Printausgabe als PDF - GIT
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D 30 121 E 56. Jahrgang Februar 2012 2 Schwerpunkt Massenspektrometrie Elektrochemie Lebensmittelanalytik und -Technologie Einrichtung und Technik Zellbiologie Titikshas Qualitätsanspruch für Ihr Labor: Mein Professor am College hatte Recht: Wenn ich einmal Sartorius Qualität erlebt hätte, würde ich nie mehr etwas anderes wollen. Titiksha Patel Vertrieb, Sartorius USA Sartorius Qualität ist sprichwörtlich. Mehr noch: Produkte wie die Cubis® setzen Maßstäbe. Technik und Ausstattungsmerkmale dieser Laborwaage sind einzigartig und dokumentieren die konsequente Anwenderorientierung aller Sartorius Produkte. Mehr über Titiksha und das Sartorius Lab Innovators Team unter www.sartorius.de/lab-innovator Weighing | Lab Water | Filtration | Ultrafiltration | Moisture Determination | Cell Culture | Microbiology Editorial Sparen kann teuer werden Zum Beispiel kann das permanente Streben nach billigerem Einkauf viel Geld kosten. Ein großer Hersteller von Elektrogeräten ließ sich z. B. extern in Sachen Umweltschutz beraten. Der Berater kam zu dem Schluss, dass das Unternehmen sehr viel Geld sparen kann, wenn man beim Einkauf einer Reihe von Kunststoffkleinteilen mehr ausgibt und sie in der Nähe des Werkes von ganz bestimmten Herstellern einkauft. Diese konnten eine konstante Qualität und mehr der benötigten Teile aus den gleichen Kunststoffen herstellen und so die Gesamtzahl der verwendeten Kunststoffe deutlich reduzieren. Der Preis für diese Teile lag dann jedoch sehr deutlich über dem zuvor bezahlten. Auf die Frage ob er das Unternehmen ruinieren wolle, erwiderte der Berater, dass die möglichen Einsparungen durch nicht mehr notwendige Sicherheitseinrichtungen für Umwelt und Personal ein Vielfaches über den Ausgaben für die höheren Preise liegt. Die Umsetzung der Vorschläge führte sowohl zu einer Preisreduzierung des Produktes, als auch zu einer Steigerung der Marge. Angesichts von möglichen wirtschaftlichen Eintrübungen wird auch gerne an Werbung gespart. Schon Henry Ford wusste um die Bedeutung von Werbung wie die folgenden Zitate gut belegen: „Ich weiß, dass die Hälfte meiner Werbung rausgeschmissenes Geld ist, ich weiß nur nicht welche Hälfte. „Wer aufhört zu werben, um Geld zu sparen, kann ebenso seine Uhr anhalten, um Zeit zu sparen“. Werbung dient ja „nur“ dem Image. Die drei Unternehmen mit dem besten Image in einer Branche verdienen aber den allergrößten Teil des Kuchens. Dass Ford für Werbung viel Geld ausgab, machte ihn zu einem unermesslich reichen Mann. Heute ist Ford immer noch die Nummer 5 im Geschäft, die Wirkung eines guten Images hält wohl auch recht lange an. Es gibt Firmen die, um zu sparen, keine Skonti auf kürzere Zahlungsziele mehr gewähren. Im Glauben etwas sparen zu können, verärgert man seine Kunden und wirft Kosten für Kredite auf. Schließlich sind Skonti nichts weiter als die Weitergabe eines Teils der durch pünktliche Zahlung gesparten Kosten. Ein Kunde der über Jahre hinweg pünktlich zahlt und dafür ein paar Prozent Skonto spart, wird ein Wegfallen seines Skontos aber als Preiserhöhung wahrnehmen und sich nach einem neuen Lieferanten oder Dienstleister umsehen. Ausgabensperren sind ein weiteres beliebtes Mittel, um Kosten zu sparen. Werden aber sinnvolle Investitionen oder Einstellungen verzögert, schafft man die Arbeit nicht mehr pünktlich oder die Qualität leidet. In beiden Fällen wird man Kunden verlieren. Gerne machen Unternehmen Henry Ford, 1863–1947 das auch im Vorfeld von Akquisen. So verkleinert man sein Kerngeschäft, weil man sein Geschäft erweitern will. Viele Menschen sparen noch immer auf Sparkonten, dabei liegen die Zinsen dort unter der Inflationsrate. Das Geld auf dem Konto wird also nach und nach weniger Wert. Sparkonten sind also eine sichere Art, sein Geld loszuwerden. Die Bank jedenfalls investiert das Geld der Sparer und streicht die Gewinne ein. Wenn man Geld sparen möchte, sollte man sich ganz genau überlegen, was die Folgen der geplanten Handlungen sind, nicht anders als bei anderen Entscheidungen auch. Hierfür muss man sehr genau recherchieren und rechnen. Wer glaubt, dass man, wenn man weniger Geld ausgibt, automatisch spart, der schmeißt – ohne es zu wissen –, Geld zum Fenster raus. Dr. Arne Kusserow Chefredakteur GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 71 Inhalt EDITORIAL DREAMS Sparen kann teuer werden Dr. A. Kusserow EINRICHTUNG UND TECHNIK Ungeduldige Forscher träumen mit 71 Bestimmung langlebiger Radionuklide mit Drinnen oder Draußen Beschleunigermassenspektrometrie Die Lagerung von Druckgasflaschen Dr. S. MERCHEL 88 M. KRAWETZKE 108 MAGAZIN Life Sciences im Verein Deutscher Ingenieure (VDI) DR. M. FOLLMANN 74 ELEKTROCHEMIE ZELLBIOLOGIE Kopplung von Elektrochemie und Testung neuartiger Glaskeramiken Massenspektrometrie Einsatz im Knochen Tissue Engineering Die Simulation natürlicher Redox-Vorgänge Dr. D. VETTER Jahrestagung der Gesellschaft für Virologie (GfV) VAAM 2012 HPLC-Tage 2011 91 S. KRESS 110 75 75 76 Hochdurchsatz Elektrochemie mit Künstliche Blutgefäße online Spurenanalytik Erfolgreiche Versorgung von in vitro-Geweben Eine neue Methodik mit breitem A G. E. M. TOVAR 113 nwendungspotential Dr. K. J. J. MAYRHOFER 94 BIOANALYTIK News 77 Elektrochemische Sensorik für Früh erkannt, Gefahr gebannt Mikroreaktoren Verfahren zum Nachweis von Sepsis Miniaturisierte Sensoren zur in-situ Messung S. PÄSSLER TITELSTORY Diodenarray Spektrometer Potentiometrische Untersuchungen Laborspektroskopie neu erleben Neuartige Wasserstoffelektroden D. BIEG, J & M ANALYTIK 80 DR. J. SCHWARZ 96 99 DR. D. KUHLMEIER 116 GENOMICS Multiparameterdiagnostik in der Praxis SCHWERPUNKT MASSENSPEKTROMETRIE LEBENSMITTELANALYTIK UND -TECHNOLOGIE Das „Spice-Phänomen“ Du bist, was du isst Strukturaufklärung synthetischer Cannabinoide Lamarcks späte Rehabilitation DR. T. BEUERLE PROF. DR. CH. BEERMANN 82 Von Pharmakokinetik bis zur Sensorik Inline-Prozesskontrolle On-line Massenspektrometrie für lebenswissen- pH-Elektrode für den Einsatz bei der schaftliche Anwendungen Bierherstellung DR. J. BEAUCHAMP 72 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 85 U. ENSELEIT Die Multiplex-PCR in der Medizin DR. S. MERSMANN 120 Labormarkt 124 102 105 Index/Impressum 3. US Break free from routine sample prep. Go from boring to bold. The Samplicity™ Filtration System takes sample prep in a flexible, new direction. This vacuum-powered system filters one sample or eight, of virtually any viscosity or composition, into HPLC vials in seconds—with minimal manual effort. With the Samplicity filtration system and Millex Samplicity™ filters, Merck Millipore has transformed multi-sample filtration forever. Samplicity makes it simple. Discover how att www.millipore.com/GoBold Merck Millipore, the M mark, Samplicity and Millex Samplicity are trademarks of Merck KGaA, Darmstadt, Germany. © 2012 EMD Millipore Corporation, Billerica MA USA. All rights reserved. Events Magazin Life Sciences im Verein Deutscher Ingenieure (VDI) Abb. 1: Molekularbiologische Analyse von Bodenproben. © Prof. Dr. Christoph Tebbe, vTI Braunschweig Neue VDI-Richtlinie zum GVO-Monitoring erschienen In der Richtlinienreihe VDI 4330 ist der neue Entwurf VDI 4331 Blatt 7 erschienen: „Monitoring der Wirkungen gentechnisch veränderter Organismen (GVO) – Verfahren zur Extraktion von Nukleinsäuren aus Böden zur Analyse von mikrobiellen Gemeinschaften und Nachweis transgener DNA – Qualitätsanforderungen und Anwendungsbeispiele“. Die Richtlinie beschreibt Qualitätsanforderungen für die Untersuchung von landwirtschaftlich genutzten Böden, um die Wirkungen einer Freisetzung oder eines Anbaus von gentechnisch veränderten Mikroorganismen und damit verbundener Landnutzungsänderungen auf Struktur und Funktion mikrobieller Gemeinschaften zu erfassen. Darüber hinaus kann die durch gentechnisch veränderte Organismen in Böden eingetragene transgene DNA qualitativ oder quantitativ nachgewiesen werden. Die Grundprinzipien werden erläutert und Beispielprotokolle zur Extraktion von Nukleinsäuren aus Böden gegeben. Derartige Protokolle wurden 74 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 erstmals Ende der 1980er Jahre publiziert und werden seitdem zunehmend in Forschungslaboratorien, bis heute aber nicht in der Praxis der Bodenanalytik, eingesetzt. Die VDI 4331 Blatt 7 umfasst 26 Seiten und ist beim Beuth-Verlag in Berlin auf Deutsch / Englisch erhältlich. Die Einspruchsfrist endet am 29. Februar 2012. Weitere Informationen und Onlinebestellung unter www.vdi.de/richtlinien oder www. beuth.de. Richtlinienreihe zum Monitoring der Umweltwirkungen von GVO Die europäische Richtlinie über die absichtliche Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen in die Umwelt (2001 / 18 / EG) sowie deren Umsetzung in das deutsche Gentechnikrecht fordern eine Beobachtung der Umweltwirkungen, die durch GVO verursacht werden können. Dabei muss das Monitoring so durchgeführt werden, dass Reproduzierbarkeit und somit Datenvergleichbarkeit sichergestellt sind. Mit anerkannten Abb. 2: Die VDI 1000 dient als Grundlage für die Erarbeitung aller VDI Richtlinien und standardisierten Verfahren können derartige Umweltwirkungen von GVO frühzeitig erkannt werden. Der VDI ist im staatsentlastenden Auftrag damit befasst, für dieses Monitoring geeignete Verfahren zu entwickeln und diese in VDI-Richtlinien zu beschreiben. Durch deren Anwendung können die aus dem Vollzug des Gentechnikrechts erwachsenen Anforderungen erfüllt werden. ▶ ▶K ontakt Dr. Martin Follmann Verein Deutscher Ingenieure (VDI) Düsseldorf Tel.: 0211/6214-266 [email protected] www.vdi.de/tls Events M aga z in Jahrestagung der Gesellschaft für Virologie (GfV) Über den aktuellen Forschungsstand bei der Prävention, der Diagnose, der Pathogenese und der Kontrolle von Viruserkrankungen tauschen sich vom 14. bis zum 17. März 2012 in Essen mehr als 1.000 Wissenschaftler bei der Jahrestagung der Gesellschaft für Virologie (GfV) aus. Dabei werden von den international renommierten Refe- renten zahlreiche innovative und spannende Forschungsergebnisse vorgestellt. Die Schwerpunktthemen sind akute virale Infektionen und persistierende Infektionen, vor allem HIV, HBV, HCV. Mit mehr als 900 Mitgliedern ist die Gesellschaft für Virologie europaweit eine der größten Fachgesellschaften auf diesem Wissensgebiet. Gemeinsam mit der Deutschen Vereinigung zur Bekämpfung der Viruskrankheiten e.V. (DVV), mit der sie nicht nur im Rahmen ihrer Jahrestagung eng kooperiert, setzt sie sich für die Erweiterung und den Austausch von Wissen auf dem Gebiet der virologischen Forschung ein und bietet Trägern wissenschaftlicher Einrichtungen, forschungsfördernden Organisationen und Gremien von Politik und Gesellschaft Beratung in virologischen Fragen an. Darüber hinaus liegt der GfV auch die internatio- nale Vernetzung am Herzen: Um die schon jetzt engen Beziehungen deutscher Forschungsinstitute mit chinesischen Institutionen zu festigen und um das Knüpfen neuer Netzwerke zu fördern, findet die diesjährige Jahrestagung der GfV in Partnerschaft mit der Chinesischen Gesellschaft für Virologie und Mikrobiologie statt. Weitere Infos im QR Code für Ihr Smartphone! ▶ ▶K ontakt www.virology2012.de VAAM 2012 © IMIT Dieses Jahr findet die Jahrestagung der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) vom 18. – 21. März 2012 in Tübingen statt. Aufbauend auf den Erfolg der letzten Jahre mit mehr als 1400 internationalen Teilnehmern aus dem Bereich der Mikrobiologie wird diese Konferenz im Jahr 2012 wieder Studenten und Spezialisten aus dem akademischen Bereich, der Industrie und den staatlichen Einrichtungen zusammenbringen. Verschiedene kooperierende VAAM Gruppen haben mit einer gelungenen Kombination von Plenarvorträgen, Symposia, Workshops und Posterpräsentationen ein reichhaltiges und vielfältiges Programm zusammengestellt. Insbesondere die bakterielle Differenzierung, die Zellhülle, humane Mikrobiota, die metabolische Regulation und Signalüber- tragung, mikrobielle Pathogenität, mikrobielle Überlebensstrategien, sekundäre Metaboliten und Bodenmikrobiologie werden zur Diskussion stehen. Parallel zu der Jahrestagung findet eine Ausstellung von spezialisierten Firmen auf diesem Gebiet statt. Weitere Infos im QR Code für Ihr Smartphone! ▶ ▶K ontakt Isabelle Laerz Conventus Congressmanagement & Marketing GmbH Jena [email protected] www.vaam-kongress.de GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 75 Events M aga z in HPLC-Tage 2011 Ein Rückblick Auch im Jahr 2011 trafen sich zahlreiche HPLC-Anwender und Firmenaussteller aus Chemie- und Pharmaindustrie sowie Instituten und Universitäten zu den Novia HPLCTagen. Das Anwenderforum begann mit der Eröffnung der Veranstaltung durch Frau Dr. Merz. Eingangs präsentierte Herr Dr. Kromidas Trends in der HPLC und gab einen Überblick über derzeit angewandte polare Phasen und 2D-Techniken. Abschließend wagte er eine Vorschau auf das Analytica-Jahr 2012. Es folgte der Vortrag von Herrn Dr. Teutenberg (IUTA), der Einblicke in „Neue Entwicklungen bei der HochtemperaturHPLC“ ermöglichte. Dabei ging es um die Eignung mobiler Phasen, die Systemvoraussetzungen und Einflüsse auf die Methodenentwicklung. Nach einer Kaffeepause begannen zwei parallele Workshops. Herr Mautner (Bayer HealthCare) bearbeitete mit seiner Gruppe „Troubleshooting in der HPLC – Fehler erkennen, beheben und vermeiden, Teil 1: von der Probenvorbereitung bis zur Pumpe“. Zeitgleich diskutierte Herr Dr. Althaus (Roche) über das Thema „schnelle Trennstrategien chiraler Analyten mittels parallel Screening und SFC-Systemen“. Vom analytischen Spielzeug zum diagnostischen Routinewerkzeug, so kann man die Entwicklung der LC-MS/MS-Systeme in den letzten Jahren beschreiben. Frau Dr. Uta Ceglarek belegte den Anspruch an moderne Hochdurchsatzsysteme und stellte die verwendeten Lösungen, z. B. anhand der Steroid-Analytik des ILM, vor. Nach der Mittagspause wurden die technischen Neuentwicklungen der anwesenden Geräte- und 76 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Zubehörhersteller präsentiert. Anschließend hatten die Teilnehmer die Wahl zwischen den Workshops „Troubleshooting in der HPLC - Fehler erkennen, lokalisieren, beheben und vermeiden – Teil 2: vom Autosampler bis zur Peakintegration“ oder der „Modellierung und Simulation chromatographischer Trennsysteme – von der „Textaufgabe“ zum Chromatogramm“ von Dr. E. von Lieres. Das Diskussionsforum im Anschluss wurde genutzt, um Fragen zu stellen, Unklarheiten zu besprechen oder schon immer dagewesene HPLC-Fragen aus der Welt zu schaffen. Den Abschluss des ersten Semi nartages bildeten die „Ritterspiele“. Zwei Protagonisten, z. B. Gerätehersteller sollen eine im Vorfeld der Veranstaltung übermittelte Fragestellung lösen. Der Vergleich der Herangehensweise und der Problemlösungsstrategie, bis hin zur erhaltenen Lösung ist sehr spannend und lehrreich. Diesmal wurde die softwaregestützte Methodenentwicklung für Shikimisäure aus Weinproben von Waters und Dionex/ Thermo Fisher vorgestellt. Danach kam man bei Häppchen und Sekt ins Gespräch und konnte am Abendprogramm teilnehmen. Die Teilnehmer und das Novia-Team erlebten eine interessante und facettenreiche Führung hinter den Kulissen der Commerzbank-Arena. Der zweite Tag begann mit einem Vortrag von Herrn PD Dr. Völkel vom Bayr. Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit zum Thema „LC/MS-MS im Bereich des Humanbiomonitoring“. Ein Fokus lag hierbei unter anderem beim Nachweis perfluorierter Substanzen in humanem Serum mit LC/ MS-MS-Systemen. Das darauf folgende Seminar von Herrn Hillebrand (Sanofi) beschäftigte sich mit der zeitgemäßen Integration von HPLCPeaks, mit Integrationsfehlern, der Dekonvolution und der Simulation von Chromatogrammen. Beim Vortrag von Herrn Dr. Richter (Aqura), lag der Focus auf der Enantiomerenanalytik im industriellen Umfeld. Hier erfuhren die Teilnehmer Näheres zur Entwicklung neuer chiraler Das Novia-Team freut sich schon jetzt auf die nächsten HPLC-Tage und Anwenderforen im Jahr 2012: ▪▪ 24.04.2012: Anwenderforum „Biochromatographie“ ▪▪ 22.05.2012: Anwenderforum „Gaschromatographie“ ▪▪ 27.09.2012: Anwenderforum „Probenvorbereitung“ ▪▪ 05. – 06.11.2012: Anwenderforum „HPLC-Tage 2012“ ▪▪ 07.11.2012: Anwenderforum „Qualitätssicherung i. d. Analytik“ stationärer Phasen auf der Basis von ß-Phenylalanin. Bei Snacks konnten sich die Teilnehmer dann dem Erfahrungsaustausch widmen und sich bei den anwesenden Ausstellern über Produkte informieren. Anschließend hielt Herr Dr. Schmitt (Infraserv-Höchst), einen Erfahrungsbericht über die Einführung eines LC/MS-Systems mit Orbitrap-Technologie. Nach der Pause hatten die Teilnehmer wieder die Wahl zwischen Workshops: „Die einfache Optimierung des HPLC-Gradienten“, präsentiert von Herrn Dr. Kromidas, und „Transfer analytischer Methoden: regulatorische Aspekte vs. individueller Handlungsspielraum“, gehalten von Herrn Dr. Renger. Den Abschluss der bildete ein Thema von allgemeinem Interesse: „Wie beeinflusst die Partikelgrößenverteilung bei Schokolade den Geschmack und die Sinneseindrücke?“ ▶ ▶K ontakt Frau Dr. Astrid Merz Novia Chromatographie und Messverfahren GmbH Frankfurt [email protected] Nachrichten M aga z in Amgen will Micromet kaufen Der Biotechnologie-Konzern Amgen aus den USA will für 1,16 Mrd. US-$ den kleineren Rivalen Micromet übernehmen. Der Konzern werde den Micromet-Aktionären 11 US-$ je Aktie in bar bieten, teilte Amgen mit. Die beiden Unternehmen arbeiten bereits in der Medikamenten-Entwicklung zusammen. Die in Rockville im US-Bundesstaat Maryland ansässige Micromet hat deutsche Wurzeln. Das Unternehmen ist vor 19 Jahren in Deutschland gegründet worden und betreibt ein Forschungszentrum in München. Die Verwaltungsräte beider Unternehmen haben der Übernahme bereits zugestimmt. Die Übernahme beeinhaltet unter anderem Blinatumomab, einen BiTE-Antikörper zur Therapie von Akuter Lymphatischer Leukämie (ALL) in der Phase 2. www.amgen.com www.micromet.de Ihr Labor-Vollversorger AppliChem von ITW übernommen Die Darmstädter Laborchemikalienfirma Applichem wurde vom US-Konzern ITW (Illinois Tool Works Inc.) mit Sitz in Glenview, IL, übernommen (Bundeskartellamt Freigabe 14.12.2011). Das 1992 gegründete Unternehmen Applichem beschäftigt derzeit 130 Angestellte und soll bei ITW in den Bereich Performance Polymers & Fluids integriert werden. ITW hat rund 825 Geschäftseinheiten mit ca. 60.000 Beschäftigten in 52 Ländern und hatte 2010 die Chemiefirmen Panreac Quimica (Barcelona, Spanien) und Nova Chimica (Mailand, Italien) übernommen. Diese beiden Firmen soll Applichem mit seinem Portfolio ergänzen. www.itw.com www.applichem.com Pflanzenbiotechnologie-Aktivitäten verlegt Die BASF hat angekündigt, dass sie ihre Aktivitäten im Bereich der Pflanzenbiotechnologie aufgrund der mangelnden Akzeptanz für die grüne Gentechnik in Europa auf die Wachstumsmärkte in Nordund Südamerika konzentriert. Im Zuge dieser Veränderungen wird der Konzern das Produktportfolio und die Standortstrategie der Gruppengesellschaft BASF Plant Science neu ausrichten und die Unternehmenszentrale von Limburgerhof nahe Ludwigshafen nach Research Triangle Park bei Raleigh, North Carolina/USA, verlegen. Die Standorte in Gatersleben, Sachsen-Anhalt, und Svalöv, Schweden, sollen geschlossen werden. Lediglich für Forschungsund Entwicklungsaktivitäten in der grünen Gentechnik bleibt in Deutschland noch ein Platz. Diese werden im Wesentlichen an den Standorten Raleigh/USA, Gent/Belgien und Berlin gebündelt. Die Entwicklung und Kommerzialisierung aller Produkte, die ausschließlich auf den europäischen Markt ausgerichtet sind, werden jedoch gestoppt. Bereits eingeleitete Zulassungsprozesse sollen weitergeführt werden. www.basf.com 4000stes Instrument ausgeliefert Um die Reproduzierbarkeit, Qualität und Geschwindigkeit seiner forensischen Untersuchungen zu steigern, setzt das Niederländische Forensische Institut (NFI) in Den Haag nun auf die Microlab Star Line von Hamilton Robotics. Der Anbieter für vollautomatischer Liquid Handling Systeme lieferte den 4000. dieser Roboter Plattform an das international renommierte, dem Justizministerium angegliederte Institut. www.hamiltonrobotics.com Erfolgreiches Geschäftsjahr 2011 Sartorius hat erfolgreiches Geschäftsjahr 2011 mit wichtigen Weichenstellungen für die Zukunft abgeschlossen. Nach vorläufigen Geschäftszahlen steigt der Konzernumsatz um 11,2 % auf 733,1 Mio. Euro, der operative Gewinn um 31,2 % auf 112,2 Mio. Euro und die Gewinnmarge auf 15,3 %. Auch für das laufende Jahr rechnet Sartorius mit einer positiven Geschäftsentwicklung: Es wird eine Steigerung von Umsatz und operativem Gewinn um etwa 10 % erwartet. www.sartorius.com 10 Jahre Kampf gegen Dioxin, EHEC, Antibiotika & Co Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) ist seit 10 Jahren im Kampf gegen Dioxin, EHEC, Antibiotika & Co in Lebensmitteln aktiv und feiert sein 10-jähriges Jubiläum unter dem Motto „Krisen vermeiden, bevor sie entstehen“: Sind mit dem Einsatz von Antibiotika in der Tierproduktion gesundheitliche Risiken verbunden? Wie sicher sind Lebensmittel in Deutschland? Welche Ereignisse stellen aus wissenschaftlicher Sicht ein gesundheitliches Risiko für Verbraucherinnen und Verbraucher dar? Mit welchen Krisen müssen wir in Zukunft rechnen? Zehn Jahre nach Gründung des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) zieht BfR-Präsident Professor Dr. Dr. Andreas Hensel eine positive Bilanz. „Lebensmittel in Deutschland sind sicher, dennoch müssen wir stets auf mögliche Zwischenfälle vorbereitet sein. Unser Ziel ist es, Krisen zu vermeiden, bevor sie entstehen.“ www.bfr.bund.de +++MOLEKULARBIOLOGIE+++ Top Angebote für Gelelektrophorese testerŶďloƫ ŶŐ EƵkleŝŶsćƵreĂƵĨreŝŶŝŐƵŶŐ ŝŵĂktƵelleŶdh͘GeLJer Life Science special Dehr/ŶĨos ƵŶter͗ www.thgeyer.de/LS-special Nachrichten Magazin Küvetten www.laseranalytik.de Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) veröffentlicht im Rahmen seines Förderprogramms „Nachwachsende Rohstoffe“ einen neuen Förderschwerpunkt zur „Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen“ für den Sie jetzt Projektvorschläge einreichen können. Die Studien zur Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen sollen indirekte Landnutzungsänderungen, Flächen- und Rohstoffpotenziale, Nutzungskonkurrenzen, Emissionen und sozioökonomische Auswirkungen erfassen. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) wird mit dem BMELV gemeinsam die förderfähigen Projekte aus den Vorschlägen auswählen. Die Förderung erfolgt mit finanziellen Mitteln des BMU. Die Abwicklung der Förderprojekte übernimmt die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Projektträger des BMELV. www.fnr.de Wie HIV der Immunantwort entgeht Der HI-Virus schützt sich in Markophagen vor den Angriffen des Immunsystems. HI-Viren überdauern in Makrophagen, den Fresszellen des Immunsystems, und werden innerhalb dieser Zellen in weitere Organe sowie durch die Blut-Hirn-Schranke auch in das menschliche Gehirn und ins zentrale Nervensystem geschleust. Den Mechanismus, den das AIDS auslösende Virus für diese Persistenz verwendet, hat das Team um Dr. Michael Schindler am Institut für Virologie des Helmholtz Zentrums München jetzt beschrieben: Innerhalb eines Membransystems in den Makrophagen ist das Virus vor den Angriffen des Immunsystems geschützt. www.helmholtz-muenchen.de Originalliteratur: Koppensteiner H. et al.: Macrophage internal HIV-1 is protected from neutralizing antibodies; J. Virol. published ahead of print 28 December 2011 , doi:10.1128/JVI.05915-11 Biologen lassen Teile des erwachsenen Gehirns nachwachsen Biologen der Universität Bielefeld haben es geschafft, in erwachsenen Gehirnen neue Zellen wachsen zu lassen. Das Forscherteam unter Leitung der Professoren Barbara und Christian Kaltschmidt hat einen Mechanismus entdeckt, der die Bildung neuer Die Professoren Dr. Christian Kaltschmidt und Dr. Barbara Kaltschmidt und ihr Team haben einen Nervenzellen reguliert. Erst seit einem Jahrzehnt Mechanismus entdeckt, der die Bildung neuer ist bekannt, dass sich im Nervenzellen steuert. Foto: Universität Bielefeld erwachsenen Gehirn überhaupt neue Zellen bilden können. Unklar war bisher, wie das Wachstum der Zellen biochemisch beeinflusst werden kann. Den Bielefelder Forschern zufolge eröffnet ihre Entdeckung neue Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten, durch die das Nervensystem zerfällt, zum Beispiel Alzheimer, Parkinson und Depressionen. http://web.biologie.uni-bielefeld.de Originalliteratur: Imielski Y. et al.: Regrowing the adult brain: NF-kB (NF-kappaB) controls functional circuit formation and tissue homeostasis in the dentate gyrus, PLoS ONE, 1.2.2012, dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0030838 78 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Spektroskopie-Zubehör Neue Verfahren zur Materialentwicklung Edelmetalle spielen eine wichtige Rolle in optischen und elektronischen Bauteilen. Sie sind unabdingbar für die heterogene Katalyse, die die Grundlage vieler chemischer und petrochemischer Verfahren bildet. Für die meisten dieser Anwendungen müssen die Metalle in bestimmter Form – etwa als Nanopartikel oder in Form dünner Schichten – vorliegen. Den Arbeitsgruppen der ChemikerInnen Prof. Dr. Katharina Al-Shamery und Prof. Dr. Mathias Wickleder ist die Synthese neuartiger chemischer Verbindungen gelungen, um diese Formen in hoher Reinheit herzustellen. Die Forschungsergebnisse der Oldenburger WissenschaftlerInnen sind in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ erschienen. www.uni-oldenburg.de Originalliteratur: Wickleder M.S. et al.: Thermolabile Edelmetallvorstufen: (NO)[Au(NO3)4], (NO)2[Pd(NO3)4] und (NO)2[Pt(NO3)6]. Angewandte Chemie (2012). doi: 10.1002/ange.201106107 Physiker entwickeln neuartige Lichtquelle Neuartige Lichtquellen, die einzelne Lichtteilchen (Photonen) abgeben können, sind eine Grundvoraussetzung für neue Technologien zur Datenverschlüsselung: entsprechend ausgestattete Bauteile würden es möglich machen, dass sich Daten bei ihrer Übertragung nicht mehr unbemerkt „fischen“ lassen, z.B. könnten dadurch Online-Bezahlsysteme noch sicherer werden. Ein innovatives Bauelement, das einzelne Photonen ausschickt, stellen Professor Jens Pflaum vom Physikalischen Institut der Uni Würzburg und seine Kooperationspartner aus Stuttgart und Ulm jetzt in der Zeitschrift Nature Communications vor. www.uni-wuerzburg.de Originalliteratur: Nothaft M. et al.: Electrically driven photon antibunching from a single molecule at room temperature; Nature Communications 3 (628), 17. Januar 2012, doi:10.1038/ncomms1637 Live-Bilder aus dem Mäusehirn Feinste Strukturen des Gehirns aufzudecken, um seine Funktionsweise zu enträtseln – diesem Ziel sind Forscher um Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie einen entscheidenden Schritt näher gekommen. Mit der von Hell entwickelten STED-Mikroskopie ist es ihnen erstmals gelungen, scharfe LiveBilder aus dem Gehirn einer lebenden Maus aufzunehmen. In einer bisher unerreichten Auflösung von unter 70 Nanometern haben sie die winzigen Strukturen sichtbar gemacht, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Diese Anwendung der STED-Mikroskopie eröffnet Neurobiologen und Medizinern neue Wege, grundlegende Vorgänge im Gehirn zu entschlüsseln. www.mpibpc.mpg.de Originalpublikation: Berning S. et al.: Nanoscopy in a Living Mouse Brain, Science 3 February 2012: Vol. 335 no. 6068 p. 551. Hector Forschungspreis Der Physiker Professor Hilbert von Löhneysen vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erhält in diesem Jahr den Hector Forschungspreis und ge- Nachrichten Magazin Küvetten www.laseranalytik.de hört nun zum Kreis der sogenannten „Hector-Fellows.