bruchstücke legten sie anschliessend in ein Wasserbad und bestrahlten diese mit einer speziellen UVLampe, die das Sonnenlicht über Mitteleuropa für mehrere Monate nachahmt. Zum Vergleich lagerten sie einen Teil des Kunststoffs in Wasserbehältern, die nicht bestrahlt wurden.
Nach dem Experiment wurden die Plastikpartikel entfernt und das Wasser anschliessend gründlich auf eine mögliche Freisetzung von Kunststoffadditiven hin untersucht – vo r allem auf Metallverbin -
dungen und bestimmte, organische Stoffe sowie auf die Freisetzung kleiner Kunststoffpartikel. Von Interesse waren dabei insbesondere jene Chemikalien, die im Verdacht stehen, gesundheits- und umweltschädlich zu sein, aber nach wie vor nicht verboten oder reguliert sind. Die Ergebnisse lassen aufhorchen: Im Wasser der UV-bestrahlten Proben fanden sich deutlich höhere Konzentrationen an Metall-Ionen als in den nicht bestrahlten Proben. Bei den organischen Substanzen war das Bild differenzierter: Einige Substanzen lagen in den UV-bestrahlten Proben ebenfalls in deutlich höheren Konzentrationen vor. Für andere organische Moleküle hingegen war die Konzentration erstaunlich gering. «Eine Entwarnung ist das aber nicht», sagt Umweltchemiker Dr. Frank Menger, Erstautor des Fachartikels und am Hereon Experte für organische Chemie. «Wir nehmen an, dass auch diese Substanzen aus dem Kunststoff ins Wasser gelangen, dort aber durch das UVLicht in kleinere organische Verbindungen umgewandelt werden, sodass die Ausgangsverbindungen nicht mehr direkt nachweisbar sind.»
Bei der Analyse der organischen Inhaltsstoffe haben die Forschenden zwei Dinge genau unter die Lupe genommen. Zum
einen wurden die Wasserproben auf 71 bekannte Substanzen untersucht, die bekanntermassen in vielen Kunststoffen enthalten sind – unter anderem das UVSchutzmolekül UV-328, das vor einem Jahr in die Liste der Stockholm-Konvention aufgenommen wurde – eine Liste besonders gefährlicher Chemikalien, deren Einsatz weltweit beschränkt oder teils ganz verboten ist. Zum anderen wurde in den Wasserproben nach unbekannten Substanzen und Abbauprodukten gesucht. Dafür kamen spezielle Massenspektrometer zum Einsatz, die in der Lage sind, bestimmte Molekülstrukturen oder Molekülfragmente zu erkennen und daraus auf die Ausgangssubstanz zu schliessen. Damit lassen sich auch solche Chemikalien erkennen, die noch recht neu im Markt und relativ unbekannt sind – zum Beispiel neue Klassen von Weichmachern. Bedenkt man, dass weltweit in der Plastikproduktion rund 16 000 verschiedene Inhaltsstoffe zum Einsatz kommen, wird deutlich, wie anspruchsvoll die Analyse trotz der modernen Massenspektrometrie ist.
Dr. Frank Menger ist begeistert vom Umfang der Studie und des ganzen Projekts. «Wir haben die Analysetechnik und die entsprechende Expertise von vier Instituten zusammengeholt.» Nur dadurch sei es möglich gewesen, die Wasserproben so umfassend zu analysieren.
Allerdings sei bei allem zu bedenken, dass die UV-Strahlung nur ein Faktor ist, der auf
das Plastik in der Umwelt einwirkt. Hinzu kommen der Salzgehalt oder der Abbau durch Mikroorganismen. Auch das Alter, die Grösse, die Form und die Porosität des Kunststoffs beeinflussen, wie stark Inhaltsund Zusatzstoffe ins Wasser gelangen. Insofern brauche es künftig weitere Studien, die diese Parameter berücksichtigen und deren vielfältige Auswirkungen untersuchen.
«Das P-Leach-Projekt gibt uns die einmalige Gelegenheit, die Abgabe von organischen und anorganischen Chemikalien sowie Mikroplastikpartikeln von verwitternden Kunststoffgegenständen und mögliche Auswirkungen umfassend zu untersuchen, unter Einbeziehung verschiedener Disziplinen wie Umweltchemie, Ökotoxikologie und Humantoxikologie», so Prof. Dr. Annika Jahnke vom UFZ, die das Projekt koordiniert. In den kommenden Monaten sollen weitere Fachartikel der Forschungsgruppe erscheinen. Unter anderem Ergebnisse dazu, wie sich die Substanzen auf Bakterien, Algen, Meerestiere und letztlich den Menschen auswirken. So wurde in dem Projekt unter anderem auch untersucht, wie das mit den Plastik-Inhaltsstoffen verschmutzte Wasser den Stoffwechsel von Algen, Schnecken oder lebenden Zellen beeinflusst, darunter Zellen aus dem Körper des Menschen. www.hereon.de www.ufz.de/p-leach
Jährlich fallen weltweit 119 Millionen Tonnen gebrauchtes Pflanzenöl an, hauptsächlich aus Gewerbeküchen und Restaurants. Nur ein kleiner Teil davon wird wiederverwendet, beispielsweise zur Produktion von Treibstoffen wie Biodiesel. Am Leibniz-Institut für Katalyse (Likat) in Rostock, Deutschland, wurde ein Katalysator entwickelt, der gebrauchtes Speiseöl nutzt, um primäre Amine zu synthetisieren.
Bislang wurde gebrauchtes Speiseöl hauptsächlich zu Biokraftstoffen verarbeitet. Das bedeutet, dass der atomare Kohlenstoff im gebrauchten Speiseöl mit dem Diesel verbrennt und als CO2 in die Atmosphäre gelangt – mit negativen Folgen für das Klima. Es wäre klüger, den Kohlenstoff bei der Verwertung des Alt-Speiseöls zu behalten und ihn zurück in den Kreislauf zu bringen, wo er ebenfalls benötigt wird. Schliesslich ist Kohlenstoff in nahezu allen unseren Alltagsprodukten enthalten. Angesichts des Klimawandels lernen Gesellschaften auf der ganzen Welt, auf fossile Kohlenstoffquellen wie Kohle, Öl und Gas zu verzichten. Alternativ arbeitet die Chemie mit anderen Wissenschaftsdisziplinen zusammen, um Konzepte und Produkte zu entwickeln, die dem Leitprinzip der Kreislaufwirtschaft folgen. Dazu ge -
hört, Kohlenstoff für unsere Wirtschaftsgüter in Zukunft aus organischem und plastischem Abfall zu gewinnen. In diesem Themenfeld wird am Likat eng mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (D) und dem dortigen Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme zusammengearbeitet. Eines der gemeinsamen Ziele in dieser Kooperation ist es, neue Anwendungsmöglichkeiten für (bio-basierte) Abfälle zu finden.
