claire® neo - think forward
Neue Massstäbe für Flexibilität, Sicherheit und Konnektivität
DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE
Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes April / Mai 2023 4–5/2023 skan.ch/puresolutions
Offizielles Organ des
SEPTEMBER 2023
26 – 28
MESSE
inspired, be there! ILMAC.CH
BASEL (SWITZERLAND) Inspiring the Future of Chemistry and Life Sciences. Be
Mit allen Wassern gewaschen
Wasser ist in den Vordergrund der Nachhaltigkeitsdebatte gerückt. Wir haben vom «Wasser-Nobelpreis» erfahren, über den wir auf Professor Andrea Rinaldo, Spezialist für aquatische Umwelt an der EPFL, wurde kürzlich damit ausgezeich net. Doch was bedeutet eigentlich Nachhaltigkeit? Was bedeutet sie beim Wasser?
Der Begriff taucht erstmals im 18. sächsische Oberberghauptmann Hans Carl von Carlowitz forderte 1713 eine Holzwirtschaft, bei der nur so viel Holz geschlagen wird, wie durch Aufforstung nachwachsen kann. Ausschlaggebend war der Bergbau, der so viel Holz verbrauchte, dass die Umgebung der Bergstädte weitgehend kahlgeschlagen wurde. Er plädierte er für einen Anbau mit kontinuierli cher, beständiger und nachhaltiger Nutzung.
Heute verstehen wir unter Nachhaltigkeit mehr, doch eine Definition ist schwierig. Vielleicht auch deshalb, weil Politik und Wirtschaft sich den Begriff für ihre PR-Zwecke gekapert haben. Edmund A. Spindler redet passenderweise von einem schillernden Containerbegriff. Ist etwas – auf welcher Art auch immer – gut für die Umwelt, kommt es in den Nachhaltigkeitscontainer!
Der 1987 durch die Weltkommission für Umwelt und Entwicklung WCED publizierte Brundtland-Bericht beschreibt eine nachhaltige Entwicklung als eine solche, welche die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne dabei die Zustände zukünftiger Generatio nen zu beeinträchtigen. Was Gewässer und Grundwasser betreffen, erfüllen wir dem nach nur die Erstdefinition, die den modernen Chemikalien-Cocktail nicht miteinbezieht.
Immerhin soll die Schweiz aber das erste Land der Welt gewesen sein, das den Begriff der Nachhaltigkeit in der Verfassung verankert hat. Seit dem 1. Artikel 2: «Die schweizerische Eidgenossenschaft fördert die gemeinsame Wohlfahrt, die nachhaltige Entwicklung, den inneren Zusammenhalt und die kulturelle Vielfalt des Landes.»
Interessant ist schliesslich, dass der weltweit grösste Pestizidhersteller kürzlich eine «Wasserstrategie zur Bewältigung der globalen Wasserkrise» kommuniziert hat und damit einen «nachhaltigen Mehrwert schaffen» will. Die Rede ist von einem «ganzheitli chen Ansatz zur Verbesserung der Wassernutzung und -qualität über die gesamte Wertschöpfungskette und einem wasserresilienten Landwirtschaftssystem mit Schwer punkt auf Reisanbau». Ob das Greenwashing, der strategische Griff nach einem neuen Geschäftsfeld oder einfach eine gute Nachricht ist, wird sich zeigen. Bleibt zu hoffen, dass Nachhaltigkeit nicht im Sinne der oben erwähnten Definitionen gedacht ist.
Ich freue mich, Sie an dieser Stelle begrüssen zu dürfen und wünsche Ihnen eine interessante Lektüre!
Growing ideas for
Luca Meister
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Für nachhaltiges Wachstum braucht es viele gute Ideen und Lösungen. Mit unserer Auswahl haben wir die besten eingefangen. Für mehr Entfaltung #grow withus
4–5/2023
Laborbedarf Life Science und Chemikalien www.carlroth.ch
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CHEMIE
Komplexchemie im Einsatz für die Medizin
Massgeschneiderte chemische Komplexe bestimmter Elemente von Metallen könnten sich in besonderer Weise für den Einsatz in der medizinischen Bildgebung, aber auch für potentielle Anwendungen in der personalisierten Präzisionsmedizin eignen.
BIOWISSENSCHAFTEN
Wie Genetik beim Artenschutz helfen kann
Mithilfe eines neuartigen genetischen Ansatzes haben Forschende der Universität Zürich Informationen zur Population der bedrohten Westafrikanischen Schimpansen in gesammelt.
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LABOR
Neues Syntheseverfahren für Terpene
An der Universität Leipzig wurde eine vereinfachte Methode entwickelt, um Terpene künstlich herzustellen. In der Natur vorkommende enzymatische Prozesse wurden mithilfe von fluorierten Alkohol-Katalysator-Lösungen nachgebildet.
IMPRESSUM
Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche
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MEDIZIN
Neue Stammzellen heilen HIV-Infektion
Ein internationaler Verbund aus Ärzten und Forschenden hat einen weiteren Fall identifiziert, in dem eine HIV-Infektion via Stammzelltransplantation nachweislich geheilt werden konnte.
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ERNÄHRUNG
Schädliche Verbindungen entdeckt
Mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens hat ein deutsches Forscherteam genotoxische Verbindungen in komplexen Proben von pflanzlichen Ölen visualisiert.
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VERANSTALTUNGEN
Die MUT ruft zur Transformation auf
Ende März fand die MUT – Messe für Umwelttechnik im Congress Center Basel statt. Experten aus der Schweizer Umwelttechnikbranche trafen sich mit Persönlichkeiten aus Politik und Wissenschaft.
Vorstufe
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Jahrgang
13. Jahrgang (2023)
Druckauflage
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6907 Exemplare Total verbreitete Auflage
1979 Exemplare davon verkauft
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Redaktionelle Mitarbeit
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INHALTSVERZEICHNIS 2 4–5/2023
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PUBLIREPORTAGE
Konditionieren hochtoxischer APIs
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VERFAHRENSTECHNIK
Substanzen nachhaltiger synthetisieren
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UMWELT
Feinstaub-Phänomen von New Delhi aufgeklärt
Forschende am PSI haben in einem Gemeinschaftsprojekt geklärt, weshalb in New Delhi der Smog entgegen allen Regeln der Atmosphärenchemie nachts entsteht.
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F ORSCHUNGSWELT
Weisse Blutkörperchen vor Burnout schonen
Abwehrzellen erschöpfen sich beim Kampf gegen Krebs. Vom SNF unterstützte Forschende können dies verhindern – ein Glück für Immuntherapien.
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Biopharmazeutische APIs – Active Pharmaceutical Ingredients –sind hochpotent. Erstmals wurde jetzt ein Isolator mit einem Klimaschrank als geschlossenes System zu einem Reinraum kombiniert. 44
Wie qualifizierte Fachkräfte überzeugt werden
Wie kommen Unternehmen zu qualifizierten Fachkräften? In einem Gastartikel werden die fünf wichtigsten Vorteile vorgestellt, mit denen Firmen hervorstechen.
DER BRANCHE
ZUM TITELBILD
Der Countdown läuft! An der ILMAC 2023 in Basel stellt SKAN Pure Solutions die Sicherheitswerkbank claire® neo vor. Die Summe der neuen Komponenten und Eigenschaften verspricht völlig neue Massstäbe für Sicherheitswerkbänke hinsichtlich Leistung, Funktion und Design. claire® neo bietet alle Möglichkeiten, sich flexibel auf die Zukunft einzustellen. Das Konzept erlaubt die schnelle Adaption neuer technischer Möglichkeiten für unterschiedlichste Laboranwendungen – in der Datenverarbeitung und GMP-gerechten Datenüberwachung, bei der Erfüllung kommender Standards oder der Anpassung an veränderte Laborumgebung.
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INHALTSVERZEICHNIS 3 4–5/2023
DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes April Mai 2023 4–5/2023 skan.ch/puresolutions claire® neo - think forward Neue Massstäbe für Flexibilität, Sicherheit und Konnektivität 01_Titelseite.indd
VERBANDSSEITEN SCV-Informationen
PRODUKTE 50
Eine Alternative zu etablierten Syntheseverfahren spart bei ausgewählten chemischen Reaktionen bis zu 98 Prozent an Lösungsmittel und 80 Prozent an Energie. VERZEICHNIS
LIEFERANTEN -
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MANAGEMENT
29 AUS
MRI-Bildgebung
Komplexchemie im Einsatz für die Medizin
Massgeschneiderte chemische Komplexe bestimmter Elemente aus der Gruppe der Metalle könnten sich in besonderer Weise für den Einsatz in der medizinischen Bildgebung, aber auch für potentielle Anwendungen in der personalisierten Präzisionsmedizin eignen. Das hat ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Peter Comba vom Anorganisch-Chemischen Institut der Universität Heidelberg demonstriert.
In ihrer Grundlagenforschung haben die Heidelberger Wissenschaftler mit Mangan-, Lutetium- und Actinium-Ionen gearbeitet. Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten standen dabei Liganden mit einem sogenannten Bispidin-Gerüst. Diese Verbindungen sind extrem starr und können Metall-Ionen stabil und selektiv binden.
Viel stabiler als Zink
In ihrer Arbeit mit Mangan, einem Übergangsmetall mit besonderen Eigenschaften wie der Fähigkeit, in der Magnetresonanztomographie (MRT) den Kontrast zu erhöhen, hat das Forschungsteam drei unterschiedliche Bispidin-Liganden und deren Mangan(II)-Komplexe synthetisiert. Sie weisen Stabilitäten auf, die bis zu zehn Milliarden Mal grösser sind als jene für Zink(II), dem wichtigsten «Konkurrenten» von Mangan(II) in biologischen Systemen. Laut Comba eignen sich diese Verbindungen besonders gut als Kontrastmittel für MRT, weil sie in tierischen und menschlichen Körpern die Mangan-Ionen nicht gegen Zink-Ionen austauschen.
Besser für den Körper
Bislang werden dafür fast ausschliesslich Gadolinium(III)-Substanzen verwendet. In den vergangenen Jahren haben allerdings Sicherheitsbedenken zugenommen, weil freie Gadolinium(III)-Ionen giftig sind, wie der Chemiker erläutert. «Dies trifft zwar auch auf freie Mangan(II)-Ionen zu. Da Mangan im Gegensatz zu Gadolinium für den menschlichen Körper essentiell ist, existieren aber natürliche Mechanismen, die Mangan(II) aus dem Körper entfernen können. Diese Substanzen für klinische Anwendungen weiterzuentwickeln, kann also ein lohnendes Ziel sein», so Comba. Nach seinen Angaben ist die Qualität ers-
ter MRT-Bilder in Mäusen mit einer der in Heidelberg entwickelten Mangan-Komplexe vergleichbar mit den Ergebnissen, die bei Aufnahmen mit einem klinisch erprobten Gadolinium-Kontrastmittel erzielt werden.
Mit Doppelfunktion
Über diese neuen Mangan-selektiven Liganden hinaus hat Dr. Patrick Cieslik auch ein Bispidin-Gerüst entwickelt, das mit den Metallen Lutetium-177 und Actinium-225 sehr stabile Komplexe bildet. Bei diesem Liganden handelt es sich um einen sogenannten bifunktionalen Chelator (BFC), der eine doppelte Funktion besitzt und somit Teil eines modularen Systems ist. Zum einen kann ein BFC ein radioaktives Metall-Ion binden, zum anderen lässt er sich an einen biologischen Vektor wie beispielsweise einen Antikörper koppeln, um spezifische Moleküle oder Gewebe im Körper aufzuspüren. In diesem Fall wurde der BFC an ein Peptid gekoppelt, das im Körper Tumorzellen finden kann.
Lässt hohe Empfindlichkeit zu Ein solcher chemischer Komplex – auch Konjugat genannt – kann mit Radionukliden markiert werden, die in der Bildgebung oder in der Therapie von Bedeutung sind. «Wir konnten zeigen, dass unsere Konjugate mit den medizinisch wichtigen Radionukliden Lutetium-177 und Actinium-225 ähnlich gute Eigenschaften aufweisen wie Konjugate mit DOTA, einem bifunktionalen Chelator, der bereits klinisch angewendet wird», erläutert Dr. Patrick Cieslik, der für seine Doktorarbeit im Team von Comba geforscht hat. «Der wesentliche Vorteil des von uns entwickelten BFC ist, dass er im Gegensatz zu den
Eine MRT-Messung ist beispielsweise Standard bei Verdacht eines Schlaganfalls. Dabei helfen Kontrastmittel dem medizinischen Personal, ein besseres Bild zu erzielen. (Bild: Envato)
DOTA-Systemen sehr schnell und unter milden Bedingungen mit radioaktiven Metall-Ionen markiert werden kann. Damit lassen sich Konjugate mit sehr empfindlichen Antikörpern verwenden, wie sie für die personalisierte Medizin im Rahmen von Diagnose und Therapie relevant sein könnten», so Cieslik. Die Forschungsergebnisse wurden in zwei Papern im «Journal of the American Chemical Society» veröffentlicht. An den Forschungsarbeiten waren neben dem Heidelberger Team auch weitere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland und Frankreich beteiligt. Gefördert wurden die Arbeiten von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Max Planck School Matter to Life.
www.uni-heidelberg.de
4 4–5/2023 C HEMIE
Neues Synthesewerkzeug
Stark leuchtende Moleküle
Verdrehte Moleküle spielen eine wichtige Rolle für die Entwicklung von organischen Leuchtdioden. Einem Team von Forschenden an der Universität Basel ist es nun gelungen, diese Verbindungen mit exakt der gewünschten dreidimensionalen Struktur zu erzeugen. Damit ebnen sie den Weg für neue und bessere Leuchtmittel.
Angelika Jacobst ¹
Sie blinken als Anzeige, leuchten rot für den Standby-Modus oder beleuchten den Esstisch: Leuchtdioden, allgemeinsprachlich als LEDs bekannt, sind aus unserem Umfeld nicht mehr wegzudenken. Noch etwas weniger bekannt, aber ebenso allgegenwärtig sind organische Leuchtdioden, kurz OLEDs. Diese Technologie steckt in Bildschirmen von Smartphones, Tablets und Monitoren. Sie lässt sich kostengünstiger in Form eines Dünnschichtbauteils erzeugen, kann den herkömmlichen LEDs allerdings in manchen Eigenschaften wie Lichtausbeute und Lebensdauer noch nicht das Wasser reichen.
Auf der Suche nach neuen Molekülen, welche die für OLEDs nötigen Eigenschaften besitzen, spielen sogenannte Helicene eine zentrale Rolle. Helicene sind eine Stoffgruppe, bei der Ringe aus sechs Kohlenstoffatomen (Benzolringe) helixförmig aneinanderhängen. Bei der Synthese dieser Verbindungen war es bisher schwierig, die Richtung zu kontrollieren, in der die Moleküle verdreht sind, also die sogenannte Chiralität. Dies war nur für bestimmte Arten von Helicenen und in sehr begrenztem Umfang möglich.
Zirkular polarisiertes Licht
Professor Olivier Baudoin, Dr. Shu-Min Guo und Soohee Huh vom Departement Chemie der Universität Basel ist nun ein wichtiger Schritt gelungen. Ihr neues Konzept für die Synthese dieser wichtigen chiralen Moleküle beschreiben sie in der Fachzeitschrift Nature Chemistry.
Bei ihrer Syntheseroute machten sich die Basler eine Reaktion zunutze, die Kohlen -
stoff-Wasserstoff- sowie Kohlenstoff-BromVerbindungen spalten und KohlenstoffKohlenstoff-Bindungen erzeugen kann. Diese sogenannte C-H-Bindungsaktivierung hat sich in den letzten Jahren zu einem wertvollen Synthesewerkzeug entwickelt. Die Methode erlaubt, Helicene mit der gewünschten Chiralität zu erzeugen und dürfte auch für längere Ketten von Benzolringen geeignet sein.
Forschende der Université Paris-Saclay in Frankreich konnten zeigten, dass die vom Basler Team synthetisierten Produkte stark absorbieren und zirkular polarisiertes Licht
emittieren – eine wichtige Eigenschaft für die Entwicklung neuer Materialien, die wie OLEDs auf verdrillten Molekülen beruhen. «Unsere Ergebnisse zeigen das grosse Potenzial unserer Strategie für die Synthese solch komplexer funktioneller Moleküle», sagt Olivier Baudoin. In einem nächsten Schritt wollen er und sein Team komplexere Helicene mit verbesserten Eigenschaften synthetisieren.
5 4–5/2023 C HEMIE
www.unibas.ch
Ein mit OLED-Panels beleuchteter Tunnel in Südkorea. (Bild: Shutterstock)
Helicene sind eine Stoffgruppe, bei der Ringe aus sechs Kohlenstoffatomen (Benzolringe) helixförmig aneinanderhängen. (Bild: Roland Mattern, CC BY-SA 3.0 DE)
1 Universität Basel
Astrochemie
Die Vermessung des Jupiters
Die Weltraummission Juice der ESA trat am 13. April ihre Reise zum Jupiter an und wird dort unter anderem bei drei Eismonden nach Spuren von Leben suchen. Die Universität Bern steuerte das Massenspektrometer NIM zur Mission bei und ist an zwei weiteren Instrumenten beteiligt.
Am 13. April 2023 um 14:15 Uhr trat die Weltraumsonde Juice (Jupiter icy moons Explorer) der europäischen Weltraumorganisation ESA an Bord einer Ariane-5-Rakete ihre Reise vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, zum Jupiter an. Nach einer rund achtjährigen Reise wird Juice beim Jupiter ankommen und dort den grössten Planeten unseres Sonnensystems und drei seiner über 80 Monde erforschen. Dabei handelt es sich um die Eismonde Ganymed, Kallisto und Europa – eisige, dunkle Welten: Die Durchschnittstemperatur auf deren Oberfläche liegt bei unter minus 140 Grad Celsius.
Die Juice-Mission will fundamentale Fragen zur Entstehung des Jupiters und seinen Monden klären – und es geht auch um die Suche nach Anzeichen für Leben. An Bord von Juice befinden sich zehn wissenschaftliche Instrumente. Die Universität Bern trägt das Massenspektrometer NIM (welches Teil des Particle Environment Package PEP ist) zur Mission bei und ist an zwei weiteren Instrumenten beteiligt: Dem Submillimeter Wave Instrument SWI und dem Laser Altimeter GALA.
Atmosphärenchemie der Eismonde
Der Instrumentenbau für Weltraummissionen hat eine lange Tradition an der Universität Bern. So verfügt man in Bern beispielsweise über ausgewiesene Expertise auf dem Gebiet der Massenspektronomie. Für die Juice-Mission wurde das Neutral and Ion Mass Spectrometer (NIM) unter der Leitung von Prof. Peter Wurz, Direktor des Physikalischen Instituts der Universität Bern, in Bern entwickelt und gebaut. Es ist Teil des Particle Environment Package (PEP), das aus sechs unterschiedlichen Spektrometern besteht. Das Massenspek-
Künstlerische Darstellung der Juice-Mission zur Erforschung des Jupitersystems. (Grafiken –Spacecraft: ESA/ATG medialab; Jupiter: NASA/ESA/J. Nichols (University of Leicester); Ganymede: NASA/JPL; Io: NASA/JPL/University of Arizona; Callisto and Europa: NASA/JPL/DLR).
Das Massenspektrometer NIM in einer der Thermalvakuumkammern an der Universität Bern, in denen es für die Juice-Mission qualifiziert und geeicht wurde. (Bild: Universität Bern, Audrey Vorburger)
trometer NIM wird die chemische und isotopische Zusammensetzung und Verteilung der Teilchen in den Atmosphären von Jupiters Eismonden sowie die physikalischen Parameter dieser Atmosphären untersuchen. Wurz sagt: «Die Erkenntnisse, wie der Jupiter und seine Monde ent-
standen sind und wie sie sich entwickelt haben, sind ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der Entstehung des Sonnensystems im Allgemeinen.»
Das Institut für Angewandte Physik (IAP) der Universität Bern hat unter der Leitung von Axel Murk die Optik und die Kalibrati -
6 4–5/2023 C HEMIE
Die Juice-Mission
Der Jupiter Icy Moons Explorer der ESA, Juice, wird den riesigen Gasplaneten und seine drei grossen ozeanhaltigen Monde – Callisto, Europa und insbesondere Ganymed – mit einer Reihe von zehn einzigartigen wissenschaftlichen Instrumenten, einem Radiointerferometrie-Experiment und einem Strahlungsmonitor eingehend beobachten. Die Mission wird diese Monde sowohl als planetarische Objekte als auch als mögliche Lebensräume analysieren. Ferner wird die komplexe Umgebung des Jupiters eingehend erforscht und das Jupitersystem im weiteren Sinne als Musterbeispiel für Gasriesen im gesamten Universum untersucht.
Juice wird eine Reihe von Premieren im Sonnensystem erleben. Sie wird die erste Raumsonde sein, die jemals einen anderen Mond als unseren eigenen umkreist –nämlich den grössten Mond des Jupiters, Ganymed. Und auf dem Weg zum Jupiter wird sie die erste Schwerkraftumlenkung von Mond und Erde ausführen, um Treibstoff zu sparen.
onseinheit für das Submillimeter Wave Instrument (SWI) entwickelt. Im Herbst 2020 wurde die Optik für das SWI am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung integriert und getestet. Murk, der die Abteilung für Mikrowellen Physik am IAP leitet, erklärt: «Das Instrument wird die thermische Strahlung von Jupiters Stratosphäre in Submillimeterwellenlängen messen, um die Temperaturverteilung, die Zusammensetzung und die Winde in der Jupiter-Atmosphäre zu ermitteln. Zusätzlich werden mit dem SWI die Atmosphären sowie die Oberflächeneigenschaften der Monde untersucht.» Das IAP entwickelt bereits seit vielen Jahren Mikrowellenradiometer für die Fernerkundung der Erdatmosphäre. Wie Murk betont, konnte dank
der langjährigen Erfahrung des IAP im optischen Design und in der Kalibration ein wichtiger Beitrag für das SWI geleistet werden.
