ChemieXtra 11/2019

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November 2019

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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EDITORIAL

Lieber spät als nie Wir werden alt. Waren es 1950 gerade einmal etwas weniger als zehn Prozent der Schweizer Bevölkerung, die über 64 Jahre alt waren, so sind

Kleine Berührung, grosse Gefühle.

es zum jetzigen Zeitpunkt beinahe 20 Prozent.

Damals hatte ein Mann eine Lebenserwartung von 66 Jahren, gegenwärtig liegt dieser Wert bei 82 Jahren. Frauen können heute gar auf 85 Lebensjahre hoffen – Tendenz steigend. Der demographische Wandel macht auch vor der Arbeitswelt nicht Halt. Einer Studie der Hochschule Luzern zufolge beschäftigen bereits heute rund die Hälfte der befragten Unternehmen Personen im Rentenalter, damit wertvolles Fachwissen nicht verloren geht (Seite 55). Ob sich künftig diese Tendenz zugunsten der älteren Arbeitskräfte ausbreitet, wer weiss … Aber in Bezug auf den Nobelpreis hat sich die Altersstatistik ganz bestimmt verändert.

Noch nie hat eine Person in solch einem hohen Alter den Nobelpreis entgegengenommen wie in diesem Jahr. Die Rede ist vom aktuellen Nobel-

Wärmepumpen entziehen dem Grundwasser Wärme, die dann weiterverwendet werden kann (Seite 48).

Bleiben wir in Basel. Dort fand Ende September die Schweizer Fachmesse für Labor-­und Prozesstechnologie (Ilmac) statt. Einen Querschnitt durch

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ser. Der Lösungsansatz in der Machbarkeitsstudie der Wissenschaftler:

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sind diverse unterirdische Anlagen, wie Laboreinrichtungen und Parkhäu-

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rund 18 Grad Celsius fest, das sind etwa acht Grad zu viel. Grund dafür

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Universität Basel stellten in gewissen Regionen der Stadt einen Wert von

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Die Temperatur des Grundwassers in Basel ist zu warm. Forschende der

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namentlich mit M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino. Das Komitee

schliesslich 1991 die erste Lithium-Ionen-Batterie auf den Markt.

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Er teilt den begehrten Preis mit zwei verhältnismässig jungen Kollegen,

Batterien». Dank der wissenschaftlichen Arbeit dieser drei Forscher kam

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preisträger für Chemie: der 97-jährige Amerikaner John B. Goodenough.

ehrt die drei Wissenschafter «für die Entwicklung von Lithium-Ionen-

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CHEMIE

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Moleküle nur im kranken Gewebe aktiv

Forschende konnten einen Wirkstoff, der sich zuerst im kranken Gewebe anlagert, mit Licht gezielt aktivieren, so dass das gesunde Gewebe nicht angegriffen wird.

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Bakterien verbreiten Antibiotika-Resistenzen

Um Resistenzen einzudämmen, reiche es nicht, den Antibiotikaeinsatz zu reduzieren, so sind sich Biologen der ETH und der Universität Basel sicher. Man solle auch die Verbreitung resistenter Keime blockieren, schliessen sie aus ihren Ergebnissen.

BIOWISSENSCHAFTEN Fortschritt in der Pflanzenzucht

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Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com, www.sigwerb.com Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 9. Jahrgang (2019) Druckauflage 11 200 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2018 10 619 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 260 Exemplare davon verkauft

Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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VERANSTALTUNGEN

Die Fachmesse für Kontaminationskontrolle und Reinraumtechnologie findet am 19. und 20. November zum achten Mal in Frankfurt am Main statt.

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IMPRESSUM

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Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Alte Bahnhofstrasse 9a CH-5610 Wohlen +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com Redaktionelle Mitarbeit Alexander Jegge Etel Keller Dr. Kurt Hermann

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Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über.

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Copyright 2019 by SIGWERB GmbH, CH-6302 Zug

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ILMAC 2019

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Rückblick auf die Messe in Basel

Bakterien produzieren Spezialchemikalien

Die Fachmesse für Labor- und Prozesstechnologie fand vom 24. bis 27. September 2019 statt.

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FIRMEN BERICHTEN

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PUBLIREPORTAGE

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FORSCHUNGSWELT

MANAGEMENT Demographischer Wandel – wie weiter?

Clevere Überwachung des Schichtbetriebs

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W ERKSTOFFE Natürliche Nanofasern aus Zellulose

Viele Substanzen sind nicht identifizierbar

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V ERBANDSSEITEN SCV-Informationen

Ein Grossteil der Substanzen in Kunststoffen des täglichen Gebrauchs ist nicht identifizierbar. Ob gewisse Produkte wirklich gesundheitsschädlich sind, bleibt jedoch noch offen.

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VERFAHRENSTECHNIK

UMWELT Hitze im städtischen Untergrund

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P RODUKTE

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CHEMIE

Lichtgesteuert

Moleküle nur im kranken Gewebe aktiv Bioaktive Substanzen können helfen, aber leider auch schaden. Besonders schwierig wird es, wenn krankes Gewebe zerstört werden soll, ohne dabei gesundes zu verletzen. Marburger Chemikerinnen und Chemiker haben eine neuartige Verbindung hergestellt, die Tumore ganz gezielt zerstört. Aktiviert man die Substanz und bestrahlt sie anschliessend mit Licht, so erzeugt sie aggressiven Sauerstoff, der das krankhafte Gewebe schädigt.

Wirkung entfaltet sich innerhalb der Zelle Die Marburger Chemikerin und ihr Team suchten nach Molekülen, die zwei Eigen­ schaften verbinden: Zum einen sollen sie gezielt in krankhaftem Gewebe anzuschal­ ten sein, zum anderen zur Erzeugung von aggressivem Sauerstoff führen, wenn man sie mit Licht bestrahlt. Durch computer­ chemische Berechnungen liessen sich die Eigenschaften und das Verhalten der in Frage kommenden Verbindung vorhersa­ gen und gezielt anpassen.

«Wir gingen davon aus, dass ein Tetra­ zin-Motiv den Photosensibilisator inaktivie­ ren könnte und dass sich dieser Effekt auch umkehren lasse», schreiben die Wis­ senschaftlerinnen und Wissenschaftler. Sie verwendeten daher Tetrazin-Motive als Teil der lichtaktivierbaren Moleküle. Tetrazine sind ringförmige Moleküle aus Kohlenwas­ serstoff und Stickstoff, die bislang nicht für Photosensibilisatoren verwendet wurden.

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Bilder: Shutterstock

Bei der photodynamischen Therapie zer­ stört man Tumore oder andere Gewebe­ veränderungen durch aggressiven Sauer­ stoff, der aus harmlosen Vorläufern erzeugt wird, wenn man diese mit Licht bestrahlt; ein lichtempfindlicher Photosen­ sibilisator, der sich im neu entstandenen Gewebe anreichert, wandelt sich durch das eingestrahlte Licht zu einer Quelle gif­ tiger Substanzen, die das Tumorgewebe schädigen. «Jedoch verursachen die bishe­ rigen Photosensibilisatoren mitunter uner­ wünschte Nebenwirkungen», erklärt Junior­ professorin Dr. Olalla Vázquez, die die Forschungsarbeit leitete. «Daher besteht ein grosser Bedarf an verbesserten Photo­ sensibilisatoren, die keine Schäden an ge­ sundem Gewebe hervorrufen.»

Wie bei einem Lichtschalter können die Moleküle bewusst und gezielt aktiviert werden.

«Sie wandeln sich erst durch eine Reaktion innerhalb der Zelle zu wirkungsvollen Pho­ tosensibilisatoren», berichtet Greta Linden, eine der Erstautorinnen der Studie.

Die Forschungsgruppe wies nach, dass ihr Ansatz Erfolg verspricht: Sie aktivierte den ruhenden Photosensibilisator im Zellkern von Krebszellen – nach Bestrahlung mit Licht starben die Zellen. «Unsere neuarti­ gen Photosensibilisatoren bieten bislang unbekannte Möglichkeiten, um den aktu­ ellen Einschränkungen der photodynami­ schen Therapie entgegenzuwirken», sagt die Chemikerin Lei Zhang, die zweite Erstautorin des Aufsatzes. Studienleiterin Vázquez zeigt sich überzeugt, «dass unse­ re Ergebnisse die Tür zu alternativen Me­ thoden für eine intelligente photodynami­ sche Therapie öffnen».

Vázquez leitet eine Nachwuchsgruppe für Chemische Biologie an der Philipps-Uni­ versität Marburg. Neben ihrer Arbeitsgrup­

pe beteiligten sich der Chemiker Dr. Uwe Linne und die Computerchemie-Nach­ wuchsgruppe von Privatdozent Dr. Ralf Tonner aus Marburg ebenso an der Studie, wie der Physikochemiker Dr. Dmitri Kosen­ kov von der Monmouth University aus New Jersey (USA). Der Fond der Chemi­ schen Industrie, die Deutsche Forschungs­ gemeinschaft sowie die Fulbright-Kommis­ sion unterstützten die zugrundeliegende Forschungsarbeit finanziell.

Originalpublikation Greta Linden, Lei Zhang et al., «Gezielte Singulett-Sauerstofferzeugung durch bioor­ thogonale DNA-basierte Tetrazin-Ligation» Angewandte Chemie (2019), DOI: https:// onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ ange.201907093 Medienmitteilung Universität Marburg www.uni-marburg.de 11/2019

CHEMIE

Die biologische Aktivität noch weiter steigern?

Das Trojanische Pferd im Molekül

Chemiker sind seit jeher fasziniert von der Natur. «Die Natur ist eine herausragende Chemikerin», erklärt Nuno Maulide, Professor für organische Chemie an der Universität, auch, weil sie «Millionen von Jahren Zeit hatte, um eine ausgeklügelte chemische Maschinerie aufzubauen, welche bis dato in Komplexität und Effizienz unerreicht bleibt.»

Die sogenannten Naturstoffe sind in dieser Hinsicht besonders faszinierend. Diese Substanzen werden für verschiedenste Anwendungen von lebenden Organismen hergestellt: unter anderem zur Verteidigung, als Sinnesmoleküle oder auch zur Kommunikation als Warn- oder Lockstoffe.

Beispielsweise kann eine Pflanze, die durch bestimmte Parasiten bedroht wird, durch jahrtausendlangen evolutionären Druck die Fähigkeit erlangen, eine Klasse bestimmter Chemikalien zu erzeugen, die den Parasiten töten oder zumindest vertreiben können.

Viele Naturstoffe besitzen sehr komplexe und ausgeklügelte chemische Strukturen und sind auf bestimmte Spezies spezifisch abgestimmt – das heisst, sie werden nur von einem sehr kleinen Spektrum von Organismen hergestellt.

Im Jahre 2003 isolierte ein japanisches Chemieunternehmen drei Naturstoffe aus dem Mikroorganismus Pseudomonas fluorescens, die sogenannten FR-Moleküle.

Auffallend war die herausragende Kom­ plexität dieser Naturstoffe, welche im­ munsuppressive Eigenschaften besitzen.

Immunsuppressive Medikamente sind ­ weitverbreitet bei der Behandlung von Abstossungsreaktionen von Transplantaten oder Autoimmunerkrankungen. Die Suche nach neuen Immunsuppresiva mit eindeutiger Wirkungsweise ist deswegen dringend notwendig, um immunsupressive Therapie sicherer und effizienter zu machen.

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Bild: Giovanni Di Mauro/Maulide Group

Einem Forschungsteam um Nuno Maulide von der Fakultät für Chemie der Universität Wien gelang in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum für Molekulare Medizin (CEMM) der ÖAW die Entwicklung eines eigentlich als Naturstoff vorkommenden modifizierten Wirkstoffs, der künftig in der Medikamentenentwicklung als Immunsupressivum verwendet werden könnte. Dabei nutzen die Wissenschaftler einen Trick und «tarnten» eine chemische Verbindung innerhalb des Moleküls.

Wiener Forscher haben eine Methode entwickelt, mit der man aus einer 4-Ring-Vorstufe in schneller Art den Makrozyklus der Naturstoffe herstellen kann.

Viele Forschungsgruppen haben in den letzten Jahren versucht, die Synthese der FR-Moleküle im Labor nachzustellen – vergeblich. «Sie scheiterten alle an der Achillesferse des Moleküls: dem Makrozyklus, welcher drei aufeinanderfolgende Doppelbindungen besitzt», erklärt Nuno Maulide, seit November 2018 auch Adjunct Principal Investigator am CeMM. Maulide und seine Forschungsgruppe haben daher eine neuartige chemische Reaktion entwickelt, welche die Synthese dieser Makrozyklen in hoher Effizienz aus einfachen Startmaterialien ermöglicht.

«Wir versteckten kurzerhand die komplizierten Doppelbindungen in einer ‹versiegelten› Form, damit diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder freigesetzt werden können und ihre Wirkung entfalten. So wie ein «Trojanisches Pferd», scherzt Yong Chen, Erstautor der Studie.

Dazu installierten die Forscher zunächst einen kleineren Ring, welcher aus nur vier Kohlenstoffen zusammengesetzt ist und die Doppelbindungen des Naturstoffs maskiert. Diese Herangehensweise führt zu einem sehr kurzen Syntheseweg der FR-Moleküle.

«Wir können nun mehrere Gramm des Naturstoffs herstellen; das natürliche Vorkommen liefert maximal einige Milligramm – ein grossartiger Fortschritt. Ausserdem sind unsere Moleküle nicht unterscheidbar von jenen Stoffen, die aus Pseudomonas fluorescens isoliert wurden», so Maulide.

Da die Wissenschaftler nun die Struktur im Labor nachbauen können, gibt es unzählige Varianten und Spielarten. So haben die Chemiker bereits ein «Analog» gefunden – ein neues Molekül, welches dem Naturstoff ähnelt, allerdings kleinere Modifikationen aufweist –, sodass es fast 100-mal potenter ist als der in der Natur vorkommende Stoff.

«Die Zusammenarbeit zwischen Universität Wien und CEMM hat zu echten Synergieeffekten geführt», erklärt Stefan Kubicek am CeMM – Forschungszentrum für molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und Co-Autor der Studie.

Kontakt Prof. Dr. Nuno Maulide Institut für Organische Chemie Universität Wien Währinger Strasse 38 A-1090 Wien +43 14277 521 55 nuno.maulide@univie.ac.at www.univie.ac.at

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BIOWISSENSCHAFTEN

Robuste Bohnen

Fortschritt in der Pflanzenzucht Schon seit Menschengedenken werden Pflanzen und Tiere gezüchtet. Diese alte Tradition lässt sich aber auch im 21. Jahrhundert noch stark optimieren. Nutzpflanzen sollen auf natürliche Weise resistenter gegen hartnäckige Erreger sein und gravierende Ernteausfälle sollen verschwinden. Dank gekonnter Pflanzenzucht kommen auch weniger Pflanzenschutzmittel zum Einsatz. Dieses Ziel verfolgen Forschende der ETH. Sie untersuchten hierbei Bohnen aus Afrika und Südamerika.

Für viele Kleinbauern und Selbstversorger in Afrika und in Lateinamerika sind Bohnen eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel. Fleisch kann sich diese Bevölkerungsgruppe oft nicht leisten. Bohnen sind reich an Proteinen und Mineralstoffen; und sie machen satt. Dementsprechend kommen diese Leguminosen täglich zu jeder Mahlzeit auf den Teller.

Pflanzenkrankheiten aber schmälern die Ernte vielerorts empfindlich. Insbesondere ein Pilz, der die gefürchtete Eckige Blattfleckenkrankheit hervorruft, verursacht Ernteausfälle von bis zu 80 Prozent, vor allem in Afrika, wo Kleinbauern oft keinen Zugang zu Pflanzenschutzmitteln haben und das Wissen fehlt, wie diese anzuwenden sind.

Eine gezielte Züchtung In Zusammenarbeit mit Bodo Raatz und seinem Team am Internationalen Zentrum für tropische Landwirtschaft (Ciat) haben deshalb ETH-Forschende aus der Gruppe von Bruno Studer, Professor für Molekulare Pflanzenzüchtung, nun die natürliche genetische Resistenz der Bohnen gegen die Eckige Blattfleckenkrankheit untersucht. Mit ihren Erkenntnissen lassen sich resistente Bohnensorten rascher und gezielter züchten.

Sie möchten von Bohnen, die sich potenziell für die Züchtung neuer resistenter Sorten eignen, ein genetisches Profil erstellen. Dieses Profil gibt im Voraus Auskunft darüber, ob die Nachkommen, die

¹ ETH Zürich

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Bilder: M.Nay/ETH Zürich

Peter Rüegg ¹

Bräunliche Flecken auf den Blättern sind für einen krankhaften Befall der Pflanzen charakteristisch.

aus der Kreuzung zweier Sorten hervorgehen, gegen verschiedene lokal vorkommende Stämme des krankheitserregenden Pilzes (Pathotypen) resistent sind.

Genetisches Profil von 316 Sorten erstellt Zunächst stellte Michelle Nay, die das Projekt im Rahmen ihrer Dissertation bei Bruno Studer durchführte, eine möglichst vielfältige Sammlung von Bohnensaatgut aus dem Fundus der Ciat-Samenkollektion zusammen. Nays Sammlung umfasste 316 verschiedene Sorten, die für die Weiterzucht relevante Merkmale gegen den Pilz aufweisen.

Nay pflanzte dann die Bohnen aus ihrer Sammlung in Uganda und in Kolumbien sowohl im Freiland als auch im Gewächs-

haus. Auf diese Weise wollte sie herausfinden, ob und wie die verschiedenen Sorten auf die jeweiligen Stämme des Schädlings in den entsprechenden Ländern reagieren und welche Gene die Resistenzen vermitteln.

Ausserdem erstellte die Forscherin von jeder der 316 Bohnenlinien ein hochaufgelöstes Erbgutprofil anhand von Variationen im Erbgut, sogenannten genetischen Markern, und sie identifizierte diejenigen Marker, welche nur in resistenten Bohnen vorkommen. Die Marker dienten ihr zur Vorhersage, welche Kreuzungsprodukte gegen welche Pilzstämme eines Landes resistent sein werden und welche nicht.

«Unser Verfahren beschleunigt die Züchtung enorm», freut sich Studer. Es sei ein grosser Fortschritt, da man vorher mehr oder weniger auf gut Glück hin verschie11/2019

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PC 3001 VARIO select Weltweit gibt es eine Vielzahl verschiedener Bohnensorten.

dene Sorten miteinander kreuzte und jede einzelne Pflanze auf ihre Resistenz testen musste. Dank den Erbgutprofilen könne man nun einschätzen, ob die Nachkommen resistent seien. «Das ist für die Bohnenzüchtung enorm hilfreich und für Menschen, die dringend auf Bohnen angewiesen sind, eine gute Nachricht.»

Studer sieht die Züchtung von krankheitsresistenten Bohnen aber auch als Beitrag zur Reduzierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln. In Lateinamerika würden heute im Bohnenanbau viele Pestizide eingesetzt, in Ostafrika hingegen sehr wenige, weil die Bauern oft keinen Zugang zu ihnen hätten. «Mit resistenten Bohnen schlagen wir zwei Fliegen mit einer Klappe: Die Bauern Lateinamerikas brauchen weniger Pflanzenschutzmittel, die Bauern Afrikas können mehr ernten, auch ohne Pestizide.»

Das Saatgut, das aus diesem Projekt hervorgeht, wird vom Ciat an verschiedene Partnerorganisationen verteilt, die daraus hervorgehende Sorten an Bauern liefern.

Die Analysetechnik zur Bestimmung der genetischen Marker ist ebenfalls relativ einfach und günstig, so dass sie von agrarwissenschaftlichen Programmen der jeweiligen Länder angewendet werden kann.

Einen genetischen Marker zu testen, koste weniger als 20 Rappen, sagt Nay. Das können sich auch Labors in armen Ländern leisten. Zudem ist alles, was im Rahmen dieser Arbeit entstand, offen zugänglich.

«Damit erreichen wir genau die Leute, die wirklich Zugang zu solchen Ressourcen haben müssen», betont Nay. 11/2019

Nay und Studer arbeiteten in diesem Projekt eng mit dem Ciat zusammen. Dieses betreibt in Kolumbien ein grosses Züchtungsprogramm und verfügt über die weltgrösste Saatgutsammlung von mehreren Tausend Bohnensorten. Im Ciat-Sortengarten in Kolumbien werden neue Sorten mit konventioneller Kreuzungszüchtung erzeugt, das Saatgut getestet und über die Partnerorganisation «Pan-Africa Bean Research Alliance» auch Züchtern in Afrika zur Weiterzucht zur Verfügung gestellt.

In einem Nachfolgeprojekt werden Studer und seine Gruppe in Zusammenarbeit mit dem Ciat und mit Unterstützung des World Food Systems Center der ETH Zürich die Zuchtmethode weiterentwickeln. Während sich die Forschenden bisher auf molekulare Marker für die eine Krankheit konzentriert hatten, verfolgt das neue Projekt einen ganzheitlicheren Ansatz und man versucht, möglichst viele Eigenschaften der Pflanzen basierend auf den Erbgutprofilen vorauszusagen.

Dieses Projekt wurde finanziell unterstützt von der Sawiris Foundation for Social Development.

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Bild : Shutterstock

BIOWISSENSCHAFTEN

Le traitement préférentiel du diabète de type 2 consiste à adopter une alimentation équilibrée et à avoir une activité physique régulière.

Le diabète de type 2

Une découverte inattendue

En démontrant que le foie peut produire du glucose de manière autonome, des chercheurs de l’UNIGE expliquent com­ ment le diabète de type 2 peut se dé­ velopper chez les personnes en surpoids même sans résistance à l’insuline.

Le taux de sucre dans le sang est princi­ palement régulé par deux hormones an­ tagonistes: l’insuline qui baisse le taux de sucre et le glucagon qui au contraire l’augmente. Le foie joue un rôle essen­ tiel dans la régulation de la glycémie en produisant et redistribuant le glucose, sous l’influence de ces deux hormones.

Les personnes en surpoids font ainsi face à deux menaces: d’une part le ris­ que de développer une résistance à l’in­ suline, annonciatrice de diabète de type 2, et d’autre part une accumulation de graisse dans les cellules du foie, appelée syndrome du «foie gras». Cette accumu­ lation de lipides induit une altération de la morphologie et de la structure des 8

Bild: UNIGE

En Suisse, plus de 400 000 personnes souffrent de diabète de type 2, un trouble métabolique grave. L’obésité, en favorisant le développement d’une résistance à l’insuline – l’une des hormones régulant le taux de sucre dans le sang – en constitue un facteur de risque important. Cependant, le déséquilibre insulinique pourrait ne pas être l’unique cause de l’apparition du diabète. En effet, des chercheurs de l’Université de Genève (UNIGE) ont mis en évidence un autre mécanisme.