«Unser Ziel ist es, gebrauchtes Speiseöl als nützliches chemisches Ausgangsmaterial zur Herstellung wertvoller Produkte zu erschliessen», sagt Fairoosa Poovan, Doktorandin am Likat. «Amine waren eine naheliegende Wahl.» Das sind Derivate von Ammoniak (NH3), sie werden in der orga -
nischen Chemie in grossem Massstab benötigt. Es gibt Dutzende von Arten von Aminen, der globale Markt wird auf über 16 Milliarden US-Dollar geschätzt. Gebrauchtes Speiseöl enthält langkettige Fettsäuren, die in andere wertvolle Chemikalien umgewandelt werden können. Mit einem geeigneten Katalysator und in Anwesenheit von Ammoniak und Wasserstoff werden auch gewünschte Amine daraus. Wenn eines der drei Wasserstoffatome im Ammoniak durch eine andere Gruppe ersetzt wird, bezeichnen Chemiker diese Amine als «primäre Amine» (R-NH2). Poovan entwickelte einen kobalt-basierten Katalysator (unter Betreuung ihres Doktorvaters Matthias Beller sowie Jagadeesh Rajenahally), der gebrauchtes Speiseöl effizient in primäre Fettsäurenamine umwandeln kann.
Die grösste Herausforderung bestand darin, einen selektiven und kosteneffizienten Weg zur Herstellung dieser primären Amine aus Bioabfällen zu finden. Bisher nutzt die Industrie zur Herstellung von Fettsäureaminen den sogenannten «Nitrilweg». Dieser etablierte Prozess hat jedoch Nachteile. Er benötigt harte Reaktionsbedingungen, umfasst mehrere Reaktionsschritte und ergibt am Ende ein Produktgemisch verschiedener Amine (primär, sekundär und tertiär), die aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit nur schwer zu trennen sind.
Die industrielle Synthese von Fettaminen umfasst drei Schritte. Erstens: Hydrolyse von Pflanzenöl zu Fettsäuren. Zweitens: Aminierung-Dehydratisierung von Fettsäuren bei hoher Temperatur (über 250 ° C) in Anwesenheit von Metalloxidkatalysatoren (z. B. Aluminiumoxid oder Zinkoxid), um F ettnitrate zu erzeugen. Schliesslich drittens: Hydrierung zur Herstellung der gewünschten Amine.
«Es war unser Ziel, den Prozess so einfach wie möglich zu halten und ein Ein-TopfSystem zu entwickeln, mit dem wir alle Substanzen samt Katalysator als Lösung in einem Gefäss kombinieren. Dies verbessert die Ressourcen-, Atom- und Reaktionseffizienz signifikant», sagt Poovan. Im Vergleich zum industriellen Verfahren arbeitet ihr Prozess bei moderateren
Fairoosa Poovan, Doktorandin am LeibnizInstitut für Katalyse in Rostock (Likat). (Bild: F. Poovan)
Temperaturen, und aufgrund der hohen Effizienz des Katalysators wird das primäre Amin mit «hervorragender Selektivität», wie sie sagt, produziert. Und es ist auch ein kosteneffizienter Weg zu Aminen, da die Doktorandin Kobalt, ein unedles Metall, als Katalysator verwendet. Für das Experiment verwendete Poovan handelsübliches Sonnenblumenöl, das zum Kochen verwendet wurde. Nach einer
Filtration analysierte sie es in einem akkreditierten Lebensmittelqualitätslabor (Lufa Northwest). Speiseöle sind ein komplexes System aus verschiedenen Fettsäurekomponenten. Die meisten von ihnen haben eine Kettenlänge von 16 oder 18 Kohlenstoffatomen, entsprechend unterscheiden sich auch die produzierten Amine in der Länge der Fettsäurekette. Nach den Worten der Forscherin ist es wichtig, das Verhältnis der verschiedenen Fettsäuren im gebrauchten Speiseöl zu kennen, um Reaktion sowie Funktion und Effizienz des Katalysators beurteilen zu können.
Der Prozess kann ebenso gut für das Upcycling von Kunststoffen verwendet werden, dessen Recyclingproblem sehr ähnlich ist, sogar in ähnlichem Massstab. Jährlich verlassen 300 Millionen Tonnen Kunststofferzeugnisse die Produktionsstätten weltweit. Laut offiziellen Angaben werden 53 Prozent dessen, was in den Mülltonnen landet, zumindest in Deutschland, «energetisch» recycelt, das heisst verbrannt. Und damit zurück zum Ausgangspunkt. «An einer Kreislaufwirtschaft führt kein Weg vorbei», schliesst die Chemikerin. Sie wird nächstes Jahr ihre Dissertation an der Universität Rostock (D) verteidigen.
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Redaktion und Verlag der ChemieXtra wünschen Ihnen von Herzen frohe Festtage und ein erfolgreiches, gesundes
Bereits kleinere Reaktionen können Wein bei der Abfüllung erheblich beeinträchtigen. Die Kelterei Ferrari Fratelli Lunelli aus Trento, Norditalien, setzt daher auf ölfreie Drehkolbenpumpen von Netzsch. Mit dieser Technologie wird die Dosierung sehr präzise gesteuert, sodass die Pumpen für alle Sorten eingesetzt werden können.
Weine gelten aufgrund ihrer Sensibilität als schwieriges Fördermedium. Ungewollter Schaum bildet sich, wenn der Grundwein während der Transferschritte bei der Herstellung mit zu viel Sauerstoff in Berührung kommt oder durch mechanische Einflüsse aufgewirbelt wird. Dies kann die Reinheit und den Geschmack erheblich beeinträchtigen, da der übermässige Kontakt mit Sauerstoff und das mechanische Aufwirbeln die feinen Aromen sowie die Struktur des Weins verfälscht. So ist Präzision und Sorgfalt im gesamten Herstellungs- sowie Abfüllungsprozess entscheidend, um eine gleichbleibende Qualität über alle Sorten hinweg zu gewährleisten. Diesen Anspruch stellt die italienische Winzerei Ferrari Fratelli Lunelli S.p.A. auch an die dafür eingesetzte Technik, sodass es etwa beim Transfer des Basisweins vom Sekundärtank zum Füller für die Tirage nicht zu Oxidation und Schaumbildung kommt. Bis vor einiger Zeit kam bei diesem Transfer eine Drehkolbenpumpe mit Getriebe zum Einsatz, bei dem Öl als Schmiermittel notwendig war. «Solche Aggregate bergen ein unnötiges Risiko, da eine Kontamination durch Schmieröl bedeuten würde, dass die gesamte Produktionscharge verworfen werden muss», weiss Erwin Weber, Vertriebsleiter EMEA bei der Netzsch Pumpen & Systeme GmbH. Die Winzerei entschied sich daher, die alte Pumpe vorsorglich zu ersetzen und wandte sich an die Experten für komplexes Fluidhandling von Netzsch.
Keine Kontamination dank ölfreiem Riementrieb «Ferrari suchte nach einer Pumpe mit guter Saugkraft und präziser Dosierung, die den Grundwein ohne Schaumbildung transportiert», berichtet Weber. «Zudem sollte sie wie der Vorgänger auf einem Wa -
Präzision und Sorgfalt sind bei der Weinherstellung im gesamten Herstellungs- und Abfüllungsprozess entscheidend, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Diesen Anspruch stellt die Ferrari Fratelli Lunelli S.p.A. auch an die dafür eingesetzte Technik. (Bilder: Ferrari)
gen montiert sein, um sie leicht von Tank zu Tank bewegen zu können.» Darauf empfahl Netzsch der Winzerei den Einsatz einer «Tornade T.Sano»: Dieses Modell ist speziell für die Förderung sensibler Medien in Umgebungen mit hohen Hygienestandards ausgelegt. Da bei diesen Pumpen ein einzigartiger, ölfreier Riementrieb als Motor fungiert, ist eine Kontamination des Produkts mit Schmiermittel ausgeschlossen.
Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, wurde das Pumpendesign so angepasst, dass es der Schaumbildung vorbeugt und die Geschmackintegrität des Weins erhält. Die Pumpe wurde so konzipiert, dass die Form der Rotoren ein unnötiges Aufwirbeln des Produkts vermeidet. Zudem ist das Volumen der Kammern exakt auf die dort üblichen Fördermengen von 3500 bis 8000 Liter pro Stunde ausgelegt, um den Grundwein mechanisch
nicht übermässig zu beanspruchen und einen optimalen Durchfluss ohne Pulsationen oder das Auftreten von Scherkräften sicherzustellen.
Gleichzeitig verzichtet das Pumpendesign auf Spalte, Schrauben oder andere Bereiche, in denen das Medium «stagnieren» könnte. Auf diese Weise kann es gar nicht erst zu einer Ansammlung von Rückständen und Verunreinigungen kommen, die sich schwer reinigen lassen und die Qualität des Mostes beeinträchtigen könnten. Zudem bleibt der Grundwein gleichmässig in Bewegung und eine präzise Dosierung oder Durchflussregelung ist gewährleistet. «Dies bringt gleich zwei Vorteile mit sich: Einerseits können die Flaschen jedes Mal mit der exakten Menge an Flüssigkeit befüllt werden. Andererseits lässt sich auf diese Weise ohne Aufwand Wein und Geld sparen, was den Herstellungsprozess optimiert», ergänzt Erwin Weber.
Die ölfreie Drehkolbenpumpe des Typs «Tornade T.Sano» von Netzsch wurde auf einem mobilen Wagen montiert, sodass das Aggregat zwischen den Tanks frei bewegt werden kann.
Effiziente Reinigung und Wartung ohne Demontage
Darüber hinaus war es Ferrari wichtig, dass die neue Pumpe so wenig Wartungsaufwand wie möglich bedeutet. Für eine effiziente Reinigung greift der Anwender auf das CIP-Verfahren (CleaningIn-Place) und im Anschluss das SIP-Verfahren (Sterilization-In-Place) zurück. Dadurch lässt sich die Anlage ohne vorherige Demontage im Kreis- oder Durchlaufverfahren reinigen beziehungsweise
sterilisieren. Sind trotz der hohen Lebensdauer kleinere Wartungsarbeiten notwendig, ist dies dank des FSIP-Konzeptes ohne Ausbau aus der Rohrleitung möglich. Mit Hilfe der vor dem Pumpendeckel montierten Einstelllehre lassen sich dabei die Drehkolben nach dem Service ohne teures Spezialwerkzeug optimal positionieren.
Selbst im Falle eines Teileaustauschs kann der Hersteller zügig reagieren: Neben einem 24-Stunden-Notdienst, der Service sowie technische Beratung beinhaltet, hält Netzsch hohe Lagerbestände be r eit, um Ausfallzeiten gering zu halten, egal wo auf der Welt die Pumpen im Einsatz sind. Die Winzer in Norditalien waren von der Betriebseffizienz der Pumpe überzeugt – und haben eine zweite Pumpe bestellt, um sie in ihre Abfüllprozesse einzubinden.
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Moderne mikroelektronische Geräte sind oft schlecht reparierbar und nur schwer zu recyceln. Auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft mit nachhaltigen Ressourcen, weniger Abfall und intelligenten Reparatur- und Recyclingstrategien kommt ablösbaren Klebstoffen eine Schlüsselrolle zu. Einen Ansatz für Klebstoffe, die sich «auf Kommando» deaktivieren lassen, hat eine Forschungsgruppe jetzt vorgestellt.
Inspirationsquelle waren die Meister des Unterwasserklebens: Muscheln. Schon früher wurden muschel-inspirierte Klebstoffe entwickelt. Diese basieren auf der sogenannten Thiol-Chinon-Polyaddition, bei der Polymere mit adhäsiven Thiol-Catechol-Verknüpfungen entstehen. «Thiol-catechol connectivities», kurz: TCC, sind thiol-substituierte aromatische Sechsringe mit zwei benachbarten OH-Gruppen, die für die starken Haftungseigenschaften verantwortlich sind. Der Clou: Werden die Catechol-Gruppen der Klebstoffpolymere zu Chinonen – Sechsringe mit zwei über Doppelbindungen verknüpften Sauerstoffatomen – oxidiert, nimmt die Klebkraft dramatisch ab.
Über das Grundgerüst der Monomere lassen sich die Eigenschaften solcher Polymere einstellen. Kannan Balasubramanian, Hans Börner und ihre Forschungsgruppe von der Humboldt-Universität zu Berlin, dem Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS, Berlin), der Universidad Nacional de General San Martín (Buenos
Aires), dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (PotsdamGolm) sowie dem Unternehmen Henkel (Düsseldorf) haben zwei verschiedene Typen von TCC-Klebstoffen mit hoher Klebkraft und Scherfestigkeit hergestellt.
Klebrigkeit «ausschalten» durch Oxidation mit Natriumperiodat Dabei wurden biobasierte, peptidische Biscatechol-Ausgangsstoffe des DiDOPAs, das ähnlich in den Muscheln vorkommt, mit ihrem Analogon auf fossiler Basis verglichen. Beide Klebstoffe funktionieren auch unter Wasser und sind unempfindlich gegenüber Luftsauerstoff sowie schwachen Oxidationsmitteln. Durch Oxidation mit dem stark oxidierenden Natriumperiodat (NaIO4) verlieren sie jedoch ihre Klebrigkeit, sodass sich die Klebstoffreste leicht in einem Stück vom Substrat abziehen oder abwischen lassen.
Während die Oxidation des fossilen Klebstoffes die Catechole inaktiviert, den Klebstoff aber gleichzeitig wasserabweisender
Entklebung von DVE-basierten Klebstoffsystemen
Einem ähnlichen Thema widmet sich das Projekt «Biovin» (Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Deutschland), bei dem neue Synthesebausteine für biobasierte Klebstoffe auf Basis von Kohlehydraten und Pflanzenölen hergestellt wurden, die sich entkleben lassen. Das interessante Nebenergebnis: Die Entwicklung eines hochselektiven Katalyseverfahrens zur Herstellung von Divinylethern (DVE). Insgesamt wurden 14 verschiedene Prepolymere aus DVE und biobasierten, kommerziell verfügbaren Dicarbonsäuren hergestellt. Additive oder Katalysatoren und grösstenteils auch Lösungsmittel waren dabei verzichtbar. Die Entklebung gelang bei milden Versuchsbedingungen durch thermische oder chemische Spaltung und wurde spektroskopisch nachgewiesen. Auch wenn es weiteren Optimierungsbedarf gibt, zeigen die Prepolymere ihr enormes Potenzial für neue, recyclingfreundliche Klebstoffsysteme.