Ebenfalls an Bord von Juice wird das Ganymede Laser Altimeter GALA sein, für welches am Physikalischen Institut unter der Leitung von Nicolas Thomas das sogenannte Range Finder Module – ein Entfernungsmesser – entwickelt wurde. «Das GALA-Projekt steht unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR. Wir stellen die Entfernungsmesser-Elektronik zur Verfügung, die von der Firma Thales-Alenia Space Switzerland in Zürich speziell gebaut wurde», erklärt Thomas, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Direktor des Nationalen
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Forschungsschwerpunkts NFS PlanetS. Er ist einer der international führenden Experten auf dem Gebiet der Fernerkundungsinstrumente für Weltraummissionen. So wurde unter seiner Leitung beispielsweise die Kamera CaSSIS gebaut, die seit 2018 hochaufgelöste, spektakuläre Bilder der Marsoberfläche liefert.
Ganymed und Europa: Unterirdische Ozeane
Daten früherer Weltraummissionen und Modellrechnungen legen nahe, dass sich tief unter der äusseren Eisschicht von Ganymed und Europa unterirdische Ozeane befinden. Nach heutigem Kenntnisstand besitzen die Ozeane sämtliche Eigenschaften, die es braucht, damit Leben entstehen und längerfristig existieren kann. «Angesichts der Anstrengungen, die in die Suche nach Leben gesteckt werden, sowohl mit der Fernerkundung von Exoplaneten als auch mit der Untersuchung von vielversprechenden Objekten in unserem Sonnensystem, würde ich erwarten, dass innerhalb der nächsten 20 Jahre Anzeichen von Leben gefunden werden», so Wurz. «Die Frage, ob es da draussen überhaupt Leben gibt, könnte zur Frage werden, welche Lebensformen es da draussen gibt: einfaches Leben, entwickeltes Leben oder sogar intelligentes Leben, und wie zahlreich es ist.»
www.unibe.ch
7 4–5/2023 C HEMIE
www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Juice
BIS ZU
Evolutionäre Anthropologie
Wie Genetik beim Artenschutz helfen kann
Die Westafrikanischen Schimpansen in Guinea sind durch den Bergbau bedroht. Mithilfe eines neuartigen genetischen Ansatzes haben Forschende der Universität Zürich mit einem internationalen Team Informationen zur Populationsgrösse und Gemeinschaftsstruktur der bedrohten Art gesammelt. Die Daten bilden eine wichtige Grundlage, um die Auswirkungen des Bergbaus zu beurteilen.
Der Westafrikanische Schimpanse wird auf der Roten Liste der Weltnaturschutzunion (IUCN) als vom Aussterben bedroht aufgeführt. Das Naturschutzgebiet des NimbaGebirges, ein Unesco-Weltnaturerbe an der Grenze zwischen Guinea, Liberia und der Elfenbeinküste in Westafrika, beherbergt eine einzigartige Population dieser Schimpansenart. Doch Guinea ist auch reich an Mineralien und verfügt über einige der hochwertigsten Eisenvorkommen der Welt. Durch den Bergbau, der an der Grenze zum Naturschutzgebiet betrieben wird, ist die Region bedroht. «Es ist daher entscheidend, dass wir Instrumente entwi -
ckeln, um die gefährdete Schimpansenpopulation zu überwachen und die Auswirkungen des Bergbaus zu bewerten», sagt Kathelijne Koops, Professorin am Institut für Evolutionäre Anthropologie der Universität Zürich.
15 Jahre genetisches Material analysiert
Um die Grösse der Schimpansenpopulation, die Zusammensetzung der Gemeinschaft und ihr Verbreitungsgebiet an der Westflanke des Nimba-Massivs zu bestimmen, verwendeten Koops und ihre Kollegen genetische Zählungen. Zum internati -
onalen Team gehörten Forschende der Universitäten Zürch, Kent und Kopenhagen, des Kopenhagener Zoos, der Texas A&M und des Umweltforschungsinstituts von Bossou in Guinea. Im Zeitraum zwischen 2003 und 2018 sammelten die Wissenschaftler während der Feldarbeit fast tausend Kotproben der Schimpansen. Sie analysierten das darin enthaltene genetische Material mithilfe eines Panels von 26 Mikrosatelliten – kurzen DNA-Stücken, welche die Identifizierung einzelner Tiere sowie die Verwandtschaft zwischen ihnen ermöglichen. «Unsere Studie ist die erste, in der Genetik so umfang -
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Anhand der Forschungsdaten lässt sich z. B. vorhersagen, wie sich der Bergbau auf die Bewegungen der Schimpansen zwischen verschiedenen Gemeinschaften oder bei der Nahrungssuche auswirken könnte. (Bild: Pixabay)
reich eingesetzt wird, um Anzahl und Populationsstruktur einer stark bedrohten Schimpansenpopulation in Westafrika zu bestimmen», sagt Koops.
Gene legen Migrationsbewegungen offen
Die Analyse ergab insgesamt 136 Schimpansen, die in vier verschiedenen Gemeinschaften oder sozialen Gruppen leben. Die tatsächliche Zahl der Schimpansen in dem Gebiet übersteigt diese Mindestschätzung wahrscheinlich erheblich. «Säuglinge und Jungtiere werden über die Kotproben nicht zuverlässig erfasst, und von einigen Gebieten des Gebirgszugs gibt es nicht ausreichend Kotproben», sagt Christina Hvilsom, Genetikerin im Zoo Kopenhagen.
Das Team konnte zudem eine Reihe von Migrationsbewegungen, ein hohes Mass an gemeinsamer Abstammung und grosse genetische Vielfalt in der Schimpansenpopulation ausmachen. Die Ergebnisse unterstreichen den Nutzen der genetischen Zählung, um Affenbestände zeitlich zu überwachen, aber auch um Migrationsbewegungen, genetische Vielfalt und die Lebensfähigkeit der Population zu erfassen», fügt Mitautor Peter Frandsen, ebenfalls vom Zoo Kopenhagen, hinzu. Anhand der Daten lassen sich beispielsweise Vorhersagen darüber treffen, wie sich Strassenbauund Abbautätigkeiten auf die Bewegungen der Schimpansen zwischen den verschie -
denen Gemeinschaften oder auf den Zugang zu Nahrung und Nistplätzen auswirken könnten.
Instrument zum Schutz von Menschenaffen
«Unsere Studie bestätigt den Status des Unesco-Welterbes Nimba als prioritäres Gebiet zum Schutz des stark bedrohten Westafrikanischen Schimpansen», sagt Mitautorin Tatyana Humle, Senior Associate bei der Organisation «Re:wild». Sie zeige auch, wie wertvoll der Einsatz nicht-invasiver genetischer Techniken sei, um wichtige
Daten über den Bestand, die Struktur und die genetische Gesundheit der Populationen zu gewinnen.
«Für zukünftige Folgenabschätzungen empfehlen wir genetische Probenahmen in Kombination mit Kamerafallen, da diese Methoden robuste Grundlagen für das Biomonitoring und das Naturschutzmanagement liefern können», sagt Koops. Dies gilt nicht nur für den Westafrikanischen Schimpansen, sondern auch für andere bedrohte Menschenaffenarten.
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Das Naturschutzgebiet des Nimba-Gebirges, ein Unesco-Weltnaturerbe an der Grenze zwischen Guinea, Liberia und der Elfenbeinküste in Westafrika, beherbergt eine einzigartige Population Westafrikanischer Schimpansen. (Bild: Kathelijne Koops)
Mithilfe genetischer Zählungen bestimmt ein internationales Forschungsteam die Grösse, die Zusammensetzung und die Verbreitung der Schimpansenpopulation an der Westflanke des Nimba-Massivs. (Bild: Kathelijne Koops)
Die Mikro-RNA 7 beeinflusst in den Zellen
Neue Erkenntnisse
Dieses kleine RNA-Molekül macht uns dick
Nicht nur unsere klassischen Gene bestimmen unsere Neigung zu Fettleibigkeit. Forschende der ETH konnten zeigen, dass auch Mikro-RNA-Moleküle für die Regulierung des Körpergewichts zentral sind.
Fabio Bergamin ¹
Unsere Erbanlagen bestimmen mit, wie stark wir dazu neigen, überflüssige Pfunde anzusetzen. Welche Gene und Genvarianten dafür mitverantwortlich sind, haben Forschende in den vergangenen Jahren intensiv untersucht: Es sind etwa hundert. Interessant ist allerdings, dass sich mit diesen nur knapp die Hälfte der erblich bedingten Fettleibigkeit erklären lässt, wie sogenannte Genom- Assoziationsstudien gezeigt haben. Für die andere Hälfte sind
demnach Faktoren verantwortlich, die zwar Teil der Erbsubstanz sind, bei denen es sich aber nicht um klassische Gene handelt, welche für Proteine kodieren, sondern beispielsweise um sogenannte epigenetische Erbinformationen. Forschende unter der Leitung von Markus Stoffel, Professor am Departement Biologie, haben nun einen weiteren, nicht-klassisch genetischen Risikofaktor für erblich bedingte Fettleibigkeit gefunden: Ein bestimmtes körpereigenes Mikro-RNA-Molekül mit dem Namen Mikro-RNA 7. Die Bauanleitungen für Mikro-RNA-Moleküle liegen wie die Gene auf unseren
Chromosomen. Während Gene allerdings als Bauanleitung für Proteine dienen, wird die Information der Mikro-RNA nicht in Proteinform übersetzt. Vielmehr wirken die Mikro-RNA-Moleküle in unseren Zellen in RNA- Form. «Die Mikro-RNA 7 ist die erste Mikro-RNA, bei der wir einen Zusammenhang mit Fettleibigkeit aufzeigen konnten», erklärt Stoffel.
Einfluss bei Maus und Mensch
Zusammen mit seinem Team züchtete er Mäuse, denen die Mikro-RNA 7 in bestimmten Nervenzellen des Hypothalamus, dem Regulationszentrum zwischen
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eine biochemische Reaktionskaskade, von der bereits bekannt war, dass sie den Energiehaushalt, die Appetitregulierung und die körpereigene Produktion von Wachstumshormonen massgeblich steuert. (Bild: Shutterstock)
1 ETH H2, N2, Null-Luft etc. www.schmidlin-lab.ch Gasgeneratoren von SCHMIDLIN Labor + Service AG CH-6345 Neuheim · Telefon +41 41 757 51 51 info@schmidlin-lab.ch · www.schmidlin-lab.ch
Hormon- und Nervensystem, fehlt. Diese Mäuse zeigten einen krankhaft gesteigerten Appetit und wurden fettleibig. Einen Zusammenhang konnten die Forschenden der ETH auch bei Menschen zeigen. Sie werteten dazu zusammen mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen der Universität Cambridge Genomund Gesundheitsdaten aus, unter anderem die anonymisierten Informationen einer britischen Datenbank, die 500 000 Personen umfasst. Stoffel und sein Team konnten so zeigen, dass Menschen mit genetischen Variationen auf den Chromosomen rund um die Bauanleitung für die Mikro-RNA 7 überdurchschnittlich schwer und gross sind. Die Variationen haben zur Folge, dass die besagten Nervenzellen der betroffenen Personen weniger Mikro-RNA 7 produzieren.
Ausserdem konnten sie zeigen: Die MikroRNA 7 beeinflusst in den Zellen eine bio chemische Reaktionskaskade, von der bereits bekannt war, dass sie den Energie haushalt, die Appetitregulierung und die körpereigene Produktion von Wachstums hormonen massgeblich steuert. Die MikroRNA wirkt dort, indem sie die Herstellung von Proteinen reguliert.
Dass sich der Effekt sowohl bei Mäusen als auch bei Menschen zeigt, überraschte Stoffel nicht. Denn die Mikro-RNA 7 ist ein Molekül, das schon sehr früh in der Evolu tionsgeschichte der Tiere entstanden ist und sich halten konnte. Es liegt heute in sehr vielen Tierarten unverändert vor –von Fadenwürmern bis zu allen Wirbeltie ren und dem Menschen.
Therapeutisches Potenzial
«Bisher war es ungeklärt, warum sich mit Genvariationen weniger als die Hälfte der Ursachen für erblich bedingte Fettleibig keit erklären lassen», sagt Stoffel. «Unsere Arbeit zeigt nun: Es reicht nicht, nur in den Genen zu suchen, die die Information für Proteine tragen, man muss auch die DNABereiche ausserhalb von protein-kodieren den Genen untersuchen wie zum Beispiel die Regionen mit den Bauanleitungen für Mikro-RNA.»
Zumindest theoretisch liesse sich die neue Erkenntnis auch in der Medizin nutzen. Es gibt bereits Medikamente auf RNA-Basis, welche den Wirkungsmechanismus von Mikro-RNA-Molekülen im Körper nutzen.
So könnten dereinst auch Therapien entwickelt werden für Personen, in deren Hypothalamus zu wenig Mikro-RNA 7 herstellt wird und die deshalb fettleibig sind. Denkbar wären auch Therapien für den umgekehrten Fall: für Personen mit einer Prädisposition zu krankhaft niedrigem Körpergewicht oder Abmagerung könnte die Mikro-RNA 7 pharmakologisch gehemmt werden.
Allerdings sei es wahrscheinlicher, dass die immer noch recht jungen RNA-Therapien zunächst für neurodegenerative Krankhei -
ten wie Alzheimer entwickelt werden, sagt Stoffel. Langfristig wäre es aber denkbar, auch Stoffwechselerkrankungen wie Fettleibigkeit oder Abmagerung auf diesem Weg zu therapieren.
Diese Forschungsarbeit wurde im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts «RNA and Disease» durchgeführt. www.ethz.ch
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Mit fluorierten Alkohol-Katalysatoren
Neues Syntheseverfahren für Terpene
Forschende an der Universität Leipzig haben gemeinsam mit der Universität Regensburg eine vereinfachte Methode entwickelt, um Terpene künstlich herzustellen. Hierzu hat das Team die in der Natur vorkommenden enzymatischen Prozesse mithilfe von fluorierten Alkohol-Katalysator-Lösungen nachgebildet. Das Verfahren kann bereits in bestehenden Laboren eingesetzt werden. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Nature Communications» veröffentlicht.
Birgit Pfeiffer
Terpene geben Kiefernnadeln ihren Duft und Bier und Orangenlimonade ihren Geschmack. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Kommunikation von Lebewesen, etwa Insekten, aber auch uns Menschen, und in Verteidigungsmechanismen, zum Beispiel von Pflanzen gegen tierische Fressfeinde, Pilze und Bakterien. In der Biologie des Menschen spielen Terpene auch in Stoffwechselprozessen eine wichtige Rolle. Längst werden Terpene im grossen Massstab industriell genutzt: in der Herstellung von Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln, in Parfüms sowie in Arzneimitteln, zum Beispiel in Krebs- oder Covic19-Medikamenten. «Wir brauchen ganz viele Tonnen unterschiedlichster Terpene pro Jahr und das heisst, wir müssen diese auch effizient und nachhaltig synthetisch herstellen können – das ist ein grosses Problem», sagt Prof. Dr. Tanja Gulder, Lehrstuhlinhaberin für Biomimetische Katalyse der Universität Leipzig.
In der Natur bilden Enzyme Terpene durch gezielte Faltung
«Denn die Natur macht diese Molekülverbindungen in einer jeweils einzigartigen
Variante», erklärt Gulder. «Dabei kommen die sogenannten Terpencyclasen zum Einsatz, also Proteine mit 100 bis 1000 Aminosäuren. Diese Enzyme pressen einfache und bewegliche Kohlenstoffketten in eine bestimmte dreidimensionale Form, die das Aussehen des Produkts bestimmt», so Gulder weiter. Ist die Reaktion einmal erfolgt, bleibt die Form des jeweiligen Terpens unveränderbar. Die Reaktion findet dabei in einer sogenannten «Enzymtasche» im aktiven Zentrum des Enzyms statt, welche eine Blaupause der zu erstellenden Form in sich trägt. Nach vollzogener Reaktion entlässt das Enzym das fertige Produkt und der Pro -
zess wird mit dem nächsten Baustein wiederholt. «Das kann man sich vorstellen wie eine rasante molekulare Fertigungsmaschine», sagt Gulder. Es gibt Terpene, die sich in Bezug auf Art und Anzahl ihrer Atomverbindungen gleichen – deren räumliche Anordnungen jedoch unterschiedlich sind. «Solche atomaren Unterschiede entscheiden im einfachen Falle, ob etwas nach Kümmel oder Orange schmeckt», erläutert Gulder. Solche Unterschiede könnten aber auch bedeuten, dass ein Terpen völlig anders im menschlichen Organismus wirkt als das andere. Irrtümer hier können sich fatal auswirken. «Und je
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In Kiefernadeln steckt eine Menge Terpene. (Bild: Envato)
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nachdem, auf welche Art die Kohlenstoffketten in die Enzymtasche hineingelegt werden, kommen unterschiedliche Terpene heraus, auch dies ist Teil der Komplexität in der Natur», so Gulder.
Gewinnung bisher schwierig Bisherige Ansätze, Terpene im Labor nachzubauen, erforderten sehr unterschiedliche und harsche Ausgangsbedingungen, wie eine sehr saure Umgebung oder tiefe Temperaturen, so die Forscherin. Für eine Herstellung in grossen Mengen sei dies weder effektiv noch umweltfreundlich. Auch die Gewinnung von Terpenen aus Organismen, wie Pflanzen, Tieren, Pilzen stoße an ihre Grenzen. «Man kann nicht alle pazifischen Eiben fällen, um Taxol für ein Krebsmedikament zu isolieren. Man würde für 1 Gramm des Wirkstoffes die Rinde von 12 ausgewachsenen Bäumen dieser wenig verbreiteten Baumart benötigen», sagt Gulder. Derzeit werde eine Vorstufe des gewünschten Terpens aus Nadeln einer anderen Baumart gewonnen und dann weiterverarbeitet. «Daher wollten wir sehen, wie wir die Prozesse der Natur im Reagenzglas nachbilden können und dabei grösstmögliche Flexibilität und Effizienz erreichen».
Die Lösung: Flüssigbaukasten mit fluoriertem Alkohol Dem Team gelang es, eine passgenaue, enzymähnliche Umgebung für die Bildung von Terpenen nachzubauen, die aus leicht verfügbaren chemischen Substanzen besteht. Diese kann wie ein Baukasten genutzt werden: Durch die Zugabe von unterschiedlichen Ausgangstoffen und Zusätzen, die als Katalysatoren fungieren, können unterschiedliche Terpene künstlich hergestellt werden. Dreh- und Angelpunkt der neuen Herangehensweise sind die Eigenschaften von fluoriertem Alkohol: «Wir hatten festgestellt, dass, wenn man Wasserstoffatome in Alkoholen mit Fluor-Atome ersetzt, der so entstandene fluorierte Alkohol extreme Bindungskräfte aufweist: Moleküle bilden in solchen Lösungen Helices oder Ringe, die sich zu Röhren stapeln», erläutert Prof. Gulder. Diese Strukturen liessen sich in Grösse und Struktur gezielt durch chemische Zugaben beeinflussen. «Im Grunde haben wir eine künstliche Enzymtasche in Form einer struktu -
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Blutanalyse
Alternative zum Antikörpernachweis
Forschende an der Universität Toronto haben einen elektronischen Biosensor zum Proteinnachweis in Vollblut auf der Basis von DNA-Aptameren entwickelt. Damit konnte das nutriuretische Protein vom B-Typ (BNP) auch in komplexen Mischungen wie etwa unverarbeitetem Vollblut von Herzpatienten nachgewiesen werden.
Ein Forschungsteam an der Universität Toronto, Kanada, hat einen elektronischen Biosensor entwickelt, der mit Hilfe von DNA-Aptameren und ohne weiteren Reagenszusatz Biomarker für Krankheiten in Vollblut nachweisen kann. Wie das Team in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie ausführt, erkennen die synthetischen DNA-Stränge den Biomarker genauso gut wie Antikörper, sind aber einfacher herzustellen und besser anpassbar. Bei einfacher Handhabung wies der neue Sensor geringste Mengen eines Markerproteins für Herz-Kreislauf-Erkrankungen nach, ohne dass das Blut aufbereitet werden musste.
Neue diagnostische Methoden zielen darauf ab, Krankheiten durch Bluttests auf
1 Universität Toronto (Kanada) & Northwestern University (USA)
Krankheitsmarker direkt nachzuweisen, ohne dass die Probe in einem Speziallabor analysiert werden muss. Shana O. Kelley von der Universität Toronto und ihr Team haben für diese Aufgabe einen einfachen, chipbasierten Sensor entwickelt, der nach einem chronoamperometrischen Prinzip Markerproteine in komplexen Proben detektieren kann. Das nanoskalige Bauelement funktioniert nach dem Prinzip eines molekularen «Pendels», eines DNA-Strangs auf einer Elektrode: Gemessen wird die Beladung des Pendels mit einem Protein, das die Pendelbewegung verändert. Normalerweise erfüllen Antikörper die Aufgabe, bestimmte Markerproteine aus einer komplexen Mischung herauszufischen und zu binden. Allerdings sind Antikörper von ihrer Zusammensetzung her selbst Proteine und eher aufwändig herzustellen. Kelley hat nun anstelle von Antikörpern DNA-Aptamere auf Biomarkerjagd geschickt.
Über die Autorin
Dr. Shana Kelley hat die Neena-B.Schwartz-Professur für Chemie und technische Biomedizin an der Northwestern University in Evanston (USA) inne und ist Professorin an der Universität Toronto (Kanada). Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf der fächerübergreifenden Entwicklung von neuen analytischen Plattformen wie biomolekularen Sensoren, Technologien für die Einzelzellanalytik und intrazelluläre molekulare Transportsysteme.
DNA-Aptamere sind synthetische kurze DNA-Stücke, die aufgrund ihres räumlichen Aufbaus ebenso wie Antikörper Proteine erkennen und binden können, deren Struktur aber besser berechnet werden kann. «Unter allen natürlichen oder synthetischen Molekülen besitzt DNA die am besten vorhersagbaren und am einfachsten zu programmierenden Wechselwirkungen», schreibt Kelley. Ihr Team stellte ein DNA-Aptamer her, das spezifisch das nutriuretische Protein vom B-Typ (BNP) anzeigt, einen Biomarker für Herz-KreislaufErkrankungen.