“ Die Hector Stiftung II mit Sitz in Weinheim würdigt mit der Auszeichnung die bahnbrechenden Forschungsleistungen von Naturwissenschaftlern. Drei herausragende Wissenschaftler deutscher Exzellenz-Universitäten haben in diesem Jahr den mit jeweils 150.000 Euro dotierten Hector Forschungspreis erhalten, neben von Löhneysen sind dies Professor Axel Meyer (Universität Konstanz) und Professor Nikolaus Pfanner (Universität Freiburg). www.kit.edu Matthias Mann erhält Louis-Jeantet Preis Matthias Mann, Direktor am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried, erhält den Louis-Jeantet Preis für Medizin 2012 für seine maßgeblichen Entwicklungen in der Massenspektrometrie zur Analyse von Proteinen. Die Auszeichnung ist mit einem Preisgeld von 700.000 CHF (ca. 540.000 Euro) verbunden und gehört zu den bedeutendsten europäischen Forschungspreisen. Sie wird am 19. April 2012 in Genf (Schweiz) von der Louis-Jeantet Stiftung verliehen. www.biochem.mpg.de Ernst Jung-Preis Die Jung-Stiftung für Wissenschaft und Forschung in Hamburg verleiht Elisa Izaurralde, der geschäftsführenden Direktorin des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen, den Ernst Jung-Preis für Medizin 2012. Der Preis ist mit 150.000 Euro dotiert. Als preiswürdig anerkannt werden Elisa Izaurraldes Arbeiten auf dem Gebiet der RNA-Biologie. Zweiter Träger des Ernst Jung-Preises für Medizin ist in diesem Jahr Prof. Peter Walter vom Howard Hughes Medical Institute in San Francisco. Die Preise werden am 4. Mai 2012 in Hamburg überreicht. www.mpg.de Wasser ist gesund Neue BMBF-Fördermaßnahme zur Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Wasserversorgung und Abwasserentsorgung Neue Schadstoffe und Krankheitserreger im Wasserkreislauf stellen auch in Deutschland eine akute Herausforderung für die Trinkwasserversorgung und Abwasserentsorgung dar. Mit der neuen BMBF-Fördermaßnahme „Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im Wasserkreislauf – RiSKWa“ sollen Antworten darauf gefunden werden. 12 Forschungsverbundprojekte mit über 90 Akteuren aus Wissenschaft, Wirtschaft, Gesellschaft und Behörden arbeiten in den kommenden drei Jahren an einem innovativen und dynamischen System des Risikomanagements im Wasserkreislauf. www.dechema.de Spektroskopie-Zubehör Herstellung von Artemisinin Der effektivste Wirkstoff gegen Malaria, Artemisinin, lässt sich jetzt kostengünstig und in großer Menge herstellen. So wird es künftig möglich sein, die 225 Millionen an Malaria erkrankten Menschen in Entwicklungsländern zu erschwinglichen Preisen mit entsprechenden Medikamenten zu versorgen. Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der Freien Universität Berlin haben eine sehr einfache Synthese von Artemisinin entwickelt, das Pharmaunternehmen bislang nur aus Pflanzen gewinnen konnten. Als Ausgangssubstanz verwenden die Chemiker ein Abfallprodukt der derzeitigen Artemisininproduktion, das auch biotechnologisch in Hefe erzeugt werden kann, und verwandeln es in einem einfachen, aber sehr einfallsreichen Ansatz in die wirksame Substanz. Originalliteratur: Lévesque F. and Seeberger P.H.: Continuous-Flow Synthesis of the Anti-Malaria Drug Artemisinin. Angewandte Chemie international edition, 16 January 2012; DOI: 10.1002/anie.201107446 Bronze-Matrjoschka Eine Puppe in der Puppe und noch eine drumherum, so erklärt Thomas Fässler seine Moleküle: Er packt ein Atom in einem Käfig in noch ein weiteres Atomgerüst. Mit ihrer großen Oberfläche könnten solche Strukturen als hocheffiziente Katalysatoren dienen. Wie bei dem russischen Holzspielzeug sitzt ganz innen drin ein einzelnes kleines Zinnatom, eingepackt in eine Hülle aus zwölf Kupfer atomen, und diese ist nochmals um- Metallcluster, aufgebaut wie eine geben von weiteren 20 Zinnatomen. russische Matrjoschka. Foto: TUM In der Arbeitsgruppe von Professor Fässler am Institut für Anorganische Chemie der Technischen Universität München (TUM) gelangen solche aus drei Schalen aufgebauten räumlichen Strukturen als isolierte Metallcluster in Legierungen zum ersten Mal. http://portal.mytum.de Originalliteratur: S. Stegmaier, T. F. Fässler: A Bronze Matryoshka – The Discrete Intermetalloid Cluster [Sn@Cu12@Sn20]12– in the Ternary Phases A12Cu12Sn21 (A = Na, K). J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19758–19768 Punktgenau zusammengesteckt DNA ist nicht nur der Träger der genetischen Information, DNA ist auch ein interessantes Nanobaumaterial. Ähnlich wie beim Origami, der japanischen Kunst des Papierfaltens, lässt sich beispielsweise ein langer DNA-Einzelstrang mithilfe kurzer DNA-Stückchen in eine nahezu beliebige dreidimensionale Form falten. Diese Nanostruktur lässt sich zudem mit spezifischen Andockstellen für Proteine ausstatten. Ein Team um Takashi Morii von der Universität Kyoto stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun eine neue Methode vor, mit der die Proteine über spezielle „Adapter“ angeknüpft werden, so genannte Zinkfingerproteine. http://onlinelibrary.wiley.com Originalliteratur: Nakata E. et al.: Zinc-Finger Proteins for Site-Specific Protein Positioning on DNA-Origami Structures (2012). Angewandte Chemie. doi:10.1002/ ange.201108199 GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 79 Titelstory Diodenarray Spektrometer Laborspektroskopie neu erleben Durch ihre Bauform sind herkömmliche Spektrometer für das Labor oftmals nur für eine einzige Art von Messung ausgelegt. So können beispielsweise häufig nur Küvetten gemessen werden. Auch ist es notwendig die Probe immer direkt zum Messgerät zu bringen. Zunehmend ist jedoch eine höhere Flexibilität im täglichen Laborbetrieb gefragt. Das neuentwickelte Diodenarray-Spektrometer Tidas E (Abb. 1) der Firma J&M Analytik setzt genau hier an. Das Diodenarray-Spektrometer wird der Anforderung gerecht. Neben einem integrierten Küvettenhalter für Standardküvetten mit 12,5 mm Kantenlänge verfügt das Instrument zudem über eine eingebaute Lichtquelle und externe Lichtleiteranschlüsse. Je nach gewählter Spektrometervariante kommen als Lichtquelle entweder eine Halogenlampe oder eine Kombinationslichtquelle aus Deuterium und Halogen zum Einsatz. Alle verwendeten Komponenten sind hierbei gründlich erprobt und aufeinander abgestimmt. Externe Lichtleiteranschlüsse Die externen Lichtleiteranschlüsse sind die Basis für die große Flexibilität (Abb. 2). Mit Hilfe von Lichtleitern können hier unterschiedliche Messzellen wie Tauchsonden, Durchflussmesszellen oder externe Küvettenhalter angeschlossen werden. Durch diese Möglichkeit entfällt nun einer der wesentlichen Nachteile anderer Laborspektrometer, man muss die Probe nicht mehr zum Gerät zu bringen. Vielmehr ist es jetzt möglich mit Hilfe von diversen Messköpfen die Messung direkt in der Probe vorzunehmen. Die Vorteile liegen klar auf der Hand: Zum Einen entfällt die oftmals mühsame Probenentnahme und zum Anderen besteht nicht mehr die Gefahr der Probenverunreinigung bei der Probenentnahme und Aufbereitung. Durch die Verwendung von Tauchsonden kann die Kinetik von beispielsweise Mischprozessen im Mischgefäß praktisch „live“ beobachtet werden. Für die Durchführung der Messungen kann die integrierte Lichtquelle verwendet werden. Darüber hinaus kann die Probe aber auch mit speziellen Lichtquellen (LED, Laser usw.) beleuchtet werden. Neben den gängigen Messmöglichkeiten für Transmission und Absorption können so weitere 80 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 spektroskopische Methoden angewandt werden. Auch Fluoreszenzmessungen sind mit der Standardversion des Tidas E ohne große Umbaumaßnahmen möglich. Zur Fluoreszenzanregung kann die Probe im einfachsten Fall im integrierten Küvettenhalter positioniert und unter 90° mit Hilfe des externen Lichtleiteranschlusses beleuchtet werden. Durch die Lichtleiteranschlüsse können sämtliche verfügbaren fasergekoppelten Strahlquellen zur Fluoreszenzanregung verwendet werden. Neben Lasern kommen hier auch immer häufiger spezielle LED-Lichtquellen zum Einsatz. Je nach Anwendungsfall ist aber auch die Einkopplung monochromatischer Strahlung, basierend auf einer scannenden monochromatischen Lichtquelle möglich. Damit steht das gesamte Spektrum für die Fluoreszenzanregung zur Verfügung. Durch die softwareseitige Kopplung von Monochromator und Spektrometer sind getriggerte Messungen ebenfalls möglich und ermöglichen so einen Scan über den gesamten Wellenlängenbereich. Datenanalyse Die neugestaltete Tidas DAQ3 Software (Abb. 2) vervollständigt das Diodenarray-Spektrometer. Die deutschsprachige Software (andere Sprachen sind ebenfalls einstellbar) wurde im Vergleich zur Vorgängerversion bei der Bedienbarkeit und der Funktionalität umfassend verbessert. Direkt nach Titelstory Abb. 1: Tidas E Diodenarray Spektrometer dem Start fallen zum Beispiel die großen und einfach zu bedienenden Schaltflächen zur Steuerung auf. Die Software dient jedoch nicht nur zur Gerätesteuerung, hier geht die Firma J&M Analytik einen Schritt über das Übliche hinaus. Neben vielfältigen, integrierten Standardauswertungen für Farbmessung, Schichtdickenbestimmung und multivariater Datenanalyse ist es zudem möglich, die Software in ihrem Erscheinungsbild an die persönlichen Bedürfnisse anzupassen. Hierzu kann der Anzeigenbereich nach Wunsch konfiguriert werden. Eine weitere Neuerung ermöglicht die Benutzung sogenannter Skripte. Damit ist es nun ab sofort sehr einfach möglich Messabläufe zu „automatisieren“. Ab Werk sind bereits Skripte für die Überprüfung der Kalibrierung der Wellenlängen- und photometrischen Richtigkeit des Spektrometers vorprogrammiert. Ein weiterer wichtiger Unterscheidungspunkt zu herkömmlichen kompakten Spektrometern ist der Ethernetanschluss, der den bekannten USB-Anschluss ersetzt. Die Einbindung in bestehende Netzwerke ist damit problemlos möglich. Das Gerät kann damit nun auch an nur beschränkt zugänglichen Standorten (z.B. Glove-Box, explosionsgeschützer Bereich, Bio-Sensitiver-Bereich) aufgestellt werden. Die Messung bzw. Steuerung des Gerätes erfolgt in sicherer Entfernung über Netzwerk. Anwendungen Damit eignet sich das Spektrometer für eine Vielzahl unterschiedlicher Messaufbauten. Wie bereits angesprochen kann der interne Küvettenmessplatz für Transmissions- bzw. Absorptionsmessungen in Kombination mit der internen Lichtquelle genutzt werden. Für spezielle Messungen ist jedoch oftmals der Einsatz anderer Lichtquellen gewünscht und sogar notwendig. Diese Lichtquellen können nun sehr einfach über Lichtleiter eingekoppelt werden. Ebenso möglich ist der Anschluss externer Messköpfe bzw. Messzellen. Als Zubehör sind hierzu speziell entwickelte Reflexionsmessköpfe mit Lichtleiterkabel erhältlich. Damit lassen sich zum Beispiel Farbmessungen an Körpern bzw. Kunstgegenständen realisieren. Die berührungslose Messung macht diese Art der Messtechnik besonders für historisch wertvolle oder empfindliche Gegenstände interessant. Die gleiche Methode kann zur Mes- Abb. 2: Tidas E mit Deuterium- und Halogenlichtquelle … mit Laserlichtquelle Abb. 3: Tidas DAQ 3 Software sung und Bestimmung der Schichtdicke von nur wenigen Mikrometer dicken Schichten genutzt werden. Das einfallende Licht wird hierbei nicht nur an der ersten Grenzfläche, sondern auch an der zweiten Grenzfläche, der dünnen Schicht reflektiert. Das hierbei auftretende Interferenzmuster ist charakteristisch für das Material und die Dicke der Schicht. Die Software berechnet somit die Schichtdicke. In gleicher Art und Weise wie der Reflexionsmesskopf können auch Tauchsonden mit Lichtleiterkabeln mit dem Gerät verbunden werden. Ebenso denkbar ist der Einsatz externer Durchflussmesszellen oder temperierbarer Küvettenhalter mit oder ohne Rührwerk. Da die Software ebenfalls ein Modul zur multivariaten Datenanalyse hat, sind auch Messungen zur Konzentrationsbestimmung möglich. Zuvor muss natürlich die Kalibrationsmodell mit Proben bekannter Konzentration erstellt werden. Diese Modelle können selbstverständlich gespeichert und bei Bedarf für die Auswertung wieder geladen werden. Durch die sehr hohe Empfindlichkeit des eingesetzten Detektors lassen sich mit dem Gerät auch optisch dichte Flüssigkeiten sehr einfach messen. Fazit Das neuentwickelte Spektrometer Tidas E ist damit ihr Partner für den abwechslungsreichen Labortag. Durch seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ist es besonders auch für Ausbildung und Forschung geeignet und wird sehr gerne in Hochschulen für diverse Praktika eingesetzt. Geliefert wird das Spektrometer mit allen notwendigen Verbindungskabeln und einer ausführlichen Bedienungsanleitung für Software und Gerät. Das Gerät ist zudem geeignet um Messreihen im Labor für Grundlagenuntersuchungen und Machbarkeitsstudien zur Vorbereitung einer späteren Prozessanbindung aufzunehmen. Die gewonnenen Ergebnisse bzw. erstellten chemometrischen Modelle können dabei meist direkt auf die Prozessmessung übertragen werden, da im späteren Prozess-Messsystem von J&M die gleichen hochwertigen Hardwarekomponenten zum Einsatz kommen. Auch die mitgelieferte Software ist via OPC an jede beliebige SPS anbindbar. Dr. Dag Kubin, Vorstand Daniel Bieg, Vertrieb, J&M Analytik Dr. Heinrich Piening, Bayerische Schlösserverwaltung ▶ ▶K ontakt Daniel Bieg J & M Analytik AG Essingen Tel.: 07361/9281-0 Fax: 07361/9287-12 [email protected] www.j-m.de GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 81 Massenspektrometrie Schwerpunkt Das „Spice-Phänomen“ Strukturaufklärung synthetischer Cannabinoide Der Ursprung des Phänomens der synthetischen Cannabinoide als Designerdrogen lässt sich nicht mehr eindeutig eruieren. Eine wichtige Rolle für den späteren weltweiten „Erfolg“ spielen jedoch vermutlich Entwicklungen in England, speziell im Londoner „Szeneviertel“ Camden Market. Das Auftreten von „Spice“ fällt in eine Zeit, kurz nachdem im Vereinigten Königreich „Magic Mushrooms“ (psilocybinhaltige Pilze) als Drogen der Klasse A kategorisiert wurden (übrigens in UK dieselbe Kategorie, in der auch „harte“ Drogen wie Kokain und Heroin gelistet sind) und somit jeglicher Besitz bei Haftstrafe verboten wurde (18. Juli 2005). Diese Gesetzesänderung war nötig, da ab den frühen 2000er Jahren und bis zu diesem Zeitpunkt findige Händler eine Gesetzeslücke ausnutzten, wonach der Handel / Verkauf der Substanz Psilocybin und getrockneter/verarbeiteter Magic Mushrooms verboten war, nicht jedoch der von frischen Pilzen mit diesem Wirkstoff. Eine zentrale Rolle als Großhändler in diesem schnell wachsenden Markt von Magic Mushrooms spielte dabei eine Firma mit dem bezeichnenden Namen „The Psyche Deli“. Bereits in der Diskussion um das Verbot der Magic Mushrooms wurde deutlich, dass die Großhändler, insbesondere auch „The Psyche Deli“ erkannt hatten, dass es offensichtlich einen riesigen Bedarf an sog. „Legal Highs“ gibt. Diese Nachfrage scheint besonders angetrieben durch den Wunsch nach „Recreational Highs“, ohne dabei offensichtliche Pfade des Illegalen zu beschreiten noch sich bei der Beschaffung auf ein wie auch immer geartetes kriminelles Milieu einzulassen. Kräutermischungen als Modedroge Infolge dieser Ereignisse berichteten englische Printmedien seit Anfang 2006 von „Spice“, einer Kräutermischung, die als „smoking blend“ in Londoner Headshops verkauft wurde. Nach den „Magic Mushrooms“ also ein neues Produkt der Firma „The Psyche Deli“ und im folgenden aufgrund seines legendären Erfolges und seiner Popularität namensgebend für eine neue Klasse von, wie sich später herausstellen sollte, synthetischen Designerdrogen. Das besondere an „Spice“ sind neben der professionellen Aufmachung in verschweißten Hochglanz-Ziplock-Beutelchen mit auffälligem Design eine Zutatenliste und manchmal Warnhinweise. Die Zutatenliste liest sich wie das Who is Who von exotischen Pflanzen mit teilweise mystischem Ruf althergebrachter Schamanendrogen, aber allesamt ohne Legalitätseinschränkung. Die Kräutermischung wurde zusätzlich als Räucherwerk/Raumduft beschrieben und als nicht für den menschlichen Konsum bezeichnet, um somit einen freien Verkauf ohne Beschränkung zu fördern. Dem steht jedoch eine Vielzahl von User-Berichten und Videos im WWW entgegen, in denen der Gebrauch der Kräutermischungen detailliert erklärt wird (meist Inha82 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 lation durch Rauchen). Das Internet als Informations- und Empfehlungsplattform wurde somit zu einem zweiten wichtigen Baustein für den Erfolg dieser neuen Modedroge. Dass die Kräutermischungen bis Ende 2008 frei verkauft werden konnten, liegt vor allem daran, dass bis dato pflanzenbasierte Drogen, mit Ausnahme von Cannabis, meist keine bzw. nur dubiose oder wenig erstrebenswerte Wirkung besaßen, nur von einem sehr eingeschränkten Personenkreis konsumiert wurden und daher bei der Überwachung durch Behörden keine große Rolle spielten. Dies änderte sich jedoch mit Berichten über die massive Cannabis-ähnliche Wirkung dieses Produkts und Berichten in vielen Print- und Massenmedien sowie der Tatsache, dass in den Produkten jedoch keine bekannten natürlichen Cannabinoide nachweisbar waren. Strukturaufklärung Erst im Dezember 2008 und nahezu gleichzeitig konnten zwei Wirkstoffe, JWH-018 und CP 47,497-C8, aus diesen Produkten strukturell aufgeklärt werden (THC Pharm/Uni Freiburg). Zu diesem Zeitpunkt hatte das Produkt bereits so große Popularität erlangt, dass Engpässe im Handel auftauchten. Die Aufklärung der Strukturen brachte eine überraschende Erkenntnis. Bei den gefundenen Stoffen handelt es sich um synthetische Cannabinoide, die z.T. bereits seit Ende der 80er Jahre bekannt sind. Es sind Substanzen, die nach Bekanntwerden der klassischen menschlichen Cannabinoidrezeptoren (CB1 und CB2) chemisch synthetisiert und in vitro auf CB1- und CB2Rezeptor-Agonist-Wirkung getestet wurden. Während CB1 vor allem im menschlichen Gehirn exprimiert wird, kommen CB2-Rezeptoren vor allem auf Zellen des Immunsystems und blutbildenden Zelltypen vor. Die chemische Synthese war damals davon geleitet, Substanzen zu identifizieren, die möglichst spezifisch einen der beiden Rezeptoren ansprechen, um damit pharmazeutische Wirkungen der bekannten natürlichen Cannabinoide, wie z. B. Schmerzreduktion, zu erzielen, jedoch möglichst ohne dabei psychoaktive Wirkungen zu entfalten. Die deutschen Behörden reagierten überraschend flexibel und unterstellten die nun bekannten Substanzen und einige „offensichtliche“ Analogen in einem Schnellverfahren erst vorläufig und später, mit einigen weiteren Substanzen, dauerhaft dem Betäubungsmittelgesetz (BtMG). Seitdem werden auf Empfehlung des Sachverständigenausschusses für Betäubungsmittel synthetische Canna- binoide nach und nach in Anlage II des BtMG gelistet und als verkehrsfähige, aber nicht verschreibungsfähige Betäubungsmittel eingestuft. Somit ist jede Form der unerlaubten Herstellung, des Handels und des Besitzes untersagt. Im Zuge unserer ersten eigenen Spice-Analysen sowie der Identifizierung der synthetischen Cannabinoide als eigentliche Wirkstoffe der Räuchermischungen war zu vermuten, dass nach einem Verbot von einigen Einzelsubstanzen durch das BtMG neue Strukturanaloge in den Handel gebracht würden. Für viele der synthetischen Cannabinoide sind zwar biologische CB1/CB2-Bindungskonstanten in der chemischen Literatur verfügbar (ironischerweise hilfreich für die gezielte Entwicklung neuer Räuchermischungen), jedoch nur sehr limitierte chemisch-spektroskopische Daten. Dies macht eine eindeutige Identifizierung mittels moderner chemischer Analysetechniken, speziell im Spurenbereich wie z. B. in Körperflüssigkeiten mittels GC-MS bzw. LC-MS schwierig und unsicher. Aus diesem Grund synthetisierten wir einige mögliche Cannabinoide der Naphthoylindole (Abb. 2) um sie komplett chemischspektroskopisch zu charakterisieren. Die Basis bildet dabei die Hochfeld-NMR-Spektroskopie, mit deren Hilfe die Struktur der synthetisierten Moleküle eindeutig belegt wurde. Steht die Struktur einmal fest, können anschließend „molekulare“ Fingerprints mit anderen, empfindlicheren spektroskopischen Techniken, wie IR, EI-MS bzw. ESI-MS-MS der Moleküle erstellt und diese zusammen mit der Struktur in Datenbanken abgelegt werden. Strukturanaloga umgehen das Betäubungsmittelgesetzt Abb. 1: Strukturformel-Beispiele der unterschiedlichen Klassen potentieller synthetischer Cannabinoide (angelehnt an ACMD report on the major cannabinoid agonists, 2009). Mit Hilfe dieser akkumulierten Daten gelang uns schnell der Nachweis (mittels GC-MS), dass nur wenige Wochen nach dem Verbot von JWH-018 (N-n-pentyl) neue Produkte auf dem Markt auftauchten, in denen statt dessen das N-n-butylAnaloge JWH-073 enthalten war und somit das BtMG-Verbot umgangen wurde. Seit 2008 werden, mit anfänglich einer Verbindung (JWH-018), synthetische Cannabinoide als neue psychoaktive Substanzklasse in den jährlichen Reports des Europäischen Early Warning Systems von Europol mit hohen Zuwachsraten gelistet (EMCDDA: 2009: 9 Verbindungen; 2010: 11 Verbindungen). Auch isolieren wir immer wieder neue synthetische Cannabinoide aus dem immer breiteren Sortiment unterschiedlicher Produkte. Die Räuchermischungen sind zwar aufgrund von lokalen Behördenkontrollen meist nicht mehr in Headshops verfügbar, können jedoch ohne Schwierigkeiten online bestellt und anonym über den Postweg geliefert werden. Die Struktur der Moleküle erlaubt eine Vielzahl möglicher kleiner chemischer Modifikationen an verschiedenen Positionen, wobei auch isobare Verbindungen auftreten können, sodass massenspektrometrische Daten von bislang unbekannten Verbindungen in der Regel keine eindeutige Strukturzuordnung erlauben. Die GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 83 Massenspektrometrie Schwerpunkt Substanzen werden von uns deshalb klassisch nasschemisch aus den Kräutermischungen isoliert und ihre Strukturen mittels NMR aufgeklärt. Ähnlich ist die Situation bei potentiellen Metaboliten, die in Spuren nach dem Konsum von synthetischen Cannabinoiden in Körperflüssigkeiten auftauchen. Aufgrund der sehr niedrigen Konzentrationen sind diese nur mit Chromatographie-gekoppelten massenspektroskopischen Techniken nachzuweisen. Da jedoch viele Stellen im jeweiligen Ausgangsmolekül durch Metabolismus modifizierbar sind, gelingt eine eindeutige Identifizierung nur nach der Synthese mit anschließender Strukturbestätigung durch NMR. Für einige mögliche Metabolite haben wir bereits Synthesen durchgeführt und die jeweiligen Zielmoleküle mittels NMR eindeutig charakterisiert. Beispielsweise folgt die Struktur des hydroxylierten Metaboliten A NMR-spektroskopisch aus den folgenden Betrachtungen (Abb. 2). Die OH-Gruppe in Position 5 ruft bei den 13C-NMR-Absorptionsfrequenzen („chemischen Verschiebungen“) der Kohlenstoffatome C-4 bis C-7 charakteristische Änderungen relativ zu denen im nicht hydroxylierten Ausgangsmaterial hervor. Diese Änderungen sind aus Modellverbindungen (z. B. 5-Hydroxyindol) bekannt und sind nur mit dem gezeigten Isomer, nicht aber Abb. 2: Ausschnitt aus der 2D-NMR 1H,13C-long-range-Korrelation des potentiellen Metaboliten A (= 5-OH-JWH-073) zur Zuordnung der Absorption von C-2 des Indol-Rests (Abszisse: 1H-, Ordinate: 13Cchemische Verschiebung). Da unabhängig nachgewiesen wurde, dass C-2 ein Wasserstoffatom trägt, folgt die Verknüpfung der 1-Naphthoyl-Gruppe mit Position 3 des Indol-Rests. NMR-Spektroskopie Für die nicht mit der Methode vertrauten Leser geben wir eine kurze Erläuterung. Bei der NMR(= kernmagnetische Resonanz-)Spektroskopie macht man sich die Wechselwirkung von Atomkernen bestimmter Isotope, die einen Kernspin und damit ein magnetisches Moment aufweisen, mit einem Magnetfeld zu Nutze. Bei der NMR-Messung bringt man Substanzen, die solche Isotope (z. B. 1H) enthalten, in ein homogenes Magnetfeld großer Stärke (z. B. 14 Tesla). Dort besetzen die Kernspins im einfachsten Fall zwei unterschiedliche Energieniveaus, die ihrer parallelen und antiparallelen Orientierung relativ zur Feldrichtung entsprechen. Zwischen den Energieniveaus lassen sich Übergänge („Umklappen” der Kernspins) induzieren, indem man elektromagnetische Strahlung (im obigen Fall mit einer Frequenz von ca. 600 MHz) auf die Probenlösung einwirken lässt. Die genaue Frequenz, die erforderlich ist, um den Umklappvorgang zu bewirken, hängt 84 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 von der Umgebung, des Kerns im Molekül und damit von der Molekülstruktur ab. Aus empirischen Beziehungen zwischen Absorptionsfrequenzen („chemischen Verschiebungen”) im NMR-Spektrum und Teilstrukturelementen lassen sich Molekülstrukturen ableiten. Die NMR-Spektren werden verkompliziert durch intramolekulare Wechselwirkungen