ChemieXtra 6/2022 by SIGWERB GmbH

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Juni 2022

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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NEUES DENKEN FÜR DAS LABOR DER ZUKUNFT. Was auch immer die Zukunft bringt, auf der analytica erfahren Sie es zuerst: die 28. Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference zeigt den Weg zum vernetzten Labor. Aussteller, Fachpublikum und Experten aus aller Welt präsentieren und diskutieren konkrete Lösungen, relevante Produktinnovationen und digitale Visionen. Jetzt Ticket sichern: analytica.de/tickets Kontakt: BTO Solutions Schürch AG, Tel. 044 350 3602, info@bto-solutions.ch

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EDITORIAL

Growing ideas for science

Miniaturisierung hat auch mit Demokratie zu tun Kaum hatte die Menschheit die Höhlen verlassen, machte sie dank der technologischen Entwicklung riesige Fortschritte. Machbarkeit statt Nachhaltigkeit wurde schnell zum Motor. Die Resultate davon sehen wir am momentanen Zustand der Erde. Einer der möglichen Schritte, aus dem Schlamassel herauszukommen, ist die technologische Weiterentwicklung, die zu immer stärkerer Miniaturisierung führt. Schauen wir nur wenig zurück auf die Geschichte des Automobils. Aus der pferdelosen Droschke wurde ein fahrender Computer, der so viel Elektronik enthält, dass selbst der Mensch als Fahrer überflüssig werden kann. Dieser Fortschritt hilft aber nur, wenn die Technologie der Allgemeinheit zugänglich wird. Nicht der «Maybach» hat die Autoindustrie entscheidend weitergebracht, sondern die Entwicklung und massenhafte Verbreitung des Modells T von Ford. Verkleinern bedeutet demokratisieren und gleichzeitig Ressourcen einsparen. Und so sind wir bei der heutigen Forschung und Entwicklung. Energiespeicherung und -einsparung wird uns immer begleiten. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass die Batterien immer kleiner und, die entsprechenden Minimaschinen und Geräte immer mehr geschrumpft werden. Ein Forschungsteam der Technischen Universität Chemnitz entwarf eine Batterie, die direkt in einen Chip integriert werden kann, deutlich weniger als einen Quadratmillimeter Platz in Anspruch nimmt und eine Mindest-Energiedichte von 100 Mikrowattstunden pro Quadratzentimeter besitzt. Auch die Erforschung und Bekämpfung der Covid-Pandemie hat von der Miniaturisierung profitiert. Das «kleinste Labor» ist weltweit täglich millionenfach im Einsatz. Als portables «Arbeitsplatz» im Kleinstformat zeigt der CoronaAntigen-Schnelltest deutlich, welches Potenzial in Lab-on-chip-Systemen steckt. Momentan wird daran gearbeitet, das System noch effizienter und vor allem billiger zu machen. Die Analytik bewegt sich schon längst auf der molekularen oder gar atomaren Ebene. Forscher haben in Allschwil das erste serienmässige Elektrone ndiffraktometer präsentiert. Es schliesst eine Forschungslücke und dank ihm kann die exakte Struktur zahlreicher potenzieller Wirkstoffe erst bestimmt werden. Bis heute warten Millionen solcher Substanzen in den Laboratorien, um eingesetzt werden zu können. Wir wünschen beim Lesen viel Vergnügen, und einen warmen und erholsamen Sommer.

Wir sind bereit für den nächsten Schritt. Über 140 Jahre Erfahrung für 100 % Entfaltung. #growwithus

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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

CHEMIE

Die kleinste Batterie der Welt

Dank einer besonderen «Falttechnik» ist es Wissenschaftlern der Technischen Universität Chemnitz gelungen, die bisher kleinste Batterie herzustellen.

MEDIZIN Prognosen zur Spitalauslastung dank Wetterdaten

Ein vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) gefördertes Forschungsteam hat ein mathematisches Frühwarnsystem für Grippewellen entwickelt, das Spitäler nutzen können. Die Basis dazu bilden Wetterdaten.

BIOWISSENSCHAFTEN Die direkte Art, Wirkstoffe gegen Krebs zu finden

VERANSTALTUNGEN Die Messe erwartet 800 Ausstellende

Forschende am Paul-Scherrer-Institut (PSI) und dem Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) haben eine neuartige Substanz entwickelt, die ein Protein im Zellskelett lahmlegt und dadurch zum Zelltod führt. Solche Substanzen können beispielsweise Tumore am Wachstum hindern.

LABOR Wie die kleinsten Labore werden günstiger werden

Forschende entwickeln Fertigungsverfahren und Methoden für die günstige Produktion von Schnelltest-Kartuschen.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 7 × jährlich Jahrgang 12. Jahrgang (2022) Druckauflage 8700 Exemplare

Hamilton hat seinen Reinraum und die sich darin befindenden Produktionskapazitäten in kürzester Zeit beinahe verdoppelt.

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Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

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Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Alte Bahnhofstrasse 9a CH-5610 Wohlen +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch

ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com

Alexander Jegge a.jegge@sigwerb.com

Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Redaktionelle Mitarbeit Dr. Kurt Hermann

Wie ein Reinraum in Rekordzeit verdoppelt wird

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

Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com

WEMF / SW-Beglaubigung 2021 7689 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 127 Exemplare davon verkauft

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Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto)

Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen.

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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

UMWELT

Genetik könnte dienen oder schaden

Eine Uhr dosiert Parkinson-Medikamente

Ein einziges Gen steuert die Artenvielfalt in einem Ökosystem. Das zeigt ein Forscherteam der Universität Zürich in einem Laborexperiment mit einer Pflanze und dem dazugehörigen Ökosystem von Insekten.

Für Menschen, die an Parkinson erkrankt sind, ist die richtige Einstellung der Medikamente entscheidend. Ein Sensorsystem und eine modifizierte Smart Watch helfen, die richtige Dosierung zu finden.

PUBLIREPORTAGE

Neue Massstäbe für das Labor der Zukunft

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Man sieht dem neuen Radar-Füllstandsensor VEGAPULS 6X auf den ersten Blick nicht an, was in ihm steckt: Hochpräzise Füllstand-Messtechnik, die keinen Unterschied zwischen Flüssigkeiten und Schüttgut macht. Ganz egal, ob Ihre Medien flüssig oder fest, heiss, kalt oder aggressiv sind, mit dem VEGAPULS 6X bekommen Sie einen Sensor für alle Anwendungen. Über den neuen Konfigurator oder bei einer persönlichen Beratung können Sie alle Parameter an uns übermitteln. Wir wählen dann die passende Geräteausführung für Ihren Prozess.

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Einer für alles

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ZUM TITELBILD

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VERBANDSSEITEN SCV-Informationen

Was die Analytik für Konsumenten leistet

VERFAHRENSTECHNIK Moleküle eingesperrt – Freiraum für Forschende

Die Entwicklung und Herstellung neuer Pharmaprodukte sollen schneller, effizienter und ergebnisreicher werden. Dieser Trend ist in allen Bereichen der Chemie- und Pharmaindustrie zu spüren. Bei all den Wandlungen muss die Sicherheit/Gesundheit der Mitarbeiter weiterhin berücksichtigt und gewährleistet werden.

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C hemie

Dank Swiss-Roll-Verfahren

Die kleinste Batterie der Welt Dank einer besonderen «Falttechnik» ist es Wissenschaftlern der Technischen Universität Chemnitz gelungen, die bisher kleinste Batterie herzustellen. Diese winzige Batterie könnte künftig in medizinischen Implantaten zum Einsatz kommen. Das Potenzial ist im Gegensatz zur Batterie riesig.

Computer werden immer kleiner, man denke nur an das Smartphone oder Smartwatches – und der Trend zur Miniaturisierung setzt sich fort. Im Extremfall verlangen winzige smarte mikroelektronische Geräte – sogenannte «Smart-Dust-Anwendungen» – wie beispielsweise biokompatible Sensoriken im Körper nach noch viel kleineren Computern und Batterien im Submillimeter-Bereich. Das sind Systeme, die kleiner sind als ein Staubkorn. Diese Entwicklung wurde bisher vor allem von zwei Faktoren gebremst – vom Grössenunterschied zwischen Mikroelektronik sowie der für einen autonomen Betrieb nötigen Mikrobatterie auf der einen Seite und von der Herstellung einer solchen Batterie nach möglichst platz- und ressourcenschonenden Kriterien auf der anderen Seite. Im renommierten und vielzitierten Fachjournals «Advanced Energy Materials» stellen Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik sowie Wissenschaftlicher Direktor des Zentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (Main) an der Technischen Universität Chemnitz, Dr. Minshen Zhu, der am Forschungszentrum Main arbeitet, gemeinsam mit Forschenden des Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden sowie des Changchun-Instituts für Angewandte Chemie eine Lösung für diese Herausforderungen vor. Sie zeigen, wie batteriebetriebene Smart-DustAnwendungen im Submillimeter-Bereich realisierbar sind und präsentieren die mit Abstand kleinste Batterie der Welt als funktionsfähigen und anwendungsnahen Prototypen. «Unsere Ergebnisse zeigen eine ermutigende Energiespeicherleistung im SubQuadratmillimeter-Massstab», sagt Zhu 4

Die kleinste Batterie der Welt kann in grossen Stückzahlen auf einer Wafer-Oberfläche hergestellt werden. (Grafik: TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden)

und Schmidt fügt hinzu: «Es gibt noch ein riesiges Optimierungspotenzial für diese Technologie, so dass in Zukunft noch mit deutlich stärkeren Mikro-Akkus zu rechnen ist.»

Jenseits der Grenzen der Miniaturisierung Die Energie für den Betrieb winziger Computer im Submillimeterbereich kann entweder durch die Entwicklung entsprechender Batterien oder durch «Harvesting»-Verfahren zur Energiegewinnung und Umwandlung bereitgestellt werden. Im Bereich des «Harvestings» wandeln beispielsweise mikrothermoelektrische Generatoren Wärme in Elektrizität um, aber ihre Ausgangsleistung ist zu gering, um staubgrosse Chips anzutreiben. Mechanische Vibrationen sind eine weitere Energiequelle für die Energieversorgung von Geräten im winzigen Massstab. Am vielversprechendsten sind kleine Photovoltaik- und

Prof. Dr. Oliver G. Schmidt ist Pionier in der Erforschung und Entwicklung extrem kleiner, formbarer und flexibel einsetzbarer Mikrorobotik. Im Bild hält er eine ultra-flexible, mikroelektronische Folie. (Bild: TU Chemnitz)

Solarzellen, die Licht in elektrische Energie auf kleinen Computerchips umwandeln. Licht und Vibrationen stehen aber nicht zu jeder Zeit an jedem Ort zur Verfügung, so6/2022

C hemie

DAMPFSTERILISATOREN dass ein bedarfsgesteuerter Betrieb in vielen Umgebungen unmöglich ist, so zum Beispiel auch im menschlichen Körper, wo winzige Sensoren und Aktuatoren eine kontinuierliche Stromversorgung benötigen. Leistungsstarke Mini-Batterien würden dieses Problem lösen. Die Herstellung winziger Batterien unterscheidet sich allerdings gravierend von ihren aus dem Alltag bekannten Pendants. So werden kompakte Batterien mit hoher Energiedichte wie Knopfzellen mittels Nass chemie hergestellt. Elektrodenmaterialien und Zusatzstoffe (Kohlenstoffmaterialien und Bindemittel) werden zu einer Aufschlämmung verarbeitet und auf eine Metallfolie aufgetragen. On-Chip-Mikrobatterien, die mit solchen gängigen Technologien hergestellt werden, können zwar eine gute Energie- und Leistungsdichte liefern, haben aber eine Grundfläche von deutlich mehr als einem Quadratmillimeter.

Das Swiss-Roll-Verfahren – oder die «Rouladentechnik» Für die On-Chip-Herstellung von Batterien kommen gestapelte Dünnschichten, Elektrodensäulen oder ineinandergreifende Mikroelektroden zum Einsatz. Diese Konstruktionen leiden jedoch häufig unter einer geringeren Materialqualität und die Grundfläche der Batterien kann nicht deutlich unter einen Quadratmillimeter reduziert werden, sodass nicht für ausreichend gespeicherte Energie gesorgt werden kann. Kurz gesagt: Die Batterien haben nicht genug Leistung und benötigen zu viel Platz. Das Ziel des Forschungsteams war es daher, eine Batterie zu entwerfen, die direkt in einen Chip integriert werden kann, deutlich weniger als einen Quadratmillimeter Platz in Anspruch nimmt und eine Mindest-Energiedichte von 100 Mi krowattstunden pro Quadratzentimeter besitzt. Dazu haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Aufwickeln von Leiterund Elektrodenbändern – das Verfahren nutzt zum Beispiel auch Tesla bei der Herstellung der Akkus für seine E-Autos – auf die Mikroskala übertragen. Hier kommt das sogenannte «Swiss-Roll» (Englisch für Roulade) beziehungsweise «Mikro-Origami-Verfahren» zum Einsatz. Durch das abwechselnde Aufbringen einiger weniger dünner Lagen aus polymerischen, metalli6/2022

• Instrumentenaufbereitung im Krankenhaus • Infektiöse Labor- und Klinikabfälle • Für das mikrobiologische Labor • Steril-, Pharma- und Medizinprodukte • Gentechnisch veränderte Stoffe

Dr. Minshen Zhu warb für sein exzellentes Forschungsvorhaben im Bereich «Smart Dust» den ersten ERC Grant für die TU Chemnitz ein. (Bild: Jacob Müller)

schen und dielektrischen Materialien auf einer Wafer-Oberfläche entsteht ein unter Spannung stehendes Schichtsystem. Diese mechanische Verspannung kann durch das gezielte Ablösen der dünnen Lagen freigesetzt werden, so dass sich die Schichten von selbst zu einer Art Rouladen-Architektur aufrollen. Es müssen also keine externen Kräfte aufgewendet werden, um die gewickelten Batterien zu erzeugen. Das Verfahren ist kompatibel mit etablierten Methoden der Chip-Industrie und daher in der Lage, Batterien mit hohem Durchsatz auf einer Wafer-Oberfläche zu erzeugen. Mit dieser Methode haben die Forschenden um Schmidt und Zhu aufladbare Mi krobatterien im tiefen Submillimeter-Massstab hergestellt, die die weltweit kleinsten Computerchips für etwa zehn Stunden mit Energie versorgen können – zum Beispiel, um die lokale Umgebungstemperatur kontinuierlich zu messen. Diese winzige Batterie hat ein grosses Potenzial für zukünftige mikro- und nanoelektronische Sensorik und Aktorik in Bereichen des Internets der Dinge, der miniaturisierten medizinischen Implantate, der Mikrorobotik und der ultraflexiblen Elektronik.

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Coulomb Explosion Imaging

Molekül-Schnappschuss durch Explosion Am Röntgenlaser European XFEL hat ein internationales Wissenschaftsteam erstmals einen Schnappschuss eines ringförmigen Moleküls mit einer neuartigen Messmethode gemacht. Forschende vom European XFEL, Desy, der Universität Hamburg und der Goethe-Universität Frankfurt nutzten zusammen mit weiteren Partnern den weltgrössten Röntgenlaser dazu, das Molekül Iodpyridin zu zerschlagen, um aus den entstandenen Bruchstücken das Bild des intakten Moleküls zusammenzusetzen.

Das Fotomotiv zur Explosion bringen, um ein Bild davon zu machen? Diese «rabiate» Methode hat ein internationales Forschungsteam am weltgrössten Röntgenlaser European XFEL zum Ablichten grösserer Moleküle benutzt. Mithilfe ultraheller Röntgenblitze konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Bilder des Moleküls Iodpyridin (Bild 3) in der Gasphase mit atomarer Auflösung aufnehmen. Bei dem Verfahren werden die Moleküle durch den Röntgenlaser zur Explosion gebracht, und aus den Trümmern wird das Bild rekonstruiert. «Dank der extrem intensiven und besonders kurzen Röntgenpulse des European XFEL konnten wir ein für diese Methode und Molekülgrösse beispiellos klares Bild erzeugen», berichtet Rebecca Boll von European XFEL, Initiatorin des Experiments und eine der beiden Erstautorinnen der Veröffentlichung, in der das Team seine Ergebnisse im Fachblatt «Nature Physics» beschreibt. Solche deutlichen Abbildungen von grösseren Molekülen waren mit der verwendeten Technik bislang nicht möglich.

Für photochemische Prozesse interessant Die Aufnahmen sind ein wichtiger Schritt hin zu Molekül-Filmen, mit denen Forschende in Zukunft mit hoher Auflösung Details von biochemischen, chemischen und physikalischen Reaktionen beobachten möchten. Von solchen Filmen werden neue Anstösse für Entwicklungen in verschiedenen Forschungsgebieten erwartet. «Die von uns verwendete Methode ist insbesondere zur Untersuchung photochemischer Prozesse interessant», erklärt Till Jahnke, European XFEL und Goethe-Uni6

Bild 1: Forschende verwenden Röntgenstrahlen, um eine heftige Explosion einzelner Moleküle auszulösen. Aus dem Fragmentierungsmuster schliessen sie auf detaillierte Informationen über das Molekül und seine Fragmentierung. (Bild: illustratoren.de/TobiasWuestefeld in cooperation with European XFEL)

versität Frankfurt, der ebenfalls zum Kernteam der Untersuchung zählt.

Innerhalb weniger Femtosekunden Solche Vorgänge, bei denen chemische Reaktionen durch Licht ausgelöst werden, sind sowohl im Labor als auch in der Natur von grosser Bedeutung, beispielsweise bei der Photosynthese oder beim Sehprozess im Auge. «Die Entwicklung solcher Filme ist zunächst Grundlagenforschung, aber die damit gewonnenen Erkenntnisse könnten in der Zukunft dazu beitragen, solche Prozesse besser zu verstehen und neue Ideen für die Medizin, nachhaltige Energiegewinnung oder Materialforschung zu entwickeln», hofft Jahnke. Bei der als Coulomb Explosion Imaging bezeichneten Methode schlägt ein hoch-

Bild 2: Das Hauptgebäude und das Betriebsrestaurant des European XFEL in leuchtendem Orange. (Bild: European XFEL)

intensiver und ultrakurzer Röntgenlaserpuls aus den Atomen des Moleküls zahlreiche Elektronen heraus. Zurück bleiben elektrisch positiv geladene Atome, die sich gegenseitig abstossen. Durch die starke elektrostatische Abstossung explodiert das 6/2022

Bild 3: Iodpyridin: Der Ring wird von Kohlenstoffatomen (grau) und einem Stickstoffatom (blau) gebildet. Das Jodatom (violett) sitzt aussen am Ring. (Bild: European XFEL/Rebecca Boll, Till Jahnke)

ser Science (CFEL) bei Desy, die andere Erstautorin der Studie. «Mit unserer Arbeit haben wir diese Grenze beim Coulomb Explosion Imaging durchbrochen.» Iodpyridin (C5H4IN) ist ein Molekül aus elf Atomen. Aufnahmestudio für die explosiven Molekülbilder ist die Experimentierstation Small Quantum Systems (SQS) am European XFEL. Hier lenken elektrische Felder in einem speziell für solche Untersuchungen entwickelten Coltrims-Reaktionsmikroskop die Molekültrümmer auf einen Detektor. Das an der Goethe-Universität entwickelte Reaktionsmikroskop misst Einschlagort und Einschlagszeitpunkt der Bruchstücke auf dem Detektor und rekonstruiert daraus ihren Impuls – das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit, sozusagen die «Wucht», mit der sie auf den Detektor treffen. «Aus diesen Informationen lassen sich Details über das Molekül gewinnen und mithilfe von Modellen der Ablauf von Reaktionen und Vorgängen rekonstruieren», sagt DesyForscher Robin Santra, der den theoretischen Teil der Arbeit geleitet hat.