Mitochondries de cellules du foie en microscopie électronique. A gauche, chez des souris normales, les mitochondries ont une forme allongée. A droite, chez des souris sans la protéine OPA1, les mitochondries ont une forme altérée globulaire.

mitochondries, les centrales énergé­ tiques des cellules.

«Ces altérations ont-elles un effet sur le fon­ ctionnement des mitochondries? Y aurait-t-il un lien entre les mitochondries des cellules

du foie, l’obésité et le diabète? Pour le sa­ voir, nous nous sommes concentrés sur une protéine appelée OPA1 qui, sous une forme dite ‹ongue›, autrement dit non dégradée, a pour fonction de maintenir la structure des 11/2019

BIOWISSENSCHAFTEN

mitochondries», explique Pierre Maechler, professeur au Département de physiologie cellulaire et de métabolisme et au Centre facultaire du diabète de la Faculté de méde­ cine de l’UNIGE, qui a dirigé ces travaux.

Pas de production de glucose sans la protéine OPA1 Les scientifiques ont inactivé la fonction d’OPA1 chez des souris pour pouvoir dé­ cortiquer le rôle exact des mitochondries.

«Le foie des souris dépourvues de la ­forme longue d’OPA1 perd sa capacité à produire du sucre en seulement quelques semaines», constate Lingzi Li, doctorante dans le laboratoire du Professeur Maechler et première auteure de cette étude. «Les mitochondries des cellules du foie présen­ tent alors une morphologie altérée, ce qui confirme leur importance dans le métabo­ lisme du sucre.»

Pour affiner leur analyse, Pierre Maechler et ses collègues ont réintroduit la protéine

OPA1 fonctionnelle chez les souris où elle avait précédemment été supprimée. «Les mitochondries ont retrouvé leur morpholo­ gie normale, mais pas leur activité», cons­ tatent les scientifiques. «Dans ce domaine également, la forme ne dicte pas la fonc­ tion! Il ne suffit pas que la mitochondrie apparaisse normale pour qu’elle fonc­ tionne correctement.»

Le plus étonnant restait à venir. «En obser­ vant les contrôles, c’est-à-dire les souris saines chez lesquelles OPA1 avait été in­ troduite dans sa forme longue, nous avons découvert qu’ainsi équipées de ‹su­ per-mitochondries›, elles fabriquaient plus de glucose que nécessaire et leur foie produisait du sucre sans aucun appel hor­ monal», s’enthousiasme Pierre Maechler.

Cette étude ébranle donc le principe que l’on pensait bien établi selon lequel la pro­ duction de glucose par le foie dépend nécessairement d’un stimulus externe.

C’est en effet la première fois que l’on ob­ serve une production de glucose par le

foie indépendamment d’un signal externe, en particulier hormonal. Cette découverte pourrait expliquer l’apparition de diabète de type 2 observées chez des patients at­ teints du syndrome du «foie gras», en de­ hors de tout déséquilibre insulinique appa­ rent. Pour confirmer cette piste, les chercheurs de l’UNIGE envisagent main­ tenant de modifier la morphologie des mitochondries de cellules du foie chez des souris en surpoids, afin de vérifier si cette surproduction de glucose peut déclencher un taux de sucre anormalement élevé dans le sang et donc un diabète.

Kontakt Prof. Pierre Maechler Université de Genève 24 rue du Général-Dufour CH-1211 Genève 4 +41 22 379 55 54 pierre.maechler@unige.ch www.unige.ch

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BIOWISSENSCHAFTEN

Dreidimensionale Systeme ahmen Organe nach

Erfolgreicher Ersatz für Tierversuche

Eine Zelle ist noch lange kein ganzes Organ. Dennoch dienen Zellkulturen noch immer als Modell, wenn Forscher Zellteilung, Stoffwechselvorgänge oder Signalübertragung untersuchen wollen. An Zellkulturen testen sie den Effekt neuer Arzneistoffe und deren Gefährlichkeit. Doch herkömmliche Zellkulturen bilden den Einfluss von Strukturen und die Wechselwirkung mit­ der Umgebung nur mangelhaft ab. Dafür braucht man Tierversuche – oder auch nicht.

Wenn es nach der Toxikologin Laura Suter-Dick vom Institut für Chemie und Bioanalytik an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) geht, kann man schon bald auf eine grosse Zahl von Tierversuchen verzichten, indem man Nierenzellen dreidimensional als kleine Röhrchen wachsen lässt und somit den Strukturen einer echten Niere näherkommt.

Eine künstliche Niere aus echten Zellen «Wenn man bereits in einer organähnlichen Zellkultur sehen kann, dass ein Wirkstoff die Zellen schädigt, braucht man keinen Tierversuch mehr», betont Suter-Dick.

Um dieses Ziel zu erreichen, arbeitet sie mit Zellkulturplatten, auf denen sie die winzigen Röhrchen nachbildet, welche die Niere durchziehen. Dafür verwendet sie zunächst ein Gel, das sie parallel in verschiedene kleine Kanäle auf der Zellkulturplatte einbringt. Das Gel dient als Führungsröhre und wird an seiner Innenwand flächendeckend von Nierenzellen bewachsen. «Mit dieser neuen Biochip-Technologie haben wir erreicht, dass Nierenzellen wie in einer echten, gesunden Niere kleine Röhren bilden, die wir für weitere Untersu10

Bilder: Adobe Stock

Fast 600 000 Tiere wurden letztes Jahr allein in der Schweiz für Tierversuche eingesetzt. Trotz strengerer Auflagen zum Tierschutz bleibt diese Zahl hoch, da auch die Vorgaben zum Patientenschutz strikter werden. So muss die Sicherheit von neuen Wirkstoffen zuerst in Tierversuchen bewiesen werden. Um die Zahl solcher Experimente senken zu können, arbeiten Forschende an Alternativen. Dreidimensionale Testsysteme bilden die Struktur und Funktionsweisen von Organen nach.

In diesem Gefässknäuel (Glomerulus) in der Niere wird das Blut gefiltert.

chungen verwenden können», freut sich Suter-Dick.

Im Körper erfüllt die Niere eine wichtige Entgiftungsfunktion. Sie filtert Schadstoffe sowie Endprodukte des Stoffwechsels aus dem Blut und leitet sie weiter in den Urin.

Wegen dieser Filterfunktion ist die Niere den Abbauprodukten von Medikamenten stark ausgesetzt. Diese können die kleinen Röhrchen, welche die Niere durchziehen, dauerhaft schädigen. Aus diesem Grund müssen Pharmafirmen für jedes neue Arzneimittel untersuchen, wie es auf die Nieren und ihre Filterfunktion wirkt. Suter-Dick: «Es gibt noch immer Bereiche, wo Tierversuche gemacht werden müssen, sei es in der Toxikologie oder in der Pharmakologie. Die kann man schon deshalb nicht ersetzen, weil es die Behörden für die Patientensicherheit verlangen.»

Dennoch richtet Suter-Dick ihre Forschung auf die 3R-Prinzipien aus. Dieser Begriff steht für «replace», «reduce» und «refine», eine Leitlinie, die schon seit 1959 den ver-

antwortungsvollen Umgang mit Versuchstieren sowie die Verminderung und den Ersatz von Tierexperimenten zum Ziel hat.

Zwar unterliegen Tierversuche gerade in der Schweiz besonders strengen Richtlinien und werden nur nach Prüfung durch die kantonalen Tierversuchskommissionen genehmigt, doch bleiben sie ethisch umstritten. Ein Grossteil der Tiere wird verwendet, um die Giftigkeit neuer Wirkstoffe – die Toxizität – am gesunden Organismus zu untersuchen. Das schreibt der Gesetzgeber vor, ehe er die Anwendung eines neuen Medikaments am Menschen erlaubt. Etwa 2 Prozent aller Medikamente im vorklinischen Stadium und 19 Prozent der Arzneimittel, die eine Studie der Phase III durchlaufen, gelangen nie auf den Markt, weil sie Nierenschädigungen verursachen. Wenn Medikamente in so einem späten Entwicklungsstadium scheitern, bedeutet das nicht nur eine hohe finanzielle Belastung für die Pharmafirmen, sondern auch einen sinnlosen Verbrauch von 11/2019

BIOWISSENSCHAFTEN

in einem sogenannten High-Throughput-System erbracht, mit dem man künftig parallel und somit zeit- und kosteneffizient viele Substanzen testen kann.

Die kranke Leber

Ein Grossteil der Tiere wird verwendet, um die Toxizität neuer Wirkstoffe am gesunden Organismus zu untersuchen.

Versuchstieren während der Medikamenten-Entwicklungsphase. Da die meisten durch Arzneimittel verursachten Nierenschäden die sogenannten proximalen Tubuli betreffen, forscht Suter-Dick vor allem an diesen komplexen Strukturen: «Der proximale Nierentubulus kann bis jetzt nicht in normalen Zellkulturen nachgebildet werden, weil er aus mehreren Zellarten besteht, die eine röhrenartige Struktur bilden und verschiedene Aufgaben erfüllen», erklärt die Wissenschaftlerin. So haben normale Nierenzellen eine Transportfunktion, mit der sie Medikamente und andere Stoffe importieren oder exportieren. Viele herkömmliche Zellkulturen können diese Transportfunktion nicht imitieren, weshalb man sie oftmals gar nicht benutzen kann, um Nierentoxizität zu untersuchen. Deshalb müssen wieder gesunde Versuchstiere genommen werden. Wenn man bereits in einer organähnlichen Zellkultur sehen kann, dass ein Wirkstoff die Zellen schädigt, braucht man keinen Tierversuch mehr.

In ihren aktuellen, vom britischen National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research (NC3Rs) geförderten Experimenten hat Suter-Dick, in Zusammenarbeit mit zwei Forschungspartnern aus den Niederlanden (Radboud University und Mimetas), die Transport- und Barrierefunktionen der Nierenzellen untersucht. Wenn Nierenzellen durch Substanzen wie das Immunsuppressivum Cyclosporin A oder das Virostatikum Tenofovir geschädigt werden, kann man das anhand von Biomarkern nachweisen, die bei Patienten im Blut oder Urin erhöht sind. Dieselben Biomarker, die man auch im klinischen Labor kontrollieren würde, hat Suter-Dick in ihren 3-D-Zellkulturen überprüft. Dabei hat sie den Wirknachweis 11/2019

In einem anderen Projekt bildet die Toxikologin kein gesundes, normales Zellsystem nach, sondern entwickelt ein Leberkrankheitsmodell in der Kulturschale. Mit dieser Forschung will sie verhindern, dass Ratten und Mäuse einer besonders belastenden Form von Experimenten ausgesetzt werden: Sie werden eigens als Mutanten mit bestimmten Krankheiten gezüchtet oder die Krankheit wird chemisch induziert, um möglichst genaue Abbilder von klinisch relevanten Erkrankungen zu bekommen. Solche «Modelle» sind nötig, damit man die Wirkung neuer Arzneistoffe auf genau die Symptome untersuchen kann, gegen die sie entwickelt wurden. Da viele Stoffwechselvorgänge bei Tieren jedoch anders funktionieren als bei Menschen, ist ihre Aussagekraft begrenzt. So gibt es noch immer kein gutes Tiermodell, das die häufig auftretende Leberfibrose – ein spätes Stadium chronischer Lebererkrankungen – realistisch abbildet. Trotzdem leiden jedes Jahr Tausende von Ratten und Mäusen, die als Versuchstiere für Leberfibrose zum Einsatz kommen.

Solche Tierversuche dauern lange und verursachen den Pharmafirmen hohe Kosten bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe. Deshalb suchen Pharmafirmen zunehmend nach Alternativen, um Medikamente gegen Leberfibrose in vitro zu testen. Mit Zellkulturversuchen kann man relativ einfach mit menschlichem Gewebe arbeiten, was die Relevanz der Erkenntnisse für die Patienten erhöht. Doch normale Zellkulturen können das Krankheitsbild der Leberfibrose funktionell nur unzureichend darstellen, weil bei ihrer Entstehung drei Zelltypen zusammenwirken, die nacheinander aktiviert werden müssen, damit sich das typische narbenartige Gewebe einer Fibrose ausbildet. Erschwerend kommt hinzu, dass die Leberfibrose erst durch den permanenten Einfluss einer schädigenden Substanz entstehen kann, was im Labor über zwei Wochen dauert.

Im Rahmen eines KTI-Projektes hat Suter-Dick in Zusammenarbeit mit der

Schweizer Firma InSphero nun ein 0,3 Millimeter grosses kugelförmiges Zellkulturmodell entwickelt, welches alle drei Zelltypen enthält, die für die Entstehung der Leberfibrose nötig sind. «Das Schwierigste war, die verschiedenen Zelltypen so zu aktivieren und zu kombinieren, dass sie funktionell richtig zusammenspielen», unterstreicht die Wissenschaftlerin. In ihren Experimenten hat sie jetzt den ersten Nachweis erbracht, dass das 3-D-Leberfibrosemodell funktioniert und von Firmen oder anderen Forschenden genutzt werden kann. Die nächsten Studien sollen zeigen, ob man die Aktivierung der Leberzellen verhindern und damit potenzielle Heilmittel für Fibrose entwickeln kann.

Quelle: FHNW Kontakt Prof. Dr. Laura Suter-Dick Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) Hofackerstrasse 30 CH-4132 Muttenz +41 61 228 56 59 laura.suterdick@fhnw.ch www.fhnw.ch

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LABOR

Sensoren für die neue Laborgeneration

Bitte ein Labor zum Mitnehmen Wer heute Laborwerte zur Diagnostik einer Erkrankung oder deren Verlaufskontrolle nutzen will oder die Belastung von Abwasser mit Pflanzenschutzmitteln oder Medikamenten testen möchte, muss die Proben fast immer ins Labor schicken und auf die Ergebnisse warten. Das kostet Zeit. Ein «Lab-on-a-Chip-System» bestimmt die Werte noch während des Besuchs beim Arzt oder am Probenort. Forschende haben nun Sensoren für solche Labore der Zukunft entwickelt. Als Vorbild dienten die Poren von Pflanzen.

Hildegard Kaulen ¹

Bild: Shutterstock

Checkkartengross und mit der Funktionalität eines Labors arbeiten diese Systeme schneller, kostengünstiger und mit weniger Aufwand als ein klassisches Labor, allerdings müssen sie auch genauso präzise, robust und zuverlässig sein. Die Forschungsgruppen von Wolfgang Ensinger, Professor für Materialwissenschaften, und Helmut Schlaak, Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Darmstadt, haben einen Prototyp für ein «Lab-on-a-Chip-System» entwickelt, das Substanzen mit Sensoren aus synthetischen Nanoporen erfasst. An dem Projekt beteiligt sind die Chemikerin Ivana Duznovic und der Elektrotechniker Mario El Khoury.

Wie so oft hilft die Natur

Ein Blick in die Zukunft: Auf solchen Karten sollen Blutproben analysiert werden können.

Inspiriert wurden die Wissenschaftler dabei von der Natur. In die Zellmembranen integriert, sorgen biologische Poren dafür, dass Substanzen von aussen nach innen oder von innen nach aussen transportiert werden. Sie funktionieren dabei entweder als Schleusen oder als selektive Transportsysteme, die auf bestimmte Substanzen spezialisiert sind. Es gibt bisher kein technisches System, das es mit der Sensitivität und Spezifität der biologischen Nanoporen aufnehmen kann. Ihre Leistungsfähigkeit ist unerreicht. Biologische Poren selbst sind allerdings für eine technische Anwendung ungeeignet, weil sie zu fragil sind.

Ensinger und Duznovic setzen daher auf synthetische Poren, die sie mit einem che-

mischen oder biologischen Sensor ausstatten.

Dafür werden die Oberflächen der «Nanoporen» entsprechend funktionalisiert. «Unser Ziel ist es, eine neue Generation von Sensoren zu entwickeln, die in enger Anlehnung an ihre biologischen Vorbilder eine hohe Empfindlichkeit und Leistungsfähigkeit besitzen», sagt Ensinger. «Wenn wir diese Sensoren dann in ein mikrofluidisches System mit einer tragbaren Auswertelektronik integrieren, wird daraus ein Lab-on-a-Chip-System», ergänzt Schlaak.

Dafür sind allerdings mehrere Schritte notwendig. Zuerst müssen die synthetischen Nanoporen hergestellt werden. Das geschieht durch den Beschuss von Polymer-Folien mit Schwerionen. Diese Aufgabe übernimmt das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

¹ Technische Universität Darmstadt

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Nach dem Beschuss der Folien werden die Nanoporen vergrössert und in eine konische Form gebracht. Sie haben dann eine enge und eine weite Öffnung und sehen aus wie ein Trichter. Vergrössert werden die Nanoporen, indem die Folie von einer Seite mit Lauge behandelt wird.

«Durch den Ätzvorgang entstehen freie Carboxygruppen, über die wir die Nanoporen dann durch Koppelungschemie funktio­ nalisieren können», erklärt Ivana Duznovic.

«Wir können im Grunde alles Mögliche an die Carboxygruppen anhängen. Allerdings sind nur Substanzen sinnvoll, die biologisch oder chemisch relevant sind und mit deren Hilfe wir die für Diagnose oder Umweltanalytik relevanten Biomoleküle mit hoher Spezifität und Sensitivität nachweisen können. Sonst würde der Sensor keinen Sinn ergeben.»

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LABOR

Histamin kann bereits nachgewiesen werden Funktionalisiert wurden die Nanoporen unter anderem für den Nachweis von Histamin. Histamin spielt eine zentrale Rolle bei den allergischen Reaktionen und könnte auch bei Alzheimer relevant sein.

Der Nachweis, den Ensinger und Duznovic konzipiert haben, basiert auf einer Verdrängungsreaktion. Eine an die Carboxygruppe gekoppelte Substanz bindet ein Metallion, das auch an Histamin binden kann. Enthält die Probe Histamin, wechselt das Metallion zum Histamin über, was an einem Stromabfall in den Nanoporen zu erkennen ist. Dabei gilt: Je stärker der Strom abfällt, desto mehr Histamin ist in der Probe enthalten. Weil die an die Carboxygruppe gekoppelte Substanz wieder mit dem Metallion beladen werden kann, sind die Nanoporen regenerierbar und können für einen weiteren Nachweis verwendet werden.

Der nächste Schritt ist die Entwicklung des «Lab-on-a-Chip-Systems». «Wir haben schon einen funktionierenden Mikrochip, allerdings sind noch einige Probleme zu lösen, weil der Nachweis nicht nur in wässriger Lösung funktionieren soll, sondern auch in einer Blutprobe», sagt

Schlaak. Da das Team den Chip aus Kostengründen auch gerne wiederverwerten möchte und dies wegen der Regenerierbarkeit der Nanoporen auch grundsätzlich möglich ist, sollte es zudem bei späteren Ergebnissen keine Verfälschungen durch die Erstverwendung geben. «Wir dürfen keine Memory-Effekte haben», bringt El Khoury das Problem auf den Punkt.

Ein Nadelöhr für die Kommerzialisierung ist auch die Suche nach einem geeigneten Kandidaten für einen entsprechenden Nachweis, etwa für die Medizin. «Wir brauchen einen Marker, der schon entsprechend validiert worden ist», sagt Ensinger.

«Es muss sicher sein, dass der Nachweis tatsächlich medizinisch sinnvoll und hilfreich ist, etwa für die Diagnostik, das Screening oder die Verlaufskontrolle einer Erkrankung», so der Materialwissenschaftler weiter. «Wir sind derzeit noch auf der Suche nach interessanten Kandidaten und kollaborieren bereits mit der Universitätsklinik in Mainz. Allerdings sind wir offen für weitere Ideen.»

Ein «Lab-on-a-Chip-System» lässt sich nur in enger Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen erarbeiten. Ensinger und Schlaak loben daher auch das interdiszi­ plinäre Vorgehen. An der Entwicklung waren Chemiker, Biologen, Materialwissen-

schaftler, Physiker und Elektrotechniker beteiligt. «Wir sind an der TU Darmstadt für derartige Projekte sehr gut aufgestellt», sagt Ensinger. Als nächstes möchte das Team die Oberflächen der Nanoproben für den Nachweis von Proteinen ausrüsten, um damit auch komplexe Biomarker nachzuweisen.

Deshalb sollen die Projekte auch durch die Beantragung von Sonderforschungsbereichen intensiviert werden. Das erklärte Ziel des Schwerpunkts ist, die Funktionseigenschaften von synthetischen und biologischen Nanoporen zu vereinigen und damit eine neue Generation von molekularen Nanosensoren zu entwickeln. Auf diesem Weg sind grosse Fortschritte erzielt worden. Zum Erfolg haben auch die breite Aufstellung des Konsortiums und die Zusammenarbeit mit ausländischen Kooperationspartnern beigetragen.

Kontakt Prof. Dr. Wolfgang Ensinger Technische Universität Darmstadt Alarich-Weiss-Strasse 2 D-64287 Darmstadt +49 6151 16 21992 ensinger@ma.tu-darmstadt.de www.tu-darmstadt.de

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LABOR

Eine zuverlässige GCMS-Methode

Frei von karzinogenen Verbindungen

N-Nitrosodimethylamin (NDMA) und N-Nitrosodiethylamin (NDEA) sind die einfachsten Dialkylnitrosamine (Bild 1). Sie werden noch immer als Nebenprodukt und Verunreinigung von kommunalen Kläranlagen freigesetzt oder von unterschiedlichen Industriezweigen durch die Herstellung von Pestiziden, Gummireifen, Alkylaminen und Farben in die Umwelt befördert. Auch fallen NDMA- und NDEA-Verbindungen bei der Produktion von pharmazeutischen Wirkstoffen (Active Pharmaceutical Ingredients = API) an. Die Stoffe werden von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als Karzinogene der Gruppe 2A klassifiziert. Das heisst, sie sind beim Menschen vermutlich krebserregend.

Letztes Jahr wurde bei bestimmten Arzneimittelprodukten eine Kontamination mit NDMA und NDEA festgestellt. Es wird angenommen, dass sie im Verlauf des Erzeugungsprozesses in das Endprodukt eingeschleppt worden sind. Die Kontamination überstieg bei weitem die für Arzneimittelprodukte gesetzlich festgelegten Belastungsgrenzen. Folgerichtig nahmen Behörden quer durch Europa ebenso wie die US-Bundesbehörde zur Lebensmittel- und Arzneimittelüberwachung (US Food and Drug Administration = FDA) alle betroffenen Arzneimittelprodukte vom Markt.