benachbarter Kernspins, was zu Feinaufspaltungen von Absorptionslinien führt („Spin–Spin-Kopp lung”). Diese Feinstruktur der Absorptionen enthält mannigfache Information über die relative Anordnung magnetischer Kerne in den Molekülen. Besondere Vorteile bieten NMR-Spektrometer mit hohen Magnetfeldstärken, weil hierdurch die Detektionsempfindlichkeit gesteigert (stärker unterschiedliche Besetzung der Energieniveaus, „Boltzmann-Verteilung”) und die spektrale Dispersion erhöht wird, was zur Vereinfachung der oft komplizierten Spektren führt. mit einem 4-, 6- oder 7-Hydroxy-Derivat vereinbar. Die Frage, ob der 1-Naphthoyl-Rest mit C-2 oder C-3 der Indol-Einheit verknüpft ist, wird durch ein sogenanntes zweidimensionales 1H,13C-Korrelations-Experiment beantwortet, in welchem eine Wechselwirkung zwischen C-2 und den Wasserstoffkernen der NCH2-Gruppe beobachtet wird (Abb.2). Dies bedeutet, dass maximal drei chemische Bindungen zwischen C-2 und diesen Wasserstoffen liegen können. Dadurch kann die Absorption von C-2 identifiziert werden. Außerdem lässt sich mit derselben Technik nachweisen, dass C-2 ein Wasserstoffatom trägt. Der Naphthoyl-Rest kann folglich nur an C-3 stehen. Die Erfahrungen der letzten Jahre zeigen deutlich, dass synthetische Cannabinoide ein beträchtliches Gefahrenpotential für die Gesundheit darstellen. Keine der Substanzen ist für den Humangebrauch getestet, geschweige denn zugelassen. Die dubiosen Herstellungspraktiken bergen sowohl in Reinheit und Zusammensetzung wie auch Konzentration der Wirkstoffe unkalkulierbare Risiken. Neben drastischen Berichten von Intoxikationen werden in jüngster Vergangenheit auch zunehmend Suizide publik, die in Zusammenhang mit einem zeitnahen Konsum von synthetischen Cannabinoiden stehen. Aufgrund der heute schon verfügbaren Daten sind einige hundert potentielle Substanzen möglich, die die momentane Praxis der Einzelstoffunterstellung unter das BtMG als Katz- und Maus-Spiel erscheinen lassen. Aus diesem Grund gibt es, ähnlich wie in Großbritannien, angestoßen durch den ACMD-Report, Überlegungen und Rechtsgutachten, die die gängige Praxis ändern und durch ein vielfach wirkungsvolleres Verfahren einer Stoffgruppenunterstellung ersetzen sollen. Dies wird zwar die nun einmal geöffnete „Büchse der Pandora“ in Bezug auf synthetische Cannabinoide nicht mehr rückgängig machen, erleichtert aber die Arbeit der überwachenden Behörden erheblich und würde damit den Zugang sensibler Zielgruppen (Jugendliche, junge Erwachsene) zu diesen Substanzen erheblich vermindern. Autoren Prof. Dr. Ludger Ernst, Technische Universität Braunschweig, NMR-Labor der Chemischen Institute, Braunschweig Dr. Till Beuerle, Technische Universität Braunschweig, Institut für Pharmazeutische Biologie ▶ ▶K ontakt Dr. Till Beuerle Technische Universitaet Braunschweig Tel.: 0531/3915385 [email protected] Massenspektrometrie Schwerpunkt Von Pharmakokinetik zu Sensorik On-line Massenspektrometrie für lebenswissenschaftliche Anwendungen Abb. 1: Atemluftprobengewinnung (© Fraunhofer IVV) suchungen ist es Ziel, nicht-invasive Früherkennungsmethoden für Krankheiten zu entwickeln. Meist werden Atemluftuntersuchungen mittels gängiger analytischer Methoden wie Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS), u. a. in Kombination mit Anreicherungsmethoden (z. B. Purge & Trap), durchgeführt. Die GC-MSTechnik bietet hier eine sehr ausgereifte und robuste Vorgehensweise mit hoher Auflösung und Empfindlichkeit, allerdings mit einem Nachteil: einem nicht unwesentlichen Zeit- und Arbeitsaufwand. Gasproben müssen gemäß validen Protokollen gesammelt und verarbeitet werden, und auch die anschließenden Messungen mittels GC-MS sind oft zeitintensiv. Für Untersuchung von schnellen Prozessen ist die GC-MS Methode also nicht optimal geeignet. Die Echtzeit-Massenspektrometrie bietet hierfür eine Lösung. On-line Massenspektrometrie: Aufspüren von VOCs in Bruchteilen von Sekunden Einleitung 22 Dr. rer. nat. Jonathan Beauchamp, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Analytische Sensorik am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising Flüchtige organische Verbindungen sind Teil unseres Lebens. Sie befinden sich in fast jeder Umgebung, sei es zu Hause, im Auto, oder am Berggipfel. Meist werden sie von uns nicht bemerkt – mit einer Ausnahme: geruchsaktive Verbindungen werden bewusst wahrgenommen und können starke Reaktionen hervorrufen. Wie solche Geruchsstoffe an das olfaktorische Epithel gelangen, oder wie sie vom Körper nach Aufnahme wieder abgegeben werden, ist teils noch ungeklärt. On-line Massenspektrometrie geht diesen Prozessen auf die Spur. Untersuchungen am Menschen werden heutzutage überwiegend an Körperflüssigkeiten wie Blut und Urin, sowie an Körpergewebe durchgeführt. Hingegen ist die analytische und physiologische Bewertung von Gasen, z. B. in der Ausatemluft, noch relativ schwach repräsentiert. Ausnahme hierfür ist das routinemäßige Monitoring in der Intensivstation von einfachen Verbindungen (z. B. O2 und CO2) um die Vitalfunktionen von Patienten zu überwachen. Im Gegensatz hierzu werden komplexere flüchtige organische Verbindungen, oder VOCs („volatile organic compounds“), meist vernachlässigt, obwohl sie ein hohes Potential für Informationen bieten. Die Historie der Atemluftuntersuchung reicht mindestens zweitausend Jahre zurück; schon Hippokrates berichtete über bestimmte Geruchsqualitäten der Atemluft in Zusammenhang mit verschiedenen Krankheiten. In chemisch-analytischer Hinsicht ist dieses Forschungsgebiet allerdings relativ neu, da erst seit verhältnismäßig kurzer Zeit fokussierte und umfangreiche Studien durchgeführt werden, bei denen die Detektion und Identifizierung von gasförmigen VOCs aus der Ausatemluft des Menschen und deren Korrelation mit dem Gesundheitszustand realisiert werden [1]. Basierend auf den Ergebnissen solcher Unter- Mitte der 90er Jahre wurde das sogenannte Protonentauschreaktions-Massenspektrometer (PTR-MS) für die Echtzeit-Messungen von VOCs entwickelt [2]. Basierend auf dem Prinzip der chemischen Ionisierung erfolgt hierbei die Ionisierung flüchtiger organischer Moleküle aus einer Luftprobe durch protoniertes Wasser (H3O+). Bei einem Zusammenstoß der beiden Reaktionspartner wird ein Proton vom H3O+ auf das VOC übertragen. Die anschließende Detektion des Produkt-Ions gelingt über ein gekoppeltes Massenspektrometer. Da an die Reaktionskammer des Gerätes ein elektrisches Feld angelegt wird, können die Reaktionsbedingung gemäß den analytischen Bedingungen eingestellt werden [2]. Hierbei resultieren mehrere Vorteile der Methode: die sanfte Ionisierung führt zu einer geringen Fragmentierung der Analyten und häufig zu einem aus dem Mutter-Ion sich ableitenden Hauptsignal. Außerdem laufen die Reaktionen sehr schnell ab (ca. 100 µs) und Produkt-Ionen können somit in Bruchteilen von Sekunden (i. d. R. 50 ms) erfasst werden. Einsatz der PTR-MS in verschiedensten Forschungsbereichen Das PTR-MS-Messverfahren wird inzwischen in vielen wissenschaftlichen Bereichen eingesetzt, darunter in der Atmosphären- oder Umweltchemie, für den Nachweis von Sprengstoff oder Narkotika, in der Lebensmittelbranche für Aromaf reisetzungsstudien und zur LebensmittelQualitätskontrolle, sowie zunehmend in der Medizin [3]. Im letztgenannten Bereich wird, wie in der Einleitung schon erwähnt, überwiegend an GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 85 Massenspektrometrie Schwerpunkt zeutischen Kapsel im Minutentakt mittels eines speziellen Alveolarluftsammlers über mehrere Stunden hinweg Atemproben gewonnen [5]. Es konnte dabei gezeigt werden, dass das Eukalyptol aus den Kapseln nach einer gewissen Zeit in der Ausatemluft freigesetzt wurde, wobei die Konzentration des Geruchsstoffes schlagartig anstieg, danach aber auch relativ schnell wieder abfiel (zwischen ca. 12 – 30 min.). Trotz dieser sehr dynamischen Prozesse war darüber hinaus Eukalyptol im weiteren Zeitverlauf selbst 25 Stunden später noch im Atem nachweisbar [5]. Des Weiteren wurden große intra- sowie interindividuelle Unterschiede festgestellt, die durch Unterschiede in Körpergröße bzw. -gewicht oder Sättigungszustand der Probanden bedingt sein können. Abb 2: Das Protonentauschreaktions-Massenspektrometer (© Ionicon Analytic GmbH) der Zusammensetzung der Atemluft geforscht um mögliche Biomarker bestimmter Krankheiten zu identifizieren. Erste Studien in denen die PTRMS-Methode speziell zum Monitoring dynamischer Prozesse, wie z. B. in der Pharmakokinetik eingesetzt wurde, zeigen die besondere Stärke dieser Technik. Einfluss von Lebensmitteln und Arzneistoffen auf die AtemgasZusammensetzung Der Forschungsbereich Pharmakokinetik befasst sich mit die Aufnahme, Verteilung, Metabolisierung und Ausscheidung von Fremdstoffen in und Abb. 3: Ausgeatmetes Eukalyptol nach Einnahme einer pharmazeutischen Kapsel (© Fraunhofer IVV) 86 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 aus dem Körper. Die Aufnahme von VOCs erfolgt hierbei über verschiedene Wege, primär jedoch zusammen mit Nahrungsmitteln, u.a. als Aromen, oder über das Einatmen von gasförmigen Substanzen. Je nach Aufnahmeart und den physikochemischen Eigenschaften dieser Verbindungen werden sie – oder deren Abbauprodukte – aus dem Körper wieder freigesetzt. Eine der möglichen Ausscheidungsrouten ist hierbei über die Atemwege [4]. Das PTR-MS-Verfahren wurde kürzlich für die Untersuchung der Ausatemluft in Bezug auf pharmakokinetische Prozesse eingesetzt. In einer Studie wurden von Probanden nach Einnahme von einer Eukalyptol-haltigen pharma- Sensorik: Der Weg eines Duftstoffes zum olfaktorischen Epithel Die Frage, wie Gerüche wahrgenommen werden, ist seit langem Gegenstand intensiver Forschung. Grundvoraussetzung für den Riechprozess ist, dass Geruchsstoffe, die durch die Nase gelangen, an das olfaktorische Epithel „andocken“ und ihre Geruchsinformation auf diese Weise an das Gehirn weitergeben. Noch ungeklärt bleibt hingegen, was genau mit dem Geruchsstoff während seiner Passage durch die Nase passiert: inwieweit sich z. B. die individuelle Physiologie oder die Art des Riechens (schnüffeln, tief einatmen) auf die Geruchswahrnehmung auswirken. Essentiell für derartige Untersuchungen ist eine kontrollierte Geruchsstimulation, bei der definierte Konzentrationen von Geruchsstoffen in definierten Zeitintervallen den zu untersuchenden Probanden dargeboten werden [6]. Der weitere Weg eines Geruchsstoffes in der Nase ist variantenreich. Geruchsstoffe können entweder über die „normale“ orthonasale Route an das Epithel gelangen oder, wie bei der Aromawahrnehmung während des Essens, über den Rachenraum, den retronasalen Weg [7]. Für Untersuchungen an Geruchsstoffen in Bezug auf ihre Passage durch die Nase, welche einen sehr schnellen Prozess darstellt, müssen daher geeignete Methoden mit hoher Zeitauflösung eingesetzt werden. Hier bietet das PTR-MS-Messverfahren neue Einsatzmöglichkeiten, um im Nasenraum Studien über das Riechen durchzuführen. So wurde kürzlich eine Sonde direkt an das olfaktorische Epithel von Proband platziert und diese Sonde mit dem Einlass des PTR-MS verbunden. Den Probanden wurden dann Geruchspulse – in diesem Fall von 2,3-Butandion, einer butterartigen Aromanote – aus dem Olfaktometer präsentiert, wobei sie aufgefordert wurden, verschiedene Riechtechniken in einer zufälligen Reihenfolge einzusetzen; d. h., sie sollten entweder „schnüffeln“, „normal“ oder „forciert“ riechen. Zur gleichen Zeit zeichnete das PTR-MS kontinuierlich (mit ca. 2 Hz) und in Abhängigkeit von der eingesetzten Riechtechnik die Konzentrationen des Geruchsstoffes direkt an der Riechspalte den Probanden Massenspektrometrie Schwerpunkt auf. Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass die Art des Riechens einen großen Einfluss darauf ausübt, welche Geruchstoffmengen zum Epithel transportiert werden [8]. Zusammenfassung und Ausblick Die Atemluft, sei es beim Ein- oder Ausatmen, ist ein hochkomplexes Medium, das eine reichhaltige Informationsquelle über den Menschen bietet. Bisherige Studien schöpfen nur teilweise die zahlreichen Möglichkeiten aus, Atemgase zu untersuchen. In diesem Zusammenhang kann das PTR-MS-Messverfahren ein wichtiges Tool darstellen, insbesondere wegen der Echtzeit-Messoption des Gerätes. Weiterhin werden in Zukunft neue Entwicklungen und Optimierungen des PTR-MS verstärkt in physiologisch-medizinischen Untersuchungen zum Einsatz kommen, wie z. B. in Koppelung mit einem Flugzeitmassenspektrometer in Form eines PTR-TOF-MS [9]. Derartige Entwicklungen erweitern das Spektrum der analytischen Möglichkeiten, wobei für die Untersuchung der Atemluft Methodiken mit einer sehr hohen Auflösung über einen relativ großen Massenbereich hinweg, einem niedrigen Detektionslimit und mit einer zugleich hohen zeitlichen Auflösung unabdingbar sein werden. Die Zukunft der Atemgasforschung ist und bleibt spannend. Wenn wir hier mit großen Erwartungen die Luft anhalten, sollten wir sie auf jeden Fall beim Ausatmen sorgfältig untersuchen. Danksagung Teile der präsentierten Studien wurden zusammen mit Wissenschaftler/innen aus anderen Forschungseinrichtungen durchgeführt. Der Autor möchte somit folgenden Kollegen danken: A. Buettner und F. Kirsch (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg), und M. Scheibe und T. Hummel (Universitätsklinik Carl Gustav Carus Dresden). Abb. 4: Proband mit Nasensonde (© Fraunhofer IVV) Keywords: Literatur [1] Amann A. und Smith, D.: World Scientific Publishing, 2005. [2]Hansel A. et al.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 149/150 609–619 (1995) [3] Blake R.S. et al.: Chem. Rev. 109 (3) 861–896 (2009 [4] Beauchamp J.: J. Breath Res. 5 037103 (2011) [5] Beauchamp J. et al.: J. Breath Res. 4 026006 (2010) [6]Beauchamp J. et al.: Meas. Sci. Technol. 21 025801 (2010) [7] Buettner A. und Beauchamp, J.: Food Qual. Pref. 21 915–924 (2010) [8] Beauchamp J. et al.: Human Chemo. 2010 (2011) [9] Herbig J. et al.: J. Breath Res. 3 027004 (2009) ProtonentauschreaktionsMassenspektrometrie (PTR-MS), flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Atemluft, Geruchsstoffe ▶ ▶K ontakt Dr. Jonathan Beauchamp Abteilung Analytische Sensorik, Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) Freising [email protected] www.ivv.fraunhofer.de Eine hypothetische Frage, natürlich! Aber selbst, wenn man sie stellen könnte, wäre sie beim SPECTRO MS überflüssig. Denn dieses neuartige ICP-Massenspektrometer analysiert das gesamte relevante Messspektrum absolut gleichzeitig. SPECTRO MS Ob Ionen gerne Schlange stehen? 2011 - Doppelt fokussierendes Sektorfeld-Massenspektrometer Simultane Messung von mehr als 75 Elementen mit 210 Isotopen Schnelles Fingerprinting, interne Standardisierung in Echtzeit Kompatibel mit EPA, FDA, CLP und 21 CFR Part 11 sowie weiteren Standards und Normen Informieren Sie sich über das SPECTRO MS unter http://ms.spectro.com Besuchen Sie uns: Analytica 2012, 17.-20. April, München, Halle A2, Stand 201/302. SPECTRO MS: Eine neue Ära der ICP-Massenspektrometrie GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 87 Massenspektrometrie Schwerpunkt Ungeduldige Forscher träumen mit DREAMS Bestimmung langlebiger Radionuklide mit Beschleunigermassenspektrometrie Das Helmholtz-Zentrum DresdenRossendorf hat sein Spektrum ionenanalytischer Verfahren um eine weitere hochsensitive Methode erweitert: die Beschleunigermassenspektrometrie (accelerator mass spectrometry = AMS). Die AMS ist prädestiniert zur Bestimmung langlebiger Radionuklide (Halbwertszeit ≥ 100 Jahre). Diese werden nicht, wie allgemein üblich, mittels Zerfallszählung detektiert. Vielmehr bestimmen die „ungeduldigen Forscher“ die noch nicht zerfallenen Nuklide wesentlich effizienter massenspektrometrisch. Abb. 1: Schematischer Aufbau von DREAMS. Beschleunigermassenspektrometrie mit DREAMS beschleunigt werden: MeV statt keV. Die AMS liefert somit weitaus niedrigere Nachweisgrenzen (ca. 1x106 Atome oder 10-8 Bq) als die MS. Auch gegenüber den Verfahren der klassischen Zerfallszählung ist die AMS bei Proben geringer (spezifischer) Aktivität wegen ihrer höheren Empfindlichkeit überlegen. Insbesondere wenn die zu bestimmenden Nuklide keine günstig zu detektierende Strahlung emittieren, z. B. reine β-Emitter wie 10Be oder reine Elektroneneinfang-Nuklide wie 53Mn sind, haben MS-Verfahren die Nase vorn. Zudem gilt, je langlebiger ein Radionuklid ist, desto günstiger sind MS-Verfahren gegenüber der Zerfallszählung. Demnach hat sich vor allen Dingen die AMS bei der Bestimmung besonders langlebiger Radionuklide (Abb. 2) wie der Aktinide Uran und Plutonium [2] durchgesetzt. Eine instrumentelle Besonderheit von DREAMS ist die quasi-simultane Messung der stabilen und radioaktiven Isotope durch ein schnelles „Bouncing“-Magnetsystem auf der Niederenergieseite zur Erhöhung der Präzision. Zudem dient eine dünne Absorberfolie (Siliziumnitrid, Dicke 1 µm) auf der Hochenergieseite Weltweit existieren nur etwa 80 AMS-Anlagen. Im Gegensatz zu den in Europa gängigen niederenergetischen AMS-Anlagen, die sich weitgehend auf die Bestimmung von Radiokohlenstoff 14C (Halbwertszeit: 5730 Jahre) spezialisiert haben, wird die AMS-Anlage des HZDR – DREAMS (DREsden AMS) – als erste moderne Anlage in der EU mit einer Terminalspannung von 6 Millionen Volt betrieben [1]. DREAMS ist mit seinen ca. (15 x 25) m2 großen Ausmaßen (Abb. 1) kein besonders kleines oder einfach zu bedienendes Massenspektrometer. Nur ein interdisziplinär arbeitendes Team von Physikern, Chemikern und Ingenieuren, gemeinsam mit Kollegen aus den angewandten Wissenschaften, produziert präzise und sinnvoll interpretierbare AMS-Daten. Der große Vorteil der AMS gegenüber der konventionellen Massenspektrometrie (MS) ist die effiziente Unterdrückung von Störsignalen von Molekülionen und Isobaren. Dies liegt vor allen Dingen an der höheren Energie, auf die die Ionen 88 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 22 (vlnr) Dr. Silke Merchel, Dr. Georg Rugel, Mag. Stefan Pavetich, Dr. Shavkat Akhmadaliev zur weiteren Unterdrückung von Isobaren, d.h. 10B bei 10Be-Messungen bzw. 36S bei 36Cl-Messungen. Darüber hinaus wird für die eindeutige Identifikation des Radionuklids ein Gasionisationsdetektor mit vier Segmenten verwendet. Aufgrund dieser und anderer instrumenteller Weiterentwicklungen der AMS, sind nun Bestimmungen von Isotopenverhältnissen (radioaktiv/ stabil) im Bereich von 10-16 möglich [1,3]. Typische Messzeiten niedrigkonzentrierter Proben liegen im Bereich von einer Stunde. Schwerpunkt Ready-to-use Reagenzien ... Abb. 2: Übersicht langlebiger Radionuklide mit Halbwertszeiten größer als 1 Jahr. Die rot markierten Nuklide werden routinemäßig mittels AMS bestimmt. Isotope von Uran (233,234,236U) und Plutonium (239,240,241,242,244Pu) sind nicht dargestellt. Abb. 3: Radionuklidanreicherung: Vom Bohrkern zur AMS-Probe. Nasschemische Probenvorbereitung lenschutz, Nuklearsicherheit, Nuklearentsorgung, Radioökologie, Phytologie, Ernährungswissenschaften, Toxikologie und Pharmakologie verdrängt. Das größte Interesse an AMS-Messungen kommt seit einigen Jahren aus den Geowissenschaften [5]. Dies spiegelt sich auch in den ersten an DREAMS durchgeführten Projekten wieder. Kollegen der TU Bergakademie Freiberg, der Universität Rennes, der Universität Bayreuth, der Universität Newcastle und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Hannover untersuchen z.B. 10Be und 26Al in quarzreichen Proben aus Flusssedimenten und Moränen (von Gletschern zurückgelassenes Material). Die kosmische Strahlung erreicht die Erde hauptsächlich als sekundär produzierte hochenergetische Neutronen und Myonen; und diese induzieren in (Oberflächen-)Material Kernreaktionen. Die Produkte dieser Reaktionen, z.B. 10Be, archivieren zeitliche Informationen über die vergangenen geomorphologischen Vorgänge. Die so abgeleiteten Gletscherbewegungen und Erosionsraten lassen somit Rückschlüsse auf das Klima der letzten Tausend bis wenige Millionen Jahre zu. In Analogie können auch frische Oberflächen hervorgerufen durch Erdbeben, Vulkanausbrüche (Abb. 4), Bergstürze (Abb. 4), Meteoriteneinschläge oder Tsunamis datiert werden. Eine Rekonstruktion des Klimas durch die Bestimmung von 10Be, welches direkt in der Erdatmosphäre erzeugt und in Eisbohrkerne inkorporiert wurde ist ebenfalls möglich. Das Alfred- Neben einer „State-of-the-art“-AMS-Anlage, ist die Installation radiochemischer Probenpräparationslabore eine weitere zwingende Voraussetzung für ein erfolgreiches AMS-Labor. Die Durchführung der AMS zur Bestimmung langlebiger Radionuklide ist ausschließlich an chemisch vorpräparierten Proben möglich, da die Originalproben (Wasser, Gestein, etc.), die ausreichende Gesamtmengen des Radionuklides enthalten, zu groß (100 g – 10 kg) sind. Oder anders formuliert, die Radionuklidkonzentrationen von sub-ppq sind zu gering, um die Analyse typischer 1 mg-Targets zu ermöglichen. Eine Anreicherung um bis zu einen Faktor 106 ist somit erforderlich (Abb. 3). Zudem leistet die chemische Aufbereitung den essentiellen Schritt zur Isobarenunterdrückung und entfernt ggf. Kontaminationen anderen Ursprungs. So kann z.B. die Analyse des auf der Erde „in-situ“ gebildeten 10Be in Quarzgestein nur erfolgen, nachdem die Proben von der um mehrere Größenordnungen höheren 10Be-Komponente – aus der Produktion an den Gasen in der Erdatmosphäre – befreit worden sind. Applikationen Anfänglich bevorzugt untersuchte Proben aus der Kosmochemie, der Astro- und Kernphysik werden zunehmend von Proben aus den Bereichen Strah- ... und CHEMIKALIEN für jeden und den speziellen Bedarf! Direkt und kostenfrei bestellen unter 0800/5699 000 oder [email protected] oder www.carlroth.de Laborbedarf - Life Science - Chemikalien Carl Roth GmbH + Co. KG Schoemperlenstraße 3-5 - 76185 Karlsruhe Tel: 0721/5606 0 - Fax: 0721/5606 149 [email protected] - www.carlroth.de GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 89 Massenspektrometrie Schwerpunkt Abb. 4: Mittels AMS datierbare geomorphologische Vorgänge: Gletscherbewegungen (links), Bergstürze (oben), Vulkanausbrüche (unten), durch Tsunami ausgelöste Bergstürze (rechts). Wegener-Institut und die Universität Heidelberg untersuchen Proben aus der russischen Arktis an DREAMS. Durch die Bestimmung mehrerer Nuklide, d.h. Radionuklide mit AMS an DREAMS und der TU München bzw. Edelgase mittels MS am MPI Mainz, kann die Bestrahlungsgeschichte von Meteoriten z. B.