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Redox-gesteuertes Entkleben von muschelinspirierten Haftklebstoffen: Effizienzsteigerung durch funktionales Design. (Bild: WileyVCH)
macht, zeigt der biobasierte Typ aufgrund vielfältiger anderer Peptidfunktionalitäten die Abschaltung, ohne signifikant hydrophober zu werden. Hans Börner erklärt: «Die Multifunktionalität ist typisch für Biomaterialien, in denen oft nur die Schlüsselfunktionalitäten abgeschaltet werden und sich sonst nicht viel im Material ändert. Dieser Umstand ermöglicht einen dramatisch effizienteren Entklebungsmechanismus, der beim biobasierten Typ die Klebkraft um 99 Prozent reduziert.» Die Ursache für die schlechtere Abschaltung (60 Prozent) des fossilen Klebstoffes liegt in der Kompensation, da hydrophobe Polymere wie zum Beispiel im «Uhu»-Klebstoff auch sehr gute Klebstoffe darstellen. Längerfristig arbeitet das Konsortium daran, die chemische Oxidation durch eine direkte elektrochemische Oxidation zu ersetzen, was beispielsweise für die Reparatur von Mobiltelefonen interessant sein könnte. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie.
www.boernerlab.de
Eine aktuelle «Nature»-Veröffentlichung unter Beteiligung zweier Forschungseinrichtungen aus der Schweiz zeigt: Magnetismus ist keine Magie, dennoch lassen sich damit die Energieverluste in flüssigkeitsführenden Leitungen deutlich reduzieren.
Mit magnetischen Feldern lassen sich chemische Reaktionen sehr gezielt steuern. Da sollte es ein Leichtes sein, die Strömungen in flüssigkeitsführenden Leitungen zu beruhigen. Die Idee dahinter: Werden energiefressende Turbulenzen vermieden und laminare Strömungen aufrechterhalten, erschliesst sich ein Einsparpotenzial von bis zu 10 Prozent
Im betrieblichen Alltag könnten sich mit Ferrofluid-Beschichtungen von flüssigkeitsführenden Leitungen hohe Energieeinsparungen realisieren lassen. (Bild: Shutterstock)
des weltweiten Energieverbrauchs. Wie sich dieses Potenzial in der Realität heben lassen könnte, hat eine Forschungsgruppe unter Beteiligung der ETH Zürich und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft
(WSL) in einem Artikel in der Fachzeitschrift «Nature» dargelegt. Flüssigkeitsführende Leitungen werden mit einer dünnen Beschichtung mit einem Ferrofluid versehen, einer superparamagnetischen, polymerstabilisierte Flüssigkeit mit kolloidal suspendierten, nano -
metergrossen Magnetpartikeln. Magnete auf der Rohraussenoder -innenseite halten das Ferrofluid an seinem Platz. Der entscheidende Punkt liegt in einer homogenen Beschichtung mit dem Ferrofluid. Dazu hat die Forschergruppe verschiedene Materialien und unterschiedliche Magnetstärken ausprobiert und dabei auch die Fliessgeschwindigkeit und die Viskosität der strömenden Flüssigkeit variiert. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, das Einsparpotenzial von theoretisch 10 Prozent des Weltverbrauchs an elektrischer Energie zu heben.
www.nature.com
Zu viel Sonne verstärkt die Petrolnote von Riesling-Weinen, die nicht allen mundet. Eine Forschungsgruppe am LeibnizInstitut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München hat jetzt den menschlichen Geruchsrezeptor identifiziert, der für die Wahrnehmung dieser speziellen Aromanote verantwortlich ist.
Mithilfe dieses Pipettier- und Messroboters wurden die Geruchsstoffe untersucht. (Bild: Leibniz-LSB, TUM, J. Krpelan)
Riesling verfügt über blumige, fruchtige und honigartige Nuancen, begleitet von einer mehr oder weniger ausgeprägten Petrolnote. Letztere ist auf einen Geruchsstoff mit dem chemischen Namen «1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin» (TDN) zurückzuführen. Im Vergleich zu deutschem Riesling weisen Riesling-Weine aus Südafrika oder Australien generell höhere Konzentrationen der Geruchskomponente auf. Grund dafür scheint die höhere UV-Belastung der Trauben zu sein, die zu einer erhöhten Carotinoid-Produktion in den Pflanzen führt. Diese natürlichen Farbstoffe dienen ähnlich wie Pigmente in menschlicher Haut als Sonnenschutz. Sie sind jedoch auch molekulare Vorstufen des Geruchsstoffs TDN.
Gemäss verschiedenen Studien liegt die Geruchswahr-
nehmungsschwelle der olfaktorisch an Petroleum und Kerosin erinnernden Substanz zwischen zirka 2 und 20 Mikrogramm pro Liter. Dennoch war der menschliche Geruchsrezeptor für den Duftstoff bislang unbekannt. Wie die Forschungsgruppe jetzt zeigt, handelt es sich um den Rezeptor OR8H1. Identifiziert wurde der Geruchsrezeptor mithilfe eines bidirektionalen Rezeptor-Screenings. In diesem prüften die Forschenden mittels eines zellulären Testsystems, welche der insgesamt 766 menschlichen Geruchsrezeptorvarianten auf die Petrolnote reagieren. OR8H1 sprach dabei als einziger auf physiologisch bedeutsame Konzentrationen des kerosinartig riechenden Duftstoffs an. Anschliessend wurde untersucht, ob der identifizierte Rezeptor auch noch auf weite -
re lebensmittelrelevante Geruchsstoffe reagiert. Von den 180 getesteten Substanzen waren lediglich sieben, vorwiegend aromatische Verbindungen, in der Lage, den Rezeptor signifikant zu aktivieren. Das somit zwar spezifische Erkennungsspektrum des Rezeptors ergänzt aber das Spektrum eines anderen Geruchsrezeptors, der eine breite Palette nahrungsrelevanter Geruchsstoffe erkennt.
Ein vertieftes Verständnis der molekularen Hintergründe könnte langfristig zur Entwicklung neuer Sensortechnologien für Lebensmittelaromen führen. Mit diesen liesse sich nicht nur die Petrolnote in Weinen besser kontrollieren, sondern auch das Auftreten von Aromen bzw. Fehlaromen in anderen Lebensmitteln.
www.leibniz-lsb.de
Vor 50 Jahren wurde die Busch AG in der Schweiz gegründet. Zum Firmenjubiläum waren die Mitarbeitenden und ihre Familien geladen, um in einem festlich dekorierten Zelt mit LiveMusik zu feiern. Mit dabei waren auch Sami und Kaya
Busch, die Co-CEOs und Miteigentümer der Busch Group. Die Feier bot mitunter die Gelegenheit, die Erfolgsgeschichte des Unternehmens Revue passieren zu lassen. Max Zulauf Wyss leitete die Busch AG als erster Geschäftsführer ab
Die Schifffahrtsgesellschaft des Vierwaldstättersees hat mit Synhelion einen fünfjährigen Abnahmevertrag für Solartreibstoff unterzeichnet. Die SGV wird jährlich knapp 100 Tonnen Solartreibstoff zum Antrieb
ihrer Flotte erwerben und wird damit zum weltweit ersten Schifffahrtsunternehmen, das Solartreibstoff einsetzt.