Daher ist es unerlässlich, eine empfindliche, genaue, zuverlässige und gleichzeitig robuste Analysetechnik zu haben, die auf einem geeigneten Verfahren beruht. So wurde eine bestimmte Methode der Headspace-Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (HS-GCMS) entwickelt, um NDMA sowie NDEA in Arzneimitteln nachweisen zu können. In diesem Experiment werden die pharmazeutischen Wirkstoffe (API) Valsartan, Losartan 14

Bilder: Shimadzu

Bei der Produktion von pharmazeutischen Wirkstoffen können Verunreinigungen anfallen. Besonders gefährlich wird es dann, wenn solche unerwünschten Stoffe nachweislich gesundheitsschädlich und vielleicht sogar krebserregend sind. Daher sind analytische Qualitätskontrollen mit einer geeigneten Vorgehensweise besonders wichtig. Das Unternehmen Shimadzu stellt eine analytische Methode vor und wendet sie an zwei vermutlich karzinogenen Molekülen an.

Bild 1: N-Nitrosodiethylamin (NDEA) und N-Nitrosodimethylamin (NDMA) sind gemäss der WHO vermutlich krebserregend.

Betriebsbedingungen Shimadzu GCMS-QP2020 NX mit HS-20 GC-Parameter Säule

SH-Stabilwax, 30 m, 0,32 mm ID, 0,25 µm df

Injektions-Modus

Splittless

Fluss-Kontroll-Modus

Lineargeschwindigkeit

Trägergas

Helium

Säulenfluss

1,60 ml/min

Lineargeschwindigkeit

45,6 cm/s 40 °C (2 min)  (10 °C/min)  120 °C  (25 °C/min)  230 °C (5,6 min)

Temperatur-Programm HS-20-Parameter Modus

Loop (1 ml)

Ofen-Temperatur

120 °C

Temperatur der Probenleitung 125 °C Temperatur der Transferleitung 130 °C Ausgleichszeit

15,0 min

MS-Parameter Temperatur der Ionenquelle

200 °C

Ionisations-Modus

EI SIM

Modus Elektrodenspannung

NDMA

NDEA

74, 42 und 43

102, 57, 56 und 44

70 eV

70 eV

Tabelle 1: GCMS-Betriebsbedingungen.

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LABOR

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LABOR

API

Konzentration 2,5 ppb

Valsartan % Wiederfindung NDMA NDEA 108,6 104,6

Losartan % Wiederfindung NDMA NDEA 95,0 113,4

Olmesartan-Medoxomil % Wiederfindung NDMA NDEA 103,4 114,4

5,0 ppb

99,9

96,5

96,1

107,9

89,8

88,7

10,0 ppb

114,2

114,2

99,8

107,7

98,3

102,7

Tabelle 2: Erhaltene Ergebnisse für drei API in der Genauigkeitsstudie.

tion» = % RSD) ermittelt worden. Die Kalibriergeraden beider Stoffe mit einem r² grösser als 0,999 in Bild 2 ersichtlich. In Bild 3 sind die Chromatogramme aller linearen Bereiche übereinander abgebildet.

Eine sechsfache Messung der 5,0-ppb-Lösung ist in Bild 4 dargestellt.

Bild 2: Zwei Kalibriergeraden von jeweils 2,5 bis 10 ppb.

Bild 4: Sechsfache Messung à 5 ppb.

Bild 3: Überlagerung der Chromatogramme von 2,5 bis 10 ppb.

Probenanalyse und Wiederfindung

NDEA wurden verwendet, um Kalibrierstandards im Konzentrationsbereich von 2,5 bis 10 µg/l ­a nzufertigen. Die Standards wurden ­in N,N-Dimethylsulfoxid hergestellt. Die Betriebsbedingungen des Geräts zeigt Tabelle 1.

Drei API-Proben (Valsartan, Losartan & Olmesartan-Medoxomil) wurden einzeln in ein 20-ml-Headspace-Fläschchen eingewogen. Jeweils 2 ml DMSO wurden als Verdünnungsmittel zugefügt, um eine Lösung von 5 % w/v herzustellen.

Für die Wiederfindungstests wurden einzelne API in 20-ml-Headspace-Fläschchen eingewogen, welche mit 2 ml NDMA- beziehungsweise NDEA-Standardlösungen versetzt waren (2,5 ppb; 5,0 ppb und 10,0 ppb). Sie wurden dann einer HS-GCMS-Analyse unterzogen. Die Tabellen 2 und 4 zeigen die Ergebnisse der Probenanalyse und die Genauigkeitsstudie für die drei API.

Linearität der Kalibrierfunktion

und Olmesartan-Medoxomil im Hinblick auf eine NDMA- und NDEA-Kontamination analysiert.

Eine auf vier Punkten beruhende Kalibriergerade von NDMA und NDEA von 2,5 bis 10 µg/l wurde unter den in Tabelle 1 beschriebenen Bedingungen aufgestellt.

Retentionszeiten (RT), KorrelationskoeffiDas Experiment zient (r²) und die Quantifizierungsgrenze Die Untersuchung erfolgte mit einem («limit of quantification» = LOQ) sind in Fazit Shimadzu GCMS-QP2020 NX-Single-­ Tabelle 3 wiedergegeben. Die LOQ ist aus Quadrupol gekoppelt mit einem HS-20 dem Signal-Rausch-Verhältnis («signal/­ Es handelt sich also um eine hochemp(Headspace Autosampler). Kommerziell noise» = S/N) und aus der relativen Stan- findliche Methode zur Quantifizierung von erhältliche Reinstoffe von NDMA und dardabweichung («relative standard devia- genotoxischen Verunreinigungen – und zwar NDMA und NDEA – in pharmazeutischen Wirkstoffen (API). Sie wurde mithilLOQ (2,5 ppb) Komponente R.T. (min) fe eines GCMS-QP2020 NX mit einem S/N % RSD r² HS-20 Headspace-Autosampler von ShiNDMA 7,58 134 4,0 0,999 madzu entwickelt.

NDEA 8,63 118 8,2 0,999 Tabelle 3: LOQ-Zusammenfassung.

Gefundene KompoValsartan nenten-Menge (ppb) NDMA (ppb)

Nicht detektiert

API Losartan Olmesartan-Medoxomil Nicht detektiert Nicht detektiert

NDEA (ppb)

130,4

74,1

Tabelle 4: Durch Probenanalyse gewonnene Ergebnisse.

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Nicht detektiert

Kontakt Shimadzu Schweiz GmbH Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach BL +41 61 717 93 33 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

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Bild: ETH Zürich/Stefan Fattinger

MEDIZIN

Salmonellen sind Durchfallerreger bei Tieren und beim Menschen. Zu einem besonderen Problem der öffentlichen Gesundheit werden sie dann, wenn sie resistent sind gegen Antibiotika.

Resistente Keime blockieren

Bakterien verbreiten Antibiotika-Resistenzen Antibiotikaresistenzen verbreiten sich nicht nur dort, wo viel Antibiotika eingesetzt werden, schliessen ETH-Forschende aus Laborexperimenten. Das bedeutet: Um Resistenzen einzudämmen, reicht es nicht, den Antibiotikaeinsatz zu reduzieren. Man sollte auch die Verbreitung resistenter Keime blockieren.

Fabio Bergamin ¹ Bakterien sind immer häufiger resistent gegen die gängigen Antibiotika. Vermittelt werden die Resistenzen häufig durch Re­ sistenzgene, welche von einer Bakterien­ population zur nächsten springen können.

Eine gängige Annahme: Die Resistenzgene verbreiten sich vor allem dann, wenn Anti­ biotika im Einsatz sind. Erklären lässt sich dies mit Darwins Lehre: Nur wo Antibiotika eingesetzt werden, ist ein resistentes Bak­ terium gegenüber anderen Bakterien im Vorteil. In einer Umgebung ohne Antibioti­ ka ergeben sich für resistente Bakterien keine Vorteile. Daher sind Gesundheitsex­ perten besorgt über eine exzessive Ver­ wendung von Antibiotika und mahnen zu einem restriktiveren Einsatz.

¹ ETH Zürich

11/2019

Ein Team von Forschenden unter der Lei­ tung von Wissenschaftlern der ETH Zürich und der Universität Basel entdeckte nun allerdings bei Darmbakterien einen zusätz­ lichen, bisher unbekannten Verbreitungs­ mechanismus für Resistenzgene, der un­ abhängig ist vom Einsatz von Antibiotika.

«Das heisst: Antibiotika restriktiv einzuset­ zen ist zwar richtig und wichtig. Diese Massnahme reicht allerdings nicht aus, um die Verbreitung von Resistenzen zu ver­ meiden», sagt Médéric Diard, heute Pro­ fessor am Biozentrum der Universität Ba­ sel und bis vor kurzem noch an der ETH Zürich tätig. «Wenn man die Verbreitung von Resistenzgenen eindämmen will, muss man auch bei den resistenten Mi­ kroorganismen selbst ansetzen. Man sollte dafür sorgen, dass sich diese nicht verbrei­ ten können, zum Beispiel durch wirksame­ re Hygienemassnahmen oder Impfungen.»

Diard leitete die Forschungsarbeit zusam­

men mit Wolf-Dietrich Hardt, Professor für Mikrobiologie an der ETH Zürich.

Kombination zweier Resistenzmechanismen Verantwortlich für den neuentdeckten Ver­ breitungsmechanismus sind persistente Bakterien. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass nicht nur Bakterien mit Resistenzge­ nen eine Antibiotikabehandlung überle­ ben, sondern auch diese persistenten Bak­ terien. Das sind Bakterien, die in einen temporären Dämmerzustand verfallen und ihren Stoffwechsel auf ein Minimum redu­ zieren können. Dadurch können sie von Antibiotika nicht mehr abgetötet werden.

Bei den Salmonellen bilden sich diese «Schläfer-Formen», wenn die Bakterien vom Darminneren ins Körpergewebe ein­ gedrungen sind. Im Gewebe können sie dann monatelang ein unauffälliges Dasein 17

MEDIZIN

fristen, um später wieder aus ihrem Dämmerzustand zu erwa­ chen. Sind die Bedingungen für das Überleben der Bakterien dann günstig, kann das zu einem Wiederaufflammen der Infekti­ on führen.

Doch selbst, wenn sie keine neue Infektion verursachen, können sie sich nachteilig auswirken, wie die Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift «Nature» berichten. Bei den Salmonellen ist eine Kombination der beiden Resistenzmechanismen nämlich häufig: Persistente Bakterien, die zusätzlich kleine Erbgutstücke (Plasmi­ de) mit Resistenzgenen tragen.

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Originalbeitrag E. Bakkeren et al., «Salmonella persisters promote the spread of antibiotic resistance plasmids in the gut», Nature (2019); DOI: 10.1038/s41586-019-1521-8

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Wie die Forschenden in einem Mausmodell mit Salmonellen zeigten, sind diese Schläfer in der Lage, die Resistenz im Darm auch an andere Individuen der eigenen Art und sogar an solche anderer Arten weiterzugeben, etwa Kolibakterien aus der norma­ len Darmflora. Die Experimente zeigten, dass die Bakterien ihre Resistenzgene sehr effizient weitergeben können, sobald sie aus dem Dämmerzustand erwachen und auf Bakterien treffen, die für eine Gen-Weitergabe empfänglich sind. «Die Resistenzplasmi­ de nutzen also ihr persistentes Wirtsbakterium aus, um für län­ gere Zeit in einem Wirt zu überleben und sich anschliessend auf andere Bakterien zu übertragen. Das treibt ihre Verbreitung vor­ an», erklärt ETH-Professor Hardt. Das Spezielle daran: Dieser Aus­ tausch geschieht völlig unabhängig davon, ob Antibiotika zugegen sind oder nicht.

Was die Forschenden bei Mäusen gezeigt haben, müsste nach ihrer Ansicht nun auch bei Nutztieren, die häufig unter Salmo­ nelleninfektionen leiden, wie zum Beispiel Schweine, genauer untersucht werden. Ebenfalls müsste untersucht werden, ob sich die Verbreitung von Resistenzen in Nutztierpopulationen durch Probiotika oder eine Impfung, die vor e ­ iner Salmonelle­ ninfektion schützt, eindämmen liesse.

An dieser Forschungsarbeit beteiligt waren Forschende der ETH Zürich, der Universität Basel, des Universitätsspitals Basel und der Universität Uppsala. Die Arbeit wurde unterstützt vom Nationalen Forschungsprogramm Antimikrobielle Resistenz (NFP 72).

Tel 061 319 93 93 Fax 061 319 93 94 E-Mail office@kuhner.com

Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 42 44 news@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

11/2019

MEDIZIN

Reduktion der Anfallshäufigkeit

Der chronische Spannungskopfschmerz

Kopfschmerzen sind weit verbreitet. Treten sie häufig auf oder sind bereits chronisch (das bedeutet, dass sie über drei Monate lang an mehr als 15 Tagen im Monat auftreten), sollten sie ärztlich abgeklärt werden. In der Regel stehen sie zwar für sich (man spricht vom idiopathischen Kopfschmerz), aber manchmal können sie auch Symptom einer anderen Erkrankung sein. Das kann der Hausarzt oder der Neurologe feststellen. Das ist wichtig, denn Kopfschmerzen werden eben nicht alle gleichbehandelt. Was bei der einen Kopfschmerzart wirkt, hilft bei der anderen nicht. Daher ist die korrekte Diagnose wichtig. Damit der Arzt diese stellen kann, ist es ratsam, den Schmerz zu dokumentieren. Die häufigsten Kopfschmerzarten sind der Spannungskopfschmerz und die Migräne.

Der chronische Spannungskopfschmerz tritt mit zunehmendem Lebensalter häufiger auf, Männer und Frauen sind etwa gleich häufig betroffen. Als Ursache werden das Zusammenspiel einer verhärteten Nackenmuskulatur und Stress vermutet, dafür spricht auch, dass die Erkrankungsrate in den Industrienationen höher als in Entwicklungsländern ist. Chronisch ist der Spannungskopfschmerz, wenn er an über 15 Tagen im Monat auftritt, was bei etwa drei Prozent der Bevölkerung der Fall ist.

Die meisten Menschen greifen schnell zu

Bild: Shutterstock

Bei Kopfschmerzen erfolgt oft viel zu schnell der Griff zur Schmerztablette. Das wiederum kann Kopfschmerzen verschlechtern. Nichtmedikamentöse Massnahmen, die die Anfallshäufigkeit nachgewiesenermassen verringern, werden hingegen oft nicht konsequent eingesetzt. Dabei helfen Ausdauersport, Entspannungstechniken und Stressbewältigung gegen Spannungskopfschmerz und Migräne. Das Vermeiden von Triggern kann die Anfallshäufigkeit senken.

Pfefferminzöl auf Nacken und Schläfen soll gegen Spannungskopfschmerzen helfen.

Schmerzmitteln, die auch in der Regel schnell Linderung verschaffen. Aber werden sie zu oft eingenommen (über ein Vierteljahr mehr als zehnmal im Monat), verursachen sie selbst Kopfschmerzen.

«Daher lohnt es sich, auch nichtmedikamentöse Massnahmen auszuprobieren, zumal bekannt ist, dass die Kombination aus pharmakologischer Therapie und Stressbewältigungstraining erfolgreicher ist als die alleinige Einnahme von Tabletten», erklärt Prof. Dr. Hans-Christoph Diener, ein international renommierter Kopfschmerz­

experte und Pressesprecher der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN).

Zu viel Schmerzmittel verursacht oft Kopfschmerzen Die Leitlinien der DGN stufen die Biofeed­ back-Therapie mittels Elektromyographie (EMG) als wirksam ein, ebenso wie Entspannungstechniken (PMR) und Verhaltenstherapie. Wirksam seien wahrscheinlich auch Physiotherapie und medizinische Trainingstherapie. «Diese Verfahren zeigen

neue Messermühle in Industriequalität Tracomme AG • Dorfstrasse 8 • 8906 Bonstetten Tel. 044 709 07 07 • tracomme@tracomme.ch • www.tracomme.ch Schnelle, schonende Zerkleinerung und Homogenisierung sowohl feuchter, öliger und fettiger als auch trockener, weicher, mittelharter und faseriger Proben auf < 300 μm. Mit flüssigem Stickstoff verspröden ermöglicht Mahlen von 1 1 / 2 0 1Schokolade 9 Gummibärchen, oder Kunststoffen. Sterilisierbar. 20 SOPs mit bis zu 15 Sequenzen über Touchscreen definieren und speichern.

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MEDIZIN

erst langfristig Wirkung, aber auch in der Akutsituation gibt es eine Alternative für Schmerztabletten: Vielen Menschen mit Spannungskopfschmerzen hilft es, wenn sie grossflächig auf Nacken und Schläfen Pfefferminzöl auftragen.» Natürlich sei es nicht bei allen Patienten in jeder Situation möglich, Schmerzmittel wegzulassen, aber wichtig sei, durch begleitende nichtmedikamentöse Massnahmen die Anfallshäufigkeit zu reduzieren, damit eine Schmerzmitteleinnahme nicht an mehr als zehn Tagen im Monat erforderlich wird. «Denn alles, was darüber hinaus geht, kann in einen Teufelskreis führen», so der Experte.

Bei besonders schweren Fällen kann auch eine medikamentöse Dauertherapie notwendig werden, aber dann nicht mit Schmerzmitteln, sondern mit anderen Medikamenten. Als wirksam gegen Kopfschmerzen des Spannungstyps hat sich beispielsweise die Dauertherapie mit Amitriptylin erwiesen, einer Substanz, die eigentlich der Klasse der Antidepressiva angehört.

Das gleiche Problem, nämlich, dass Medikamente gegen Kopfschmerzen zu Kopfschmerzen führen, gibt es auch in der Migränetherapie. Sogenannte Triptane,

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bewährte Migränemedikamente, können bei mehr als zehn Einnahmetagen pro Monat über mindestens drei Monate einen Medikamentenübergebrauch-Kopfschmerz auslösen. «Daher sollten Menschen mit Migräne alles daran setzen, die Anzahl der Migräneanfälle zu reduzieren, indem sie die ihnen bekannten Auslöser («Trigger») meiden und die in den Leitlinien empfohlenen nicht-medikamentösen Massnahme zur Anfallsprophylaxe ernst nehmen und konsequent umsetzen, und zwar: regelmässig Ausdauersport zu treiben», so Prof.

Dr. Peter Berlit, Generalsekretär der DGN. Grundsätzlich sollte auch bei der Migräne eine medikamentöse Therapie immer durch nichtmedikamentöse Verfahren der Verhaltenstherapie (z. B. Entspannungsverfahren) ergänzt werden. «Durch eine solche Anfallsprophylaxe, dem Vermeiden von bekannten individuellen Triggern, wie z. B. visuellen Reizen oder Rotwein, dem regelmässigen Ausdauersport und mit Entspannungsverfahren schaffen es viele Patienten mit Migräne, ihre Anfallsfrequenz so zu senken, dass sie nicht an mehr als zehn Tagen Medikamente einnehmen müssen. Kommt es aber zu einem Migräneanfall, ist es wichtig, so früh wie möglich

die Tabletten einzunehmen, dann sind sie wirksamer».

Natürlich, so räumt Professor Diener ein, gelingt eine solche Anfallsprophylaxe nicht bei allen Patienten. Für die Menschen, die durch die Migräne stark gebeutelt sind, gibt es aber zunehmend mehr Therapieoptionen. «Seit Mitte des letzten Jahres sind verschiedene Antikörpertherapien auf dem Markt, die bei Patienten, die darauf ansprechen, sehr wirksam Migräneanfällen vorbeugen und deutlich zur Lebensqualität beitragen. Allerdings spricht nur etwa die Hälfte der Betroffenen auf die Therapie an. Deshalb, aber auch letztlich auch wegen der hohen Therapiekosten sollten vorher alle anderen Optionen ausgeschöpft worden sein, bevor diese Migränespritzen zum Einsatz kommen. Wichtig ist, dass bei jeder Kopfschmerzerkrankung auch die nichtmedikamentösen Massnahmen konsequent umgesetzt werden», so das Fazit des Experten.

Medienmitteilung Deutsche Gesellschaft für Neurologie www.dgn.org

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NEWS

E – IN KÜRZE Z R Ü K N I – E Z KÜR IN KÜRZE – IN n Das ETH-Spinoff FenX verwandelt Industrieabfall in einen porösen Schaum, der sich zur Gebäudeisolation eignet. Im Gegensatz zu anderen nachhaltigen Dämmstoffen ist dieser nicht brennbar und ausserdem günstig herzustellen. www.ethz.ch

n Die Europäische Union hat ein von der Universität Jena koordiniertes «International Training Network» (ITN) bewilligt, das am 1. November 2019 seine Arbeit aufgenommen hat.

Ziel des mit fast vier Millionen Euro geförderten Programms «Polystorage» ist es, insgesamt 16 Doktorandinnen und Dokto­n Batterien auf Basis von Calci- r­anden für künftige Führungsrolum versprechen eine günstige len sowohl in der Wissenschaft Herstellung und ein hohe Ener- als auch in der Wirtschaft auf giedichte. Diese Technologie dem Gebiet der Entwicklung aus dem Labor besitzt das Po- fortschrittlicher Energiespeicher tenzial, als Energiespeicher der zu qualifizieren. Die Förderung Zukunft die Lithium-Ionen-­ erfolgt im Rahmen des EU-ProTechnologie abzulösen. Mit gramms «Horizon 2020». www.uni-jena.de den bislang verfügbaren Elek­ trolyten gelang es aber nicht, Calciumbatterien bei Zimmer- n Jürg Dudler hat zum 1. Oktemperatur aufzuladen. For- tober 2019 die Rolle als scherinnen und Forscher des Standortverantwortlicher für Karlsruher Instituts für Techno- den BASF-Standort Schweilogie (KIT) haben nun eine zerhalle übernommen. In vielversprechende Elektrolyt­ dieser Position wird er die klasse entwickelt, die das erst- Aktivitäten am Standort koormals möglich macht. dinieren und Ansprechpartwww.kit.edu ner für die unmittelbare Nachbarschaft und die Ben Die Maag Group gibt einen hörden sein. Jürg Dudler folgt Führungswechsel bei Ettlinger auf Dr. Wolfgang Bächle, der bekannt. Uwe Kellner über- neu für den Bereich Umweltnimmt die neue Herausforde- schutz, Gesundheit und Sirung. «Ich freue mich auf die cherheit in der Schweiz verAufgaben, bei einem weltwei- antwortlich ist. Wolfgang ten Marktführer tätig zu wer- Bächle bleibt darüber hinaus den. Ettlinger steht für heraus- weiterhin für Infrastrukturaufragenden Kunden-Support und gaben in der Re­ g ion Basel höchste Produktqualität», sagt zuständig.

Uwe Kellner. Volker Neuber, www.basf.com sein Vorgänger bei Ettlinger, übernimmt, sobald er die Ge- n Die Wacker Chemie AG rechschäfte an Uwe Kellner überge- net nach ihren aktuellen Abben hat, eine neue Aufgabe als schätzungen damit, dass weDirector of Recycling Systems sentliche finanzielle Steuerungsfür Maag Group. kennzahlen im Geschäftsjahr www.maag.com 2019 voraussichtlich schwächer

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ausfallen werden als bislang prognostiziert. Der Konzernumsatz wird im Gesamtjahr voraussichtlich auf dem Niveau des Vorjahres liegen (bisherige Pro­ gnose: Anstieg um einen mitt­ leren einstelligen Prozentsatz).