„Ksar Ghelane 002“ [6] und „Gebel Kamil“[7] vollständig aufgeklärt werden. Teilen Sie mit uns auch Ihre Träume Wie die oben angeführte Beispiele zeigen, steht DREAMS und seine Chemielaboratorien externen Nutzern, insbesondere denen von anderen Helmholtz-Zentren, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Universitäten, zur Verfügung. Interdisziplinäre Projekte aus allen Forschungsbereichen sind willkommen. Kommerzielle Proben aus Rückbau und Hydrogeologie werden das DREAMS-Profil abrunden. Danksagung Der Erfolg eines Großgerätes steht und fällt mit dem Teamwork. Deshalb möchten wir uns bei der DREAMS-Operator-Crew, W. Möller (HZDR), R. Michel (U Hannover), den Kollegen der AMSAnlagen in Wien (VERA) und Aix-en-Provence (ASTER) und all unseren bisherigen Nutzern für ihre Arbeit und ihr Vertrauen bedanken. Literatur [1]Akhmadaliev S. et al.: Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, im Druck (2012) [2] Fifield L. K.: Quaternary Geochronology 3, 276–290 (2008) [3] Merchel S. et al.: Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 266, 4921–4926 (2008) [4]Merchel S.; Herpers, U.: Radiochim. Acta 84, 215– 219 (1999) 90 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Funktionsweise einer AMS-Anlage Grundsätzlich besteht eine AMS-Anlage, also auch DREAMS, immer aus denselben Komponenten. In der Ionenquelle werden meist durch Beschuss mit Cs+-Ionen aus den festen Proben einfach negative Element- oder Molekülionen, z.B. BeO-, erzeugt und extrahiert. Störende Isobare, die keine stabilen negativen Ionen bilden können, z.B. das zum 26Al- isobare 26Mg-, werden in diesem Schritt schon weitestgehend unterdrückt. Mittels elektrostatischer und magnetischer Analysatoren werden die negativen Ionen mit der gewünschten Energie, Masse und Ladung ausgewählt und diese zu messenden Isotope (stabil – radioaktiv) in den Tandembeschleuniger eingeschossen. Die Ionen werden im Tandembeschleuniger zum positiv geladenen Hochspannungsterminal beschleunigt, wo sich ein „Stripper“ (Folie und/oder Gas) befindet. Damit werden nicht nur Hüllenelektronen entfernt, so dass eine Ladungsumkehr zu mehrfach positiven Ionen erfolgt, darüber hinaus brechen bei diesem Vorgang auch alle Molekülbindungen auf. Die nun positiv geladenen Atomionen (Be2+, Cl5+) werden zum [5]Gosse, J. C.; Phillips, F. M.: Quaternary Science Reviews 20, 1475–1560 (2001) [6] Llorca J. et al.: Meteorit. Planet. Sci., submitted [7] Folco L. et al.: Science 329, 804 (2010) anderen, auf Erdpotential liegenden Ende des Tandems, beschleunigt. Der Ionenstrahl, der den Beschleuniger verlässt, besteht aus verschiedenen Ionensorten mit unterschiedlichen Ladungszuständen und Energien. Ein Analysiermagnet auf der Hochenergieseite separiert die Ionen nach ihrem Impuls zu Ladungsverhältnis, d.h. ihrer magnetischen Steifigkeit, und ist somit ein zweiter Massenseparator. Ein elektrostatischer Analysator, der die Ionen nach ihrem Energie- zu Ladungsverhältnis, d.h. ihrer elektrischen Steifigkeit, trennt, beseitigt die Ionen mit „falscher“ Energie. Beide Schritte dienen der weiteren Reduzierung des Untergrundes. Das Detektorsystem, in dem die Isotope identifiziert werden, ist den spezifischen Anforderungen angepasst. Meist werden Gasionisationsdetektoren für die Zählung der radioaktiven Isotope verwendet, wohingegen der makroskopische Strom der stabilen Isotope über sog. Faraday-Cups gemessen wird. Aus den Ergebnissen ergibt sich dann das für die Probe charakteristische Verhältnis von radioaktivem zu stabilem Isotop. Autoren Dr. Silke Merchel, Dr. Shavkat Akhmadaliev, Mag. Stefan Pavetich, Dr. Georg Rugel ▶ ▶K ontakt Keywords: AMS, Radionuklide Kontakt Dr. Silke Merchel Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) [email protected] www.hzdr.de/ams Elektrochemie Kopplung von Elektrochemie und Massenspektrometrie Die Simulation natürlicher Redox-Vorgänge Die Elektrochemie (EC) ist eine der klassischen Methoden Oxidationsreaktionen zu induzieren. Ihr Einsatz als Simulationstechnik zur Untersuchung oxidativer oder reduktiver Vorgänge liegt daher nahe. Die elektrochemische Zelle besteht aus drei Elektroden, der Arbeits-, Referenz- sowie Gegenelektrode (Abb. 2). Zwischen Gegen- und Arbeitselektrode wird eine Spannung, das Potential, angelegt. Die Referenzelektrode kompensiert Polarisationseffekte und stabilisiert das System. Das Potential ist die treibende Kraft, um Redoxreaktionen anzustoßen. Die Polarität des Potentials bestimmt dabei, ob Oxidationen oder Reduktionen stattfinden. In amperometrischen Zellen strömt die zu untersuchende Substanz an der planaren Arbeitselektrode vorbei. Moleküle, die an die Oberfläche der Elektrode diffundieren und mit dieser in Berührung kommen, können umgesetzt, d.h. oxidiert oder reduziert werden. Ist das Produkt instabil, können Folgereaktionen stattfinden. Wichtige Parameter zur Steuerung der Reaktion sind die Höhe des Potentials, die Flussrate, der pH-Wert des Puffers sowie das Material der Arbeitselektrode. Das System Die Firma ERC Riemerling bietet das System Roxy (Abb. 1) an, das als Reaktor zur elektrochemischen Umsetzung direkt mit einem Massenspektrometer (MS) gekoppelt werden kann. Die Probe wird dabei kontinuierlich mit einer Spritzenpumpe durch die elektrochemische Abb. 1: Roxy EC-System mit Spritzenpumpe und Potentiostat GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 91 Elektrochemie Abb. 2: Schema einer elektrochemischen Zelle Mit EC/MS simulierbare metabolische Reaktionen Mit EC/MS durchführbare Reaktionen an Peptiden/Proteinen Aliphatische Hydroxylierung Reduktion von Disulfidbrücken Benzylische Hydroxylierung Peptidspaltung C-terminal von Tyrosin Dealkylierung von Aminen Peptidspaltung C-terminal von Tryptophan Dealkylierung von Ethern Oxidative Surface Mapping Aromatische Hydroxylierung N-Oxidation S-Oxidation P-Oxidation Alkoholoxidation Dehydrogenierung O-Dealkylierung Abb. 3: Instrumenteller Aufbau. (A) Oxidation/Reduktion des Analyt (B) Konjugation der Reaktionsprodukte mit einer Zielsubstanz Zelle gepumpt (Abb. 3A). Mit Arbeitselektroden aus GlassyCarbon, Magic Diamond, Gold und Platin steht eine umfangreiche Auswahl an Materialien zur Verfügung. Die Verweilzeit in der Zelle ist so kurz, dass auch reaktive Zwischenprodukte direkt detektiert werden können. Eine Probenaufreinigung ist durch den rein instrumentellen Aufbau ohne zugesetzte Chemikalien oder Enzyme nicht notwendig. Die Bindung der gebildeten Produkte an eine Zielsubstanz, wie z.B. Glutathion (GSH), kann ebenfalls leicht bestimmt werden. Die Zielsubstanz wird mit einer zweiten Spritzenpumpe über ein T-Stück dem Auslass der elektrochemischen Tab. 1: Elektrochemisch durchführbare Reaktionen Zelle zugeführt (Abb. 3B). Eine Reaktionsschleife ermöglicht eine definierte Reaktionszeit vor der Analyse im Massenspektrometer. Sollen die in der elektrochemischen Zelle erzeugten Produkte z.B. im NMR identifiziert werden, steht mit der µ-PrepCell ein präparatives System zur Herstellung von µg-Mengen an Produkten zur Verfügung. Bei Bedarf kann das Gerät in eine HPLC integriert werden, z.B. um elektrochemisch erzeugte Produkte chromatographisch aufzutrennen, oder die Analyse einer größeren Zahl von Proben zu automatisieren. Wird die elektrochemische Zelle nach der HPLC-Säule installiert, ist eine Umsetzung der einzeln eluierenden Substanzen möglich. Abbildung 4 gibt einen Überblick über mögliche Gerätekonfigurationen. Anwendungen Abb. 4: Gerätekonfigurationen zur Kopplung von Elektrochemie und Massenspektrometer 92 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Ursprünglich wurden überwiegend Metabolismusstudien pharmazeutischer Wirkstoffe durchgeführt. Abbildung 5 zeigt die bei Umsetzung von Amodiaquin entstehenden Produkte und GSH-Konjugate sowie die Zuordnung zu bekannten Metaboliten der Phase I und II. Die Elektrochemie kann Reaktionen durchführen, die durch eine Ein-Elektronen-Oxidation gestartet werden. Die maximal anlegbare Höhe des Potentials wird durch die ab einem bestimmten Wert einsetzende Elektrolyse der mobilen Phase begrenzt. Reaktionen, die erst außerhalb dieses Potentiallimits ablaufen, sind nicht durchführbar. Arbeitselektroden aus leitfähigem Diamant (Magic Diamond) produzieren erst bei sehr hohen Span- Elektrochemie Abb. 5: (A) Metaboliten von Amodiaquin. (B) Massenspektra der Phase I-Metaboliten nach Reaktion bei verschiedenen Potentialen. (C) Massenspektra der Konjugationsprodukte mit GSH (m/z 661 Konjugation mit Metabolit 1, m/z 633 Konjugation mit Metabolit 2) nungen Sauerstoff, so dass mit Einführung dieses Elektrodenmaterials das nutzbare Potentialfenster erweitert wurde. Auch schwierigere Reaktionen mit hohem Oxidati- onspotential sind dadurch möglich. Tabelle 1 gibt den aktuellen Stand durchführbarer Reaktionen wieder. Neben der Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien wird auch an geänderten Ansteuerungen der Zelle geforscht. So konnte z.B. durch das Anlegen von Rechteckpulsen an der Zelle die bisher nicht durchführbare O-Dealkylierung erreicht werden. Die Möglichkeiten, die das System bietet, werden so beständig erweitert. Der Einsatz der EC/ MS-Kopplung beschränkt sich folgerichtig inzwischen nicht mehr auf die Pharmazie, sondern ist in Forschungsbereiche zum Thema Abwasser, Nahrungszusatzstoffe, Proteomics, oder Xenobiotika vorgedrungen (Abb. 6). Fazit Abb. 6: Anwendungsbereiche der EC/MS-Kopplung Das Roxy EC-System ermöglicht ein schnelles Screening der Re- duktions- und Oxidationsprodukte eines Analyten. Es ist eine Ergänzung bestehender Techniken und kann in deren Vorfeld wichtige Daten über zu erwartende Produkte liefern. ▶ ▶K ontakt Dr. Daniel Vetter ERC GmbH Riemerling Tel.: 089/66055696 [email protected] www.erc-hplc.de Welcome to the world of insights Instrumentelle Analytik l Labortechnik Biotechnologie l analytica Conference Keine andere Messe weltweit deckt das Themenspektrum der Labors in Industrie und Wissenschaft in solch einer Breite und Tiefe und in einer solchen JE T Z T Größenordnung ab. NE Jetzt informieren und anmelden: Messe München GmbH Tel. +49 89 949-11488 www.analytica.de/besucher2012 U! L ive-L den T ab or e zu h e m For en en s K linis ik und Diagn che os tik GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 93 Elektrochemie Hochdurchsatz Elektrochemie mit online Spurenanalytik Eine neue Methodik mit breitem Anwendungspotential Die Langzeitstabilität von Werkstoffen ist von überaus großer Bedeutung speziell im Bereich Korrosion/Korrosionsschutz sowie der elektrochemischen Energieumwandlung. Ein neuartiger experimenteller Aufbau ermöglicht es nun, die realen Auflöseraten aller Materialkomponenten parallel zu der elektrochemischen Untersuchung zu messen. Die volle Automatisierung der Methode und die geringe Größe der Elektrode ermöglichen dabei einen hohen experimentellen Durchsatz. Ein simples Konzept Dass Korrosionsprodukte von einem fließenden Medium abtransportiert werden, ist jedermann klar. Verbreitete Beispiele dafür sind rotbraune Rinnsale unter Rostflecken an Auto oder Fahrrad. Weitaus kontrollierter läuft dieser Vorgang natürlich in Flusssystemen ab, also Pipelines oder Rohrleitungen. Nehmen wir an, ein langes Rohr sei völlig stabil im strömenden Medium, mit Ausnahme jedoch eines einzigen Defektes. Mit einer geeigneten Analytik könnte man am Rohrausgang den Fortschritt der Korrosion über die Zeit verfol- gen. Und mehr noch: Bei Kenntnis des Rohrmaterials lassen sich Rückschlüsse darüber ziehen, welcher Bestandteil besonders korrosionsanfällig ist. Gleichzeitige elektrochemische Messungen und eine geeignete Oberflächencharakterisierung des Defektes am Rohr würden es ferner ermöglichen, festsitzende Korrosionsprodukte zu identifizieren, da diese dem Detektor am Rohrausgang entgangen sind. Was nach dem Traum eines Anlagenbauers klingt, ist natürlich im Feldversuch kaum praktikabel. Das Konzept dahinter ist jedoch aus wissenschaftlicher Sicht äußerst reizvoll. Die Handhabung entscheidet Einen kontinuierlichen Fluss eines wässrigen Mediums zu erzeugen ist vergleichsweise einfach. Das Einbringen der Probe gestaltet sich jedoch als äußerst komplex, da jede Geometrie stets mit gewissen Vor- und Nachteilen verbunden ist. Generell ist das Anströmen einer Fläche im Vergleich zu einem dreidimensionalen Körper zu bevorzugen, da es zu weit weniger Turbulenzen und lokalen Unterschieden der Flussrate kommt. Zudem lassen sich flache Proben oft am leichtesten erzeugen und ermöglichen die Verwendung von Aufsatz-Zellen, um einen lokalisierten und schnellen Probenkontakt zu gewährleisten. Die vorgestellte Rasterdurchflusszelle bedient sich genau dieses Prinzips, und wurde dabei maßgeblich von mikroelektrochemischen Kapillarzellen inspiriert bei der fein ausgezogene Glaskapillaren mit Elektrolyt befüllt, einem Dichtring versehen, und mit definierter Kraft auf ein flaches Substrat aufgedrückt werden [1]. Mikroelektroden in der Glaszelle ermöglichen das volle Spektrum elektrochemischer Untersuchungen, wobei die kontaktierte Fläche dabei äußerst reproduzierbar ist [2]. Dieses Konzept wurde am Max-Planck Institut für Eisenforschung um ein Flusssystem erweitert, indem mit Hilfe von mikromechanischen Methoden eine Durchflusszelle in V-Geometrie aus Polyacrylat angefertigt wurde (Abb. 1). Angetrieben wird der konstante Elektrolytfluss dabei durch eine Peristaltikpumpe. Die Spurenanalytik in Form eines ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry) ist der Zelle nachgeschaltet, wobei die Zeitverzögerung zwischen der Freisetzung von Spezies an der Oberfläche und dem Erreichen des Detektors etwa 15 Sekunden beträgt. Diese analytische Methode ermöglicht es, viele Elemente parallel mit außergewöhnlich niedrigem Detektionslimit zu bestimmen [3]. Neben der ICP-MS können alternativ auch andere analytische Methoden nachgeschaltet werden; insbesondere die UV-VIS Spektroskopie wurde bereits mehrfach zur Bestimmung einzelner Elemente über geeignete Komplexbildner eingesetzt [4]. Der in Abbildung 1 dargestellte Gesamtaufbau hat neben dem geringen Platzbedarf der Messung und der empfindlichen Spurenanalytik noch einen weiteren entscheidenden Vorteil: Die Reproduzierbarkeit. Grund dafür ist nicht nur die genau bestimmte Kontaktfläche zum Substrat, sondern vor allem die Konstanz der Bedingungen. So sorgt der gleichmäßige Elektrolytfluss zum einen während der Messung für die rasche Einstellung eines stationären Zustandes. Da dieser Fluss auch ohne Substratkontakt, also bei abgehobener Zelle, aufrecht erhalten wird, ist zum anderen auch ein Abtransport von Reaktionsprodukten zwischen zwei aufeinander folgenden Messungen gegeben. Dies ist auch für die Analytik von hoher Bedeutung, da nur so eine zuverlässige Quantifizierung möglich ist. Es gibt viel zu tun Abb. 1: Schematische Darstellung des Messaufbaus (ICP-MS stark verkleinert abgebildet) 94 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Der experimentelle Aufwand in der modernen Materialforschung ist durch das komplexe Zusammenspiel einer Vielzahl an Einflussgrößen sehr hoch. Für die Stabilität in wässrigen Lösungen sind mehrere materialspezifische Größen (Zusammensetzung, Struktur etc.) und Umgebungsgrößen (Temperatur, Zusammensetzung der Lösung etc.) zu berücksichtigen. Meist ist es sinnvoll, nur einen Parameter zu variieren, um dessen Einfluss zu isolieren. Daraus ergibt sich allerdings eine enorme Anzahl an Permutationen, die durch reproduzier- Elektrochemie Abb. 2: Zwei fundamentale Ansätze zur Parametervariation mit Hilfe einer Serie von Messpunkten Die vorgestellte Methode erlaubt sowohl schnelle Screening-Untersuchungen als auch umfangreiche Studien mit sehr hoher Datentiefe durchzuführen. Beispiele für erfolgreiche Anwendungen umfassen verschiedene Stähle, metallische Korrosionsschutzüberzüge, insbesondere Zink, sowie die Elektrodenstabilität von Kupfer, Rhodium und Platin Katalysatoren. Doch auch in vielen weiteren Bereichen kann in Zukunft ein wertvoller Beitrag zum Verständnis von Auflösungsprozessen und zur Materialoptimierung geleistet werden. Literatur Abb. 3: Intensitätsprofil der Elemente Ni, Cr und Mo während des Korrosionstests einer Nickel Basislegierung in belüfteter 0,1 M Schwefelsäure bare Experimente abgedeckt werden muss. Generell bieten sich hier mit der ortsaufgelösten Rasterdurchflusszelle zwei Möglichkeiten: ▪▪ 1. Die Präparation einer homogenen Oberfläche, auf der automatisiert eine Vielzahl von Untersuchungen unter Variation der Messparameter durchgeführt werden [5]. ▪▪ 2. Serien oder Matrizes von Messpunkten auf inhomogenen Substraten, beispielsweise lateral gradierten Proben bei denen sich die Zusammensetzung kontinuierlich entlang einer Ortskoordinate ändert. Dies ermöglicht somit u.a. eine Serie von Messungen entlang dieses Gradienten zur Bestimmung des Einflusses von Legierungselementen [6]. Darüber hinaus lassen sich mit diesen beiden Techniken nicht nur große Mengen an Daten über ideale Systeme gewinnen, sondern auch komplexe Proben, etwa Schweißnähte, lokal untersuchen. [1] Lohrengel M.M. et al.:, Electrochim. Acta, 47 137– 141 (2001) [2]Mardare A.I. et al.: Rev. Sci. Instrum., 80 046106 (2009) [3]Klemm S.O. et al.: Electrochem. Commun., 13 1533–1535 (2011) [4]Klemm S.O. et al.: Electrochim. Acta, 56 4315– 4321 (2011) [5]Klemm S.O. et al.: J. Solid State Electrochem., 1–8 (2011) [6]Klemm S.O. et al.: Electrochim. Acta, 56 9627– 9636 (2011) Ein konkretes Einzelbeispiel Als gute Demonstration für das Potential der Methodik dienen Korrosionsuntersuchungen einer Nickel Basislegierung in verdünnter Schwefelsäure. In diesem Medium ist das Material sehr beständig, weshalb die online Analytik äußerst anspruchsvoll ist. Abbildung 3 zeigt dennoch ein sehr deutliches Signal der initialen Auflösung aller Elemente nach Zellkontakt, gefolgt von einem Abfall der Intensität auf sehr geringe Korrosionsraten. Die folgende lineare Potentialdurchfahrt in anodische Richtung hat weiterhin einen erneuten Anstieg der Materialauflösung zur Folge, wobei die Korrelation zum gemessenen Strom (nicht abgebildet) äußerst gut ist. Hiermit kann also die Korrosionsrate am Ruhepotential, welche elektrochemisch nicht direkt zugängig ist, direkt und effizient untersucht werden, genauso wie die selektiven Auflösungserscheinungen aufgetrennt nach den jeweiligen Elementen. Keywords: Elektrochemie, online-Spurenanalytik, Hochdurchsatz ▶ ▶K ontakt Dr. Sebastian O. Klemm [email protected] Dr. Karl J. J. Mayrhofer [email protected] Max-Planck Institut für Eisenforschung Abteilung für Grenzflächenchemie und Oberflächentechnik Düsseldorf www.mpie.de GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 95 Elektrochemie Elektrochemische Sensorik für Mikroreaktoren Miniaturisierte Sensoren zur In-situ-Messung In dieser Arbeit wird ein in Mikrorohrreaktoren integrierbares Durchflussmodul vorgestellt, das den Einsatz miniaturisierter elektrochemischer Sensoren zur in-situ-Messung erlaubt. Hierbei wird die Reaktion durch die sensorische Messung nicht gestört und die zu kontrollierenden Parameter können während der gesamten Reaktionszeit verfolgt sowie mögliche Veränderungen registriert werden [1,2]. Mikroreaktoren Mikroreaktoren werden aufgrund ihrer, im Vergleich zu konventionellen Reaktoren, geringen Größe und der damit verbundenen Vorteile, in der Analytik, der Verfahrenstechnik, aber auch in der Chemie und Biochemie eingesetzt. In miniaturisierten Reaktoren kann eine leichtere Regulierung der Prozessparameter (Temperatur etc.), die homogene Verteilung der an der Reaktion beteiligten Substanzen sowie eine präzisere Prozessführung gewährleistet werden [3,4]. Um z. B. die Effizienz und die Ausbeute biochemischer Reaktionen zu maximieren, ist die genaue Kontrolle und Einstellung von Parametern wie pH-Wert und Sauerstoffgehalt wichtig. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass diese Parameter während der gesamten Abb. 1: Durchflusszelle Reaktion im Mikroreaktor verfolgt werden können, um Veränderungen zu registrieren und bei Bedarf einzugreifen. Bisher sind jedoch lediglich Temperatur-, Druck- sowie Massenflusssensoren bekannt, die in Mikroreaktoren integriert sind [5]. Durchflussmodul und elektrochemische Sensoren Das entwickelte Durchflussmodul (Abb. 1) wurde aus Polydimethylsiloxan (PDMS), einem elastischen, biokompatiblen Silikonelastomer gefertigt. Der sich in der Zelle befindende Kanal hat eine Länge von 3,2 cm, ist 1 mm hoch und 4 mm breit. Ein Vorteil des verwendeten elastischen Materials ist, dass die Sensoren flüssigkeitsdicht umschlossen werden. Der rechteckig ausgebildete Durchflusskanal ermöglicht weiterhin, dass die sensitiven Stirnflächen der Elektroden mit der Kanalwand eine Ebene bilden und somit eine Behinderung der Strömung vermieden werden kann. Des Weiteren kann der Stofffluss aufgrund der Transparenz des Materials verfolgt werden. In diesem Durchflussmodul wurden bisher elektrochemische Sensoren zur Bestimmung von pH-Wert, Redoxpotential und Sauerstoffgehalt (Abb. 2) eingesetzt. Die Elektroden sind einzeln austauschbar. Zudem sind weitere miniaturisierte Elektroden, die z.B. auf anderen Messprinzipien beruhen oder einen anderen Analyten detektieren, einsetzbar. Bei dem Sauerstoffsensor (Abb. 2c) handelt es sich um ein Dreielektrodensystem, welches durch eine gaspermeable Polypropylenmembran von der Messlösung getrennt ist. Die weitgehen- Abb. 2: Beispiele für Sensoren für das Durchflussmodul: a) Redoxelektrode, b) pH-Elektrode, c) Sauerstoffsensor, d) Referenzelektrode 96 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Elektrochemie de Strömungsunabhängigkeit des Sensorsignals, die für den Einsatz des Sensors im Mikroreaktor im Durchfluss wichtig ist, wird aufgrund der Verwendung einer Mikrokathode als Arbeitselektrode gewährleistet. Als Redoxelektrode (Abb. 2a) fungiert ein in Glas eingeschmolzener Platindraht. Zur pH-Messung im Mikroreaktor sind bisher Antimonelektroden (Abb. 2b) eingesetzt worden. Für die Bestimmung von pH-Wert und Redoxpotential ist zusätzlich eine Referenzelektrode (Abb. 2d) nötig. Diese besteht aus einem Silberdraht, der mit Silberchlorid überzogen ist und in einen KCl-haltigen Innenelektrolyten taucht. Der elektrolytische Kontakt zur Messlösung wird über ein sich an der Stirnseite der Referenzelektrode befindliches Keramikdiaphragma hergestellt. Untersuchungen und Ergebnisse In Abbildung 3 ist das Ansprechverhalten des miniaturisierten Sauerstoffsensors bei Wechsel zwischen befeuchteter Luft und befeuchtetem Stickstoff bei einem Polarisationspotential UP von -800 mV dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind die Messwerte auch bei mehrmaligem Wechsel zwischen Luft und Stickstoff reproduzierbar. Die t90-Zeit dieses Sensors, d.h. die Zeit nach der 90 % des Endwertes erreicht sind, beträgt ca. 35 Sekunden. In Abbildung 4a sind die Kalibriergeraden einer pH-Elektrode gegen 4 verschiedene, aber Abb. 3: Ansprechverhalten des Sauerstoffsensors bei Wechsel zwischen befeuchteter Luft und befeuchtetem Stickstoff vom Aufbau her gleiche Referenzelektroden dargestellt. Dabei zeigt sich, dass die Referenzelektroden fast identisch sind. Die Sensitivität der Antimonelektrode liegt im Bereich von 53 bis 54 mV / pH. In Abbildung 4b sind die Kalibriergeraden mehrerer pH-Elektroden gegen eine Referenzelektrode abgebildet. Die Unterschiede zwischen den Kalibriergeraden der Antimonelektroden sind vernachlässigbar gering. Dies wurde aufgrund des einfachen Aufbaus der Antimonelektroden erwartet [6]. Daraus folgt, dass sowohl die pH- als auch die Referenzelektroden reproduzierbar herstellbar sind. Die miniaturisierten Sensoren, integriert in die in Abbildung 1 gezeigte Durchflusszelle, wurden in einem Mikroreaktor eingesetzt. Ein mehrere Meter langer Schlauch mit einem Innendurchmesser von 1,6 mm fungierte als Mikrorohr- Be informed. Be inspired. Be there. 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Dies zeigte sich zum einen im abfallenden Sauerstoffgehalt, zum anderen auch im sinkenden Redoxpotential. Obwohl in das Ausgangsgefäß, aus dem das Medium in den Mikroreaktor gefördert wurde, Luft eingeleitet wurde, lag der Sauerstoffgehalt innerhalb weniger Minuten nahe 0 mg / l, d.h. der in das Medium eingeleitete Sauerstoff wurde sofort von den Zellen verbraucht. Das Calciumcarbonat, welches im Ansatz in Abbildung 6 enthalten war, diente lediglich der pH-Wert-Regulierung, da während des Zuckerabbaus Kohlendioxid entstand. Dieses löste sich im Medium und verringerte den pH-Wert, was in Abbildung 5 (Ansatz ohne Calciumcarbonat) zu erkennen ist. Befand sich, wie in Abbildung 6 dargestellt, Calciumcarbonat im Messmedium, wurde ein Teil der Protonen, die aus der Dissoziation der Kohlensäure hervorgegangen sind, durch diese Substanz gebunden. Teile dieser Arbeit wurden von der Kurt-SchwabeStiftung mit einem Kurt-Schwabe-Stipendium gefördert. Literatur Abb. 5: Messung in einem Hefe-Zucker-Medium im Mikroreaktor [1]Päßler S. et al.: Technisches Messen 77, 24–29 (2010) [2]Bertau M. et al.: Sensorgestütztes Mikroreaktorsystem, Offenlegungsschrift DE 10 2009 048 113 A1 2011.04.07 [3] Ehrfeld W. et al.: Microreactors, Wiley-VCH, 2000, 1 ff. [4] Schirmer G. et al.: Innovative Technik – Neue Anwendungen 42, 1–2 (2009) [5] Löbbecke S. und Ferstl W.: P&A Kompendium, 59–62 (2004) [6] Baldauf S.: Bachelorarbeit an der TU BA Freiberg und am KSI Meinsberg (2011) [7] Hoffmann N.: Chemie in unserer Zeit 4, 201–213 (1996) Keywords: Mikroreaktor, elektrochemische Sensoren, In-situ-Messung, Durchflussmodul ▶ ▶K ontakt Abb. 6: Messung in einem Hefe-Zucker-Calciumcarbonat-Medium im Mikroreaktor 98 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Prof. Dr. Winfried Vonau Dipl.-Nat. Sandra Päßler Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg Ziegra-Knobelsdorf [email protected] www.ksi-meinsberg.de Elektrochemie Potentiometrische Untersuchungen Neuartige Wasserstoffelektroden Die Standard-Wasserstoffelektrode besitzt in der Elektrochemie eine zentrale Bedeutung als Referenzsystem und Nullpunkt der elektrochemischen Potentialskala. Auf Grund des hohen apparativen Aufbaus und der schwierigen Handhabung sind Wasserstoffelektroden in der klassischen Ausführungsform ungeeignet und werden nur noch für Präzisionsmessungen und zur Überprüfung von Standard-Pufferlösungen eingesetzt [1 – 4]. Abb. 1: Wasserstoffelektrode mit integrierter Wasserstoffquelle Zusammenfassung Indikatorelektroden, sowie als potentialstabile Referenzsonden in Lebensmittelprodukten. Neuartige einfach handhabbare Mess- und Referenzelektroden auf der Basis von Wasserstoffelektroden wurden entwickelt. In den aus Kunststoffmaterial bestehenden Elektrodenkörper ist eine elektrochemische Zelle als Wasserstoffquelle integriert. Der in-situ kontinuierlich erzeugte Wasserstoff gelangt über ein in den Elektrodenkörper integriertes Zuleitungsrohr zu der palladiumhaltigen inerten Messelektrode. Durch Modifizierung mit einem mit definierten säurehaltigen Innenelektrolyten gefüllten Elektrolytbecher und Einbindung einer flexiblen mikroporösen Membran sind die Elektroden auch als Referenzsonden einsetzbar. Potentiometrische Untersuchungen mit den neuartigen Elektroden auf Wasserstoffbasis erfolgten in Ethanol- und HF-haltigen Lösungen als pH-sensitive Einführung Die Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit von pH-Messungen in stark sauren, chemischaggressiven und in nicht-wässrigen Medien nimmt, insbesondere in der Lebensmittel- und in der Pharmaindustrie, zu. Es wurden neue stabförmige Wasserstoffelektroden mit integrierten und auswechselbaren Wasserstoffquellen und palladiumhaltigen Messelektroden für den Einsatz in chemisch-aggressiven und alkoholischen Lösungen, sowie für Lebensmittelproben entwickelt. Die neuartigen Elektroden auf Basis der Wasserstoffelektrode können sowohl als pHsensitive Messelektroden, als auch als potentialstabile Referenzelektroden Anwendung finden. Elektrodenaufbau Der Aufbau der neuartigen Wasserstoffelektrode ist in Abbildung 1 dargestellt. Der in einer elektrochemischen Zelle in-situ erzeugte Wasserstoff wird über einen in den Elektrodenkörper integrierten Kanal kontinuierlich zu einer inerten palladiumhaltigen Messelektrode geführt. Das inerte Elektrodenmaterial steht bei Verwendung als Messelektrode in direktem Kontakt mit der entsprechenden Messlösung. In Abbildung 2 ist schematisch eine neue Referenzsonde auf Basis einer Wasserstoffelektrode dargestellt. Für den Einsatz als Referenzelektrode wird die Elektrode mit einem Elektrolytgefäß aus Kunststoff, gefüllt mit einem säurehaltigen Elektrolyten mit definierter Zusammensetzung, versehen. Die inerte Messelektrode taucht in die Elektrolytlösung ein und steht durch eine in das Tabelle 1: pH-Werte verschiedener realer Proben Produktproben Abb. 2: Schematischer Aufbau der Referenzsonde auf Basis der Wasserstoffelektrode pH-Glaselektrode kommerzielle vs. neue Referenzsonde pH-Einstabmesskette H-Vollmilch (3,5 % Fett) 6,84 6,70 Frischmilch (3,5 % Fett) 6,89 6,77 Buttermilch 4,27 4,10 Kefir 4,87 4,61 Sauermilch 3,54 3,57 Rotwein 3,54 3,40 Rosewein 3,47 3,21 Weißwein 3,38 3,18 GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 99 Elektrochemie Elektrolytgefäß integrierte, flexible und mikroporöse Membran in direktem Kontakt mit der jeweiligen Messlösung. Die polymerhaltige Membran besteht aus einem speziellen kunststoffhaltigen Material und zeichnet sich durch eine niedrige Ausflussrate (< 250 µl/24 Std.) und große Beständigkeit gegenüber Säuren und Basen aus. Ergebnisse Abb. 3: Untersuchung in HF-haltigen Lösungen, Messlösungen: a) 1 M HF, b) 10 M HF, c) 5 M HF Abb. 4: Potentiometrisches Ansprechverhalten der Wasserstoffelektrode in wässrig/ethanolhaltigen Lösungen. Messlösungen: a KCl, b 0,01 M KCl/Ethanol (80 :20), c 0,01 M KCl/Ethanol (50 :50), d 0,01 M KCl/Ethanol (20 :80), e Ethanol Abb. 5: Einstellverhalten von pH-Glaselektroden in Pufferlösungen und realen Proben bei Einsatz der neuen Referenzsonde. Pufferlösungen: a pH: 2,10; b pH: 2,95; c pH: 4,10; d pH: 5,10; e pH: 6,01; f pH 7,03; g pH: 7,79. Reale