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Ein Spielfilm mit einem Molekül als Protagonisten

Bild 4: Die Coulomb-Explosion-Imaging-Aufnahme des Moleküls zeigt detailgenau die Kohlenstoffatome (rot) und das Stickstoffatom (grün). Der Ring erscheint verzerrt, weil der Detektor kein direktes Abbild, sondern den Impuls der Bruchstücke der Explosion registriert, also das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit. Das Jodatom ist nicht dargestellt, da es die waagerechte Achse des Koordinatensystems festlegt. (Bild: European XFEL/Rebecca Boll, Till Jahnke)

Molekül innerhalb von wenigen Femtosekunden – das sind Millionstel einer Milliardstel Sekunde. Die einzelnen Atome fliegen auseinander und werden von einem Detektor registriert.

«Die Grenze wurde durchbrochen» Die Technik soll Momentaufnahmen sehr schneller Prozesse ermöglichen. «Bislang war diese Methode allerdings begrenzt auf kleine Moleküle, die aus nicht mehr als fünf Atomen bestehen», erläutert Julia Schäfer vom Center for Free-Electron La6/2022

Das Coulomb Explosion Imaging eignet sich insbesondere auch dazu, sehr leichte Atome wie Wasserstoff in chemischen Reaktionen genau zu verfolgen. Die Technik ermöglicht detaillierte Untersuchungen einzelner Moleküle speziell in der Gasphase und ist damit eine weitere Methode zur Herstellung von Molekülfilmen, wie sie am European XFEL auch an anderen Experimentierstationen entwickelt werden, beispielsweise an Flüssigkeiten. «Wir wollen fundamentale photochemische Prozesse im Detail verstehen. In der Gasphase gibt es keine Störungen durch andere Moleküle oder die Umgebung. Wir können daher mit unserer Technik einzelne, isolierte Moleküle untersuchen», sagt Jahnke. Und Boll ergänzt: «Wir arbeiten bereits daran, im nächsten Schritt Reaktionsabläufe zu untersuchen und die Einzelbilder zu einem echten Molekülfilm zusammenzufügen. Die ersten Versuche dazu haben wir bereits unternommen.»

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Wie kann die Kommerzialisierung gelingen?

Probleme bei wässrigen Zink-Ionen-Batterien Forschende der Universität Bremen arbeiten derzeit an der nächsten Generation von Energiespeichern. Ihr Ziel sind dabei wässrige Zink-Ionen-Batterien, bei denen jegliche Explosions- oder Brandgefahr ausgeschlossen ist. In der renommierten Wissenschaftspublikation «Nature Communications» haben Fabio La Mantia und sein Team die wichtigsten Herausforderungen beschrieben, die bei der Weiterentwicklung der neuartigen Batterietechnologie bewältigt werden müssen.

Die umweltschonende Energieversorgung der Zukunft ist eines der am meisten diskutierten Themen unserer Zeit. Unsere Gesellschaft muss und will unabhängig von fossilen Brennstoffen werden, um die CO2-Emissionen zu reduzieren und dem Klimawandel zu trotzen. «Grüne Energie» aus erneuerbaren Quellen wie Windparks und Solarpanelen hat einen beispiellosen Schub erhalten. Aber genauso wichtig wie das «Ernten» des Stroms ist auch, immer günstigere und umweltfreundlichere Energiespeicher zu entwickeln. Nur damit lässt sich das Stromnetz künftig stabilisieren, weil es vor Stromspitzen oder Stromausfällen geschützt werden muss. «Leider sind die bereits etablierten Energiespeichertechnologien – wie die weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien – aufgrund der sehr strengen Vorgaben des stationären Energiespeichermarktes in Be-

Forschung zu den Energiespeichern von morgen: Giorgia Zampardi (hier im Bild) hat zusammen mit Fabio La Mantia jetzt neue Erkenntnisse in «Nature Communications» publiziert. (Bild: Federico Scarpioni / Universität Bremen)

zug auf Umweltfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit suboptimal», sagt Professor Fabio La Mantia, Leiter des Fachgebiets Energiespeicher- und Energie-

wandlersysteme der Universität Bremen. Er forscht mit seinem Team deshalb in eine andere Richtung: «Es gibt eine aufstrebende grüne Energiespeicherungs-

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C hemie

technologie, die auf reichlich vorhandenem und günstigem metallischem Zink basiert. Wässrige Zink-Ionen-Batterien könnten die aktuellen Probleme lösen», hofft La Mantia.

Wasserbasierte Technologie eliminiert Gefahren Weil diese Technologie auf Wasser basiert, wird jegliche Explosions- oder Brandgefahr eliminiert. Darüber hinaus – das lässt schon der Name vermuten – bestehen Zink-Ionen-Batterien hauptsächlich aus metallischem Zink und anderen meist günstigen und ungiftigen Materialien. Dadurch wird nicht nur der finale Preis von grüner Energie reduziert, sondern zugleich auch das Risiko von Umweltverschmutzung vermindert. Trotz der guten Voraussetzungen ist die wässrige Zink-IonenBatterietechnologie aber momentan noch weit entfernt von gross angelegter Kommerzialisierung. Die Forschenden an der Universität Bremen fokussieren sich darauf, die Herausforderungen zu überwinden, um wässrige Zink-Ionen-Batterien marktreif zu machen. Die Forschungsgruppe von Fabio La Mantia konzentriert sich dabei auf die Entwicklung von neuartigen zinkbasierten Anoden. Sie sollen die Stabilität und Lebensdauer von Zink-IonenBatterien verbessern. Zudem arbeitet die Gruppe an der Entwicklung von günstigen umweltfreundlichen Kathodenmaterialien sowie der Optimierung von wasserbasierten Elektrolyten.

Die Herausforderungen Im renommierten Wissenschaftsmagazin «Nature Communications» haben La Mantia und sein Team die wichtigen Herausforderungen beschrieben, mit denen die Wissenschaftsgemeinschaft bald konfrontiert sein wird, um diese neuartige Batterietechnologie voranzubringen. So gibt es laut den Forschenden im wesentlichen zwei technische Probleme zu bewältigen: Einerseits ist die spezifische Energie der Zink-Ionen-Zelle noch zu gering und andererseits führen parasitäre Reaktionen in der Zink-Ionen-Zelle zu einer ungewollten Wasserstoffentwicklung an der Zink-Anode. Durch diese Reaktion steigt der pH-Wert lokal an. Dies führt zu «inhomogenen lamellaren Ablagerungen» und zu einer Effizienzverminderung der ZinkIonen-Zelle. Die Autoren betonen in ihrer Publikation: «Nur wenn die Forschenden sich auf die wesentlichen Probleme konzentrieren, die derzeit die praktische Anwendung von wässrigen Zink-IonenBatterien einschränken und wenn sie in der akademischen Forschung eine gute experimentelle Praxis anwenden, die die realen Arbeitsbedingungen widerspiegeln werden, die für stationäre Stromnetzanwendungen vorgesehen sind, werden sie in der Lage sein, die Entwicklung der wässrigen Zn-Ionen-Technologie voranzutreiben.» Deshalb haben die Bremer zusätzlich Richtlinien für eine gute experimentelle Praxis entwickelt, damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt ihre Forschungsbemühungen an die industriellen Standards und Bedürfnisse anpassen können. Fabio La Mantia: «Ziel ist es, die Vermarktung dieser vielversprechenden umweltfreundlichen Batterietechnologie zu beschleunigen.»

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Das Forscherteam vor der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz (von links): Andrea Prota, Tobias Mühlethaler und Michel Steinmetz (Bild: PaulScherrer-Institut/Mahir Dzambegovic)

Die Substanz, die den Namen Todalam trägt

Die direkte Art, Wirkstoffe gegen Krebs zu finden Forschende am Paul-Scherrer-Institut (PSI) und dem Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) haben eine neuartige Substanz entwickelt, die ein Protein im Zellskelett lahmlegt und dadurch zum Zelltod führt. Substanzen dieser Art können so beispielsweise Tumore am Wachstum hindern. Für ihre Arbeit kombinierten die Forschenden eine strukturbiologische Vorgehensweise mit Wirkstoffdesign am Computer. Die Studie ist in dem Journal «Angewandte Chemie International Edition» erschienen.

Brigitte Osterath ¹ Das Zellskelett, auch Zytoskelett genannt, durchzieht als dynamisches Geflecht von fadenähnlichen Proteinstrukturen alle unsere Zellen. Es gibt ihnen ihre Form, hilft dabei, Proteine und grössere Zellbestandteile zu transportieren, und spielt eine entscheidende Rolle bei der Zellteilung. Zentraler Baustein ist das Protein Tubulin. Es ordnet sich zu röhrenförmigen Strukturen an, den Mikrotubuli-Filamenten. ¹ Brigitte Osterath, Paul-Scherrer-Institut

Wirkstoffe, die am Zellskelett ansetzen, gehören zu den wirksamsten Medikamenten gegen Krebs. Sie binden an Tubulin, blockieren es und verhindern so die Zellteilung bei Tumoren. Forschende am PSI haben in Zusammenarbeit mit dem Istituto Italiano di Tecnologia in Genua eine weitere potente Substanz entwickelt, die Tubulin lahmlegt. Sie tauften sie «Todalam». «Todalam verhindert, dass sich Tubulin in Form von Mikrotubuli-Filamenten anordnen kann», erklärt Erstautor Tobias Mühlethaler, der die Substanz im Rahmen seiner Doktorarbeit am PSI mit entwarf und un-

Sind Kristalle gewachsen oder nicht? Tobias Mühlethaler prüft in der Kristallproduktionsstätte des PSI seine Proteinlösungen. (Bild: PSI/Mahir Dzambegovic)

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tersuchte. «Das Protein verharrt wie eingefroren in einer Struktur, die nicht in die Mikrotubuli passt.»

Gezielt entworfen Um neue Medikamente zu entwickeln, gibt es typischerweise zwei unterschiedliche Herangehensweisen: Forschende testen entweder eine riesige Zahl von Molekülen, um diejenigen herauszufischen, die vielversprechend erscheinen. Oder sie entwerfen gezielt chemische Moleküle, welche die gewünschte Wirkung erzielen. In diesem Fall wählten die Forschenden den zweiten, oft schwierigeren Weg. Dazu konnten sie auf eigene Vorarbeiten zurückgreifen, bei der sie bereits Stellen im Tubulin lokalisiert hatten, an denen Moleküle besonders gut andocken können. Das sind die sogenannten Bindungstaschen, von denen sie 27 fanden. Zudem identifizierten die Forschenden 56 Fragmente, die an diese Stellen binden. Auch diese Arbeiten wurden bereits in der «Angewandten Chemie International Edition» veröffentlicht. In der aktuellen, darauf aufbauenden Studie wählten die Forschenden zunächst eine neu entdeckte Bindungstasche am Tubulin. Dann kombinierten sie am Computer die Strukturen von drei Molekülfragmenten, die bevorzugt an dieser Stelle andocken, zu einer einzigen chemischen Verbindung und synthetisierten diese im Labor. «Indem wir die drei Fragmente miteinander zu einem Molekül verbanden, erhofften wir uns, die Wirkung zu erhöhen, da das neue Molekül die Bindungstasche besser ausfüllt», sagt Michel Steinmetz, Leiter des Labors für Biomolekulare Forschung am PSI.

Einfache chemische Struktur Mittels Messungen an der SynchrotronLichtquelle Schweiz (SLS) überprüften die Forschenden, wie sich das Molekül in der Realität in die Bindungstasche einfügt. In zwei weiteren Zyklen verbesserten sie die Substanz, bis sie zu Todalam gelangten. «Mit relativ einfacher Chemie gelangten wir zu einer potenten Verbindung», sagt Andrea Prota stolz, ein Wissenschaftler in der Steinmetz-Gruppe, der eng mit Mühlethaler zusammengearbeitet hat. In Zellkulturen wiesen die Forschenden nach, dass Todalam Zellen tötet. Kein Wun6/2022

der, denn Tubulin ist lebenswichtig. «Je besser eine Substanz an einer kritischen Stelle im Tubulin bindet, desto giftiger ist sie für die Zellen», erklärt Steinmetz. Das macht Todalam zu einem vielversprechenden Ausgangspunkt, um daraus ein Medikament zu entwickeln. Die derzeit klinisch eingesetzten Zellskeletthemmer sind Naturstoffe mit grossen komplexen Strukturen und dementsprechend schwierig zu synthetisieren. Die neu entwickelte Verbindung Todalam lässt sich

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hingegen in einer einfachen chemischen Synthese im Labor herstellen. «Das bedeutet auch, dass man die Verbindung relativ leicht in grossen Mengen produzieren könnte», betont Steinmetz.

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L abor

Vom Prototypen zur Serienfertigung

Wie die kleinsten Labore günstiger werden Weltweit ist er täglich millionenfach im Einsatz: Als portables Labor im Miniformat zeigt der Corona-AntigenSchnelltest aktuell deutlich, welches Potenzial in Lab-on-chip-Systemen steckt. Immer mehr solcher medizinischer Kleinstsysteme kommen in der Diagnostik zum Einsatz. Bei komplizierteren Testsystemen sind Entwicklung und Herstellung jedoch mit hohen Kosten verbunden. Im Forschungsprojekt Simple-IVD entwickeln Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) zusammen mit mehreren Partnern neue Fertigungsverfahren und Methoden für die günstige Produktion von Schnelltest-Kartuschen.

Lab-on-Chip-Systeme sind nur wenige Zentimeter klein, vereinen aber auf dieser geringen Fläche diverse Funktionalitäten, wie sie in der Vergangenheit nur gut ausgestattete Labore erlaubten. «Gerade in der personalisierten Medizin werden sie in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen», erwartet Dr. Frank Sonntag, Abteilungsleiter Biosystemtechnik und Digitalisierung Fraunhofer IWS. Geringste Mengen an Flüssigkeiten aus Patientenproben lassen sich vollkommen automatisch analysieren. Die einfache Handhabung ermöglicht künftig zudem eine patientennahe Labordiagnostik. Zwar wurden in den vergangenen Jahren in der ganzen Welt verschiedene Lab-onchip-Systeme entwickelt. Davon kam jedoch nur ein kleiner Teil auf den Markt. «Die Hürde ist die Skalierung der im Labormassstab entwickelten Tests für die Massenproduktion», erklärt er. Das Fraunhofer IWS entwickelte eine Lösung für diese Probleme bei der Industrialisierung.

Einmal Planen für gleich mehrere Verfahren Im Mittelpunkt des Projekts «Skalierbare Mikrofertigung polymerer In-Vitro-Diagnostik-Systeme» (Simple-IVD) stehen die InVitro-Diagnostik-Kartuschen (IVD-Kartuschen) für die Schnelltests. «Für den Weg von der Kleinserie hin zu grossen Stückzahlen fehlen aktuell noch prototypische Produktionsprozesse», erläutert Florian Schmieder vom Fraunhofer IWS, der das Projekt koordiniert. Bei der Herstellung im Labor kommen unter anderem Verfahren der additiven Fertigung oder die Multilagenlamination zum Einsatz, also der Auf12

Florian Schmieder überprüft den Prototyp einer komplexen In-Vitro-Diagnostik-Kartusche zur Blutseparation. (Bild: ronaldbonss.com/Fraunhofer IWS)

bau in Schichten aus Polymerfolien, die für die Serienfertigung in Spritzguss oder Rolle-zu-Rolle-Verfahren umgesetzt werden würden. «Bisher mussten Hersteller für die Skalierung in ein anderes Verfahren noch einmal ganz von vorn beginnen», erklärt der Wissenschaftler der Gruppe Mi kro- und Biosystemtechnik. Sein Team hat nun eine Lösung für diese Problematik gefunden, indem es spezielle Designregeln entwickelt und erprobt hat. Mit deren Hilfe können Produzenten bereits in der Planungsphase für die IVD-Kartuschen Anforderungen für verschiedene Herstellungsverfahren sowohl der Prototypenentwicklung als auch für Klein- und Grossserien in ihre Konstruktion einbeziehen. Für mehrere klassische Herstellungstechnologien haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IWS solche Designregeln

Forschende des Fraunhofer IWS entwickeln prototypische Herstellungsprozesse für InVitro-Diagnostik-Kartuschen so weiter, dass sie leicht in Grossserien-Prozesse überführt werden können. (Bild: ronaldbonss.com/ Fraunhofer IWS)

bereits gestaltet. Dazu gehören neben Spritz- und Vakuumguss auch die Multilagenlamination, das Tiefziehen sowie mehrere additive Verfahren. «Künftig werden wir die Palette stetig erweitern», blickt Schmieder voraus. Dabei liessen sich mit Kunden 6/2022

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schnellstmöglich auch Lösungen entwickeln, die genau zu deren Anforderungen passen. Auch eine Rücktranslation von Gross- in Kleinserien wäre praktisch möglich. Interessant seien die Designsets nicht nur für die Hersteller von IVD-Kartuschen. «Es gibt aktuell zahlreiche BiotechnologieStart-ups, die genau solche Möglichkeiten brauchen», erläutert Schmieder.

Lösung spart Zeit und Kosten Grosser Vorteil der neuen Methode: Prototypen und Kleinserien können schneller als bisher in industrielle Lösungen umgesetzt werden. Lab-on-chip-Systeme erreichen somit schneller Marktreife und stehen Anwendern zügiger zur Verfügung. «Wir können die Zeit, die bisher dafür notwendig war, mit unserer weltweit einzigartigen Lösung nahezu halbieren», macht der Forscher deutlich. Das alles reduziert die Kosten im Herstellungsprozess. Alle am Projekt beteiligten Unternehmen erproben und validieren die Designregeln.

«Die im Verbundprojekt Simple-IVD entwickelten Translationstechnologien helfen uns als Hersteller innovativer Blutseparationstechnologien, neue Produkte schnell und kosteneffizient vom Prototypen zum fertigen Serienprodukt zu entwickeln», unterstreicht auch Dr. Wilhelm Gerdes, CSO bei der Cell Copedia GmbH aus Leipzig, die bisherigen Ergebnisse. Bis zum Projektende im Jahr 2022 sollen die Ergebnisse in einen universellen Datensatz übersetzt werden. «Wir wollen mit verschiedenen Verfahren funktional gleichwertige IVD-Kartusche herstellen», erklärt Schmieder die Hintergründe. Ziel ist es, mit unterschiedlichen Methoden die gleiche hohe Qualität der Endprodukte zu erreichen, die in der Anwendung identische Ergebnisse ermöglichen. Massgeschneiderte IVD-Tests ermöglichen im Gesundheitswesen ein individuelles und permanentes Screening von Erkrankungen. «Unser neuartiges Verfahren ermöglicht es, den Markt für das frühzeitige Er-

Im Projekt Simple-IVD werden Designregeln entwickelt und getestet, mit denen es möglich ist, In-Vitro-Diagnostik-Kartuschen funktional gleichwertig über verschiedene Herstellungsverfahren zu produzieren. (Bild: ronaldbonss.com/Fraunhofer IWS)

kennen von Krankheiten zu erschliessen, die aktuell im Rahmen der gesetzlichen Vorsorgeleistungen aus Kostengründen nicht abgedeckt werden können», fasst Frank Sonntag zusammen. Auch der Einsatz für diagnostische Home-Care-Anwendungen in der häuslichen Pflege oder in Pflegeeinrichtung wäre denkbar. www.iws.fraunhofer.de

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Bild 1: Das Analysegerät samt Arbeitsplatz für die Probenvorbereitung lässt sich problemlos in ein kleines Zimmer von ungefähr 10 Quadratmetern einquartieren. (Bilder: zvg)

Wie ein Elektronendiffraktometer misst

Dieses Gerät wird die Branche nachhaltig prägen Ende März dieses Jahres wurde das erste serienmässige Elektronendiffraktometer in Basel-Allschwil der Presse präsentiert. Das Analysegerät schliesst eine wichtige Lücke: Dank ihm kann die exakte Struktur zahlreicher potenzieller Wirkstoffe erst bestimmt werden. Bis heute stehen Millionen solcher Substanzen in den Laboren der Pharmaunternehmen und warten vergeblich auf ihren Einsatz.