Das EBITDA wird um etwa 30 Prozent unter dem Vorjahreswert erwartet (bisherige Pro­ gnose: 10 bis 20 Prozent unter Vorjahr). www.wacker.com n Die Technische Universität München, Oerlikon, GE Addi­ tive und Linde gründen gemeinsam ein Cluster für Addi­ tive Fertigung. Dieses Cluster ist ein Zusammenschluss von Unternehmen und Organisationen mit dem Ziel, an einem einzigen Standort Additive Fertigungstechnologien zu erforschen und zu entwickeln. Die Kooperation wird dazu beitragen, additive Technologien (AM) in den Fertigungsprozess zu integrieren, und es den Unternehmen ermöglichen, diese Technologie in ihrer Produktion einzusetzen. www.tum.de n Die deutsche Chemieindus­ trie hält die Klimaneutralität der eigenen Branche bis 2050 für technisch möglich, setzt aber einen riesigen Strombedarf und hohe Investitionen voraus.

«Je ambitionierter das Ziel Treibhausgasneutralität verfolgt wird, umso stärker steigen die damit verbundenen Kosten», schreibt der Verband der Chemischen Industrie (VCI) in einer Studie, in der er ver­ ­ schiedene Szena­rien für eine

klimaneutrale Chemiebranche untersucht hat. www.vci.de n Zeiss investiert in Senorics und geht eine technologische Kooperation mit dem Sensorik Start-up-Unternehmen aus Dresden ein. Ziel ist die weitere gemeinsame Entwicklung von besonders kleinen und kosteneffizienten Sensoren für den industriellen Einsatz in der Qualitätskontrolle und im Prozessmonitoring beispielsweise in Herstellungslinien für Lebensmittel, Agrarprodukte, Kunststoffe oder Arzneimittel. www.zeiss.de n Clariant stellt neue Hochleistungsadditive vor, die darauf ausgerichtet sind, den Verbrauch fossiler Rohstoffe zu reduzieren. Sie fördern die Entwicklung von Wertschöpfungszyklen, die zukunftsfähige und erneuerbare Rohstoffe nutzen und so dem Klimawandel entgegenwirken. www.clariant.com n Anlässlich der Sixth Re­ plenish­ ment Conference von The Global Fund to Fight Aids, Tuberculosis and Malaria, haben BASF, MedAccess und die Bill & Melinda Gates Founda­ tion eine Vereinbarung bekannt gegeben, welche die Bereitstellung von 35 Millionen Interceptor G2 Moskitonetzen zur Bekämpfung von Malaria gewährleistet. Die Vereinbarung erstreckt sich auf vier Jahre. www.basf.com

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NEWS

Der Nettoumsatz der fortzuführenden Geschäftsbereiche um 13 Prozent. Das operative Kernergebnis wächst um 18 Prozent und der Reingewinn aus fortzuführenden Geschäftsbereichen wächst um zwölf Prozent auf 2,0 Milliarden Dollar. Die Ergebnisse kommentierte Vas Narasimhan, CEO von Novartis wie folgt: «Novartis hat in diesem Quartal ihre herausragende Performance mit einer zweistelligen Steigerung des Umsatzes und des operativen Kernergebnisses sowie wachsenden Margen fortgesetzt. Wir haben unsere Jahresprognosen für den Umsatz und das operative Kernergebnis angehoben, wobei sowohl

Innovative Medicines als auch Sandoz weiterwachsen. Die Arzneien Zolgensma und Piqray sind mit starker Dynamik gestartet, und das Medikament Beovu wurde soeben mit einer klar differenzierten Kennzeichnung eingeführt. Ausserdem setzen wir unsere Performance in der Innovation mit einer Reihe positiver Meilensteine fort.

Hervorzuheben ist dabei die bemerkenswerte Wirksamkeit von Ofatumumab bei schubförmig verlaufender multipler Skle­ rose. Damit könnte es zur ersten selbst subkutan verabreichten B-Zell-Therapie werden.»

Medienmitteilung Novartis www.novartis.ch

AT T RA KT I V E PROD U K TI O N SFLÄ C H E N IN MU T T E N Z

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Nobelpreis für Chemie 2019

Bild: Nobel Media

Quartalszahlen der Novartis

(Von links) John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino. Illustriert von Niklas Elmehed.

John B. Goodenough von der Universität Texas, M. Stanley Whittingham von der Binghamton University, State University of New York, und Akira Yoshino von der Asahi Kasei Corpora­ tion in Tokyo sind die Preisträger des diesjährigen Chemie-­ Nobelpreises.

Am 9.

10.

2019 erhielten die drei Wissenschaftler diese Anerkennung «für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien».

Sie teilen sich das Preisgeld von neun Millionen Schwedischen Kronen (umgerechnet etwa 900 000 Franken).

Lithium-Ionen-Batterien stellen heutzutage eine Selbstverständlichkeit dar: Sie kommen in unserem Alltag praktisch überall vor, sei es im Elektrovelo, im Natel oder in anderen mobilen Geräten. Ohne sie stünde die technische Welt still.

Die Entwicklung der Batterie nahm in den 1970er-Jahren ihren Anfang. Damals (während der Ölkrise) arbeitete Stanley Whittingham an der Entwicklung neuer Energieträger, die ohne fossile Brennstoffe auskommen. Er entdeckte dabei ein Material, welches so reich an Energie war, dass er daraus die Kathode für eine Lithiumbatterie entwickelte: Titan(IV)-­

sulfid. Die Anode enthielt metallisches Lithium, welches noch zu reaktiv für eine sichere Kommerzialisierung war. Die Batterie erzielte eine Spannung von etwas über 2 Volt.

So war es John Goodenough, der die Batterie in einem ersten Schritt optimierte. Anstelle von Titan(IV)-sulfid verwendete er Cobaltoxid mit eingelagerten Lithium-Ionen. Die elektrische Spannung verdoppelte sich fast und erreichte einen Wert von ungefähr 4 Volt.

Den letzten Schliff erhielt der neue Energieträger einige Jahre später (1985). Der Japaner Akira Yoshino machte ihn nämlich marktreif, indem er die Anode optimierte. Er verwendete Pe­ trolkoks (Material aus Kohlenstoff) als Anode, welchem ebenfalls Lithium-Ionen beigefügt worden sind.

Die leichte Batterie kann mehrmals aufgeladen werden. Der moderne Akku war geboren und kam schliesslich 1991 auf den Markt.

Medienmitteilung der Royal Swedish Academy of Sciences www.nobelprize.org 11/2019

NEWS

Schweizer Hochschulen und Forschungseinrichtungen belegen in internationalen Forschungsrankings regelmässig Spitzenpositionen. Auch bei den Forschungsergebnissen und den daraus resultierenden Patenten gehört die Schweiz zu den führenden Nationen. Und dennoch finden nur wenige neue Technologien ihren Weg aus den hiesigen Forschungslaboren in die industrielle Anwendung.

Hier klafft eine Lücke.

Hier setzt die Initiative zum Aufbau eines Verbunds von Schweizer Technologietransferzentren an, den sogenannten «Advanced Manufacturing Technologie Transfer Centers» (kurz AM-TTC). Die Initiative ist ein Teil des Aktionsplans «Digitalisierung» des Bundes und hat zum Ziel, die Schweiz langfristig als modernen und qualitativ hochstehenden Produktionsstandort zu erhalten.

Sie wird in der Startphase mit Mitteln des ETH-Rats unterstützt. Die Initiative will Infra-

strukturen in der Schweiz aufbauen, die dabei helfen, Technologien, die im Labor entwickelt wurden, schneller industrietauglich zu machen.

Die Zentren geben Unternehmen – insbesondere auch den Schweizer KMU – einen besseren Zugang zu neuen Technologien. Die Unternehmen können die Technologien in den Zentren testen und sie dann mit Hilfe der Zentren in ihre eigene Produktion transferieren.

Das Zentrum Anaxam, das vom Paul Scherrer Institut (PSI), der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW), dem Swiss Nanoscience Institute (SNI) und dem Kanton Aargau zusammen mit bislang 14 Industriepartnern realisiert wird, bietet Schweizer Indus­ trieunternehmen künftig den Zugang zu modernsten Technologien zur Analyse und Charakterisierung von Materialien.

Dabei baut das Zentrum auf das weltweit anerkannte Know-how des PSI im Bereich

Neutronen- und Röntgen-­ Analytik auf. Der Zugang­ zu diesen Technologien wird Schweizer Unternehmen bei der Entwicklung neuartiger, hoch innovativer und kompetitiver Produkte und Prozesse helfen. Anaxam ist nicht nur für den Wirtschaftsstandort Schweiz von grosser Bedeutung, sondern auch für den Kanton Aargau mit seinem ausgeprägten Industriesektor.

Das zweite in der Startphase geförderte Zentrum ist das Swiss m4m Center. Die Mis­ sion dieses Zentrums ist es, den 3-D-Druck für die Herstellung von medizinischen Implantaten aus Metall in der Schweiz zu etablieren und auch KMU der Schweizer Medtech-Industrie einen Zugang zu dieser innovativen Technologie zu geben. Das Swiss m4m Center, das in einer «Public-Private Partner­ ship-Struktur» von der Empa und der Fachhochschule Südschweiz (Supsi) sowie den Industrieunternehmen 41medi-

Bild: Shutterstock

Zwei neue Technologietransferzentren

Fortschrittliche Produktionstechnologien sind ein Schlüssel, um die Schweiz als modernen Produktionsstandort zu erhalten.

cal und Precipart gegründet wurde, wird Mitten im Herzen der Schweizer Medtech-Industrie im solothurnischen Bettlach seinen Betrieb aufnehmen. Durch die enge Zusammenarbeit mit Partnern aus verschiedenen Kantonen wird das Zentrum seine Wirkung jedoch weit über diesen Standort hinaus in der ganzen Schweiz entfalten.

Medienmitteilung Empa www.empa.ch

Biopharma Alles rund um die Gase für Ihre Biopharma-Produktion Carbagas ist Partner für die GMP-Compliance Ihrer Produktion Unsere Kryo- und Gas-Experten begleiten Sie von der ersten Projektplanung bis zur Inbetriebnahme und Qualifikation Ihrer BiopharmaAnlage – und auch danach. Ihre Gas-Bedürfnisse erfüllen wir ganzheitlich mit unseren Pharma-zertifizierten Gasen und Premium-Equipment. www.carbagas.ch CG-ChemXtra-Biopharma 184*85-2019-10-18.indd 1

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Ein Unternehmen von Air Liquide Une entreprise d‘Air Liquide

18.10.19 08:52

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Bild: Messe Frankfur t

VER ANSTALTUNG

Im Zentrum der Cleanzone in diesem Herbst stehen Lösungen, die die Produktionseffizienz erhöhen.

Fachmesse mit interdisziplinärem Ansatz

Cleanzone 2019: Rein in die Zukunft Die Cleanzone ist die wichtigste und internationalste Fachmesse für Kontaminationskontrolle und Reinraumtechnologie in Europa. Sie findet am 19. und 20. November zum achten Mal in Frankfurt am Main statt. Rund 80 Unternehmen aus dem In- und Ausland präsentieren ihre Innovationen für alle Industrien, die in ihrer Produktion Kontaminationen kontrollieren.

Anja Diete ¹ Mit ihrem interdisziplinären Ansatz richtet sich die Cleanzone an die Pharma- und Lebensmittelindustrie, an die Hersteller von Medizintechnik, Halbleitern sowie mikromechanischen und mikrooptischen Bauteilen sowie an die Automobil- und Kunststoffindustrie. Die Fachmesse zeigt Innovationen von der Planung über den Bau bis hin zum Betrieb einer Produk­ tionsstätte und umfasst alle Prozesse vom Einschleusen bis zum Versand des fertigen Produkts.

Im Zentrum der Cleanzone in diesem Herbst stehen Lösungen, die die Produktionseffizienz erhöhen. Innovationstreiber ist hier nach wie vor die Digitalisierung, bei der die intelligente Verarbeitung der Daten, der Einsatz von Robotertechnik oder

¹ Messe Frankfurt Exhibition GmbH, Frankfurt am Main

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die Simulation der Prozesse anhand gewonnener Daten im Zentrum stehen. Bei Planung und Bau einer Produktion, in der möglichst keine Partikel oder Mikroorganismen entstehen dürfen, findet ein Perspektivenwechsel statt: Es geht nicht in erster Linie darum einen Reinraum zu bauen, sondern einen für das Produkt passenden reinen Produktionsprozess zu entwerfen.

Hier sind flexible Module gefragt wie Zelte, Minienvironments, Maschinenumhüllungen oder Containments.

Diese Themen werden auch auf der Cleanzone Conference diskutiert, dem zen­ tralen Wissensforum auf der Fachmesse.

Die drei starken Partner, der internationale Reinraumverband (ICCCS), das Deutsche Reinrauminstitut (DRRI) und der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) sind mit ihrem Know-how und ihrer Expertise Garant für das hochkarätige Programm. Zu den Referenten gehören unter anderem Dr. Udo Gommel (Fraunhofer IPA), Dr. Berthold Düthorn (Robert Bosch Packa-

ging Technology), Michael Kuhn (STZ Euro), Dr. Timo Krebsbach (HHAC Labor Dr. Heusler), Frans Saurwalt (Kropman Contamination Control) und Hasim Solmaz (Lighthouse Worldwide Solutions/ Cleanroom Technologies Society of Turkey).

Innovationen spielen in einer Branche, die als Wegbereiter dynamischer Hightech-Industrien gilt, eine zentrale Rolle. Der in der Branche renommierte «Cleanroom Award» wird zum «Cleanzone Award». Frank Duvernell, langjähriger enger Partner der Cleanzone und Stifter des Cleanroom Awards, übergab den Preis an die Messe Frankfurt, die ihn als Cleanzone Award fortführt.

Neuer Partner ist der Wiley-Verlag mit seiner Fachpublikation Reinraumtechnik. Insgesamt acht Anwärter auf den Award präsentieren ihre Neuentwicklung auf der Cleanzone am 19. sowie 20. November in Frankfurt. www.cleanzone.messefrankfurt.com 11/2019

TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen NOVEMBER 2019 20.11.– 22.11.

Statistical Analysis of Measurement Values (QS-3 E) Ort: CH-Olten Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, kurse.scg.ch

21.11.– 22.11.

Qualitätsmanagement im analytischen Labor Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main +49 69 7917 331 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

25.11.

Grundlagen und Anwendungen von Immuonassays (LS-5) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, kurse.scg.ch

26.11.

26.11.

26.11.– 27.11.

27.11.

27.11.– 28.11.

11/2019

HPLC-MS in der Spurenanalytik (TR-6) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, kurse.scg.ch Abweichung, Capa und Änderung Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu Sicherer Betrieb von Druckbehälteranlagen und Rohrleitungen Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH, VDI-Platz 1 D-40468 Düsseldorf +49 2116214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi.de Polymerwerkstoffe für technische Anwendungen Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 claudia.gonzalez@empa.ch, www.empa.ch Tipps und Tricks für fortgeschrittene GC-MS-Anwender/-innen (TR-7) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, kurse.scg.ch

28.11.

Audit- und Inspektionsvorbereitung und -durchführung Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

28.11.– 29.11.

Baustellenmanagement im Anlagenbau Ort: D-Stuttgart Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH, VDI-Platz 1 D-40468 Düsseldorf +49 2116214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi.de

DEZEMBER 2019 03.12.

Analyse von (sehr) polaren Molekülen Ort: CH-Olten Veranstalter: Sekulab GmbH, Alte Hauensteinstrasse 4 CH-4448 Läufelfingen +41 79 330 49 66 info@sekulab.ch, www.sekulab.ch

03.12.– 04.12.

Instandhaltungsmanagement Ort: D-Düsseldorf Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH, VDI-Platz 1 D-40468 Düsseldorf +49 2116214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi.de

04.12.– 05.12.

Prozessleittechnik für die Verfahrensindustrie Ort: D-Karlsruhe Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH, VDI-Platz 1 D-40468 Düsseldorf +49 2116214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi.de

10.12.

Funktionale Sicherheit in der Verfahrenstechnik Ort: D-Berlin Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH, VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf +49 2116214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi.de

10.12.– 11.12.

Intensiv: FvP Fachtechnisch verantwortliche Person Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

10.12.– 12.12.

Planung und Methoden der Sicherheitsanalyse für verfahrenstechnische Anlagen Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH, VDI-Platz 1 D-40468 Düsseldorf +49 2116214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi.de

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Bilder: Roger Bieri, Alexander Jegge und Jörg Signer

ILMAC 2019

Am zweiten Messetag fand die beliebte Ilmac Drug Party statt.

Ilmac 2019 und MUT 2019

Rückblick auf die Messe in Basel Die Fachmesse für Labor- und Prozesstechnologie (Ilmac) fand vom 24. bis 27. September 2019 in Basel statt.

Gegenüber der letzten Messe im Jahr 2016 verzeichnete die diesjährige Veranstaltung zwei Prozent mehr Besucher und etwas mehr Aussteller. Die Redaktion dieser Fachzeitschrift war ebenfalls vor Ort. Auf den folgenden Seiten erstreckt sich ein kurzer Querschnitt durch die viertägige Veranstaltung mit einigen Impressionen.

Roger Bieri, Alexander Jegge Vor 60 Jahren gab es sie bereits, die einzige Schweizer Industriemesse für die Chemie- und Life-Science-Branche. Damals hiess sie allerdings noch Internationale Fachmesse für Laboratoriums- und Verfahrenstechnik, Messtechnik und Automation in der Chemie – heute gilt nur noch die Kurzform Ilmac.

Dieses Jahr trafen sich auf der viertägigen Veranstaltung wieder Fachpersonen aus unterschiedlichen Bereichen. Insgesamt zählte die Messe 12 270 Besucher (+2 %) und 440 Aussteller. Neben der klassischen Ilmac fanden neu die Umwelttechnikmesse MUT und der «Pharma Logistics Day» auch auf dem Messegelände statt.

Die Messe begann am Dienstagmorgen.

«Am ersten Tag kann man noch nicht viel sagen», antwortet Daniele Di Girolamo von der Sebio GmbH auf die Frage, was sein persönliches Highlight auf der Messe sei.

«Wir freuen uns aber sehr, dass wir mit den Partnern, Tosoh Bioscience, Hahnemühle und Dr. Möller & Schmelz GmbH hier vor Ort sein dürfen. Tosoh hat neue Leute bei sich, die neuen Schwung bringen», fügt er schliesslich hinzu. Nach wie vor sind Themen wie Automation, Robotik, Digitalisierung, Nachhaltigkeit, intuitive Bedienung mit Anleitung, aber auch starker Kundenservice äusserst im Trend. So be26

richtet uns die PanGas AG von einem neuen Gasversorgungsservice (Seccura), den sie anbieten. «Die Gasflaschen im Betrieb des Kunden sind am System angeschlossen. Es wechselt bei Bedarf automatisch auf die andere Flasche bzw. Bündel.

Es generiert auch die Bestellung gleich selbst. Der Kunde muss die Flasche weder auswechseln noch bestellen. Das übernehmen wir. So wird die Liefersicherheit erhöht; wir von PanGas sehen dank dem System, bevor eine der Flaschen ganz leer ist», so Thomas Häni. Für einen guten Service ist manchmal Mieten besser als Kaufen. So bietet Coolworld Rentals AG Dienste in den Bereichen Kühl- und Tiefkühlzellen, Kaltwassererzeugung, Heizung und Klimatisieren an. Fällt schliesslich bei einem Prozess eine Kühlzelle aus, mietet man einfach eine solche. Dann muss der Prozess nicht lange unterbrochen bleiben und es gibt Raum für eine Planung für eine feste Einrichtung.

Den Anwender im Visier Schon seit über 70 Jahren ist die Chemie Brunschwig AG ein verlässlicher Lieferant für Chemie, Life Sience und Labware. Die Beziehung zu den Kunden werde mit einem ausgeklügelten e-Commerce-­System gefördert und vereinfacht, so der Präsident und CEO Roger P. Levy. Wissenschaftliche

und technische Beratungskompetenz führt dabei zur Effizienz im Bestell und Lieferprozess.

Mehr und mehr in Richtung Benutzerfreundlichkeit bewegt sich Gerstel. Sie haben eine besonders einfache Lösung für Fachpersonen gefunden, die häufig und vor allem ausgiebig Düfte analysieren. «Wir haben einen olfaktometrischen Detektor, der neu ergonomisch einstellbar ist, so dass die Anwender, die lange vor dem Gerät stehen, sich optimal positionieren und sich besser auf den Duft konzentrieren können», sagt Winfried Röder.

Komfort wird auch bei der Dräger Schweiz AG grossgeschrieben. Die Fein­ staubmaske (X-plore 1900) bietet einen angenehmen Tragekomfort und hohe Qualität. Sie eignet sich für viele Anwendungen in der chemischen Industrie und im Pharmabereich. Feinstaub bzw. Partikel können besonders in Reinräumen zu grös­ seren Problemen führen. Mit einem ISO-zertifizierten Staubsauger ist man da gut bedient: Die Firma Nilfisk AG präsentiert einen Reinraumstaubsauger für den ISO-4-Bereich. «Der Staubsauger hat einen ‹Safe Bag›, das sämtliche Schmutzpartikel in einem ‹Bag› zurückhält, man kommt so nie in Kontakt mit den aufgesaugten Stoffen. Das macht das Gerät einzigartig», so Peter Ardielli.

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ILMAC 2019

Thomas Häni, PanGas AG.

Ralf Epper, Christof Lehmann, Gerhard Schönenberger und Markus Hanyecz, Metrohm Schweiz AG.

Peter Ardielli, Nilfisk AG.

Isabelle Spitznagel präsentiert die neue Feinstaubmaske von Dräger.

Michelle Grund (links) und Fabian Schönfeld (3P-Instruments) umrahmen ihren Bettersizer.

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Andreas Gerle, Gemü Vertriebs AG.

Joanna Stevenson, Promega AG.

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ILMAC 2019

Yannik Zellweger, Swiss Innotech AG.

Guiseppe Cirillo, Skan AG.

Hansjürg Lüdi, H. Lüdi + Co. AG.

Tobias Schürch (links) und Lucas Lo Curto mit «den Bausteinen» von ABB.

Von Lehrlingen konstruiert: Ein Getränke­ automat füllt gerade einen Pirsich-­ Maracuja-­S irup zur Degustation ab.

Marcello Liberto, Brechbühler AG.

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Am Stand der Faust Laborbedarf AG: Wer ist wohl der Schnellste?