Proben: 1. H-Vollmilch, 2. Buttermilch, 3. Frischmilch 100 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Potentiometrische Untersuchungen erfolgten in verschiedenen HF-haltigen Lösungen und in Lebensmittelproben und Ethanol-Wasser-Gemischen. Abbildung 3 zeigt das potentiometrische Ansprechverhalten einer Einstabmesskette (schwarze Kurve) bestehend aus einer Wasserstoffelektrode mit integrierter Ag/AgCl-Referenzelektrode, sowie einer Wasserstoffelektrode mit einer externen Ag/AgCl-Referenzelektrode (rote Kurve). Die Elektroden wurden in HF-Lösungen unterschiedlicher Konzentration über einen Zeitraum von 140 Stunden getestet. Die in den unterschiedlichen HF-Lösungen ermittelten Messpotentiale sind bei beiden Messketten nahezu identisch. Die Sonden auf Basis von Wasserstoffelektroden zeigen stabile Potentiale und keine Drifterscheinungen Die Untersuchungen bestätigen die guten Einsatzmöglichkeiten dieser chemisch-resistenten Elektroden in stark sauren Lösungen, in denen glashaltige Elektroden nicht eingesetzt werden können. Abbildung 4 zeigt das potentiometrische An sprechverhalten in verschiedenen alkoholischwässrigen Lösungsmittelgemischen. Die Potentiale wurden gegen konventionelle Ag/AgCl-Referenzelektroden gemessen. Es wurden nach kurzer Zeit stabile Messwerte erhalten. Als wässrige Komponente wurde eine 0,01 M KCl-Lösung verwendet. Mit zunehmendem Ethanolgehalt ist eine Verschiebung der Messpotentiale zu positiven Werten erkennbar. Es konnte eine Abhängigkeit der Potentialwerte vom Ethanolgehalt beobachtet werden. Eine Potentialzunahme mit zunehmendem Gehalt der organischen Komponente steht in Übereinstimmung mit den von Schwabe und Queck publizierten Ergebnissen zum Einsatz klassischer Wasserstoffelektroden [5 – 7]. Durch Modifizierung der Wasserstoffelektroden mit Elektrolytgefäß und integrierter mikroporöser Membran und Eintauchen der palladiumhaltigen Messelektrode in einen säurehaltigem Elektrolyten definierter Konzentration sind die Elektroden auch als potentialstabile Referenzsonden einsetzbar. Es wurden mit den neuartigen Referenzsonden pH-Bestimmungen in verschiedenen Milchprodukten und Weinproben durchgeführt. Die Abbildungen 5 und 6 zeigen das potentiometrische Ansprechverhalten bei Verwendung der Wasserstoffreferenzelektroden in verschiedenen Pufferlösungen und Lebensmittelproben. Als Messelektroden wurden konventionelle pH-Glaselektroden eingesetzt. Verwendet wurden BrittonRobinson-Pufferlösungen (pH-Wertbereich: 2 – 8) mit konstanter Ionenstärke. Die in den Milchprodukten und Weinproben ermittelten pH-Werte stimmen mit denen mit einer kommerziellen Einstabmesskette gemessen Werten gut überein. Elektrochemie Literatur [1]Galster H.: pH-Messung, VCH-Verlag Weinheim (1990) [2] Le Blanc M. Z. Phys. Chem., 12, (1983) [3] Schwabe K.: pH-Messung, Akademie-Verlag, Berlin (1980) [4]Kaden H. und Vonau W. :J. prakt. Chem, (1998), 710–721 [5] Schwabe K.: Österreichische Chemiker-Zeitung, 65, 11, 339–357 (1964) [6]Schwabe K. und Queck C.: Bull. Soc. Chim. Beograd, 39, 433–552 (1974) [7]Schwabe K.und Queck C.: Electrochim. Acta, 27, 7 805–819 (1982) Autoren Abb. 6: Einstellverhalten von pH-Glaselektroden in Pufferlösungen und realen Proben bei Einsatz der neuen Referenzsonde. Pufferlösungen: a pH 2,10; b pH 2,95; c pH 4,10; d pH 5,10; e pH: 6,01; f pH 7,03; g pH 7,79. Reale Proben: 1. H-Vollmilch, 4. Rosewein, 5. Rotwein, 6. Weißwein In Tabelle 1 sind mit den Referenzsonden bestimmten pH-Werte verschiedener Lebensmittelproben aufgeführt. Die Messpotentiale zeichnen sich durch eine hohe Stabilität, geringe Drift und kurze Ansprechzeiten aus. Die Messungen erfolgten direkt in den realen Proben bei Raumtemperatur. Zusammenfassung und Ausblick Die Ergebnisse bestätigen die guten zukünftigen Einsatzmöglichkeiten der neuen Sonden auf der Basis von Wasserstoffelektroden unter spezifischen Einsatzbedingungen, wie z. B. in stark säurehaltigen Proben. Sie sind sowohl als pHsensitive Indikator-, als auch, nach entsprechender Modifizierung mit Elektrolyten und mikropo- röser Membran, als Referenzelektroden einsetzbar. Die robusten Elektroden zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau, eine hohe mechanische Stabilität und problemlose Handhabbarkeit aus. Aufbauend auf den bisherigen Erfahrungen muss zukünftig die Entwicklung einer anwender- und bedienerfreundlichen symmetrischen Einstabmesskette mit Referenz- und Messelektrode auf der Basis von Wasserstoffelektroden im Fokus stehen. Danksagung Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technoliogie (BMWi) für die Förderung des Vorhabens (Förderkennzeichen: 2218307ST9). Johannes Schwarz, Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V. Meinsberg, Alexander Hörig, Kurt-Schwabe-Institut für Messund Sensortechnik e. V. Meinsberg, Wolfram Oelssner, Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V. Meinsberg, Winfried Vonau, Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V. Meinsberg, Hans-Joachim Kohnke, Gaskatel Gesellschaft für Gassysteme durch Katalyse und Elektrochemie mbH Keywords: Wasserstoffelektrode, Referenzsonde, Potentiometrie, Lebensmittelproben ▶ ▶K ontakt Dr. Johannes Schwarz Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V. Meinsberg Ziegra-Knobelsdorf [email protected] Lebensmittelanalytik und -Technologie Du bist, was Du isst Lamarcks späte Rehabilitation Es wird ein köstlicher Tag für Jean-Baptiste de Lamarck gewesen sein, als er im Jahr 1800 mit seiner frisch ausformulierten Theorie der Artentransformation allgemeine Zustimmung in der wissenschaftlichen Welt erntete. Das naturwissenschaftliche Multitalent und Mitbegründer der modernen Biologie vertrat darin die Ansicht, dass das Grundprinzip zur Artenvielfalt die Vererbung erworbener Eigenschaften ist. Erst 80 Jahre später wurde diese Idee von dem Freiburger Zoologen August Weismann in Frage gestellt und es verankerte sich in der allgemeinen Vorstellung zur Vererbung eine strikte Trennung von dem gelebten Körper und der weiter zu gebenden Erbinformation. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse zeigen nun, dass tatsächlich vieles, was wir tun, doch das Erbmaterial modifiziert und so die im eigenen Leben erworbenen Eigenschaften an nachfolgende Generationen weitervererbt werden können (siehe auch GIT10 / 2011, S. 718). Die plastische Kontinuität des Erbgutes In der Zeit von Lamarck nahmen Naturforscher an, dass durch den Einfluss von Umwelt erbliche Veränderungen bewirkt werden können. Charakteristisch für diese Art der Vererbung war die alternierende Abfolge von Körper und Keimzelle als Träger der vererbbaren Informationen. Im Körper gespeicherte Erfahrungen des Lebens sollte folglich auf die Keimzelle übertragen werden und so fort. Die individuelle Entwicklung wird somit zu einem Evolutionsfaktor. Später bestand Weismann auf einer Kontinuität der erblichen Anteile in Ei- und Samenzelle, wobei der Organismus, selbst sterblich, nur unmaßgeblicher Träger der Erbinformation ist. Nicht zuletzt die Entdeckung der Desoxyribonukleinsäure (DNS) Doppelhelix als dauerhafter Träger der Erbinformation durch James Watson und Francis Crick 1953 (Abb. 1), welches mit einer spezifischen Abfolge von vier verschiedenen Nukleinsäurebasen die Konstruktionsinformation unserer Körperzellen kodiert, festigte diese Annahme (Abb. 2). Der Gedanke, was die Evolution antreibt, beschränkte sich nunmehr auf die Veränderung dieser DNS-Basensequenz und der Auswahl der daraus resultierenden am besten an die Lebensumstände angepassten Eigenschaften. 102 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Abb. 1: Begründer der modernen Genetik, Maclyn McCarty, James Watson und Francis Crick © Marjorie McCarty Die eigene DNS ist nur eine Informationsoption Wenn das DNS Makromolekül alle Erbinformation trägt, muss dann nicht die gesamte Merkmalsausprägung genau dieser Informationssequenz entsprechen? Schnell zeigte sich, dass das eigene Erbmaterial nur eine Informationsoption für mögliche Ausprägungen ist. Die Basen-Sequenzinformation der DNS wird von einem spezifischen Enzym abgelesen, in eine Zwischenkopie überschrieben und diese letztendlich in eine brauchbare Eiweißstruktur übertragen. Dieser Informationsfluss wird mit all seinen Zwischenschritten hocheffizient durch eine Vielzahl an Regulationsmechanismen an die jeweilige Stoffwechselsituation der Zelle angepasst. Schon hier führen also längst nicht alle Informationseinheiten, die zur Verfügung stehen und in eine Arbeitskopie überschrieben werden, zu einer Merkmalsausprägung. Eine Vielzahl von Nahrungsmittelbestandteilen, wie das Resveratrol aus der Weintraube, spezielle, mehrfach ungesättigte Fettsäuren aus Seefisch oder verschiedene pflanzliche Sterole, werden diskutiert Einfluss auf genau diese Expressionsregulationen zu nehmen. Sie modulieren direkt den zellulären Informationsfluss und initiieren relevante Stoffwechselabläufe. Fettsäuren zum Beispiel komplexieren mit bindungsfähigen Eiweißen, werden von den Zellen aufgenommen und direkt in den Zellkern transportiert. Dort interagiert dieser Komplex direkt mit der DNS. Dadurch werden Informationen zum Fettstoffwechsel aber auch zum Immunsystem entsprechend aktiviert. Die DNS liegt als Strang auf „Histone“ genannte Rollenstrukturen aufgewickelt in räumlich kondensierter Form als Chromosom im Zellkern vor. Sollen Informationen abgerufen werden, müssen diese erst für das Ablesewerk- Abb. 2: Das Modell der DNA von Watson und Crick 1958 © Christoph Bock zeug, die RNA-Polymerase, zugänglich gemacht werden. Jede auf der DNS kodierte und in ein Protein übersetzte Informationseinheit wird als Gen bezeichnet. Es besteht aus einer Promotor genannten Bindestelle für die RNA-Polymerase, darauffolgend die eigentlichen Strukturinformationen für das zu generierende Eiweiß und einer Termination. Wie können nun Umweltfaktoren, unsere Ernährungsgewohnheiten und Handlungen auf die Gesamtheit dieser Geninformation und deren Ausprägung Einfluss nehmen und sich soweit manifestieren, dass es an weitere Generationen vererbbar wird? Das Epigenetik genannte Forschungsgebiet beschreibt hierzu eine Kaskade biochemischer Abläufe, welche die Anbindung der RNA-Polymerase an das Gen beeinflusst, und z.B. die Genexpression blockiert. Eine Stilllegung von Genen erfolgt immer dann, wenn die DNS-Base Cytosin in der Promotorregion mit einem kleinen organischen Molekül, einer Methyl-Gruppe, enzymatisch durch Methyltransferasen dekoriert wird. Hierdurch können weder die Polymerase noch weitere für die Genexpression wichtige Faktoren an den Promotor binden. Werden bestimmte Essigsäuremoleküle von den Histonen entfernt, kann der DNS-Strang nicht abgewickelt werden, sodass der Informationsbereich nicht ablesbar ist. Das Gen ist inaktiv. Dies wiederum kann zu weiteren, stringenteren Genstilllegungreaktionen führen. Die von Essigsäure befreiten Histone können mit Methylgruppen beladen werden, was zur weiteren Bindung von spezifischen, blockierenden Eiweißen an diese Histone führt. Das Freilegen informationstragender DNS-Abschnitte von den Histonen ist nochmals erschwert. Das Gen ist dauerhaft inaktiv. Nährstoffe als Faktoren zur Genstilllegung Bestandteile von Nahrungsmitteln und Ernährungsgewohnheiten im Verlaufe des Lebens selbst sind sehr gut untersuchte Auslösefaktoren für Blockierungen von Genexpressionen. ...gibt es schon. Von Assistent ! ® Entdecken Sie die Assistent®-Vielfalt im Internet oder auf den großen Messen 2012 ! Tausende Assistent® - Präzisions - Produkte sind im Fachhandel erhältlich. Glaswarenfabrik Karl Hecht GmbH & Co KG Präzisions-Instrumente und -Geräte für Arzt und Labor D-97647 Sondheim / Rhön . Tel. (0 97 79) 808 -0 . Fax (0 97 79) 808 -88 Niederlassungen in Frankreich, Österreich und in der Schweiz Alle Assistent®-Produkte im Internet: http://www.hecht-assistent.de E-Mail: info@ hecht-assistent.de Besuchen Sie uns auf der ANALYTICA / München, ACHEMA / Frankfurt oder MEDICA / Düsseldorf GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 103 Lebensmittelanalytik und -Technologie Abb. 4: Eine Mutation des Axin-Gens (axin-fused) erzeugt Mäuse mit Knickschwänzen. Der Grad der Knickschwänzigkeit variiert bei genetisch identischen Klonen. © Emma Whitelaw Abb. 3: Bienenkönigin und Arbeiterinnen sind genetisch identisch aber morphologisch verschieden. © Waugsberg Die Erbinformation einer Bienenarbeiterin ist gleich der einer Bienenkönigin. Das Aussehen und die damit verbundenen Eigenschaften sind denkbar unterschiedlich – warum? Als eine Ursache wurde die exklusive Ernährung einer zukünftigen Bienenkönigin mit Gelee Royal ausgemacht. Gelee Royal enthält Methyltransferasen, welche durch eine Methyl-Dekorierung bestimmter Gene die ursprüngliche Erbinformation in Richtung Königin modulieren sollen. Abhängig vom Muster der stillgelegten Gene entstünden dann aus der gleichen DNS-Grundinformation entweder Proletarier oder Royalisten (Abb. 3). Auch bei uns Menschen sind Genstilllegungen bekannt. Und sie scheinen nur in charakteristischen Lebensabschnitten möglich zu sein. In bestimmten Zeitfenstern unseres Lebens können spezifische Merkmalsausprägungen in Form eines metabolischen Imprintings, modifiziert werden. Tierstudien des Mediziners Glen E. Mott konnten darlegen, dass der Cholesterolstoffwechsel von Primaten durch die Ernährung in der frühen Lebensphase signifikant geprägt wird. Um im Körper die Menge an Cholesterol konstant zu halten wird die Menge an durch die Nahrung aufgenommenem Cholesterol mit der Menge an selbst synthetisiertem Cholesterol abgeglichen. Bekommen neugeborene Primaten nun eine cholesterolarme Diät, wird dass Regelsystem gezwungen das notwendige Cholesterol in unphysiologisch hohem Maße selbst zu bilden. Bei einer Cholesterolgabe Monate später wird diese Eigensynthese jedoch nicht herunterreguliert, sondern bleibt hoch. Die Regulation der Cholesterol-Homöostase von Aufnahme, Eigensynthese und Abfluss ist nicht ausbalanciert. Wie es scheint, muss in diesem nachgeburtlichen Lebensabschnitt eine adäquate Justierung des Regelsystems erst gelernt werden. Zudem wird ein jeweils definierter Zeitraum zur Programmierung von Stoffwechselabläufen angenommen. Eine Umprogrammierung später im Leben ist wiederum unmöglich. In letzter Konsequenz muss also Muttermilch von Primaten viel Cholesterol 104 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 enthalten um spätere Erkrankungen, wie Arteriosklerose, zu vermeiden. Und genau so ist es. Wenn solche metabolischen Programmierungen irreversibel, genetisch manifestiert werden, sind sie dann auch auf weitere Generationen vererbbar? Sind durch Ernährung erworbenen Eigenschaften vererbbar? Vererbung im biologischen Sinne heißt nichts anderes, als dass sich zwei unterschiedliche Erbguteinheiten zu einem neuen, individuellem Erbmaterial vereinigen. Die Frage ist nun, bleiben die Methylgruppen-Dekorationen der DNS, welche die erworbenen Eigenschaften im Erbgut fixieren, bei den molekulargenetischen Vorgängen der Fortpflanzung erhalten? Neue Studien hierzu zeigen, dass bei der Entwicklung der männlichen und weiblichen Keimzellen die DNS zunächst vollständig demethyliert wird, um anschließend geschlechtsspezifisch neu dekoriert zu werden. Nach der Befruchtung erfolgt eine weitere Reprogrammierung des Erbmaterials des nun entstandenen Embryos, um die unterschiedlichen elterlichen Methylierungsmuster anzugleichen. Obwohl die DNS-Dekoration generell eliminiert wird, gibt es dennoch Hinweise auf eine Vererbung erworbener Merkmale. Über die evolutionäre Konservierung von DNS-Methylierungsmustern ist heute noch wenig bekannt. Vergleichsstudien zwischen Primaten und dem Menschen offenbaren differentielle Methylierungsmuster gleicher Gene. Was dafür spricht, dass die Stilllegung von Genen und deren Vererbung auch ein evolutiver Faktor der Artenbildung sein kann. Viel eindeutiger zeigt sich demgegenüber, dass bestimmte Lebensumstände von Müttern, wie chronische Krankheiten und Übergewicht, Größe und Durchblutung der Plazenta, die Entwicklung des Föten in utero beeinflussen können. Epidemiologische Studien belegen zum Beispiel, dass Kinder diabetischer Mütter öfter übergewichtig werden. Insbesondere die mütterliche Ernährung scheint ein prägnanter Faktor zu sein, Gene für hormonelle und neuronale Regulationen des Föten permanent genetisch zu prägen und somit die Expression der fetalen Erbinformation nachhaltig zu beeinflussen. Klinische Erhebungen hierzu dokumentieren, dass ein nutritiver Überfluss in utero eher zu Mangelsituationen im späteren Leben des Kindes führt und umgekehrt. Neueste Studien lassen erkennen, dass auch Vitamine den DNS-Informationsfluss direkt beeinflussen können. Folsäuremangel ist ein entscheidender Faktor für die Spina bifida oder offener Rücken genannte Fehlbildung von Neugeborenen in der frühen Phase der Schwangerschaft. Eine inadäquate Folsäureversorgung der Mutter scheint eine gesunde Stilllegung von Genen zu stören, indem einerseits die Proteinbildung blockiert und andererseits Methylierungen des DNS-Stanges unphysiologisch verändert werden. Lamarck hatte also insofern recht, dass ernährungsbedingte Merkmalsausprägungen möglicherweise direkt über die Keimbahn als transgenerationale Programmierung oder indirekt als physiologisch-fetale Programmierung an kommende Generationen weitergegeben werden können, ohne dass dies in der Basensequenz der DNS fixiert ist. Ergibt sich daraus nicht eine neue Verantwortung für unsere Ernährungsgewohnheiten gegenüber unseren Kindern? In den letzten Jahren seines Lebens erblindete Lamarck. Er starb verbittert 1829 in Paris und wurde in einem Armengrab beigesetzt. Über diese neuen Einsichten hätte er sicher weise gelächelt. ▶ ▶K ontakt Prof. Dr. sc. nat. Christopher Beermann Mikrobiologie/Biotechnologie Fachbereich Lebensmitteltechnologie Hochschule Fulda [email protected] Lebensmittelanalytik & Technologie Inline-Prozesskontrolle pH-Elektrode für den Einsatz bei der Bierherstellung Zusammenfassung Prozessschritten der Bierherstellung, In dieser Präsentation werden Referenzelektroden, die sowohl auf porösen Al2O3-KeramikFormkörpern basieren, als auch eine neu entwickelte Festkörperreferenzelektrode auf Basis eines ausgehärteten, mit kristallinem KCl gesättigten Polyesterharz, vorgestellt. Weiterhin wurden eine bruchfeste pH-Einstabmesskette bestehend aus einer mechanisch stabilen pHIndikatorelektrode aus Antimon, die mit der Festkörperreferenzelektrode zu einer konstruktiven Einheit zusammengefasst ist, gefertigt und deren elektrochemische Eigenschaften aufgezeigt. werden elektrochemische Sensoren be- All-solid-state-Referenzelektroden 22 v.l.n.r.: PD Dr. Wolfram Oelßner, Dipl.-Chem. Ute Enseleit, Prof. Dr. Winfried Vonau Die Forderung nach lückenloser Kontrolle von Nahrungsgütern vom Erzeuger bis zum Verkauf gewinnt zunehmend an Bedeutung. Zur online-Bestimmung z. B. des pH-Wertes in den verschiedenen nötigt, die mechanisch sehr robust sowie druck- und temperaturbeständig sind [1, 2]. Es wurden unterschiedliche Arten von Festelektrolyt-Referenzelektroden entwickelt, hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus optimiert und erprobt. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Harz-Festkörper-Referenzelektrode und zwei Keramik-Referenzelektroden (Typ 1 und 2) in verschiedenartiger Bauweise. Harz-Festkörperreferenzelektrode Bei der Herstellung dieser Elektroden wird ein ungesättigtes Polyesterharz mit einem Überschuss an fein pulverisiertem KCl vermischt, mit einem Ag/AgCl-Sinterkörper versehen und in einer Silikongussform ausgehärtet, wobei zylinderförmige Festkörper-Referenzelektroden mit dem Durchmesser 5 mm entstehen (Abb. 1). Eine optimale Zusammensetzung für die Referenzelektroden bildete ein Harz-Salz-Gemisch mit 65 % Salzgehalt und feiner Partikelgröße des verwendeten Salzes, die eine ausreichende Reserve an KCl für die Aufrechterhaltung eines stabilen Potenzials gewährleistete. Durch die kleinere Partikelgröße wurde die Ausbildung GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 105 Lebensmittelanalytik & Technologie der Öffnungen wurde eine poröse Keramik, die als Diaphragma fungiert, mit einem speziellen Kleber eingeklebt. Als innere Ableitung dient wiederum ein in erstarrtem KCl eingebetteter, mit einem Silberdraht kontaktierter Ag / AgClSchmelzkörper. In die anderen Öffnungen des Keramikrohres (Abb. 3) können ausgewählte Indikatorelektroden zur Schaffung einer Kombinationssonde platziert werden. Ergebnisse Abb. 1: Harz-Feststoff-Referenzelektrode Abb. 2: Referenzelektroden aus isolierten porösen keramischen Hohlzylindern von zahlreichen Diffusionskanälen begünstigt. Zudem fand ein geringer Ausfluss von Chlorid ionen statt. Die Harz-Referenzelektrode wurde für den Bau der All-solid-state-pH-Elektrode verwendet. Keramik-Referenzelektroden Typ 1 Die Keramik-Referenzelektrode Typ 1 basiert auf einem porösen, einseitig verschlossenen Al2O3-Formkörper. Die Porosität des oxidkeramischen Hohlzylinders mit dem Durchmesser 8 mm und der Länge 5 cm beträgt 27 % mit einem mittleren Porendurchmesser von 650 nm. Bis auf eine kleine kreisförmige Stelle, die das Diaphragma darstellt, ist der Formkörper mit einem chemikalienbeständigen Glaslot dicht umschlossen (Abb. 2). Dadurch wird der Austritt von KCl stark minimiert. Die Herstellung der keramischen Gehäuse für die Referenzelektroden erfolgte am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS (Institutsteil Hermsdorf). Ihre innere Ableitung besteht aus einem in festem KCl eingebetteten Ag/AgCl-Schmelzkörper. Zum Schmelzen des KCl bei der Temperatur 780 °C wurde ein kleiner Ofen (Eigenbau der Henze-Hauck Prozessmesstechnik/Analytik) verwendet, in dem das keramische Gehäuse platziert werden konnte. Mit Hilfe von hitzebeständigem Silikonkautschuk wurde der glasierte keramische Formkörper in einen Edelstahlschaft eingebracht, der am oberen Ende durch eine Steckverbindung mit einer Messleitung kontaktiert wurde. Untersuchungen haben allerdings gezeigt, dass beim Schmelzen des KCl Gase austraten durch die das Glaslot der Al2O3-Keramik beschädigt wurde. Es bilden sich kleine Bläschen, die die Glasabdeckschicht durchdrangen. Da die Dichtheit der Keramik-Referenzelektrode Typ 1 nicht gewährleistet war, kam diese für den Bau der All-sold-state-pH-Elektrode nicht in Betracht. Keramik-Referenzelektrode Typ 2 Weiterhin erfolgte die Konstruktion einer neuartigen, in ein Mehrloch-Keramikröhrchen eingebetteten Keramik-Referenzelektrode. Das 4-LochKeramikrohr mit dem Durchmesser 12 mm besteht aus einer 85 %-igen Al2O3-Keramik (Dimulit C 610) der Firma CeramTec (Abb. 3). In eine Abb. 3: Referenzelektrode mit fest eingeklebtem Keramikdiaphragma, Mehrlochkeramikrohr und Sensorkopf 106 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Nach der Elektrodenherstellung bedarf es sowohl bei der Harz- als auch bei den KeramikReferenzelektroden einer Formierungszeit, um die gewünschte Potenzialstabilität zu gewährleisten. Nachdem die Elektroden ca. 1 bis 2 Tage in einer 3 M KCl-Lösung belassen wurden, lieferten sie ein definiertes und stabiles Potenzial. Die Mindestlebensdauer im ständigen Einsatz beträgt ca. 6 Monate. Eine zwischenzeitliche Trockenlagerung der Referenzelektroden ist möglich, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Referenzelektroden ist. Im Normalfall sollten die Elektroden dennoch in konzentrierten KCl-Lösungen aufbewahrt werden. All-solid-state-pH-Elektrode Entwickelt wurde eine bruchfeste pH-Einstabmesskette, bestehend aus einer mechanisch stabilen pH-Indikatorelektrode aus Antimon und einer Harz-Festkörper-Referenzelektrode, die zu einer konstruktiven Einheit zusammengefasst sind. Die Antimonelektrode mit ca. 3 mm Durchmesser wird durch Verpressen von Antimonpulver in einer zylinderförmigen Stahlgussform hergestellt. Die Indikator- und Referenzelektrode sowie ein Temperaturfühler wurden mittels einer Epoxidharz-Vergussmasse in einen aus Edelstahl gefertigten Sensorschaft eingegossen, der am oberen Ende durch eine Steckverbindung mit einer Messleitung kontaktiert wurde. Die All-solid-state-pH-Elektrode mit der Länge 50 cm und 12 mm Durchmesser wurde in einer Brauerei mit Hilfe branchenüblicher Flanschverbindungen in Reaktionsbehälter eingebaut. Sie zeichnet sich durch hohe Bruchfestigkeit sowie Druck- und Temperaturbeständigkeit aus (Abbildungen 4 und 5). Die mV/pH-Kennlinien sind im pH-Bereich 2 ... 9 linear. Bei der Erprobung einer größeren Anzahl von Versuchsmustern wiesen alle Exemplare in diesem pH-Bereich übereinstimmend die Steilheit -54 mV/pH bei T = 25 °C auf (Abb. 6). Die Lebensdauer der pH-Einstabmesskette beträgt ca. 6 Monate. Gegen Reinigungsund Desinfektionsmittel, die in der Brauerei verwendet werden, ist die All-solid-state-pHElektrode beständig. Die Ansprechzeit der Antimonelektrode bei Lösungswechsel beträgt ca. 20 Sekunden (Abb. 7). Da sich die Oberfläche der Sb-Elektroden in einigen NBS-Pufferlösungen chemisch verändert, erfolgt die Kalibrierung mit speziellen Pufferlösungen (TamponePuffer), damit keine potenzialverfälschenden Lebensmittelanalytik & Technologie Abb. 4: All-solid-state-pH-Elektrode Abb. 5 (unten): Sensorkopf der Allsolid-state-pH-Elektrode mit Indikatorelektrode, Referenz-elektrode und Temperaturfühler Wechselwirkungen zwischen einzelnen Puffersubstanzen und der Metalloxidoberfläche auftreten. wiss. Mitarbeiterin, Danksagung Geschäftsführer, Henze-Hauck Prozessmesstechnik / Analytik Dessau Die Arbeiten wurden gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) im Rahmen des Programms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ (ZIM)-Kooperationen unter dem Förderkennzeichen KF 22118304PR9. PD. Dr. Wolfram Oelßner wiss. Mitarbeiter, Dipl.-Ing. Jost Henze Abb. 6: Kalibrierkurve der Festkörper-pH-Elektrode mit NBS- und Tamponepuffern bei einer Temperatur von 25 °C Keywords: All-solid-state-pH-Elektrode, All-solid-state-Referenzelektrode, Keramik-Referenzelektrode, Harz-Festkörperreferenzelektrode Literatur [1]Belitz H.-D. und Grosch W.: Food Chemistry, 2nd ed. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, 471 ff. (1999) [2]Henze J. und Guth U.: DE 100 13 944 (2000) Autoren Prof. Dr. Winfried Vonau stellv. Institutsleiter, Dipl.-Chem. Ute Enseleit ▶ ▶K ontakt Dipl.