Roger Bieri Das erste Abbild der DNA nahm die britische Biochemikerin Rosalind Franklin auf. Sie bestrahlte das Molekül mit Röntgenstrahlen. Dank der Wissenschaftlerin wissen wir heute, wie unser Erbgut aussieht. Sichtbarmachen konnte sie dieses Biomolekül nur mithilfe der Röntgenstrukturana-

lyse. Dieser Technik der Röntgenbeugung verdanken wir seither vieles. Unzählige Verbindungen konnten entschlüsselt werden. Heute gehört sie zur Standardanalyse schlechthin. Doch wie jede Analysemethode hat auch sie ihre Grenzen. Und genau hier setzt die Elektronenbeugung an. Sie misst das, was die Röntgenbeugung technisch nicht erfassen kann.

Die Grenzen der Röntgenbeugung Für eine erfolgreiche Röntgenstrukturanalyse braucht der Analytiker ausreichend grosse Kristalle von hoher Qualität. Nur diese Proben können gemessen werden. Ist es nicht möglich, einen Kristall von mindestens 5 bis 10 Mikrometer heranzuzüchten, bleibt die räumliche Struktur des Moleküls im Verborgenen. In der Pharmaindustrie sind rund zwei Millionen bereits synthetisierte Verbindungen von diesem Schicksal betroffen. Ohne die Kenntnis der genauen räumlichen Struktur bleibt die Forschung stehen. Potenzielle Wirkstoffe liegen sozusagen brach.

Elektronen statt Röntgenstrahlen «Seit ihrer Entdeckung hat die Elektronenbeugung mit Vorurteilen zu kämpfen», 14

Bild 2: Christian Jandl, Application Scientist von Eldico, setzt das mit Probe (hier Paracetamol) versehene Grid auf die dazugehörige Halterung.

sagt Nils Gebhardt, Mitbegründer und Finanzchef des Schweizer Unternehmens Eldico Scientific. So liegt der sogenannte R-Wert (R-Value), der ein Mass für die Übereinstimmung der Messresultate mit den berechneten Modellen darstellt, bei Elektronenstrahlen leicht höher als bei Röntgenstrahlen. «Wir erreichen momentan einen R-Wert von unter 10 Prozent. Für wissenschaftliche Publikationen sind 10 Prozent ein Muss», sagt Gebhardt selbstkritisch. Doch obschon dieser Wert bei Elektronenstrahlen nicht ganz den Bereich von Röntgendiffraktometern erreicht hat, ist der Vorteil dieser Technik mit Elektronen ge6/2022

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Eric Hovestreydt. Das Analysegerät samt Arbeitsplatz für die Probenvorbereitung lässt sich problemlos in ein kleines Zimmer von ungefähr 10 Quadratmetern einquartieren. Zudem können dank der einfacheren Handhabung deutlich mehr Proben gemessen werden. «Zurzeit schaffen wir vier Messungen pro Tag. Wir arbeiten daran, bald acht Messungen pro Tag durchführen zu können», so Hovestreydt.

Beispiel Paracetamol: So wird gemessen Bild 3: Ein klassisches Beugungsmuster.

genüber Röntgenstrahlen offensichtlich. Er liegt schlicht darin, dass ein Elektronendiffraktometer diejenige Analyten zu charakterisieren vermag, die den Röntgenstrahlen aufgrund ihrer Beschaffenheit verborgen bleiben – R-Wert hin oder her. Eine andere Messmethode, die sich ebenfalls der Schlagkraft der Elektronen bedient, ist die Analyse mit einem Elektronenmikroskop. Sie ist jedoch enorm aufwendig und benötigt fundierte praktische Erfahrung. Gegenüber einem Elektronenmikroskop weist das Elektronendiffraktometer vor allem praktische Vorteile auf, die den Forschungsalltag erleichtern. «Unser Gerät braucht viel weniger Deckenhöhe als ein Elektronenmikroskop», betont Mitbegründer von Eldico und Verkaufschef

Das neue Elektronendiffraktometer ED-1 von Eldico (Bild 1) verfügt über eine Elektronenquelle des gleichen Prinzips wie bei einem Elektronenmikroskop. Sie wurde allerdings für ihre Zwecke stark vereinfacht. Die Probe liegt in einem Probenhalter im Goniometer (Prinzip der Röntgenkristallographie). Das Resultat wird von einem Kristallographen ausgewertet. Die Probevorbereitung und das Messverfahren selbst sind denkbar einfach. Misst der Analytiker beispielsweise Paracetamol, muss er die pulverisierte Probe auf ein 3 mm grosses Kupfergitter, dem Grid, auftragen. Das dünne Scheibchen befestigt er anschliessend an einem dafür vorgesehenen Halter (Bild 2). Die ganze Vorrichtung schiebt er dann in das Messgerät. Ein Mausklick am Computer genügt und schon läuft der erste Messvorgang: Das Gerät nimmt ein grosszügiges Bild der Probe auf (wie bei einem Elektronenmikroskop). Der Analyti-

ker sucht sich anschliessend einen idealen Kristall in der Probe heraus, der nicht zu nahe an anderen Kristallen liegt, damit diese das Resultat nicht verfälschen. Nun beginnt der zweite, eigentliche Messvorgang: Zahlreiche Bilder werden auf genommen. Bis zu 140 ° wird die Probe gedreht und pro Grad wird ein Bild geschossen. Ein Beugungsmuster entsteht (Bild 3). Die Bilder, die entstehten, sind im Wesentlichen konstruktive Interferenzen. Die zahlreichen Beugungsmusterabbildungen werden zusammengelegt und mit Modelldaten verglichen. Daraus wird dann die Struktur abgeleitet. Die Messung dieses Beispiels des Paracetamol dauert rund zwei Minuten.

Roche misst bereits Das erste serienmässige Elektronendiffraktometer der Welt steht seit einiger Zeit in Basel-Allschwil und wurde offiziell Ende März dieses Jahres der Öffentlichkeit präsentiert. Weitere Messgeräte wird Eldico Scientific bald unter anderem in Stockholm und in Mainz installieren. Internationale Pharmafirmen, wie in Basel die Roche, lassen sich bereits Proben am Elektronendiffraktometer in Basel messen. Zu den ersten Stammkunden zählen neben Roche Idorsia, Boehringer-Ingelheim und das Swiss Nanoscience Institut (SNI). Vermutlich wird bald auch Novartis folgen. Denn mit dem Unternehmen sei man derzeit noch im Gespräch, sagt Hovestreydt.

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Wenn zu viele Menschen gleichzeitig krank werden, besteht in den Spitälern die Gefahr von Engpässen. Wetterdaten könnten ein geeignetes Mittel bei der Prognose von starken Grippewellen sein. (Bild: Adpic)

Grippewellen

Prognosen zur Spitalauslastung dank Wetterdaten Ein vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) gefördertes Forschungsteam hat ein mathematisches Frühwarnsystem für Grippewellen entwickelt, das Spitäler nutzen können. Die Basis dazu bilden Wetterdaten.

Wenn zu viele Menschen gleichzeitig erkranken, kann dies zur Überlastung von Spitälern führen, wie es während der Covid-

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19-Pandemie teilweise der Fall war. Aber, was oft vergessen geht: Auch bei Grippeerkrankungen besteht dieses Problem. Nun haben vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderte Forschende ein mathematisches Modell entwickelt, das drohende Engpässe in Spitälern wegen Wellen von Grippefällen anhand von Wetterdaten frühzeitig erkennt. Die Arbeiten wurden im «Journal of the Royal Statistical Society» veröffentlicht. Die Grippe ist ein saisonales Virus und tritt in unseren Breitengraden vor allem im Winter auf. Das Forschungsteam hatte deshalb die Idee, Wetterdaten wie Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Sonnenstunden mit den täglichen Grippefällen zu vergleichen, die im Laufe von drei Jahren am Universitätsspital Lausanne (Chuv) behandelt wurden.

Extreme sind relevanter als der Durchschnitt Das Team konzentrierte sich dabei nicht wie üblich auf die durchschnittlichen Grippefallzahlen pro Tag. Sein Interesse

galt stattdessen den Extremwerten – und das ist neu am Ansatz. Zu diesen Spitzenzeiten besteht die Gefahr von Engpässen in Spitälern, falls die personellen Ressourcen nicht vorher aufgestockt werden. Daraus resultierte ein Modell, das aufgrund von Wetterdaten das Risiko einer Überlastung drei Tage im Voraus erkennt – so lang ist die Inkubationszeit bei der Grippe. «Anstatt den Spitälern einen Durchschnittswert für die zu erwartenden Fälle anzugeben, können wir ihnen mitteilen, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Fallzahl erreicht wird, die ihre Kapazitäten übersteigen würde, was relevanter ist», erklärt Valérie Chavez, Statistikerin an der Universität Lausanne und Co-Autorin der Studie.

Ein Warnsignal Wenn die Spitalverantwortlichen die Entwicklung dieser Wahrscheinlichkeit jeweils ab Herbst verfolgen, könnten sie die Spitzenbelastung durch Grippefälle und daraus resultierende Engpässe frühzeitig erkennen. Konkret gibt das Modell an, welche Fallzahlen mit einer Wahrscheinlichkeit von 6/2022

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Extreme beobachten und Risiken beziffern Die Extremwerttheorie ist ein Teilgebiet der Statistik, bei dem in einem Datensatz die extrem grossen oder extrem kleinen Werte betrachtet werden. Indem die Wahrscheinlichkeit von Extremereignissen geschätzt wird, lassen sich Risiken beziffern. Die Theorie ist bereits bekannt aus der Hydrologie, wenn berechnet wird, wie hoch Dämme gegen Hochwasser sein müssen. «Es braucht unterschiedlich hohe Dämme, je nachdem, ob sie vor Überschwemmungen, die alle zehn Jahre auftreten, oder vor einem Jahrhunderthochwasser schützen sollen. Für einen Schutz auf unbeschränkte Zeit würde analog eine unendliche Höhe resultieren», veranschaulicht Valérie Chavez. Nützlich ist diese Statistiktheorie zum Beispiel auch in der Finanzwelt, wenn die Gefahr für einen Börsencrash geschätzt werden soll, oder für klimatische Ereignisse wie Hitzewellen oder schmelzende Gletscher. Wie ist das Forschungsteam auf die Idee gekommen, die Extremwerttheorie in diesem Projekt anzuwenden? «In unserem Modell behandeln wir hohe Grippefallzahlen als seltene Ereignisse mit starken Auswirkungen. Das ist genau der Fokus der Extremwerttheorie. Modelle, die mit Durchschnittswerten arbeiten, basieren auf den zen tralen Werten zur Verteilung und eignen sich nicht zur Quantifizierung von Risiken», erklärt Valérie Chavez. www.snf.ch einem, fünf und zehn Prozent überschritten werden könnten. Ausserdem prognos-

tiziert es die Anzahl Grippefälle, die innert 10 oder 30 Tagen zu erwarten sein könn-

ten. Wenn sich diese Werte nach oben bewegen, deutet dies darauf hin, dass eine Grippe-Epidemie auf einen Höhepunkt zusteuert. «Für die Spitäler ist das ein Warnsignal», erklärt die Forscherin. Das Modell eignet sich auch für andere saisonale Viren, insbesondere Coronaviren und das Respiratory Syncytial Virus (RSV), das Atemwegsinfektionen bei Kleinkindern auslösen kann. Derzeit sind die Risikoeinschätzungen allerdings noch mit Unsicherheiten behaftet, weil die Daten des Chuv erst für drei Jahre ausgewertet wurden. Aufgrund fehlender Daten ist es auch noch nicht für Prognosen zu Sars-CoV-2 anwendbar. Stattdessen arbeitet das Forschungsteam nun bereits an Modellen, die neben den Wetterdaten auch die Ansteckungsprozesse der Viren beiziehen, um noch präzisere Prognosen zu machen.

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Auch wenn Fasten im Trend liegt, sollte es gut überlegt sein und vorbereitet werden, sagt Ernährungsmediziner Hans Hauner. (Bild: Adpic)

Erste Hinweise

Kann Intervallfasten das Herz reparieren? In einer Studie untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, ob Intervallfasten eine Herzinsuffizienz nach einem Herzinfarkt verhindern kann. Die deutsche Herzstiftung fördert die Untersuchung am Universitätsklinikum Halle/Saale.

Intervallfasten liegt nach wie vor im Trend. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass diese Form des Fastens diverse positive Eigenschaften für die Gesundheit mit sich bringt. So kann Intervallfasten nicht allein beim Abnehmen helfen, sondern es beeinflusst auch Herz-Risikokrankheiten wie Diabetes, Bluthochdruck und erhöhtes Cholesterin günstig. Somit kann Intervallfasten bei Herzinfarktpatienten dazu beitragen, das Risiko für einen weiteren Infarkt zu reduzieren. Laut Bundesamt für Statistik (BfS) wurden in der Schweiz im Jahr 2019 fast 16 000 Personen aufgrund eines Herzinfarkts hospitalisiert. Wissenschaftler der Universitätsklinik für Kardiologie in Halle an der Saale schauen nun aber noch einen Schritt weiter: In ihrer Studie «Intervallfasten nach Myokardinfarkt» (Interfast-MI) gehen Zoe Kefalianakis, Dr. med. Jochen Dutzmann und Prof. Dr. med. Daniel Sedding mit ihrem Team der Frage nach, ob das Intervallfasten auch die Regeneration des Herzens 18

Das Forschungsteam: Doktorandin Zoe Kefalianakis, Oberarzt Dr. Jochen Dutzmann, Study Nurse Kathrin Ludwig und Klinikdirektor Prof. Dr. Daniel Sedding (v. l. n. r.). (Bild: Dr. Jens Thol)

nach einem Herzinfarkt unterstützen kann, um so eine Herzschwäche (chronische Herzinsuffizienz) zu vermeiden. Die Deutsche Herzstiftung fördert dieses Forschungsprojekt mit rund 68 000 Euro. «Intervallfasten löst Veränderungen im Zellstoffwechsel aus, die wiederum viele

Gemeinsamkeiten mit genau den Zellprogrammen zeigen, die eine Heilung des Herzmuskels und eine Wiederherstellung der Durchblutung und der Pumpfunktion des Herzens begünstigen», betont Prof. Dr. Daniel Sedding, Direktor der Uniklinik für Kardiologie in Halle (Saale). Sedding leitet 6/2022

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Hinweis der Herzstiftung zum Fasten Auch wenn Fasten im Trend liegt, sollte es gut überlegt sein und vorbereitet werden, sagt Hans Hauner, der Münchener Ernährungsexperte und Ernährungsmediziner und Direktor des Else-Kröner-Fresenius-Zentrums für Ernährungsmedizin an der Technischen Universität München (TUM). Vor allem Herzpatientinnen und -patienten sollten keine Alleingänge planen, sondern jede Fastenmethode vorab mit einer Herz-Spezialistin oder Herz-Spezialisten besprechen. Was der Ernährungsspezialist der Herzstiftung zu den unterschiedlichen Fastenarten wie Intervall-/Intermittierendes Fasten sowie Heil-, Basen-, Null- bzw. Wasserfasten (Nulldiät) sagt, erfahren Interessierte unter: www.herzstiftung.de/fasten

Chronische Herzschwäche verhindern? Bei einem Herzinfarkt wird ein Teil des Herzmuskels aufgrund einer verstopften Herzkranzarterie (Thrombus/Blutpfropf) von der Sauerstoffversorgung getrennt. Dieser Teil des Herzens verfällt nach dem Infarkt entweder in einen Winterschlaf (Hibernation) oder stirbt gar ab und vernarbt. In der Folge verliert das Herz allmählich an Leistung und es kann zu einer chronischen Herzinsuffizienz kommen. Bei der Behandlung von Herzinfarktpatienten kommt es also auch darauf an, die Pumpfunktion des Herzmuskels so weit wie möglich wiederherzustellen, um der drohenden Herzinsuffizienz vorzubeugen. Hier könnte das Intervallfasten und das durch die Fastenperioden ausgelöste «Hunger-Notfallprogramm» ins Spiel kommen, das Zellprogramme in Gang setzt, die eine Heilung des Herzmuskels und eine Wiederherstellung von Durchblutung und Pumpfunktion begünstigen.

Für DreiteilBerstscheiben und Zwei-WegeBerstscheiben.

Die bewährte Dreiteil-Berstscheibe ist eine ideale Wahl für die Absicherung von Prozessüberdrücken. Vakuumfest und für Wechseldruckbelastungen geeignet.

So geht das Forschungsteam vor

Was bewirkt Intervallfasten im Körper? Fastenperioden setzen ein Regenerationsprogramm in Gang, das den Energiehaushalt im Körper optimiert und Schutzmechanismen der Körperzellen aktiviert. Dieser Vorgang, versetzt Körperzellen in eine Art Winterschlaf (Hibernation) und verbessert so die Immunabwehr und die Heilungsmechanismen. Darüber hinaus startet er in den Zellen eine Art Entrümpelungsprogramm (Autophagie) und verändert deren Stoffwechsel. Die Zellen konzentrieren sich daraufhin auf einen effektiveren «Super-Kraftstoff» für Gehirn und Muskeln, die sogenannten Ketonkörper. «Wir wollen mit unseren Untersuchungen klären, ob diese Prozesse während des Intervallfastens dazu beitragen können, Herzinfarktpatienten vor einer Herzinsuffizienz zu bewahren», erläutert Dutzmann. 6/2022

In der besagten Studie werden Patientinnen und Patienten nach einem schweren Herzinfarkt anhand von Zufallskriterien auf zwei Gruppen aufgeteilt. Während die Studienteilnehmerinnen und Studienteilnehmer der ersten Gruppe nach der Methode 16:8 Intervall fasten (16 Stunden am Stück fasten, 8 Stunden nach Belieben essen), ernähren sich diejenigen der zweiten Gruppe weiter wie bisher. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler begleiten beide Gruppen eng, untersuchen die Herzfunktion jeweils nach einem, drei und sechs Monaten und vergleichen die Ergebnisse miteinander. Ziel ist es festzustellen, ob das Intervallfasten einen nichtmedikamentösen, nebenwirkungsarmen Ansatz zur Heilung des Herzmuskels nach einem Infarkt darstellen könnte. In weiteren Schritten soll auch erforscht werden, wie sich das Intervallfasten auf weitere Folgen des Herzinfarkts auswirkt, wie die Anzahl der nötigen Krankenhauseinweisungen, das Entstehen von Folgeerkrankungen oder das Auftreten eines neuen Infarkts.

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die Studie gemeinsam mit Dutzmann, der hinzufügt, dass man mit der Interfast-MIStudie zur Klärung beitrage, inwiefern sich Intervallfasten zur Vorbeugung von erneuten Herzinfarkten und einer Herzschwäche «als ein neuer nebenwirkungsarmer Therapiebestandteil etablieren» lässt.

www.herzstiftung.de 19

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Für die Behandlung einer akuten myeloischen Leukämie haben Forschende der Universitätsmedizin Mainz den Wirkstoff Marbotinib entwickelt. Die Substanz wirkt sowohl effektiv bei primären als auch Medikamenten-resistenten Leukämiezellen, ohne gesunde Zellen zu beeinträchtigen. (Symbolbild) (Bild: Adpic)

Neuer Wirkstoff bekämpft effektiv Medikamenten-resistente Leukämiezellen

Ein anderer Therapieansatz zur Krebsbehandlung Für die Therapie einer schwer behandelbaren Form der akuten myeloischen Leukämie (AML) haben Wissenschaftler des Instituts für Toxikologie der Universitätsmedizin Mainz einen neuen Wirkstoff entwickelt. Der Vorteil der Substanz: Sie bremst im Gegensatz zu bestehenden Medikamenten nicht nur das Wachstum primärer Leukämiezellen, sondern greift auch resistente Zellen effektiv an. Ein weiterer Pluspunkt: Die Wirkmechanismen gesunder Zellen bleiben dabei unbeeinflusst.