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ILMAC 2019

Erich Hildebrandt, Aquaren GmbH.

Titus Zimmermann, Denios AG.

Pascal Forestier und Michael Duchaussoy, Socorex Isba SA.

Matthias Herzog, Waters AG.

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Wolfgang A. Koch und Thurid Moenke-Wedler, Advion.

Viktor Kßrsteiner (links) und Joseph Kälin, Tracomme AG.

Carmela Meisenbach und Pascal Looser zeigen den neuen UHPLC von Shimadzu.

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ILMAC 2019

Winfried Röder von der Gerstel AG demonstriert das olfaktorische Analysegerät.

Besucher am Stand von Roth.

Philippe Solot von der Aicos Technologies AG im Gespräch mit Daniel Mollet von der FHNW.

Wolf Müller, Julabo GmbH.

Theres Bieler, René Huber und Vivi Chen am Stand von Wiggens.

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(v. l.) Andreas Hartbrich, Lydia Sommer, Christoph Dehnhardt und Till Kuhlmeyer, Silica Verfahrenstechnik GmbH.

Stefan Hiltebrand, Hil-Trade GmbH.

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ILMAC 2019

Für das Wohlergehen im Labor Im modernen Labor wird immer mehr Arbeit im Sitzen ausgeführt. Ergodata ist der Generalvertreter von Bimos, dem führenden Unternehmen für Sitzen in Indus­ trie und Laborumgebung. Ergodata führt hochspezialisierte anwendungs- und menschengerechte Sitzlösungen, die das Arbeiten in dieser speziellen Umgebung angenehmer und sicher macht. Die Atemluft in Labors gehört zur Kernkompetenz von Erlab DFS. Der Marktführer in der Filtrationstechnologie ersetzt dabei die gute alte Abzugskapelle. Aber statt die Abluft wegzublasen, entwickelte Erlab ein System, das auf Aktivkohle basiere, erläutert Gaëtan Nardone. Natürlich gibt es noch den Abzug, aber die Luft wird nun filtriert und wieder an die Laborluft zurückgegeben. Die Arbeitsluft wird gleichzeitig von Meldern überwacht, so dass die Sicherheit des Personals gewährleistet ist.

Die Bekleidung in Räumen der Chemie und Pharma werden immer anspruchsvoller. Aus dem Laborschurz oder dem Überkleid sind individuelle Bekleidungen mit Hightech-Textilien geworden. Die Bardusch AG bietet für das ganze Spektrum von traditionell bis Reinraumtechnik ihre Produkte an. Semadeni bietet Laborkapellen, die mit Frontschieber aus Sicherheitsglas inkl. Fallsicherung ausgestattet sind. Die in der Schweiz produzierten Kapellen können je nach Kundenwunsch hergestellt werden, so sind beispielsweise Sonderausstattungen wie Ausgussbecken oder abschliessbare Frontschieber möglich.

Moderne Labore mit ausgeklügelten Systemen ist die Kernkompetenz der H. Lüdi + Co. AG: «Unsere Labore repräsentieren den obersten, neusten Stand in Punkto Nachhaltigkeit Sicherheit und Komfort, sie bilden alle Nutzerinteressen ab, auch wenn wir nutzerunabhängig planen», resümiert Hansjürg Lüdi.

Datenbanken und Robotik – alles rundum das Labor Die Socorex Isba SA stellte ihre neue Pipette (Acura 826) vor. Sie ist ausgesprochen leichtgängig. Der Abwurfschaft ist auf die Pipettenspitze einstellbar. Zudem lässt 11/2019

sich die in der Schweiz hergestellte Pipette mühelos reinigen, da die Stufen einfach ausdrehbar sind. Vacuu Select der Firma Vacuubrand GmbH + Co. KG ist ein intuitiv bedienbarer Vakuumregler mit Touchdisplay für diverse Prozesse im Labor. «Wir haben bereits verschiedene Anwendungen vorgegeben, aber bieten auch einen Anwendereditor, mit welchem der Bediener sich sozusagen seine Bibliothek anlegen kann, in der eigene Arbeiten abgespeichert werden können», so Roland Leu. Daten, die bis zu 30 Tagen zurückliegen, können noch abgerufen werden.

Automatisierung des Wägeprozesses wird immer wichtiger im Zusammenhang mit Probenvorbereitung. Schnellerer Wägeprozess, weniger Substanz sowie Lösungsmittel sind dabei zentral. Chronotec Bionic und die Steuersoftware Chronos von Axel Semrau Gmbh & Co. KG arbeiten als bislang fehlendes Bindeglied zwischen dem Dosier- und Wägesystem Quantos von Mettler-Toledo und XYZ-Robotersystemen. Ein Roboterarm übernimmt das Wägen. Er platziert einen von bis zu 32 Pulverdosierköpfen in einem Quantos-Pulverdosiersystem, bestehend aus dem Quantos-Dosiermodul und einer Waage von Mettler-Toledo. Anschliessend greift sich der Arm ein vordefiniertes, leeres Vial und stellt es auf die Waage. Automatisch wird die benötigte Menge an Pulver richtig eingewogen und der Roboter nimmt das gefüllte Vial und stellt es an den entsprechenden Platz zurück.

Gilson hat zwei besonders neue Produkte am Stand. Die zentrifugale Verteilungschromatographie («centrifugal partition chromatography» = CPC) ist eine Alternative zur klassischen Chromatographiesäule, sie ist silikafrei und dient vor allem der Aufreinigung von Naturstoffen, wie Canna­ bidiol (CBD) aus Cannabis. Des Weiteren stellten sie eine Bluetooth-fähige Pipette aus, die den Anwender schrittweise führt.

Alle Schritte werden dokumentiert. Auch Umgebungsparameter, wie beispielsweise die Temperatur, werden aufgenommen.

Ein Highlight der Weiss Technik AG war ein flexibles, geschlossenes Lab Containment für den Umgang mit hochwirksamen Stoffen in Laboren. Die Besonderheit: Der Arbeitstisch ist fahrbar bzw. herausnehmbar, so dass das Equipment auf dem Tisch stehen bleiben kann. Nach der Reinigung

kann ein neuer Tisch mit einer zusätzlichen, neuen Komponente wieder in das Containment hineingestellt werden.

«Wir haben drei wichtige Produkte: Vakuumpumpen, Rotationsverdamper im Labor- und Pilotmassstab sowie verschiedene Rührvorrichtungen. All unsere Produkte werden in China hergestellt. Ausgehend von den Rohmaterialien bis zum fertigen Produkt nehmen wir jeden Schritt unter die Lupe – so garantieren wir Qualität», sagt Vivi Chen von der Wiggens GmbH. «Es ist sehr interessant für uns auf dieser Messe, weil wir hier Kunden in der Schweiz gezielt ansprechen können», sagt Wolf Müller von der Julabo GmbH «Besonders hervorheben möchte ich das dynamische Temperiersystem Presto W50, es dient der Temperierung von beispielsweise Glasreaktoren.»

Advion Ltd. bietet ein kompaktes Massenspektrometer für Synthesechemiker, das die Probenvorbereitung vereinfacht.

Analysen sind direkt aus der Gas-, Flüssigoder Festphase möglich. «Wir können direkt die Spots auf einer Dünnschichtchromatographie-Platte analysieren. Der Massenladungsbereich m/z liegt bei 0 bis 2000. Das Gerät ist ideal für eine sehr schnelle Zwischenkontrolle der Syntheseschritte im Labor», sagt die Chemikerin Thurid Moenke-Wedler.

Daniel Sonderegger von der Sterico AG fasst kurz und bündig zusammen: «Magnet­ rührsysteme, primär induktiv betrieben und auch einzelne Motorbetriebene, das ist unsere Kernkompetenz.»

Clevere Analytik wird zum Standard Bei der Shimadzu Schweiz GmbH steht der neue UHPLC (Nexera Series) im Vordergrund. Dabei entwickelten sie ausgehend aus «Artificial Intelligence» die neue «Analytical Intelligence». Das intelligente System unterstützt den Anwender und beugt Fehler vor. Ein «Mobile Phase Monitoring» wird nun möglich. Das Gerät merkt sich den Füllstand der mobilen Phase und diagnostiziert zudem Fehler im System und behebt sie selbstständig. Auch die Waters AG setzt auf die Unterstützung der Anwender und erleichtert die Bedienung dank einer cleveren Software. Ihr Highlight ist ein neues LC-MS-System 31

ILMAC 2019

Marlene Binzer, Gilson (Schweiz) AG.

Doris Friedlos, Hettich AG.

Daniel Sonderegger, Sterico AG.

Paride Bonini, Vega Messtechnik AG.

Das aufgestellte Team am Stand der Aseptconn AG freut sich darauf, die interessierten Besucher kompetent zu beraten.

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Patrik Andreic, Haug Biel AG.

Urs Zingg, Kull Instruments GmbH.

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ILMAC 2019

André Rinner, Dietrich Engineering Consultants SA.

Der Stand von Bruker.

Jörg Schudel mit seinen Trockenkupplungen der Schudel AG.

Gaëtan Nardone am Stand von Erlab ist begeistert von der Aktivkohle.

Reto Brütsch von Coolworld rentals vermietet Wärme- und Kältetechnik.

Hans Rudolf Saegesser von Bardusch hat für jedes Bekleidungsproblem in der Chemie eine Lösung.

Michael Altmann (links) und Christian Scherrer, Weiss Technik AG.

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Präsident und CEO der Chemie Brunschwig AG Roger P. Levy.

Stephan Klein von Ergodata inmitten seiner Laborstühle von Bimos.

Sonja Augustin mit dem Dosiersystem und der Waage von Mettler-­ Toledo.

Tobias Leng, Endress+Hauser (Schweiz) AG.

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Ulf Sengutta mit dem schnellen Extraktor von CEM.

Daniele Di Girolamo, Sebio GmbH.

Daniel Annaheim, Mettler-Toledo (Schweiz) GmbH.

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ILMAC 2019

(BioAccord). Besonders gute Resultate lassen sich beispielsweise für die Peptidanalyse («Peptide Mapping») erzielen. «Wir freuen uns, als Schweizer Firma an der ­Ilmac zu sein. Wir haben Personen aus allen Bereichen wie z. B. aus dem Support dabei. Wir freuen uns auch auf den Kontakt mit den Kunden ausserhalb des Labors», betont Matthias Herzog.

Ebenso speziell für die Anwendungen Pharmaindustrie besonders geeignet, ist der dynamische Differenzkalorimeter (DSC 214 Nevio) aus dem Hause Netzsch.

Die Handhabung des Gerätes und der schnelle Abgleich der Resultate mit der Datenbank in der integrierten Software beschleunigen die Arbeit im Labor. Zudem bietet die Tracomme AG neben weiteren Analysegeräten Wartungen, Support und Schulungen in der ganzen Schweiz an.

3P Instruments GmbH & Co. KG wartet mit dem neu entwickelten Bettersizer S3 plus auf. Es revolutioniere die Partikelgrössenmessung und die Partikelformanalyse, so der Chemiker Fabian Schönfeld.

Das Gerät vereint durch seinen Aufbau die Messverfahren der statischen Lichtstreuung mit der dynamischen Bildanalyse und bietet eine allumfassende Charakterisierungsmöglichkeit hinsichtlich Partikelgrösse und -form vom Nano- bis in den Millimeterbereich.

Die Kull Instruments GmbH präsentiert einen kleinen Ausschnitt ihres Sortiments im Bereich der Gaschromatographie für Benzolmessung und für spezielle Applikationen z. B. in der Zementindustrie. Auch stellt sie Biogasmessgeräte, von Handmessgeräten bis stationäre Geräten aus.

Technische Finessen Mit der Orbitalschweissstromquelle Orbimat 180 SW ist Industrie 4.0 kein weit entferntes Ziel mehr. Die JS Schweisstechnik AG treibt die Digitalisierung der Schweisstechnik voran. Durch integrierte LAN- und WLAN-Schnittstellen wird das Gerät ins Netzwerk eingebunden. Der gesamte Schweissprozess kann so nachverfolgt und wenn nötig, wiederholt werden. Auch das Schweissgas wird digital geregelt. Die Schweisszyklen werden verkürzt und die Produktivität gesteigert. Dazu kommen die neuen Orbitalschweissköpfe, die ebenfalls den Produktionsablauf vergünstigen.

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Globales Ablegen von Daten aus dem Laborbetrieb ist bei der Connectors Verbindungstechnik AG weit gediehen. Die Daten werden im «electronic lab notebook» abgelegt und jeder hat von überall Zugriff. Alle «pools» sind kompatibel zu den Notebooks «big data lab 4.0». Die Steuerung ist für 250/70-ml-Apparaturen gedacht. Immer wichtiger wird das Blindscreening, das heisst, eine erste qualitative Synthese in einer Apparatur von Connectors.

Schudels Trockenkupplungen sind für Schlauchverbindungen gedacht. Sie zeichnen sich durch eine Technik aus, bei der der Durchgang bei Anschluss geöffnet ist, der sich schliesst beim Abkoppeln. «Schudel AG bietet keine Festleitungssysteme an, sondern Schlauchleitungen mit beständigen Schläuchen und guter Reinigbarkeit», so der Geschäftsführer Jürg Schudel.

Der neue Autosampler (Tri Plus 500) von Thermo ist bei der Brechbühler AG besonders nennenswert. Er lässt sich von einer kleinen bis zu sehr hohen Samplezahl erweitern und ermöglicht sehr schnelle und reproduzierbare Ergebnisse dank der direkten und feinjustierten Koppelung mit dem Gaschromatographen von Thermo. Der Autosampler wird somit den unterschiedlichen Bedürfnissen in der Analytik gerecht.

Mit Automationstechnologie und PC-basierter Steuerung, werden chemische Prozesse reproduzierbar und vollumfänglich dokumentiert. FlexyPAT von Systag automatisieren konventionelle Doppelmantel-Reaktoren optimal. Das Sortiment reicht von kleineren Volumina bis zu mehreren Litern.

Den individuellen Ansprüchen in Forschung und Produktion kommt die modulare Automation von ABB entgegen. Das Engineering wird vereinfacht, weil der Kunde die Module selbst bestimmen und zusammenbauen kann, in einer Art Baukastenystem. Die modulare Automation ist eine Lösung für Prozessindustrien, die sich den Anforderungen des Marktes stellen, wie zunehmende kundenspezifische Produkte, kürzere Lieferzeiten und kleinere Losgrössen bis hin zur Losgrösse 1.

Avintos Ultrapure AG zeigt einen Durchflussmesser von Sonotec, der mit Ultraschall misst. Der Vorteil des Gerätes besteht darin, dass es von aussen an einem Schlauch angebracht wird, das heisst, dass

man nicht ins Medium gehen muss. Dies ist zum Beispiel für Biotech-Unternehmen sehr wichtig.

«Das Edge-Extraktionssystem von der CEM GmbH ist für die schnelle automatisierte Lösemittel-Extraktion von Proben entwickelt worden», erklärt Ulf Sengutta.

Es ist eindeutig schneller als herkömmliche Techniken wie Soxhlet. Es arbeitet mit Druck und dem Siedepunkt des Lösungsmittels. Das platzsparende Gerät hat einen Autosampler und braucht keine Personal­ bindung.

Bei der Hettich AG wird das besonders klimafreundliche Kältemittel CO 2 hervorgehoben, welches in den Klimaschränken der Marke Memmert zum Einsatz kommt.

Eine spannende Technologie versteckt sich hinter der dualen Zentrifuge ZentriMix. Sie vermischt oder homogenisiert Proben, die sich nicht so leicht mischen lassen. Dabei drehen die Proben zusätzlich zur normalen Rotation um ihre eigene Achse.

Das neue Rührwerk der IKA-Werke GmbH & Co. KG hat ein eingebautes Viskosimeter, das heisst, dass während des ganzen Prozesses ständig die Viskosität gemessen und überwacht werden kann.

Ein weiteres Highlight von IKA sind ihre Nass- und Trockenmühlen, die mit Multi­ drive ausgerüstet sind.

Die Gemü Vertriebs AG präsentiert eine neue Reihe elektromotorischer Füllventile mit einer Antriebsgeschwindigkeit von bis zu 100 mm/s oder gar 300 mm/s je nach Gerät. «Energien sind teuer und Luft ist eine der teuren Energien. Warum also nicht eine höhere Investition zu Beginn in Kauf nehmen und so aber Betriebskosten sparen, die sich schliesslich dann direkt auf die Margen niederschlagen?», so Andreas Gerle.

Bruker Optics GmbH hat am ersten Messetag ihr neues FT-IR Spektrometer (Invenio X) mit automatisiertem Detektorwechsler eingeführt. Das Gerät kann von fernem Infrarot bis in den UV/Vis-Bereich messen. Auch der Bim Splitter wird automatisch gewechselt. «Rapid Scan» und «Web Scan» sind mit diesem neuen Spektrometer möglich. Eine technische Neuheit präsentierte Endress+Hauser: den weltweit ersten sich selbst kalibrierenden Thermometer (TurstSense). ­Zudem haben sie den bewährten Flüs­ 35

ILMAC 2019

Die kleinen Teile von HNPM haben in wenigen Vitrinen Platz.

Roland Durner, MBV AG.

Roland Leu, Vacuubrand GmbH + Co. KG.

Erich Birrer, Waldner AG.

Christian Zumwald vor der kreativen Comicwand am eigenen Stand der Dolder AG.

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Jérôme Chabloz, Avintos AG.

Rainer Grote, KNF Neuberger AG.

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sigkeitsstandgrenzschalter Liquiphant weiterentwickelt. Beispielsweise ist der Zugriff auf Daten über ein mobiles Endgerät per Bluetooth möglich. Die Skan AG entwickelte eine XL-Variante einer klassischen Sicherheitswerkbank, denn die Robotertechnik hat in einer klassischen keinen Platz mehr. Zudem stellten sie auf der Messe den Skanfog Pure vor, einen kompakten Laborisolator für Zelltherapien bzw. Zytostatika oder alles, was im Über oder-Unterdruck im Labor verarbeitet werden muss. Das noch junge Unternehmen IRsweep AG hat ein neues Spek­ trometer für den mittleren Infrarotbereich entwickelt, das bis jetzt vor allem an Universitäten und Hochschulen starken Anklang findet. «Es sind schnelle Prozesse im Mikrosekunden-Bereich, und zwar in Echtzeit verfolgbar», so Florian Eigenmann. Das heisst, das sich z. B. die komplexe Kinetik von Proteinreaktionen dank der Frequenzkammspektroskopie in einer einzigen Aufnahme erfassen lässt. KNF Neuberger AG optimiert ihre Vakuumpumpen. Die Simdos-Dosierpumpe, mit welcher man von 35 Mikroliter bis 1 Liter dosieren kann, ist noch viel resistenter gegen aggressive Chemikalien. Am Stand der Hil-Trade GmbH findet man gar metallfreie Reaktoren, die vollständig mit PTFE ausgekleidet und von der Firma Berg­hof Products aus Deutschland entwickelt worden sind. Die Reaktoren eignen sich für Anwendungen von bis zu 230 Grad und 200 bar. Patrik Andreic von der Haug Biel AG: «Unser Highlight sind ganz klar unsere Ionisationssysteme. Sie sind in geeigneten Materialien für Anwendungen in der Pharmaindustrie erhältlich.

Sie sind autoklavierbar und sind FDA-zertifiziert.» Eindrücklich ist das PTS Pulvertransfer-System von der Dietrich Engineering Consultants SA. Ob trockene oder feuchte Pulver, Dietrich bietet die mögliche Lösung. Dabei nützt man die Erfahrung mit Vakuum und Druckluft aus und schliesst so auch Verpuffungen aus.

Dietrich berät die Kunden auch im Aufbau der Anlagen.

Die Entwickler von der Firma Stäubli AG haben eine Alternative zum Triclam-­ Schnellkupplungssystem konstruiert: sogenannte RPT-Schnellkupplungen. Dadurch wird nun Verbinden und Trennen einfach mit nur einem einzigen Handgriff möglich.

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Die Zukunft bereits in der Gegenwart «Die Anforderungen der Labore der Zukunft passen mit den Konzepten der Vergangenheit nicht mehr zusammen», weiss Jens Feddern von der Siemens AG. «Ein zentrales Thema ist ‹Lab-on-a-Chip›, klassische Nasslabore werden weniger und die Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen wird intensiver. Für diese Trends der Zukunft gibt es bereits heute Antworten: Die technische Komplexität nimmt zu und gleichzeitig soll alles flexibler werden.

Dank eines Segmentierungskonzepts kann die Komplexität in Segmente heruntergebrochen werden, also in Häppchen sozusagen», so Feddern. Auch die HNP Mi­ krosysteme GmbH bietet im Bereich Dosiersysteme modulare Lösungen an.

Dabei kommt die Kompetenz von HNPM im Bereich Pumpen zur Geltung, die im Zentrum der Mikroprozessoren stehen. Die Verkleinerung im Laborbereich, mit immer weniger Ressourcenverbrauch ist voll im Trend.

Mit einem Bein in der Zukunft befindet sich das Start-up Sintratec AG: «Wir entwickeln und bauen 3-D-Drucker in der Schweiz, wir sind von unserem Kunden FabrX an die Ilmac eingeladen worden, deshalb sind wir hier. Vor allem Universitäten nutzen unser Angebot. Hier präsentieren wir Medikamente (Paracetamol) aus dem SLS-3-D-Druck», fasst Gabor Koppanyi zusammen.

Metrohm optimiert die Titration. Mithilfe einer aufgebauten Titrierplattform lassen sich mehrere Dosier- und Titriermodule aneinanderhängen. Aber nicht nur das: Die Plattform kann noch durch einen Roboter ergänzt werden, so dass bis zu 175 Proben automatisch korrekt gemessen werden können. «Die Plattform Omnis wird sukzessive erweitert. Momentan haben wir das Thema Titration», fasst Ralf Epper zusammen.

Joanna Stevenson von der Promega AG erläutert: «Unser Hauptthema ist, das Unsichtbare sichtbar zu machen. Mit unserer Technologie ist dies möglich. Wir haben Reagenzien eingeführt, die Lumineszenz verwenden, um Biomoleküle sichtbar zu machen. Wir verwenden kleinste Verbindungen (wie die Luciferase NanoLuc), die bei biologischen Reaktionen eingesetzt

werden können, ohne die Zelle zu beeinträchtigen».

Mireille Folk von der Roth AG sagt: «Unser Highlight sind unsere neuen Einweghandschuhe (Rotiprotect) aus Nitril. Wir möchten hierbei vor allem auf die Produktion dieses Produkts hinweisen. Es wird dabei weniger Energie, weniger Wasser verwendet und ganz auf Chlor verzichtet.

Das Tastgefühl dieser allergenfreien Handschuhe kommt dem von Latexhandschuhen sehr nahe».