Die Dampfschiffe der SGV, die seit über einem Jahrhundert zum Landschaftsbild des Vier-
Die Defossilisierung im Transportsektor betrifft auch die ikonischen Dampfschiffe auf dem Vierwaldstättersee. (Bild: SGV)
1974 in Binningen (BL), bevor das Unternehmen in ein Büro nach Münchenstein zog. Anfang der 1980er-Jahre erfolgte der Umzug nach Muttenz. Unter der Führung von Hans Steybe wurde in Magden (AG) ein neues Firmengebäude errichtet und 1993 bezogen. Im selben Jahr stellte Dr.-Ing. Karl Busch die «Cobra»-Vakuumpumpe vor, die erstmals in der Produktion von Lonza in Betrieb genommen wurde – ein Höhepunkt in der Geschichte des Unternehmens. Ein weiterer Meilenstein erfolgte 2002, als die ersten «Cobra NC»-Vakuumpumpen in der Stahlentgasung eingesetzt wurden. Unter der Leitung von Christian Muser, seit 2005 Geschäftsführer, steht jetzt ein weiterer
wichtiger Schritt in der Unternehmensgeschichte bevor: In Sisseln (AG) entsteht ein gemeinsames Schweizer Vertriebs-, Systembau- und Servicezentrum von Busch und Pfeiffer. Das neue Gebäude soll im Oktober 2025 fertiggestellt werden, ab 2026 sollen die Mitarbeitenden der beiden Partnerunternehmen einziehen. Der neue Standort wird die Möglichkeit weiter verstärken, den Kunden Vakuumlösungen aus einer Hand anzubieten. Zudem sollen diese dort von Seminaren über Vakuumlösungen für die chemische und pharmazeutische Industrie profitieren.
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waldstättersees gehören, wurden ursprünglich mit Kohle und später mit fossilem Heizöl betrieben. Dank den Solartreibstoffen von Synhelion können sie künftig auf erneuerbare Energie umsteigen, ohne dass Anpassungen an der Maschine erforderlich sind. Der Abnahmevertrag bezieht sich auf den Solartreibstoff der mit «Rise» betitelten Anlage, Synhelions erster kommerzieller Produktionsanlage in Spanien, die voraussichtlich ab 2027 in Betrieb geht.
Philipp Furler, Co-Geschäftsführer und Mitgründer von Synhelion, kommentiert: «Durch die Unterzeichnung des Abnahmevertrags unterstützt die SGV direkt die Skalierung unserer Technologie und erweist sich als Solartreibstoff-Pionierin.» Ab 2027 plant die SGV, ihr historisches Dampfschiff «Gallia» im Rahmen ihres neuen exklusiven Angebots «Legends of Lake Lucerne» vollständig mit Solartreibstoff zu betreiben. Im Juni 2024 hat Synhelion die weltweit erste industrielle Solartreibstoffanlage («Dawn») in Jülich, Deutschland, eingeweiht und damit die Skalierbarkeit der Technologie bewiesen. Derzeit plant das Unternehmen den Bau seiner ersten kommerziellen Solartreibstoffanlage in Spanien mit einer geplanten Produktionskapazität von 1000 Tonnen Solartreibstoff pro Jahr. Die Anlage wird erneuerbares Kerosin, Diesel und Benzin produzieren und Kunden aus verschiedenen Transportsektoren beliefern.
www.synhelion.com
Die Schweizerische Gesellschaft für Reinraumtechnik (SwissCCS) kündigt eine neue Partnerschaft mit der Ilmac, der führenden Schweizer Fachmesse für Chemie und Life Sciences, an. Ziel dieser Kooperation ist es, die Reinraumtechnik in der Schweiz weiter zu stärken und ihre Bedeutung in der Branche zu unterstreichen.
Damit unmittelbar verbunden ist eine Neuausrichtung der jährlichen SwissCCS-Fachta -
gung. Ab 2025 wird sie in die Ilmac integriert und so das Thema «Reinraumtechnik» einem breiteren Fachpublikum zugänglich gemacht. Dies steigert die Sichtbarkeit der Reinraumtechnologie und betont ihre zentrale Rolle in der Chemie- und Life-Science-Branche.
Die erste gemeinsame Veranstaltung wird auf der Ilmac 2025 stattfinden, bei der die SwissCCS aktiv teilnehmen wird. Im Jahr 2026 ist eine
Anfang September wurde die Contrec AG aus Dietikon (ZH) durch die Brechbühler AG aus dem benachbarten Schlieren (ZH) übernommen. Die Angebotsphilosophie soll gleich bleiben: Hochwertige Produkte und kompetenter Service zu fairen Preisen.
«Nach drei Jahrzehnten engagierter Arbeit und erfolgreicher Partnerschaften, die durch gegenseitiges Vertrauen, interessante Gespräche und wertvolle Zusammenarbeit geprägt waren, freuen wir uns Ihnen mitteilen zu können, dass die Contrec AG mit der Brechbühler AG einen starken und verlässlichen Partner gefunden hat.» So lautet das Communiqué aus der Feder der Con -
Roman Schläpfer, Präsident der SwissCCS: «Die Kooperation zwischen unserer Gesellschaft und der Ilmac fördert die Vernetzung der Branchenakteure und unterstreicht die Bedeutung kontrollierter Umgebungen in vielen Industriezweigen.» (Bild: SwissCCS)
Firmenphilosophie soll auch in Zukunft bestehen bleiben: Hochwertige Produkte und kompetenter Service zu fairen Preisen. (Symbolbild: Envato)
trec-Geschäftsleitung. Zudem teile Brechbühler die gleichen
Werte wie Contrec: Hochwertige Produkte und kompetenter
weitere Veranstaltung in Lausanne geplant. Hier wird die SwissCCS ihre Präsenz auch in die französischsprachige Schweiz ausweiten. Die Partnerschaft ermöglicht es der Ilmac, das Thema Reinraumtechnik als festen Bestandteil der Messe zu etablieren und damit zusätzlichen Mehrwert für Aussteller und Besucher zu schaffen.
www.swissccs.org
Service zu fairen Preisen. Die Kundschaft könne sich darauf verlassen, dass die Geschäfte mit dem neuen Besitzer in besten Händen fortgeführt werden.
Brechbühler vertreibt Geräte und Verbrauchsmaterialien für analytische Labore verschiedener Marken. Die Produkte werden in den Bereichen GC, GCMS, HPLC und der Elementaranalyse eingesetzt. Der Kundendienst bietet Beratung, Troubleshooting, Wartung und Validierungsunterstützung. Auch individuelle Kurse werden angeboten.
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Durch den Erweiterungsbau am Standort in Tägerig (AG) sind schon bald zusätzliche Gefahrgutlager-Palettenplätze vorhanden, ergänzt durch umfassende Logistik-Dienstleistungen.
Letzten Frühling hat die EGT Chemie AG den Spatenstich für den Bau einer neuen Gefahrgut-Lagerhalle vollzogen. Die Erweiterung der Kapazität auf 2000 Palettenplätze ermöglicht es dem Unternehmen, seinen Kunden eine effizientere Verteilung und Konfektionierung der Produkte anzubieten, je nach Wunsch. Dass die Aargauer mit dem Bau neue Standards im moder-
nen Lager- und Gvefahrgut-Management setzen, zeigen auch die im Projekt berücksichtigten ökologischen Aspekte: Das Gebäude wird den optimalsten Minergie-Standard erfüllen und damit minimale Energieaufwendungen gewährleisten. Die Halle wird voraussichtlich im zweiten Quartal von 2025 in Betrieb genommen.
EGT Chemie versorgt seit über 30 Jahren die chemische und pharmazeutische Industrie mit mehr als 100 000 spezifizierten und/oder zertifizierten Substanzen – insbesondere hochreine Substanzen für die Analytik sowie Laborreagenzien und Prozesschemikalien. Die kundenspezifischen Lieferbereitschaften werden in unterschiedlichen Mengen und Gebinden erstellt. Über die Jahre hat sich das Familienunternehmen erprobt, den gesamten Logistik-Kreislauf abzudecken und die Kundenbedürfnisse mit hohem Qualitätsanspruch und hoher Professionalität zu erfüllen.