-Chem. Ute Enseleit Kurt-Schwabe-Institut für Messund Sensortechnik e.V. Meinsberg Ziegra-Knobelsdorf Tel.: 034327-6080 Fax: 034327-608-131 www.ksi-meinsberg.de [email protected] Abb. 7: Zeitliches Einstellverhalten der Festkörper-pH-Elektrode bei Wechsel in verschiedene Pufferlösungen Kopplung Elektrochemie mit MS Das EC-System ROXY™ zur Simulation natürlicher Redox-Vorgänge Rufen Sie uns an, wir beraten Sie gerne. Ihr Spezialist in der LC ERC GmbH Otto-Hahn-Straße 28-30 · D-85521 Riemerling ☎ +49 89 660 55 696 · Fax: +49 89 608 24 826 [email protected] · www.erc-hplc.de Einrichtung und Technik Drinnen oder Draußen Die Lagerung von Druckgasflaschen Werden Gase im Arbeitsprozess benötigt, muss für die sichere Lagerung der Druckgasflaschen und – packungen gesorgt sein. Und das nicht nur, weil der Inhalt unter anderem giftig, entzündbar oder brandfördernd sein kann, sondern auch, weil diese unter hohem Druck stehen. Abb.1: G90 Schrank zur Innenlagerung 2er 50 Liter-Gebinde mit den Maßen von nur 2050 x 615 x 600 mm. Bei der Frage, wie Druckgasflaschen optimal, also sicher und effektiv im Arbeitsprozess, gelagert werden, stehen Sicherheitsverantwortliche vor der Qual der Wahl zwischen Innen- und Außenlagerung. Beides hat seine Vor- und Nachteile. Um die passende Lösung zu finden müssen mit einem Experten die jeweiligen betrieblichen Gegebenheiten und Arbeitsabläufen geklärt werden. Rechtlicher Hintergrund In den entsprechenden Regeln, Normen und Verordnungen (siehe Infokasten) sind vielerlei Aspekte aufgeführt, die bei der Lagerung von Druckgasbehältnissen mindestens zu beachten und einzuhalten sind. Dazu zählen beispielsweise der unbedingte Schutz vor Erwärmung, sowie die permanente Entlüftung und der Schutz vor Beschädigung. Des Weiteren ist vorgeschrieben, dass Druckgasflaschen so gelagert werden müssen, dass diese nicht umkippen können. Auch auf die richtige Kennzeichnung ist zu achten, damit die von den gelagerten Gasen ausgehenden Gefahren sofort erkennbar sind. Unterschieden wird bei den Anforderungen an die Lagerung 108 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Einrichtung und Technik Rechtliche Grundlagen Für die Lagerung von Druckgasen gelten die folgenden Vorschriften: ▪▪ Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) ▪▪ Technische Regel Gefahrstoffe 510 (TRGS 510), Abschnitte 10 und 11: Lagerung ▪▪ Technische Regel Gefahrstoffe 526 (TRGS 526): Laboratorien ▪▪ Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) ▪▪ Technische Regeln Betriebssicheheitsverordnung (TRBS) 2152 ff ▪▪ Technische Regeln Druckgase 280 (TRG 280): Allgemeine Anforderungen und Betreiben von Druckgasbehältern. ▪▪ Technische Regeln Druckgase 300 (TRG 300): Druckgaspackungen ▪▪ Technische Regeln Druckgase 301 (TRG 301): Druckgaskartuschen ▪▪ DIN EN 14470-2 „Feuerwiderstandsfähige Lagerschränke„ Teil 2: Sicherheitsschränke für Druckgasflaschen Abb.2: Außenlagerung in Gebäudenähe zwischen entzündbaren und giftigen Gasen, die verschieden gehandhabt werden müssen. Lagern in Innenräumen Beim Lagern vor Druckgasflaschen besteht die Möglichkeit der Lagerung im Gebäude und der Lagerung im Freien. Innenlagerung ist in Lagerräumen oder Sicherheitsschränken erlaubt, beides unter genau definierten Bedingungen und Vorgaben, beispielsweise im Hinblick auf Entlüftung, Lage und Ex-Schutz. Stand der Technik bei der Lagerung in Druckgasflaschenschränken ist die Feuerwiderstandsfähigkeit von 90 Minuten der Typ G90 Schränke. Besonderer Vorteil ist, dass der Weg des benötigten Gases von der Lagerstätte bis zur Verwendungsstelle kurz ist, besonders bei den Lösungen, die direkt am Arbeitsplatz aufgestellt und über Medienanschlüsse im Schrank bedarfsweise genutzt werden können. Aufwändige Verrohrungen und daraus resultierende mögliche Verunreinigungen werden dabei minimiert. Da die Schränke als gleichwertig zu einem abgeschlossenen Lagerraum gelten, müssen zusätzliche Ex-Schutz-Zonen nicht eingehalten werden. Lagerung im Freien Trotz der Vorteile, die die Lagerung im Gebäudeinneren bringt, kann für manche Betriebe, die Außenlagerung die bessere Alternative sein. Betriebe, die oft und große Mengen nutzen, stehen in Bezug auf die Lagerung in Arbeitsplatznähe natürlich vor einem Platzproblem. Denn oft sind die Stellflächen in den Laboren begrenzt. Auch der Kostenfaktor spielt eine Rolle, wenn bei größeren Mengen zwischen Lagerung in Räumen innerhalb des Gebäudes oder im Freien abgewogen wird. Druckgasflaschenschränke zur Außenlagerung Ist die Entscheidung auf Grund der genannten Abwägungen auf die Einrichtung eines Außenlagers für Druckgasflaschen gefallen, gibt es auch da verschiedene Lösungen. Möglich ist die Lagerung der Flaschen in offenen Depots, wobei zwingend Ex-Schutz-Maßnahmen, wie zum Beispiel die Einrichtung von Schutzbereichen, mit zu beachten sind. Auch wenn der Platzbedarf bei dieser Lösung hoch ist, sprechen in einigen Fällen die niedrigen Kosten dafür. Eine Alternative ist die Lagerung in Druckgasflaschenschränke zur Außenlagerung. Da diese als gleichwertig zu einem Lagerraum gelten, müssen hier keine umliegenden Schutzzonen eingerichtet werden. Für Betriebe die zwar außen, aber platzsparend unmittelbar in Gebäudenähe lagern möchten, ist dies empfehlenswert. Im Vergleich zu Druckgasflaschenschränken zur Innenlagerung erfolgt die Entlüftung dann nicht technisch sondern auf natürlichem Weg über Belüftungsöffnungen im Schrank. Beispiel aus der Praxis Klebstoffhersteller UHU hat genau diesen Entscheidungsprozess mit Experten durchlaufen. Nach Abwägung der Vor- und Nachteile hat man sich im Bereich Forschung und Entwicklung für die Außenlagerung in speziellen Druckgasflaschenschränken des Herstellers Asecos ent- schlossen. Hier werden für die Chromatografie diverse Druckgase, wie beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff, täglich in großen Mengen genutzt. Das international tätige Unternehmen trägt eine hohe Verantwortung für die Sicherheit von Mensch und Umwelt. Deshalb war nicht nur wichtig, dass die gesetzlichen Mindeststandards eingehalten werden. Die schweren Flaschen können von den Mitarbeitern immer über verbaute Einrollklappen sicher und leicht ein- und ausgebracht werden. Des Weiteren helfen noch weitere Eigenschaften der Schränke bei der sicheren und trotzdem funktionalen Lagerung im Freien. Die Strukturoberfläche der Schränke ist komplett verzinkt und zusätzlich pulverbeschichtet, was hohen Korrosionsschutz vor Wind und Wetter bietet. Ein geneigtes Dach verhindert zusätzlich, dass sich Wasser anstaut oder in ungewollte Richtungen abfließt. Ein Edelstahlsockel sorgt für optimalen Schutz vor mechanischen Beschädigungen und ausrichtbare Stellfüße erleichtern den Ausgleich von Bodenunebenheiten für einen sicheren Stand des Schranks. ▶ ▶K ontakt Manuela Krawetzke Asecos GmbH Gründau Tel.: 06051/92220-785 Fax: 06051/92220-727 [email protected] www.asecos.com GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 109 Zellbiologie Testung neuartiger Glaskeramiken Einsatz im Knochen Tissue Engineering Im Knochen Tissue Engineering (TE) kommen häufig bioaktive Keramiken zum Einsatz, da sie die Bildung von neuem Knochen stark fördern und leicht mit dem Gewebe verwachsen. In dieser Studie wurde die Proliferation und osteogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen auf Glaskeramik untersucht. Die Viabilität der Zellen konnte über einen Kultivierungszeitraum von 5 Wochen nachgewiesen werden. Mittels REM-Aufnahmen und spezifischer histologischer Färbungen konnten Calciumphosphat-Einlagerungen in der extrazellulären Matrix (EZM) beobachtet werden, was auf die osteogene Differenzierung der Zellen hindeutet. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass die hier verwendete Glaskeramik als Trägermaterial potentiell für den Einsatz im Knochen TE geeignet ist. Einleitung Knochen ist ein spezialisiertes Gewebe, welches die Kapazität zur Selbstheilung besitzt. Dennoch leiden jährlich weltweit ca. 2,2 Mio. Patienten an Knochendefekten, die ohne eine Transplantation nicht heilen [1]. Eine Alternative zu auto- und allogenen Transplantaten ist die Züchtung von künstlichem Gewebe, das sogenannte Tissue Engineering (TE). Das TE nutzt zur Herstellung eines Transplantats die Kombination aus Biomaterialien und Zellen. Dabei spielt sowohl der Zelltyp, als auch die Auswahl des Biomaterials eine entscheidende Rolle. Im Allgemeinen sollte das Biomaterial für Knochen TE folgende Anforderungen erfüllen: Es sollte biokompatibel, biodegradierbar und sterilisierbar sein, eine 3D hochporöse und interkonnektierte Architektur aufweisen, mechanisch stabil sein und die Oberfläche sollte die Zelladhäsion, Proliferation und Differenzierung fördern. Geeignet sind unter anderem bioaktive Glaskeramiken, basierend auf anorganischen Silicaten und Phosphaten [2]. Diese Trägermaterialien zeigen ein Knochenwachstum stimulierendes Verhalten und fördern die Ausbildung einer carbonathaltigen Hydroxylapatitschicht, die eine starke Bindung zwischen Matrix und menschlichem Knochengewebe gewährleistet [2]. a) Abb. 1: REM-Aufnahmen der Glaskeramik Osseolive, Beschreibung siehe Text 110 • GIT Labor-Fachzeitschrift 02/2012 b) Zellbiologie a) bungen mit dem Fluorophoren 4’,6-Diamidino2-phenylindol (DAPI) und Calcein werden nach Protokollen des Herstellers Sigma ausgeführt. b) Ergebnisse c) d) Abb. 2: REM-Aufnahmen von ucMSC nach 5-wöchiger Expansion (a, b) und DAPI-Färbung (Oberseite des Biomaterials) der Differenzierungsproben , ucMSC (c), adMSC (d) Methoden Die verwendete Glaskeramik Osseolive der Firma Curasan besteht aus einem Silicium-dotierten Calciumkaliumnatriumphosphat [3]. Die Materialien wurden mittels Schlickertechnik und offenzelligen PU-Schäumen für diesen Versuch hergestellt. Bei der Herstellung dünnerer zylindrischer Formkörper (hier: 10 x 3 mm) ist die Erhaltung eines interkonnektierten, offenzelligen Netzwerks nicht immer gewährleistet. Die Porengröße beträgt etwa 500 μm. Zur Sterilisation wurde das Material autoklaviert. Die verwendeten ucMSC (mesenchymale Stammzellen) wurden aus humaner Nabelschnur isoliert. Die Isolation wurde mit der ExplantMethode nach Protokollen unsere Arbeitsgruppe durchgeführt [4]. AdMSC (aus humanem Fettgewebe [5]) wurden vom österreichischen Roten Kreuz zur Verfügung gestellt. Nach der Expan- sion der ucMSC und adMSC in Kulturmedium (αMEM, 5 % humanes Serum, 50 µg/ml Gentamycin) werden die Zellen mit Accutase abgelöst und eine Suspension (6 x 104 Zellen/50 µl) auf die Oberseite jeder Matrix aufgebracht. Nach einer Woche Kultivierung werden die Proben zur Expansion und Differenzierung unterteilt. Für die weitere Expansion über 4 Wochen wird Kulturmedium verwendet. Für die osteogene Differenzierung werden die Proben in osteogenem Differenzierungsmedium (Miltenyi Biotec) kultiviert. Das Medium wird an Tag 1, 3 und 5 jeder Versuchswoche gewechselt. Die Stoffwechselaktivität der Differenzierungsproben wird über den Glukoseverbrauch/ Lakatproduktion ermittelt. Die Viabilität der MSC wird in den Expansionsversuchen mittels MTT-Tests bestimmt. Rasterelektronenmikroskopische (REM)-Aufnahmen werden mit einem Jeol JSM-6700F durchgeführt. Die histologischen Fär- Mittels REM-Aufnahmen wurde festgestellt, dass das Biomaterial herstellungsbedingt nicht vollständig interkonnektiert ist. Die Matrix weist häufig keine Poren, sondern Vertiefungen auf (Abb. 1a, Poren mit Pfeilen gekennzeichnet). Allerdings weist die Oberfläche des Biomaterials eine sehr unebene Struktur auf (Abb. 1b). Eine raue Oberfläche begünstigt die Adhäsion von Zellen. Die MSC sind nach 5 Wochen Expansion gleichmäßig auf der Matrix verteilt. Sowohl ucMSC, als auch ad MSC haben viel EZM gebildet. Der entstandene Zellrasen verschließt die Poren (Abb. 2a). Die MSC weisen eine flache, und glatte Morphologie auf, was auf eine starke Adhäsion hindeutet (Abb. 2b). Die gleichmäßige Verteilung der MSC auf der Glaskeramik wurde in den Differenzierungsversuchen mittels DAPI nachgewiesen (Abb. 2 c, d). Der Verlauf der Em/Ex-Werte über den Zeitraum von 5 Wochen weist darauf hin, dass die sich adMSC über 3–4 Wochen vermehren, bis sie sich aufgrund der limitierten Fläche von der Keramik lösen (Abb. 3a). Hingegen lösen sich die ucMSC nach 5-wöchiger Expansion nicht vom Trägermaterial ab. Sowohl beim Glukoseverbrauch, als auch bei der Lactatproduktion sind nur geringe Unterschiede zwischen der Kultivierung von ucMSC und adMSC zu erkennen. UcMSC und adMSC weisen eine kurze Lag-Phase von ca. 5–8 Tagen auf (Abb. 3b). Die osteogene Differenzierung von MSC auf Osseolive mithilfe des Differenzierungsmediums konnte anhand von REM-Aufnahmen bestätigt werden. Im Vergleich zur EZM nach 5-wöchiger Expansion, weist die EZM der Differenzierungsproben eine sehr raue Morphologie auf (Abb. 4 a, b). Diese Morphologie ist auf Calciumphosphat-Ablagerungen zurückzuführen, was ein deutlicher Hinweis auf die Mineralisierung der EZM ist [6]. Durch die Färbung mit Calcein konnte die Calcifizierung der EZM von ucMSC und adMSC nachgewiesen werden. Die fluoreszierenden Bereiche bestätigen die Einlagerung von Calciumionen (Abb. 4 c, d). BEH Ä LTER AUS KUNST STOFF Riesige Auswahl an Laborbehältern Bei Semadeni finden Sie Flaschen, Dosen, Röhrchen, Beutel und vieles mehr. Ab Lager und ohne Mindestmengen lieferbar. Bestellen Sie jetzt kostenlos den aktuellen Katalog. 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Allerdings konnte anhand von REM-Aufnahmen und der Färbung mit DAPI gezeigt werden, dass sich dies nicht nachteilig auf die Verteilung der MSC auswirkt. Auch die Unterseite der Matrix, welche nicht direkt mit Zellen besiedelt wurde, ist nach 5 Wochen vollständig mit Zellen bedeckt (nicht gezeigt). Folglich wachsen und wandern die MSC langsam von oben nach unten durch das Material. Für adMSC konnte eine steigende bzw. gleich bleibende Viabilität über 4 Wochen ge112 • GIT Labor-Fachzeitschrift 02/2012 zeigt werden; ucMSC für 5 Wochen. Die adMSC lösen sich ab Woche 4 von der Glaskeramik ab, was mikroskopisch mittels DAPI bestätigt wurde (nicht gezeigt) und durch die Ergebnisse des MTT-Test unterstützt wird. Ursache hierfür ist die limitierte Oberfläche bei einer höheren Zellgröße der adMSC im Vergleich zu ucMSC. Die osteogene Differenzierung von sowohl ucMSC, als auch adMSC durch das Differenzierungsmedium konnte mithilfe von REM-Aufnahmen und histologischen Färbungen nachgewiesen werden. Autoren M.Sc. Sonja Kress, Dipl.-Chem. Anne Neumann, Universität Hannover, Institut für Technische Chemie, Hannover; Dr. Birgit Weyand, Medizinische Hochschule Hannover, Plastische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hannover; Dr. Wolf-Dietrich Hübner, Dr. Fabian Peters, Curasan, Kleinostheim; Prof. Cornelia Kasper, Universität für Bodenkultur, Department Biotechnologie, Wien Literatur [1]Lewandrowski K.U.:, Biomaterials 21(8), 757–64 (2000) [2] Rezwan K.: Biomaterials 27(18), 3413–31 (2006) [3] Bernstein A.: J Biomed Mater Res B Appl Biomater 84(2), 452–62 (2008) [4]Lavrentieva A.: Cell Communication and Signaling 8, 18–26 (2010) [5] Wolbank S.: Cell Tissue Bank 8(3), 163–77 (2007) [6] Lamers E.: Biomaterials 31(12), 3307–16 (2010) ▶ ▶K ontakt Prof. Dr. Cornelia Kasper Universität für Bodenkultur Institut für Angewandte Mikrobiologie Wien Österreich [email protected] Zellbiologie Künstliche Blutgefäße Erfolgreiche Versorgung von in vitro-Geweben Ziel des Tissue Engineerings ist die Herstellung von menschlichen Geweben und Organen im Labor. Der Aufbau größerer Gewebekonstrukte ist bislang jedoch limitiert, da eine mit dem Blutgefäßsystem im Körper vergleichbare Nährstoffversorgung fehlt. Im Rahmen eines Fraunhofer-Forschungsprojekts hat sich ein Konsortium aus fünf Fraunhofer-Instituten das Ziel gesetzt, künstliche Blutgefäßsysteme zu entwickeln. Immunfluoreszenzfärbung von CD 31 (rot) und den Zellkernen (blau) von menschlichen Endothelzellen, die auf dem biokompatiblen verdruckbaren Röhrenmaterial wachsen. Züchtung von Geweben und Organen im Labor Die Idee, menschliche Organe im Labor herzustellen, klingt für die meisten mehr nach Science Fiction als nach reeller Forschung. Aber für die vielen Patienten, die jahrelang auf ein passendes Spenderorgan warten, könnte ein individuell für sie gezüchtetes künstliches Organ die Rettung sein. Ganz so weit ist die Wissenschaft zwar noch nicht, doch am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Potsdam, Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart und FraunhoferInstitut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg, wird in einem Gemeinschaftsprojekt an der Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Produktion funktionsfähiger Organe gearbeitet. In generativer Fertigung werden durch eine neuartige Methodik Präpolymere als Tinte mikrostrukturiert verdruckt und durch Multiphotonenpolymerisation ortsgenau ausgehärtet. So entstehen dreidimensionale Strukturen aus elastomeren Kunststoffen, die als künstliche Blutgefäße ausgebaut werden, indem sie in Folge einer biochemischen Funktionalisierung mit einer dichten (konfluenten) Endothelzellschicht ausgekleidet werden. Solche künstlichen Blutgefäße können zukünftig Gewebe und Organe mit Nährstoffen versorgen. Die Herstellung von Geweben im Labor (Tissue Engineering) ist in der Wissenschaft inzwischen bekannt und wird vielfach eingesetzt. Bisher scheiterte man jedoch am Aufbau größerer Gewebe oder Organe. Das liegt in erster Linie daran, dass die Nährstoffversorgung des Gewebes nicht gewährleistet werden konnte. Die Konstruktion feinster Kapillargefäße schien bis vor kurzem unmöglich. In einem groß angelegten Projekt wurden nun erstmals vollständig biokompatible künstliche Blutgefäße entwickelt, indem Verfahren aus der Produktionstechnik auch auf elastische Biomaterialien übertragen wurden. Die Kombination von zwei verschiedenen Techniken soll den Durchbruch bringen: Die im Rapid Prototyping etablierte 3-D-Drucktechnik und die in der Polymerwissenschaft entwickelte hochauflösende Multiphotonenpolymerisation. Herstellung von 3-D-Strukturen Rapid Prototyping beschreibt eigentlich die schnelle Produktion komplex geformter Produkte durch das schichtweise Auftragen von Material (Abb. 1). Alles, was man für den Aufbau braucht, ist ein dreidimensionaler Plan. Wie ein übergroßer Tintenstrahldrucker wird der 3-D-Inkjet-Drucker mit speziell produzierten Tinten befüllt und trägt dieses Material dann in feinen Schichten auf, die durch Lichteinstrahlung nur an bestimmten Stellen chemisch verbunden werden. Nicht vernetztes Stützmaterials wird abgetragen und übrig bleibt eine dreidimensionale Struktur. So kann der Drucker extrem schnell auch komplexe Strukturen wie Röhren oder Verzweigungen aus verschiedenen Materialien erzeugen. Um Blutgefäße zu drucken, wird aber zudem noch die Multiphotonenpolymerisation benutzt. Bei dieser Technik wird das Material mit kurzen Laserpulsen beschossen, wobei sich nur die getroffenen Moleküle zu langen Ketten verbinden. So sind sie in der Lage, die hauchfeinen Röhrenstrukturen auszubilden, die für ein Blutgefäßsystem benötigt werden. Das MateriGIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 113 Zellbiologie al polymerisiert und wird fest, bleibt aber dabei so elastisch wie natürliche Materialien. Diese Reaktion lässt sich derart gezielt steuern, dass der Aufbau von feinsten Strukturen nach einem dreidimensionalen Bauplan möglich ist. Der Prototyp für eine Anlage, die diese beiden Verfahren kombiniert, ist schon im Aufbau. Doch bevor ein künstliches Gefäßsystem geschaffen werden kann, musste viel Zeit in Planung und Simulation der Werkstücke gesteckt werden. Verzweigungen, Maße und Struktur der kleinen Röhrchen müssen exakt berechnet werden, damit später kein Stau entsteht und das Blut ungehindert fließen kann. Wenn aus Tinte Röhren werden Eine weitere große Herausforderung stellte die Drucktechnik vor allem an das Material. Die späteren Blutgefäße müssen flexibel und elastisch sein und zudem in der Lage, mit dem biologischen Material im Körper zu interagieren. Damit die Multiphotonenpolymerisation überhaupt funktioniert, müssen die künstlichen Polymere zudem photovernetzbar sein. Dafür wurden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP spezielle Tinten entwickelt, die all diese Eigenschaften erfüllen und mit dem neuen kombinierten Herstellungsverfahren prozessierbar sind. Sie basieren auf einem Baukasten mit unterschiedlichen Monomer- und Polymerkomponenten und lassen sich zu Materialien mit maßgeschneider- ten elastischen Eigenschaften vernetzen. Biofunktionalisierung Röhren aus synthetischen Polymeren allein reichen nicht, um ein funktionierendes Gefäßsystem zu bilden. Die zukünftigen Blutgefäße müssen biologisch aktiv werden. Deshalb wurde erst ein Stützgerüst aus synthetischen Röhrchen aufgebaut, das dann am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB mit biologischen Strukturen funktionalisiert wird, um hierüber menschliche Zellen anzusiedeln (Abb. 2). Dazu wurden die Wissenschaftler modifizierte biologische Strukturen, wie etwa Heparin und Ankerpeptide in die Innenwände integriert. Oft werden dafür auch Tinten aus Hybridmaterialien, die von vornherein eine Mischung aus synthetischen und natürlichen Polymeren enthalten, verwendet. In einem zweiten Schritt können sich in den Röhrensystemen Endothelzellen anheften. Diese Zellen bilden im Körper die innerste Wandschicht eines jeden Gefäßes. Die Auskleidung ist wichtig, damit die Bestandteile des Blutes nicht kleben bleiben, sondern weitertransportiert werden. Nur wenn es gelingt, eine komplette Schicht lebender Zellen anzusiedeln, kann Abb.1: Prinzip des schichtweisen Aufbaus der verzweigten Gefäßstruturen mit hochauflösenden Rapid-Prototyping-Technologien. Abb. 2: Fraunhofer-Forscher spülen ein Polymerröhrchen, aus dem ein künstliches Blutgefäß werden kann mit Zellmedium. 114 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Zellbiologie das Gefäß so arbeiten wie seine natürlichen Vorbilder. Um dieses funktionelle Endothel als innerste Lage der Röhrchen aufzubauen, ist eine Kultivierung mit Zellen in einem speziell entwickelten Bioreaktor notwendig. Hier findet eine dynamische Versorgung der Zellen mit Medium statt, die vergleichbar ist mit dem Blutfluss durch die Blutgefäße im Körper. Im Bioreaktor werden die physiologischen Bedingungen nachgeahmt, um die künstlichen Blutgefäße zu evaluieren. So kann gezeigt werden, wie das berechnete Design, die Materialeigenschaften und die Verarbeitung aufeinander abgestimmt werden müssen. Zudem ist diese Kultivierung essenziell für die Aufrechterhaltung der Funktion der Endothelzellen in den Gefäßen. Erst die im Bioreaktor über die Zellen strömende Flüssigkeit sichert das Überleben der Zellen. kann der Gewebekomplex als Testsystem genutzt werden und so Tierversuche ersetzen. Auch die Behandlung von Bypass-Patienten mit künstlichen Gefäßen ist denkbar. Bis Gewebe oder Organe aus dem Labor mit eigenen Blutgefäßen tatsächlich implantiert werden können, wird es allerdings noch einige Zeit dauern. In-vitro-Testsysteme oder Implantate Projektpartner Noch steht diese neue Technologie zum Aufbau elastischer dreidimensional geformter Biomaterialien am Anfang. Doch die Technik bietet viele Möglichkeiten für weitere Entwicklungen. Mit den so erzeugten Blutgefäßen ließen sich komplett künstliche Gewebe oder Organe an einen Kreislauf anbinden und mit Nährstoffen versorgen. Diese eignen sich dann zwar noch nicht für eine Transplantation, dafür Förderung Wir danken der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. für die Förderung des Projekts “Herstellung bio-inspirierter Versorgungssysteme für Transplantate mittels Rapid Prototyping über Inkjet-Druck und Multiphotonenpolymerisation (BioRap)“ über das Programm Marktorientierte Vorlaufforschung. ▪▪ Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Potsdam ▪▪ Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart ▪▪ Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen ▪▪ Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart ▪▪ Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg Dispensette ® TA Trace Analysis Save-the-date für den Workshop „BioRap – 3 D-strukturierte Biomaterialien mittels Rapid Prototyping“ Datum: 16. Mai 2012 Ort: Fraunhofer-Institutszentrum Stuttgart. Weitere Informationen unter http://www.igb. fraunhofer.de/de/events.html. Autoren: Petra J. Kluger, Esther C. Novosel, Kirsten A. Borchers, , Thomas Hirth und Günter E.M. Tovar, Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB Keywords: Biomaterialien, Inkjet-Druck, Biofunktionale Oberflächen, Biologisierte Werkstücke, Tissue Engineering ▶ ▶K ontakt Priv.