Eine saubere Sache Die BWT Aqua AG hat eine schnelle Lösung für die kontinuierliche bakteriologische Überwachung von Wasser gefunden.

«Es ist ein Onlinemessgerät mit Microwellentechnologie für die Durchflusszytometrie», so Marcel Zehnder. Es misst und zählt die Keime im Wasser nicht mehr offline mit Petrischalen etc. Pharma- und Biotechunternehmen können bei einem Störfall viel schneller reagieren. So ist beispielweise die Trinkwasserfreigabe in den Basler Langen Erlen damit ausgerüstet.

Auch bei der Aquaren GmbH geht es um sauberes Wasser: «Wichtig ist das Thema Wasser, wir machen aus Abwasser wieder brauchbares Wasser – ein wichtiger Kreislauf», sagt der Geschäftsführer Erich Hildebrandt. Das Unternehmen verfügt über Expertise für den Einsatz in unterschiedlichen Bereichen. Einer der Schwerpunkte liegt in der Pharma- und Chemieindustrie. Die Mitarbeiter der Firma Dolder AG haben am ersten Januar 2019 eine spezielle Einheit mit Fokus Abwasseraufbereitung, Wasseraufbereitung und Luftaufbereitung kreiert. «Für unseren Inhaber Dolder ist die Thematik Umwelt ein sehr wichtiges Anliegen geworden», betont Christian Zumwald.

Auch die Silica Verfahrenstechnik GmbH hat eine neue Technologie im Bereich Abluftreinigung entwickelt. Schwachkonzen­ trierte Abluft wird dabei aufkonzentriert: Aus grossen Abluftströmen werden saubere und konzentriertere Abluftströme.

«Wir sind die in der Lage, Reinstwasser, Abwasser, Trinkwasser und Prozesswasser online zu bestimmen. Zudem decken wir im Laborbereich Analyten von A wie Ammonium bis Z wie Zink ab», so Michael Stampfli von der Hach Lange GmbH. 37

FIRMEN BERICHTEN

Lückenlose Dokumentation interaktiv gestaltet

Clevere Überwachung des Schichtbetriebs

Die Fermentation, Aufreinigung und Qualitätskontrolle der empfindlichen Protein-Wirkstoffe sind äusserst komplexe und spezifische Schritte – für die Marktzulassung eines therapeutischen Wirkstoffs kann ein Reinheitsgrad von mehr als 99 Prozent erforderlich sein. «Wir stellen diagnostische Einsatzstoffe her», so Dr. Holger Wünsche, Leiter der Enzymproduktion bei Roche in Penzberg. Primär sind das Reagenzien, wie sie beispielsweise als Grundsubstanz auf den Teststreifen für die Blutdiagnose zum Einsatz kommen.

Schichtleiter Marvin Weber ergänzt: «Wir gewinnen aus tierischen oder pflanzlichen Rohstoffen wie beispielsweise Zucchetti aktive Eiweissmoleküle. Diese Enzyme sind äusserst empfindlich und müssen umgehend in eine stabile Form gebracht werden. Deshalb arbeiten wir von Montag bis Freitag rund um die Uhr im Dreischichtbetrieb.»

Eine ganze Reihe von Arbeitsschritten ist notwendig, um ein Protein für diagnostische Anwendungen aus dem biologischen Rohmaterial zu isolieren. Das Ausgangs-

Bild: Roche

Insgesamt decken am Roche-Standort in Penzberg (D) über 6200 Beschäftigte die gesamte Wertschöpfungskette ab – von der Forschung über die Entwicklung bis hin zur Produktion von therapeutischen und diagnostischen Proteinen. Digitale Unterstützung erhalten die Mitarbeiter von einem interaktiven Schichtbuch. Es sorgt für eine transparente und flexible Überwachung des Dreischichtbetriebs. Davon profitiert die Abteilung der Enzymproduktion schon seit einigen Jahren.

Im oberbayrischen Penzberg werden unter anderem Proteine zu diagnostischen Zwecken hergestellt.

material wird durch die Fermentation in Form von Zellen, von intrazellulären Einschlusskörpern (Inclusion Bodies) oder zellfreien Kulturüberständen, geliefert.

Aus diesem biologischen Rohmaterial werden die Proteine durch die Kombinati-

on verschiedener chromatographischer Trenn-techniken und Filtrationen in höchster Reinheit isoliert. Verschiedene Prozesse laufen dabei parallel und auch unterschiedlich schnell ab. «Wir bedienen ein extrem grosses Spektrum. In unserer

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Transparente Abläufe helfen dem Betrieb

Bild: Eschbach

Um bei diesem Pensum effizient zu produzieren, müssen sämtliche Informationen zu betrieblichen Vorkommnissen oder Störungen im Ablauf einheitlich und lückenlos erfasst und weitergegeben werden.

Grundsätzlich erfolgt bei Roche die Schichtübergabe so, dass der jeweilige Schichtleiter einen Report für die Folgeschicht schreibt. Bei der Übergabe werden dann alle Ereignisse einzeln abgehandelt.

Der Schichtleiter der Folgeschicht teilt daraufhin seine Kollegen den Produkten zu, die hergestellt werden müssen. Mithilfe des Reports sieht er genau, welcher Mitarbeitende an welcher Anlage gearbeitet hat

Von links: Marvin Weber, Schichtleiter bei Roche Diagnostics, und Dr. Holger Wünsche, Leiter der Abteilung Enzyme Production Large Scale.

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und wer nun wo weiterarbeiten soll.

Schliesslich geht es zu den Verarbeitungsanlagen, durch die eine finale Übergabe stattfindet und alle neu gewonnenen Informationen ein letztes Mal auf Richtigkeit hin geprüft werden.

Dr. Holger Wünsche erinnert sich: «Bevor wir mit dem Shiftconnector eine digitale Schichtbuchlösung eingeführt haben, hatten wir lediglich ein kariertes Heft genutzt, in dem wir alles handschriftlich erfasst hatten. Wenn man Glück hatte, konnte man die Schrift seines Vorgängers lesen. Und damit das Ganze nicht ausuferte, haben wir versucht, die Ereignismitteilung auf eine Seite pro Schicht zu begrenzen. Das war natürlich relativ knapp bemessen und hatte den Nachteil, dass im Nachhinein wichtige Ereignisse oftmals nicht erfasst wurden.»

Bereits 2015 führte das Team deshalb das interaktive Schichtbuch der Firma Eschbach ein. «Wir starteten noch recht zögerlich mit einer Pilotphase. Die intuitive Systemoberfläche des Schichtbuchs sowie das schnelle Adaptieren unserer Wünsche seitens Eschbach hat uns aber alle binnen kürzester Zeit restlos überzeugt, so dass wir direkt vom Piloten in das ‹Go-live› gegangen sind», so Wünsche.

Auch Marvin Weber betont: «Die Experten von Eschbach haben uns ihre Lösung hervorragend nähergebracht und sind dabei auch auf jede Kleinigkeit eingegangen, die uns wichtig war. Andererseits haben sie auch an Dinge gedacht, die wir nicht gleich auf dem Schirm hatten. Man merkt einfach, dass da eine hohe Professionalität vorhanden ist und dass sie die Anforderungen an Schichtübergaben genau kennen.»

In der Roche-Enzymproduktion werden in der Regel zehn bis zwölf Produkte parallel verarbeitet. Ganz wichtig ist dabei, dass der Produktionsstand vernünftig dokumentiert wird, gerade zu den Ablösezeiten.

Im Schnitt sind die Mitarbeiter während 8,5 Stunden an den Anlagen beschäftigt, dann wird die Übergabe gemacht und der Ist-Stand im Schichtbuch fest-gehalten. Erfasst wird dabei so gut wie alles: welche Anlagenteile für welches Produkt gerade in Bewegung sind, wie der Einigungsfortschritt ist, welche Reparaturen anstehen, welche Anlagen momentan ausser Betrieb sind, etc. Das interaktive Schichtbuch sei

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Hauptabteilung fertigen wir zirka 400 bis 500 verschiedene Produkte aus ganz unterschiedlichen Rohstoffquellen», erläutert Wünsche. Für mikrobielle Rohstoffe verfügt das Unternehmen beispielsweise über eine eigene Fermentation mit verschiedenen Starterkulturen. «Wir haben Fermenter von zehn Litern, aber auch von bis zu 30 000 Litern, das variiert je nach Chargen und Chargengrössen», klärt Weber auf. Aus sechs Tonnen Zucchetti lassen sich so am Ende eines aufwendigen Verfahrens 1,5 Kilogramm Reinerzeugnis gewinnen. «In der Enzymproduktion haben wir ungefähr 80 verschiedene Rohstoffe. Damit stellen wir zwischen 300 bis 400 Chargen pro Jahr her. Es gibt Chargen, die wir wöchentlich produzieren, und dann gibt es welche, die kommen alle drei bis vier Jahre nur einmal vor.»

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dabei nun eine grosse Unterstützung. «Im Shiftconnector haben wir jetzt eine ganze Reihe intelligenter Funktionen, die uns effektiv bei der Schichtübergabe unterstützen», freut sich Marvin Weber. «Die Lösung bildet alle Vorgänge übersichtlich ab und wiederkehrende Ereignisse müssen nicht mehr neu erfasst werden, sondern werden automatisiert in den neuen Report übernommen. Das entlastet uns in der Erfassungsarbeit.»

Auch lassen sich zurückliegende Ereignisse nun komfortabel mit wenigen Mausklicks recherchieren. «Durch den Shiftconnector haben wir an Transparenz gewonnen und eine reibungslose Übergabe ist gewährleistet», konstatiert Wünsche. «Bei Schichtwechsel kann jetzt jeder Verantwortliche einen persönlichen Report aus dem Shiftconnector erhalten, der ihn genau über den Ist-Zustand seiner Produkte informiert.»

Direktes Reporting aus dem interaktiven Schichtbuch Das Reporting selbst läuft bei Roche nach einem ausgeklügelten System: So enthält jeder Schichtreport den gesammelten aktuellen Produktionsstand des Enzymherstellungsbereichs. Dazu gehören sämtliche Produkte, die Produktionsanlagen sowie die beteiligten Mitarbeiter. Weiter unten im Bericht sind zudem alle aktuellen Störungen und Zusatzweisungen aufgelistet. «Die-

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se Reports sind stets aktuell und werden an die entsprechenden Mitarbeiter weitergeleitet», erklärt Wünsche. Etwaige Störmeldungen werden darüber hinaus direkt an die interne Servicebereitschaft weitergeleitet, damit diese sich mit dem Schichtleiter kurzschliessen können und gegebenenfalls einen Instandhaltungs- oder Reparaturvorgang anstossen können. Falls kleinere Reparaturen von den Schichtmitarbeitern selbst vorgenommen werden, werden diese ebenfalls im Schichtbuch dokumentiert.

Im Shiftconnector selbst können beliebig viele Schichtbücher angelegt werden, die unterschiedliche Informationen berücksichtigen. Diesen Vorteil hat sich Roche gleich mehrfach zunutze gemacht: So wurde beispielsweise ein Technik-Schichtbuch generiert. Alle aufkommenden Störungen erhalten nun auch automatisch einen Eintrag im Technik-Schichtbuch, so dass zum Beispiel derjenige Mitarbeiter, der die Herstellungsprozesse tagsüber koordiniert, auch gleich eine gesammelte Übersicht über alle Störungen erhält.

Auf ähnlich einfache Weise wurde auch ein separates Ablieferbuch generiert, in dem nun alle fertigen Erzeugnisse sowie deren Fälligkeitsdaten verzeichnet werden. «Unser Hauptbuch würde sonst ellenlang werden, deshalb haben wir gesagt, dass wir diese Informationen in einem externen Buch sammeln wollen», klärt Weber auf.

Bild: Eschbach

FIRMEN BERICHTEN

Marvin Weber wirft einen Blick in das interaktive Schichtbuch.

Jeder Produktverantwortliche hat ausserdem noch ein eigenes Schichtbuch, in dem ausschliesslich seine Produkte sowie der jeweilige Ist-Stand aufgelistet werden.

Roche nutzt den Shiftconnector als reines Informationstool, das heisst, er funktioniert losgelöst vom ERP-System und muss auf diese Weise nicht – wie in der Pharmabranche üblich – für jeden Arbeitsplatz zeitaufwendig validiert werden. Dementsprechend verkürzt sich der Einführungsaufwand erheblich.

Kontakt Eschbach GmbH Schaffhauser Strasse 97 D-79713 Bad Säckingen +49 7761 559 59 0 info@eschbach.com www.eschbach.com

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Bild: Adobestock

FIRMEN BERICHTEN

Die Anwender benötigen meist eine flexible Messung über sehr unterschiedliche Durchflussbereiche.

Für stark variierende Strömungsgeschwindigkeiten

Messsonde eliminiert Kondenswasser

Um aufwendige Untersuchungen der durchströmenden Medien zu vermeiden, suchen Betreiber von Industrieanlagen oftmals eine Allround-Lösung, die möglichst mit allen Einsatzbedingungen und Milieus zurechtkommt und dabei valide Mess­ ergebnisse liefert. Die Geräte von Kurz Instruments wie die KBar 2000 WGF werden oft eingesetzt, wenn sich andere Lösungen nicht bewährt haben. Die Anwender benötigen dabei meist eine flexible Messung über sehr unterschiedliche Durchflussbereiche. Vorgelagerte Gebläse, Einschnürungen, Einbauten oder Rohrbögen verursachen auf verschiedenen Ebenen Verwirbelungen des Mediums und durch die oftmals beengten Platzverhältnisse stehen kaum Ein- und Auslaufstrecken zur Verfügung, um den Gasstrom zu beruhigen und ausgeprägte Strömungsprofile zu erzielen.

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Bilder: TrigasDM GmbH

In nahezu allen Industriezweigen sind Durchflussmessungen in verschiedenen Anlagenteilen Pflicht und müssen mit hoher Präzision durchgeführt und dokumentiert werden. Allerdings stossen viele Messsonden und Instrumente angesichts der unterschiedlichen Milieus, in denen sie eingesetzt werden, schnell an ihre Belastbarkeitsgrenzen.

So funktionieren nicht alle Messgeräte bei starken Temperaturschwankungen oder bei Feuchtigkeit aufgrund von Kondenswasser einwandfrei, um valide Messdaten zu liefern.

Bis zu vier Messpunkte werden im Sondenstab integriert, um die Fliessgeschwindigkeit an den neuralgischen Punkten im Rohr zu ermitteln.

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FIRMEN BERICHTEN

Die Messsonde kann je nach Kundenanforderungen eine Länge von 200 mm bis etwa 11 m aufweisen, sodass auch komplette Durchmesser von sehr grossen Rohren oder Schächten erfasst werden können.

Ein Gerät für alle Fälle Das Instrument kann je nach Kundenanforderungen eine Länge von 200 mm bis etwa 11 m aufweisen, so dass auch komplette Durchmesser von sehr grossen Rohren oder Schächten erfasst werden können. Bis zu vier Messpunkte werden im Sondenstab integriert, um die Fliessgeschwindigkeit an den neuralgischen Punkten im Rohr zu ermitteln. Bei Bedarf kann ein weiterer Sondenarm im 90°-

Winkel installiert und an den Durchflussrechner angeschlossen werden, um den gesamten Querschnitt zuverlässig zu erfassen. Dieser ermittelt aus den gemessenen Daten einen repräsentativen Mittelwert für die Durchflussgeschwindigkeit, auch bei stark variierenden Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Messzeitraums. Dabei können sowohl grosse Durchflussmengen problemlos und genau erfasst als auch zeitweise auftretende sehr geringe Durchflüsse durch die Messbereichspanne der KBar 2000 WGF von 1:1000 zuverlässig dokumentiert werden. Zur Erleichterung der Datenauswertung ist es möglich die beiden separaten 4-20-mA-Analogausgänge unterschiedlich zu skalieren. Wechselnde Strömungsprofile werden über die Messpunktanordnung zuverlässig erfasst.

Hohe Temperaturen für eine saubere Messung Darüber hinaus kann die KBar 2000 WGF bei maximalen Prozesstemperaturen von bis zu 500 °C verbaut werden. Die Basis­ temperatur des Sensorstabs kann dabei im laufenden Messbetrieb auf bis zu

300 °C aufgeheizt werden. Dadurch wird einerseits das im Prozess entstehende Kondenswasser eliminiert, andererseits werden aber auch die meisten Schmutzpartikel, die an der Sonde haften bleiben, entfernt. Das Wasser verdampft beziehungsweise die Schmutzpartikel verbrennen, während parallel dazu ohne Einschränkung weiterhin Messdaten erhoben werden. In den wenigen Fällen mit extremen Verunreinigungen kann die Sonde zusätzlich mit einer für Hochtemperatur entwickelten Luftspülung ausgerüstet werden, die ebenfalls über den Durchflussrechner gesteuert wird.

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Bild: Shutterstock

FORSCHUNGSWELT

Klassische Trinkröhrchen aus Kunststoff werden öfter durch Glasröhrchen oder Trinkhalme aus Edelstahl ersetzt.

Kunststoff in Alltagsprodukten

Viele Substanzen sind nicht identifizierbar Kunststoffprodukte sind allgegenwärtig und gelten in vielen Lebensbereichen als unverzichtbar, denn sie weisen vielseitige, praktische Eigenschaften auf. Eine Forschungsgruppe unter der Leitung des Instituts für sozial-ökologische Forschung hat Alltagsprodukte aus Kunststoff untersucht und festgestellt, dass Dreiviertel der Produkte schädliche Chemikalien enthalten, und ein Grossteil der Substanzen nicht identifizierbar ist. Ob gewisse Produkte wirklich gesundheitsschädlich sind, bleibt noch offen.

Kein anderes Material ist so praktisch: Langlebig, temperaturbeständig, bruchfest und trotzdem elastisch ist Kunststoff massentauglich und entsprechend in Massen auf dem Markt. Dem formbaren Material, das überwiegend aus Erdöl in einem chemischen Verfahren hergestellt wird, werden je nach Typ und Anwendung verschiedene Zusatzstoffe beigesetzt. Dazu gehören Weichmacher, Stabilisatoren und Farbstoffe. Zudem entstehen während des Produktionsprozesses zahlreiche Nebenoder Abbauprodukte. «In dem komplexen Herstellungsprozess von Kunststoffen entsteht ein regelrechter Cocktail an Substanzen, von denen wir einen Grossteil überhaupt nicht kennen», sagt die Leiterin der Forschungsgruppe PlastX, Carolin Völker.

In einer Laborstudie haben die Forschungsgruppe unter der Leitung des In­ 44

stituts für sozial-ökologische Forschung und in Zusammenarbeit mit der Goethe-Universität Frankfurt und der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegen deshalb in 34 Alltagsprodukten aus Kunststoff die Chemikalien hinsichtlich ihrer Gesamttoxizität und ihrer Zusammensetzung untersucht. Die Forschenden analysierten in der Laborstudie Produkte wie Joghurtbecher, Trink- und Shampoo-Flaschen aus acht verschiedenen Kunststofftypen. Um mögliche schädliche Effekte der Chemikalienmischung zu analysieren, wurden die Substanzen im Labor aus den Produkten herausgelöst und in Zelltests eingesetzt.

Somit wurden erstmals in einer Laborstudie mehrere verschiedene Kunststofftypen in einer Reihe von Biotests kombiniert mit einer chemischen Analytik untersucht und miteinander verglichen.

Die Studie lieferte mehrere wichtige Ergebnisse. «Wir fanden in drei von vier getesteten Produkten schädliche Sub­ stanzen, darunter Chemikalien, die toxisch auf Zellen wirken oder endokrine, also hormonähnliche Effekte hervorrufen», berichtet Lisa Zimmermann, Erstautorin der Studie. Wir haben deutliche negative Auswirkungen in Zelltests beobachtet. Solche Chemikalien sollten nicht in Kunststoffen vorkommen, auch wenn wir nicht wissen, wie sie sich auf unsere Gesundheit auswirken», resümiert Zimmermann.

In den Plastiktypen Polyvinylchlorid (PVC) und Polyurethan (PUR) fanden sich eine grössere Anzahl von Chemikalien und die Effekte waren bedenklicher als etwa die in Polyethylenterephthalat (PET). «Insgesamt hat uns die grosse Anzahl verschiedener 11/2019

FORSCHUNGSWELT

Chemikalien überrascht, die wir in den getesteten Produkten nachweisen konnten», berichtet die Ökotoxikologin Lisa Zimmermann. «Es waren insgesamt mehr als 1400 Chemikalien in den Produkten enthalten. In einzelnen Produkten fanden wir sogar mehr als hundert verschiedene Substanzen.»

Gesundheitliche Auswirkungen unbekannt Von diesen 1400 Substanzen konnten im Labor nur 260 identifiziert werden. «Etwas mehr als 80 Prozent aller nachgewiesenen Substanzen konnten wir mithilfe chemischer Analysen nicht identifizieren», sagt Zimmermann. «Das heisst, wir wissen zum Grossteil nicht, womit wir es in den Kunststoffprodukten zu tun haben. Und wenn wir die Chemikalien nicht kennen, können wir auch nicht bestimmen, ob sie sicher für Mensch und Umwelt sind». Die Autorinnen und Autoren der Studie weisen darauf hin, dass deswegen die gesundheitlichen Auswirkungen von Chemikalien in Kunststoffen noch weitgehend unbekannt sind. Lediglich einzelne Chemikalien wie Bisphenol A, das gesundheitsgefährdend ist, sind bisher gut untersucht.

Verpackungsalternativen sind nicht unbedingt sicherer «Nicht alle der getesteten Plastikprodukte enthielten giftige Chemikalien. Wir sehen also, dass es bereits unbedenklichere Alter-

nativen auf dem Markt gibt», stellt Projektleiterin Carolin Völker fest. «Wie unsere Studie zeigt, kann ein Joghurtbecher giftige Chemikalien enthalten, während ein anderer frei davon ist.» Weil dies jedoch beim Einkauf nicht zu erkennen sei, sei es wichtig, dass das Thema sicherer Kunststoffe auf die politische Agenda rücke. «Für die Kunststoffproduzenten sollte es verbindliche Auflagen geben, die Inhaltsstoffe transparent zu machen und die Unbedenklichkeit ihrer Produkte zu garantieren», fordern die Forscherinnen und Forscher.

Nicht nur wegen der vielen Unbekannten – auch mit Blick auf das Problem Plastikmüll – hält das Forschungsteam die Vermeidung von Plastik als eine praktikable Strategie für Konsumenten. «Es gibt inzwischen viele Möglichkeiten, etwa beim Einkauf auf frische und unverpackte Lebensmittel zurückzugreifen, anstatt in Plastik verschweisste Produkte zu kaufen. «Sollte unter den Einkäufen dann aber doch mal ein in Plastik verpacktes Mikrowellenprodukt sein, sollte das Erhitzen in dieser Verpackung unbedingt vermieden werden», warnt Ökotoxikologin Völker, «denn insbesondere die Hitze beschleunigt das Übertreten der Chemikalien aus dem Kunststoff in das Lebensmittel.» Andere Verpackungsalternativen wie etwa Papier oder Karton seien nicht unbedingt sicherer, denn auch hier können Chemikalien in Lebensmittel übertreten.