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Durch die Nutzung von Strom statt der traditionell energieintensiven Dampfkessel reduziert die elektrifizierte Destillationslösung die direkten CO2-Emissionen von Destillationsanlagen um bis zu 90 Prozent. Die Destillation ist in zahlreichen Industriezweigen ein wichtiger Prozess, der jedoch traditionell mit einem hohen Energieverbrauch verbunden ist. Herkömmliche Destillationsanlagen werden häufig mit Dampfkesseln und fossilen Brennstoffen betrieben. Diese machen einen Grossteil der Treibhausgasemissionen von Raffinerien und Chemieunternehmen aus und belasten die CO2-Bilanz von chemischen Produkten, Brennstoffen und Lösungsmitteln.
Sulzer Chemtech hat jetzt «Voltasplit» entwickelt, um den Energieverbrauch von Destillationsanlagen und die damit verbundenen CO2-Emissionen
Auf regulatorische Anforderungen eingehen und die operative Leistung verbessern: Das Unternehmen schafft interessante Möglichkeiten für die Prozessindustrie. (Bild: Sulzer, Shutterstock)
drastisch zu reduzieren. Die elektrifizierte Destillationslösung erhöht die Energieeffizienz und senkt die Betriebskosten erheblich, weil der Energiebedarf im Vergleich zu klassischen Lösungen wie elektrischen Verdampfern rund 20-fach tiefer ist.
Der innovative Ansatz von Sulzer nutzt Elektrizität als ein -
zige Energiequelle für den Betrieb von Destillationsanlagen und senkt so den Energiebedarf der Prozessindustrie. Der Umstieg auf erneuerbare Energien ist zudem ohne grössere Investitionen in neue Infrastruktur möglich. Suzanne Thoma, CEO von Sulzer, fasst zusammen: «Mit der Markteinführung von Voltasplit tragen wir dazu bei, dass Schlüsselindustrien zu niedrigeren Kosten produzieren und gleichzeitig Treibhausgasemissionen reduzieren können.»
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■ Infostelle SCV Schweizerischer Chemieund Pharmaberufe Verband Postfach 509 CH-4005 Basel info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch
■ Präsident Kurt Bächtold Bodenackerstrasse 15F CH-4334 Sisseln praesident@cp-technologe.ch
■ Höhere Fachprüfung Chemietechnologe Remo Kleeb weiterbildung@cp-technologe.ch
■ Termine Alle Termine online anschauen: ww w.cp-technologe.ch
Lehrabgänger der Lonza AG, Visp, als Chemie- und Pharmatechnologen – CPT
Lehrjahr 2021 bis 2024 Im Namen des Vorstandes der SCV-Sektion Oberwallis gratuliere ich allen 10 Lehrabgängern zur bestandenen Lehre als Chemie- und Pharmatechnologen – CPT. Nach den sicher nicht immer leichten 3 Jahren in der Ausbildung sind die Jungtalente jetzt mit viel Fachwissen und neuen Fähigkeiten ausgestattet, um im Berufsleben wertvolle Impulse zu geben. Als
Tipp: Nutzt eure neu erworbenen Kompetenzen und bringt etwas neuen Schwung an Euren Arbeitsplatz! Allen Lehrabgängern wünsche ich einen guten Start in den Arbeitsalltag respektive in die weiterführenden Ausbildungen.
Michael Wyer Präsident Sektion Oberwallis
Geschichte unserer Sektion
Im Hinblick auf das 25-jährige Jubiläum des SCV Nordwestschweiz habe ich versucht, die wichtigsten Etappen der Geschichte unserer Sektion aufzuzeichnen.
Von der Frühphase existieren nur sehr wenige Dokumente, da die meisten nach der entsprechenden Epoche und gegebenenfalls aufgrund mangelnder Aufbewahrungspflicht vernichtet wurden. Auch im Rahmen ver-
gangener Verbandsfusionen wurden nur sehr wenige Dokumente weitergereicht. Über die Berufsstände ist folgendes bekannt: Der Chemie- und Pharmatechnologe entstand aus den Berufen mit der ursprüngli-
chen Bezeichnung «Betriebslaborant». Später wurde daraus für lange Zeit der «Chemikant». In einem Auszug aus dem Buch «Geigy heute 1958» von Karl Gerstner und Markus Kutter (Kapitel 1956) wird folgendes
Timeline des SCV Nordwestschweiz: Einige Angaben basieren nur auf mündlichen Aussagen. (Grafik: P. Tallowitz)
erwähnt: «Was die Ausbildung des Nachwuchses betrifft, so haben im Berichtsjahr die ersten Betriebslaboranten in den Geigy-Werken Schweizerhalle ihre Berufslehre abgeschlossen. Damit trägt eine lange Vorbereitungsarbeit ihre ersten sichtbaren Früchte. Wir glauben, dass diese Berufslehre für Chemiearbeiter auch wichtige soziale Aspekte hat und dass sie uns später unsere Vorabeiter- und Betriebsmeisterprobleme lösen helfen wird. Auch die eigentliche Meisterausbildung machte im Betriebsjahr Fortschritte.» Gemäss mündlicher Aussagen entstand der Betriebslaboran -
ten Verein 1958. Bei der Ciba entstand die Chemikanten-Vereinigung beider Basel 1964. Und 1969 entstand der Chemikanten Verein Sandoz (CVS) und der Chemikanten Verein Roche (CVR). Der Zusammenschluss des Betriebslaboranten Verein Geigy mit der Chemikanten Vereinigung beider Basel zum CV Ciba-Geigy erfolgte 1971, im Anschluss der Fusion der beiden Unternehmen. Nach der Fusion von Ciba-Geigy und Sandoz zu Novartis wurden 1999 die entsprechenden Sektionen in die neuen Sektionen Basel-Stadt (CCVBS) und Basel-Land (CCVBL) aufgeteilt –
Invitation événement
Chères membres, cher membres, Voici l’invitation pour notre sortie 2024 planifiée pour raisons organisationnelles en février 2025 prochain. Je vous laisse découvrir la destination qui, nous en sommes convaincus, ne devrait pas manquer d’intérêt. Dans l’attente de vos inscriptions, pour la première fois sont limitées, recevez nos meilleures salutations.
Le comité directeur
das zweite C im Namen bezog sich auf den Beruf der Cheministen.
Ende 2001 wurde die Sektion Basel-Stadt aufgrund Personalmangel im Vorstand aufgelöst und 2002 in die Sektion Basel-Land integriert. Im gleichen Jahr wurde die Sektion Basel-Land umbenannt in Chemikanten und Cheministen-Verband Nordwestschweiz (CCVN). 2005 wurde auch die Sektion Roche wegen Personalmangels im Vorstand in die Sektion CCVN integriert. Die letzte Änderung des Vereinsnamens und des Logos erfolgte 2012 aufgrund der geänderten
Der Zentralvorstand des SCV wünscht allen schöne Festtage und einen guten Start ins 2025.
Berufsbezeichnung und der gesamtschweizerischen Vereinheitlichung des Verbandsauftrittes. Die aktuelle Bezeichnung lautet SCV Sektion Nordwestschweiz bzw. Schweizerischer C he mie- und Pharmaberufe Verband.