Dieses BNP-spezifische Aptamer verknüpft Kelley mit dem molekularen Pendel. Der vollständige Biosensor wies BNP auch in komplexen Mischungen wie etwa unverarbeitetem Vollblut von Herzpatienten nach. Da die Empfindlichkeit die gleiche war wie bei dem entsprechenden Biosensor auf Antikörper-Basis, schlagen die Forschenden vor, DNA-Aptamere verstärkt für die Labor-unabhängige molekulare Diagnostik zu untersuchen und einzusetzen.
Alternative zum Antikörpernachweis (Bild: Wiley-VCH)
www.utoronto.ca
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Dr. Shana Kelleyt ¹
Dreimal bestätigt
Neue Stammzellen heilen HIV-Infektion
Eine Stammzelltransplantation zur Behandlung schwerer Blutkrebsarten ist die einzige medizinische Intervention, mittels derer in der Vergangenheit bereits zwei mit dem HI-Virus lebende Menschen geheilt werden konnten. Ein internationaler Verbund aus Ärzten und Forschenden hat nun einen weiteren Fall identifiziert, in dem eine HIV-Infektion auf die gleiche Weise nachweislich geheilt werden konnte.
Eine Infektion mit dem humanen Immundefizienz-Virus (HIV) galt bislang als unheilbar. Grund dafür ist, dass das Virus im Genom infizierter Zellen für lange Zeiten «schläft» und dadurch sowohl für das Immunsystem als auch für antivirale Medikamente unsichtbar und unerreichbar wird. Der «Düsseldorf-Patient», ein heute 53 Jahre alter Mann, ist der weltweit nunmehr dritte Mensch, der durch eine Stammzelltransplantation vom HI-Virus vollständig geheilt werden konnte.
Medikamente und Kondome
Gegenwärtig wird eine HIV-Infektion medikamentös behandelt, da unbehandelt Aids ausbrechen kann. Wie die heutige Standardtherapie funktioniert wird in diesem Video von der ARD erklärt: https://www.tagesschau.de/multimedia/ video/video-cc-169.html
«Dieser Fall der Heilung einer chronischen HIV-Infektion durch Stammzelltransplantation zeigt, dass HIV grundsätzlich geheilt werden kann.»
Julian Schulze zur Wiesch
Blutkrebs und HIV-Infektion
Der am Universitätsklinikum Düsseldorf aufgrund seiner HIV-Infektion behandelte Patient hatte wegen einer Blutkrebserkrankung eine Stammzelltransplantation erhalten. Wie in den Fällen der ersten beiden «Berlin»- und «London»-genannten Patienten erhielt der Düsseldorf-Patient Stammzellen von einem gesunden Spender, in dessen Genom eine Mutation im
Gen für den HIV-1-Co-Rezeptor CCR5 vorliegt. Diese Mutation macht es den meisten HI-Viren unmöglich, in menschliche CD4+ T-Lymphozyten – ihre wichtigsten Zielzellen – einzudringen.
10 Jahre überwacht
Im Anschluss an die Transplantation wurde der Patient über fast zehn Jahre hinweg sorgfältig virologisch und immunologisch überwacht. Dabei analysierten die Forschenden Blut und Gewebeproben des Patienten mit verschiedenen sensitiven Techniken, um sowohl den Verlauf der Immunantworten gegen HIV als auch die weitere Präsenz oder gar eine Vermehrung des Virus engmaschig zu überwachen und aufzuspüren. Bereits kurz nach der Transplantation und über den Verlauf der Studienjahre hinweg wurde dabei weder vermehrungsfähiges Virus noch Antikörper oder reaktive Immunzellen gegen HIV detektiert. Vor mittlerweile mehr als vier Jahren wurde dann auch die
antivirale Therapie gegen HIV abgesetzt. Zehn Jahre nach Transplantation und mehr als vier Jahre nach Beendigung der antiHIV-Therapie konnte der Düsseldorf-Patient von dem internationalen Forschungskonsortium als geheilt erklärt werden. «Dieser Fall der Heilung einer chronischen HIV-Infektion durch Stammzelltransplantation zeigt, dass HIV grundsätzlich geheilt werden kann», sagt Prof. Julian Schulze zur Wiesch, Wissenschaftler am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und einer der Studienleiter. «Die Ergebnisse dieser Studie sind insbesondere auch für die weitere Erforschung einer Heilung von HIV für die grosse Mehrheit der Betroffenen, für die eine Stammzelltransplantation nicht in Frage kommt, enorm wichtig.»
Die Ergebnisse wurden am 20. Februar 2023 in der Fachzeitschrift «Nature» publiziert. www.dzif.de
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Der am Universitätsklinikum Düsseldorf aufgrund seiner HIV-Infektion behandelte Patient erhielt wegen einer Blutkrebserkrankung eine Stammzelltransplantation. (Symbolbild: Shutterstock)
Ökonomische Anreize
Privatpatienten häufiger am Herzen behandelt
An Patientinnen und Patienten mit einer privaten Zusatzversicherung wird in der Schweiz mit höherer Wahrscheinlichkeit ein kardiologischer Eingriff vorgenommen als an Personen, die nur grundversichert sind. Das zeigt eine Studie von Forschenden der Universität Basel und des Kantonsspitals Aarau.
Reto Caluorit ¹
Die Schweiz leistet sich eines der teuersten Gesundheitswesen der Welt: Dank der obligatorischen Krankenversicherung haben alle Personen in der Schweiz Zugang zu einer ausgezeichneten medizinischen Versorgung. Mit einer freiwilligen Zusatzversicherung lassen sich bei einer stationären Behandlung zudem weitere Leistungen sichern, zum Beispiel ein Einzelzimmer oder freie Arztwahl. Während die Krankenkassen die Behandlung der Grundversicherten mit einer Fallpauschale abgelten, können die Spitäler bei zusatzversicherten Personen weitere Honorare abrechnen, die teilweise der Ärzteschaft zugutekommen. Seit Längerem wird vermutet, dass dadurch erhöhte finanzielle Anreize bestehen, die zu unnötigen Behandlungen bei den Zusatzversicherten führen können.
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Operieren oder nicht? Oft entscheidet die Ökoomie und nicht die Medizin, ob am Herzen operiert wird. (Bild: Adpic)
Statistische Auswertung
Ob sich bei kardiovaskulären Eingriffen in der Schweiz ein Unterschied nach Versicherungsstatus nachweisen lässt, hat nun
ein Team um Forschende der Universität Basel und des Kantonsspitals Aarau untersucht. Ausgehend von Daten des Bundesamts für Statistik, haben sie geplante
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Spitaleintritte von insgesamt 590 000 erwachsenen Patientinnen und Patienten ausgewertet, die in den Jahren 2012 bis 2020 stationär behandelt worden waren. Rund 105 000 Behandlungen betrafen acht verschiedene kardiovaskuläre Eingriffe, zum Beispiel die Erweiterung von verengten Herzkranzgefässen oder das Einsetzen eines Herzschrittmachers. Davon wurden 64,4 Prozent über die Grundversicherung abgerechnet.
Die Forschenden analysierten den umfangreichen Datensatz mittels statistischer Verfahren auf Unterschiede, die mutmasslich mit dem Versicherungsstatus der Patientinnen und Patienten zusammenhängen und sich nicht durch Merkmale wie das Alter, Geschlecht, Begleiterkrankungen oder die Grösse und Art des Krankenhauses erklären lassen.
Zusatzversicherte werden tendenziell öfter behandelt
Generell zeigte sich sowohl bei den Grundversicherten als auch bei Personen mit einer privaten Zusatzversicherung über die Studienjahre eine Zunahme der Eingriffe am Herzen – mit Ausnahme der ersten beiden Covid-19-Wellen im Jahr 2020.
Bei den Zusatzversicherten war jedoch die Wahrscheinlichkeit, einen kardiovaskulären Eingriff zu erhalten, um 11 Prozent höher als bei grundversicherten Personen. Das entspricht schweizweit 895 zusätzlichen Eingriffen pro Jahr.
«Wir beobachten ein Missverhältnis in der Behandlung der beiden Gruppen, das sich nicht durch die Patientenmerkmale erklären lässt», hält Studienautor Dr. Tristan Struja fest. «Unsere Daten weisen darauf hin, dass Personen mit Zusatzversicherungen Behandlungen erhalten, die sich medizinisch nur schwer rechtfertigen lassen und daher möglicherweise unnötig sind.»
Tatsächlich sind Personen mit einer privaten Zusatzversicherung tendenziell besser ausgebildet, verfügen über ein höheres verfügbares Einkommen, sind gesünder und werden seltener in ein Spital eingewiesen als Personen, die nur eine Grundversicherung haben. Folglich sollten an ihnen sogar weniger Eingriffe vorgenommen werden. Die Gründe für die unterschiedliche Behandlung vermuten die Studienautoren denn auch nicht in klinischen Überlegungen: «Wir nehmen an, dass Personen mit
einer privaten Zusatzversicherung die medizinische Versorgung stärker in Anspruch nehmen, unter anderem weil sie mehr Geld für ihre Krankenversicherung ausgeben», so Prof. Dr. Philipp Schütz, Forschungsgruppenleiter am Departement Klinische Forschung der Universität Basel. «Gleichzeitig bestehen für die Spitäler klare ökonomische Anreize, an dieser lukrativen Patientenklasse Eingriffe im stationären Rahmen vorzunehmen, anstatt darauf zu verzichten oder sie zumindest ambulant durchzuführen.»
Dies führe dazu, so die Studienautoren, dass Gesundheitsdienstleistungen ineffizient erbracht würden. Sie empfehlen, die Pauschalen für Privatpatienten zu überdenken und die Anreize stärker auf die Qualität der Versorgung auszurichten. An der Studie waren Forschende des Kantonsspitals Aarau sowie der Universitäten Basel und Zürich beteiligt.
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Der Arbeitsspeicher kommt an seine Grenzen
Diese Therapie hilft gegen Traumata
Die Behandlung von posttraumatischem Stress mit Eye Movement Desensitization and Reprocessing (EMDR) hat sich mittlerweile bewährt, doch die Mechanismen, die sich hinter dieser Therapietechnik verbergen, sind noch weitgehend unbekannt. Drei Forscherinnen der Universität Freiburg haben den Verdacht, dass der Arbeitsspeicher hierbei eine zentrale Rolle spielt.
Wer Gewalt erfährt, läuft Gefahr, ein psychisches Trauma zu erleiden. Das kann sich in Angstanfällen, Flashbacks oder anderen körperlichen oder emotionalen Symptomen äussern. Aber es gibt wirksame Therapien. 1987 entwickelte Francine Shapiro die EMDR-Methode. Die amerikanische Psychologin bemerkte damals quasi zufällig, dass sie den negativen Gedanken, die auf sie einstürmten, mit wiederholten Augenbewegungen die emotionale Last entziehen konnte. Sie war selbst überrascht und testete die Technik zunächst an Freiwilligen und dann an Veteranen des Vietnamkriegs, die unter einer posttraumatischen Belastungsstörung litten. Die EMDR-Methode zeigt erstaunliche Erfolge, auch wenn die Wirkmechanismen noch Rätsel aufgeben.
Stösst der Prozessor an seine Grenzen?
Dany Laure Wadji, Chantal Martin Sölch und Valérie Camos vom Departement für Psychologie der Universität Freiburg wollten die sogenannte Arbeitsspeicher-Hypothese überprüfen. Gemäss dieser Hypothese führt die EMDR-Sitzung durch die doppelte Aufgabenstellung, sich an ein traumatisierendes Erlebnis zu erinnern und gleichzeitig Augenbewegungen durchzuführen, zu einer Überlastung des Arbeitsspeichers. Dieser Konkurrenzkampf um begrenzte Speicherkapazitäten soll der Grund dafür sein, dass die traumatisierenden Erinnerungen weniger lebendig sind. «Der Therapeut fordert den Patienten auf, sich auf eine Erinnerung zu fokussieren, und gibt ihm gleichzeitig eine sekundäre Aufgabe», erklärt Chantal Martin-Soelch. «Indem diese sekundäre Aufgabe die Aufmerksamkeit reduziert, soll sie dazu führen, dass die Erinnerung unvollständig
aufgerufen und deren emotionale Wirkung entsprechend abgeschwächt wird.»
Arbeitsmethode
Um diese Hypothese zu prüfen, nahmen die Freiburger Forscherinnen Daten aus den aktuell elf veröffentlichten Studien zum Thema zu Hilfe und teilten sie in zwei Kategorien auf: eine für Studienteilnehmende mit posttraumatischer Belastungsstörung und eine für Studienteilnehmende, die keine solche Störung aufwiesen. Es zeigte sich, dass die doppelte Aufgabenstellung zu einer stärkeren Reduktion der emotionalen Intensität einer Erinnerung führte als bei Teilnehmenden, die nur eine Aufgabe zu erledigen hatten (z. B. sich auf eine schmerzliche Erinnerung zu fokussieren, ohne dabei Augenbewegungen durchführen zu müssen). «Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Arbeitsspeicher-Hypothese richtig ist», freut sich Dany Laure Wadji. «Eine traumatische Erinnerung aufzurufen und dabei gleichzeitig eine sekundäre Aufgabe auszuführen, führt zu einer Verschie -
bung der Aufmerksamkeit und in der Folge zu einer reduzierten Emotivität. Dies hilft letztlich, ein Trauma zu verarbeiten sowie etwaige Symptome zu lindern.»
Klinische Implikationen
Die Freiburger Analyse bestätigt somit, dass Aufgaben, für die zusätzliche visuelle oder auditive Aufmerksamkeitsressourcen benötigt werden, die Desensibilisierung einer traumatischen Erinnerung fördern könnte. «Vorsicht ist jedoch geboten, was den Schwierigkeitsgrad der ablenkenden Aufgabe angeht», so Valérie Camos. «Vor Augen halten sollte man sich auch, dass die durch die EMDR-Methode ausgelösten Veränderungen mit der Zeit wieder verschwinden können, wie zwei Studien gezeigt haben.» Diese Studie bekräftigt die Hypothese bezüglich der Rolle des Arbeitsspeichers und ebnet den Weg für umfassendere klinische Untersuchungen des entsprechenden Wirkmechanismus.
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Die Psychologin Francine Shapiro testete die Technik zunächst an Freiwilligen und dann an Veteranen des Vietnamkriegs, die unter einer posttraumatischen Belastungsstörung litten. (Bild: Gemeinfrei)
Genotoxische Substanzen
Schädliche Verbindungen entdeckt
An der Justus-Liebig-Universität Giessen wurden erstmalig Genotoxine in Pflanzenölen entdeckt. Mit Hilfe eines neuartigen Verfahrens kombinierte ein Forscherteam Methoden aus der Chemie und der Biologie und konnte genotoxische Verbindungen in komplexen Proben visualisieren.
Pflanzenöle, die reich an ungesättigten Fettsäuren sind, werden bekanntlich für eine gesunde Ernährung empfohlen. Doch diese Öle könnten nicht so gesund wie gedacht sein. Prof. Dr. Gertrud Morlock, Inhaberin der Professur für Lebenswissenschaften an der Justus-Liebig-Universität Giessen (JLU), hat zusammen mit dem Doktoranden Daniel Meyer mit einem neuartigen Verfahren erstmalig beachtliche Mengen an Erbgut schädigenden Substanzen in Pflanzenölen nachgewiesen. Das Forscherteam untersuchte 31 Produkte, in denen bis zu acht unterschiedliche Genotoxine nachgewiesen wurden. Analysiert wurden Olivenöl, Sonnenblumenöl, Rapsöl, Distelöl, Leinöl, Sesamöl, Kokosöl, Erdnussöl, Hanföl und Walnussöl, darunter auch Bio-Produkte. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Food Chemistry» veröffentlicht.
Genotoxische Substanzen lösen Veränderungen an der DNA aus, dem genetischen Material von Zellen. Die Charakterisierung mittels hochauflösender Massenspektro -
metrie ergab, dass oxidierte Linolensäure in allen Proben eine Quelle der Genotoxizität darstellt. Die Menge der schädlichen Verbindungen in den untersuchten Ölen stieg mit zunehmender Lagerung an der Luft. Insbesondere die gesunden ungesättigten Fettsäuren sind dafür bekannt, dass sie anfällig für eine Oxidation sind, was zur Bildung von Epoxiden führt. «Epoxidierte Fettsäuren, beispielsweise, sind in ihrer genotoxischen Wirkung bereits bekannt, wurden bislang aber nicht in Pflanzenölen nachgewiesen», erklärt die Erstautorin Prof. Dr. Morlock. «Unsere Analysen sind von grosser Bedeutung, denn Pflanzenöle stecken in fast allen Lebensmitteln, in vielen Nahrungsergänzungsmitteln und Kosmetika.»
Analytik: Paradigmenwechsel
Bei dem neuartigen Verfahren kombinierte das Forscherteam Methoden aus der Chemie und der Biologie auf einer Oberfläche: die chromatographische Trennung und den Wirkungsnachweis. «Mit dieser Methode
erhält man deutlich aussagekräftigere Wirkstoffprofile als bislang möglich und kann genotoxische Verbindungen in komplexen
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Sind pflanzliche Öle doch nicht so gesund wie angenommen? (Bild: Pixabay)
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Proben differenzierter und mit höherer Sensitivität visualisieren», so Morlock. Diese wirkungsbezogene Analytik mittels sogenannter Planar-Chromatographie hat sie an der Justus-Liebig-Universität etabliert. «Die aktuell in der Lebensmittelanalytik verwendeten Methoden geben die Schadstoffbelastung mit Genotoxinen in komplexen Lebensmitteln wie Ölen nicht richtig wieder, da deren Signale von übermächtigen anderen Signalen überlagert werden.» Morlock plädiert daher für einen Paradigmenwechsel bei der Analytik hin zu planaren bildbasierten Wirkstoffprofilen, um die Verbrauchersicherheit insbesondere bei Basislebensmitteln zu erhöhen. Um das leistungsstarke neue Verfahren zu verbreiten, wurde es als portables Open-Source-System miniaturisiert, das sie mit ihrer Arbeitsgruppe entwickelt hat und das weltweit einzigartig ist. Im Vergleich zu anderen Methoden ist es sehr nachhaltig bezüglich des geringeren Materialeinsatzes und -verbrauchs sowie der kleinen Nutzfläche, die zwei Labore ersetzt.
Entgiftet eine gesunde Leber ausreichend?
Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Frage, ob Mundschleimhaut, Speiseröhre und Haut als erste Kontaktstellen mit den Genotoxinen umgehen können und ob die Leber – sollten die Genotoxine überhaupt dort ankommen – diese Substanzen entgiften kann. «Erste Untersuchungen einer simulierten Metabolisierung mit Leberenzymen zeigen, dass die meisten Genotoxine von einer gesunden Leber entgiftet werden können», so Prof. Dr. Morlock.
Zudem müssen weitere Studien durchgeführt werden, um Verarbeitungspraktiken, Produktformulierungen und geeignete Lagerungsbedingungen zu finden, die die Stabilität der ölhaltigen Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel und Kosmetika über die empfohlene Produktlebensdauer gewährleisten.
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Die Wirkstoffprofile der Pflanzenöle zeigen genotoxische Verbindungen als grüne Fluoreszenzzonen. (Bild: «Food Chemistry»)
Wie Cadmium in den Kakao gelangt
Schokolade und Ovomaltine sind in der Schweiz kaum wegzudenken. Die einen mögen es süss, die anderen bevorzugen die schwarze Schokolade mit dem höheren Kakaogehalt. Am Helmholtz Zentrum Berlin wurde nachgewiesen, dass die Kakaobohnen bestimmter Anbaugebiete einen zu hohen Cadmiumgehalt aufweisen. Doch auch die Verarbeitung kann einen Einfluss auf die Schwermetallbelastung haben.
Kakao hat sich zu einem grossen Geschäft entwickelt. Nach den jüngsten Hochrechnungen der Internationalen Kakao-Organisation wurden im Wirtschaftsjahr 2020/21 mehr als 5,1 Millionen Tonnen Kakaobohnen produziert. Als Region ist Europa der grösste Verarbeiter mit einem Anteil von 35,6 Prozent an der weltweiten Verarbeitung, was 1,8 Millionen Tonnen Kakao entspricht.
Doch Kakaobohnen können giftige Schwermetalle wie Cadmium aus dem Boden aufnehmen. Einige Anbaugebiete, insbesondere in Südamerika, sind mit diesen Schwermetallen zum Teil erheblich belastet. Durch das Zusammenspiel verschiedener Röntgenfluoreszenz-Techniken konnte nun ein Team an «BESSY II» erstmals nicht-invasiv messen, wo sich Cadmium in den Kakaobohnen anreichert: Weniger im Inneren der Bohne, sondern vor allem in der Schale (BESSY II ist ein Elektronen -
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speicherringb für die Untersuchung verschiedenster Proben, der vom Helmholtz Zentrum Berlin betrieben wird). Weitere Untersuchungen zeigen, dass die Verarbeitung der Kakaobohnen grossen Einfluss auf die Schwermetallbelastung haben kann.
Seit mindestens 5000 Jahren ernten Menschen die Bohnen des Kakaostrauchs. Sie haben gelernt, die Bohnen zu fermentieren, zu rösten, zu mahlen und mit Zucker und Fett zu köstlichen Schokoladen zu verarbeiten. Heute sind jedes Jahr rund fünf Millionen Tonnen Bohnen auf dem
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Antonia Rötger ¹
Kritische Werte
Kakaobohnen lassen sich zu köstlicher Schokolade verarbeiten. Leider nehmen die Bohnen aber auch Schwermetalle auf, wenn die Böden belastet sind. (Bild: AdobeStock)
1 Helmholtz Zentrum Berlin
Markt, die nur aus einigen wenigen Anbaugebieten in tropischen Regionen kommen, denn Kakao wächst nicht überall.
Schokolade gilt als Seelentröster, Aminosäuren wie Tryptophan hellen die Stimmung auf. Ausserdem enthalten Kakaobohnen anti-entzündliche Verbindungen und wertvolle Spurenelemente. Allerdings nehmen die Kakaopflanzen auch giftige Schwermetalle auf, wenn die Böden entsprechend belastet sind, zum Beispiel durch Abraum von Bergbau, der Grundwasser und Böden allmählich vergiften kann.