-Doz. Dr. Günter E.M. Tovar Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB Stuttgart Tel.: 0711/970-4109 Fax: 0711/970-4200 [email protected] www.igb.fraunhofer.de Dosieren in der Spurenanalytik Zum Dosieren hochreiner Säuren, Laugen und Wasserstoffperoxid – auch geeignet für HF. ■ Besonders reine Werkstoffe für die medienberührenden Teile: Fluorkunststoffe wie PFA und PTFE, Saphir, Platin-Iridium oder Tantal-Ventilfedern ! U NE ■ Variabler Volumenbereich von 1 bis 10 ml ■ Tests in unabhängigen Laboratorien zeigen eine hohe Akzeptanz des Flaschenaufsatzdispensers Dispensette® TA für die Spurenanalytik. ■ Die Abgabe von Metallspuren liegt im unteren ppb- bzw. sogar im ppt-Bereich. BRAND GMBH + CO KG 97877 Wertheim (Germany) Tel.: +49 9342 808-0 www.brand.de · [email protected] GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 115 Bioanalytik Viele Keime wie diese Gram-negative Stäbchen können Sepsis auslösen. Vielfältige Antibiotikaresistenzen machen diese Bakterien zunehmend schwer bekämpfbar. © sebastian kaulitzki Früh erkannt, Gefahr gebannt Verfahren zum Nachweis von Sepsis Sepsis ist eine systemische Entzündungsreaktion, die bei Nicht- oder Falschbehandlung in kürzester Zeit zum Tod führen kann. Ursache ist eine Infektion mit Krankheitserregern, die häufig mit unspezifischen Symptomen wie Fieber oder veränderter Herzfrequenz beginnen kann. Klassisch wird eine Sepsis seit vielen Jahrzehnten mit Hilfe einer Blutkultur nachgewiesen, eine etablierte Methode, die jedoch bis zu mehreren Tagen in Anspruch nehmen kann. Um Betroffenen effektiver mit gezielten Therapien helfen zu können, sind dringend Verfahren zur Aufklärung über die Art des Erregers gefordert. Hier wollen wir verschiedene Methoden zur schnellen Sepsisdiagnostik vorstellen, die sich bereits am Markt oder in der Entwicklung befinden. Der Fokus liegt auf Produkte, die den direkten Nachweis der Erreger aus Vollblut ermöglichen. Die Blutvergiftung gilt als eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Allein in Deutschland sterben rund 60.000 Menschen an dieser Erkrankung, wobei die öffentliche Wahrnehmung dieser Entzündungsreaktion im Vergleich zu Herz-Kreislauf- oder Krebserkrankungen immer noch sehr gering ist [1]. Und das, obwohl die Überlebenswahrscheinlichkeit bei Betroffenen nach Angaben des Kompetenznetzes Sepsis bei lediglich 40–60 % liegt [2]. Eine der Ursachen für die hohe Sterblichkeitsrate liegt in der falschen Behandlung bedingt durch die späte Diagnose. Sepsistherapie im Blindflug Im Verdachtsfall einer Sepsis behandelt der Arzt Patienten entsprechend einer Leitlinie der Deut116 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 schen Sepsis-Gesellschaft [3], initial jedoch weitestgehend im Blindflug, da dem Arzt meist Informationen zum Krankheitserreger fehlen. Jeder einzelne Mikroorganismus, sei des Bakterium, Pilz oder Virus, erfordert eine auf ihn abgestimmte Behandlungsstrategie, um das Leben des Betroffenen zu retten. Im klassischen Fall der Diagnostik ermöglicht jedoch erst eine mikrobiologische Kultivierung definierte Aussagen über den Erreger (Abb.1). Obwohl ein diagnostisches Ergebnis erst nach 18 Stunden bis zu mehreren Tagen vorliegt, beginnt der Mediziner trotzdem sofort mit einer „empirischen“ Antibiotikatherapie. Ein breites Spektrum an Mikroorganismen soll abgetötet und der Infektionsherd (falls überhaupt bekannt) beseitigt werden. Verschiedene Methoden, wie die Bestimmung des Gehalts des Biomarkers Procalcitonin (PCT) [4] im Serum, unterstützen hier, da sie als Hilfsmittel zur Feststellung einer Sepsis und zur Kontrolle der Antibiotikagabe dienen können. Ebenso kann so die Wirkung einer Antibiotikagabe kontrolliert werden. Aussagen über die Art des Erregers und eventuell vorliegende Antibiotika-Resistenzen gibt es jedoch beim Einleiten der Therapie nicht. An dieser Stelle setzen Produkte verschiedener Diagnostikunternehmen sowie erfolgversprechende Neuentwicklungen an (siehe Auswahl in Tab. 1). Mit dem Ziel, eine schnellere und maßgeschneiderte Therapie zu ermöglichen, sollen so Mediziner in der Wahl ihrer Mittel unterstützt werden. Die Tabelle fokussiert auf bereits CE-zertifizierte, kommerziell erhältliche molekularbiologische Tests zur Sepsisdiagnostik ergänzt durch Matrix Assisted Laser Desorption Ionization – Time Of Flight Massenspektrometrie (MALDITOF)-Verfahren. Der Schnelltest Septifast von Roche ist in der Lage, 25 Organismen (Bakterien und Pilze) parallel über eine Realtime-Polymerase Kettenreaktion (PCR) nachzuweisen. Dieser Test kann rund 90% der sepsisrelevanten Pathogene charakterisieren. Der Anwender benötigt 1,5 ml Vollblut, wobei initial eine Isolation der gesamten DNA mit Hilfe keramischer Beads durchgeführt wird. Nach einer manuellen Aufreinigung über säulenchromatrographische Verfahren erfolgt die Überführung der isolierten DNA in das hauseigene Realtime-PCRGerät. Optimal erfolgt die Analyse in weniger als 6 Stunden, wobei der reale Zeitbedarf wesentlich auch von der Integration in den organisatorischen Bioanalytik Klinikablauf abhängen kann. In den letzten Jahren sind viele Studien durchgeführt worden, die Stärken und Schwächen des Tests beschreiben. Das Detektionslimit ist im Vergleich zur Blutkultur, die theoretisch einen einzigen kultivierbaren pathogenen Keim pro Milliliter Blut nachweisen kann, etwas höher. Außerdem werden auch bereits antibiotisch abgetötete Keime über die PCR nachgewiesen, die mittels Blutkultur kein Ergebnis geben würden [9]. Abreicherung humaner Nukleinsäure Abb. 1: Petrischale mit Bakterienkulturen (Escherichia sp.): Bakterien dieses Typs sind weit verbreitete Pathogene. © Claudia Disqué und eukaryotischer Nukleinsäuren ausnutzt. Ein rund 20-facher Überschuss an Cytosin-Guanosin-Dinukleotiden (CpG-Motive) in prokaryotischer Nukleinsäure, die nicht-methyliert vorliegen, dient als Unterscheidungsmerkmal. Das Unternehmen verwendet eine affinitäts- chromatographische Aufreinigung in seinem Produkt VYOO. Hierbei bindet ein funktionelles Protein gezielt die pathogenen CpG-Motive. Eine bis zu 90 %ige Abreicherung von eukarotischer Nukleinsäure verbessert das analytische Ergebnis deutlich. © javier brosch/Fotolia.com Größere Mengen an Patientenblut könnten helfen, die Sensitivität der diagnostischen Tests zu verbessern. Doch was tun mit dem großen Überschuss an humaner DNA, die parallel zur Pathogen-DNA aufgereinigt wird? Um die Störeinflüsse humaner Nukleinsäure zu verringern, haben Unternehmen clevere Lösungen erarbeitet. Molzym reduziert die humane DNA mit ihrem Produkt SepsiTest (Abb.2) durch eine sequentielle Lyse [8]. Vor der eigentlichen Freisetzung der Nukleinsäure der Erreger werden Blutzellen lysiert und die humane DNA enzymatisch abgebaut. Nach Anreicherung der intakten Bakterien oder Pilze erfolgt ein gezieltes Aufbrechen dieser Zellen. Die spezifischen 16S rDNA-Abschnitte der Keime können so weitestgehend ohne Störeinfluss humaner DNA vervielfältigt werden. Eine ähnliche Lösung bietet die Jenaer Firma SIRS-Lab, die das unterschiedliche Methylierungsmuster pro- ournal -j y r o t a r o b a www.l .com www.gitverlag.com EnterTheWorld_Hundi_GLJ_185x128.indd 1 16.01.2012 2/2012 11:26:08•Uhr GIT Labor-Fachzeitschrift 117 Bioanalytik Abb. 2: PCR-test für die Detektion von Sepsis verursachenden (Molzym, SepsiTest) © Claudia Disqué Massenspektrometrische Verfahren Unternehmen wie Bruker Daltonik (SepsiTyper) [12, 13] oder Abbott (Ibis Bioscience) [11] setzen auf MALDI-TOF als eine mögliche Applikation zur Sepsisdiagnostik. In klinischer Erprobung befinden sich Ansätze, die aus positiven Blutkulturen heraus eine schnelle Charakterisierung der pathogenen Organismen ermöglichen. Auch eine Kopplung einer (broad-range)-PCR mit MS-Technologien liefert vielversprechende Ergebnisse, die in Zukunft einiges erwarten lassen. Aktuelle Projekte aus Forschung und Entwicklung Zwei spannende und innovative Forschungsansätze seien beschrieben, um die Produkt- und ermittelt eventuell vorliegende Antibiotikaresistenzen. pipeline zur Sepsisdiagnositk abzubilden. FastDiagnosis [14] ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Projekt klinischer Gruppen aus Jena und Dresden sowie der Firmen Qiagen, rap.ID und RBiopharm. Ziel des Konsortiums ist ein diagnostischer Ansatz aus drei aufeinander aufbauenden Schritten. Nur einige Minuten dauert die initiale Multiplex-Charakterisierung von Entzündungsmarkern auf Basis eines lateral flow Teststreifens. Das Ergebnis, der sog. Sepsis-Score, spiegelt die Wahrscheinlichkeit einer Sepsiserkrankung wider. Im zweiten Schritt werden die Erreger mittels Mikro-Raman-Spektroskopie [15] identifiziert. Falls notwendig erfolgt der dritte und abschließende Schritt des Projekts, eine ca. 2-stündige isothermale Amplifikation bestätigt die Erreger Integriertes Labor im Hosentaschenformat Beim MinoLab-System muss der Mediziner lediglich die zu untersuchende Probe in ein kleines Gerät stecken. Entwickelt wird das hochintegrierte „Lab-on-a-chip“-Produkt derzeit im gleichnamigen BMBF-geförderten Projekt [16] vom Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI (Leipzig) in deutsch-österreichischer Kooperation mit dem Austrian Institute of Technology, Fraunhofer IZM, Magna Diagnostics, Siemens, Intel und microfluidic ChipShop. Das Verfahren nutzt magnetische Partikel, die über spezifische Fängermoleküle an pathogenen Zellen in einer Blutprobe bin- Anbieter Assay Detektion Nachweisbare Pathogene Nachweisgrenze [cfu/mL] Zeitbedarf [h] Literatur Roche Molecular Diagnostics, Branchburg, USA SeptiFast: Multiplex Realtime PCR Fluoreszenz 25 davon Pilze: Candida und Aspergillus 30-100 6 6,7 Molzym, Bremen SepsiTest: Selektive Lyse mit anschließender PCR Sequenzierung > 345 20 4-12 8 SIRS-Lab, Jena Vyoo: Multiplex-PCR Gelelektrophorese 40 Pathogene (davon 6 Pilze) Resistenzen 3-10 1000 8 9,10 Abbott/Ibis PLEX-ID BAC Spectrum: PCR-Analyse MALDI-TOF > 300 6-8 5,11 Bruker Daltonik, Bremen SepsiTyper: Probennahme aus positiver Blutkultur MALDI-TOF 0,5 (außer Kultur) 12,13 Tab. 1: Übersicht über kommerziell erhältliche Sepsisdiagnoselösungen (Auswahl). 118 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Bioanalytik Studien zeigten [17], dass die Kombination von herkömmlichen mit neuen, sensitiven Methoden durchaus in der Lage sein können, den Behandlungserfolg und damit die Überlebenswahrscheinlichkeit der betroffenen Personen deutlich zu verbessern. Ein Ergebnis, dass höhere Kosten mehr als kompensieren sollte. Literatur [1]Reinhard K. und Brunkhorst FM. Med. Welt. 58, 3–32 (2007) [2]http://www.kompetenznetz-sepsis.de/ [3]Reinhart K. et al.: Anaesthesist. 59(4):347–70 (2010) [4]Reinhart K. und Meisner M. Crit Care Clin. 27(2):253–63 (2011) [5]Ecker DJ. et al.: Expert Rev Mol Diagn. 10(4): 399–415 (2010) [6] Yanagihara K. et al.: Crit Care. 14(4): R159 (2010) [7]Dierkes C. et al.: BMC Infect Dis. 11;9: 126 (2009) [8]Mühl H. et al.: Diagn Microbiol Infect Dis. 66(1):41–9 (2010) [9] Mancini N. et al.: Clin Microbiol Rev. 23(1): 235–51 (2010) [10] Hansen WL. Bruggeman CA, Wolffs PF. J Clin Microbiol.; 47(8):2629–31 (2009) Abb. 3: MinoLab-System, Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI Weitere Literatur ist beim Autoren erhältlich. den und das Lab-on-a-chip-System vollautomatisch per Magnetkraft durchlaufen. Diese Fängermoleküle sind für die Funktionalität des Systems von entscheidender Bedeutung. Antikörper oder auch kurze Peptidsequenzen werden eingesetzt, um die geringe Menge pathogener Keime zu isolieren. Über einen Magneten werden die Partikel samt Krankheitserreger auf eine Kunststoffkarte überführt und durch verschiedene miniaturisierte Reaktionskammern bewegt (Abb.3). Dort erfolgt neben der Lyse der Erregerzellen eine PCR an der Oberfläche speziell präparierter Nanopartikel. Auf der Oberfläche dieser Magnetbeads befinden sich immobilisierte Primer, DNASequenzen, die jeweils charakteristisch für eine Pathogensequenz sind. Auf einem magnetoresistiven Biochip werden die Produkte der an die Magnetobeads gebundenen PCR über Hybridisierungs- sonden gezielt detektiert. So soll der Mediziner nach 1–2 Stunden diagnostische Aussagen über Krankheitserreger sowie Antibiotikaresistenzen erhalten. Von der magnetischen Isolation der Pathogene, dem Transport auf dem Lab-on-chip-System über die Bead-gebundene PCR bis zum Einsatz als Label zur Detektion wird bei diesem Verfahren die Vielseitigkeit der magnetischen Nanopartikel ausgenutzt. Sämtliche Reaktionen, von der Probenaufbereitung über die Zielmolekülisolation bis zum Nachweis, können dabei berührungsfrei und vollautomatisch erfolgen. Bis dieses Gerät zur klinischen Erprobung zur Verfügung stehen wird, werden allerdings noch einige Jahre vergehen. Zusammenfassend bieten die bereits erhältlichen Produkte und vielversprechenden Entwicklungen eine sinnvolle Ergänzung zu den etablierten Blutkulturen und Biomarker-Tests. Erste ▶ ▶K ontakt Dr. Dirk Kuhlmeier AG Nanotechnologie Fraunhofer Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI, Leipzig Tel.: 0341/35536-9312 Fax: 0341/35536-89312 [email protected] Chemikalienfreie Wasserbestimmung easy H2O ® Selektive Wasserbestimmung Stand_JUL2011 Einfaches Handling Labortechnik [email protected] www.berghof.com Tel.: +49 7121 894-202 Ohne toxische Chemikalien Wir stellen aus: Halle A1, Stand 417 Genomics Multiparameterdiagnostik in der Praxis Die Multiplex-PCR in der Medizin Heute ist die Multiparameterdiagnostik aus der Klinik nicht mehr wegzudenken und bildet ein intelligentes und aussagekräftiges Tool für die frühzeitige und rasche Abklärung verschiedenster medizinischer Fragestellungen. Sie fasst diverse Einzelanalysen in ein einziges, leicht handhabbares Panel mit mehreren Parametern zusammen und ermöglicht aus nur wenig Probenmaterial, effizient, mehrere Faktoren gleichzeitig zu bestimmen. Dies führt zur Reduktion einzelner, zeitaufwendiger Arbeitsschritte und somit auch zur Verringerung potentieller Fehlerquellen. Speziell bei komplexen Krankheitsbildern vermittelt der Multiparameteransatz eine rasche und präzise Diagnostik, die umgehend zur Einleitung gezielter Therapiemaßnahmen herangezogen werden kann. Die Multiplex-PCR-Amplifikation Bestimmung therapeutischer Effekte Die Multiparameterdiagnostik basiert auf der Analyse von Biomarkern, die entweder durch Krankheit bedingt verändert vorliegen oder als genomisch verankerte Unterscheidungsmerkmale zur Genotypisierung von Patienten herangezogen werden können. Die Multiplex-PCR bildet hier eine grundlegende Technologie, durch die die Detektion mehrerer molekularer Marker in einem Analyseansatz erfolgen kann. Die Typisierung von Biomarkern dient der Bestimmung von Krankheit und Krankheitsstadien, wird zur Verlaufsprognostik eingesetzt oder zur Analyse des Therapieerfolges genutzt. Als molekulare Marker dienen dabei alle DNA-Varianten, die sich durch ihre individualdiagnostische Unterscheindungskraft auszeichnen, wie z.B. natürlich vorkommende Wiederholungssequenzen („Short Tandem Repeats“, STR´s). Ebenso können pathologische Genveränderungen geeignete DNA-Marker bilden. Die STR basierte Multiplex-PCR-Analyse ist seit den 90er Jahren in der Forensik oder bei Abstammungsgutachten als sogenannter „Genetischer Fingerabdruck“ bekannt und gewinnt als Methodik in den letzten Jahren auch zunehmend in der medizinischen Diagnostik an Bedeutung [1, 2]. STR´s sind DNA-Bereiche, die sich bis 100 mal tandemartig wiederholen können und eine Länge von 100–500 Basenpaaren umfassen. Diese Sequenzmotive bestehen meist aus 2 bis 5 Nukleotiden, die als Di-, Tri-, Tetra-, oder Pentanukleotidrepeats über das gesamte menschliche Genom verteilt vorliegen. Fast alle STR´s sind hochpolymorph und eignen sich aus diesem Grund besonders gut für die individuelle Unterscheidung von DNA-Proben [3, 4] (Abb.1). Durch diese Eigenschaft entwickelt sich die STR basierte Multiplex-PCR auch im medizini- 120 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 schen Bereich zu einer wichtigen Analytik. So kann zum Beispiel nach Stammzell- bzw. Knochenmarktransplantation die Wirksamkeit dieser therapeutischen Maßnahmen beurteilt werden [5]. Für die prognostische Einschätzung wird nach Transplantation die Analyse des hämatopoetischen Chimärismus vorgenommen. Hierbei werden die relativen Stammzellenanteile des Spenders und Empfängers mit Hilfe von Multiplex-STR-Assays bestimmt. Mit der quantitativen Bestimmung der Spender-DNA in der Patientenprobe kann eindeutig das Anwachsen oder die Abstoßung des Transplantats überwacht werden. Die Multiplex-PCR Analyse erreicht dabei eine Sensitivität von bis zu 1 % verbleibender Rezipientenzellen. Eine Verbesserung der Sensitivität kann durch eine der PCR vorangehende Anreicherung relevanter Zellpopulationen (z. B. CD34+) geschehen [6]. Differential-Diagnostik Die Multiplex-PCR wird zunehmend auch zur Differentialdiagnostik und Subtypenklassifizierung von Krankheiten eingesetzt. So wird dieses Verfahren unter anderem auch zur Differenzierung der unterschiedlichen Leukämieformen genutzt. Bei der Entstehung der Leukämie kommt es in einzelnen hämatopoetischen Vorläuferzellen zu genetischen Veränderungen, die für die maligne Transformation verantwortlich sind. Dabei spielen chromosomale Translokationen, die zu pathologischen Fusionsgentranskripten führen, eine große Rolle [7, 8]. Ausgehend von der cDNA eines Patienten können parallel in einer einzigen Multiparameterdiagnostik viele verschiedene Fusionstrans kriptvarianten und -gene nachgewiesen werden. Genomics Abb. 1: Elektropherogramm der Allelleiter eines STR basierte Multiplex-PCR-Assays, die aus 12 verschiedenen STR-Loci bestimmt wurde. Da bestimmte Translokationen einen für den Krankheitsverlauf günstigen oder ungünstigen prognostischen Wert besitzen, kann mit deren Identifizierung eine rasche Risikostratifizierung der Patienten erfolgen. Zusätzlich kann durch die Genotypisierung eine Subtypenklassifizierung der Leukämie erfolgen, die eine risikoadaptierte Therapie ermöglicht. Die Multiparameter-PCR bildet so eine schnelle, einfach durchzuführende und standardisierbare Alternative zu den derzeit häufig durchgeführten zytogenetischen Verfahren und repräsentiert ein initiales ScreeningTool für eine präzise und robuste Diagnostik (Abb. 2). Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Multiplex-PCR findet sich im Bereich der Dermatologie. Die Befundung oberflächlich vorkommender Mykosen wird herkömmlich über die mikroskopische Begutachtung des Nativpräparats, einer anschließenden Kultivierung der darauf befindlichen Pathogene und deren mikroskopischer Identifizierung durchgeführt. Für diese Arbeitsschritte werden meist mehrere Wochen benötigt, ohne dass eine gezielte Therapie begonnen werden kann. Trotz fundierter phylogenetischer Kenntnisse ist die eindeutige Bestimmung des Erregers und damit die Differentialdiagnostik nicht immer mög- lich. Desweiteren kann durch Dominanz einer Spezies oder durch Kontamination das Artenspektrum der kultivierten Pathogene verfälscht werden. Die molekulare Multiparameterdiagnostik kann bei dieser Fragestellung, im Gegensatz zur klassischen Analytik, innerhalb eines Tages solide Resultate bereits aus geringsten Probenmengen liefern. Dabei verläuft der Erregernachweis über speziesspezifische DNA-Sequenzmotive, die eine eindeutige Differenzierung der Pathogene erlaubt (Abb. 3). Besonders der Zeitgewinn bei der Einleitung der pathogenspezifischen Therapie bestimmt die Attraktivität dieses Assays. Auch wird durch diese Methodik einer Antimykotikaresistenz vorgebeugt, die durch unspezifischen und unnötigen Einsatz von Medikamenten hervorgerufen werden kann. So ist anzunehmen, dass die molekulare Diagnostik auch zukünftig in der Dermatologie an Akzeptanz gewinnen wird. Entwicklung von Multiplex-Assays und Auswahl der Biomarker Der prädikative Wert der Multiparameterdiagnostik setzt sich aus Sensitivität und Spezifität des Markerpanels sowie im Besonderen auch der Robustheit des Assays und der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zusammen. Um dies gewährleisten zu können, ist eine sorgfältige Aus- wahl der enthaltenen Biomarker unabdingbar. Die Vorstellung, dass Schwächen einzelner Marker durch DatenManagement Labor - Handel - Produktion HM-LIMS Laborverwaltungssystem HM-QDS Qualitätsdatensystem HM-RDM Rohdatenmanagement HM-OMS Auftragsmanagement HM-CRM ...damit Sie mit Ihren Labordaten nicht baden gehen! Kundenmanagement Labordatentransfer I-Monitoring Alle Anwendungen im Inhouse- oder Hosting-Betrieb HM-Software Rampenweg 1b D-29352 Adelheidsdorf Tel.: +49(0)5085-9894-0 www.hm-software.de www.hm-software.de GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 121 Genomics Abb. 2: Elektropherogramm eines Multiparameterassays zur Detektion von 31 möglichen Transkriptvarianten bei akuter myeloischer Leukämie. zahlreiche andere Marker im Panel ausgeglichen werden könnten, ist genauso wenig tragfähig, wie Redundanzen von Biomarkern untereinander zu einer Verbesserung der Risikoprädiktion führen. In vielen Fällen wird der Gewinn an Sensitivität durch einen Verlust an Spezifität aufgehoben [9]. Daher sind für die Entwicklung von Multiplex-PCR-Assays nicht nur umfangreiches Know-How und langjährige Erfahrungswerte gefordert, sondern auch die sorgfältige Validierung an der für den Test relevanten Patientengruppe bzw. Population. Ein gutes Beispiel ist das Testsystem für die Chimärismusdiagnostik. Da hier im Vergleich zur Forensik kein datenbankgeführter genomischer Abgleich der Patienten erfolgt, können Spender und Empfänger nur auf Grund der detektierten, individuell vorkommenden STR-Loci unterschieden werden. Eine für diese Anwendung herangezogene Multiparameteranalyse muss daher Biomarker enthalten, die eine hohe Ausbeute an sog. informativen Loci ermöglicht. Hierfür wären u.a. deren Heterozygotierate sowie eine ausgewogene Allelverteilung ablesbare Auswahlkriterien [5]. So ist leicht ersichtlich, dass die Zusammensetzung der Markerpanels je nach Anwendungsbereich unterschiedlichen Spezifikationen folgen muss, um die jeweils besonderen Anforderungen optimal beantworten zu können. Hierfür ist die enge Kooperation mit dem klinischen Partner eine Grundvoraussetzung. Bei allen zuvor angeführten Beispielen und den dort herausgestellten Vorteilen der Multiparameterdiagnostik darf das Kosten/NutzenVerhältnis jeder einzelnen Anwendung nicht außer Acht gelassen werden. So sollten insbesondere bei geringem Probenaufkommen, beim Facharzt oder im Labor, die teilweise nötigen Investitionen in Equipment und Ausbil122 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Abb. 3: Gelelektrophorese zum spezifischen Nachweis von Dermatophyten, Pilzen und Hefen. dung bedacht werden. Auf der anderen Seite spart die spezifische Diagnostik von mehreren Parametern in einem Reaktionsansatz Ressourcen, die anderweitig sinnvoll eingesetzt werden können. Zukünftig werden die neuen molekularen Methoden in Verbindung mit dem rasch wachsenden Know-How vielfältige Möglichkeiten in der Multiparameterdiagnostik eröffnen. Dabei sollte das Bestreben bei der Entwicklung von Diagnostika immer darin liegen, möglichst krankheitsspezifische, aber kosteneffiziente Testsysteme für einfach zu bedienende, robuste Detektionssysteme zu etablieren, die einen unmittelbaren Kundennutzen, wie Therapierelevanz, beinhalten. Literatur [1] Koehl U. et al.: Leukemia, 17(1), 232–6 (2003) [2] Butler JM.: Biotechniques, 3(4) (2007) [3] Alford R. L. et al.: Am J Hum Genet. 55(1), 190–195 (1994) [4]Bright J.-A.: Wiley Encyclopedia of Forensic Science, DOI: 10.1002/9780470061589.fsa118 (2009) [5] Thiede C. et al.: Leukemia, 18, 248–254 (2004) [6]Bornhäuser M. et al.: Haematologica, 94, 1613– 1617 (2009) [7] Rubnitz J. E. et al.: Acute Myeloid Leukemia, Pediatric Oncology, 55(1), 21–51 (2008) [8] Haferlach T. et al.: Crit. Rev. Oncol. Hematol., 56(2), 223–34 (2005) [9] Lackner K. J.: Multiparameteranalytik in Forschung und Praxis; Kapitel 1; ISBN978-3-89967-703-4; Papst Science Publisher (2011) ▶ ▶K ontakt Dr. Sophia Mersmann Biotype Diagnostic GmbH Dresden Tel.: 0351/8838-432 [email protected] www.biotype.de Labormarkt Digital-Refraktometer „denkt mit“ beim Probenhandling Kleiner Sensor, große Leistung A und O für genaue und reproduzierbare Messungen mit einem Refraktometer sind ein sauberes Messprisma und eine gute Probenauftragung. „Smart Measure“, die neueste Erfindung von Rudolph Research Analytical, unterstützt Sie dabei. Smart Measure prüft automatisch, ob vor der Probenauftragung das Prisma völlig sauber ist, ob ausreichend Probe aufgetragen ist und ob die Ergebnisse von Kalibriermessungen plausibel sind, ob Bläschen auf dem Prisma die Messung stören, wie sie z. B. bei kohlensäurehaltigen Getränkeproben auftreten können. Das J457 nutzt das bewährte Prinzip der beidseitigen elektronischen Temperierung. Dabei umschließt der Deckel die Probe berührungslos. Das Prisma sitzt fugenlos in der flachen Probenmulde, was die rückstandslose Entfernung von Proben erleichtert. Der weite Messbereich von 1,26 bis 1,72 schließt auch Substanzen mit extrem niedrigem Brechungsindex wie Sevofluran ein. Die Messtemperatur können Sie zwischen 10 °C und mindestens 100 °C einstellen. Sie tragen die Probe auf, drücken die Start-Taste und los geht‘s: Das J457 prüft die Probenauftragung und die Temperatur, mißt mit einer Präzision von ±0.00002 den Brechungsindex und zeigt das Ergebnis in der von Ihnen gewählten Skala an. Das Messprotokoll können Sie an handelsübliche Bürodrucker oder Computer senden. Standards wie USP, Phar. Eu., 21 CFR Part 11, GLP/GMP, ASTM ... sind selbstverständlich. Eine Kalibrierflüssigkeit mit Zertifikat ist im Zubehör enthalten. Mit den neuen kompakten Sonocheck ABD07-Sensoren zur berührungslosen Luftblasendetektion bedient der Hallenser Ultraschallspezialist Sonotec den Trend zur Miniaturisierung. Speziell, wenn Mobilität gefragt ist, spielt die Größe eine entscheidende Rolle. Die Clamp-On-Sensoren sind mit einer Breite von 25,2 Millimetern, einer Höhe von 17,8 mm und einer Tiefe von 12,7 mm nur halb so groß wie herkömmliche Luftblasendetektoren. Bei der Leistung gibt es dagegen keinen Unterschied. Die Empfindlichkeit der Sensoren ist applikationsspezifisch definierbar. Der Anwender kann vorgeben, ab welcher Luft- bzw. Gasblasengröße sie reagieren sollen. Sonotec entwickelt die Sensoren nicht nur, sondern fertigt sie auch am Unternehmenssitz in Halle/Saale und kann flexibel auf die Wünsche der Kunden eingehen. TEC++ Dr. Volker Schmidt GmbH Tel.: 06154/623050, [email protected], www.tecplusplus.de Relaunch Sonotec Ultraschallsensorik Halle GmbH Tel 0345/13317-0, [email protected], www.sonotec.de Fettbestimmung bei Kleintieren Zinsser Analytic bietet den mobilen MicroCT Scanner LaTheta LCT-200 von HitachiAloka an. Das Gerät ist für Kleintiere bis 1,5 kg konzipiert und ist ein erprobtes Werkzeug für die biomedizinische Forschung. Der neue Standard umfasst die bewährten Werkzeuge zur automatischen in vivo Quantifizierung von Subkutan- und Viszeralfett. Der Fettanteil der Leber und das bisher in vivo nicht erfassbare Braunfett (BAT) können ebenso bestimmt werden. Auch klare Aufnahmen von Herz und Lunge sind möglich. Eine gute Darstellung ist selbst in Gegenwart von Implantaten oder Stents gewährleistet. Während der CT-Aufnahme werden die Bildschnitte in Echtzeit am Bildschirm angezeigt. Das Gerät benötigt lediglich eine Standfläche von etwa einem Quadratmeter. Zinsser Analytic GmbH, Frankfurt Tel.: 06978/91060, [email protected], www.zinsser-analytic.com Sterile Filterspitzen Fritsch hat seine Homepage neu gestaltet. Neben regelmäßigen Aktualisierungen und Optimierungen wurde parallel am Relaunch gearbeitet. So wurde z.B. die Benutzerfreundlichkeit verbessert: die Navigation auf der Einstiegsseite hilft den Besuchern und Neukunden rasch an die gewünschten Informationen zu