Die Daten im Zeitstrahl in der Grafik habe ich nach bestem Wissen erstellt. Falls jemand Ergänzungen oder Korrekturen hat, kann er mir diese gerne via E-Mail auf peter@tallowitz.ch zusenden.
Peter Tallowitz November 2024
Da die Plätze begrenzt sind: Sollten Anmeldungen aus anderen Sektionen eintreffen, halten wir diese auf «Stand-by». Nach dem 3. Dezember bestätigen wir den anderen Mitgliedern die Teilnahme (oder nicht).
Frédéric Falcotet frederic.falcotet@educarre.ch
Bei LC- und LCMS-Trennungen ist Peak-tailing bei basischen Verbindungen in hohen Konzentrationen ein häufiges Problem, wenn mobile Phasen mit geringer Ionenstärke, wie z. B. solche mit Ameisensäure, verwendet werden. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Peakform und der Probenbeladungskapazität ist die Verwendung einer stationären Phase, die eine positive Ladung enthält.
Das Ziel bei chromatographischen Trennungen ist es, gut aufgelöste Peaks mit angemessener Retention
zu erhalten, damit die zu trennenden Verbindungen sowohl qualitativ als auch quantitativ mittels gauss-förmigen Peak-Formen genau bewertet werden können. Das Erreichen einer idealen Peak-Form kann jedoch eine grössere Herausforderung darstellen. So kann z. B. eine sich verschlechternde Peak-Form im Laufe der Zeit darauf hindeuten, dass die Leistung einer HPLC-Säule nachlässt und diese ersetzt werden muss. Es ist wichtig, den TailingFaktor zu überwachen, da ein erhöhtes Peak-Tailing die Genauigkeit
der Messungen beeinträchtigen und auf mögliche Probleme im HPLC-System hinweisen kann. Ob die Peaks in einem Chromatogramm «fronting» (Asymmetrie <1), «symmetrisch» oder «tailing» (Asymmetrie >1) ausfallen, kann viel über die verschiedenen Arten von Wechselwirkungen aussagen, die während einer HPLC-Trennung auftreten.
«HALO»-PCS-Säulen verfügen über eine positiv geladene Oberfläche (PCS = Positively Charged Surface), die eine höhere Probenbeladung und damit eine leichtere Erken -
nung von Verunreinigungen in einer Probe ermöglicht. Dank der optimierten Peak-Form sind diese HPLC-Säulen ideal für den Einsatz mit mobilen Phasen mit geringer Ionenstärke und bieten eine alternative Selektivität zur Standard-C18-Phase und zu PhenylHexyl-Phasen (ungeladen).
Die UHPLC- und LCMS-kompatiblen Säulen sind mit Porengrössen von 90 Å und 160 Å für die Analyse kleiner Moleküle und Peptide erhältlich. Sie sind optimiert für reproduzierbare, hocheffiziente LCund LCMS-Trennungen. Entdecken Sie, unter welchen Bedingungen die «HALO»-PCS-Säulen optimal eingesetzt werden. Der folgende QR-Code führt zum kostenlos zur Verfügung gestellten White Paper von infochroma.
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Die Zusammenführung von Daten aus heterogenen Quellen innerhalb eines Produktionsprozesses und geeignete Visualisierungs-Tools verkürzen die Berichtszeiten und ermöglichen schnellere Entscheidungen.
Unternehmen auf der ganzen Welt suchen nach den richtigen Lösungen für die digitale Transformation, die ihnen helfen, ihre Geschäfte effizienter zu lenken. Ein häufiges Problem besteht darin, dass die benötigten Daten oft über verschiedene Systeme verstreut sind und keine Schnittstelle für einen automatischen integrierten Zugriff zur Verfügung steht. Es gibt Business-Intelligence-Tools, die diesen Bedarf decken können.
Unter Berücksichtigung der speziellen Infrastruktur des jeweiligen
Unternehmens lassen sich mit diesen Tools heterogene Informationen in einem Hub zusammenführen. Dieser «Info-Hub» steht dann als zentrale Quelle für vertrauenswürdiger Daten zur Verfügung. Auf dieser Grundlage können die Verantwortlichen die richtigen Entscheidungen zur richtigen Zeit zu treffen. Dabei können Datenvisualisierung (z. B. Dashboards) und robotergesteuerte Prozessautomatisierung die Berichtszeiten verkürzen.
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Systeme für die Partikelanalyse differenzieren sich ausgehend von bekannten Ausführungen in zwei Richtungen: kostengünstigere Modelle mit begrenztem Messbereich und leistungsfähigere Modelle, zum Beispiel mit einem zusätzlichen Messbereich.
Der Erfolg klassischer Partikelanalysatoren beruht auf einem grossen Messbereich (z. B. 0,8 nm bis 8000 µm) und auf der Möglichkeit, über die Partikelgrösse hinaus auch die Partikelform bestimmen zu können. Ein wichtiges Tool stellt dabei die dynamische Bildanalyse dar.
Das alles eröffnet in Forschung und Entwicklung sowie in der Qualitätskontrolle breite Anwendungsmöglichkeiten. Dazu zählen so unterschiedliche Gebiete wie die Überwachung der Grösse und Form von Schleifmaterialien oder die Qualität von Kaffeebohnen oder -pulver. Weitere Anwendungen liegen in den Gebieten:
–
Mineralien und Bergbau (Qualitätsprüfung durch Sieben)
– Kohlenstoffprodukte
– Metallpulver für die Metallverarbeitung (ausser additive Fertigung)
– Additive Fertigung von Metallen
– Polymerherstellung und -verarbeitung
– Trockene Nahrungsmittel und Pasten
Auf allen Feldern lassen sich einzelne feine oder grosse Partikel erkennen und darüber hinaus Partikel anhand ihrer Form unterscheiden. Das Leistungsspektrum erweitert sich aktuell in Richtung der Detektion und Analyse von Nano- und Mikropartikeln. Dies schliesst unter
Der neue 2-Kanal-Temperaturkopftransmitter iTEMP TMT86 von Endress+Hauser mit Profinet über Ethernet-APL ist ein fortschrittliches Gerät für die Prozessautomatisierung. Er ermöglicht eine präzise und zuverlässige Temperaturmessung und -steuerung in Echtzeit. Der Transmitter ist kompatibel mit allen standardisierten Pt100 und Thermoelementen, er kann auch im Ex-Bereich eingesetzt werden. Ein eingebauter Webserver erlaubt die Bedienung und Konfiguration über Computer oder mobile Geräte, ohne zusätzliche Software oder Hardware.
Der iTEMP TMT86 integriert ein Field-Device-Integration-Paket (FDI), das eine nahtlose Einbindung in bestehende Automatisierungssysteme ermöglicht. Ein aufsteckbares Display zeigt die gemessene Temperatur deutlich an und erleichtert die Überwachung und Steuerung im Feld. Der Transmitter ist in verschiedenen Feldgehäusetypen erhältlich und kann
anderem die Partikelgrösse, das Zetapotenzial und die Transmissionsanalyse ein. Dafür stehen jetzt Geräte mit erhöhter Leistungsfähigkeit zur Verfügung. Sie spielen ihr Können in Bereichen wie Farben, Mikroplastik-Detektion, Emulsionen, Batterien sowie Lebensmittel und Getränke aus.