Wo reichern sich Schwermetalle an?
Dabei kommt es jedoch auch darauf an, wo sich die Schwermetalle in der Bohne anreichern, ob eher in der Schale oder eher im Mehlkörper im Inneren der Bohne: Denn die Bohnen durchlaufen von der Ernte bis zum Rohstoff für Schokolade viele Behandlungsschritte, welche die Belastung möglicherweise reduzieren könnten. Und zwar idealerweise so, dass die Schwermetalle reduziert werden, aber die erwünschten Spurenelemente erhalten bleiben.
Ein Team um Dr. Ioanna Mantouvalou (HZB) und Dr. Claudia Keil (TU Berlin/Toxikologie) hat nun an der «BAMline» von BESSY II verschiedene Imaging Methoden genutzt, um die Schwermetallkonzentra -
tionen in Kakaobohnen präzise zu kartieren. Damit untersuchten sie Kakaoproben aus einer Anbauregion in Kolumbien, die mit durchschnittlich 4,2 Milligramm pro Kilogramm Cadmium belastet waren. Das ist deutlich über den Europäischen Grenzwerten von 0,1 bis 0,8 Milligramm Cadmium pro Kilogramm in Kakaoerzeugnissen.
Drei Analysemethoden kombiniert
Das Team hat mit drei verschiedenen Röntgenfluoreszenz-Techniken gearbeitet, um die Kakaobohnen zu untersuchen. Sie entwickelten unter anderem eine neue Analysemethodik für die Absorptionskorrektur bei der Bildgebung mit einer Röntgenfarbkamera. «Es gab bisher wenig Erkenntnisse dazu, wie Cadmium vom Boden durch Wurzeln in die Pflanze einwandert und wo sich das Element in den Bohnen anreichert. Insbesondere auch deswegen, weil es nicht möglich war, den Cadmium-Gehalt nicht-invasiv genau zu lokalisieren», sagt Mantouvalou. Die Doktoranden Frank Förste (TU Berlin) und Leona Bauer (TU Berlin und HZB) führten die Experimente durch.
Cadmium ist besonders schwer nachzuweisen, erklärt Mantouvalou. Denn das Cadmium-Signal, das die Anregung der äusseren Elektronen erzeugt, liegt genau unter dem sehr viel stärkeren FluoreszenzSignal des Elements Kaliums, das in höherer Konzentration im Kakao vorkommt. «Wir regen daher ganz gezielt eine tiefere Elektronenschale des Cadmium-Atoms an, was nur mit harten Röntgenstrahlen an der BAMLine möglich ist», sagt Frank Förste. «Damit konnten wir die Querschnitte von Kakaobohnen nun mit hoher Auflösung
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Problematisch sein können Edelkakaos, die ohne Verblendung zu hochwertigen Schokoladenprodukten verarbeitet werden. (Bild: Pixabay)
Die Elementverteilung auf einem virtuellen Schnitt einer fermentierten Kakaobohne mittels Röntgenfluoreszenz-CT. Deutlich sichtbar ist, dass Cadmium (Cd) vor allem in der Schale vorkommt. (Grafik: HZB)
Differenzierte Betrachtung von Bohne und Endprodukt
Es muss betont werden, dass sich der Cadmiumgehalt von den Bohnen und dem Endprodukt unterscheidet. Gemäss Anfrage von ChemieXtra soll es übliche Praxis sein, im Produktionsprozess verschiedene «Kakaoblends» zu vermischen, wodurch auch der Cadmiumgehalt im Produkt gesenkt werden kann. Gemäss Dr. Claudia Keil (TU Berlin/Toxikologie) wird es bei den Edelkakaos problematisch, die sich durch unvergleichlich feine und charakteristische Aromen auszeichnen und ohne Verblendung zu hochwertigen Schokoladenprodukten verarbeitet werden. «Diese besonders aromatischen Varianten machen in Anbauländern wie Bolivien, Mexico, Nicaragua, Kolumbien, Peru und Venezuela den Löwenanteil der Kakaoproduktion aus.» In diesen Ländern widerspiegelt sich der hohe Cadmiumgehalt der Böden in den Kakaobohnen.
ChemieXtra
E RNÄHRUNG
Gemäss Anfrage von ChemieXtra stammt der Kakao von Ovomaltine aus Westafrika. (Bild: Shutterstock)
Messe für Umwelttechnik
Die MUT ruft zur Transformation auf
Am 28. und 29. März 2023 fand die MUT – Messe für Umwelttechnik im Congress Center Basel statt. An der Veranstaltung trafen sich Experten aus der Schweizer Umwelttechnikbranche und Persönlichkeiten aus der Politik und Wissenschaft.
Luca Meister
Fand die MUT 2019 noch im Rahmen der Ilmac statt, präsentierte sich die Veranstaltung nach corona-bedingter Auszeit nun im Rahmen der Sustainability Days. Die insgesamt 1500 Teilnehmenden erwartete ein dichtgepacktes Programm mit Sessions, Fachseminaren und Begleitprogramm. Neben der Firmenausstellung mit 72 Anbietern in ansprechender Räumlichkeit fanden parallel Onlinesessions statt. An der zwei Tagen vermittelten insgesamt 171 Referierende ihr Fachwissen. Petteri Taalas, Generalsekretär der UNOrganisation WMO, zeigte die mit dem Klimawandel einhergehenden Katastrophen auf und machte auf künftige globale Auswirkungen aufmerksam. Dass man jetzt handeln müsse, darüber waren sich in Basel alle einig: von Prof. Dr. Reto Knutti, Professor für Klimaphysik an der ETH Zürich, bis hin zum «Solar Impulse»-Pilot Bertrand Piccard.
Sanierung, Aufbereitung, Behandlung
Widmeten sich die Gäste aus Politik und Wissenschaft den strategischen Themen, wurde beim Besuch der Fachausstellung klar: Hier präsentierten Firmen ausgereifte Technologien für eine umweltfreundlichere Zukunft. Dass wir uns nicht mehr in der
Testphase, sondern am Anfang eines Implementierungsschubes befinden, wurde offensichtlich.
Markus Sameli, Mitglied der Geschäftsleitung bei der Enviro Chemie AG in Eschenbach (SG), bringt das Angebot der MUT auf den Punkt: «Wir haben hier sehr spezifische Themen in den Bereichen Nachhaltigkeit,
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Austausch zwischen den Sessions – über den ausgestellten Microlino aufgenommen. (Bild: Luca Meister, ChemieXtra)
MUT: Networking unter angenehmen Bedingungen und Podiumsgespräch mit Bertrand Piccard. (Bilder: Luca Meister, ChemieXtra)
Umweltschutz, Ökologie und Wiederverwendung von Ressourcen gebündelt an einem Treffpunkt.» Auf der Messe ging es um Altlastensanierung, Bodenaufbereitung, Abgas- und Abluftbehandlung, Abfallbewirtschaftung, aber auch Mess-, Steuer- und Regeltechnik.
Enviro Chemie, beispielsweise, unterstützt in der Schweiz Manufakturen der Uhrenindustrie in der Wasseraufbereitung. Deren Behandlung feiner Hochglanzteile verbraucht viel Wasser, das heute besser nachhaltig eingesetzt werden soll. Massgeschneiderte Anlagen ermöglichen es produzierenden Unternehmen, 80 bis 90 Prozent bestimmter Teilströme von Prozessen wiederzuverwenden. Die Herausforde -
rung besteht zudem darin, dass die Trinkwasserqualitäten und Zusammensetzungen in den einzelnen Jura-Regionen unterschiedliche Qualitäten aufweisen (Karstquellen), was eine stets differierende Abwasserbehandlung erfordert.
Kalkwerke CO2-neutral machen
In ganz anderen Dimensionen ist das Unternehmen Lhoist unterwegs, welches das grösste Kalkwerk Europas, gelegen in Flandersbach (Deutschland), in Zusammenarbeit mit Air Liquide klimaneutral macht. Beim sogenannten «Carbon Capture to Chem» wird Kohlendioxid aus dem Brennprozess und dem Kalk extrahiert, um es künftig als Rohstoff in der chemischen In -
dustrie einzusetzen. Silvio Müller, Market Manager Water International bei Lhoist Deutschland, erklärt am Messestand: «Vorerst wird das gewonnene Kohlendioxid aber noch in der Nordsee in leere Gasfelder gepresst.» Für die Transformation von Kalkwerken sollen dreistellige Millionenbeträge investiert werden. Man darf gespannt sein, wie sich diese Veranstaltung mit Potenzial weiterentwickelt. Die nächste Ausgabe der Sustainability Days wird voraussichtlich vom 9. bis 11. April 2024 stattfinden. Die Durchführung der MUT ist in einem Zwei-JahresTurnus geplant.
www.mut-umwelttechnik.ch
25 4–5/2023 V ERANSTALTUNGEN
Podiumsdiskussion an den Sustainability Days. (Bild: MCH Group)
Austausch im Foyer. (Bild: Luca Meister, ChemieXtra)
www.ramseyer.ch
Chemspec Europe
Messe für Feinchemie wieder in Basel
Vom 24. bis 25. Mai 2023 kehrt die Internationale Fachmesse für Fein- und Spezialchemie, Chemspec Europe, zu ihrer 36. Ausgabe nach Basel zurück. Die Region ist ein zentraler Standort der Chemieindustrie, angefangen von Life Science, Biotechnologie und Nanotechnologie bis hin zu IT- und Kommunikationstechnologie. Gleichzeitig berührt Basel die drei der wichtigsten Chemiemärkte Europas: Deutschland, Frankreich und natürlich die Schweiz selbst.
Die Besucher der Chemspec Europe kommen aus einer Vielzahl von Industriebereichen, in denen Fein- und Spezialchemikalien zum Einsatz kommen, darunter Pharmazeutika, Agrarindustrie, Haushalts- und Industriereinigungsmittel, Kleb- und Dichtstoffe, Grüne Chemie, Petrochemie und viele andere.
Das erwartet Teilnehmerinnen und Besucher
Über 230 Aussteller aus der Fein- und Spezialchemie gehen in Basel an den Start. Besonders stark vertreten sind Unternehmen aus der Schweiz, Deutschland, Österreich, Frankreich, Belgien, den USA und Indien. Zu den Ausstellern der Chemspec Europe zählen unter anderem Arxada AG, CABB AG, Esim Chemicals GmbH, Organica Feinchemie GmbH Wolfen, PI Industries LTD, Robinson Brothers Limited, Saltigo GmbH (Lanxess), Seqens SA, Soci -
ety of Chemical Manufacturers & Affiliates (Socma), Sumitomo Chemical Europe NV, Weylchem International GmbH. Das umfangreiche Konferenzprogramm ist seit jeher zentraler Bestandteil der Chemspec Europe und bietet Besuchern wie Ausstellern spannende Einblicke in aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte sowie jede Menge Möglichkeiten für interessante Fachgespräche und wertvolles Networking. Die Konferenzen finden auf fünf verschiedenen Themenbühnen statt: Das «Agrochemical Lecture Theatre», das «Pharma Lecture Theatre», das «Royal Society of Chemistry Symposium», das «Regulatory Services Lecture Theatre» und die «Innovative Startups Presentations» zeigen das ungewöhnlich breite Themenspektrum der Messe. Organisiert wird das Konferenzprogramm von renommierten Partnerorganisationen in Zusammenarbeit mit RX Global, dem Veranstalter der Chemspec Europe.
Networking-Programme
Die Chemspec Europe bietet ein kostenloses Matchmaking-Programm an, um das Networking vor Ort noch leichter und effizienter zu machen. Für Messebesucher bringt die Matchmaking-Plattform einen erheblichen Zeitgewinn: Hier werden sie mit Ausstellern in Kontakt gebracht, die zu ihren individuellen Kaufinteressen passen. Die Matchmaking-Funktion hilft Messeteilnehmern, bereits vorab der Veranstaltung relevante Gesprächspartner zu finden und persönliche Meetings zu vereinbaren. Besucher, die sich über die Website der Chemspec Europe registriert haben, erhalten näher zur Messe hin automatisch eine Einladung zur Nutzung des Matchmaking-Service.
www.chemspeceurope.com
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Die Fachmesse liefert Antworten aus dem Bereich der Fein- und Spezialchemie. (Bild: Chemspec Europe/Mack-Brooks Exhibitions)
Kreislaufwirtschaft und Recycling
20. Schweizer Sonderabfalltag
Am Schweizer Sonderabfalltag 2023 werden Themen aus dem Abfallrecht, dem Umgang mit Sonderabfällen und der Entwicklung in der Entsorgungspraxis präsentiert. Die Veranstaltung gibt Fachpersonen aus Industrie, Gewerbe, Institutionen und Behörden eine bewährte Plattform, um sich über die neusten Trends zu informieren und auszutauschen.
Bereits zum 20. Mal findet der Schweizer Sonderabfalltag statt, bei dem zahlreiche Referentinnen und Referenten ihr Fachwissen weitergeben. Im Folgenden eine Zusammenfassung der Themen am diesjährigen Jubiläumsanlass.
Aktuelle Recyclingverfahren
Das Recycling von Batterien ist hochaktuell, gerade in den letzten Jahren hat sich in diesem Bereich einiges getan. Die Firma Batrec beteiligt sich am Recycling der in Batterien und Akkus enthaltenen Metalle, indem es ihnen ein zweites Leben in der Industrie verschafft. Philipp Rädecker wird den Prozess des Batterierecyclings näher erklären und darauf eingehen, wie sich das Unternehmen am Standort Wimmis organisiert hat.
Ein Recyclingverfahren der besonderen Art betrifft den Dauerbrenner Kunststoff. Burkart Schulte (ReSeT GmbH) erklärt die Verölungsmethode näher und zeigt, ob aus 100 Kilogramm Plastik auch 100 Liter Öl entstehen können.
Wie steht es ausserdem um das Phosphor-Recycling? Phosphor ist ein Rohstoff, der für Menschen und Pflanzen lebenswichtig ist. In der Schweiz gehen jährlich rund 6500 Tonnen des limitierten Stoffes mit dem Abwasser verloren. Sibylla Hardmeier vom Bundesamt für Umwelt zeigt auf, mit welchen Recyclingmethoden ei -
nem Phosphormangel vorgebeugt werden kann.
Von 1990 bis heute
Weiter referiert Franz Christ, Mitglied in der Fachkommission Sonderabfälle VBSA (Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen). Er hinterfragt die Entwicklung der Abfallentsorgung von 1990 bis heute kritisch. Welche Verbesserungen sind in der Praxis notwendig? Dabei wird auch Thema sein, wie sich die Arbeitsgruppe «Sonderabfall» beim VBSA organisiert.
Winkler (Ernst Winkler Gefahrgutberatung) ist mit dem Thema bestens vertraut und erklärt die Schnittstellen und Unterschiede. Ebenfalls erläutert er die Neuerungen des ADR 2023 im Bezug auf Sonderabfälle und geht auf das spannende Thema der Beförderung von Maschinen und Geräten ein.
Abfallentsorgung der SBB
Auch in diesem Jahr findet ein Praxisvortrag statt. Denise Gämperle und Hanspeter Graf geben uns einen Einblick in die Abfallentsorgung der SBB.
Schweizer Sonderabfalltag 2023
Der diesjährige Sonderabfalltag findet am Dienstag, 6. Juni 2023 im Hotel Arte in Olten statt. Anmeldung und Informationen: www.ecoserve.ch/aktuelles/sonderabfalltag.
Zur Schonung der natürlichen Ressourcen und der Förderung der Kreislaufwirtschaft wurde die OdA Abfall- und Rohstoffwirtschaft gegründet. Für die Umsetzung der Verordnung über die Vermeidung und Entsorgung von Abfällen (VVEA) haben sich die zwölf grössten Branchenverbände der Schweiz zusammengeschlossen, um sich den neuen Herausforderungen anzunehmen. Patrik Geisselhardt (OdA) gibt einen Einblick in die Aktivitäten des Branchenverbands.
Sonderabfälle und Gefahrgüter sind Themen, die nahe beieinander liegen. Ernst
Zu guter Letzt geht es um das neue eGovUVEK Portal «Abfall und Rohstoffe», dessen Funktionen laufend erweitert werden. Nachdem die Teilnehmenden letztes Jahr dem Vortrag von Bund und Kantonen gelauscht haben, erfahren sie dieses Jahr etwas über die Herausforderungen bei der Anwendung des Portals. Welche das sind, wird Benny Irniger, EcoServe International AG, aufzeigen.
www.ecoserve.ch
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Phosphor ist ein Hauptbestandteil von Düngemitteln. Anstelle von Importen könnte die Schweiz ihren Bedarf an Phosphor mit Recycling-Dünger u. a. aus Klärschlamm decken. (Bild: Envato)
Künstliche Intelligenz
Lernende Maschinen eröffnen Karrierechancen
Microsoft-Gründer Bill Gates sagte kürzlich, er sehe keine Arbeitsplätze durch Künstliche Intelligenz (KI) gefährdet. Doch das Unternehmen investiert massiv in diese Technologie und erwägt dennoch, fünf Prozent seiner Belegschaft zu entlassen, zirka 11 000 Mitarbeiter. Im Labor können Maschinen ein Infrarot- oder Massenspektrum mindestens schneller, wenn nicht sogar zuverlässiger auswerten als ein promovierter Chemiker. Doch jenseits der blossen Rationalisierung eröffnet Künstliche Intelligenz neue Forschungsrichtungen und Investitionschancen, wofür dann wieder qualifizierte Mitarbeiter benötigt werden.
Ein Anwendungsgebiet von KI betrifft die Vorhersage von Materialeigenschaften. Zum Beispiel konnten Forscher der Universität Basel dies für Elpasolithe vorführen. Kleine Variationen in der Zusammensetzung machen das natürlich vorkommende Mineral entweder zum elektrischen Leiter, zum Halbleiter oder zum Isolator. Aus anwendungstechnischer Sicht wäre es nun wünschenswert, die Eigenschaften vieler Elpasolithe zu kennen. Bei Millionen von Möglichkeiten ist der experimentelle Aufwand aber zu gross, und entsprechende quantenmechanische Vorausberechnungen erfordern eine riesige Rechenkapazität. Als erfolgsversprechend hat es sich hingegen erwiesen, einige quantenmechanische Ergebnisse als Grundlage zu nehmen und darauf weitere Modellationen unter Verwendung Künstlicher Intelli -
Besonders gut ist Künstliche Intelligenz bei der Auswertung von Bildern, wie etwa von Spektren – und für die Zukunft ist in weiteren Bereichen noch viel Luft nach oben.
(Bild: Envato)
genz aufzubauen. Damit lässt sich ein Forschungsgebiet erschliessen, das man andernfalls links liegen gelassen hätte. Ähnlich führen Modellationen von Katalyseverfahren schneller und gezielter zu
Fachmesse Ilmac Basel 2023
Die Veranstaltung findet in Halle 1.0 und 2.0 der Messe Basel statt vom Dienstag, dem 26. September, bis Donnerstag, dem 28. September 2023. Special am Mittwoch ist das Ilmac Networking Apéro von 17.00 bis 19.00 Uhr.
neuen Materialien. Und bei der Rückwärtssynthese bis zu sechsstufiger Reaktionen vermag KI die Komplexität der Problemstellung zu reduzieren. So kann sie auf den Input des gewünschten Produkts die benötigten Ausgangssubstanzen benennen.
Damit tun sich durch Künstliche Intelligenz viele neue Tätigkeitsfelder auf. Das Branchenevent Ilmac in Basel gibt eine besonders gezielte Orientierung in zweifacher Weise: Ein attraktives Programm in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft greift das Thema «Künstliche Intelligenz und Digitalisierung» am ersten Eventtag im Forum Ilmac auf. An allen drei Tagen präsentieren die Aussteller an Ständen und/oder an der sogenannten Job Wall ihr Unternehmen und die offenen Stellen – alles im Rahmen von Ilmac job connect (https://www.ilmac.ch/ de/jobconnect).
Künstliche Intelligenz birgt das Potenzial, neue Forschungsfelder zu eröffnen. (Bild: Envato)
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www.ilmac.ch
Lösungen für Reinraum
Konditionieren hochtoxischer APIs
Biopharmazeutische APIs – Active Pharmaceutical Ingredients – sind hochpotent. Ihre Herstellung erfordert einen besonderen Schutz der Mitarbeiter und häufig eine Klimakonditionierung des Produktes. Erstmals wurde jetzt ein Isolator mit einem Klimaschrank als geschlossenes System zu einem Reinraum kombiniert.
Henning Falck ¹
APIs bieten zahlreiche innovative Möglichkeiten zur Behandlung komplexer Krankheiten wie Epilepsie, Depressionen und Alzheimer. Sie besitzen die Fähigkeit, zielgerichtet auf das Immunsystem einzuwirken. Der Umgang mit bioaktiven Wirkstoffen erfordert deshalb Schutzmassnahmen für Mitarbeiter und Umwelt. Auch das Produkt selbst muss geschützt werden, da Umgebungsparameter wie Feuchte und Temperatur die Eigenschaften der Wirkstoffe erheblich beeinflussen können. Die Verarbeitungsschritte sind sehr komplex und die Produktion erfolgt meist unter genau definierten Feuchte- und Temperaturbedingungen. Das hier dargestellte System mit einer Containment-Klimakammer ist zur Konditionierung unterschiedlichster Produkte bei Extremklimawerten geeignet.
Mikronisierte Wirkstoffe stabilisieren
Das Containment-Klimakammer-System wurde für die Herstellung eines hochwertigen Inhalats mit Wirkstoffen der Gefahrenklasse OEB 5 entwickelt. Diese Wirkstoffe können im Rahmen einer Inhalationstherapie unter bestimmten Voraussetzungen das zentrale Nervensystem beeinflussen, indem sie «Lücken» in der Blut-Hirn-Schranke überwinden. Für die Inhalation müssen die pulverförmigen Wirkstoffe sehr fein mikronisiert werden, um über den Riechnerv ins Gehirn zu gelangen und dort in ausreichender, gleichbleibender Konzentration verfügbar zu sein. Eine definierte Partikelgrösse darf nicht überschritten werden.