Jährlich erkranken in der Schweiz über 1000 Menschen an Leukämie. Die sogenannte akute myeloische Leukämie (AML) tritt meist bei älteren Personen auf. Standardtherapien bringen bei diesen Patienten selten den gewünschten Erfolg. Forschungen in diesem Bereich laufen daher auf Hochtouren. So sind auch Forschende von der Universitätsmedizin Mainz auf der Suche nach besseren Wirkstoffen. Sie publizierten in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift «Cell Chemical Biology» einen neuen Wirkstoff, dessen Mechanismus vorerst zumindest im Labor überzeugt.

Ohne Behandlung führt die AML in wenigen Wochen zum Tod Eine AML ist geprägt von einem Mangel an weissen und roten Blutkörperchen. Die Ursache liegt oft in einer Mutation des Proteins FLT3 in den Blutzellen. Dieses Protein unterstützt unreife Blutstammzellen dabei, sich zu reifen Zellen zu entwickeln. Die reifen Blutzellen können dann als Blutkörperchen ihren wichtigen Funktionen nachgehen, beispielsweise gefährliche Bakterien und Viren töten. Ein mutiertes FLT3-Protein hat jedoch zur Folge, dass die Blutzellen unreif bleiben und sich nicht

zu funktionstüchtigen Blutzellen weiterentwickeln. Ein weiteres Problem: Unreife Blutzellen teilen sich ungebremst und verdrängen gesunde Blutzellen. So entsteht zunehmend ein Mangel an funktionsfähigen Blutkörperchen. Ohne Behandlung führt die sich rasch entwickelnde AML in wenigen Wochen zum Tod. «Unser Ziel war es, einen Wirkstoff zu finden, der sich bei primären und resistenten Leukämiezellen als effektiv erweist, ohne dabei gesunde Zellen zu schädigen. Das ist uns gelungen, indem wir einen neuen Wirkstoff entwickelt haben, der mehrere

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Wirkprinzipien bekannter Medikamente in einem Molekül kombiniert: Marbotinib. Wir sind zuversichtlich, dass sich mit dieser Innovation Leukämieerkrankungen langfristig besser behandeln lassen. Als nächstes führen wir weitere Laboruntersuchungen durch, um zukünftig eine klinische Testung mit Marbotinib vorzubereiten», erklärt Univ.-Prof. Dr. Oliver Krämer, Leiter der Abteilung Molekulare Toxikologie am Institut für Toxikologie der Universitätsmedizin Mainz.

Nebenwirkungen reduzieren Die bisher eingesetzten Leukämiemedikamente zielen darauf ab, das mutierte FLT3-Protein zu hemmen. Dadurch wachsen die bösartigen unreifen Blutzellen nicht weiter und sterben. Vor dem Zelltod können Blutkrebszellen jedoch das mutierte FLT3-Protein erneut verändern, und zwar so, dass sie unempfindlich gegen die

Medikamente werden. Gegen diese dann resistenten Leukämiezellen gibt es zwar bereits Medikamente, allerdings kann deren Einsatz schwere Nebenwirkungen bei den Betroffenen verursachen.

Hemmerspezialist Marbotinib Die von den Forschenden der Universitätsmedizin Mainz neu entwickelte Substanz Marbotinib weist eine spezielle Struktur auf. Diese ermöglicht dem Wirkstoff auf zwei unterschiedliche Arten an das mutierte FLT3-Protein zu binden und es so zu hemmen. Zusätzlich hemmt Marbotinib effektiv resistente Leukämiezellen mit doppelt-mutierten FLT3-Proteinen. In Zelltests gelang es, mit Marbotinib 90 bis 100 Prozent der primären und resistenten Leukämiezellen abzutöten. Die herausragende Innovationskraft dieses erfolgreichen Mainzer Forschungsprojekts zeigte sich aber gleichfalls bei den gesunden Zellen: Die doppelt hem-

mende Substanz wirkte so spezifisch, dass gesunde Zellen nicht geschädigt wurden. Des Weiteren gelang es den Wissenschaflern, mit einer extrem geringen Menge der von ihnen neu entwickelten Substanz eine höhere therapeutische Wirksamkeit als bei bisherigen Medikamenten zu erzielen. In der vorklinischen Testphase hat die Therapie mit Marbotinib im Tiermodell erreicht, dass die an Leukämie erkrankten Tiere deutlich länger überlebten. Wichtige Organe wie Leber, Lunge, Herz und Niere wurden dabei nicht beeinträchtigt. Für die jetzt erfolgreiche Suche nach einer neuen Substanz zur Behandlung der AML hat das Mainzer Team mit pharmazeutischen Chemikern der Universität Regensburg, der Martin-Luther-Universität HalleWittenberg und dem Universitätsklinikum Jena zusammengearbeitet. www.unimedizin-mainz.de

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V eranstaltungen

Die Analytica 2022 findet wieder live vor Ort statt

Die Messe erwartet 800 Ausstellende Die 28. Weltleitmesse für Instrumentelle Labortechnik, Analytik und Biotechnologie präsentiert Besucherinnen und Besuchern das gesamte Spektrum der Laborwelt. Mehr als 800 Ausstellende werden beim grössten Branchentreff vor Ort sein.

Endlich wieder persönlich austauschen, ins Gespräch kommen und sich über aktuelle Trends informieren: Vom 21. bis 24. Juni 2022 öffnet die Fachmesse Analytica wieder in München ihre Tore. Während der Veranstaltung werden die neuesten Produkte und Applikationen aus der Laborbranche in fünf Hallen vorgestellt. Dabei sind auch knapp 100 Aussteller, die spezielle Anwendungsfelder für die Chemiebranche zeigen werden – namhafte Firmen wie Agilent, Bernd Kraft, Bruker, Büchi, Gerstel, Lauda, Merck, Metrohm, Shimadzu, Waters und viele mehr.

Sonderschau «Digital Transformation» Das eigene Labor fit für die Zukunft machen: In der Sonderschau «Digital Transformation» erhalten Besucherinnen und Besucher Einblicke in die Laborwelt von morgen. Sie erleben live vor Ort Künstliche Intelligenz, smarte Laborkonnektivität und neue digitale Lösungen. Live-Workflows zeigen praktisch, wie sich dank digitalen Laborprozessen die tägliche Arbeit künftig noch effizienter gestalten lässt. Die Sonderschau findet täglich ab 10.00 Uhr in Halle B2, Stand B2.525 mit integriertem Forum statt.

Tickets und weitere Informationen Tickets für den Besuch der Analytica vom 21. bis 24. Juni 2022 auf der Messe München sind im Vorverkauf erhältlich. Sämtliche Informationen zur Weltleitmesse für Instrumentelle Labortechnik, Analytik und Biotechnologie finden Sie online auf der MesseWebsite: analytica.de/de www.analytica.de

Dabei sind auch knapp 100 Aussteller, die spezielle Anwendungsfelder für die Chemiebranche zeigen werden – namhafte Firmen wie Agilent, Bernd Kraft, Bruker, Büchi, Gerstel, Lauda, Merck, Metrohm, Shimadzu, Waters und viele mehr. (Bild: Messe München GmbH)

Vorträge und praxisnaher Wissenstransfer Treffpunkt der internationalen Top-Elite der Wissenschaft: Vom 21. bis 23. Juni 2022 findet parallel zu Messe und Ausstellung die Analytica Conference statt. Die Veranstaltung im Kongresszentrum ICM, direkt neben dem Messegelände, stellt den praxisorientierten Wissenstransfer in den Mittelpunkt. In Vorträgen referieren führende Forschende zu Themen wie Innovationen in den klassischen Analysemethoden Spektroskopie und Chromatographie. Hinzu kommen Vorträge aus dem Bereich «Research Data Management», die Lösungsansätze für Besucher aufzeigen, die grosse Datenvolumen verarbeiten müssen. Ein weiteres Highlight: Die Session «Make, Measure and Smart Machines» zu Trends in «Analytical & Bioanalytical Chemistry». Das gesamte Programm der Analytica Conference im Überblick findet

sich auf der Website im Bereich Rahmenprogramm. Übrigens: Der Eintritt zur Konferenz ist mit dem Besucherticket kostenlos.

Vorträge zu Arbeitsschutz und -sicherheit Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit im Labor zählen auch in Zukunft zu den wichtigsten Themen überhaupt. In einer Live-Vortragsreihe informiert die auf Laborsicherheit spezialisierte Firma Asecos über mögliche Gefahren im Labor. Welche Unfälle können passieren, wenn bestimmte Sicherheitsvorkehrungen nicht beachtet oder vernachlässigt werden. Weitere Expertenvorträge zeigen Lösungen auf, wie sich der Laboralltag sicher und effizient gestalten lässt.

www.analytica.de 6/2022

F irmen berichten

Für die Produktion von Pipettenspitzen

Wie ein Reinraum in Rekordzeit verdoppelt wird Das Schweizer Life-Science-Unternehmen Hamilton erlebt derzeit ereignisreiche Zeiten. Die starke Nachfrage an Liquid-Handling-Lösungen aufgrund der Corona-Pandemie brachte das Unternehmen mit Sitz in Domat/Ems an seine Kapazitätsgrenzen. Deshalb hat es den Reinraum und die sich darin befindenden Produktionskapazitäten in kürzester Zeit beinahe verdoppelt.

Als die Hamilton Bonaduz AG im Jahr 2018 einen 560 m² grossen Reinraum für die Produktion von Pipettenspitzen in Betrieb genommen hat, konnte noch keiner ahnen, dass der Bedarf für die Labordiagnostik in Zeiten der Corona-Pandemie schlagartig in die Höhe gehen würde. Die Spitzen aus Kunststoff werden unter anderem in der Biotechnologie, in der Forensik, in der Zell Forschung und Diagnostik eingesetzt, wo kleinste Flüssigkeitsmengen exakt pipettiert werden müssen. Für die Sicherheit der Diagnosen dürfen die Pipetten keinerlei Verunreinigungen aufweisen. Hamilton produziert und verpackt daher unter kontrollierten Reinraumbedingungen. Um der erhöhten Nachfrage der Labore gerecht zu werden, musste neben der Spritzgiesskapazität auch das gesamte Handling der kontaminationsfreien Produktion erweitert werden, das den Anforderungen der GMP-Vorgaben entspricht. Dazu gehörte auch eine Vergrösserung des Reinraums, an den mittlerweile zwei weitere Maschinen angedockt wurden. Schon bei der Installation des ersten Reinraums in Domat/Ems wenige Jahre zuvor hatte das Schweizer Unternehmen darauf geachtet, ein modulares Reinraumsystem zu installieren, das umgebaut und erweitert werden kann. Dass eine Erweiterung bereits im Jahr 2021 in diesem Ausmass nötig wurde, hätte Georg Schischkin, Qualitätsleiter bei Hamilton, nicht

Die 320 qm grosse Erweiterung des modularen Reinraumsystems wurde während des Aufbaus mit einer Staubschutzwand von der laufenden Produktion getrennt und innerhalb eines Tages zu einem Gesamtraum verbunden. (Bild: Hamilton)

für möglich gehalten. Doch dank der vorausschauenden Planung konnte Hamilton rasch seine Kapazitäten erweitern, wie Schischkin ausführt: «Als wir den Reinraum 2018 in unserem Neubau geplant hatten, haben wir bereits beschlossen, eine Erweiterungsmöglichkeit für eventuelles Wachstum vorzusehen. Deswegen haben wir uns für ein modulares System entschieden, das problemlos umgebaut werden kann. Niemand konnte hingegen ahnen, dass dies schon so schnell zum Tragen kommen würde.» Der bestehende Reinraum und die Erweiterung wurden von der Reinraumfirma Schilling Engineering durchgeführt. Dank dem modularen System CleanMediCell konnte der 560 m² grosse Reinraum in nur

Die im Reinraum gefertigten Pipettenspitzen für den Einsatz in der Labordiagnostik. (Bild: Hamilton)

sechs Wochen um weitere 320 m² vergrös sert werden. Die Produktion wurde dabei während des gesamten Umbaus aufrechterhalten. Wand- und Deckenmodule des Reinraumsystems sind mit einem silikon-

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Das modulare Reinraumsystem in der Aussenansicht. (Bild: Hamilton)

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freien «GMP Dicht-ClipSystem» verbunden, das für eine hohe Dichtheit des Raumes sorgt. Aufgrund der patentierten Verbindung konnte die seitliche Reinraumwand des ursprünglichen Reinraums zerstörungsfrei abgebaut und die bestehenden Wand- und Deckenelemente an den neuen Reinraum angeschlossen werden. Dank einer provisorischen Staubschutzwand lief die Produktion während des Umbaus vollständig weiter. Lediglich vier Stunden Stillstand wurden eingeplant, um den Druck und die Lüftung der beiden zusammengelegten Raummodule anzupassen und zu testen. Die gesamte Reinraumanlage erfüllt die Anforderungen nach GMP D. Schischkin, der die Produktionsaufstockung unter Zeitdruck koordinieren musste, kennt die Reinraumfirma Schilling Engineering schon von mehreren Projekten und war sehr zufrieden, sich bei der Planung und Durchführung der Reinraumerweiterung auf das externe Know-how verlassen zu können. Die zeitliche Vorgabe des Schweizer High-Tech-Unternehmens war sehr eng und die Geschwindigkeit des Umbaus von grosser Bedeutung: «Dass wir während der Erweiterung weiter produzieren konnten, war eine unabdingbare Voraussetzung und es hat wirklich sehr gut funktioniert. Schilling Engineering ist sehr flexibel auf unsere Bedürfnisse eingegangen und hat uns gut beraten. Die Projektleitung und die Servicetechniker waren jederzeit ansprechbar und sehr kompetent. Das hat uns viel Druck genommen. Der zeitliche Ablauf des Umbaus hätte nicht besser laufen können.»

Vollautomatisches Handling Mit der Erweiterung des Reinraums konnte Hamilton drei weitere Spritzgussmaschinen in Betrieb nehmen, um die Pipettenspitzen in einem kontrollierten GMP-Verfahren kontaminationsfrei herzustellen. Jede Spritzgussmaschine wird mit einer LaminarflowEinhausung ausgestattet, die mit einer geregelten Zufuhr von Reinstluft die offenen Bereiche der Produktion vor Kontamination schützt. Die gefertigten Teile werden dann vollautomatisch über Reinraumtransportbänder und ein angeschlossenes Roboterhandling in Trays zu je 96 Stück zusammengefasst und in den Reinraum eingeführt. Im Reinraum werden die Pipettenspitzen kon trolliert und verpackt. Das versiegelte Endprodukt wird über ein automatisches Liftsystem und automatische Materialschleusen sicher nach aussen geführt und findet so seinen sicheren Weg zum Endkunden. Um die Qualität des Produktes nicht zu gefährden, verfügt der Reinraum über eine angeschlossene Klimatechnik und wird mit 6/2022

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konstanter Temperatur und Feuchtigkeit betrieben. Die gekühlte und gefilterte Luft wird dabei energieeffizient und filterschonend wieder in den Umluftkreislauf geführt. Zur Kühlung wird Tiefbrunnenwasser eingesetzt.

GMP-Monitoring und GMPQualifizierung Um alle Voraussetzungen der Endkunden zu erfüllen, wurde der Reinraum nach GMP qualifiziert und ein GMP-Monitoring integriert. Die Auswertung der Partikelmessung wird zudem nach dem Standard ISO 8 durchgeführt, der für die Medizintechnik von Bedeutung ist. Schischkin erklärt diese Besonderheiten der Anlage: «Wir produzieren nach GMP, erfüllen aber auch den Nachweis der Reinraumklasse ISO 8 für unsere Endkunden aus der Medizintechnik. Das Reinraumsystem CleanMediCell ist dafür speziell geeignet. Eine GMP-Qualifizierung ist sehr aufwendig und verlangt genaue und sehr viele Dokumen-

Die Produktion wurde um drei neue Spritzgussmaschinen erweitert. Die Kunststoffteile werden mithilfe von Laminarflowaufsätzen vor Kontamination geschützt. (Bild: Hamilton)

tationen. Hier waren wir froh, Beratung und Unterstützung von erfahrenen Reinraumingenieuren zu erhalten.»

Mehrere Milliarden Pipettenspitzen pro Jahr Eine Besonderheit des Reinraumsystems ist das integrierte GMP-Monitoring. Die Partikelkonzentration innerhalb des Reinraums wird dabei ebenso überwacht wie die Pa-

ramater Druck, Feuchte und Temperatur. Alle Werte werden konstant im definierten Zeitabstand manipuliersicher aufgezeichnet und dokumentiert. Der kontrollierte Prozess kann damit, wie es die GMP-Vorgaben verlangen, über den gesamten Produktionszeitraum nachgewiesen werden. Die kontinuierliche Prüfung erlaubt die Auswertung von Trends und ermöglicht bei Tendenzen zu Abweichungen rechtzeitig gegenzusteuern. Zudem wird der Reinraum über die Software CRControl überwacht. Die Bediener im Reinraum erhalten bei Über- oder Unterschreitung von Warngrenzen sofort eine Rückmeldung und können den Anweisungen der Meldungen auf dem Touchpanel zur Fehlerbehebung folgen. Dank der schnellen Aufstockung finden jährlich mehrere Milliarden Pipettenspitzen aus der Schweiz ihren sicheren Weg in die Labordiagnostik.

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Weil am Markt kein Chip verfügbar war, der alle Anforderungen erfüllt hätte, machte sich das Forschungs- und Entwicklungs-Team der Vega an die Arbeit, diesen selbst von Grund auf zu designen. (Bild: Vega)

Höhere Benutzerfreundlichkeit

Vega präsentiert neue Radarmesstechnik Wie optimiert man einen Füllstandsensor, der schon alles hat: beste Fokussierung, höchste Genauigkeit, einfache Bedienung, universelle Kommunikation? Was beinahe wie eine rhetorische Frage klingt, führte bei Vega dazu, dass weit mehr als nur ein noch besserer Sensor entstanden ist. Beim neuen Vegapuls 6X zählt nicht der Sensor, sondern das, was sich in jedem konkreten Anwendungsfall maximal erreichen lässt: Einfach bessere Prozesse.

Klassischerweise beginnt die Suche nach einem geeigneten Radarsensensor mit der Frage, welche Frequenz den konkreten Einsatzfall wohl am besten abdecken könnte. 26 GHz, 80 GHz? Oder womöglich doch besser 6 GHz? Es folgen Überlegungen zu Medieneigenschaften, die die Messung beeinflussen könnten, anschliessend zu den Besonderheiten vor Ort an der

Messstelle. Dann wiederum geben womöglich Temperaturbereiche oder aggressive Medien Anlass zum Grübeln. Reicht dafür ein Standard-Prozessanschluss aus oder sind besondere Materialien für höchste Anforderungen die bessere Wahl – schon, weil man damit im Zweifelsfall auf der sicheren Seite ist? Und worauf sollte zusätzlich geachtet werden, wenn der

Sensor grosse Füllhöhen messen soll oder etwa ganzjährig Wind und Wetter ausgesetzt sein wird? Solche und unzählige weitere Fragen machen eines deutlich: Wer die Wahl hat, hat die Qual. Kunden müssen aus einer Vielzahl von Radarsensoren wählen. Weil aus serdem die Anwendungsbereiche an Vielschichtigkeit zunehmen und die Prozesse

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eine zuvor nicht gekannte Einfachheit für Anwender und eine Messlösung, die unabhängig von den unzähligen Medien, Prozessbedingungen oder Behälterformen und -einbauten herrvoragende Ergebnisse liefert.