Als «grüne» Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen sind seit einigen Jahren Produkte aus sogenanntem Biokunststoff auf

dem Markt. Sie werden nicht aus Erdöl, sondern pflanzlich aus Biomasse gewonnen. Doch auch hier erweisen sich Chemikalien als Problem: In der PlastX-Laborstudie wurden Produkte aus Polymilchsäure (PLA) untersucht, einem gängigen Biokunststoff. Alle diese Produkte enthielten schädliche Chemikalien. «Auch Biokunststoffe sind ja letztlich Kunststoffe, deren Polymere nur aus einer anderen Quelle stammen», so Lisa Zimmermann. «Es ist also naheliegend, dass ähnliche negative Effekte auftreten können.» Um diese Effekte näher zu untersuchen, widmet sich die Forschungsgruppe derzeit in einer weiteren umfassenden Laborstudie Produkten aus Biokunststoffen.

Originalpublikation Lisa Zimmermann, Georg Dierkes Thomas A. Ternes, Carolin Völker, Martin Wagner, «Benchmarking the in vitro toxicity and chemical composition of plastic consumer products», Environ. Sci. Technol. (2019); DOI: doi.org/10.1021/acs.est.9b02293

Kontakt Dr. Carolin Völker Institut für sozial-ökologische ­Forschung Hamburger Allee 45 D-60486 Frankfurt am Main +49 69 7076919 0 voelker@isoe.de www.isoe.de

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Von der Optogenetik inspiriert

Blaues Licht steuert die RNA

Bild 1: Der Photorezeptor PAL bindet auf Blaulicht-Bestrahlung hin an kurze Ribonucleinsäuren. Diese lichtgesteuerte Aktivität kann zur Regulation RNA-basierter Prozesse wie der Bioproteinsynthese eingesetzt werden.

von Licht das eigene Bindungsverhalten in Bezug auf RNA zu ändern. Die Wissenschaftler durchsuchten die vorhandenen Sequenz-Datenbanken und wurden fündig. Bakterien der Spezies Nakamurella multipartita enthalten ein Protein mit einer auffälligen dreigliedrigen Architektur: Drei verschiedene Abschnitte – sogenannte Domänen namens PAS, Antar und LOV – sind darin in einer ungewöhnlichen Reihenfolge hintereinandergeschaltet. Wie in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Robert Bittl an der Freien Univer-

Bild: Barbara Frommann/Uni Bonn

Schon länger werden Lichtsignale eingesetzt, um auf DNA-Ebene die Transkription der Erbinformation – und folglich auch die von RNA-Molekülen bewirkte Proteinsynthese – zu verändern. Dieser Ansatz ist ein Teil der Optogenetik und ist mittlerweile eine fest etablierte Methode der Molekular- und Zellbiologie. Die neue Studie zeigt nun aber erstmals einen Mechanismus auf, wie sich die Interaktion zwischen RNA und benachbarten spezifischen Proteinen durch Licht beeinflussen lässt. Die Genexpression in Bakterien kann so direkt auf der Ebene der RNA-Moleküle gesteuert werden. Den Forschern um Prof. Dr. Andreas Möglich in Bayreuth und Prof. Dr. Günter Mayer in Bonn ist der Nachweis gelungen, dass dieser Mechanismus auf die Zellen von Säugetieren übertragbar ist.

«In den nächsten Jahren wollen wir unsere Erkenntnisse zu einer lichtgesteuerten, bei der RNA ansetzenden Regulierung diverser zellulärer Prozesse weiter vertiefen. Daraus resultierende, bis dato nicht zur Verfügung stehende Werkzeuge werden die Untersuchung zentraler zellulärer Vorgänge ungemein fördern. Der Grundstein für die Optoribogenetik, eine neuartige Ergänzung der Optogenetik, ist jetzt gelegt», so Prof.

Dr. Andreas Möglich. Ausgangspunkt der Forschungsarbeiten war die Suche nach einem bakteriellen Photorezeptorprotein, welches in der Lage ist, unter dem Einfluss

Bild: Andreas Möglich/Uni Bayreuth

Boten-RNA-Moleküle enthalten Erbinformationen und steuern damit die Synthese von Proteinen in lebenden Zellen. Biochemiker der Universität Bayreuth und der Universität Bonn haben jetzt einen Weg entdeckt, diesen für die Genexpression zentralen Vorgang zu regulieren: In bestimmten Actinobakterien kommt ein Protein vor, das unter blauem Licht RNA-Moleküle bindet und somit inaktiv macht. So ist es prinzipiell möglich, die RNA-gesteuerte Proteinsynthese über Licht ein- und auszuschalten.

Bild 2: Günter Mayer vom Life & Medical Sci­ ences Institut (Limes) der Universität Bonn.

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Bild: Verena Kastner/Uni Bayreuth

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Bild 3: Forscherin Jennifer Kaiser und Andreas Möglich von der Universität Bayreuth.

sität Berlin gezeigt werden konnte, reagiert die LOV-Photosensor-Domäne auf blaues Licht und leitet die Signale an die Antar-Domäne weiter. Diese verändert da­ raufhin ihre Struktur dahingehend, dass RNA-Moleküle gebunden und auf diesem Wege unzugänglich gemacht werden: Sie stehen nicht länger für die Genexpression zur Verfügung, die in ihnen enthaltene Erbinformation wird nicht mehr für die Synthese von Proteinen genutzt.

Erst wenn die Blaulicht-Bestrahlung endet und die Antar-Domäne wieder in ihre normale Struktur zurückfällt, löst sich die Interaktion mit der RNA. Jetzt wird die RNA wieder aktiv. Die Forscher haben diesen Vorgang zunächst am Beispiel der RNA-Aptameren etabliert und nachgewiesen. Diese sind kleine RNA-Moleküle mit einer haarnadelähnlichen Struktur, die in die unter Blaulicht geöffnete Struktur der Antar-Domäne eindringen können und hier gebunden werden. Mayer: «Aptamere funktionieren modular: Sie lassen sich wie mit einem Baukastensystem an andere Einheiten binden.»

Lichtschalter der Genexpression Ihren neuen Forschungsansatz haben die Wissenschaftler auch in eukaryotischen Zellen erprobt, in die sie das bakterielle Protein und die RNA-Aptamere zuvor eingeschleust hatten. Auch in diesen Zellen führen die durch Blaulicht ausgelösten Strukturänderungen dazu, dass BotenRNA-­Moleküle an das Protein binden und während dieses Zustands bei der Genex11/2019

pression ausfallen. «Wir besitzen deshalb jetzt einen Lichtschalter, mit dem sich die zelluläre Aktivität von unterschiedlichsten RNA-Molekülen gezielt ein- und ausschalten lässt», erklärt Prof. Dr. Günter Mayer vom Limes-Institut der Universität Bonn.

Sein Bayreuther Kollege Prof. Dr. Andreas Möglich ergänzt: «Der Ansatz zur lichtregulierten Kontrolle lässt sich prinzipiell auf zahlreiche andere RNA-basierte Prozesse, wie beispielsweise die Prozessierung von micro-RNAs und die damit verknüpfte Gen-Stilllegung, übertragen.» In Folgestudien wollen die beiden Wissenschaftler mit ihren Arbeitsgruppen untersuchen, inwieweit sich der jetzt entdeckte Mechanismus in Modellorganismen zur Kontrolle der Genexpression anwenden lässt.

Die nun veröffentlichten Erkenntnisse stellen möglicherweise einen ersten Schritt in eine bis jetzt nicht durchführbare Forschungsrichtung dar: die Optoribogenetik.

Originalpublikation M. Anna Weber et al., «A blue light receptor that mediates RNA binding and translational regulation», Nature Chemical Biology (2019); DOI: 10.1038/s41589-019-0346-y

Kontakt Prof. Dr. Günter Mayer Universität Bonn Regina-Pacis-Weg 3 D-53113 Bonn +49 228 734808 gmayer@uni-bonn.de www.uni-bonn.de

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In Basel fliesst der Rhein von Osten her in Richtung Norden der deutsch-französischen Grenze entlang. Rechts im Hintergrund befindet sich das Klybeckareal.

Ein 3-D-Modell für Basel

Hitze im städtischen Untergrund Parkhäuser, Laboreinrichtungen und weitere Anlagen im Untergrund sind oft schlecht isoliert und heizen ihre Umgebung auf. Gerade in Städten ist dieser Effekt besonders gut messbar. Wärme ist aber nicht nur schlecht, denn sie könnte gezielt genutzt werden. Forschende haben hierzu im Auftrag des Bundesamts für Energie eine erste Machbarkeitsstudie in der dicht bebauten Stadt Basel durchgeführt. Anhand eines Modells zeigen sie konkret auf, wo und wie die Wärme aufgefangen und wieder genutzt werden kann.

Normalerweise entspricht die Temperatur des Grundwassers der Jahresmitteltemperatur der Luft, die in der Stadt Basel etwa 10 °C beträgt. Doch die tatsächlich gemessenen Werte sind wesentlich höher – an manchen Stellen wie etwa dem Klybeck-Areal, kletterte die Temperatur des Grundwassers in den letzten Jahren auf über 18 °C.

Untergrundstrukturen bringen Wärme ins Wasser «Eine solche Erwärmung des Grundwassers lässt sich in vielen Städten auf der ganzen Welt beobachten», sagt der Hydrogeologe Jannis Epting vom Departement Umweltwissenschaften der Universität Ba48

sel. «Dies lässt sich vor allem auf Untergrundstrukturen zurückführen.» Also auf die Abwärme von Kellern, Parkhäusern und Laborgebäuden, die in Basel viele Stockwerke in die Tiefe reichen und oft schlecht isoliert sind.

Damit diese Abfallwärme nicht im Untergrund verloren geht, führen Epting und sein Team derzeit eine Machbarkeitsstudie im Auftrag des Bundesamts für Energie durch. Diese soll klären, ob es möglich ist, dem Grundwasser mithilfe von unterirdischen Verkehrswegen Wärme zu entziehen. «Die so zurückgewonnene Energie könnte dann zum Heizen verwendet werden und ausserdem würde dabei auch das Grundwasser wieder abkühlen», so Epting.

Grundsätzlich gibt es dafür zwei mögliche Verfahren: Bei Tunneln mit geringem Durchmesser, etwa für S-Bahnen, können vorgefertigte Wärmeabsorber in die Verschalung eingebaut werden. Diese entziehen dem Grundwasser passiv Wärme, welche zu einem Wärmetauscher geleitet wird. So lässt sich auch die Abwärme zurückgewinnen, welche Züge im Inneren des Tunnels erzeugen. In ihrer Studie prüfen die Basler Hydrogeologen, welche Streckenabschnitte des geplanten Basler Herzstücks – die unterirdische S-Bahn-Verbindung zwischen dem Bahnhof SBB und dem Badischen Bahnhof sowie dem Bahnhof St. Johann – dafür geeignet sind.

Für grössere Strassenbauwerke wie dem Rheintunnel, der eines Tages den Rhein 11/2019

Bild: Universität Basel

UMWELT

Unter dem Klybeckareal auf der rechten Seite des Rheinufers erreicht das Grundwasser Temperaturen von über 18 °C.

zwischen Birsfelden und dem Schwarzwaldtunnel unterqueren soll, wollen die Wissenschaftler sogenannte Dükersysteme nutzen – Rohrleitungen, die das Grundwasser sammeln und um den Tunnel herumleiten. Die Wärme des in den Dükern zirkulierenden Grundwassers könnte aktiv durch eine Wärmepumpe entzogen werden. Das abgekühlte Grundwasser würde danach wieder in den Untergrund geleitet. Das funktioniert allerdings nur an Stellen, wo der Grundwasserstrom quer zum Tunnel verläuft.

Um die Machbarkeit dieser Projekte zu testen, hat die Forschungsgruppe um Epting in den letzten Jahren ein umfassendes 3-D-Modell des Grundwassers unter dem Grossraum Basel erstellt: Hierfür werteten sie unter anderem Daten aus über hundert Grundwasser-Messstellen im Stadtgebiet aus.

Solche Modelle erlauben es, die Grundwasserströmung, das Durchflussvolumen und den Wärmetransport zu simulieren, wobei auch die Beschaffenheit des Untergrunds berücksichtigt wird. Besonders hilfreich waren dabei sieben tiefendifferenzierte Messsysteme, welche vor einigen Jahren installiert worden sind. Diese Sensoren stehen in direktem Kontakt mit dem Untergrund und messen die Grundwassertemperatur in verschiedenen Tiefen im Abstand von einem halben bis zu einem Meter. «Dies gibt uns eine einmalige Datengrundlage für die Untersuchung verschiedener Wärmetransportprozesse, denn solche Messstellen hat unseres Wissens sonst weltweit niemand im urbanen Gebiet», so Epting.

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Das Modell zeigt, dass sich beide Bauvorhaben grundsätzlich für die Wärmegewinnung eignen: Für das Herzstück (siehe Wärmebild) wären die besten Abschnitte im Bereich der Tunneleingänge am Bahnhof St. Johann und am Badischen Bahnhof, denn dort führt die geplante Linienführung durch die Lockergesteine quer zum Grundwasserstrom. Für den Autobahntunnel gibt es gute Voraussetzungen bei der Tunneleinfahrt in Birsfelden und auf Höhe des Schwarzwaldtunnels, auch hier fliesst das Wasser quer zum Tunnel.

Nach ersten Schätzungen liessen sich durch die Grundwasserwärmenutzung entlang einzelner Streckenabschnitte pro Heizperiode zwischen 1 und 10 Gigawattstunden an Wärme gewinnen, was etwa der Leistung von bis zu drei grossen Windturbinen entspricht. «Natürlich ist diese Effizienz im Vergleich zu anderen Methoden nicht sehr gross, aber dafür ist es nachhaltig», findet Epting. «Wir müssen schliesslich jetzt schon für die Zukunft planen.»

Kontakt Jannis Epting Universität Basel Departement Umweltwissenschaften Bernoullistrasse 30/32 CH-4056 Basel +41 61 207 34 46 jannis.epting@unibas.ch www.unibas.ch

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UMWELT

Sie kleben fest

Pollen auf Wanderschaft

Juckende Nase, gerötete Augen, ständiges Niesen – Materialwissenschaftler Shuto Ito litt selbst unter einer starken Pollenallergie.

Er wollte mehr über den Prozess des Pol­ lenflugs erfahren und verliess seine Hei­ matstadt in Japan, um gemeinsam mit Professor Stanislav Gorb die Hafteigen­ schaften von Pollen zu erforschen. In sei­ ner Arbeitsgruppe «Funktionelle Morpho­ logie und Biomechanik» an der Universität Kiel untersucht Gorb die besonderen Fä­ higkeiten von Pflanzen und Tieren und wie sich diese künstlich nachbilden lassen.

«Pollen, die von Insekten transportiert wer­ den, bewältigen drei verschiedene Haftun­ tergründe: Wenn sie sich von ihrer Startblu­ me lösen, auf dem Insekt haften und von dort schliesslich auf die Zielblume gesetzt werden. Wir wollen herausfinden, welche Haftmechanismen das ermöglichen», erklärt Gorb. Doktorand Ito untersucht diese Me­ chanismen anhand von Modellpflanzen der Art Hypochaeris radicata. Diese krautartigen Pflanzen aus der Familie der Korbblütler blü­ hen bis in den Spätherbst auf der gesamten Nordhalbkugel. Die Pollen auf ihren gelben Blüten sind wie die vieler anderer Pflanzen mit einer öligen Substanz umgeben, dem sogenannten Pollenkitt. «Bislang war die Forschung davon ausgegangen, dass Pollen­ kitt eine zentrale Funktion für das Anhaften der Pollen hat. Doch wir haben festgestellt, dass er sich unter bestimmten Bedingungen genau gegensätzlich verhält, also nicht haf­ tet», fasst Ito seine bisherigen Erkenntnisse zusammen. «Wir müssen die Haftmechanis­ men von Pollen viel differenzierter betrach­ ten.» Demnach werde die Haftung von Pol­ len von einem komplexen Wechselspiel aus dem Alter der Pollen, der Luftfeuchtigkeit und den jeweiligen Haftuntergründen be­ einflusst.

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Bild: Shuto Ito

Für Allergikerinnen und Allergiker bedeutet der Pollenflug oft eine schwere Zeit. Für Pflanzen ist er hingegen eine der wichtigsten Möglichkeiten, sich zu vermehren: Neben dem Wind tragen vor allem Insekten die Pollen von einer Blüte zur anderen, um sie zu bestäuben. Hierbei müssen sich die Pollen immer wieder auf unterschiedlichen Oberflächen haften und sich ablösen. Wie dies genau geschieht, haben Forschende an der Kieler Universität beschrieben.

Zur Bestäubung haften Pollen auf der sogenannten Narbe in der Blüte der Hypochoeris radicata, wie die kolorierte Aufnahme aus dem Rasterelektronenkryomikroskop zeigt.

In ihrer aktuellen Studie konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Haftmechanis­ men der beiden Pflanzenteile, die für den Pollentransport am wichtigsten sind: Auf dem Griffel, einem männlichen Teil des Blütenstempels, auch Stylus genannt, haf­ ten die Pollen, bevor sie von einem Insekt abgelöst werden. Darüber befindet sich bei den untersuchten Korbblütern die Narbe.

Das weibliche Organ, auch als Stigma be­ zeichnet, nimmt die ankommenden Pollen von anderen Blüten auf.

Mit einem Rasterkraftmikroskop haben die Wissenschaftler gemessen, wie stark die Pollen auf dem Griffel und der Narbe der Hypochaeris radicata jeweils haften. Sie fanden heraus, dass beide Pflanzenteile sehr unterschiedliche Hafteigenschaften besitzen, die sich im Verlauf des Bestäu­

bungsprozesses ändern. So erhöht sich die Haftwirkung auf der Narbe drastisch um den Faktor 11,9 – während sie auf dem Griffel mit dem Faktor 2,7 nahezu unver­ ändert bleibt.

Optimale Anpassung im Laufe der Evolution «Wir nehmen an, dass die beiden Pflan­ zenteile im Laufe der Evolution unter­ schiedliche Funktionen herausgebildet haben, um den Prozess der Bestäubung zu optimieren», erklärt Ito. Die Narbe erhö­ he ihre Haftung, um die neuen Pollen auf­ zunehmen und festzuhalten. Würde sich die Haftung allerdings auch auf dem Grif­ fel als Startpunkt des Pollentransports in­ tensivieren, könnten sich die Pollen dort 11/2019

Bild: Julia Siekmann, Uni Kiel

UMWELT

Professor Stanislav Gorb (rechts) und Doktorand Shuto Ito haben anhand des Korbblüters Hypochoeris radicata untersucht, wie Pollen auf Blüten haften.

nicht mehr ablösen. «Mit diesem Haftsystem tragen die Pollen vermutlich entscheidend dazu bei, die Reproduktion von Pflanzen zu sichern», so Ito weiter.

Verantwortlich für die verschiedenen Hafteigenschaften der bei­ den Pflanzenteile, so vermuten die Wissenschaftler, ist ihre unter­ schiedliche Oberflächenstruktur auf Mikroebene und eine spezi­ elle Flüssigkeit, die von der Narbe abgesondert wird. Hierfür untersuchten sie mit einem speziellen Kryorasterelektronenmi­ kroskop schockgefrorene Proben der Pflanzen. In diesem Zustand bleibt ihre ursprüngliche Struktur erhalten und es lassen sich auch flüssige oder ölige Substanzen betrachten.

Beschichtungsprozesse und Transport von Wirkstoffen

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«Wenn wir herausfinden, mit welchen Mechanismen wir solche Interaktionen von Mikropartikeln und Oberflächen steuern könn­ ten, liessen sich daraus möglicherweise Schlüsse ziehen für Be­ schichtungs- und Druckprozesse, den Transport von medizinischen Wirkstoffen oder die Behandlung von Atemwegserkrankungen», vermutet Bionik-Forscher Gorb. In Form spezieller Filter könnten sie vielleicht auch eines Tages Pollenallergikern und -allergikerin­ nen Abhilfe schaffen.

Originalpublikationen S. Ito et al., «Attachment-based mechanisms underlying capture and release of pollen grains», J. R. Soc. Interface (2019); http:// dx.doi.org/10.1098/rsif.2019.0269 S. Ito et al., «Fresh ‹Pollen Adhesive› weakens humidity-depen­ dent pollen adhesion», ACS Applied Materials & Interfaces 11 (27), 24691–24698; DOI 10.1021/acsami.9b04817 https://pubs. acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04817 Kontakt Prof. Stanislav N. Gorb Universität Kiel Christian-Albrechts-Platz 4 D-24118 Kiel +49 431 880 4513 sgorb@zoologie.uni-kiel.de www.uni-kiel.de

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VERFAHRENSTECHNIK

Mit CO2 und Wasser

Bakterien produzieren Spezialchemikalien

Zwei Jahre lang haben Siemens und Evonik an der Machbarkeit dieser Anlage getüftelt. Unter dem Projektnamen Rheticus I haben die beiden Unternehmen die Grundlagen für diese künstliche Photosynthese aus Bioreaktor und Elektrolyseur entwickelt. Sie führen nun die beiden bislang noch getrennten Anlagenteile in einer Versuchsanlage am Evonik-Standort Marl in Nordrhein-Westfalen zusammen. Rheticus II hat eine Laufzeit bis 2021. Die Fördersumme des deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) beträgt rund 3,5 Millionen Euro. «Die innovative Technologie von Rheticus hat das Potenzial, zum Gelingen der Energiewende beizutragen», sagt Thomas Haas, der bei Evonik für Rheticus verantwortlich ist.

«Die Plattform könnte künftig überall dort installiert werden, wo CO2 vorhanden ist – etwa an Kraftwerken oder Biogasanlagen. Wir nutzen dabei vorhandenes CO2 als Rohstoff, um über künstliche Photosynthese wertvolle Chemikalien zu erzeugen.»

Siemens bringt in Rheticus den weltweit ersten CO2 -Elektrolyseur ein. «Wir entwickeln ein flexibles System, das Antworten auf mehrere Fragen der Energiewende geben kann», sagt Karl-Josef Kuhn, der bei Siemens die Power-to-X-Forschung leitet.

«Wir machen erneuerbare Energie speicherbar, indem wir sie in Wertstoffe wie Spezialchemikalien oder Treibstoffe umwandeln. Wir tragen zur Netzstabilität bei – denn wir produzieren so variabel, dass wir auf Stromschwankungen reagieren können.»