Abhängig vom Prozess liegen die Wirkstoff-Moleküle nach der Mikronisierung zu
einem erheblichen Teil in amorpher Form vor. Dieser Zustand ist nicht erwünscht, weil die amorphen Anteile chemisch sowie thermodynamisch nicht stabil sind und bei Alterung durch den Einfluss von Feuchte und Temperatur umkristallisieren. Hierbei verändern sich die Partikeleigenschaften durch Agglomeratbildung negativ, was nachteilige Auswirkungen auf die Bioverfügbarkeit bei intranasalen Darreichungsformen hat, da die Wirkstoffe die Blut-Hirn-Schranke dann nicht durchbrechen können. Sie gelangen nicht mehr in ausreichender und gleichbleibender Konzentration an ihren Wirkort.
Die Lösung liegt in der gezielten Alterung des Produktes. Die Wirkstoffe werden bei hohen Temperaturen und hoher Feuchte so konditioniert, dass sich der amorphe Zustand durch beschleunigte Umkristallisationsvorgänge erheblich verringert. Bei bestimmten Konditionierungsbedingungen
erfolgt die Umbildung, ohne dass sich die Partikelgrösse des Wirkstoffes nachteilig verändert. Das Produkt bleibt chemisch und thermodynamisch weitgehend stabil. Das Konditionieren erfolgt üblicherweise in Klimakammern, in denen sich sehr exakte Feuchte- und Temperaturbedingungen einstellen lassen. Die Produkte werden auf Schalen oder Tablets ausgebracht und dem Klima über einen definierten Zeitraum ausgesetzt.
Der Umgang mit hochpotenten Wirkstoffen birgt ein immenses Risiko für das Produktionspersonal. Eine klassische Möglichkeit für die Handhabung dieser Produkte sind flexible Isolatoren, die an die Klimakammer angekoppelt werden. Diese sind jedoch umständlich im Handling, bei dem ein nicht unerhebliches Restrisiko für die Mitarbeiter bestehen bleibt. Auch die sichere Reinigung der Kammer birgt erhebliche Fehlerrisiken.
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Sichere Handhabung hochtoxischer Wirkstoffe. (Bilder: Weiss)
1 Weiss Pharmatechnik GmbH
Klimaschrank mit Isolatortechnologie
Der neuartige Ansatz von Weiss Pharmatechnik nutzt einen Isolator zum Ansetzen und Vorbereiten der Trays mit den biotechnologischen Substanzen unter kontrollierten Reinraumbedingungen bei maximalem Bediener- und Produktschutz. Es herrscht eine komplette Trennung von aussen nach innen und umgekehrt. Weder können die hochpotenten Wirkstoffe Menschen oder Umwelt kontaminieren, noch kann das Produkt durch Keime verunreinigt werden. Erstmals wurden für den kompletten Prozess des Ausbringens, Konditionierens und erneuten Sammelns des mikronisierten Inhalationswirkstoffes durchgehende Reinraumbedingungen geschaffen. Hierbei befindet sich der Isolator innerhalb des Reinraumes unter ISO Klasse 7 und ist unter sterilen Bedingungen für das Bedienpersonal zugänglich. Der Isolator ist direkt in die Reinraumwand eingelassen, mit einer Öffnung zu dem dahinter fest angeschlossenen Klimaschrank. An den Klimaschrank ist über einen doppelten Hepa-Filter eine autarke Luftversorgung angeschlossen. Beide Einrichtungen, Klimaprüfraum und Klimaversorgung befinden sich also nicht innerhalb des Reinraumes, sondern in dem Technikraum.
Geschlossenes System
Der mikronisierte Wirkstoff wird über einen Port in den Isolator eingeschleust. Im Isolator wird das Produkt entpackt, auf vorbereitete Trays ausgebracht und über
ein Schienensystem in den angedockten Klimaschrank verbracht, um die Produkte unter zuverlässig einstellbaren Klimabedingungen zu konditionieren. Dieser Klimaschrank erfüllt erstmals dieselben Sicherheitsanforderungen wie der Isolator selbst – steht mit seinen lufttechnischen Komponenten allerdings vollständig im Technikbereich. Dank der festen Verbindung aller drei Komponenten und des Filtersystems bilden sie ein in sich geschlossenes Containment-System mit eigener Luftversorgung. Das Containment-System besteht aus einem WIBOsafe Isolator, kombiniert mit einem Klimaprüfschrank Typ ClimeEvent und einem Temperiermodul Typ TempEvent.
Der WIBOsafe Isolator ist in diesem Fall ein 6-Handschuhisolator zum sicheren Umfüllen der APIs und Beschicken des Klimaschrankes. Der Isolator lässt sich auf zahlreiche verschiedene Arten konfigurieren und für die vielfältigsten Anwendungen vom Umfüllen, Verwiegen, Dosieren, Probenahme sowie zahlreiche prozesstechnische Unit-Operations einsetzen. Der Klimaprüfschrank ClimeEvent ist ein multifunktionales System, in dem sich beliebige Klimabedingungen zuverlässig einstellen lassen. Es zeichnet sich durch einen sehr geringen Energiebedarf und flüsterleisen Betrieb aus. Auf Wunsch können Sicherheitsmassnahmen gemäss ATEX-Richtlinie ausgeführt werden. Zur Vorbeugung von Kondensationserscheinungen beim Betrieb unter hohen Feuchten und Temperaturen wird der Klimaschrank ClimeEvent mit einem Konstanttemperatur-Modul TempEvent kombiniert. Der TempEvent hält die Wandungstemperatur des Klimaprüfraums stabil und gewährleistet, dass die Temperatur über dem Taupunkt bleibt.
Einfaches Handling
Die Klimakammer ist von dem Isolator über eine Schiebetür mit aufblasbaren Dichtungen zugänglich. Die mikronisierten Wirkstoffe lassen sich seitlich über einen Rapid-Transfer-Port in den Isolator einschleusen. In der Kammer befindet sich ein Rack mit acht Trays, auf denen das Pro -
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Wibosafe Isolator mit angekoppelter Konditionierkammer.
Beschickung der Konditionierkammer über ein fahrbares Regalsystem.
dukt gleichmässig verteilt wird. Das Rack kann zur Entnahme der Trays aus der Kammer herausgefahren werden. Neben dem Isolator ist auch die Klimakammer mit Reinigungsdüsen ausgestattet, so dass die gesamte Anlage inklusive Klimakammer CIPgereinigt werden kann. Die Steuerung für Isolator, Klima- und Temperaturschrank befindet sich an einem ergonomisch angeordneten Schwenk arm.
Durchgehende Prozesssicherheit
Das Konzept kombiniert die sichere Handhabung toxischer Substanzen wie Biopharmazeutika mit der Möglichkeit, diese Wirkstoffe direkt in einer Klimakammer zu aktivieren, was sonst nur ausserhalb kontrollierter Reinraumbedingungen möglich ist.
– Reproduzierbare Produktionsbedingungen in der Klimakammer
– Geschlossenes Containment-System
– Klimakammer und Peripherie im Technikbereich
– Zugang zur Klimakammer aus dem Schutzraum des Isolators heraus
– CIP für Isolator und Klimakammer
– Manteltemperierung zur Vermeidung von Kondensation
– Kontaminationsfreier Filterwechsel im Isolator (Push Push Filtersystem)
– BIBO (Bag in-Bag out) – Filtersystem in der Klimaversorgung zum Prüfschrank
– EU GMP- und FDA-konform
– Qualifizierte und dokumentierte Prozessabfolge
Weiss Pharmatechnik ist ein kompetenter Anbieter von anspruchsvollen Reinluft-und
Containment-Lösungen. Das Produktprogramm umfasst u. a. Barrier-Systeme, Laminar-Flow-Anlagen, Sicherheitswerkbänke, Isolatoren, Schleusensysteme und Stabilitätsprüfsysteme. Ein flächendeckendes Servicenetz in der DACH-Region sorgt jederzeit für reibungslosen Betrieb. Weiss Pharmatechnik ist ein Tochterunternehmen der Schunk-Gruppe mit weltweit über 9000 Beschäftigten.
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Laborinstrumente
Pipettierfehler vermeiden
Viele Pipettierfehler könnten vermieden werden, wenn vier Punkten ein wenig mehr Aufmerksamkeit geschenkt würde. Wer folgende Empfehlungen beachtet, steht auf der sicheren Seite.
1. Fehlerquelle könnte bei Anwender/in liegen
Der/die Anwender/in:
– Wendet unpassende Pipettier-Techniken an: Dies könnte verhindert werden, wenn die Pipettier-Technik der abzugebenden Flüssigkeit angepasst wird.
– Ist zu unerfahren: Dank guter Schulung und kontinuierlicher Praktik werden Kompetenzen verbessert und Erfahrungen gesammelt.
– Ist zu unaufmerksam: Sorgfältiges Arbeiten sowie eine sachgerechte Organisation hilft sehr.
Zudem entlasten regelmässige kurze Pausen die Hand, den Arm und die Schulter. Dies verhindert Risiken des RSI-Syndroms (Repetitive Strain Injury).
Infektiöse Flüssigkeiten werden mit dem Autoklavieren inaktiviert. Organische Lösungsmittel sollte man verdampfen lassen oder die Pipette in geeignete Reinigungsmittel tauchen, um sie zu dekontaminieren.
Radioaktive Kontaminationen werden durch das Eintauchen der einzelnen Mikropipetten-Teile in eine Dekontaminationslösung entfernt. Kontamination mit Nukleinsäure werden beim Eintauchen des Unterteils für 10 Minuten in einen Puffer mit Glycin/HCI (pH 2) gelöst. Es wird ein anschliessendes Spülen mit destilliertem Wasser empfohlen.
3. Beachtung grundlegender Punkte bei der Wartung
Der Kolben und die Dichtung einer Mikropipette sollen regelmässig eingefettet werden. Verschmutze Teile müssen gereinigt und defekte Komponenten ausgetauscht werden. Eine präventive Pipetten-Kontrolle sollte eingeführt werden, um eine regelmässige Wartung zu gewährleisten. Es ist zudem empfehlenswert, die SOP(s) für die Verwendung von Pipetten im Labor stets auf dem Laufenden halten.
4. Prüfung der Dichtheit
Um die Dichtheit einer Mikropipette zu prüfen, kann folgendermassen vorgegangen werden: zuerst die Pipette auf maximales Volumen einstellen, danach die Pipetten-Spitze einsetzen und anschliessend Flüssigkeit aufsaugen. Wenn während rund 10 Sekunden kein Tropfen der aufgesaugten Flüssigkeit heraustropft, heisst dies, dass das Instrument dicht ist. Die wenigen oben genannten Elemente geben gute Anhaltspunkte, um Pipettierfehler zu vermeiden. Die präzise Ausbildung von neuen Labor-Angestellten ist unumgänglich, damit diese rasch Erfahrung sammeln und somit ein konstantes und gleichmässiges Pipettieren gewährleistet wird. Die Firma Socorex Isba SA, mit Firmensitz in Ecublens (VD) steht gerne zur Verfügung, um Schulungen und Kurse zum Thema Pipettieren durchzuführen.
2. Kontaminationen sind im Labor unerwünscht
Kontamination durch beispielweise biologische Stoffe, Chemikalien und radioaktive Stoffe sind im Labor gänzlich unerwünscht. Die richtige Reinigung einer Mikropipette kann dem entgegenwirken. Folgende Tricks sind hierzu empfohlen: Puffer oder andere wässrige Lösung und Kulturmedien können leicht mit destilliertem Wasser oder 70% Ethanol gereinigt werden.
Kontaktieren Sie uns per Mail an socorex@ socorex.com oder per Webseite www.socorex.com, gerne können wir auch individuelle Programme ausarbeiten.
Socorex Isba SA
Chemin de Champ-Colomb 7A
CH-1024 Ecublens (VD)
Tel. +41 21 651 60 22
socorex@socorex.com
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Gut geschulte Anwender/innen von Mikropipetten können zur Verhinderung von Pipettierfehlern viel beitragen.
Die regelmässige Wartung der Mikropipette verhilft zu langfristig zuverlässigen Resultaten.
Die regelmässige Dichte-Prüfung bei Mikropipetten erhöht das Vertrauen in das Instrument. (Bilder: Socorex)
Bestimmung von Anionen im Wasser
In der Wasserüberprüfung gehört die Analyse von Fluorid, Chlorid, Bromid, Nitrat, Phosphat und Sulfat zur routinemässigen Laborarbeit. Da die Ionenchromatographie eine schnelle und präzise Bestimmung dieser Anionen ermöglicht, ist sie unverzichtbar.
Neben den Säulen AS4A, AS12A, AS14 und AS14 A (von Dionex) haben sich besonders leistungsfähige Säulen etabliert, darunter die Dionex-Säule «IonPac AS22». Das Säulenmaterial der AS22 wurde für den Einsatz mit carbonat- und bicarbonathaltigen Eluenten optimiert und wird üblicherweise unter isokratischen Bedingungen eingesetzt. Die Dionex IonPac AS22 Säule wird in der konventionellen Trinkwasseranalytik zur schnellen Bestimmung von Standardanionen (Fluorid, Chlorid, Bromid, Nitrat, Phosphat, Sulfat) eingesetzt. Eine kürzere Version der Dionex IonPac AS22 Säule wurde ebenfalls unter dem Namen Dionex IonPac AS22-Fast eingeführt. Für diese Säule wird das identische Harz verwendet, aber die Säulenlänge wurde auf 150 mm verkürzt. Daraus ergeben sich sehr kurze Laufzeiten von wenigen Minuten. Die letztere Säule wird immer dann verwendet, wenn niedrig verschmutzte Gewässer ohne grosse Konzentrationsunterschiede untersucht werden sollen.
Auf Wunsch vieler Kunden hat die amerikanische Firma «Inorganic Ventures» nun für die AS22-Ionenchromatographiesäulen ein hochreines Elutionskonzentrat (ELUENT4514) entwickelt, nämlich einen
0,45 M Natriumcarbonat und einen
0,14 M Natriumbicarbonat-Eluenten. Dieses Eluenten-Konzentrat wurde speziell für die Anwendung der EPA (Environmental Protection Agency)-Methode 300.0
(A) zur Kontrollanalyse der meisten Standardanionen (Bromid, Chlorid, Fluorid,
Nitrat, Nitrit, Orthophosphat und Sulfat) in Trinkwasser und Abwasser sowie in Prozess- und Reinigungsreagenzien entwickelt. Eine Anweisung zur Vorbereitung der 1:100- Verdünnung von ELUENT4514, um die Arbeitskonzentration herzustellen, sind im Lieferumfang des Produkts enthalten. Der ELUENT4514 wurde mit hochreinen Ausgangsmaterialien und speziellem deionisierten Wasser hergestellt und minimiert so die Produktionszeit des Elutionsmittels, vermeidet Zubereitungsfehler und reduziert das Risiko möglicher Verunreinigungen. Der Eluent ist in der Verpackungs einheit von 500 ml erhältlich
und die Verdünnung reicht unter normalen Bedingungen für eine Betriebszeit von bis zu 700 Stunden unter Standardbedingungen. Der Eluent (siehe Foto) ist in TCT-Beuteln (Transpiration Control Technology) verpackt und geschützt und ist somit bis zu fünf Jahre nach Verpackung haltbar, was der Hersteller garantiert. TCTBeutel sind speziell entwickelte aluminiumbeschichtete Beutel, die ein Verdampfen des wässrigen Mediums aus der Flasche verhindern, so dass die Spezifikationen über einen langen Zeitraum garantiert werden können. Nach dem Öffnen sollte das Elutionsmittel im Laufe eines Jahres aufgebraucht werden. Neben dem Elutionsmittel sind bei der Firma «Inorganic Ventures» auch andere Anionen-standards als Referenzmaterial (rückführbar auf SI-Einheiten) erhältlich. Der Vertrieb dieser Standards im deutschsprachigen Raum erfolgt durch die Spetec GmbH in Erding, die sich mit mehr als 35 Jahren Erfahrung in der Elementanalytik für den Vertrieb dieser Standards auszeichnet.
Spetec GmbH
Am Kletthamer Feld 15
D-85435 Erding
Tel. +49 8122 95909 0
Fax +49 8122 95909 55
info@spetec.de
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Ionenchromatographie
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Digitale Transformation von Chemiewerken
ENEOS Materials setzt auf KI-Steuerung
ENEOS Materials Corporation und Yokogawa Electric Corporation haben vereinbart, dass Factorial Kernel Dynamic Policy Programming (FKDPP), ein auf Reinforcement Learning basierender KI-Algorithmus, offiziell für den Einsatz in einem Chemiewerk von ENEOS Materials übernommen wird.
Die Vereinbarung folgt auf einen erfolgreichen Feldversuch, bei dem diese autonome KI-Steuerung fast ein Jahr lang ein hohes Leistungsniveau bei der Steuerung einer Destillationskolonne in dieser Anlage gezeigt hat. Dies ist weltweit das erste Mal, dass KI mit Reinforcement Learning für die direkte Steuerung einer Anlage eingesetzt wird.
Der erste Praxistest erfolgte über einen Zeitraum von 35 Tagen anfangs 2022. Der Test bestätigte zunächst, dass die KILösung Destillationsvorgänge steuern kann, die über die Möglichkeiten bestehender Automatisierungslösungen (PIDRegelung/APC) hinausgehen und bislang eine manuelle Bedienung der Ventile durch ein erfahrenes Anlagenpersonal erforderten. Nach einer planmässigen Abschaltung der Anlage für Wartungs- und Reparaturarbeiten wurde der Test als Feldversuch wieder aufgenommen und bis heute fortgesetzt. Es hat sich gezeigt, dass die Lösung in der Lage ist, komplexe Bedingungen zu steuern, die erforderlich sind, um die Produktqualität zu wahren und einen angemessenen Flüssigkeitsstand in der Destillationskolonne sicherzustellen. Gleichzeitig wurde die entstehende Abwärme als Wärmequelle genutzt. Damit hat die Lösung die Qualität stabilisiert, einen hohen Ertrag erzielt und Energie gespart.
Im Feldversuch hat die autonome KI-Steuerung folgende vier Vorteile gezeigt:
1. Ganzjährige Stabilität
Die Steuerung sorgte für eine stabile Kontrolle der Flüssigkeitsstände und maximierte die Nutzung der Abwärme, selbst bei winterlichem und sommerlichem Wetter mit Schwankungen der Aussentemperatur von 40 Grad. Während des gesamten Feldversuchs wurden keine Probleme be -
obachtet, es wurden ein stabiler Betrieb und eine hohe Produktqualität erreicht.
2. Geringere Umweltbelastung
Da die Produktion von Off-Spec-Produkten entfiel, reduzierte die Steuerung u.a. die Betriebsstoff- und Arbeitskosten und führte zu einem effizienten Rohstoffeinsatz. Bei der Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte, die den Versandstandards entsprechen, reduzierte die Steuerung den Dampfverbrauch und die CO2-Emissionen um 40 Prozent im Vergleich zur herkömmlichen manuellen Steuerung.
3. Weniger Arbeitsbelastung, mehr Sicherheit
Die Steuerung machte manuelle Eingaben überflüssig. Dadurch wurde nicht nur die Arbeitsbelastung verringert und menschliches Versagen vermieden, sondern auch die psychische Belastung reduziert und die Sicherheit verbessert.
4. Stabilität des Modells
Selbst nach Änderungen an der Anlage im Zuge eines routinemässigen Stillstands zu Wartungs- und Reparaturzwecken konnte dasselbe Modell für die Steuerung weiterverwendet werden.
Im Laufe des Feldversuches bei ENEOS Materials hat sich die autonome KI-Steuerung als ein robustes System erwiesen, das über das ganze Jahr eine stabile Leistung erbringen und den Betrieb optimieren kann. Das Unternehmen wird die Anwendung der Lösung auf andere Arten von Prozessen und Anlagen prüfen und weiter daran arbeiten, die Produktivität zu erhöhen und Energie zu sparen, indem es den Umfang der Autonomisierung erweitert. Um die Autonomisierung von Anlagen voranzutreiben, hat Yokogawa im Februar 2023 eine KI-basierte Automatisierungslösung für Edge Controller eingeführt – ebenfalls eine Weltneuheit. In Verbindung damit bietet das Unternehmen Anwendern, die einen autonomen Anlagenbetrieb anstreben, einen globalen Beratungsservice an. Dieser reicht von der Identifizierung von Steuerungsproblemen über die Untersuchung optimaler Steuerungsmethoden und die Berechnung der Wirtschaftlichkeit bis hin zu Sicherheit, Implementierung, Wartung und Betrieb.
ENEOS Materials und Yokogawa werden die Möglichkeiten für die digitale Transformation (DX) durch den Einsatz von KI zur Steuerung und zustandsabhängigen Wartung von Anlagen weiterhin gemeinsam erforschen.
Yokogawa Europe Branches B. V. Amersfoort
Swiss Branch Allschwil
CH-4123 Allschwil
Stefan.Lugert@yokogawa.com
www.yokogawa.com
4–5/2023 P UBLIREPORTAGE 34
Destillationsanlage von ENEOS Materials. (Bild: Yokogawa)
Atmosphärenchemie
Feinstaub-Phänomen von New Delhi aufgeklärt
Forschende am Paul Scherrer Institut haben in einem Gemeinschaftsprojekt mit indischen Forschern geklärt, weshalb in New Delhi der Smog entgegen allen Regeln der Atmosphärenchemie nachts entsteht. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
New Delhi gilt seit drei Jahren als die am stärksten verschmutzte Hauptstadt der Welt. Die Luftverschmutzung ist für eine hohe Zahl vorzeitiger Todesfälle verantwortlich. Im Winter erreicht die Feinstaubbelastung Werte von mehr als 500 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft. Eine Vorstellung von den Dimensionen bekommt man, wenn man diesen Wert mit der chinesischen Hauptstadt Peking vergleicht. In der smoggeplagten Metropole enthält ein Kubikmeter Luft «nur» 70 Mikrogramm Partikel. Zum Vergleich: In Zürich sind es gerade einmal 10 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Feinstaub durch Holzverbrennung
Woher kommen die extrem hohen nächtlichen Partikelwerte im Winter in New Delhi? Dieser Frage ist ein Forschungsteam des Labors für Atmosphärenchemie am PSI gemeinsam mit lokalen Forschenden,
unter anderem vom Indian Institute of Technology Kanpur (IIT), nachgegangen. Sie fanden eine aussergewöhnliche Erklärung. «Die chemischen Prozesse, die nachts in der Luft ablaufen, sind einzigartig in der indischen Hauptstadt und wurden bisher nirgendwo sonst auf der Welt beobachtet», sagt Imad El-Haddad, Atmosphärenchemiker am PSI und einer der Autoren der Studie. Das Team fand heraus, dass der Auslöser für die hohen Feinstaubwerte die Dämpfe sind, die bei der Holzverbrennung entstehen. Das Verbrennen von Holz ist für rund 400 Millionen Menschen in der indischen Ganges-Tiefebene eine gängige Praxis zum Kochen und Heizen. Da es dafür keine strengen Beschränkungen gibt, werden auch andere Dinge als Holz verbrannt, manchmal auch Plastik und andere Abfälle.