Über 1 Million Geräte im weltweiten Einsatz

Anhand der vorgegebenen Parameter und Prozessbedingungen wird der Radarsensor in der Vega-Fertigung massgeschneidert zusammengebaut. (Bild: Vega)

Vor 30 Jahren begann die Radar-Erfolgsgeschichte des heutigen Weltmarktführers für Radar-Füllstandmesstechnik. Sie reicht über Meilensteine, wie das weltweit erste

komplexer werden, ist bei der grossen Zahl der Angebote ein guter Marktüberblick gefordert. Es braucht das entsprechende Know-how und viel Erfahrung, um eine zuverlässige Messung zu erhalten und kostspielige Fehlinvestitionen zu vermeiden.

Prozessanalytik mit FT-NIR

Neue Gewissheit: «Einer für alle» War die Gerätewahl bislang aufwendig und oft mit Rückfragen verbunden, so krempelt Vega diesen Vorgang mit ihrem neuen Sensor Vegapuls 6X von Grund auf um. «Letztlich zählt nicht der Sensor, sondern was die Anwender damit in ihren individuellen Anwendungen erreichen können», sagt Florian Burgert, der als einer der verantwortlichen Produktmanager die Entwicklung von Beginn an eng begleitet hat. «Die Gewissheit, mit ihrer Sensorwahl nicht nur schneller zum Ziel zu kommen, sondern auch sicher zu gehen, die beste Füllstandlösung einzusetzen, macht im Alltagsgeschäft den Unterschied.» Mit dem neuen Sensor gibt es bei Vega nur noch einen Sensor für alle Anwendungen. Hürden, wie die richtige Frequenz oder der DK-Wert des Mediums, stehen bei der Auswahl nicht mehr im Weg, denn die Auswahl der passenden Sensorspezifikation ist deutlich einfacher geworden. Der neue Konfigurator fragt nach der Art der Anwendung und ermittelt auf kürzestem Weg die benötigte Sensorausführung. Der gesamte Vorgang besteht nur noch aus wenigen Klicks. Dabei bleibt selbstverständlich das persönliche Gespräch eine gute Alternative zum Konfigurator. Das Ergebnis ist in jedem Fall 6/2022

Zweileiter-Radar-Gerät und den ersten 80-GHz-Radarsensor für Flüssigkeiten am Markt. In der Summe hat Vega inzwischen weit über 1 Million Messgeräte weltweit im Einsatz – in Branchen wie Chemie, Energie, Lebensmittel, Öl und Gas und vielen mehr. Mit jeder Generation konnte das Unternehmen neue Massstäbe setzen und neue Features für Radarsensoren entwickeln, die die Produkte noch zuverlässiger, genauer, robuster oder flexibler machten. Und immer stand die hohe Sensorqualität im Mittelpunkt.

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Nicht nur die Produktqualität, sondern auch die Effizienz im Herstellungsprozess ist heute wichtiger denn je. Durch die Installation von FT-NIR-Spektrometern direkt in den Prozess wird das Verständnis für die Prozessabläufe verbessert, sowie der Materialeinsatz, die Laufzeit und die Qualität der Endprodukte optimiert. Die Prozess-Software CMET von Bruker unterstützt die OPC Standards für eine reibungslose Industrie-4.0-Kommunikation.

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Vierstufig und rundum abgesichert

Anders neu: Innovation der Werte

Auch der Sensor Vegapuls 6X wartet mit entscheidenden technischen Neuerungen auf: Er ist mit einem umfassenden Sicherheitskonzept ausgestattet. Seine funktionale Sicherheit ist gewährleistet, indem er die Anforderungen des korrespondierenden Integrity Level erfüllt. Der zertifizierte Sensor weist aussergewöhnliche SIL-Kennzahlen auf und bietet die notwendige Betriebssicherheit, um Risiken in sicherheitsgerichteten Anwendungen zu minimieren. Ein weiterer Fokus liegt auf der immer bedeutender werdenden Cybersicherheit. Hier erfüllt der Sensor konform nach IEC 61511 die strengsten Anforderungen an sichere Kommunikation und auch Zugangskontrolle. Er gewährleistet damit ganzheitliche Sicherheit des Prozesses bis in das Leitsystem. Wichtiger dritter Punkt seiner umfassenden Sicherheitsausstattung ist ein System zur Selbstdiagnose. Es erkennt lückenlos, ob die sichere Funktion des Sensors beeinträchtigt wurde und leistet einen wesentlichen Beitrag zur höheren Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit des Sensors. Zentral über diesen wichtigen Eigenschaften steht ein neuer Radar-Chip – in zweiter Generation direkt aus dem Hause Vega. Weil am Markt kein Chip verfügbar war, der alle Anforderungen erfüllt hätte, machte sich das Forschungs- und Entwicklungs-Team an die Arbeit, diesen selbst von Grund auf zu designen. «Das Ergebnis fasst ziemlich komplett unsere Radarerfahrung aus drei Jahrzehnten zusammen», lobt Vega-Produktmanager Jürgen Skowaisa das Ergebnis. «In diesem Umfang und seiner Funktionalität ist der Chip weltweit eine Besonderheit.» Es zeichnen ihn sein geringer Energieverbrauch, seine hohe Empfindlichkeit, die skalierbare Architektur und universelle Einsetzbarkeit aus. Ganz ohne zusätzliches Kabel lassen sich das Antennensystem und der Chip direkt miteinander verbinden.

Neben den technischen Highlights setzte sich das Vega-Radarteam von Beginn an mit Fragen auseinander, die weit über die Produktgestaltung hinausgingen: Wie wirkt sich die Technik langfristig auf die Menschen aus, die sie anwenden? Wie kann deren Arbeit vereinfacht werden? Welche zukünftigen Ziele der Industrie lassen sich damit umsetzen oder neu verwirklichen? Mit dieser neuen Herangehensweise entstanden die Impulse, die den Vegapuls 6X anders machen. Mit Blick auf die Menschen und die Prozessbedingungen ihrer Anwendungen sind andere Schwerpunkte in den Fokus gerückt. Dazu gehören Herausforderungen bei der Nutzung, wie der Druck, immer effizienter sein zu müssen, komplizierte Bedienverfahren oder Zeitdruck allgemein.

Jetzt von der Anwendung her denken Die eigentliche Aufgabe von Füllstandsensoren ist es, Anwendern eine Hilfe zu sein und ihnen das Überwachen ihrer industriellen Prozesse zu erleichtern. Oft machen sie Prozesse zwar kontrollierbarer und effizienter, doch hinter ihrer prinzipiell einfachen Bedienbarkeit bleibt eine Komplexität bei der Auswahl, die die Nutzung erschwert. Die Konsequenz, die Vega mit dem Vegapuls 6X daraus gezogen hat, fasst Skowaisa mit zwei Worten zusammen: «Maximal vereinfachen.» Er vergleicht: «Gab es bislang viele Sensoren für eine Anwendung, so gibt es mit dem Vegapuls 6X heute stattdessen einen Sensor für alle Anwendungen.» Schon die Inbetriebnahme sei mit wenigen Klicks oder Rahmendaten auf das Minimum reduziert worden. «Mit den Einstellungen ab Werk können unsere Kunden sogar einen bis ins Detail eingestellten Sensor bestellen, der nur noch montiert und angeschlossen werden muss. Einfacher geht es nicht», sagt Skowaisa.

Ganz gleich, ob Flüssigkeit oder Schüttgut, Hochtemperatur, Druck, Staub oder extremer Lärm: Der Sensor Vegapuls 6X liefert unter allen Prozessbedingen präzise Messwerte. (Bild: Vega)

Radar für Menschen gemacht Mit dem neuen Sensor hat Vega ihre Radarmesstechnik durch vier wichtige Innovationen komplettiert: Mehr Sicherheit und Selbstdiagnose, neue Radar-Chiptechnologie, neue Anwendungsmöglichkeiten und einfachere Bedienung. «Darüber hi naus», betont Skowaisa, «hat die Technik heute insgesamt einen so hohen Stand erreicht, dass nicht die sichere Funktion der Knackpunkt ist, sondern eigentlich nur noch die falsche Sensorwahl ein Risiko darstellen kann.» Durch die neue Herangehensweise des Vegapuls 6X, biete Vega in 99 Prozent aller Fälle verlässlich immer die richtige Sensorausführung für die jeweilige Anwendung, während für den Rest an Spezialanwendungen weiterhin die erfahrenen Anwendungstechniker zur Verfügung stünden. «Über die Technik, Frequenz oder Ausführung braucht sich der Anwender also in Zukunft keine Gedanken mehr zu machen – die Messung funktioniert einfach.» www.vega.com

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Kühlen und Heizen

Temperieren ohne Kältemittel dank Peltiertechnik Heizthermostate und Kühlgeräte sind in vielen Forschungslaboratorien unverzichtbar. Das Einsatzspektrum reicht von der Probenvorbereitung bis zur Temperierung von Analysegeräten. Oftmals werden dabei unterschiedliche Geräte verwendet, z. B. Badthermostate zum Heizen und Umwälzkühler für anstehende Kühlaufgaben. Mit einem neuen Peltierkühler bringt das Unternehmen Huber ein Gerät auf den Markt, das sich gleichermassen für Heizund Kühlaufgaben eignet.

Die neuen Kühler der Reihe Piccolo arbeiten thermoelektrisch mit der sogenannten Peltiertechnik, d.h. kältemittelfrei und dadurch klimaschonend. Dadurch unterscheiden sie sich deutlich gegenüber herkömmlichen Thermostaten und Kühlern.

Vorteile Peltiertechnologie Mit den modernen Peltierelementen im Innern ist das Gerät zum Kühlen genauso geeignet wie zum Heizen. Dazu wird einfach der Stromfluss in den thermoelektrischen Peltierelementen umgekehrt und schon wird aus dem Kühler ein Heizthermostat. Bei der Entwicklung wurde die Arbeitsweise der Peltierelemente optimiert – so kommen modernste Komponenten zum Einsatz, die über eine ausgeklügelte elek tronische Ansteuerung besonders energieeffizient betrieben werden. In Kombination mit dem Temperaturregler Olé konnte so eine deutliche Verbesserung bei Wirkungsgrad, Langlebigkeit und Dynamik erzielt werden. Durch die neu entwickelte Peltiertechnik bei Piccolo ergeben sich weitere Vorteile: So produziert Piccolo selbst keinerlei Vibrationen, ist nahezu wartungsfrei und dank moderner Lüftertechnik äusserst leise im Betrieb. Zudem kann das Gerät dank der Netzspannung von 100-240 V 1~/2~ 50/60 Hz quasi an allen Stromversorgungsnetzen weltweit betrieben werden.

Der Umwälzkühler Piccolo kann nicht nur kühlen, sondern auch heizen und ist dadurch vielseitig einsetzbar für Temperieraufgaben von 4 bis 70 °C. (Bild: Huber)

Einsatzmöglichkeiten Der Einsatzschwerpunkt der Peltierkühler sind Anwendungen mit moderatem Leistungsbedarf und weitgehend konstanten Temperaturen. Zu den typischen Anwendungen zählen beispielweise die Kühlung von Mess- und Laborgeräten wie z. B. Re6/2022

In der Fallstudie konnte eine simulierte biochemische Reaktion in einem 3-Liter-Reaktor mit einer Temperaturkonstanz von ± 0,05 K geregelt werden. (Bild: Huber)

fraktometern, Polarimetern und Elektrophorese-Kammern. Weitere Anwendungen gibt es beim Kühlen von optischen

Messinstrumenten, Lasern und Fotodioden. Zudem eignet sich Piccolo für Temperieraufgaben bei Qualitätskontrollen, 29

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Materialtests und zur Probenvorbereitung. Für kleinere Chemie-, Photo- und Bioreaktoren sowie Thermoblöcke und Kühlplatten ist das Gerät ebenfalls eine platzsparende Alternative zu herkömmlichen Temperiergeräten. Für die genannten Anwendungen liefert Piccolo eine Kälteleistung von 280 Watt bei 20 °C, welche bei höheren Arbeitstemperaturen weiter steigt. Zusätzlich steht eine Heizleistung von bis zu 700 Watt (bei 4 °C) zur Verfügung. Der Arbeitstemperaturbereich reicht von 4 bis 70 °C, die Umwälzpumpe erzielt eine Förderleistung von 1,85 l/min und einen maximalen Förderdruck von 0,95 bar. Das Gerät ist für den Betrieb mit nicht-brennbaren Flüssigkeiten wie Wasser oder Wasser-Glykol-Gemischen ausgelegt und eignet sich somit für zahlreiche Temperieraufgaben in Forschungs- und Prüflaboratorien und in der Analysentechnik.

das helle und jederzeit gut ablesbare OLED-Display mit wenigen Tastendrücken erledigt. In Verbindung mit der kostenlosen SpyControl-Software kann das Gerät vom PC ferngesteuert werden, ebenso ist die Visualisierung und Aufzeichnung von Temperaturmesswerten möglich.

Einfache Bedienung

Fazit

Aufstellen, Anschliessen, Befüllen und Einschalten – der gesamte Setup-Vorgang ist in wenigen Minuten erledigt. Die praktischen Schlauch-Schnellverschlüsse sparen dem Anwender dabei ebenso Zeit wie die intuitive Menüführung. Temperaturvorgaben und weitere Einstellungen sind über

Der neue Umwälzkühler Piccolo arbeitet thermoelektrisch mit modernster Peltiertechnik und dadurch kältemittelfrei, wartungsarm und umweltverträglich. In der Praxis ist er vielseitig einsetzbar, beispielsweise in der Analysentechnik oder bei der Vorbereitung von Laborproben.

Fallstudie Um das Regelverhalten des Umwälzkühlers unter realen Bedingungen zu testen, wurde eine Fallstudie erstellt, in der die Temperierung einer biochemischen Reaktion simuliert wurde. Hierzu wurde ein 3-Liter-Bioreaktor verwendet und mit zwei Litern Wasser als Reaktionsmasse befüllt. Über einen elektrischen Heizer wurde eine Reaktionswärme von 100 Watt zugeführt, um die Reaktion zu simulieren. In der Fallstudie war der kleine Kühler in der Lage den Reaktorinhalt mit einer Temperaturkonstanz von +-0,05 K zu regeln.

Die Inbetriebnahme ist mit den Schnellverschlüssen für die Schlauchverbindungen schnell erledigt. (Bild: Huber)

Zudem wird die Arbeit im Labor durch den flüsterleisen Betrieb, die geringe Stellfläche sowie eine simple Inbetriebnahme und Bedienung erleichtert. www.huber-online.com

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U mwelt

Manipulation eines einzigen Gens kann das ganze Ökosystem ruinieren

Genetik könnte dienen oder schaden Ein einziges Gen steuert die Artenvielfalt in einem Ökosystem. Das zeigt ein Forscherteam der Universität Zürich in einem Laborexperiment mit einer Pflanze und dem dazugehörigen Ökosystem von Insekten. So fördern Pflanzen mit einer Mutation in einem bestimmten Gen Ökosysteme mit mehr Insektenarten. Die Entdeckung eines solchen «Schlüsselgens» könnte die derzeitigen Strategien zur Erhaltung der biologischen Vielfalt verändern.

Vor mehr als fünfzig Jahren entdeckte der amerikanische Ökologe Robert Paine an der Küste eines felsigen Gezeitenbeckens, dass Struktur und Funktion eines Ökosystems dramatisch verändert werden können, wenn eine einzige Art entfernt wird. Paine hatte herausgefunden, dass Seesterne als Schlüsselart fungieren, da ihre Anwesenheit und ihre Rolle als Raubtier zuoberst in der Nahrungskette die Koexistenz verschiedener Arten im felsigen Ökosystem aufrechterhalten.

Abwehrgene in vereinfachtem Labor-Ökosystem getestet Ein Team von Ökologen und Genetikern der Universität Zürich und der University of California zeigten in einem «Science»-Artikel, dass auch eine Mutation in einem einzigen Gen die Struktur und Funktion eines Ökosystems dramatisch verändern kann. Ein Gen enthält somit nicht nur Informationen, die für die Fitness eines Organismus entscheidend sind, sondern kann auch das Fortbestehen von interagierenden Arten in einer ökologischen Gemeinschaft beeinflussen. Die Entdeckung von Jordi Bascompte, Professor am Departement für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich, und seinem Team wurde anhand eines experimentellen Ökosystems im Labor mit einem Räuber (einer parasitären Wespe), zwei Pflanzenfressern (Blattläusen) und der Pflanze Arabidopsis thaliana – einem genetischen Modellorganismus – gemacht.

Schlüsselgen bewahrt Ökosystem vor Zusammenbruch Die Wissenschaftler testeten die Wirkung von drei Pflanzengenen, die das natürliche Arsenal der chemischen Abwehrkräfte der Pflanze gegen Frassinsekten steuern. Sie 6/2022

Beliebte Modellpflanze Arabidopsis thaliana. (Bild: Shutterstock)

fanden heraus, dass die Pflanzenfresser und Raubtiere in ihrer Versuchsgemeinschaft eher auf Pflanzen mit einer Mutation an einem einzigen Gen namens AOP2 überlebten. «Diese natürliche Mutation im AOP2-Gen beeinflusste nicht nur die Chemie der Pflanze, sondern liess sie auch schneller wachsen. Das wiederum förderte die Koexistenz von Pflanzenfressern und Raubtieren und verhinderte so den Zusammenbruch des Ökosystems», sagt Erst autor Matt Barbour, ebenfalls Wissenschaftler an der Uni Zürich. Ähnlich wie bei einer Schlüsselart wie dem Seestern fungiert AOP2 als «Schlüsselgen», das für das Überleben des experimentellen Ökosystems unerlässlich ist.

Auswirkungen auf Schutz der biologischen Vielfalt Die Entdeckung eines solchen Schlüsselgens dürfte Auswirkungen darauf haben, wie die biologische Vielfalt in einer sich verändernden Welt erhalten werden kann. «Insbesondere sollte das Wissen aus der Genetik und den ökologischen Netzwerken integriert werden, um die Folgen geneti-

scher Veränderungen für den Fortbestand der biologischen Vielfalt auf verschiedenen Ebenen vorherzusagen», sagt Barbour. Einerseits könnten Individuen mit verschiedenen Varianten eines Gens oder sogar genetisch veränderte Organismen zu bestehenden Populationen hinzugefügt werden, um vielfältigere und widerstandsfähigere Ökosysteme zu fördern. Andererseits könnte eine scheinbar kleine genetische Veränderung eine Kaskade unbeabsichtigter Folgen für die Ökosysteme auslösen, wenn diese nicht vorher eingehend untersucht werden. «Wir fangen gerade erst an zu verstehen, welche Folgen genetische Veränderungen für das Zusammenspiel und die Koexistenz von Arten haben. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der derzeitige Verlust der genetischen Vielfalt kaskadenartige Auswirkungen haben kann, die zu abrupten und katastrophalen Veränderungen im Fortbestand und in der Funktionsweise von Land-Ökosystemem führen können», so Barbour.

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P ublireportage

Die Glaskabine von a1-safetech AG

Neue Massstäbe für das Labor der Zukunft Die Welt der Chemie- und Pharmaindustrie ist einem ständigen Wandel ausgesetzt. Stetig werden neue Technologien und Verfahren entwickelt und der Einsatz von hochpotenten Stoffen ist keine Seltenheit mehr. Die Entwicklung und Herstellung neuer Pharmaprodukte sollen schneller, effizienter und ergebnisreicher werden. Dieser Trend ist in allen Bereichen der Chemie- und Pharmaindustrie zu spüren. Bei all den Wandlungen muss die Sicherheit/Gesundheit der Mitarbeiter weiterhin berücksichtigt und gewährleistet werden.