Wer die «volle Power» gar nicht benötigt, steigt mit neuen, kostengünstigeren Modellen in die Partikelanalyse ein. Man arbeitet hier mit einer mit einem begrenzten Messbereich, einer geringeren Auflösung und einer niedrigeren Bildrate und greift gleichzeitig auf die wesentlichen Vorteile einer Partikelanalyse auf dem Stand der Technik zurück. Dazu gehören die Formanalyse und die Auflösung einzelner Partikel und ebenso die Messung grosser Partikel bis zu 16 Millimetern.
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in modulare industrielle und hygienische Thermometer von Endress+Hauser integriert werden. Er unterstützt innovative Funktionen wie die zweite Prozessbarriere der iTHERM ModuLine-Thermometer. Insgesamt bietet der iTEMP TMT86 eine leistungsstarke Lösung für die Temperaturüberwachung und -steu-
erung in industriellen und hygienischen Automatisierungssystemen. Er ist einfach zu bedienen, zuverlässig und bietet hohe Messgenauigkeit, was ihn zur idealen Wahl für Unternehmen macht, die ihre Prozesse optimieren und verbessern möchten. Endress+Hauser bietet ein breites Ethernet-APL-Produkt-Portfo -
lio für Durchfluss-, Füllstand-, Druckund Temperaturmesstechnik an.
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Bioreaktoren in der Pharma- und Biotech-Industrie benötigen eine präzise CPP-Steuerung, um das gewünschte Zellwachstum zu erreichen. Zudem muss sichergestellt werden, dass das Endprodukt konsistent, wirksam und für die Patientinnen und Patienten sicher ist –was als kritische Qualitätsattribute oder CQAs definiert wird. Eine der größten Herausforderungen ist die präzise Messung von Flüssigkeitsmengen zum Bioreaktor. Dabei muss die verwendete Messtechnik nach jedem Batch leicht gereinigt und desinfiziert werden können. Boris Vanhove, Business Development Manager für Life Sciences bei Emerson, hat die wichtigsten Punkte zur Opti -
Zum Sammeln von Flüssigkeitsproben müssen die verwendeten Beutel dicht sein – und dazu kommt jetzt ein Verschlusssystem für eine besonders komfortable Handhabung.
Die Yokogawa Electric Corporation wurde im Bericht «Green Quadrant Asset Performance Management (APM) Solutions 2024» von Verdantix, einem unabhängigen Forschungs- und Beratungsunternehmen, als einer der führenden APMSoftware-Anbieter ausgezeichnet. Die Auszeichnung basiert auf einer vergleichenden Bewertung von 20 führenden Anbietern der Branche. Der Bericht bietet einen detaillierten, faktenbasierten Vergleich der wichtigsten APM-Softwareanbie -
In der Pharmaindustrie, der Biotechnologie und der Lebensmittelindustrie sind sterile Bedingungen und die Vermeidung von Kontaminationen von entscheidender Bedeutung. Reinraum-Flüssigprobenbeutel haben daher eine hohe Bedeutung, beispielsweise für Qualitätskontrolltests, für eine kurzfristige Lagerung von sterilen Medien oder Reagenzien und für den Transport von Proben zwischen verschiedenen Laboren oder Produktionsstätten.
Für die Dichtigkeit dieser Beutel spielt ein beständiges Material eine wesentliche Rolle, wie etwa Low-
Density-Polyethylen (LDPE). Dieses sollte BPA- sowie RNase-, DNase- und pyrogenfrei sein und auch ansonsten keinerlei Chemikalien freisetzen. Darüber hinaus kommt es auf die Konstruktion des Verschlusses an. Eine praktische Variante: Durch Drehen um einen integrierten Verschlussclip lässt sich der Flüssigprobenbeutel dicht verschliessen. Ein Auslaufen der Probe oder Eindringen von Verunreinigungen wird auf diese Weise verhindert.
Solche Reinraum-Flüssigprobenbeutel werden steril ins Labor geliefert (Sterilisationszertifikat!), und
ter. Mit der Verdantix-Green-Quadrant-Methodik wurden dreistündige Live-Produktdemonstrationen anhand vorgegebener Szenarien
durchgeführt und die Ausrichtung auf neun strategische Erfolgsfaktoren analysiert, die aktuellen APMMarkttrends entsprechen. Dies ist das zweite Mal, dass das Unternehmen als führend anerkannt wurde, nachdem es im Dezember 2023 im Green Quadrant Process Safety Management (PSM) Software Report bewertet wurde. Das Unternehmen erhielt die Auszeichnung als führender Anbieter, weil es in den Bereichen Plattform-Interoperabilität und -Integ -
mierung von Biorektoren in einem Dokument zusammengefasst, welches über den QR-Code abrufbar ist. Vanhove teilt hier seine 10-jährige Erfahrung und Expertise bei der Optimierung von Prozessen in der Pharma- und Biotechnologie.
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zwar vorteilhafterweise in Doppelbeutel verpackt. Der zweite Verpackungsbeutel wirkt als zusätzlicher Kontaminationsschutz. Je nach Einsatzbereich kann eine Version mit Beschriftungsfeld oder ohne Beschriftungsfeld (für die Verwendung mit Etiketten) die beste Wahl sein. Als Vorteil erweist sich des Weiteren die Möglichkeit zur Auswahl zwischen vielen verschiedenen Volumina (z. B. von 650 ml bis 1650 ml)
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Die Sicherung der Qualität von Produkten und Prozessen ist eine Kernaufgabe eines jeden chemischen Unternehmens. Produkte werden global verkauft und müssen den Qualitätsstandards unterschiedlicher Länder entsprechen. Die Qualität dieser Produkte transparent und damit verkaufsfähig zu machen, geschieht in der Regel durch die begleitende Dokumentation, die Auskunft über Zusammensetzung, Reinheit und Zuverlässigkeit einer Ware gibt. Die Überwachung und Sicherstellung der Qualität aller Produkte hängt maßgeblich von der Qualifikation der Mitarbeitenden ab.
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Das Verständnis betriebswirtschaftlicher Zusammenhänge ist heute in fast allen beruflichen Bereichen unumgänglich und oftmals wesentlicher Bestandteil der individuellen Fortbildung. lnsbesondere Naturwissenschaftler aus einem industriellen Umfeld sind im zunehmenden Maße von betriebswirtschaftlichen Entscheidungen betroffen oder müssen Entscheidungen selbst treffen und verantworten.
I Geprüfter Pharmaexperte GDCh (m/w/d) nm lm GxP-regulierten Umfeld gibt es eine Vielzahl qualitätssichernder Anforderungen, die in Prozessen abgebildet werden müssen. Eine Herausforderung dabei stellt die effiziente und effektive Umsetzung dar.
ln diesem Fachprogramm liegt der Fokus auf praxisnahe und professionelle Wissensvermittlung, die Systeme schlank und dennoch schlagkräftig zu gestalten. Grundkenntnisse in GxP (insbesondere GMP und GDP) werden dabei vorausgesetzt, da das Fachprogramm ausgewählte Verfahren detailliert betrachtet und anhand von Praxisworkshops auf geradezu,spielerische" Art und Weise näherbringt. lhr Hauptnutzen liegt dabei darin, dass Sie die Erkenntnisse und Erfahrungen im betrieblichen Alltag direkt umsetzen können.
Die Kurse der Fachprogramme sind auch einzeln/unabhängig vom Fachprogramm buchbar. Sie finden diese in der Kursübersicht I I I farblich gekennzeichnet.
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