Kondensierte Gasmoleküle ballen sich zusammen
Bei solchen Bränden entsteht ein Gasgemisch mit unzähligen chemischen Verbindungen, beispielsweise Kresol, das unsere Nase als typischen Brandgeruch wahrnimmt, sowie zuckerähnlichen Molekülen
aus der verbrannten Zellulose im Holz. Diese Moleküle sind mit blossem Auge in der Luft nicht zu erkennen, auch nicht in hohen Konzentrationen. Mit Einbruch der Nacht sinkt die Temperatur in New Delhi jedoch so schnell, dass einige der Gasmoleküle kondensieren und sich innerhalb
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Bernd Müller ¹
Smog über New Dehli. (Bild: Adpic)
1 PSI
André Prévôt leitet die Studie in der indischen Hauptstadt New Delhi. (Bild: PSI, Markus Fischer)
weniger Stunden zu Partikeln von bis zu 200 Nanometern zusammenballen, die als grauer Dunst wahrgenommen werden können.
«Die Kondensation von einem Gas zur Partikelphase ähnelt der Bildung von Wassertröpfchen auf Küchenoberflächen, wenn man kocht. Die Partikel in der Atmosphäre wirken wie grosse Oberflächen, an denen Gase kondensieren können», sagt Lubna Dada, Atmosphärenwissenschaftlerin am PSI und eine der Autorinnen der Studie. Dieser Prozess ist ganz anders als an anderen Orten, etwa in Peking. Sie ist wahrscheinlich die am besten untersuchte Megacity der Welt, was die Luftverschmutzung angeht. In der Atmosphäre der chinesischen Hauptstadt folgt die Partikelbildung anderen Wegen. In China reagieren die Gase aus Emissionen von Verkehr und der
Der «World’s Air Pollution: Real-time Air Quality Index» zeigt eindrücklich, wie hoch die Luftbelastung in New Dehli um 21 Uhr ist. Während z. B. die roten Werte (unhealthy) «Jede Person kann erste gesundheitliche Auswirkungen spüren» bedeutet, entspricht violett (very unhealthy) einer «Notfallsituation mit Gesundheitswarnung». (Bild: Screenshot von ChemieXtra aus Air Quality Index)
U MWELT
halbflüchtige Gase nachts solche Partikel bilden können und zur Dunstbildung beitragen», fügt Imad El Haddad hinzu.
Woher kommt der Smog?
Die Messungen wurden im Januar und Februar 2019 durchgeführt. Dazu richteten die Forschenden aus Indien, Schweden und der Schweiz im Zentrum von New Delhi eine Station mit Messgeräten ein, darunter Instrumente zur Bestimmung der Anzahl und Grösse sowie der chemischen Zusammensetzung der Partikel. Die eingesetzten Massenspektrometer sind sehr empfindlich und detektierten Tausende unterschiedliche Moleküle in der Luft, wobei die Partikelkonzentrationen teilweise Hunderttausende Partikel in der Luft im Volumen eines Zuckerwürfels erreichten. Einige der Instrumente stammten vom PSI, andere von Partnern wie dem Indian Institute of Technology Kanpur und der Universität Stockholm. Es gab auch eine zweite abgespeckte Messstation in der Stadt, um zu überprüfen, ob die Partikelbildung ein regionales Phänomen ist. Der Beitrag der Schweiz wurde von der Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit DEZA finanziert.
Bis zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Geoscience dauerte es vier Jahre, in denen die Daten analysiert und begutachtet wurden. In dieser Zeit haben vier Gruppen mit unterschiedlichem Fachwissen aus dem Labor für Atmosphärenchemie des PSI unter der Leitung von Imad El Haddad, André Prévôt, Claudia Mohr und Kaspar Dällenbach dazu beigetragen, diese Arbeit zu realisieren. «Zurzeit
läuft eine umfangreichere Messkampagne, bei der ein ganzes Jahr lang Proben an zehn Orten, fünf davon in New Delhi selbst und fünf weitere in der Umgebung, gesammelt und später in unserem Labor gemessen und analysiert werden», sagt André Prévôt, der Leiter der Studie. Die Veränderungen der Luftqualität an den verschiedenen Standorten über einen langen Zeitraum hinweg lassen Rückschlüsse auf die weiteren Quellen der Luftverschmutzung zu. «Mein Wunsch wäre es, mit unserem mobilen Labor durch die Strassen Indiens zu fahren, um die lokalen Verschmutzungsquellen wie verschiedene Arten der Verbrennung fester Brennstoffe, industrielle und andere Emissionen mit sehr hoher räumlicher Auflösung zu charakterisieren», fügt Prévôt hinzu. Das Bewusstsein für die Schwere der Luftverschmutzung in Indien hat zugenommen und das Land hat ein ehrgeiziges Programm für saubere Luft initiiert. In dem von der Schweizer Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit finanzierten Projekt haben sich die PSI-Forschenden mit lokalen Forschenden zusammengetan und ihr Wissen in beide Richtungen geteilt, um die Quellen der Luftverschmutzung zu ermitteln. «Wir haben jedoch noch einen langen Weg vor uns, um die Luftqualität zu verbessern, denn das setzt soziale Veränderungen und ein allgemeines öffentliches Bewusstsein voraus», so El Haddad.
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«Die chemischen Prozesse, die nachts in der Luft ablaufen, sind einzigartig in der indischen Hauptstadt und wurden bisher nirgendwo sonst auf der Welt beobachtet», sagt Imad ElHaddad, Atmosphärenchemiker am PSI und einer der Autoren der Studie. (Bild: PSI, Mahir Dzambegovic)
Ein neues Gen
Weisse Blutkörperchen vor Burnout schonen
Abwehrzellen erschöpfen sich beim Kampf gegen Krebs. Vom SNF unterstützte Forschende können dies verhindern – ein Glück für Immuntherapien.
Wer einen schweren Kampf vor sich hat, braucht Ausdauer. Genau dies gilt auch für die weissen Blutkörperchen in ihrem Kampf gegen Krebs, genauer gesagt für T-Lymphozyten bzw. T-Zellen – eine Gruppe von weissen Blutkörperchen, die an der Bekämpfung von Krebszellen durch das Immunsystem beteiligt sind. T-Zellen können bei diesem Kampf in einen Erschöpfungszustand geraten. Forschende des Departements Biomedizin der Universität Basel und des Universitätsspitals Basel haben vor kurzem ein Gen identifiziert, das zu dieser Erschöpfung beizutragen scheint. Die Ergebnisse ihres vom Schweizerischen Nationalfonds finanzierten Forschungspro -
jekts wurden in der Zeitschrift veröffentlicht.
Das Problem der Erschöpfung der T-Lymphozyten ist seit rund 20 Jahren bekannt. Durch die chronische Exposition gegenüber Tumorzellen geraten die T-Zellen nach einiger Zeit in eine Art Erschöpfungszustand und werden weniger effizient: Sie erkennen zwar die feindlichen Zellen weiterhin, produzieren aber weniger Substanzen, mit denen sie diese Tumorzellen beseitigen. Gleichzeitig können sie sich nicht mehr zu T-Gedächtniszellen weiterentwickeln, die jedoch wichtig sind für die Unterstützung der Immunantwort. Damit beeinträchtigt die Erschöpfung auch die
Wirksamkeit von Immuntherapien, die auf der Stimulierung der körpereigenen Immunabwehr gegen Krebszellen beruhen. «Dies gilt auch für Zelltherapien gegen Krebs: Selbst wenn wir den Patienten ‹neue› T-Zellen injizieren, bleibt die Erschöpfung ein Problem», erklärt Alfred Zippelius, Mitautor der Studie.
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Die Forschungsgruppe versuchte, besser zu verstehen, welche Mechanismen die T-Zellen ermüden lassen. (Bild: Shutterstock)
«Die Entdeckung der Rolle dieses Gens eröffnet neue Wege für effizientere Immuntherapien.»
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Eine Frage der Feinregulierung
Die Forschungsgruppe versuchte daher, besser zu verstehen, welche Mechanismen die T-Zellen ermüden lassen. Dazu entwickelte das Team ein Modell auf der Grundlage menschlicher Tumoren und erzeugte erschöpfte Lymphozyten, wie sie in den Tumoren von Patienten vorkommen. Anschliessend prüfte das Team eine Vielzahl von Genen, indem es diese Gene einzeln mit der Crispr/Cas9-Methode ausschaltete. So liess sich ein Gen identifizieren, das die Erschöpfung reguliert. Wenn dieses SNX9 genannte Gen inaktiviert ist, bleiben die T-Zellen auch dann funktionsfähig, wenn sie über längere Zeit in der Umgebung eines Tumors sind. «Das SNX9Gen scheint die kurzfristige Immunantwort zu steigern. In Situationen, in denen jede Stunde im Kampf gegen die Krankheit zählt, kann das wichtig sein. In unserem
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Experiment konnten wir durch die Unterdrückung von SNX9 die Aktivität der Immunzellen justieren, weil die übermässig stimulierenden Signale wegfielen. Die T-Zellen wurden also über längere Zeit geschont und behielten ihr Potenzial bei», erklärt Marcel Trefny, Erstautor der Studie. Eine weitere Erkenntnis der Studie: Statt nach getaner Arbeit einfach abzusterben, entwickeln sich die T-Zellen häufiger zu T-Gedächtniszellen. «Die Entdeckung der Rolle dieses Gens eröffnet neue Wege für effizientere Immuntherapien», fasst Zippelius zusammen.
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Diese Erkenntnisse sind vielversprechend, da bisher die meisten Versuche zur Beschreibung der Rolle von Genen bei der Erschöpfung von T-Zellen an Mauszellen durchgeführt wurden. Die therapeutischen Anwendungen dieses neuen Ansatzes müssen nun allerdings klinisch geprüft werden, um in Erfahrung zu bringen, ob das Fehlen des Gens unerwünschte Wirkungen hervorrufen kann.
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Immunsystem (T-Zelle) greift eine menschliche Tumorzelle an. (Bild: M. Oeggerli, Micronaut 2019/Marcel Philipp Trefny/ Prof. Alfred Zippelius)
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und
Weniger Lösungsmittel
Substanzen nachhaltiger synthetisieren
An der Ruhr-Universität Bochum wurde eine Alternative zu etablierten Syntheseverfahren entwickelt. Bei ausgewählten chemischen Reaktionen spart eine Kombination aus Foto- und Mechanochemie bis zu 98 Prozent an Lösungsmittel und 80 Prozent an Energie.
Lichtgetriebene chemische Reaktionen waren bisher nur mit viel oft giftigem Lösungsmittel möglich. Durch die Kombination mit mechanischer Kraft in Kugelmühlen ist es dem Team von Prof. Dr. Lars Borchardt am Lehrstuhl für Anorganische Chemie I der Ruhr-Universität Bochum gelungen, sie in der festen Phase ohne grosse Mengen Lösungsmittel durchzuführen. «Damit haben wir eine nachhaltige Alternative zu etablierten Syntheseverfahren», so Borchardt. Die Forschenden berichten in der Zeitschrift Angewandte Chemie vom 24. Februar 2023.
Kugelmühlen statt Lösungsmittel
Licht gilt als ideale Triebkraft chemischer Reaktionen: Es ist günstig, reichlich vorhanden und erzeugt keinen Abfall. Daher sind lichtgetriebene, sogenannte fotochemische Reaktionen, besonders attraktiv zur Herstellung chemischer Verbindungen. Jedoch werden sie in aller Regel in gewaltigen Mengen Lösungsmittel durchgeführt.
Diese sind oft toxisch und erzeugen enorme Mengen gefährlichen Abfalls. Fotochemische Reaktionen in fester Phase, ohne Lösungsmittel, könnten eine Alternative darstellen. Allerdings waren sie bisher kaum realisierbar, da die unzureichende Durchmischung eine Aufskalierung in relevante Grössenordnungen nicht zuliess. Damit fotochemische Reaktionen ablaufen können, müssen Photonen die Ausgangsstoffe erreichen. Um die Reaktion zügig und vollständig ablaufen zu lassen, ist eine gute Durchmischung unverzichtbar. In herkömmlichen Reaktionen sorgt dafür das Lösungsmittel: Es löst die Substanzen, macht sie mobil und steigert Massentransport sowie Diffusion. Bisher gab es kein Pendant in der festen Phase.
Verkürzte Reaktionszeiten
Die Bochumer Forschenden verwendeten Kugelmühlen als Reaktoren. Darin werden die Ausgangsstoffe gemeinsam mit Mahlkugeln in Becher gegeben und bei hohen Frequenzen geschüttelt. Das sorgt für
hochenergetische Stösse, welche die mechanische Energie für die Reaktion bereitstellen und die Substanzen durchmischen. In einem speziell an die Mühle angepassten Fotoreaktor gelang es den Forschenden, die Kugelvermahlung unter simultaner Bestrahlung durchzuführen. Das ermöglichte die foto-mechanochemische Synthese von Nanographenen in der festen Phase.
«Mit dem neuen Verfahren konnten wir deutlich nachhaltiger ausgewählte Reaktionen durchführen und chemische Substanzen synthetisieren», berichtet Lars Borchardt. «Die Reaktionszeiten liessen sich um bis zu 56 Prozent reduzieren, während wir 98 Prozent weniger Lösungsmittel einsetzen mussten als in vergleichbaren Synthesen auf herkömmliche Art und Weise. Und schliesslich verbraucht der neue Fotoreaktor knapp 80 Prozent weniger Energie als herkömmliches Equipment.
www.ruhr-uni-bochum.de
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Licht- und mechanische Energie wirken in diesem Reaktor zusammen. (Bild: RUB, Marquard)
«Grünes» Oxidationsmittel
Wie Vanillin aus Lignin hergestellt wird
Der industrielle Bedarf an dem Aromastoff Vanillin übertrifft die natürlichen Quellen bei weitem. Vanillin wird daher in grossen Mengen chemisch aus Erdöl hergestellt – und ist dadurch auch wesentlich billiger als der Aromastoff aus den fermentierten Kapselfrüchten der Gewürzvanille. Eine Alternative bietet die Gewinnung von Vanillin aus Lignin, das als Abfall in der Zellstoffindustrie anfällt.
Der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Siegfried Waldvogel an der Universität Mainz ist ein weiterer Fortschritt bei der elektrochemischen Herstellung von Vanillin aus Lignin gelungen. Dazu wurde ein «grünes» Oxidationsmittel eingesetzt, das den oxidativen Abbau von Kraft-Lignin – das massgebliche Abfallprodukt – zu Vanillin bewerkstelligt. «Wir sind überzeugt, dass wir mit unserem nachhaltigen, umweltschonenden Prozess dazu beitragen können, dass Vanillin auch in grösserem Massstab hergestellt wird», sagt Siegfried Waldvogel. Die Forschungsarbeit wurde in dem renommierten Fachmagazin «Angewandte Chemie» veröffentlicht.
Aus Abfallstoff wird Vanillin
gewonnen
Vanillin wird in unzähligen Lebensmitteln und Getränken verwendet, aber auch die Parfüm- und die Pharmaindustrie benötigen den Aromastoff. Die chemische Herstellung beläuft sich daher auf mehrere zehntausend Tonnen jährlich. Allerdings werden hierfür meist fossile Rohstoffquellen genutzt und das Verfahren hinterlässt giftige Abfallprodukte. «Die Herstellung von Vanillin aus dem Holzbestandteil Lignin umgeht diese Nachteile», so der Chemiker Siegfried Waldvogel. «Mit dem elektrochemischen Verfahren, an dem wir seit fast 15 Jahren arbeiten, können wir qualitativ hochwertiges Vanillin umweltschonend aus der erneuerbaren Ressource Holz gewinnen.»
Abfallvermeidung
Lignin wird schon seit langem als Ausgangsmaterial für Vanillin verwendet. Ein aktuelles kommerzielles Verfahren beruht auf dem Einsatz von Kupfer als Katalysator, das jedoch ist mit kostspieligen Schritten
zur Reinigung des Endprodukts verbunden. Im Gegensatz dazu sei die direkte Verwendung von elektrischem Strom als Oxidationsmittel inhärent sicher, kostengünstig und vermeidet die Entstehung von Abfall, heisst es in dem Fachbeitrag. Für die nachhaltige Produktion von Vanillin wird Kraft-Lignin, das als Abfallprodukt bei der Papierherstellung anfällt und dann zur Stromgewinnung dient, als Ausgangsmaterial verwendet. Als Lösungsmittel kommt Natronlauge zum Einsatz und als Oxidationsmittel wurde der Ligninlösung zu Beginn der Reaktion eine frisch elektrolysierte Peroxodikarbonatlösung zugesetzt. «Wir erreichen damit eine Ausbeute von bis zu 6,2 Gewichtsprozent, das ist ein hervorragendes Ergebnis», sagt Waldvogel. Darüber hinaus ist das verwendete Karbonat der notwendige Zusatz für den industriellen Betrieb der Zellstoffanlage. Somit sind alle Wege offen, das Verfahren technisch mit einer Bioraffinerie zu kombinieren.
Das zwölfte Gebot der Grünen Chemie: «Bereits von Anfang an sollte man stets versuchen, Abfälle so gering wie möglich
zu halten, damit die Kläranlagen so wenig wie möglich beansprucht werden.»
Umweltfreundliche Verfahren fördern
Siegfried Waldvogel ist Professor am Department Chemie der Universität Mainz und Sprecher des Profilbereichs SusInnoScience, abgekürzt für «sustainable chemistry as the key to innovation in resource-efficient science in the anthropocene», ein Spitzenforschungsbereich der Universität, der sich mit nachhaltigen chemischen Lösungen beschäftigt, die zu einer Kreislaufwirtschaft und Vermeidung fossiler Rohstoffe beitragen. Waldvogel ist mit seiner Arbeitsgruppe unter anderem auch an dem internationalen Konsortium Liberate beteiligt, das die kommerziellen Möglichkeiten zur Nutzung des kostengünstigen Pflanzenbestandteils Lignin ausloten will und von der EU mit 10 Millionen Euro gefördert wird. www.uni-mainz.de
41 4–5/2023 V ERFAHRENSTECHNIK
Vanillin, ein klassisches Industrieprodukt. (Bild: Shutterstock)
Diese fünf Vorteile müssen Pharmaunternehmen bieten
Wie qualifizierte Fachkräfte überzeugt werden
Ob Weihnachtsgeld, betriebliche Altersvorsorge oder moderne Arbeitsausstattung – in der Pharmabranche werden solche Benefits mittlerweile als Standard angesehen. Doch wie können Unternehmen qualifizierte Fachkräfte davon überzeugen, für sie zu arbeiten? Maximilian Kraft ist der Fachmann, wenn es um die Suche nach qualifizierten Mitarbeitenden in der Pharma geht. In seinem Gastartikel stellt Kraft die fünf wichtigsten Vorteile vor, mit denen Unternehmen hervorstechen können.
Der Fackräftemangel ist bereits Dauerthema in den Schweizer Medien. Nicht nur in der Gesundheitsbranche auch in der Chemie- und Pharmaindustrie wird händeringend nach geeignetem Personal gesucht. «Oberflächliche Benefits erreichen nicht mehr viel. Viele Unternehmen scheinen jedoch keine Ideen mehr zu haben, wie man potenzielle Bewerber von sich überzeugt», sagt Personalberater Maximilian Kraft. Der Experte weiss, was Pharmaunternehmen tun müssen, um die richtigen Leute ins Boot zu holen: Er hat bereits hunderte Pharma- und Medizintechnikunternehmen mit passenden Kandidaten zusammengebracht. Laut Kraft müssen die Arbeitgeber besonders auf die folgenden fünf Punkte achten:
1. Strukturierte
Einstellungsprozesse
Werden Arbeitnehmer aus der Pharmaund Medizintechnikbranche danach gefragt, was ihnen bei einem neuen Arbeitgeber besonders wichtig ist, wird als Erstes meist eine gute und strukturierte Einarbeitung genannt. Viele Firmen vernachlässigen leider die Phase des Onboardings und sehen eine nur wenig strukturierte oder gar keine Einarbeitung vor. Damit riskieren sie jedoch, dass gerade neue Arbeitnehmer mit unklaren Abläufen konfrontiert werden und immer wieder nachfragen müssen. So mancher Mitarbeiter wirft dabei nach kurzer Zeit entnervt das Handtuch, weil er sich mangels hinreichenden Kenntnisstands nicht auf seine eigentlichen Aufgaben konzentrieren kann. Dies beginnt oft schon beim Bewerbungsprozess: Wer als Kandidat feststellen muss, dass schon das Bewerbungsverfahren kaum nachvollziehbar ist, wird auch eine
entsprechend schlecht vorbereitete Einarbeitung vermuten.
Mit einem zielgerichteten und wohl strukturierten Onboarding lassen sich diese Frustrationserlebnisse vermeiden und alle Mitarbeiter systematisch auf den gleichen Kenntnisstand bringen. Besonders bewährt haben sich hier digitale Lösungen, etwa in Form einer einheitlichen Schulungsplattform: Hier können sich die Kandidaten zielgerichtet und im eigenen Tempo alle Informationen aneignen, die sie für ihre spätere Arbeit im Unternehmen tatsächlich benötigen. Zudem sparen diese Plattformen viel Zeit, da kaum erfahrene Mitarbeiter zur Einarbeitung abgezogen werden müssen und die neuen Kräfte jederzeit bei Fragen wieder auf das System zugreifen können.