Der Trend zur Verarbeitung von immer hochpotenteren Stoffen ist in der Chemieund Pharmaindustrie allgegenwärtig und nicht mehr wegzudenken. Dieser Fortschritt ist in der Produktion spürbar und macht auch vor dem Labor nicht halt. Neue Innovationen müssen her, um bei der Verarbeitung der hochpotenten Stoffe den Personenschutz, die Arbeitssicherheit und Ergonomie zu gewährleisten. Es muss gewährleistet sein, dass der Körper der Anwender beim Arbeiten die pharma zeutischen und chemischen Stoffe nicht aufnehmen können. Die Chemie- und Pharmaindustrie nutzen seit Jahren Containment-Lösungen, um ihre Mitarbeiter zu schützen. Eine lohnende Investition und Innovation stellt die neuentwickelte Glas Sicherheits Wägekabine der a1-safetech AG dar. Sie stellt den notwendigen Personenschutz sicher und minimiert das Risiko einer Verschleppung von kontaminiertem Material. Die Glas-Wägekabine unterstützt das Arbeiten durch ein sicheres und ergonomisches Umfeld. Jegliche Substanzen, insbesondere hochpotente Substanzen, lassen sich sicher handhaben. Ein sicherer Betrieb wird durch die Einhaltung einer ausreichenden Luftströmung erreicht. Die Glas-Wägekabine erreicht dabei hervorragende Expositionswerte. Massgebend für die guten Werte sind die Eingriffsöffnung, die Randpartien und die Homogenität der Luftgeschwindigkeit in der Arbeitsöffnung, welche durch die geeignete Anordnung der Lüftungsschlitze vor dem Luftsammelraum begünstigt wird. Um den Anwender vor einem möglichen Sicherheitsrisiko zu warnen, wird bei einer zu tiefen Einströmgeschwindigkeit ein optischer und akustischer Alarm ausgelöst. Zur Abscheidung 32

Abbildung 1: Neu-entwickelte Glas-Wägekabine. (Bild: a1-safetech AG)

luftgetragener Partikel und Aerosole der kontaminierten Abluft wird die Glas-Wägekabine mit einem HEPA- und/oder Lösungsmittel Filter ausgestattet. Das Filterkonzept von a1-safetech AG garantiert einen kontaminationslosen Filterwechsel. In der Praxis haben sich die Glas-Wägekabinen bereits bewährt. Surrogatmessungen mit verschiedenen und unabhängigen Bedienern haben gezeigt, dass die entsprechenden Messwerte unterhalb der Nachweisgrenze lagen. Dies unter Einhal-

tung der Regeln für richtiges Arbeiten an einer Wägekabine. Bei der Entwicklung der Glas-Wägekabine wurde viel Wert darauf gelegt, der Bedienperson ein Arbeitsumfeld zu schaffen, in welchem sie sicher und gerne tätig ist. Durch die grosse Arbeitsplatte, den grosszügigen Platz im Kabineninneren, die niedrige Lärmemission, die blendfreie Beleuchtung sowie die grosse Beinfreiheit bei sitzenden Tätigkeiten wird ein angenehmes Arbeitsumfeld geschaffen. Die Wäge6/2022

P ublireportage

Abbildung 2: Darstellung eines Arbeitsplatzes. (Bild: a1-safetech AG)

Abbildung 3: Darstellung einer möglichen Kontamination, sichtbar gemacht mittels UV-Licht. (Bild: a1-safetech AG)

kabine ist in 3 verschiedenen Standardbreiten (90 cm, 120 cm und 150 cm) erhältlich und kann somit der Anwendung und dem vorhandenen Platzangebot im Labor gerecht werden. Die Ausführung kann mit Halterungen für Drucker und Displays und multifunktionalen Halterungen und Tablaren erweitert werden. Durch die Ausführung und Verarbeitung der Wägekabine wird eine ausgezeichnete Waagen Stabilität gewährleistet. Die 3-Punkt Auflage des Untergestells sowie die schwingungsdämpfende Ausführung des Untergestells spielen dabei eine grosse Rolle. Ein störungsfreier Betrieb ist somit 6/2022

bei allen Waagen (inkl. Ultramikrowaagen) gegeben. Damit werden Rahmenbedingungen geschaffen, eine optimale Wägegenauigkeit zu erreichen. Einfluss auf die Genauigkeit haben so nur noch äussere Faktoren wie Betrieb, Umgebung und Bedienung der Waage. Zugunsten der Sicherheit wird immer ein geringer Einfluss durch die Luftführung feststellbar sein. Dies lässt sich aus physikalischen Gründen nicht verhindern. Die Glas-Wägekabine zeichnet sich ausserdem durch ihre intelligente Steuerung und einfache Bedienung aus. Die wichtigen Funktionen können von aussen sowie von innen über ein einfaches Touch-Display

bedient werden. In den Seitenwänden kann ein Abfallsystem integriert werden, wodurch eine kontaminationsfreie Abfall entsorgung gewährleistet ist und eine Verschleppung von kontaminiertem Material auf ein Minimum reduziert wird. Nach getaner Arbeit kann der Arbeitsbereich leicht gereinigt werden. Die Arbeitsplatte ist beständig gegen die meisten Chemikalien und Reinigungsmittel. Die richtige Containment-Lösung stellt bei der Handhabung von hochpotenten Stoffen nur den einen Teil der Sicherheit dar. Der andere wichtige Teil liegt in der Bedien person. Um den Personenschutz zu gewährleisten, müssen die Anwender die korrekte Arbeitsweise in der Glas-Wägekabine kennen und verstehen. Die a1-safetech AG stellt nicht nur die richtige Containment Lösung zur Verfügung, sondern kümmert sich auch um Schulungen und Training der Personen. Die a1-safetech AG schult die Anwender und zeigt, wie richtiges Arbeiten an der Wägekabine funktioniert und wie Kontaminationen/Verschleppungen bei korrekter Handhabung vermieden werden können. Die individuelle Schulung beinhaltet den kompletten Arbeitsprozess bis zur Lagerung und Abfallentsorgung. Nur mit gut geschultem Personal kann ein entsprechender Schutz gewährleistet werden. Um die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen und eine einwandfreie Funktion der Wägekabine sicher zu stellen, ist eine regelmässige Wartung und Funktionsprüfung der Wägekabine erforderlich. Bei der a1-safetech AG stehen dazu qualifizierte Servicemitarbeiter zur Verfügung. Falls wir Ihr Interesse an unserer Glas-Wägekabine geweckt haben und Sie auf der Suche nach einer passenden Containment-Lösung sind, freuen wir uns über Ihre Anfrage. Denken Sie an unser Motto: Alles, was nicht der Physik widerspricht, können wir umsetzen.

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A nalytica

Fachmesse Analytica 2022

Was die Analytik für Konsumenten leistet Stammt der Spargel tatsächlich aus der Region? Wurde der Honig mit billigem Zucker gestreckt? Enthält das Mineralwasser Nanoplastik oder andere Schadstoffe? Auf der Analytica, der Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik und Biotechnologie, die vom 21. bis 24. Juni 2022 in München stattfindet, zeigen über 50 Aussteller Neuheiten im Bereich Lebensmittelanalytik und -sicherheit. Die Umweltanalytik bildet mit fast 70 Ausstellern einen weiteren Schwerpunkt. Lebensmittel- und Umweltanalytik hängen eng zusammen, da Schadstoffe oft aus belasteten Gewässern und Böden in unsere Nahrungsmittel gelangen.

Mit Mikro- und Nanoplastik beschäftigten sich zunächst nur Umweltlabore, mittlerweile aber auch Lebensmittelanalytiker. Kürzlich wurden die winzigen Teilchen sogar in unserem Blut entdeckt. Entscheidend für die Wirkung sind neben der Zusammensetzung auch die Grösse und Form der Partikel. FT-IR- und Raman-Mi kroskope kombinieren chemische Analytik und Bildgebung, um alle Parameter gleichzeitig zu bestimmen. Neuigkeiten zu diesen und weiteren Methoden gibt es auf der Analytica Conference in der Session Nanoplastics (22. Juni von 9.30 bis 11.30 Uhr im ICM/Saal 4b). Entsprechende Geräte bieten Analytica-Aussteller wie Thermo Fisher, Bruker, Agilent, Horiba, Renishaw und Keyence an.

Fingerprinting von Lebensmitteln Perfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) rücken ebenfalls immer mehr in den Fokus. Die extrem beständigen Chemikalien, die in Produkten von Backpapier bis OutdoorKleidung stecken, wurden bereits in diversen Lebensmitteln gefunden. Gerstel präsentiert auf der Analytica ein automatisiertes Analysesystem, das schon wenige Nanogramm PFAS in einem Liter Wasser nachweist. Viele weitere Analytica-Aussteller, unter ihnen Agilent, Analytik Jena, Merck, Waters und Shimadzu, haben massgeschneiderte Instrumente für die PFAS-Analytik im Portfolio. Die Analytica Conference geht in zwei Vorträgen auf PFAS ein (22. Juni um 13.30 Uhr im ICM/ Saal 3 und 23. Juni um 13.30 Uhr im ICM/Saal 5). In einem globalisierten Lebensmittelmarkt, der aktuell zudem durch Verknappungen 34

Die Analytica 2022 zeigt die neuesten Techniken und Entwicklungen im Bereich der Lebensmittel- und Umweltanalytik. (Bild: Messe München)

und Preissteigerungen geprägt ist, steigt das Risiko von falschen Deklarationen. Die Systeme des Ausstellers Elementar erkennen Lebensmittelverfälschungen wie Wasserzusätze in Direktsäften oder die Herkunft von Olivenöl, Spargeln und Co. mit der Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie. Die Isotopensignatur von gängigen Elementen wie Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff dient dabei als Fingerabdruck, der den Ursprungsort, Zusätze und Anbaumethoden – bio oder nicht – offenbart. DNA-Analysen sind ebenfalls hilfreich, um Verfälschungen wie Pferdefleisch im Fertiggericht zu entlarven. Mit dem verfeinerten DNA-Fingerprinting des Analytica-Ausstellers Eurofins unterscheiden Warenkontrolleure sogar Basmatireis von anderen Reissorten. Die Bedeutung der Bioanalytik für die Lebensmittelbranche spiegelt sich auch im aufstrebenden Gebiet Foodomics, das Ge-

nomics, Proteomics und alle anderen Omics-Techniken vereint. Die Analytica onference widmet sich dem Trendthema in zwei Sessions (21. Juni von 12.30 bis 14.30 Uhr im ICM/Saal 4b und 22. Juni von 9.30 bis 11.30 Uhr im ICM/Saal 2). Auf der Agenda steht unter anderem die Echtheitsbestimmung von Honig mit der NMR-Spektroskopie. In enger Zusammenarbeit mit Forschern und Anwendern entwickeln die Gerätehersteller ihre Systeme für die Lebensmittelund Umweltanalytik kontinuierlich weiter. Hinweis: Die Analytica 2022 findet erstmals zeitgleich mit der Automatica, Leitmesse für intelligente Automation und Robotik, und der Ceramitec, dem internationalen Treffpunkt der Keramikindustrie, statt. Alle Aussteller- und Besuchertickets der Analytica berechtigen zum Eintritt bei den beiden parallel stattfindenden Messen. www.analytica.de 6/2022

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Statische Mehrwinkellichtstreuung für GPC/SEC

PSS stellt auf der Analytica den neuen 20-Winkel-Lichtstreudetektor SLD2020 zur Messung von absoluten Molmassen und zur Bestimmung von Grösse und Konformation von Makromolekülen in Lösung vor. Das moderne Design mit einer zylindrischen und selbstreinigenden Zelle vermeidet typische Fallstricke bei der GPC/SEC-Lichtstreudetektion. Das SLD2020 kann in jedes GPC/SEC-System integriert werden. In Kombination mit einem Konzentrationsdetektor (UV/DAD oder RI) und einem Viskositätsdetektor kann der Streulichtdetektor zur Triple- und Triple-Plus-Detektion eingesetzt werden. Für die Trennung von Nanopartikeln mittels hydrodynamischer Chromatographie bietet PSS neue HDC-Säulen und ein speziell darauf abgestimmtes Eluentenkonzentrat an. HDC erlaubt die Grössentrennung unter anderem von Nanopartikeln, Liposomen, Latices und Polymerdispersionen. Durch Verwendung des PSS Nano Particle Distribution Analyzers (PSS NaPDA), eines Chromatographiesystems mit spezieller auf die Analyse von Partikelgrössenverteilungen zugeschnittener Software, wird durch die Korrektur von Bandenverbreiterungseffekten eine erhebliche zusätzliche Verbesserung der Auflösung erzielt. Weitere Information erhalten Sie an unserem Stand.

Laborflaschen aus der Kreislaufwirtschaft

Semadeni ist ein erfahrener Laborpartner mit Fokus auf die Nachhaltigkeit. An der diesjährigen Analytica in München präsentiert Semadeni die CircularLine, die ersten Laborflaschen aus nachhaltigem PE-LD mit über 30 % Recyclinganteil aus erneuerbaren Rohstoffen. Sie sind eine ressourcenschonende Alternative und die ersten Laborflaschen, die aus der Kreislaufwirtschaft kommen. Zudem werden weitere Kunststoffprodukte aus Rezyklaten wie rPP, rPE, rPET und Ocean Plastic ausgestellt. Ergänzend dazu stellt Semadeni einen bunten Mix aus bewährten und neuen Artikeln aus, die täglich in Labors eingesetzt werden. Darunter sind verschiedene Probendosen und Flaschen, aber auch vielfältige Produkte rund um das Thema Dosieren, Messen und Liquid Handling, wobei Messbecher, Racks, Tubes und andere Hilfsmittel unerlässlich sind. Neben standardisierten Artikeln werden bei Semadeni in zwei europäischen Werken individuelle Laborprodukte im Blasformund Spritzgussverfahren entwickelt und produziert – insbesondere auch aus Rezyklaten. Dabei werden Qualitätsanforderungen aus dem Medical- und Food-Bereich beherrscht. Semadeni freut sich auf den persönlichen Austausch an der Analytica in München.

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F orschungswelt

Sensoren und eine modifizierte Smart Watch sollen dabei helfen, Parkinson-Medikamente richtig einzustellen. (Bild: Hochschule Luzern, Judith Wirth)

Machine Learning

Eine Uhr dosiert Parkinson-Medikamente Für Menschen, die an Parkinson erkrankt sind, ist die richtige Einstellung der Medikamente entscheidend. Zu wenig hilft nicht, zu viel ist kontraproduktiv. Wie viel aber ist richtig? Das iHomeLab der Hochschule Luzern und das Artorg Center for Biomedical Engineering Research der Universität Bern haben ein Sensorsystem und eine modifizierte Smart Watch entwickelt, die helfen, die richtige Dosierung zu finden.

Im Verlauf der Parkinson-Krankheit werden im Gehirn Nervenzellen abgebaut. In erster Linie betrifft dies das Bewegungszentrum. Das führt unter anderem zu einer Verlangsamung der Bewegungsabläufe, zu Beinblockaden beim Überschreiten von Schwellen und zu einem Zittern der Hände, der Beine und des Kopfes. Daneben verursacht die Krankheit zahlreiche weitere Beschwerden wie Schmerzen und Stimmungsschwankungen, Gedächtnisoder Schlafstörungen. Medikamente können für die Betroffenen – allein in der Schweiz über 15 000 Personen – die Alltagsfunktionen und damit die Lebensqualität erheblich verbessern. «Wichtig ist dabei die richtige Dosierung, da die Medikation mit Nebenwirkungen verbunden ist», sagt Prof. Dr. Andrew Paice vom iHomeLab der Hochschule Luzern. «Im 36

fortgeschrittenen Stadium wird die Bandbreite immer kleiner, in der jemand gut auf die Medikamente anspricht. Deswegen ist es in diesem Stadium entscheidend, dass die Medikation genau dosiert werden kann.» Um die richtige Menge zu bestimmen, braucht die Ärztin oder der Arzt ein klares Bild der motorischen Symptome. Forschende des iHomeLab der Hochschule Luzern und des Artorg Center for Biomedical Engineering Research der Universität Bern haben nun eine Möglichkeit aufgezeigt, wie ein so genanntes Cyber-HumanSystem mithilfe von Sensoren genau diese Informationen sammeln und auswerten kann. «Diese Daten können für die Ärztin oder für den Arzt eine wichtige Entscheidungshilfe bieten», sagt Postdoktorand Stephan Gerber von Artorg.

Tägliche Beschäftigung mit der Krankheit kann belasten Patientinnen und Patienten werden heute meist gebeten, ein Parkinson-Tagebuch zu führen, mit dem Sie vor allem das Zittern von Hand protokollieren. Insbesondere für Personen mit kognitiven Einschränkungen oder Depression – beides können Auswirkungen der Krankheit sein – stellt diese tägliche Beschäftigung mit ihrer Krankheit jedoch eine Belastung dar – und die Beobachtung ist immer subjektiv. Die Alternative sind wöchentliche Tests im Labor, die aufwendig sind und nur Momentaufnahmen bieten. «Das Sensorsystem mit der modifizierten Smart Watch hingegen, das wir am iHomeLab entwickelt haben, können kontinuierlich und objektiv messen, wie stark das Zittern jeweils ist», erklärt Paice. Es kann nicht nur Auskunft 6/2022

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über die aktuelle Situation geben, sondern möglicherweise auch auf Veränderungen des Krankheitsverlaufes hinweisen, bevor sie für die Patienten deutlich werden.

Sensoren in der ganzen Wohnung verteilt

den sie anschliessend mithilfe von Algorithmen des Maschinellen Lernens, um die Parkinsonsymptome im Tagesablauf zu quantifizieren. Die gemessenen Daten werden zur Auswertung anonymisiert auf einen gesicherten Projektserver geladen. Die Auswertungen bekommt nur der behandelnde Arzt zu Gesicht. Bis das System auf den Markt gebracht werden kann, braucht es noch weitere Forschung. Anschlussprojekte sind bereits geplant. «Wenn diese erfolgreich abgeschlossen werden, dürfen Parkinson-Patienten darauf hoffen, in Zukunft länger eine bessere Lebensqualität zu haben, weil der behandelnde Arzt die Medikamente genauer einstellen kann» sagt Paice.

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Das Sensorsystem ist nicht nur äusserst präzis in seiner Messung, sondern auch ausgeklügelt: Für den Patienten reichen zwei oder drei Sensoren mit BluetoothSignal am Körper – am Handgelenk, am Gürtel und am Bein. Die Stärke des Bluetooth-Signals zum getragenen Sensor zeigt die Distanz der Patientin oder des Patienten zu den ortsfesten Sensoren im Raum an. In der Wohnung sind Sensoren an verschiedenen Stellen angebracht, an denen täglich ähnliche Bewegungen zu erwarten sind, so zum Beispiel beim Abwaschtrog in der Küche oder an Türschwellen, die für

an Parkinson Erkrankte eine Schwierigkeit darstellen können. «Bei diesen Sensoren handelt es sich nicht um einfache Bewegungsmelder – sonst würde jede weitere Person oder sogar eine Katze in der Wohnung die Messung durcheinanderbringen», erklärt Paice. Ausgewertet werden dann die Beschleunigungsdaten an den getragenen drei Sensoren. Über die Lokalisierung mit den fix angebrachten Sensoren können so die «ADLs», die «activities of daily living» gemessen und im zeitlichen Verlauf verglichen werden. «Die Herausforderung bestand für uns darin, unterschiedlichste Sensordaten intelligent zu verbinden und mit Machine Learning neuartige Analyseverfahren zu entwickeln», sagt Angela Botros, die am Artogr zum Projekt ihre Doktorarbeit schrieb. Denn mit dem Sammeln der Daten allein ist es nicht getan. Analysiert wer-

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V erfahrenstechnik

Bild 1: Das Prinzip «Einsperren kleiner Teilchen» schafft Freiraum für Forschung und Anwendungen – hier: Einschlussverbindungen als Energiespeicher für Batterien und Akkus: Dazu werden Lithium-Ionen im Kristallgitter eines Metalloxids «eingesperrt», während die Elektronen im gesamten Partikel verteilt sind. (Bild: BASF)

Funktionalisierung von Fullerenen wird zu einer runden Sache

Moleküle eingesperrt – Freiraum für Forschende Fullerene sind populär, weil sie aussehen wie ein Fussball. Bei den vielen möglichen Bindungsstellen fällt allerdings eine gezielte Funktionalisierung schwer. Mithilfe eines Nano-Reaktors mit ausgefallenem Design wird aber genau das jetzt möglich. Dies sollte neue Horizonte in den typischen Anwendungsgebieten für Fullerene ermöglichen (z. B. Katalysatoren, Schmiermittel, Anti-Aging-Cremes).