Butanol und Hexanol Anfang 2020 soll die Versuchsanlage ihren Testbetrieb aufnehmen. Sie besteht 52

Bild: Siemens

Es gibt viele Möglichkeiten, Spezialchemikalien im grossen Massstab zu produzieren. An einer Methode besonderer Art forschen derzeit im Zweiergespann die Unternehmen Siemens und Evonik. In einer Versuchsanlage geben sie den Bakterien genügend Wasser, Strom aus erneuerbaren Quellen sowie CO2 und die kleinen Lebewesen stellen dafür hochwertige Chemikalien her. Vor kurzem haben die beiden Firmen das Forschungsprojekt Rheticus II gestartet.

Der vollständig automatisierte CO 2 -Elektrolyseur von Siemens erzeugt Kohlenmonoxid und liefert mit Wasserstoff die Hauptnahrung für die Bakterien im Bioreaktor.

aus einem CO 2 -Elektrolyseur und einem Bioreaktor. In Elektrolyseuren werden in einem ersten Schritt Kohlendioxid und Wasser mit Strom in Kohlenmonoxid (CO) und in Wasserstoff umgewandelt.

Aus dem dabei entstehenden Synthesegas wandeln spezielle Mikroorganismen die CO-haltigen Gase zu Chemikalien um.

Mit der Elektrolysetechnik und der Biotechnologie bringen Siemens und Evonik jeweils ihre Kernkompetenzen in diese künstliche Photosynthese ein. Bei der künstlichen Photosynthese werden chemische und biologische Schritte so kombiniert, dass mithilfe von elektrischer Energie aus CO 2 und Wasser verwertbare Chemikalien entstehen. Pflanzen machen

es bei der natürlichen Photosynthese ganz ähnlich: Sie nutzen Chlorophyll, Enzyme und Sonnenlicht, um damit Glucose herzustellen – einen lebenswichtigen und energiereichen Nährstoff. Ein weiterer Vorteil von Rheticus: Die Technologie trägt dazu bei, die Kohlendioxidbelastung der Atmosphäre zu reduzieren, da CO 2 als Rohstoff verwendet wird. So würde beispielsweise die Herstellung einer Tonne Butanol drei Tonnen Kohlendioxid benötigen. Evonik nahm im Frühjahr 2019 das Synthese-Modul in Betrieb: Kernstück ist ein acht Meter hoher Bioreaktor aus Edelstahl mit einem Fassungsvermögen von 2000 Litern. Mikroorganismen verrichten darin kontinuierlich ihre Arbeit. Wasser11/2019

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In diesem Modul der Rheticus-Versuchsanlage arbeiten Bakterien an der Umwandlung von Synthesegas in Spezialchemikalien wie Butanol.

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stoff und Kohlenmonoxid bilden die Hauptnahrung der BakteriBei Interesse melden Sie sich bitte direkt bei: en. Siemens hat einen CO 2 -Elektrolyseur entwickelt, vollständig automatisiert und im Sommer 2019 in einen Container inte­ EGT CHEMIE AG, Industriestrasse 7 griert. Der weltweit erste CO 2 -Elektrolyseur besteht aus zehn CH-5522 Tägerig, Tel. 0041 56 481 70 60 Zellen mit einer Gesamtelektrodenfläche von 3000 cm². In den info@egtchemie.ch, www.egtchemie.ch nächsten Monaten geht es darum, Elektrolyseur und Bioreaktor zusammenzuschliessen. Zusätzlich entsteht eine Einheit zur Aufarbeitung der Flüssigkeit aus dem Bioreaktor, um die reinen Chemikalien zu erhalten. Im Testbetrieb erzeugen die Bakterien Ins EGT_zu vermieten.indd 1 zu Forschungszwecken Butanol und Hexanol, Ausgangsstoffe zum Beispiel für Spezialkunststoffe oder Nahrungsergänzungsb mittel. Allerdings sind auch noch andere Spezialchemikalien vorstellbar – je nach Bakterienstamm und Bedingungen. Nach erfolgreichem Abschluss von Rheticus II werden Evonik und SieKompakt – Leistungsstark – Preiswert mens eine einzigartige Plattformtechnologie zur Verfügung haben, die energie- und werthaltige Stoffe wie Spezialchemikalien oder künstliche Treibstoffe aus CO 2 herstellt – modular und flexibel.

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VERFAHRENSTECHNIK

Alle Rapsfelder in der Schweiz zusammengezählt, ergibt eine Fläche von 23 800 Hektaren.

Sonnenblumen, Raps und Lupinen

Grüne Chemie – eine Zusammenarbeit

Im Alltag begegnen sie uns ständig: Tenside. Die waschaktiven Substanzen bilden den Kern von Wasch- und Reinigungsmitteln sowie Körperpflegeprodukten. Viele Tenside werden auf der Basis von Erdöl und tropischen Ölen hergestellt. Forscherinnen und Forscher des Verbundprojektes «LipoPep» untersuchen, wie natürliche Quellen für die Herstellung der Tenside und den Syntheseprozess weiter optimiert und nachhaltiger gestaltet werden können.

Das Projekt wird über das Programm «FHprofUnt» des Bundesministeriums für Bildung und Forschung mit 600 000 Euro gefördert. Das Programm unterstützt Forschung an Fachhochschulen in Kooperation mit Unternehmen.

Tenside mit guter Hautverträglichkeit In dem interdisziplinären Verbundprojekt sollen Lösungen entwickelt werden, die zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in der chemischen Industrie beitragen: Zum einen bilden heimische nachwachsende Rohstoffe wie Sonnenblumen, Raps oder Lupinen das Ausgangsmaterial, um neue biobasierte Tenside zu entwickeln. Zum anderen sollen neue biokatalytische und chemische Syntheseverfahren etabliert 54

werden, die den Prinzipien der «Grünen Chemie» Rechnung tragen. «Da Tenside in grossen Mengen produziert werden und in die Umwelt gelangen, wollen wir im Rahmen des interdisziplinären Verbundprojektes biobasierte Produkte entwickeln und dabei die Syntheseverfahren selbst nachhaltiger gestalten», unterstreicht Projektleiter Prof. Dr. Ulrich Schörken, Professor für Green Chemistry an der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln.

«Unsere Zielprodukte sind Lipopeptide, die sich durch ihre gute Hautverträglichkeit

Forschen für eine «grünere» Chemie Im interdisziplinären Verbundprojekt werden an der TH Köln biokatalytische und chemische Synthesestrategien entwickelt, um biobasierte Tenside wie z. B. Liopeptide herzustellen. An der FH Aachen wird an neuen Biokatalysatoren für die Lipopeptid-Synthese geforscht.

Die physikochemische Charakterisierung, wie z. B. das Schaumvermögen und die Grenzflächenaktivität der neuen, nachhaltigen Biotenside, erfolgt am Campus Leverkusen der TH Köln. Hier wird das Projekt auch durch die Synthese bioaktiver Peptide und der Strukturanalytik ergänzt.

Bild: Michael Bause/TH Köln

In einem gemeinsamen Projekt erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der Technischen Hochschule Köln zusammen mit der Fachhochschule Aachen, wie sich nachwachsende Rohstoffe aus heimischen Pflanzen wie Lupinen, Sonnenblumen und Raps zur Herstellung von Tensiden nutzen lassen. Ebenso waren die BASF Personal Care and Nutrition GmbH und die Henkel AG & Co. KGaA am Projekt mit Namen «LipoPep» beteiligt.

Von links nach rechts: Prof. Dr. Ulrich Schörken, Devrim Eren Seitz, Lars Nitzsche und Tristan Jolmes.

auszeichnen», so Prof. Schörken. «Wir wollen in Jülich neue Enzyme für diese Reaktion entwickeln und damit gemeinsam mit den Forscherinnen und Forschern der TH Köln umweltfreundliche biokatalytische Synthesen entwickeln», ergänzt Prof. Dr. Petra Siegert vom Campus Jülich der FH Aachen.

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt «Lipo­ Pep» soll die Expertise der TH Köln in den Bereichen Biotechnologie und Green Chemistry weiter stärken. Ziel ist es, eine langfristig orientierte, interdisziplinäre Forschung im Bereich nachhaltiger Prozesse an der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln am Hochschulstandort Leverkusen zu etablieren.

Medienmitteilung TH Köln www.th-koeln.de 11/2019

MANAGEMENT

Fachwissen geht verloren

Demographischer Wandel – wie weiter?

Arbeitgeber sind sehr offen, was die Beschäftigung von Personen über das ordentliche Pensionsalter hinaus betrifft.

Eine Studie des Instituts für Finanzdienstleistungen Zug IFZ der Hochschule Luzern zu Zustand und Handlungsbedarf des Generationenmanagements in Unternehmen in der Schweiz zeigt: Rund die Hälfte der befragten Unternehmen beschäftigen schon heute Personen im Rentenalter und eine Mehrheit der anderen Unternehmen kann es sich für die Zukunft vorstellen. Eine grosse Mehrheit der Arbeitgeber findet es insgesamt wichtig, Mitarbeitende im Unternehmen zu halten und unterstützt diese mit Entwicklungsund Weiterbildungsangeboten. Denn viele Unternehmen sind bereits vom Fachkräftemangel betroffen und sehen, dass sich das Pro­blem mit dem demographischen Wandel zunehmend verschärfen wird. «Ein aktives und gutes Generationenmanagement ist wichtig, um dieser Situation zu begegnen und den Wissensverlust durch das Ausscheiden von älteren Mitarbeitenden zu vermeiden», sagt Anina Hille, Dozentin am IFZ und Co-Autorin der Studie.

Unternehmen handeln trotzdem nicht Die befragten Arbeitgeber haben die Notwendigkeit von Generationenmanagement erkannt: Über zwei Drittel der befragten Arbeitgeber erachtet Generationenmanagement als wichtig oder sehr wichtig, um dem demographischen Wandel und Fachkräftemangel zu begegnen. Trotz der hohen Bedeutung und dem Nutzen, welche Arbeitgeber dem Thema beimessen, besteht Potenzial in der Umsetzung be11/2019

Bilder: FH Zentralschweiz

Ältere Menschen bleiben länger im Beruf, aber nur wenige junge Fachkräfte rücken nach. Eine Studie des Instituts für Finanzdienstleistungen Zug (IFZ) der Hochschule Luzern zeigt: Ein professionell umgesetztes Generationenmanagement wird wichtiger denn je, um die Arbeitsmarktfähigkeit länger zu erhalten. Die Diskriminierung und Vorurteile gegenüber älteren Mitarbeitenden müssen verschwinden und der Wissenstransfer zwischen den Generationen gefördert werden.

Bild 1: Antworten der Grossunternehmen zur Frage «Wie wichtig ist das Thema Generationenmanagement für Ihr Unternehmen im Allgemeinen?» graphisch dargestellt.

züglich strategischer, struktureller und kultureller Aspekte: Unternehmen messen dem Wissenstransfer und der Zusammenarbeit zwischen den Generationen eine hohe Bedeutung für den Unternehmenserfolg bei. Zwar ist die Mehrheit der KMU und knapp die Hälfte der Grossunternehmen der Meinung, dass dieser zumindest teilweise stattfindet, aber sie beobachten dies stärker von älteren zu jüngeren Arbeitnehmenden als umgekehrt. «Vor dem Hintergrund des Fachkräftemangels und des technischen Fortschritts wäre ein gelingender Wissenstransfer in beide Richtungen wünschenswert», sagt Anina Hille.

Sowohl Arbeitgeber als auch Arbeitnehmende erachten es als wichtig, die Arbeitsmarktfähigkeit mit Entwicklungs- und Weiterbildungsmassnahmen aufrechtzuerhalten.

Dennoch ist die Offenheit und Bereitschaft der Arbeitnehmenden für Weiterbildungen und Umschulungen gemäss Studie altersab-

hängig und in der Tendenz bei älteren Personen signifikant weniger hoch. Ältere Arbeitnehmende schätzen ihre Chance auf dem Arbeitsmarkt signifikant schlechter ein als jüngere. Auch Arbeitgeber schätzen ihre Attraktivität für ältere Mitarbeitende, verglichen mit anderen Gruppen von Mitarbeitenden, als geringer ein. Zudem gibt mehr als ein Drittel der Unternehmen an, jüngere Personen bei der Neueinstellung gegenüber älteren vor-

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MANAGEMENT

zuziehen – bei gleicher Ausbildung und Qualifikation. Allerdings gibt die Hälfte der Unternehmen an, dass ältere Arbeitnehmende eine hohe Wertschätzung im Unternehmen erfahren und die Studie zeigt, dass Arbeitgeber Aspekte erfüllen, welche älteren Personen wichtig sind.

Ältere erwarten keinen höheren Lohn Es erweist sich als Vorurteil, dass ältere Mitarbeitende von Grossunternehmen mit steigendem Alter einen steigenden Lohn erwarten. Die Umfrageergebnisse zeigen, dass eine Mehrheit auch der älteren Arbeitnehmenden selbst nicht den Anspruch haben, dass der Lohn mit steigendem Alter kontinuierlich steigt. «Um Vorurteile wie diese zu entkräften, müssen Arbeitgebende und Mitarbeitende weiter sensibilisiert werden», sagt Anina Hille. Denn eine überwiegende Mehrheit der Grossunternehmen ist überzeugt, dass bei den Mitarbeitenden Vorurteile gegenüber älteren Kollegen vorhanden sind. Auch die Unternehmen selbst ordnen bestimmte Eigenschaften gemäss gängigen Stereotypen jüngeren und älteren Mitarbeitenden zu.

Die Studie identifiziert mehrere Handlungsfelder für ein besseres Generationenmanagement in Unternehmen. Welche Aspekte beispielsweise den Arbeitnehmenden zwar wichtig sind, die sie aber derzeit als nicht erfüllt betrachten. Wo in solchen sogenannten Gap-Analysen die Unterschiede zwischen Anspruch und Wirklichkeit am grössten sind, besteht mithin der grösste Handlungsbedarf. Dabei lassen sich altersspezifische Unterschiede feststellen. Beispielsweise sind für ältere Arbeitnehmende von Grossunternehmen die Aspekte «Arbeitsplatzsicherheit», «Organisation/Kommunikation/Information» und «Führung/

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Bild 2: Die Antworten derjenigen Gruppe der Grossunternehmen, die Generationsmanagement für (sehr) wichtig halten, zur Frage «Findet Wissenstransfer und Kommunikation zwischen Generationen statt?» illustriert.

Bild 3: Die Antworten auf die Frage «Findet Wissenstransfer und Kommunikation zwischen Generationen statt?» von derjenigen Gruppe, die Generationenmanagement unwichtig oder zumindest weniger wichtig finden.

Klima im Unternehmen» wichtig. Jüngere achten eher auf «Vergütungssystem» und «Angemessene und faire Arbeitsbelastung (Work-Life-Balance)». Laut den Autorinnen der Studie sollten Arbeitgeber hier klären, ob sie nicht vermehrt auf altersspezifische Bedürfnisse der Mitarbeitenden eingehen können, um die Zusammenarbeit zu verbessern und dem Wissensverlust vorzubeugen. Werden altersspezifische Bedürfnisse nicht berücksichtigt, können generelle Massnahmen zum Wissenstransfer und zur intergenerationellen Zusammenarbeit nicht wirksam werden.

Die Studie der Hochschule Luzern ist ein Teilergebnis des Projekts «Integratives Generationenmanagement», welches von der Fachkräfteinitiative des Staatssekretariats für Wirtschaft (Seco) unterstützt und zusammen mit Wirtschaftspartnern durchgeführt wird. Forschende untersuchten den

Ist-Zustand auf dem Schweizer Arbeitsmarkt und dokumentierten Massnahmen, Präferenzen und Erwartungen im Bereich Generationenmanagement auf Angestellten- und Arbeitgeberseite. Untersucht wurden Grossunternehmen und KMU in Online-Umfragen. 416 Arbeitgeber (323 in KMU, 93 in Grossunternehmen) und 1179 Arbeitnehmende (212 in KMU, 967 in Grossunternehmen) beantworteten die Fragen.

Kontakt Dr. Anina Cristina Hille Hochschule Luzern Werftestrasse 4 CH-6002 Luzern +41 41 757 67 26 anina.hille@hslu.ch www.hslu.ch

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WERKSTOFFE

Stark haftende Nanofasern entdeckt

Natürliche Nanofasern aus Zellulose

Dank ihrer schleimig-rutschigen Hülle gleiten Samenkörner unverdaut durch den Verdauungstrakt von Vögeln. So werden sie unbeschädigt ausgeschieden und können sich auf diese Weise weiterverbreiten. Vermutet wird, dass der Schleim der Samenkörner unter anderem eine Schutzfunktion erfüllt. «Um mehr über die Funktion des Schleims zu erfahren, untersuchten wir zunächst den Aufbau und die physikalischen Eigenschaften der Schleimhülle», so Zoologie-Professor Stanislav Gorb, Leiter der Arbeitsgruppe «Funktionelle Morphologie und Biomechanik» an der CAU. Dabei stellten sie fest, dass ihre mechanischen Eigenschaften vor allem von winzigen Fasern abhängen, die den Schleim mit dem Samenkorn verbinden.

Die Pektinen in der Schale der Samenkörner können eine grosse Menge von Wasser aufnehmen und so in wenigen Minuten eine gelartige Kapsel um das Samenkorn bilden. Durch die feinen Zellulosefasern mit einem Durchmesser von bis zu 100 Nanometern ist sie fest an der Oberfläche des Samens verankert. Die Fasern bilden so gewissermassen das stabilisierende Rückgrat der Schleimhülle.

Je nach Wasserkonzentration ändern sich die Eigenschaften des Schleims. «Eigentlich macht der Schleim die Samen sehr rutschig. Wenn wir den Wassergehalt reduzieren, wird er jedoch klebrig und beginnt zu haften», fasst Gorb ein Ergebnis aus früheren Untersuchungen in Kooperation mit Agnieszka Kreitschitz zusammen. Die Haftkraft wird zusätzlich erhöht durch Kräfte, die zwischen den einzelnen vertikal aufgestellten Nanofasern des Samenkorns und der anhaftenden Oberfläche wirken.

Um die Schleimhülle unter dem Raster­ elektronenmikroskop untersuchen zu kön11/2019

nen, nutzt das Kieler Forschungsteam eine besonders schonende Methode, die sogenannte kritische Punkttrocknung (critical-point drying, CPD). Hierfür entwässerten sie die Schleimhülle von verschiedenen Samenkörnern schrittweise mit flüssigem Kohlenstoffdioxid – statt wie normalerweise mit Ethanol. Vorteil dieser Methode ist, dass sich flüssiges Kohlenstoffdioxid bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen kontrolliert verdampfen lässt, ohne dass sich eine Oberflächenspannung in der Hülle bildet. So konnte das Forschungsteam dem Schleim gezielt das Wasser entziehen, ohne die Oberfläche der Hülle auszutrocknen und damit die ursprüngliche Zellstruktur zu zerstören. Durch die punktgenaue Trocknung blieben die einzelnen Zellulosefasern unbeschadet freistehend.

Fast so haftstark wie Kohlenstoffnanoröhren Die getrockneten Zellulosefasern testete das Forschungsteam auf ihre Reibungsund Adhäsionseigenschaften und verglich sie mit denen synthetisch hergestellter Kohlenstoffnanoröhren «carbon nanotubes». Diese mikroskopisch kleinen Gebilde sind aufgrund ihrer herausragenden elek­ trischen Leitfähigkeit, Reissfestigkeit oder ihrer Reibungseigenschaften für zahlreiche industrielle Anwendungen interessant.

«Unsere Tests zeigen, dass die Reibungsund Haftkräfte der Zellulosefasern fast genauso hoch sind wie bei vertikal stehenden Kohlenstoffnanoröhrchen», sagt Clemens Schaber, Erstautor der Studie. «Grund sind ihre ähnlichen Dimensionen.» Durch die besondere Trocknungsmethode können die Forschenden die Haftstärke ausserdem ge-

Bilder: Kreitschitz

Die Samenkörner von einigen Pflanzen wie Basilikum oder Wegerich bilden eine Schleimhülle, sobald sie mit Wasser in Berührung kommen. Diese besteht vor allem aus Zellulose und quellenden Pektinen. Um die physikalischen Eigenschaften der schleimigen Hülle näher untersuchen zu können, nutzte ein Forschungsteam vom Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) eine spezielle Trocknungsmethode, die der Schleimhülle schonend das Wasser entzieht. Dabei fand das Team heraus, dass sich auf diese Weise haftstarke Nanofasern aus Zellulose herstellen lassen. Sie könnten künftig für Anwendungen in der Biomedizin interessant sein.

Durch den Kontakt mit Wasser bildet das Samenkorn von Neopallasia pectinata aus der Familie der Korbblütler eine schleimige Hülle aus.

Eine Detailaufnahme des Mikroskops zeigt eingefärbte Zellulosefasern an der Oberfläche eines Samenkorns von Artemisia leucodes aus der Familie der Korbblüter.

zielt variieren. In Gorbs Arbeitsgruppe untersucht der Zoologe und Biomechaniker die Wirkung von biologischen Nanofasern und die Möglichkeit, sie mit technischen Mitteln zu imitieren. «Als natürlicher Rohstoff hätten die Zellulosefasern deutliche Vorteile gegenüber Kohlenstoffnanoröhren, deren gesundheitliche Auswirkungen noch nicht vollständig untersucht sind», so Schaber weiter.

Nanozellulose kommt vor allem in biologisch abbaubaren Kunststoffverbundmaterialien zum Einsatz, die in der Biomedizin oder der Ernährungsindustrie eingesetzt werden.

Medienmitteilung Universität Kiel www.uni-kiel.de 57

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Durch die zunehmende Automatisierung im Labor ist Bedarf an Fördersystemen mit einfachster Handhabung entstanden, so dass eine individuelle Einstellung des Anpressdruckes, der auf den Schlauch wirkt, nicht mehr erforderlich ist. Bei der Pumpe «EasyClick» der Firma Spetec wird der Schlauch in eine Anpress-Kassette gesetzt, die als

kompakte Einheit eingelegt wird und nur noch mit einem «Click» einrastet. Der Anpressdruck nach zunehmenden Verschleiss des Schlauches reguliert sich automatisch über einen Federmechanismus.

Mithilfe von Pumpenschläuchen eignen sich peristaltische Pumpen zur kontinuierlichen Förderung von Flüssigkeiten. Das Fördermedium kommt somit nicht mit beweglichen Teilen in Berührung. In Abhängigkeit von der Grösse des Pumpenkopfes kann sie mit ein bis fünf Kanälen bestückt werden. Die Anzahl der Rollen auf dem Pumpen­kopf ist ein Kriterium für die pulsationsarme, kontinuierliche Förderung. Somit sind je nach Grösse des Kopfes sowie des Schlauchdurchmessers Fördermengen in den Bereichen von µl/min bis hin zu l/min möglich.

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