2. Regelmässige
Feedbackgespräche Regelmässige Feedbackgespräche sind ein unverzichtbarer Bestandteil eines er-
folgreichen Arbeitsumfeldes. Sie bieten Mitarbeitern die Möglichkeit, ihre Arbeitsleistung zu überprüfen und Feedback über ihre Stärken und Schwächen zu erhalten. Ein regelmässiger Informationsaustausch hilft nicht nur, die Arbeitsqualität zu verbessern, sondern stärkt auch das Selbstbewusstsein und das Engagement der Arbeitnehmer.
In vielen Unternehmen fehlen jedoch formelle Feedbackprozesse. Dies kann zu Missverständnissen und Unzufriedenheit führen und eine ansonsten produktive Arbeitsumgebung negativ beeinflussen. Als Arbeitgeber ist es daher wichtig, regelmässig Feedbackgespräche zu führen, um die Kommunikation und Zusammenarbeit im Team zu stärken. Besonders in der Pharma- und Medizintechnikbranche, in denen hohe Ansprüche an die Qualität gestellt werden, sollten regelmässige Feedbackgespräche Teil des Arbeitsalltags sein. Diese können im Rahmen von Einzelgesprächen oder Teamsitzungen statt-
42 4–5/2023 M ANAGEMENT
Maximilian Kraft ist der Geschäftsführer der Personalberatung Pates AG. (Bild: Pates AG)
finden und sollten eine ehrliche und offene Diskussion über die Arbeitsleistung ermöglichen.
3. Weiterentwicklung von Mitarbeitenden
Zudem sollten sich auch kleine und mittelständische Unternehmen bewusst machen, dass viele Arbeitnehmer grundsätzlich Karriere in ihrem Beruf machen möchten. Damit ist nicht gemeint, dass jeder neue Mitarbeiter in wenigen Jahren zur Führungskraft aufsteigen will – ein gewisses Mass an persönlichen und fachlichen Weiterentwicklungsmöglichkeiten wird jedoch meist vorausgesetzt. Des Weiteren wollen in den heutigen Zeiten viele Mitarbeiter eine klare Perspektive haben und möchten wissen, wohin ihre Mitarbeit im Unternehmen sie hinführen kann. Daher sollten möglichst bereits im Vorstellungsgespräch Angebote gemacht werden, die den Kandidaten Gelegenheiten zu regelmässigen Weiterbildungen und Trainings eröffnen. Diese müssen auch nicht zwingend immer fachlicher Natur sein: Viele Arbeitnehmer schätzen es sehr, wenn sie ihre Interessen verfolgen und ihre Fähigkeiten für das Unternehmen in verschiedenen Bereichen verbessern können. Die Betriebe können daher von den Weiterbildungen ihrer Mitarbeiter enorm profitieren, da diese nicht nur die Motivation der Angestellten erhöhen, sondern im besten Falle sogar dem ganzen Team zugutekommen: So könnten etwa Präsentations-Fortbildungen mit der Massgabe übernommen werden, dass das neue Wissen auch an andere interessierte Mitarbeiter weitervermittelt wird – dies erhöht nicht nur die Fähigkeiten der gesamten Belegschaft, sondern kann auch ein wichtiger Faktor für das Teambuilding werden.
4. Transparentes BenefitSystem
Für viele Arbeitnehmer sind heute zudem Benefits selbstverständlich – nur sind die entsprechenden Angebote meist spärlich oder unklar strukturiert. Dabei sind attraktive Benefits sehr wichtig, um die Bindung an den Arbeitgeber und ganz allgemein die Zufriedenheit der Mitarbeiter zu erhöhen. Heute gibt es eine Vielzahl von förderungsfähigen Zusatzleistungen, etwa im Bereich der Sachzuwendungen, der Hilfen
bei der Kinderbetreuung oder bei Gesundheitsvorsorgeleistungen. Wer daher einige sorgfältig ausgewählte Benefits anbietet, kann häufig ohne wesentliche Mehrkosten seinen Mitarbeitern einen echten Mehrwert verschaffen.
Um einen transparenten Überblick über die angebotenen Benefits zu geben, haben sich erfahrungsgemäss darauf spezialisierte Anbieter wie zum Beispiel Bendesk bewährt: Dort wird den Arbeitnehmern etwa über eine App oder eine Wissensdatenbank ein leicht zugänglicher Zugriff auf die möglichen Benefits gewährt. Hierbei bekommen die Unternehmen alle Leistungen aus einer Hand und müssen sich nicht selbst um die Vielzahl der möglichen Zusatzleistungen bemühen – punkten jedoch bei ihren Mitarbeitern durch die entsprechenden Vorteile.
5. Schulung von Führungskräften
Schliesslich kann die Bedeutung gut geschulter Führungskräfte für die Unternehmenskultur nicht genug betont werden. Nur wer als Vorgesetzter die beschriebenen Punkte wie regelmässiges und konstruktives Feedback und ein strukturiertes Onboarding tatsächlich umsetzen kann, vermag die Belegschaft an sich zu binden und für eine produktive Arbeitsatmosphäre zu sorgen. Daher sollten Betriebe aus der Pharma- und Medizintechnikbranche nicht nur allen Mitarbeitern Weiterbildungsmöglichkeiten anbieten, sondern besonders auch auf eine regelmässige Schulung ihrer Führungskräfte achten. Nur wer über die aktuellen arbeitspsychologischen und kommunikativen Erkenntnisse auf dem Laufenden bleibt, kann aktiv Wertschätzung vermitteln, Konflikte zuverlässig ausräumen und so einen positiven Einfluss auf die gesamte Belegschaft ausüben. Neben vielen modernen Benefits und dem Schaffen einer positiven Arbeitsatmosphäre beeindrucken Unternehmen potenzielle Bewerber daher auch mit bestens ausgebildeten Führungspersönlichkeiten – und heben sich so im Wettbewerb um die begehrten Fachkräfte noch weiter von der Konkurrenz ab.
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43 4–5/2023
Siegfried baut in Spanien weiter aus
Das Zofinger Unternehmen eröffnet sein neues Entwick-
lungszentrum für Arzneimittelherstellung (Drug Products) an
den beiden spanischen Standorten Barberà del Vallès und El Masnou bei Barcelona. 40 Spezialistinnen und Spezialisten werden spanische Entwicklungszentrum eng mit den Kunden von Siegfried zusammenarbeiten. Dabei werden mögliche neue Medikamente vom Labor- in den industriellen Massstab überführt. Das Entwicklungszentrum wird eine Schlüsselrolle bei der Versorgung der Pharmaindustrie mit Dienstleistungen von der Entwicklung bis zur kommerziellen Produktion spielen. Es umfasst spezielle Einrichtungen für feste Darreichungsformen, die es Siegfried ermöglichen, Entwicklungsdienstleistungen und
Lonza stellt Produktionslinie in Visp fertig
Mit der Fertigstellung einer neuen Produktionslinie für die Herstellung von klinischen und kommerziellen Arzneimitteln nach cGMP-Standard erweitert
Lonza ihre Kapazitäten und Fähigkeiten in Visp. Die ersten Kundenchargen sollen im April abgefüllt werden.
Lonza hat am 29. März die Fertigstellung der geplanten cGMPProduktionslinie für klinische und kommerzielle Arzneimittel in Visp bekanntgegeben. Die 1200 Quadratmeter grosse, Anlage umfasst eine hochmoderne Isolatorlinie für die Abfüllung
von flüssigen und gefriergetrockneten Fläschchen für verschiedene Modalitäten, welche die Anforderungen des Anhangs 1 zum EU-GMP Leitfaden für die Herstellung von sterilen Produkten erfüllt.
Die Anlage ist Teil von Lonzas «Ibex Biopark» und ergänzt die jüngsten Erweiterungen am Standort Visp, unter anderem in den Bereichen Biokonjugation, Säugetierproduktion und mikrobielle Entwicklung. Damit
flexible Pilotkapazitäten für dieses Marktsegment anzubieten.
Von Novartis übernommen Die Siegfried-Gruppe hat die zwei pharmazeutischen Produktionsstätten in Barberà del Vallès und El Masnou vor über zwei Jahren von Novartis übernommen. Die Standorte wurden um das Entwicklungszentrum erweitert, das nun in Betrieb geht. Mit dieser Eröffnung schliesse Siegfried die Integration der beiden spanischen Standorte ab, wie das Unternehmen in der Pressemitteilung schreibt.
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wird das Bestreben unterstützt, flexible End-to-End-Lösungen an einem einzigen Standort anzubieten – von der Arzneimittelsubstanz bis zum Arzneimittelprodukt.
Die Fertigstellung der Anlage folgt dem kürzlich erfolgten Spatenstich für eine neue Anlage in Stein, die für die kommerzielle Herstellung von Arzneimitteln im Grossmassstab bestimmt ist und mit einer Investition von rund 500 Millionen Franken realisiert wird.
44 AUS DER BRANCHE 4–5/2023
Von links: Carolina Bonifacio, Leiterin F+E, Jürgen Roos, Chief Scientific Officer, Xavier Garcés, Bürgermeister von Barberà del Vallès, Wolfgang Wienand, CEO von Siegfried, Ramon Maspons, Chefstratege für Gesundheitsinnovationen in Katalonien und Othmar Hardegger, Schweizer Konsul in Barcelona. (Bild: Siegfried)
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(Bild: Lonza)
Sandoz will neue Biologika-Produktion bauen
Das Unternehmen hat kürzlich eine Absichtserklärung zum Bau einer neuen Produktionsanlage für biologische Arzneimittel in Lendava, Slowenien, unterzeichnet. Dabei handelt es sich um eine der grössten internationalen Investitionen des Privatsektors in Slowenien. Die Investition von Sandoz wird sich voraussichtlich auf mindestens 400 Millionen USDollar belaufen und unterstützt das Bestreben des Unterneh -
(Symbolbild: Adpic)
mens, das künftige Wachstum seines globalen Biosimilars-
Portfolios voranzutreiben. Die Arbeiten an der neuen Anlage sollen noch in diesem Jahr beginnen. Der Vollbetrieb ist vorläufig für Ende 2026 geplant. Darüber hinaus hat Sandoz vor kurzem eine zusätzliche Investition von 50 Millionen Euro in den Ausbau seines europäischen Antibiotika-Produktionsnetzes angekündigt, womit sich die Gesamtinvestitionen in den letzten Jahren auf 250 Millionen Euro belaufen. Anti -
Roche und Lilly optimieren Alzheimer-Frühdiagnose
Roche ist eine Zusammenarbeit mit Eli Lilly and Company eingegangen, um die Entwicklung des «Elecsys Amyloid Plasma Panel» (EAPP) zu unterstützen, einem Bluttest, der eine frühere Diagnose der Alzheimer-Krankheit ermöglichen soll.
Heute gibt es weltweit Hindernisse für eine frühzeitige und genaue Diagnose der Alzheimer-Krankheit, da bis zu 75 Prozent der Menschen mit den Symptomen der Alzheimer-Krankheit leben, aber keine Diagnose erhalten haben. Diejenigen, die eine Diagnose erhalten haben, haben im Durchschnitt 2,8 Jahre nach Auftreten der Symptome gewartet.
Um der zunehmenden Belastung der Gesundheitssysteme durch die Alzheimer-Krankheit entgegenzuwirken, muss der Weg zur Diagnose für die Betroffenen schneller und leichter zugänglich gemacht werden. Dies wird letztlich den Zugang zu geeigneten neuen Therapien ermöglichen, sobald diese verfügbar sind.
Die Zusammenarbeit steht im Einklang mit dem gemeinsamen Ziel von Roche und Lilly,
Patienten zu unterstützen, indem der Weg zu einer rechtzeitigen und genauen Diagnose und Behandlung verbessert wird. Im Falle einer Zulassung wäre der EAPP-Test ein zusätzliches Instrument, um die geringe Wahrscheinlichkeit einer Amyloid-Pathologie bei symptomatischen Patienten festzustellen und zu entscheiden, ob weitere Untersuchungen und Tests zur Bestätigung der Diagnose durchgeführt werden sollten.
Gemäss Roche leben heute über 55 Millionen Menschen mit Demenz, bis 2050 soll diese Zahl voraussichtlich auf bis auf fast 140 Millionen steigen.
Über das «Elecsys Amyloid Plasma Panel»
Das EAPP misst das phosphorylierte Tau (pTau) 181-Protein und das Apolipoprotein (APOE) E4 im menschlichen Blutplasma. Erhöhungen von pTau181 treten in frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit auf, während das Vorhandensein von APOE4 den häufigsten genetischen Risikofaktor für die Alzheimer-Krankheit darstellt. Das
Ergebnis soll in Verbindung mit anderen klinischen Informationen berücksichtigt werden, um weitere Bestätigungstests mit
infektiva (in erster Linie Antibiotika) sind nach den Biopharmazeutika der zweitgrösste Geschäftsbereich von Sandoz. Beide haben ihre Wurzeln in der einzigartigen 75-jährigen Geschichte des Unternehmens bei der Entwicklung fermentationsbasierter Produktionstechnologien.
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Gründung von Cerefort in Nidwalden
In enger Zusammenarbeit mit der Wissenschaft entwickelt die Cerefort GmbH funktionelle Lebensmittelprodukte bis zur Marktreife. Der Fokus liegt auf Verbindungen, die eine positive Wirkung auf die mitochondriale Integrität und Funktion haben. Cerefort wurde von zwei Wissenschaftlern am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie, Dr. Tim Friedrichson (Geschäftsführer), Dr. Joachim Venus, und den beiden Unternehmern, Prof. Dr. Gunter Festel und Dr. Wolfgang Sipos gegründet. Der Firmensitz befindet sich in Fürigen, Kanton Nidwalden. Noch in Form eines Start-up, hatte das Wissenschaftskon -
sortium in Zusammenarbeit mit der Versuchs- und Lehranstalt für Brauerei in Berlin (VLB) ein Getränk entwickelt, das stark mit D-Laktat angereichert ist. Das Erfrischungsgetränk namens «Mitobene» soll eine positive Wirkung auf die Integrität und Funktion der Mitochondrien haben und damit die zelluläre Fitness unterstützen.
Das Getränk wird durch ein patentiertes Verfahren mit Hilfe der Fermentationstechnologie hergestellt. Das bedeutet, dass das Getränk neben einem hohen D-Laktatgehalt auch alle gesundheitsfördernden Vorteile fermentierter Lebensmittel aufweist. Damit ermöglicht es
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eine bequeme Aufnahme einer D-Laktatmenge, die dem Verzehr von einem Kilogramm bulgarischem Joghurt in konzentrierter Form entspricht. Die Herausforderung bestand hauptsächlich darin, einen Milchsäurebakterienstamm zu identifizieren, der in hoher Konzentration und Reinheit DLaktat produziert und nicht, wie bisher in Lebensmitteln üblich, nur L-Laktat oder Gemische aus D- und L-Laktat. Nur mit Hilfe eines umfangreichen Screenings konnte ein Stamm mit hohen Produktionsraten identifiziert werden, der sich für eine skalierte Produktion eignet.
kömmlichen Joghurts L-Laktat enthalten.
Geschädigte
Mitochondrien wiederherstellen
Vor einigen Jahren wurde am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik entdeckt, dass D-Laktat die Funktion geschädigter Mitochondrien wiederherstellen und das Überleben dopaminerger Neuronen verlängern kann. Die dopaminerge Neuronen-Degeneration spielt eine Schlüsselrolle bei der Entstehung der Parkinson-Krankheit. Bulgarischer Joghurt zum Beispiel, der für seine einzigartigen gesundheitlichen Vorteile bekannt ist, enthält D-Laktat, während die meisten her-
Die «Kraftwerke der Zelle» Mitochondrien sind die primäre Quelle für metabolische Energie, die aus Zuckern und Lipiden in Form von ATP gewonnen wird, und spielen eine zentrale Rolle bei der Synthese essentieller Biomoleküle wie Steroidhormone. Viele Aspekte der zellulären Schlüsselfunktionen, die Kalziumsignalisierung, die Kontrolle des Zellzyklus und der koordinierte Zelltod, hängen von der mitochondrialen Regulation ab. So hängen Vitalität, Wohlbefinden und Gesundheit von ihrem reibungslosen Funktionieren ab. Aktuell etabliert das Unternehmen ein skalierbares und patentiertes Verfahren unter Verwendung der Fermentierungstechnologie. Zusätzlich zu seinem hohen D-Laktatgehalt bietet Mitobene alle gesundheitsbezogenen Vorteile fermentierter Lebensmittel. Das Produkt ermöglicht die Aufnahme von D-Laktat in konzentrierter Form entsprechend dem Verzehr von einem Kilogramm bulgarischem Joghurt.
Luca Meister, ChemieXtra
www.cerefort.com
46 AUS DER BRANCHE 4–5/2023
Von Cerefort genutzte Pilotanlage am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. ATB. (Bild: ATB)
ensola
■ Infostelle SCV Schweizerischer Chemieund Pharmaberufe Verband Postfach 509
CH-4005 Basel info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch
■ Präsident Kurt Bächtold Bodenackerstrasse 15F CH-4334 Sisseln praesident@cp-technologe.ch
ZENTRALVORSTAND
Berufsbilder der Zukunft
Die Tätigkeiten von Berufsleuten in Chemie, Pharma und Life Sciences befinden sich aktuell stark im Wandel. Deshalb ist scienceindustries dabei, gemeinsam mit dem auf Bildungsthemen spezialisierten Dienstleister Ectaveo und dem Ausbildungsverbund aprentas ein neues Bildungs- und Karrieresystem mit zukunfts- und arbeitsmarktorientierten Berufen für die Branche zu entwickeln. Durch die internationale Wettbewerbsfähigkeit, die demografische Entwicklung, den technologischen Wandel und die Lieferengpässe im Ausland steigt mittel- bis langfristig die Nachfrage nach gut qualifizier-
ten Fachleuten in diesen Berufen. Es stellt sich die Frage, ob das aktuelle Berufsbildungssystem die Arbeitsmarktbedürfnisse der Zukunft erfüllt.
■ Höhere Fachprüfung Chemietechnologe
Daniel Müller weiterbildung@cp-technologe.ch
■ Termine Alle Termine online anschauen: www.cp-technologe.ch
Im Projekt «scienceindustries Berufsbildung 2030» werden die aktuellen und zukünftigen Arbeitsmarktanforderungen der relevanten betriebli -
chen Funktionen erfasst und ein zukunftsgerichtetes und flexibles Berufsbildungssystem entwickelt. Das Projekt startete im Frühjahr 2022. scienceindustries ist eine der Trägerorganisationen von drei formalen eidg. Abschlüssen der beruflichen Grundbildung und von vier der höheren Berufsbildung (siehe Abbildung 1) und somit mitverantwortlich für die Berufsentwicklung gegenüber dem SBFI.
Das Projekt in drei Phasen Das Projekt «scienceindustries Berufsbildung 2030» ist in drei Phasen unterteilt. Nach Projektabschluss folgt in ei -
47 4–5/2023 VERBANDSSEITE 00
Abbildung
1: aktuelles Berufsbildungssystem scienceindustries.
Zukunftsanalyse Personalbedarf Zukunftsanalyse TrendsZukunftskompetenzen Be ru fsbildungssystem– Strategische Leitlinien PhaseI PhaseII Be ru fsbildungssystem- Detailkonzept III Phase Be ru fsfe ldanalyse Tätigkeits -und Kompetenzprofile Pr oj ek t «s ci en ce in du st ri es Be ru fs bild ung 20 30 »
Abbildung 2: Phasenplanung.
IST-Analyse
Bildungssystemaktuelle Abschlüsse
nem nächsten Schritt die Umsetzung z. B. mit Reformvorhaben zu einzelnen Berufen. In einer breit abgestützten Zukunftsumfrage mit 192 Expertinnen und Experten der Branche (Kadermitarbeitende mit langjähriger Berufserfahrung, die sich mit strategischen Fragen beschäftigen) in der ge -
samten Schweiz wurde in einer ersten Phase die zukünftige Entwicklung der Branche erhoben. Die Rücklaufquote betrug 71%, und es trafen Rückmeldungen aus 18 Kantonen ein. Als besonders relevant haben die Befragten folgende Zukunftsthesen und -tätigkeiten eingestuft (siehe Tabelle 1).
In einem zweiten Teil der Zukunftsumfrage wurden Rückmeldungen zum aktuellen Berufsbildungssystem der Branche eingeholt. Demnach liefert das heutige Berufsbildungssystem die Fachkräfte der Zukunft nur bedingt genau, was den Handlungsbedarf bestätigte.
Zukunftsthesen Zukunftstätigkeiten
Fokus auf Weiterbildung und Flexibilität legen Sicher mit Daten umgehen
Verhaltensbasierte Sicherheit ist und bleibt wichtig Mit neuen Arbeitsprozessen / Prozesstechnologien umgehen
Sichere Produktion durch krisenresistente Beschaffung, weniger Single Sourcing
Nachwachsende Rohstoffe und erneuerbare Energie werden unumgänglich
Innovation durch Diversität und Zusammenarbeit fördern
Persönliche Kompetenzentwicklung sicherstellen
Innovation in Arbeitsprozessen generieren
Unternehmerisch denken und handeln
Eigenverantwortlich arbeiten
Eckwerte Berufsbildungssystem
1. Wir benötigen eine starke berufliche Grundbildung.
2. Wir benötigen eine starke höhere Berufsbildung und gestalten sie arbeitsmarktgerecht in ihrem Inhalt, ihrer Struktur und im System aus, um ihren betrieblichen Nutzen zu steigern.
3. Wir benötigen eine durchgängige Laufbahn in der Berufsbildung sowie eine hohe Durchlässigkeit zum non-formalen Bereich und zum Hochschulbereich.
4. Wir schaffen Möglichkeiten für Quereinsteigende, einen Abschluss für die Branche zu erlangen.
5 Wir etablieren ein non-formales System mit Schnittstellen zum formalen System. scienceindustries hat darin eine koordinative Aufgabe und übernimmt die Qualitätssicherung des Systems.