So sieht der Nanoreaktor zur gezielten Funktionalisierung von Fullerenen aus: innen das Fussballmolekül (Primärstruktur) selbst, darum ein Hula-Hoop-Reifen aus zyklischen organischen Verbindungen (Sekundärstruktur aus CycloparaphenylenGruppen) und aussen ein würfelförmiger Käfig aus komplexen organischen Verbindungen (Tertiärstruktur). Er bleibt oben und unten verschlossen, lässt aber an vier Seiten Fenster offen. Durch sie findet die gezielte Funktionalisierung statt. Doch wie ordnen sich die Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur zueinander an? Ein Ansatz zur Vorhersage basiert auf sogenannten π-π-Wechselwirkungen: Insbesondere aromatische, aber auch andere Ringmoleküle bilden in der Mitte eine flache Struktur; sie wird von Elektronenwolken (π-Elektronenwolken) oberhalb und unterhalb in der Art einer Sandwich-Struktur umgeben. Zwischen den π-Elektronenwolken 38

Bild 2: Einige Branchenvertreter erhoffen sich dank der Metal-organic Frameworks (MOFs) bessere Reaktionsbedingungen für die chemische Produktion. Diese Verbindungen können beispielsweise die Trennung von Katalysator und Produkt fundamental vereinfachen. (Bild: Shutterstock)

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V erfahrenstechnik

zweier solcher Sandwichs wirken nicht-kovalente Kräfte. So kann der «Reifen» über dem «Fussball» zwar rotieren, er bewegt sich aber in einem definierten, eingeschränkten Bereich. Dies stellt eine Voraussetzung für die gezielte Funktionalisierung dar. Denn Teile des Fussballs bleiben abgedeckt und damit für potentielle Reaktionspartner unzugänglich. Sie binden nur an bestimmte Stellen und bilden dann Fulleren-Addukte, zum Beispiel Bis-Addukte (ein Fulleren mit zwei funktionalen Resten). Darüber hinaus erweist sich die Stabilität der Dreier-Kombination in Lösung als entscheidend. Sie konnte spektroskopisch nachgewiesen werden und bedeutet für die Praxis der organischen Synthese: Die beiden äusseren Nano-Schalen halten ihren Fulleren-«Gast» in einer einigermassen festen Position und können auf diese Weise sein chemisches Verhalten in definierter Weise beeinflussen. Einen Durchbruch stellt die bislang unerreichte Reinheit dar. So konnte für die so-

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Nicht nur praktisch, sondern auch «schön» Als Entdecker der MOFs gilt der Chemiker Omar M. Yaghi. 1995 veröffentlichte er zusammen mit seinem Team den ersten stabilen MOF in der Fachzeitschrift «Nature». Fragt man ihn, was er von den «weltrettenden» Möglichkeiten dieser chemischen Verbindung hält, so räumt er ein, dass ihm eigentlich immer nur die Schönheit der Moleküle und nicht etwa ihr Potenzial interessiert habe. Was natürlich nicht heisst, dass er die Möglichkeiten dieser molekularen Legosteine nicht schätzen würde. Gegenwertig lehrt und forscht Yaghi an (Bild: Boasap, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia der University of California in Berkeley. Commons)

genannte Bingel-Cyclopropanierung von Fulleren60 (= Fussball aus 60 Kohlenstoffatomen) gezeigt werden: In dem dreischa-

ligen Nanoreaktor bildete sich selektiv das trans-3-Fulleren-Bis-Addukt, und zwar auch regioselektiv: Cyclopropanrest Nr 1,

V erfahrenstechnik

Bild 3 und 4: Darüber hinaus bietet die Nanochemie schier unbegrenzte Möglichkeiten, von aktuellen Anwendungen im Bereich Bauen (z. B. mechanisch stabile Polyurethan-Aerogele für Dämmplatten oder nanoskalige Kristallkeime für schnell härtenden Beton) … (Bild: BASF)

Fulleren60 und Cyclopropanrest Nr. 2 liegen nicht auf einer Geraden, sondern bilden einen Winkel von 120 °. Das Produkt entsteht mit einer über 90-prozentigen Ausbeute. Bei üblichen Fulleren-Funktionalisierungen rechnet man mit mehr als einem Dutzend unerwünschten Nebenprodukten und kalkuliert eine aufwendige Aufreinigung ein. Sie kann mit dem neuen Syntheseverfahren nun entfallen.

Metallorganische Käfige stabilisieren Enzyme Das Einsperren von Molekülen in NanoKäfige eröffnet Forschern generell neue Freiräume. Beispielsweise lassen sich Proteine hinter metallorganischen Gittern stabilisieren und so als Langzeit-Katalysatoren nutzen, jetzt erstmals sogar in einem kon-

tinuierlich arbeitenden Forschungsreaktor. Ausserdem gelang es auch, die Enzyme in organischen Lösungsmitteln als Katalysator arbeiten zu lassen. Dies ist ebenfalls ein Novum. Bisher setzte man vornehmlich auf wässrige Lösungsmittel. «Warum muss man Proteine überhaupt stabilisieren?» liesse sich fragen. In biologischen Systemen kommen sie schliesslich natürlicherweise vor. Die Stabilisierung braucht man deswegen nicht für die rote und grüne Biotechnologie, sondern vornehmlich für die weisse, sprich: für die industrielle Produktion. Dies umfasst weite Bereiche, wie etwa die Lebensmittelverarbeitung oder die Arzneimittelherstellung. Als Käfige kommen sogenannte Metal-organic Frameworks (MOFs) zum Einsatz. Die Reaktanden wandern durch die Gitter-

strukturen ins Innere, um dort unter Enzymkatalyse das gewünschte Produkt zu ergeben. Die MOFs bieten dabei nicht nur einen vorteilhaften Ort für eine kontinuierliche und schnelle Reaktion. Sie vereinfachen sogar noch die anschliessende Trennung von Katalysator und Produkt.

Organischer Schaum: MetallNanopartikel zu Enzymen In anderen Fällen geht es umgekehrt: Die Metallatome sind nicht der KäfigstrukturBildner für das Einsperren organischer Moleküle; stattdessen steigert man den Wirkungsgrad von Metall- Nanopartikel- Katalysatoren durch Umhüllung mit organischen Substanzen. Ein Beispiel ist die Reduktion von Sauerstoff zu Wasserstoffperoxid. Sie lässt sich

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Bild 5: … bis hin zu anorganischen Nanofasern mit weniger als 300 Nanometern Durchmesser für zukünftige Kleidung mit UV-Schutz. (Bild: BASF)

in Wasser oder Methanol oder in Gemischen beider Lösungsmittel durchführen. Als Katalysator kann Palladium dienen. Doch bis vor kurzem hat man kaum verstanden, warum seine Wirkung in dieser und in ähnlichen Konstellationen zuweilen beschleunigt, zuweilen aber auch gehemmt wird. Jetzt weiss man: Organische Lösungsmittel können sich zersetzen und dann auf der Oberfläche von Metall-Nanopartikeln einen organischen, schaumartigen Rückstand bilden. In dem oben zitierten Beispiel enthält er insbesondere Hydroxymethyl-Zwischenstufen. Diese weisen enzymatische Qualitäten auf, indem sie Oxidations- und Reduktionsreaktionen katalysieren (Protonen-Transfer bzw. Elektron-Transfer). Die neuen Erkenntnisse haben weitreichende Folgen. Die neuentdeckte Möglichkeit zur Beeinflussung von Metall-Nanopartikel-Katalysatoren durch organische Lösungsmittel könnte gezielt genutzt werden, um die Effektivität von Reaktionen zu steigern. Das Forschungsergebnis mit den am weitesten reichenden Folgen dürfte jedoch dieses sein: Die Effektivitätssteigerung lässt sich in so manchen Fällen schon durch Zugabe einer kleinen Menge eines organischen Lösungsmittels zu Wasser erreichen.

Organische Lösungsmittel sparen – Arbeitsschutz erhöhen Bisher dachte man oft, dass eine bestimmte Reaktion in Wasser nicht funktio6/2022

niert und bevorzugte deswegen ein organisches Lösungsmittel. Wenn stattdessen ein kleiner organischer Zusatz ausreicht, lassen sich in der Chemie- und Pharmaindustrie womöglich grosse Mengen an Methanol, Benzol und anderen giftigen Lösungsmitteln (und die Kosten dafür) einsparen. Das könnte den Arbeitsschutz erhöhen und den Aufwand für die Qualitätssicherung senken. Die ganze Bandbreite der Fortschritte in der Nanotechnologie und ihrer Anwendung in der betrieblichen Praxis erlebt der Besucher auf der diesjährigen Ilmac Lausanne.

Ilmac Lausanne 2022 Dauer: Mittwoch, 28. und Donnerstag, 29. September 2022 Öffnungszeiten: 9.00 bis 17.00 Uhr Ort: Expo Beaulieu Lausanne, Halle 7 Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG

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V erfahrenstechnik

Langjähriges Rätsel aus der Prozessindustrie gelöst

Weshalb manche Gasblasen schneller sind Warum bewegen sich grosse Gasblasen in viskoelastischen Flüssigkeiten (etwa Polymer- und Proteinlösungen) so viel schneller als erwartet? Eine offene Frage mit grosser Relevanz für industrielle Produktionsprozesse. Forschende der Technischen Universität Graz (TU Graz) und der Technischen Universität Darmstadt (TU Darmstadt) haben nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein unter Fachleuten lange bekanntes Rätsel, das in vielen industriellen Produktionsprozessen sehr relevant ist: die sprunghaft unterschiedlichen Aufstiegsgeschwindigkeiten von Gasblasen in sogenannten viskoelastischen Flüssigkeiten. Viskoelastische Flüssigkeiten sind Stoffe, die Merkmale flüssiger und elastischer Stoffe in sich vereinen. Ein Beispiel dafür sind viele Haarshampoos: Stellt man eine durchsichtige, fast ganz gefüllte Flasche davon auf den Kopf, so sieht man die eingeschlossene Luft als Blase in ungewöhnlicher Form aufsteigen. In vielen Industrieprozessen treten solche Flüssigkeiten als Lösungen von Polymeren auf, die häufig durch Begasung mit Sauerstoff angereichert werden müssen. «Wir wissen seit etwa 60 Jahren, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit von Gasblasen in viskoelastischen Flüssigkeiten bei einem kritischen Blasendurchmesser sprunghaft zunimmt. Die Blasen steigen dann plötzlich bis zu zehnmal schneller auf. Das spielt für die kontrollierte Begasung dieser Flüssigkeiten eine fundamentale Rolle. Gleichzeitig war unklar, was diesen sprunghaften Geschwindigkeitsanstieg verursacht», erläutert Günter Brenn vom Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung der TU Graz. Mit einer Kombination aus Simulation, Experiment und theoretischen Analysen haben die Teams von Brenn an der TU Graz und Dieter Bothe an der TU Darmstadt das Rätsel nun gemeinsam gelöst. Sie haben herausgefunden, dass die Wechselwirkung der Polymermoleküle mit der Strömung rund um die Gasblasen zu dem merkwürdigen Geschwindigkeitsverhalten der Blasen führt. Mit diesem Wissen kann nun der Sauerstoffeintrag in diese Lösungen genauer vorausberechnet werden, 42

Günter Brenn: «Wir wissen seit etwa 60 Jahren, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit von Gasblasen in viskoelastischen Flüssigkeiten bei einem kritischen Blasendurchmesser sprunghaft zunimmt. Die Blasen steigen dann plötzlich bis zu zehnmal schneller auf. Das spielt für die kontrollierte Begasung dieser Flüssigkeiten eine fundamentale Rolle. Gleichzeitig war unklar, was diesen sprunghaften Geschwindigkeitsanstieg verursacht.»(Bild: Adpic)

womit Apparaturen etwa in der Biotechnologie, in der Verfahrenstechnik und in der pharmazeutischen Industrie besser ausgelegt werden können. Ihre Erkenntnisse erläutern die Forscher im Fachjournal «Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics».

«Entspannter» Zustand bevorzugt Polymere bestehen aus oft riesengrossen Molekülen, die in komplexer Weise mit der Flüssigkeit, in der sie gelöst sind, interagieren. Diese Wechselwirkung macht eine Flüssigkeit viskoelastisch. Was bedingt nun den sprungartigen Geschwindigkeitsanstieg, den Gasblasen in diesen Flüssigkeiten ab dem kritischen Durchmesser an den Tag legen?

Günter Brenn ist Leiter des Instituts für Strömungslehre und Wärmeübertragung der TU Graz. (Bild: Lunghammer – TU Graz)

Günter Brenn erläutert die jüngsten Erkenntnisse: «Die Strömung rund um die Blase führt dazu, dass sich dort die gelös6/2022

V erfahrenstechnik

Dieter Bothe, Prodekan der Arbeitsgruppe Analysis des Fachbereichs Mathematik der TU Darmstadt. (Bild: Sebastian Keuth)

Visualisierung der Simulationsergebnisse zur Ausrichtung und Verformung der Polymermoleküle in der viskoelastischen Flüssigkeitsströmung um die Blase. Bei der Blasenumströmung richten sich die Polymermoleküle in Umfangsrichtung zur Kontur der Blasengrenzfläche aus. Gleichzeitig verformen sich die Moleküle im oberen Teil der Blase. Im unterkritischen Zustand (links) sind die Polymermoleküle unterhalb des Blasenäquators bereits in ihren entspannten Zustand zurückrelaxiert. Im überkritischen Zustand (rechts) findet die Relaxation im Wesentlichen unterhalb des Blasenäquators statt. (Bild: Matthias Niethammer – TU Darmstadt)

ten Polymermoleküle verformen. Diesen Zustand mögen die Moleküle nicht besonders. Sie wollen so schnell wie möglich zum entspannten, unverformten Zustand zurückkehren.» Wenn diese Rückkehr zum entspannten Zustand schneller geht als der Transport der Moleküle bis zum Äquator der Blase, dann bleibt die Blase langsam. Dauert die Rückkehr zur Entspannung hingegen länger als die Reise zum Blasenäquator, dann wird in der Flüssigkeit eine Spannung frei, die die Blase «anschiebt». Das führt zu einer Selbstverstärkung, da nachfolgende Polymermoleküle nun erst recht bis unterhalb des Äquators

kommen, sich dort entspannen und wiederum eine «Schubkraft» freisetzen. Neben der hohen Praxisrelevanz dieser Erkenntnis, insbesondere für die oben genannten Anwendungsbereiche, ergeben sich auch Konsequenzen in der Grundlagenforschung. «Es hat sich herausgestellt, dass eine weitere überraschende Eigenschaft des Strömungsfeldes dieser Lösungen diesem von uns gezeigten molekularen Mechanismus zugeordnet werden kann: nämlich der sogenannte ‹negative Nachlauf› der Gasblase», so Dieter Bothe von der Arbeitsgruppe Analysis des Fachbereichs Mathematik der TU Darmstadt.

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Das ist ein Bereich im Strömungsfeld unter der Blase, in dem normalerweise die Flüssigkeit mit kleiner Geschwindigkeit der Blase «hinterherläuft». Bei den polymeren Flüssigkeiten ist es aber umgekehrt: dort ist die Flüssigkeitsbewegung entgegen der Blasenbewegung orientiert. Diese Flüssigkeitsbewegung kommt durch dieselbe Spannung zustande, die auch die Blase «anschiebt». Aus diesem Verständnis können sich Möglichkeiten zur Steuerung von Strömungsvorgängen ergeben.

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V erfahrenstechnik

(Ab-)Wärme der Kälteanlage mit einer Ammoniak-Wärmepumpe clever nutzen

Wärmepumpe veredelt (Ab-)Wärme Das Pharma- und Biotechunternehmen Bachem AG in Bubendorf kombiniert die Kälteanlage mit einer Wärmepumpe. Diese erzeugt 70 °C heisses Wasser für das Wärmenetz mehrerer Gebäude. In diesen kann der fossile Anteil an Brennstoffen für die Wärmeerzeugung um mehr als einen Drittel gesenkt werden.

Das Schweizer Technologieunternehmen Bachem entwickelt Wirkstoffe für Medikamente und ist weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von Peptiden und Oligonukleotiden. Die Wirkstoffe werden in Medikamente für Krebstherapien, zur Behandlung von Diabetes oder auch für hochwertige Kosmetika eingesetzt. Die Herstellung der Wirkstoffe erfolgt in Reaktoren, die gezielt gekühlt und erhitzt werden. Die Labors und Produktionsräume unterstehen zum Teil strengen regulatorischen Vorgaben an das Raumklima. Entsprechend anspruchsvoll ist die Raumkonditionierung.

Bundesbeiträge an Wärmepumpen für Prozesswärme Das Beispiel der Bachem zeigt, dass Hochtemperatur-Wärmepumpen im industriellen Umfeld schon heute einen markanten Beitrag zur Erzeugung von Wärme im Unternehmen leisten können. Um das langfristige Ziele «Netto-Null 2050» zu erreichen, sind Unternehmen mit Produktionsanlagen gut beraten, heute die ersten Schritte zu tun. So sind sie gut aufgestellt, um Schritt für Schritt auf erneuerbare Energien umzustellen. Das Förderprogramm «Wärmepumpen für Prozesswärme» von EnergieSchweiz unterstützt Unternehmen, die neu einen Teil der Wärme für ihre industrielle Produktion mit einer Wärmepumpe erzeugen wollen. Der Förderbeitrag beträgt bis 40 Prozent der Mehrinvestitionskosten. Mehr Informationen hierzu auf Mehr Informationen hierzu auf www.energieschweiz.ch/prozesse-anlagentechnik/industrielle-waermepumpe/

Blick in die kombinierte Kälte-Heizzentrale. Links die beiden Kälteverdichter und rechts der Verdichter der Wärmepumpe. (Bild: Bachem AG, Peter Seiz)

Vereinfachte Darstellung der neuen, kombinierten Kälte-Wärmeerzeugung und die Einbindung ins Gesamtsystem. Die (Ab-)Wärme der Kältemaschine wird von einer Wärmepumpe veredelt. Besteht kein Wärmebedarf, wird die Wärme über den Rückkühler «entsorgt». (Grafik: zvg)

Was 1971 mit zwei Personen begann, ist heute ein weltweit tätiges, börsenkotiertes Technologieunternehmen mit über 1600 Mitarbeitenden. Nicht verändert hat sich hingegen über die Jahrzehnte die Treue zum Hauptsitz Bubendorf im Kanton BaselLandschaft – und ein grosses ökologisches Engagement. Das Responsible-Care-Programm fördert seit über zwei Jahrzehnten den verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen. Zudem engagiert sich Bachem bei der Energie-Agentur der Wirtschaft (EnAW).

Mit einem Mehrjahresplan soll der CO2Ausstoss an den beiden Schweizer Standorten Bubendorf und Vionnaz (VS) um jährlich 600 Tonnen reduzieren werden.

Zusätzlicher Kältebedarf weitsichtig decken Mit dem deutlichen Ausbau der Produktionskapazität am Standort Bubendorf über die letzten Jahre stieg auch der Kältebedarf. Entsprechend mussten die zwei bestehenden Kältezentralen für das Areal mit 6/2022

V erfahrenstechnik

chen Energiezentrale mit einer kombinierten Kälte-Wärmeerzeugung. Das System verbindet in einer Einheit eine Kältemaschine und eine Wärmepumpe. Zwei Kälteverdichter erzeugen das für die Produktion notwendige 8 °C kalte Wasser. Dabei fällt (Ab-)Wärme mit einer Temperatur von 45 °C an. Diese wird mit der Wärmepumpe auf 70 °C gehoben und kann so in einem Wärmenetz für die Gebäudeheizung und das Warmwasser auf dem BachemAreal genutzt werden. Situation vor Einbau der Wärmepumpe: In den Produktions- und Bürogebäuden C1, C3 G und F werden jährlich 1470 MWh Heizöl verwendet und die Kälteproduktion mit den bestehenden Kältemaschinen benötigt 440 MWh an Strom. Insgesamt werden 2740 MWh Wärme «entsorgt». (Grafik: zvg)

seinen neun Gebäuden erweitert werden. Peter Seiz, Leiter Global Engineering bei Bachem, leitete die Planungsarbeiten: «Für uns war nach ersten Überschlagsrechnungen schnell klar, dass wir die (Ab-)Wärme neuer Kälteerzeuger für eines unserer

Wärmenetze auf dem Areal nutzen wollten, anstatt sie wie bisher über Rückkühler an die Umgebung abzugeben.» Auf der Basis einer externen Konzeptstudie von Eicher + Pauli fand Bachem die optimale Lösung in einer neuen, zusätzli-

Markanter Beitrag der Wärmepumpe Obwohl im Sommerhalbjahr der Wärmebedarf gering ist und die Kälteleistung konstant hoch bleibt, kann die neue Wärmepumpe gut 55 Prozent der Abwärme der Kältemaschine verwerten. Damit deckt die Wärmepumpe rund 36 Prozent des jährlichen Wärmebedarfs der Produktions-, Lager- und Bürogebäude C1, C3, G und F im Werk Bubendorf.

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ytica Anal B1 Halle 313 d Stan

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V erfahrenstechnik

Situation nach Einbau der Wärmepumpe (Planungswerte 2014): Die kombinierte Kälte-Wärmeerzeugung senkt den jährliche Heizölbedarf in den Produktions- und Bürogebäuden C1, C3, G und F um mehr als 90 % auf 120 MWh. Die «entsorgte» (Ab-) Wärme kann um 45 % auf 1490 MWh reduziert werden. Dafür nimmt der Strombedarf um 100 MWh zu. (Grafik: zvg)

Nicht zu unterschätzen ist bei solchen hybriden Lösungen die Inbetriebnahme. «Am Schluss mussten wir etwas Knochenarbeit leisten, bis die Anlage einwandfrei funktioniert hat», schmunzelt Patrick Schwab, der massgeblich verantwortlich ist für den reibungslosen Betrieb der Wärme- und

Kälteversorgung bei Bachem. Denn anders als eine Ölheizung reagiert eine Wärmepumpe schon auf geringe Abweichungen bei den Temperaturen empfindlich. Und auch hydraulische Mängel der Wärmeverteilung verzeihen Wärmepumpen weniger gut. «Wir haben mit der Inbetriebnahme

der Wärmepumpe einen Fehler bei der hydraulischen Einbindung des Heizkessels entdeckt», so Schwab. «Ein Fehler, der schon mehrere Jahre bestand, aber erst mit der neuen Wärmepumpe zu einer Störung geführt hat und damit erkannt und behoben werden konnte». Innovative Lösungen mit neuen Technologien wie industriellen Wärmepumpen brauchen ein Management, das den Nutzen in einer langfristigen Perspektive sieht. «Bei Bachem ist die zuverlässige Bereitstellung der Infrastruktur inkl. Energien für den Ausbau der Produktionsanlagen genauso wichtig wie attraktive Paybackzeiten», sagt Seiz. «So darf sich eine Investition in einen Ausbau der Infrastruktur auch einmal erst mittelfristig rechnen.» Umso erfreulicher ist es, dass der Business Case für das Wärmepumpenprojekt aufgezeigt hat, dass sich die Investition in fünf bis sechs Jahren auszahlen wird. www.energieschweiz.ch

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SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Tag der offenen Tür bei «Unser Bier» Spezialitätenbrauerei Liestal

Craft-Bier-Auswahl.

Gärtanks (Bilder: Sektion Nordwestschweiz).

Delegation SCV Sektion NWS.

Gespräch unter Fachleuten.

Maischebottich-Würzepfanne mit PLS.

Eine Delegation der SCV Sektion NWS besuchte am Freitag, 22. April 2022, die neue Brauerei in Liestal. Nebst der Verkostung der in Liestal mit Sorgfalt und Liebe hergestellten Gerstensäfte konnten wir die Bierbrauanlage besichtigen und von dem anwesenden Bier-

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brauer erklären lassen. Die mittels Prozessleitsystem (PLS) gesteuerte Anlage besteht im Wesentlichen aus diesen Komponenten: – Wasseraufbereitung – Maischebottich/Würzepfanne – Läuterbottich – Gärtanks – Abfüllanlage Als Pharma- und Chemietechnologen fühlten wir uns arbeitstechnisch fast wie zu Hause und konnten uns sehr begeistern für das Produkt, welches in dieser Anlage hergestellt wird. Ein herzliches Dankeschön an

Visuelle Kontrolle beim Läuterbottich.

das engagierte Team von «Unser Bier» für diesen gelungenen Tag der offenen Tür.

Martin Nagel, SCV Sektion Nordwestschweiz 47

VERBANDSSEITE

Jubilare 2021 An der 24. Generalversammlung konnten wieder zahlreiche Mitglieder für langjährige Sektionszugehörigkeit geehrt werden. Leider wurde bei einigen Jubilaren die Anzahl Jahre der Verbandszugehörigkeit weggelassen. Wir bitten um Entschuldigung. Für den SCV Sektion Nordwestschweiz, Vorstand i. V. Martin Nagel

Anwesende Jubilare 2021 – Verbandszugehörigkeit 55 Jahre

Anwesende Jubilare 2021 – Verbandszugehörigkeit 40 Jahre

Anwesende Jubilare 2021 – Verbandszugehörigkeit 30 Jahre

Siegfried Bühler (r.) Bilder: Sektion Nordwestschweiz).

Thomas Nagy (v. l.), Hanspeter Itin, Martin Nagel und Paul Studer.

Georg Wolf (v. l.), Roland Gisin und Raymond Zufferey.

SEKTION OBERWALLIS Kurzprotokoll der 50. und 51. Generalversammlung 2022 Am 21. Januar 2022 fand die jährliche GV des SCV Sektion Oberwallis statt. Da schon im letzten Jahr die 50. Generalversammlung, wegen der Covid-19- Situation, nicht stattgefunden hatte, wurde dieses Jahr die GV online durchgeführt. Begrüssung Der Präsident Stephan Zenklusen begrüsst, nach einer kleinen Wartezeit, um 17.20 Uhr alle anwesenden Berufskollegen der Sektion Oberwallis zu der 50. und 51. Generalversammlung. Der Präsident liest die Traktanden vor. Erstellen der Präsenzliste An der 50. und 51. Generalversammlung vom 21. Januar 2022 nehmen drei Anwesende teil, sowie der Vorstand. Da die GV Online durchgeführt wird, ist die Präsenz stark dezimiert. Die Anwesenden werden elektronisch per Handbutton aufgenommen. Für die GV haben sich 27 Mitglieder im Vorfeld entschuldigt. 48

Stimmenzähler werden keine ernannt, da dies online elektronisch aufgenommen wird. Mutationen Michael Wyer liest den Anwesenden die Mutationen des Vereins sowie die Austritte von diesem Jahr vor. Der Verein hat im Jahr 2022 155 Aktivmitglieder sowie 59 Freimitglieder datiert. Gegenüber dem Jahr 2020 ist dies eine minimale Verminderung von einem Mitglied. Aktive: 155 Personen – Vereinsmitglieder: 35 – Sektionsmitglieder: 122

einsjahr 2020 und 2021 vor. Die Vereinskasse schliesst mit einer kleinen Vermögensabnahme ab. Grund hierfür ist, dass der Vorstand im Jahr 2021 beschlossen hat, die Jahresbeiträge nicht einzufordern, da in diesem Jahr keine Vereinsaktivitäten durchgeführt werden konnten. Die beiden Revisoren Leander Stoffel und Daniel Rosenkranz kontrollierten die tadellos geführte Buchführung und empfehlen der Versammlung, die Jahresrechnung zu genehmigen. Diese wird dann auch einstimmig von den Anwesenden angenommen.

Passivmitglieder: 0 Personen Freimitglieder: 59 Personen – Lehrende: 46 – Pensionierte: 13 Ehrenmitglieder: 1 Kassa- und Revisorenbericht Der Kassier Michael Wyer liest den Kassabericht zum Ver-

Geschäftsabschlussberichte und Protokolle GV Der Vorstand schlägt vor, dass wir wieder den Geschäftsabschlussbericht 2022 ohne Finanzzahlen veröffentlichen und ein separates Protokoll der GV 2022 veröffentlichen. Das Protokoll der GV 2022 wird dann aber ohne Finanzen und Mutationen sein. Der Geschäftsab-

schlussbericht ist ein Bestandteil des GV-Protokolls und dort am Schluss angefügt. Gründe hierfür sind: Die Finanzen, Mutationen und den Jahresbericht des Präsidenten können den Mitgliedern bei der GV-Einladung bereits zugesendet werden. Der Geschäftsabschlussbericht kann ohne Finanzzahlen auf der SCV-Homepage und im ChemieXtra direkt veröffentlicht werden. Das gesamte GV-Protokoll wird dadurch schlanker und kann ebenfalls im ChemieXtra veröffentlicht werden, ohne dass wir dafür noch einmal eine kurze Version erarbeiten müssen. Dies wird von der Versammlung einstimmig angenommen. Jahresbericht des Präsidenten Der Präsident Stephan Zenklusen weist darauf hin, dass die Geschäftsabschlussberichte 2021 und 2022 bereits veröffentlicht wurden. Die Anwesenden stim6/2022

VERBANDSSEITE

men online ab, dass der Bericht nicht nochmal vorgetragen werden muss. Die GV nimmt diesen Rückblick mit einem grossen Online-Applaus zusätzlich noch an. Statuten Es liegen keine Anträge zu Änderungen in den Statuten vor. Der Vorstand sieht keinen Bedarf, die Statuten von 2011 zum jetzigen Zeitpunkt anzupassen. Mitgliederbeiträge Die Festsetzung der Mitgliederbeiträge wurde von der Versammlung unverändert einstimmig angenommen. Somit gilt nach wie vor: Aktive Mitgliedschaft: Fr. 70.– Aktive Mitgliedschaft (ohne SCV Anbindung): Fr. 50.– Passive Mitgliedschaft: Fr. 50.– Freimitgliedschaft (Lernende/Pensionierte): Gratis Wahlen Da die Wahlen im Jahr 2021 nicht stattfinden konnten werden die Wahlen dieses Jahr nachgeholt: Fredy Salzmann tritt aus dem Vorstand aus und daher muss ein Nachfolger bestimmt wer-

den. Der Vorstand hat Silvio Abgottspon, welcher bereits Beisitzer im Vorstand ist, als Nachfolger vorgeschlagen. Die Versammlung nimmt dies zur Kenntnis und er wird einstimmig gewählt. Der Rest des Vorstands wird einstimmig wiedergewählt sowie auch die 2 Revisoren. Mit Dominic Roll konnte auch wieder ein neuer Beisitzer in den Vorstand aufgenommen werden. Übersicht Vorstand Zenklusen Stephan, Präsident/ Lehrlinge Abgottspon Silvio, Aktuar/Präsident Stv. Wyer Michael, Kassier/Mitgliederverwaltung Pavlovic Bojan, Interne Besichtigungen/Sportanlässe Juon Orlando, Exkursionen/Familientag Roll Dominic, Beisitzer Vorstand Verschiedenes 1. Budget Im Vereinsjahr 2022 sind keine zusätzlichen Aktivitäten geplant. Die Einnahmen/Ausgaben werden sich, je nach Durchführbarkeit der Anlässe, im üblichen Rahmen bewegen. 2. Jahresprogramm 2022 Zu den Anlässen wird der Vorstand die Mitglieder des SCV

Region Oberwallis via E-Mail/ Brief einladen. Folgende Termine sind bereits bekannt: – Skitag in Zermatt, am Samstag, 19. Februar 2022 und am Samstag, 2. April 2022 – Delegiertenversammlung in Bern, am 18. Juni 2022 – 53. Generalversammlung, am 20. Januar 2023. 3. Jubiläum 50 Jahre SCV Sektion Oberwallis Der Vorstand schlägt an der 52. Generalversammlung vor, das Jubiläum 50 Jahre SCV Sektion Oberwallis, welches nicht durchgeführt und auch noch nicht nachgeholt werden konnte, zu verschieben, bis Normalität Einkehrt. Die Anwesenden sind einverstanden und nehmen dies zur Kenntnis. Der Vorstand informiert hierzu an der nächsten GV. 4. Ehrungen Im Jahr 2020 wurden keinen Lehrabgänger geehrt, da diese ihre Ausbildung, infolge Covid- Massnahmen ohne Qualifikationsverfahren abgeschlossen haben. Den 3 besten Lehrabgängern 2021 übergibt der Vorstand einen Geldbetrag und eine Urkunde.

Preisträger im 3. Rang: Dominik Roll Den Preisträgern gratuliert der Vorstand für ihre ausgezeichnete Leistung. 5. Sonstige Ehrungen Jubilare 35 Jahre 2020: Eyholzer Markus; Rieder Adrian; Ritz Remo; Schaller Gillbert; Schwery Marco Jubilare 35 Jahre 2021: Brunner Erwin Fredy Salzmann wird natürlich auch noch verdankt. Er war von 2004 (17 Jahre) im Vorstand als Aktuar und Vizepräsident. Der Vorstand sowie auch die Mitglieder schenken dieser Leistung einen kräftigen Applaus. Die Präsentübergabe findet in einem der kommenden Anlässe persönlich statt. Der Präsident zeigt den Anwesenden noch einige Fotos, welche Fredy Salzmann, während seiner 17-jährigen Karriere bei unserer Sektion zeigen. Mit Applaus beendet der Präsident die GV. Somit ist die GV 2022 um 18.15 Uhr abgeschlossen.

Preisträger im 1. Rang: Rouven Seematter Preisträger im 2. Rang: Aaron Heynen

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Künstliche Intelligenz im Einsatz für Recorder und Datenlogger Recorder und Datenlogger werden an Fertigungs- und Entwicklungsstandorten in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt, um Daten zu Spannung, Strom, Temperatur, Durchfluss, Druck und anderen Variablen zu erfassen, anzuzeigen und aufzuzeichnen. Die Yokogawa Electric Corporation hat nun eine KI-basierten Software für das System Smartdac+ auf den Markt gebracht. Das Programm nennt sich Equipment/Quality Predictive Detection Tool. Damit können Benutzer für die papierlosen Recorder und Datenlogger der Smartdac-Serien GX, GP und GM ihre eigenen Systeme zur Erkennung von Geräte- und Qualitätsano malien in Fertigungsanlagen einrichten. Die Produktionseffizienz lässt sich deutlich steigern, sobald

Gerätedefekte und Qualitätsminderungen in Prozessanlagen frühzeitig erkannt werden. Prädiktive Detektionsmodelle können mit KI und auf der Grundlage vorhandener Aufzeichnungsdaten ohne Spezialkenntnisse erstellt werden. Durch Einspielen des von dieser Software erstellten prädiktiven Detektionsmodells in das System Smartdac+ vor Ort lässt sich im Handumdrehen ein System zur vorausschauenden Erkennung von Qualitätsverlusten einrichten. Mit dem sogenannten «Health Score», einem Indikator für die Abweichung vom aktuellen zum idealen Qualitätslevel, können die Bediener rechtzeitig per Alarm oder E-Mail gewarnt werden, um dann entsprechende Gegenmassnahmen ergrei-

fen zu können. Hierdurch können unerwartete Produktionsausfälle minimiert werden. Die Software ist als Cloud-Version und als Offline-Version erhältlich. Das System zur prädiktiven Erkennung von Geräte- und Qualitätsano malien lässt sich mit beiden Versionen erstellen. Die Cloud-Version ist

schneller verfügbar und muss nicht erst auf einem PC installiert werden. Yokogawa Europe Branches B.V., Swiss Branch Allschwil CH-4123 Allschwil stefan.lugert@ch.yokogawa.com www.yokogawa.com/ch

Cellulose- und Glasfaser-Extraktionshülsen Cellulose-Extraktionshülsen sorgen für eine zuverlässige und schnelle Analytik in der Lebensmittelkontrolle und Umweltmonitoring. Zudem eignen sie sich für Soxhlet, Tecator oder ähnliche Geräte zur Extraktion bestimmter Bestandteile aus Feststoffen mit einem geeigneten Lösungsmittel. Sie werden hergestellt aus bindemittelfreier Cellulose ohne Chemikalien-Zugabe mit minimalen Anteil an extrahierbaren Bestandteilen und die gleichmässige, hohe Porosität der Hülsen sichert einen schnellen Durchfluss. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind folgende:

– Extraktion von Fettsäuren und fettigen Stoffen aus Lebensmitteln, Farben, Lacken, bituminösen Materialien – Analyse von Pestiziden, polyaromatischen Kohlenwasserstoffen und Dioxinen in Lebensmitteln – Extraktion von Wirkstoffen aus Pharmazeutika und Weichmachern aus Kunststoffen Glasfaser-Extraktionshülsen werden empfohlen für die Filtration und Bestimmung von Stäuben und Aerosolen aus Gas- und Luftströmen. Sie werden hergestellt aus 100 % reinen Borsilikat-Mikrofasern, ohne Bindemittel und weisen eine gute Stabilität auf bei hohen

Temperaturen bis 500 °C in heissen, feuchten und sauren Gasen. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind hier folgende: – Extraktion mit Lösungsmitteln, die mit Cellulosefasern inkompatibel sind – Gravimetrische Bestimmung von Staubpartikeln oder Aerosolen aus heissen Luft- und Gasströmen – Extraktion bei speziellen biochemischen Analysen Sebio GmbH CH-4450 Sissach info@sebio.ch www.sebio.ch

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sätze aus Glas oder PTFE, Dichtungsringe, Klemmen und vieles mehr. Ergänzt wird die «Airfree»Produktpalette durch eine Auswahl an passenden Vakuummessgeräten und -pumpen. Auf Anfrage sind darüber hinaus auch kundenspezifische Ausführungen von Gefässen, Schliffen, Anschlüssen und Adaptern praktisch jeder Bauart verfügbar.

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tiger, so kann hier eine Apertur von f/2.0 gewählt werden. Die Ramanspektrometer verfügen wahlweise über einen SMA-Anschluss für lichtleitergekoppelte Ramansonden oder über ein Cage-Interface-System für die Freistrahleinkopplung. Ein interner optomechanischer Shutter erlaubt die automatische Messung des Dunkelspektrums. Neben den Standardgeräten sind auch hier spezielle OEM-Versionen für die Integration erhältlich.

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