Tabelle 2
In der Phase II des Projektes wurde im Rahmen eines Strategieworkshops ein erster Entwurf für ein zukünftiges Berufsbildungssystem im Bereich Chemie, Pharma, Life Sciences entwickelt und diskutiert. Daraus ergaben sich Eckwerte, die für ein neues Berufsbildungssystem der Branche gelten sollen. Bei jedem Eckwert steht jeweils der Nutzen für die Betriebe im Zentrum (siehe Tabelle 2).
Nächste Schritte
Nutzen für die Betriebe
• Kompetente Nachwuchsfachkräfte mit starkem Praxisbezug
• Betriebsnahe Ausbildung
• Übernahme von sozialer Verantwortung
• Stärkung der Standortsicherheit
• Praxisorientierte Weiterentwicklung der Mitarbeitenden
• Kompetente Fachkräfte in der Branche halten
• Steigerung der Attraktivität der beruflichen Grundbildung
• Höhere Attraktivität des Berufsfeldes
• Kein Abschluss ohne Anschluss
• lebenslanges Lernen
• vielfältige Karrierewege
• Zusätzliche Fachkräfte für die Branche gewinnen
• Höhere Flexibilität, Schnelligkeit
• Spezifische Förderung von Mitarbeitenden
In Phase III (Fokus 2023) werden auf Basis der Erkenntnisse aus Phase I und der strategischen Ausrichtung aus Phase II die konkreten Tätigkeitsprofile für die zukünftigen Abschlüsse in enger Zusammenarbeit mit Praxisexpertinnen und Praxisexperten erarbeitet und genehmigt. Diese Ergebnisse fliessen in die Ausgestaltung des Detailkonzepts für das Bildungssystem der Bereiche Chemie, Pharma und Life Sciences ein. Anschliessend können aufbauend auf diesen Ergebnissen im Rahmen von abgestimmten Initiativen und Massnahmen die Bildungserlasse für die einzelnen Abschlüsse reformiert werden und die nötigen nonformalen Bildungsangebote und Zertifikatsabschlüsse entwickelt werden. Erste Berufsbilder, bei denen das Vorgehen umgesetzt wird, sind Chemie und Pharmatechnologe/-in (EFZ) und Chemie- und Pharmapraktiker/-in (EBA). Aktuell sind beide Berufsbilder in der 5-Jahres-Überprüfung.
scienceindustries/aprentas: nicole.koch@aprentas.com
Ectaveo: petra.haemmerle@ectaveo.ch
48 4–5/2023 VERBANDSSEITE 00
Tabelle 1
SCV SEKTION NORDWESTSCHWEIZ
Jubilare 2020 / 2021 / 2022
An der 25. Generalversammlung konnten wieder zahlreiche Mitglieder für langjährige Sektionszugehörigkeit geehrt werden. Zusätzlich wurden wegen Covid-19 Restriktionen drei Jubilare 2020/2021 nun nachträglich geehrt.
Anwesende Jubilare 50 und 55 Jahre Verbandszugehörigkeit
Die Mitglieder vom Vorstand
Nagel Martin (1. v. l.) und Bertolami Felice (1. v. r.) bedankten sich bei den Jubilaren für ihre Treue mit einer Flasche Wein (Bild 1).
Anwesende Jubilare 45 Jahre Verbandszugehörigkeit
Die Mitglieder vom Vorstand
Nagel Martin (1. v. l.) und Bertolami Felice (1. v. r.) bedankten sich bei den Jubilaren für ihre Treue mit einer Flasche Wein (Bild 2).
Anwesende Jubilare 40 & 35 & 30 Jahre Verbandszugehörigkeit
Scotzniovsky Eric konnte lediglich am Apero teilnehmen. Vorstandsmitglied Tallowitz Peter 2. v. l. bedankte sich bei Eric für seine Treue mit einer Flasche Wein (Bild 3).
Die Mitglieder vom Vorstand
Nagel Martin (1. v. l.) und Bertolami Felice (1. v. r.) bedankten sich bei den Jubilaren für ihre Treue mit einer Flasche Wein (Bild 4).
Jubilare welche sich für die Teilnahme an der Generalversammlung entschuldigt haben:
50-jährige Verbandszugehörigkeit: Fankhauser René
40-jährige Verbandszugehörigkeit: Heggli André, Meier René
Auch diesen Jubilaren ein herzliches Dankeschön für ihre
Treue zum Verband und SCV Sektion Nordwestschweiz.
Ein Bericht über die 25. Jubiläums-GV folgt in der nächsten Ausgabe ChemieXtra im Mai 2023.
Für den SCV Sektion Nordwestschweiz, Der Vorstand i. V. Martin Nagel SCV-Sektion-NWS@bluewin.ch
49 4–5/2023 VERBANDSSEITE 00
Bild 1: Trescher Peter (50 J., 2. v. l.) und Scotzniovsky Fritz (55 J., 3. v. l.).
Bild 3: Scotzniovsky Eric (40 J., 1. v. l.). Bild 4: Lo Conte Armando (40 J., 4. v. l.) und Villani Martino (35 J., 3. v. l.) und Schaffner Andreas (30 J., 2. v. l.).
Bild 2: Meyer Werner (45 J., 2. v. l.) und Kohler Urs (45 J., 3. v. l.) und Steiner Peter (45 J., 4. v. l.).
Heiz- und Magnetrührer mit Kontaktthermometer
Ein neuer Heiz- und Magnetrührer mit Kontaktthermometer sorgt selbst bei Viskositätsänderungen für eine gleichmässige Rührgeschwindigkeit. Der Rührfisch eines Magnetrührers wird über eine magnetische Kopplung angetrieben. Bei einem solchen indirekten Antrieb stellen hohe Viskositäten und Viskositätsänderungen während des Rührvorgangs eine Herausforderung dar. Der neue Magnetrührer zeichnet sich durch eine konstante Rührgeschwindigkeit auch bei Viskositätsänderung des Mediums aus.
Er besitzt ein integriertes Kontaktthermometer mit voller Funktionalität zur direkten Steuerung der Mediumstemperatur bis +250 ° C über Pt100-Fühler. Die Heizplatte besteht aus Aluminium mit einer Schutzbeschichtung aus Keramik und weist eine Stellfläche mit 135 mm Durchmesser auf. Der Drehzahlbereich erstreckt sich von 50 bis 1500 min -1. Drehzahl- und Temperaturanzeige sind digital. Der Heiz- und Magnetrührer besitzt einen einstellbaren Sicherheitskreis für Heizplattentemperaturen von +50 ° C bis +370 ° C. Temperaturen von über 50 ° C
NMR-Tischgeräte für alle modernen Experimente
Neben den klassischen grossen NMR-Geräten sind jetzt auch Tischgeräte verfügbar, zum Beispiel für Messungen im Abzug direkt neben einem Reaktor.
Diese Analysesysteme arbeiten kryogenfrei (keine Heliumkühlung) und sind in 90-MHz-, 80-MHz- und 60-MHz-Ausführungen verfügbar. Die Geräte sind einfach zu bedie -
nen und ermöglichen alle modernen NMR-Experimente, unter anderem Cosy, Dept, HSQC-ME und HMBC. Jedes System kann so konfiguriert werden, dass es eine Vielzahl verschiedener NMR-Kerne messen kann, zum Beispiel 1H, 19F, 13C und 31P. Neben den gängigen 5-mm-NMR-Probenröhrchen können auch Flusszellen, unter anderem für Durchflussmessungen, eingesetzt werden. Die Benchtop-Geräte lassen sich bei Bedarf von einer Laborbank zu einer anderen tragen. Sie eignen sich etwa in der Forschung für die Quantifizierung und Identifizierung von Probenzusammensetzungen, für die Bestimmung von Reaktions-
Externes Pre-Engineering – richtig investiert
Die Ausarbeitung einer neuen Prozesslösung stellt ein komplexes Unterfahren dar, so dass das Pre-Engineering bei einem externen Dienstleister die Investitionsentscheide wesentlich optimieren kann. Oft geht es um Automatisierung, einen geringeren Energieverbrauch oder die Reduzierung von Abfallmengen. Immer stellt, neben der Grundkonzeption, auch die Auswahl der geeigneten Maschinen und Anlagen einen kritischen Punkt dar. Dies kann sowohl für neue Systeme als auch für die Modernisierung und Erweiterung bestehender Anlagen gelten. Oft bringt das
Engineering in bestehenden Anlagen zusätzliche Herausforderungen mit sich, da der Platz und der Zeitrahmen, in dem Arbeiten vor Ort möglich sind, begrenzt sind und Ausfallzeiten minimiert werden sollen. 3D-Scans in Verbindung mit CAD sind ein perfektes Werkzeug,
um Anpassungen an bestehenden Anlagen und Installationen zu planen.
Versuche im industriellen Massstab reduzieren die Planungszeit und erhöhen die Prozesssicherheit. Da hilft es, in Versuchszentren eines externen Dienstleisters das eigene Schüttgut über mehr als 200 Meter pneumatisch fördern oder Mischversuche im Voraus durchführen zu lassen. Die Daten und Erkenntnisse aus den Versuchen und die Erfahrungen des Systemlieferanten bilden die Grundlage für die Analyse verschiedener möglicher Wege zu korrekten Lösungen.
werden durch eine Sicherheitswarnlampe angezeigt. Die Heizleistung beträgt 630 W. Die Einstellgenauigkeit der Temperatur ohne Messfühler beträgt ±5 ° C und mit Messfühler ±1 ° C. Die Regelgenauigkeit ohne Fühler liegt bei ±10 K und mit Fühler bei ±2 K. Roth AG
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endpunkten oder für die Aufklärung unbekannter molekularer Strukturen.
In speziellen Ausführungen liefern Benchtop-NMRs eine verbesserte Linienform, wobei Lösungsmitteleffekte unterdrückt werden. Damit eignen sich solche Systeme besonders zur Quantifizierung submillimolarer Konzentrationen von Substanzen, die in protonierten Lösungsmitteln oder Wasser gelöst sind.
Magritek GmbH
D-52068 Aachen sales@magritek.com www.magritek.com
Neben den Investitionsausgaben müssen auch die Betriebskosten und Wartungsaspekte als Teil der Gesamtbetriebskosten berücksichtigt werden. In bestehenden Anlagen und Gebäuden ist die Installation ebenfalls ein kritischer Kosten- und Zeitfaktor. Nur mit der Kenntnis der ausgewählten Ausrüstung und des Prozesses sowie des verfügbaren Platzes kann dies richtig berechnet werden.
Gericke AG
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50 PRODUKTE 4–5/2023
Chemiker und Logistiker zwanzig Jahre Partner
Mit der Borer Chemie AG mit Sitz in Zuchwil und dem Logistikdienstleister Dachser mit seinem schweizerischen Stützpunkt in Regensdorf arbeiten zwei Familienunternehmen seit zwanzig Jahren als strategische Partner zusammen.
Die 1965 gegründete Borer Chemie AG ist ein weltweit tätiger Hersteller von Produkten für die anspruchsvolle Reinigung im Industriebereich, in der Spitalhygiene, im Labor- und Pharmasektor sowie in der Händeund Flächendesinfektion. Dachser ist seit vielen Jahren Partner der chemischen Industrie. Er bietet einen Service für den Transport von verpackten chemischen Produkten, inklusive Gefahrgut, an und kombi -
niert dabei standardisierte Logistiklösungen mit individuellem Chemielogistik-Know-how.
Zu den standardisierten Logistiklösungen zählt zum Beispiel die Wechselbrücke. Dabei handelt es sich um das Standard-Transportgefäss schlechthin in der Stückgutlogistik, mit festen Abmessungen und ausklappbaren Stützfüssen. Jede Wechselbrücke wird täglich mit den Sendungen aus dem Warenausgang direkt beladen und bei der Abholung durch eine leere Wechselbrücke getauscht. Somit ist keine Zwischenlagerung im Versandbereich der Borer Chemie notwendig. Die Prozesse des Unternehmens verschlanken und vereinfachen sich,
und dank der elektronisch übermittelten Sendungsdaten behält es den Überblick über den Versandstatus seiner Produkte. Die individuellen Leistungen betreffen in vielen Fällen Krankenhäuser. Bei einigen Kliniken müssen die Gebinde, d. h. die handhabbaren Transporteinheiten, bedarfsge -
3D-Partikelanalyse erfasst wahre Morphologie
Mit einer dreidimensionalen Aufnahmetechnik lassen sich alle relevanten Grössen- und Formparameter von Partikeln erfassen und damit eine umfassende Charakterisierung ihrer Geometrie vornehmen.
Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung der dynamischen Bildanalyse. Das dabei eingesetzte Zwei-Kamera-System ermöglicht Messbereiche von 20 µm bis 30 mm. Unter Verwendung einer sogenannten «Particle-Tracking»-Funktion werden mehrere Einzelbilder desselben Partikels in verschiedenen Orientierungen auf-
genommen, während es sich durch die Messzone bewegt. Der Einsatzbereich dieses Verfahrens erstreckt sich insbesondere auf die Analyse von trockenen, rie -
selfähigen Schüttgütern in der Qualitätskontrolle sowie auf Anwendungen in der Forschung. Es stellt besonders für die Längenmessung gestreckter Partikel (z. B.
Säulen zur Analyse monoklonaler Antikörper
Säulen zur Trennung und Analyse von monoklonalen Antikörpern (mAbs) nach dem Prinzip der Grössenausschluss-Chromatographie kommen mit drei Spezialisierungen ins Labor. Eine davon ist für die hochauflösende Analyse von mAbFragmenten, Monomeren und Dimeren konzipiert (z. B. «TSKgel Su-
perSW mAb HR»), eine andere für die Hochdurchsatzanalyse von mAbMonomeren und -Dimeren. Säulen dieser zweiten Kategorie weisen einen reduzierten Innendurchmesser und eine reduzierte Länge für schnelle Laufzeiten auf (UHPLCkompatibel, z. B. «TSKgel SuperSW mAb HTP»). Die dritte Kategorie von Säulen ist für die hochauflösende Analyse von mAb-Aggregaten höherer Ordnung massgeschneidert (z. B. «TSKgel UltraSW Aggregate»).
Antikörper werden mit verschiedensten HPLC-Methoden analysiert, wobei sich der Grössenausschluss am besten für die Bestimmung von Aggregaten, Dimeren
und Fragmenten eignet und somit die beste Methode für Heterogenitätsstudien ist. Die «SuperSW mAb»- und «UltraSW Aggregate»Säulen optimieren die HPLC-Analyse hinsichtlich der Auftrennung und/oder der Analysedauer und vereinfachen den Transfer von HPLC zu UHPLC Methoden.
Die «TSKgel SuperSW mAb»-Säulen weisen eine flache Kalibrierkurve im Molekulargewichtsbereich eines typischen monoklonalen Antikörpers auf. Diese flache Kalibrierkurve führt zu hochauflösenden Trennungen. Die «TSKgel UltraSW Aggregate» zeigt auch im Molekulargewichtsbereich bis 2000 kDa eine
recht direkt in die jeweilige Abteilung geliefert werden. Dies entlastet das Krankenhauspersonal und stellt einen Mehrwert dar.
Die strategische Partnerschaft von Borer und Dachser wollen beide Unternehmen fortsetzen und sie mit Blick auf neue Kundenbedürfnisse sowie politische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen gemeinsam weiterentwickeln.
Dachser Spedition AG CH-8105 Regensdorf
dachser.regensdorf@dachser.com www.dachser.ch
von Extrudaten) einen entscheidenden Vorteil gegenüber der traditionellen zweidimensionalen Partikelanalyse dar, denn dabei werden die Partikel in beliebiger Orientierung erfasst und zeigen darum nicht ihre «wahre» Länge. Auch für das Auffinden defekter oder gebrochener Partikel bietet die dynamische Bildanalyse mit «Particle-Tracking»-Funktion eine bessere Genauigkeit.
Microtrac Retsch GmbH
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flache Kalibrierkurve, was mit einer verbesserten Auflösung von Aggregaten und Multimeren von mAbs einhergeht.
Um die hohe Effizienz, die auf «TSKgel SuperSW mAb»- und «UltraSW»-Säulen erzielt werden kann, vollständig zu nutzen, ist es empfohlen, ein UHPLC-System oder ein HPLC-System zu verwenden, das im Hinblick auf das Extra-SäulenVolumen optimiert ist.
51 PRODUKTE 4–5/2023
Sebio GmbH CH-4450 Sissach info@sebio.ch www.sebio.ch
Mikrowellenbeschleunigte Proteinhydrolyse
Mit Mikrowellen-Laborsystemen reduziert sich die Zeit für die Proteinhydrolyse vor der Aminosäureanalyse (AAA) von Stunden auf Minuten.
Die Proteinhydrolyse ist dreierlei: eine altbewährte Aufschlussprozedur aus den fünfziger Jahren zur Anwendung vor der AAA von Proteinen und Peptiden, ein wichtiger Schritt bei der Quantifizierung der einzelnen Aminosäuren der jeweiligen Probe und eine Voraussetzung zur Identifikation der Aminosäuresequenz des Proteins/Peptids.
Die Hydrolyse erfolgt typischerweise bei einer Temperatur von 110 ° C unter Verwendung von 6N Salzsäure und dient zur Spaltung aller Peptidverbindungen in einer Protein-
bzw. Peptidkette. Dieser Arbeitsschritt ist sehr zeitaufwendig und dauert klassischerweise 20 bis 24 Stunden. Es werden zudem inerte Reaktionsbedingungen (Vakuum, Schutzgas) geschaffen, damit der Luft-Sauerstoff nicht mit den Amino -
Kalibrierfreier Massenflussregler
Massenflussregler auf der Basis des sogenannten thermischen Prinzips benötigen keine Kalibrierung und machen sich auch ohne Ventil nützlich – als kostengünstiger Gasdurchflusssensor.
Massenflussregler sind in vielen Laborsystemen verbaut, so etwa in Gaschromatographen und Bioreaktoren. Wenn ein aktueller Trend in Richtung tragbarer Analysegeräte zeigt, so wird dies in so manchem Falle nicht zuletzt durch besonders leichte Massenflussregler ermöglicht. In Bioreaktoren wiederum
sorgen sie dafür, dass Zellen oder Mikroorganismen mit intelligent dosierten Gasmengen (z. B. Sauerstoff) versorgt werden – angepasst an das Wachstumsstadium.
In der gesamten Prozessindustrie sind Massenflussregler elementar.
Im Wesentlichen bestehen sie aus einem Dosierventil und einem Sensor. Aufgrund seiner Messung, gegebenenfalls in Kombination mit anderen Messgrössen, wird das Dosierventil geregelt. Was dabei niemand möchte, ist ständiges Nachkalibrieren. Eine Lösung sind
säuren reagieren kann. Dieser Hydrolyseschritt kann zum Erzielen von niedrigen Nachweisgrenzen speziell bei kleinen Probenmengen (500 Pikomol/100 µg) in der Gasphase erfolgen. Grössere Probenmengen werden häufig auch im direkten Kontakt mit der Salzsäure für die AAA vorbeitet (Flüssigphasenhydrolyse).
Mit Mikrowellenunterstützung können sowohl Flüssigphasen- als auch Gasphasenhydrolysen schnell und schonend durchgeführt werden. Das typische Anwendungsspektrum erstreckt sich auf Proteine aus lebenden Organismen (z. B. Biochemie, Biotechnologie) oder aus Lebensund Futtermitteln (z. B. Molkereien, Fleisch- und Wurstwaren, Brauereien
und Getränkeindustrie) oder, für diagnostische Zwecke, auf Proteine, die aus Blut und Urin isoliert wurden. Die mikrowellenunterstützte Proteinhydrolyse erlaubt eine schnelle und reproduzierbare Aufspaltung von Peptid- oder Proteinketten. Die Hydrolysezeit kann im Vergleich zum herkömmlichen Vorgehen von mehreren Stunden auf Minuten reduziert werden. Zudem ist der apparative Aufwand bei der Mikrowellenhydrolyse geringer als bei der klassischen Technik.
CEM GmbH
D-47475 Kamp-Lintfort info@cem.de www.cem.de
Sensoren, die nach dem thermischen Massenflussmessprinzip
Komfortable und zeitsparende Mals-Detektoren
Neue Detektoren auf der Basis der Mehrwinkel-Lichtstreuung (Mals) machen die Untersuchung von Polymeren und Proteinen in Lösung, von Aggregation, Oligomerisierung und Komplexbildung einfacher und sparen Zeit.
Im Laboralltag funktioniert das beispielsweise folgendermassen: Die Probe wird in eine 7-Winkel-Durchflusszelle injiziert und dort von einem Diodenlaser beleuchtet. Ein CCD-Detektor sammelt automatisch das Streulicht. Anschliessend extrapoliert die Software die Daten auf den Nullwinkel, um eine präzise absolute Molekulargewichtsbestimmung zu ermöglichen.
Ein Feintuning in der Konstruktion lässt dem Laboranten die Arbeit leichter von der Hand gehen. So
vermeiden moderne Mals-Detektoren mit einem vertikalen Durchflussweg von vorneherein die ge -
funktionieren. Sie weisen keine Drift auf und brauchen daher gar nicht nachkalibriert zu werden. Wird nur die Sensorfunktion benötigt, so lassen sich «Massenflussregler ohne Ventil» verwenden. Auf diese Weise erhält man zum Beispiel einen besonders kostengünstigen Gasdurchflusssensor.
Sensirion AG CH-8712 Stäfa info@sensirion.com www.sensirion.com
fürchtete Blasenbildung, die bei horizontalen Lichtstreusystemen häufig auftritt. Konische Formen und der konsequente Verzicht auf scharfe Ecken schaffen die Voraussetzung für ein leichtes Ausspülen analysierter Proben. Und bei der Bestimmung der absoluten Molekulargewichte von Proteinen und Polymeren kann jetzt sogar auf die Kalibrierung von Grössenausschlusschromatographie-Säulen verzichtet werden.
Testa Analytical Solutions e.K. D-12203 Berlin info@testa-analytical.com www.testa-analytical.com
52 PRODUKTE 4–5/2023
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BRUTSCHRÄNKE/ CO2-BRUTSCHRÄNKE
BRUTSCHRÄNKE / CO ² -BRUTSCHRÄNKE
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DISPENSER / PIPETTEN
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