gelangen oder gezielt Kontakt aufzunehmen. Neue Themen-Bereiche mit wichtigen Informationen für Kunden sind auch neu entstanden – dazu zählt eine Enzyklopädie mit Infos rund um das Thema Partikelgrößenmessung. Auch zahlreiche Artikel zu spezifischen Themen der Mechanochemie stehen dem Besucher nun - wenn gewünscht auch zum Downloaden - zur Verfügung. Mit Rücksicht auf den internationalen Markt hat der Hersteller zwei weitere Länderversionen, nämlich für Spanien und Italien, eingeführt. GeräteAnimationen gewähren einen schnellen Produktüberblick, zeigen die wichtigsten Geräte-Infos und leiten den Besucher mit einem Klick zum passenden Laborgerät. Die neuen sterilen labsolute Filterspitzen mit Aerosolbarriere halten Aerosole und Biomoleküle zuverlässig zurück und schützen damit sowohl Ihre Proben als auch Ihre Pipetten vor Kontaminationen. Die Spitzen sind für PCR- und Zellkulturproben geeignet, da sie frei von RNasen, DNasen, humaner DNA, PCR-Inhibitoren und Pyrogenen sind. Die Verwendung von ausschließlich frischem, nicht wiederaufbereitetem Kunststoffgranulat garantiert nicht nur höchste Reinheit sondern gute Passform und geringe Aufsteck- und Abwurfkräfte bei allen gängigen Pipettenfabrikaten wie Gilson, Brand, Biohit, Thermo Finn, Eppendorf, Socorex, Oxford etc. Die transparenten Filterspitzen sind in fünf verschiedenen Größen von 0,1 μl bis 1250 μl erhältlich und werden in praktischen, stabilen und standfesten Boxen geliefert. Bis zum 31.3.2012 sind die neuen Filterspitzen mit 25 % Einführungsrabatt erhältlich. Fritsch GmbH Tel.: 06784/70146, [email protected], www.fritsch.de Th. Geyer GmbH & Co. KG Tel.: 0800/4393784, www.thgeyer.de 124 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Labormarkt Toc/TNb-Bestimmung Analytik Jena stellt seine Analysatoren der Multi N/C-Serie vor. In vielerlei Anwendungsbereichen auch jenseits der Trink- und Abwasseranalytik ist eine schnelle und zuverlässige TOC/TNb-Bestimmung erforderlich. Insbesondere Proben mit extremer Matrix, wie z.B. Meerwasser, Solen, konzentrierte Säuren und Laugen stellen dabei hohe Anforderungen an Toc-Geräte, die nach dem Prinzip der katalytischen Hochtemperaturverbrennung arbeiten. Es ist jedoch möglich, die mit der Matrix dieser Proben einhergehenden Wartungszyklen am Toc-Analysator durch optimierte Gestaltung der Verbrennungsführung sowie der Verbrennungsrohrfüllung bei gleichbleibend stabilen Analysenergebnissen bedeutend zu verlängern. Sowohl durch die in weiten Bereichen frei wählbare Verbrennungstemperatur als auch durch die robuste und gleichzeitig empfindliche Auslegung des Focus Radiation NDIR-Detektors der vorgestellten Serie sind nun Applikationslösungen mit minimiertem Geräteverschleiß und deutlich erhöhten Standzeiten verfügbar. Pipetten-Dichtheitsprüfung Brand stellt seine PLT Unit vor, ein Pipetten-Dichtheitsprüfgerät. Luftpolsterpipetten müssen im Rahmen der Prüfmittelüberwachung gemäß ISO 8655 in regelmäßigen Abständen kalibriert werden. Kalibrierzertifikate geben jedoch nur die Ergebnisse zum Prüfzeitpunkt wieder. Kritisch sind die Zeiträume zwischen diesen Kalibrierungen, da Undichtigkeiten zu jedem Zeitpunkt auftreten können. Weit über 80% der zur Reparatur eingesandten Pipetten sind undicht und liegen außerhalb der Volumentoleranz, obwohl sie nicht tropfen. Die tägliche Kontrolle der Pipette mit dem Prüfgerät sichert diese Phasen ab. Kleinste Undichtigkeiten werden erfasst. Diese entstehen durch Beschädigungen an der Dichtung, Kolben oder Spitzenaufnahmekonus. Grenzwerte für handelsübliche Einkanal- und Mehrkanal-Pipetten sind im Volumenbereich 1 µl bis 10 ml bereits hinterlegt. Das Ergebnis der Prüfung – mit oder ohne Spitze, dynamisch oder statisch – erhält man nach wenigen Sekunden. Brand GmbH & Co. KG Tel.: 09342/808-0, [email protected], www.brand.de Analytik Jena AG, Jena Tel.: 03641/7770, [email protected], www.analytik-jena.de Klimakammern Neuer Detektor Metrohm erweitert sein Portfolio für die Ionenchromatographie mit einem amperometrischen Detektor. Als Alternative zum Leitfähigkeits- und UV/VIS-Detektor wird er eingesetzt, wenn elektroaktive Substanzen bestimmt werden sollen. Der neue Detektor zeichnet sich durch hohe Selektivität und Messempfindlichkeit aus. Dadurch können Konzentrationen bis in den ng/l-Bereich sicher bestimmt werden. Der Detektor zeichnet sich durch seine optimierten, anwenderfreundlichen und wartungsarmen Messzellen aus. Dank ihrer Drei-Elektroden-Konfiguration in Wall-Jet- oder Thin-Layer-Geometrie überzeugen sie durch niedriges Rauschen und eine ausgezeichnete Signalstärke. Für eine große Breite von Applikationen stehen dem Anwender eine Vielzahl von 2- und 3-mm-Arbeitselektroden in den üblichen Materialien Gold, Silber, Platin und Glassy Carbon zur Verfügung. Die wartungsfreien Hilfs- und Referenzelektroden ergänzen das Detektionssystem. Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG Tel.: Tel 0711/77088-0, [email protected], www.metrohm.de e mehr aktuelluf … a Produkte git-labor.de Die Klimakammern der Serie Kambic von CiK Solutions bieten hohe metrologische Performance und sind intuitiv und flexibel bedienbar. Typische Einsatzgebiete sind z.B. Langzeit-Stabilitätstests, Kalibrierlabors, Material Testlabors, Materialkonditionierung und Alterungstests. Der Kunde kann im Standardprogramm wählen zwischen zwölf Modellen in vier verschiedenen Kammergrößen mit jeweils drei verschiedenen Temperaturbereichen. Aber auch individuelle, kundenspezifische Lösungen sind möglich – bis hin zur begehbaren Klimakammer. CiK Solutions GmbH Tel.: 0721/62690850, www.cik-solutions.com Charakterisierung von Polymeren Mit der Rotor-Schnellmühle Pulverisette 14 stellt Fritsch eine Lösung zur Probenvorbereitung vor: Die Analyse von Polymeren wird mit Hilfe der Gel-Permeations-Chromatografie durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine Art der Flüssigchromatographie ähnlich der HPLC. Die Trennung findet hier aufgrund der Größe der Moleküle in der Lösung statt. Je nach Detektor werden Molmassenmittelwerte, Polydispersität und Viskosität der Polymerprobe ermittelt. Wichtig hierzu ist die geeignete Probenvorbereitung um die Polymere zu lösen. Degradation, d.h. die Zerstörung von Materialeigenschaften des Polymers muss dabei vermieden werden. Eine Lösung zur Probenvorbereitung stellt die vorgestellte Rotor-Schnellmühle dar. Damit lassen sich Endfeinheiten bis < 80 µm erreichen. Eine Versprödung des Polymers mit flüssigem Stickstoff oder das Vermahlen unter Zugabe von Trockeneis vermeidet die Degradation. Fritsch GmbH Tel.: 06784/70146, [email protected], www.fritsch.de GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 • 125 Labormarkt Schläuche aus Elastomeren 16k Zeilenkamera - 100 kHz - CoaXPress Reichelt Chemietechnik stellt in seinem neu aufgelegten Handbuch Thomafluid-I auf 120 Seiten ein breites Spektrum an Schläuchen für Aufgabenstellungen im Labor, Technikum und Betrieb vor. Hierzu gehören Schläuche für die Analysentechnik, Chemietechnik, Industrietechnik, Betriebstechnik, Medizintechnik, Pharmatechnik sowie für die Lebensmittelindustrie. Die Material-Palette bietet für jeden Anwendungsfall eine Lösung, wobei sämtliche Schläuche sowohl für Mikroanwendungen wie auch für Makroanwendungen zur Verfügung stehen. Im Einzelnen handelt es sich um folgende Materialtypen: FPM, MVQ, PVC, EVA, EPDM, EPDM/PP, PUR, IIR, NBR, CR sowie SBR. Eine Neuentwicklung ist die Schlauchtype Thomafluid EPDM/PP-Hochleistungs-Pumpen- und Chemieschlauch. Der Schlauch ist resistent gegenüber verdünnten Säuren und Laugen sowie polaren Lösungsmitteln. Die mechanische Belastbarkeit ist 30 Mal höher als von Silikon, so dass der Schlauch speziell in Rollenpumpen (Schlauchpumpen) zum Einsatz kommt. Die ELiiXA+ mit 16.384 Pixel je 5 µm Pixelgröße, wird mit 100 kHz ausgelesen und e2v erreicht eine so gute SensorPlanarität, dass eine scharfe Abbildung über die gesamte Länge von 82 mm sichergestellt ist. Der Multi-Line CMOS-Sensor garantiert einen Dynamikumfang von 73 dB.: Vor der A/D-Wandlung wird durch das Design der Photodiode ein hoher Charge-Conversion-Faktor erreicht. Die Verstärker sind direkt neben den aktiven Pixeln angeordnet, dies führt zu einer QE von 72 % bei 550 nm. Das CDS sorgt für homogene, rauscharme Bilder. Zudem verfügt die Kamera über manuelles/automatisches Tap-Balancing, FFC, Kontrastspreizung, analoges/digitales Binning, LUTs. Die ELiiXA+ gibt es mit CL Full Interface, 850 MB/s und 50 kHz. Die volle Geschwindigkeit wird mit CoaXPress, vier Links in der CXP-6-Konfiguration, erreicht: 16k-Auflösung, 100 kHz Zeilenrate und 16.4 Gbps Datenrate. Weitere Informationen zur ELiiXA+ Zeilenkamera finden sie unter www.rauscher.de/ Produkte/Kameras/e2v-Zeilenkameras-Monochrom/ELiiXA-Plus/ Reichelt Chemietechnik GmbH & Co. Tel.: 06221/3125-0, [email protected], www.rct-online.de Rauscher GmbH Tel.: 08142/44841-0, [email protected], www.rauscher.de Schutzhandschuhe Die Semadeni Gruppe erweitert sein Angebot an Schutzhandschuhen. Dazu zählen Dentalhandschuhe mit aufgerauter Handfläche für einen besseren Halt sowie sterile OPHandschuhe, beide aus Latex. Neu im Programm ist auch ein Chemikalien-Schutzhandschuh aus LatexNeoprene. Alternativ zu den LatexHandschuhen sind Handschuhe aus Nitril erhältlich, darunter die extra langen „Safe Long“ die sehr elastisch und damit reißfest sind. Ebenfalls sehr dehnbar und für den Einsatz im Lebensmittelbereich zugelassen ist der Handschuh „Softline“ aus Polyethylen (PE). Auch Schnitt-, Hitze- und Kälteschutzhandschuhe finden sich unter den Neuvorstellungen. Semadeni (Europe) AG Tel.: 0211/3003423, [email protected], www.semadeni.com Klappbares Taschenthermometer Das handliche Taschenthermometer ThermoJack der Dostmann electronic GmbH ein robustes, leicht transportables Thermometer für die regelmäßige Temperaturkontrolle an variablen Einsatzorten. Das ca. 10 cm lange Fühlerrohr mit Einstechspitze ermöglicht Kerntemperaturmessungen auch in harten und tiefgekühlten Lebensmittelproben. Das Gerät erfüllt die Anforderungen Norm EN 13485. Das große LCD-Display zeigt die Temperatur wahlweise in °C und °F mit einer Auflösung von 0,1 °C an. Der Messbereich reicht von –40 °C bis +250 °C. Die Genauigkeit beträgt ±0,5°C, die Ansprechzeit beträgt ca. 5 s. Das Gehäuse nach IP65 erlaubt die Reinigung des Gerätes mit fließendem Wasser. Die Versorgung mit einer 3,0V-Knopfzelle ermöglicht Dauerbetrieb bis zu 200 Stunden. Das Taschenthermometer besonders handlich und erlaubt den universellen Einsatz an häufig wechselnden Einsatzorten, denn es passt in jede Kitteltasche. Dostmann Electronic GmbH www.dostmann-electronic.de, [email protected] 126 • GIT Labor-Fachzeitschrift 2/2012 Thermostate Huber hat seine MPC-Thermostate durch technisch verbesserte Nachfolgemodelle ersetzt. Die Geräte haben ein neues Frontdesign erhalten und sind jetzt serienmäßig mit einer RS232-Schnittstelle ausgestattet. Dazu kommt eine verbesserte Temperaturanzeige, die jetzt eine durchgängige Auflösung von 0,1 °C über den gesamten Temperaturbereich bietet. Der zuvor als Advanced-Version erhältliche optionale Pt100-Fühleranschluss entfällt. Die Thermostate sind einfach zu bedienen und alle Kältemodelle arbeiten umweltschonend mit natürlichem Kältemittel. Sie eignen sich für viele Anwendungen wie z. B. Probentemperierung, Analytik, Materialprüfung oder für das externe Temperieren von Messgeräten und Versuchsaufbauten. Die Geräte erreichen eine Temperaturkonstanz von ±0,05 °C und sind ausgestattet mit einem Übertemperatur- und Unterniveauschutz der Klasse III/FL (DIN 12876) für den Einsatz mit brennbaren Flüssigkeiten. Die Umwälzpumpe erreicht Leistungen von 20 l/min; 0.2 bar (druckseitig) bzw. 17 l/min; 0,18 bar (saugseitig). Erhältlich sind Einhänge-, Umwälz- und Badthermostate für Temperierarbeiten bis +200 °C sowie Kältethermostate für Temperaturen bis -30 °C. Abgerundet wird das Angebot mit Zubehör wie z.B. Testglaseinsätze, variable Stellböden, Baddeckel, Fühler sowie Schläuche, Temperierflüssigkeiten und diverse Adapter. Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH Tel.: 0781/96030, [email protected], www.huber-online.com FIRMENVERZEICHNIS 2012 CASPAR & CO. LABORA GMBH Fluororganische Verbindungen Forschungschemikalien Kundensynthesen Silane und Silicone MARTIN CHRIST GMBH Gefriertrocknungsanlagen GOODFELLOW GMBH Keramiken Polymere Reinmetalle HELLMA GMBH & CO. KG Faseroptische Systeme Kalibrierstandards Küvetten KNF NEUBERGER GMBH Dosierpumpen Pumpen Vakuumpumpen KNICK ELEKTRONISCHE MESSGERÄTE GMBH & CO. KG Leitfähigkeitsmessgeräte pH-Messgeräte und Elektroden KRÜSS GMBH ANAMED ELEKTROPHORESE GMBH C + P MÖBELSYSTEME GMBH & CO. KG HERMLE LABORTECHNIK GMBH Kontaktwinkelmessgeräte Tensiometer Fertig-Gele Laboreinrichtungen Kühlzentrifugen Zentrifugen LEO KÜBLER GMBH Refraktometer ANTHOS MIKROSYSTEME GMBH Luminometer Photometer CS-CHROMATOGRAPHIE SERVICE GMBH AQUALYTIC® Chromatographie-Zubehör HETTICH-ZENTRIFUGEN DURATEC ANALYSENTECHNIK GMBH Brutschränke und Kühlbrutschränke Tiefkühlgeräte bis –86 °C Zentrifugen BSB-Messung Leitfähigkeitsmessgeräte pH-Meter Photometer Redox-Messung Sauerstoffmessgeräte Trübungsmesser Wasseranalysen Deuteriumlampen HIRSCHMANN LABORGERÄTE GMBH & CO. KG ES-TECHNOLOGIEN GMBH AVESTIN EUROPE GMBH Homogenisiergeräte Hochdruck-Homogenisatoren FRITSCH GMBH – MAHLEN U. MESSEN BENSE GMBH Korngrößenanalyse Mühlen Partikelgrößenbestimmung Probenteiler Siebmaschinen Laboreinrichtungen BFI OPTILAS GMBH Bildverarbeitung CDD-Kamerasysteme, gekühlt Comet-DNA Analyse Mikroskoptische, motorisiert CAMPRO SCIENTIFIC GMBH Automatisierte Probenvorbereitungssysteme Stabile und Radio-Isotope Umweltstandards GFL GES. FÜR LABORTECHNIK MBH Hybridisierungsinkubator Schüttelapparate Schüttelinkubatoren Schüttelwasserbäder Tiefkühltruhen und -schränke Wasserbäder Wasserdestillierapparate CARBOLITE GMBH Hochtemperaturöfen Laboröfen Rohröfen Trockenschränke GIT VERLAG GKS KLIMA-SERVICE GMBH & CO. KG Laborabzugsprüfungen Laborabzugsregelungen, Laborabzugsüberwachungen, Laborraum-Lüftungstechnik Sterile Werkbänke Deuteriumlampen FT-IR Spektrometerzubehör Hohlkathodenlampen Korngrößenanalyse Lichtquellen für Forschung und Entwicklung Spektrometerzubehör UV-FTIR Tensiometer Laboreinrichtungen PETER HUBER KÄLTEMASCHINENBAU GMBH Thermostate ILA INNOVATIVE LABORARMATUREN GMBH INFOLABEL AG Augenduschen Durchflussmess- und Regelgeräte HOHENLOHER SPEZIALMÖBELWERK Laborarmaturen Notduschen B-SAFETY GMBH BRONKHORST HIGH-TECH BV Liquid-Handling L.O.T. – ORIEL GMBH & CO. KG Filtertechnik LABORBAU SYSTEME HEMLING GMBH & CO. KG Laboreinrichtungen DIE LABORFABRIK GMBH Laboreinrichtungen LÖSER MESSTECHNIK Molekulargewichtsbestimmung Osmometer MERCK MILLIPORE GMBH Reinstwasser OKW GEHÄUSESYSTEME GMBH JULABO LABORTECHNIK GMBH ONLINE: www.GITBuyersGuide.de ABCR GMBH & CO. KG Abzüge Augenduschen Laboreinrichtungen Notduschen Gehäuse Thermostate KINEMATICA AG OLYMPUS DEUTSCHLAND GMBH Dispergiergeräte Emulgiergeräte Homogenisiergeräte Mischer Mühlen Rührwerke Schüttelgeräte Viskosimeter Mikroskopie ÖGUSSA EDELMETALLE Platingeräte PHOTOMED GMBH Fluoreszenzspektrometer Lichtquellen I FIRMENVERZEICHNIS 2012 PRAGMATIS GMBH TECAN DEUTSCHLAND GMBH Laborinformationssysteme Laborautomatisierung Photometer SHP STERILTECHNIK AG THERMO SCIENTIFIC Autoklaven Sterilisatoren Fluoreszenzspektrometer Abzüge, Um-, Abluft- SIGMA LABORZENTRIFUGEN RIEBESAM GMBH & CO. KG Laborzentrifugen Zentrifugen TINTSCHL BIOENERGIE UND STRÖMUNGSTECHNIK AG Laborabzugsprüfungen PSI GRÜNEWALD GMBH & CO. KG Reinigungs- und Desinfektions- Automaten SOLITON GMBH Monochromatoren Raman Spektroskopie Spektrographen ROHDE KG SYSTEC GMBH Hygienische Wandbeschichtung Autoklaven TKA WASSERAUFBEREITUNGSSYSTEME GMBH – Part of Thermo Fisher Scientific – Reinstwasser VÖTSCH INDUSTRIETECHNIK GMBH Laboröfen Sterilisatoren Vakuumtrockner WEIDNER LABORBAU GMBH Glove-Box (CNS/Acryl) Laboreinrichtungen WESTFALEN AG Laborgase ROLAND VETTER LABORBEDARF OHG Laborhilfsmittel SYSTEMCERAM GMBH & CO. KG Laborbecken Labortischplatten VWS DEUTSCHLAND GMBH / ELGA Reinstwasser SCHNEIDER ELEKTRONIK GMBH Laborabzugsregelungen, Laborabzugsüberwachungen, Laborraum-Lüftungstechnik Mit der Übernahme der Kontaktdaten in die Produktsuchmaschine PRO-4-PRO.com (durchschnittlich 62.000 User pro Monat) bieten wir ONLINE: www.GITBuyersGuide.de Ihnen den entscheidenden Ihre Crossmedia-Vorteile liegen auf der Hand: Crossmedia-Vorteil. ▪ Sie erreichen monatlich über 30.000 GIT Leser (zusätzlich ca. 3– 4 Mitleser) ▪ Ihr Firmeneintrag wird zusätzlich auf PRO-4-PRO.com als Basiseintrag registriert ▪ Die Einträge auf PRO-4-PRO.com erzielen ein überdurchschnittliches Ranking in Suchmaschinen ▪ Online-Suchmaschinenmarketing-Beratung inklusive ▪ Ihr Eintrag + unser Service = Ihr Erfolg II GIT VERLAG ABZÜGE CASPAR & CO. LABORA GmbH Rottstr. 19, 52068 Aachen T: 0241/9464930 Fax: 9464913 CCD-KAMERASYSTEME, GEKÜHLT BFI Optilas GmbH, Puchheim T: 089/8901350 Fax: 800256 CHROMATOGRAPHIE-ZUBEHÖR ABZÜGE, UM-, ABLUFT- 2012 FILTERTECHNIK Chemap-Filteranlagen und Spezialist für Funda-Filter-Technologie von Filter Spares Service by INFOLABEL AG www.filterspares.ch HOCHTEMPERATURÖFEN Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt T: 07251/962286 Fax: 962285 http://www.carbolite.com HOHLKATHODENLAMPEN STICHWORTVERZEICHNIS Weitere Produkte finden Sie unter www.pro-4-pro.com/lab FLUORESZENZSPEKTROMETER AUGENDUSCHEN B-SAFETY GmbH Grützmühlenweg 46, 22339 Hamburg, Tel: 040/5380921-0, Fax: 538092-84 CASPAR & CO. LABORA GmbH Rottstr. 19, 52068 Aachen T: 0241/9464930 Fax: 9464913 AUTOKLAVEN SHP-Steriltechnik AG Schloss Detzel 1 39345 Detzel Schloss/Satuelle T: 039058/9762-0 Fax: 9762-22 www.shp-steriltechnik.de Laboklav Sterilisator Systec GmbH Postfach 1101, 35435 Wettenberg T: 0641/982110 Fax: 9821121 AUTOMATISIERTE PROBENVORBEREITUNGSSYSTEME CAMPRO SCIENTIFIC GmbH Darser Str. 2a, D-14167 Berlin T: +49 (0)30/6290189-0 Fax: +49 (0)30/6290189-89 [email protected], www.campro.eu BILDVERARBEITUNG BFI Optilas GmbH, Puchheim T: 089/8901350 Fax: 800256 BRUTSCHRÄNKE UND KÜHLBRUTSCHRÄNKE CS-Chromatographie Service GmbH Am Parir 27, 52379 Langerwehe T: 02423/40493-0 Fax: -49 Online-Shop: www.cs-chromatographie.de Trennsäulen für CE, GC, HPLC und Zubehör COMET-DNA ANALYSE BFI Optilas GmbH, Puchheim T: 089/8901350 Fax: 800256 DEUTERIUMLAMPEN DURATEC Analysentechnik GmbH Rheinauer Str. 4, 68766 Hockenheim T: 06205/9450-0 FAX: 9450-33 http://www.duratec.de THERMO SCIENTIFIC Madison WI53711/USA Tel. 001-800-532-4742 [email protected] www.thermoscientific.com/elemental FLUORORGANISCHE VERBINDUNGEN L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG www.lot-oriel.com/de T: 06151/8806-0, [email protected] HOMOGENISIERGERÄTE ES-Technologien GmbH Tel. 07631/6323 Fax: 173992 www.es-technologien.de Kinematica AG T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460 ABCR GmbH & Co. KG Tel. 0721/95061-0 Fax: -80 [email protected], www.abcr.de HYBRIDISIERUNGSINKUBATOR FT-IR SPEKTROMETERZUBEHÖR L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG www.lot-oriel.com/de T: 06151/8806-0, [email protected] DISPENSERSYSTEME ThermoElectron GmbH AOX, TOC, TN- und TS-Analysatoren T: 06103/408-1262 Fax: 408-1640 KNF NEUBERGER GMBH Membranpumpen + Systeme Alter Weg 3, 79112 Freiburg T: 07664/5909-0 Fax: 2124 DURCHFLUSSMESS- UND REGELGERÄTE BRONKHORST HIGH-TECH BV [email protected] www.massflowcontroller.com EMULGIERGERÄTE Kinematica AG T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460 FASEROPTISCHE SYSTEME Hettich-Zentrifugen Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen T: 07461/7050 Fax: 705125 http://www.hettichlab.com [email protected] PhotoMed GmbH Inningerstr. 1 82229 Seefeld T: 08152/993090 Fax: 993098 Hellma GmbH & Co. KG PF 1163, 79371 Müllheim T: 07631/182-0 Fax 13545 [email protected] www.hellma-analytics.com FERTIG-GELE L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG www.lot-oriel.com/de T: 06151/8806-0, [email protected] FORSCHUNGSCHEMIKALIEN GFL Ges. für Labortechnik mbH Schulze-Delitzsch-Str. 4 30938 Burgwedel T: 05139/9958-0 Fax: 995821 www.GFL.de · [email protected] Spectro Analytical Instruments Boschstr. 10, 47533 Kleve T: 02821/892-0 Fax: 8922200 [email protected] ABCR GmbH & Co. KG Tel. 0721/95061-0 Fax: -80 [email protected], www.abcr.de HYGIENISCHE WANDBESCHICHTUNG GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN Martin Christ GmbH PF: 1713, D-37507 Osterode, T: 05522/50070, Fax: 500712 GEHÄUSE OKW Gehäusesysteme GmbH T: +49(0)6281/404-00 www.okw.com GLOVE-BOX (CNS/ACRYL) www.weidner-laboreinrichtungen.de HIGH-RESOLUTION MELT ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG T: 08382/98520 Fax: 985232 ROHDE KG D-91341 Röttenbach Tel.: 09195/923325 Fax : 923325-25 www.rohde-germany.com KALIBRIERSTANDARDS Hellma GmbH & Co. KG PF 1163, 79371 Müllheim T: 07631/182-0 Fax:07631/13546 [email protected] www.hellma-analytics.com KERAMIKEN BSB-MESSUNG HOCHDRUCK-HOMOGENISATOREN AQUALYTIC® Schleefstr. 12, 44287 Dortmund T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750 [email protected] www.aqualytic.de GIT VERLAG anamed Elektrophorese GmbH Ringstr. 4, 64401 Groß-Bieberau T: 06162/80984-0 Fax: 80984-20 www.anamed-gele.com Avestin Europe GmbH T: 0621/7245980 Fax: 5813 www.avestin.com Goodfellow GmbH, PF 1343 61213 Bad Nauheim T: 0800 1000 579 (freecall) F: 0800 1000 580 (freecall) III ONLINE: www.GITBuyersGuide.de PSI Grünewald GmbH & Co. KG 69514 Laudenbach, T:06201/71343 STICHWORTVERZEICHNIS Weitere Produkte finden Sie unter www.pro-4-pro.com/lab 2012 KONTAKTWINKELMESSGERÄTE KRÜSS GmbH, Wissenschaftl. Laborger. Borsteler Chaussee 85-99a, 22453 Hamburg T: 040/51 44 01-0, F: 514401-98 E: [email protected] http://www.kruss.de KORNGRÖSSENANALYSE FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein Tel: 06784/70-0, [email protected] www.fritsch.de L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG www.lot-oriel.com/de T: 06151/8806-0, [email protected] KUNDENSYNTHESEN LABORABZUGSREGELUNGEN, LABORABZUGSÜBERWACHUNGEN, LABORRAUM-LÜFTUNGSTECHNIK LABORGASE GKS Klima-Service GmbH & Co. KG Max-Planck-Str. 1, 28816 Stuhr T: 0421/56907-0 Fax: -56 [email protected], www.gks.eu SCHNEIDER Elektronik GmbH Industriestr. 4, 61449 Steinbach T: 06171/88479-0 Fax: 88479-99 www.schneider-elektronik.de Entwicklung/Herstellung von Laborabzugsregelungen und -überwachungen LABORARMATUREN ILA Innovative Laborarmaturen GmbH T: 06258/9495-0 Fax: 9495-10 info@ila-gmbh; www.ila-gmbh.de ABCR GmbH & Co. KG Tel. 0721/95061-0 Fax: -80 [email protected], www.abcr.de KÜHLZENTRIFUGEN Hermle Labortechnik GmbH Siemensstr. 25, 78564 Wehingen [email protected] www.hermle-labortechnik.de KÜVETTEN Hellma GmbH & Co. KG PF 1163, 79371 Müllheim T: 07631/182-0 Fax:07631/13546 [email protected] www.hellma-analytics.com LABORABZUGSPRÜFUNGEN LABORAUTOMATISIERUNG TECAN DEUTSCHLAND GmbH T: 07951/94170 Fax: 5038 LABORBECKEN Systemceram GmbH & Co. KG PF 11 55, 56425 Siershahn T: 02623/600-10 Fax: 600-790 www.systemceram.de LABOREINRICHTUNGEN Bense GmbH Laborbau 37181 Hardegsen T: 05505/94520 F: 945290 [email protected] CASPAR & CO. LABORA GmbH Rottstr. 19, 52068 Aachen T: 0241/9464930 Fax: 9464913 GKS Klima-Service GmbH & Co. KG Max-Planck-Str. 1, 28816 Stuhr T: 0421/56907-0 Fax: -56 [email protected], www.gks.eu ONLINE: www.GITBuyersGuide.de TINTSCHL BIOENERGIE UND STRÖMUNGSTECHNIK AG Goerdelerstr. 21, 91058 Erlangen T: 09131/81249-10 Fax: 81249-19 Westfalen AG, 48136 Münster T: 0251/695-0, Fax: 0251/695-129 www.westfalen-ag.de LABORGASE UND ARMATUREN; REINSTGASINSTALLATION-SERVICE UND SCHULUNG AIR LIQUIDE GmbH T: 0211/6699-0 Fax: 6699-222 [email protected] www.airliquide.de LABORHILFSMITTEL ROLAND VETTER Laborbedarf OHG, PF 47 72117 Ammerbuch, T: 07073/6936 www.rvetter.de LABORINFORMATIONSSYSTEME Pragmatis GmbH T: +49 (0) 8165 999210 www.pragmatis.de LICHTQUELLEN PhotoMed GmbH Inningerstr. 1 82229 Seefeld T: 08152/993090 Fax: 993098 LICHTQUELLEN FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG L.O.T. – Oriel GmbH & Co. KG www.lot-oriel.com/de T: 06151/8806-0, [email protected] LIQUID-HANDLING Hirschmann Laborgeräte GmbH & Co. KG T: 07134/511-0 Fax: 511-90 www.hirschmannlab.de LUMINOMETER anthos Mikrosysteme GmbH, Krefeld Tel.: 02151/37790 Fax 377929 MIKROSKOPIE LABORÖFEN Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt T: 07251/962286 Fax: 962285 http://www.carbolite.com OLYMPUS DEUTSCHLAND GMBH PF 104908, 20034 Hamburg T: 040/237730 F: 230817 MIKROSKOPTISCHE, MOTORISIERT BFI Optilas GmbH, Puchheim T: 089/8901350 Fax: 800256 Vötsch Industrietechnik GmbH Umweltsimulation · Wärmetechnik PF 11 63 · 35445 Reiskirchen T: 06408/84-73 Fax: 84-8747 www.voetsch.info · [email protected] MISCHER Kinematica AG T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460 MOLEKULARGEWICHTSBESTIMMUNG LABORTISCHPLATTEN Systemceram GmbH & Co. KG PF 11 55, 56425 Siershahn T: 02623/600-10 Fax: 600-790 www.systemceram.de Löser Meßtechnik Kaiserstr. 24, 13589 Berlin T: 030/8147317-0 Fax: -1 www.loeser-osmometer.de MONOCHROMATOREN C + P Möbelsysteme GmbH & Co. KG Boxbachstr. 1, 35236 Breidenbach T: 06465/919-820 Fax: -809 www.cpmoebel.de, [email protected] HOHENLOHER Spezialmöbelwerk Schaffitzel GmbH & Co. KG D-74603 Öhringen, PF 13 60 T: 07941/696-0 Fax: 07941/696-116 www.hohenloher.de/[email protected] Laborbau Systeme Hemling GmbH & Co. KG Siemensstr. 10, 48683 Ahaus T: 02561/68762-0 Fax: 68762-62 www.laborbau-systeme.de DIE LABORFABRIK GmbH T: 0421/43840-0 Fax: -33 www.die-laborfabrik.de IV WEIDNER LABOREINRICHTUNGS GMBH 37181 Hardegsen T: 05505/94799-0 Fax: 94799-20 www.weidner-laboreinrichtungen.de LABORZENTRIFUGEN SIGMA Laborzentrifugen PF 1713, 37507 Osterode/Harz T: 05522/50070, Fax: 500712 www.sigma-laborzentrifugen.de LEITFÄHIGKEITSMESSGERÄTE Knick, PF 370415, 14134 Berlin Beuckestr. 22, 14163 Berlin T: 030/80191-0, Fax: 80191-200 [email protected], www.knick.de AQUALYTIC® Schleefstr. 12, 44287 Dortmund T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750 [email protected] www.aqualytic.de Soliton GmbH, 82205 Gilching T: 08105/7792-0 Fax: 7792-77 [email protected] MÜHLEN FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein Tel: 06784/70-0, [email protected] www.fritsch.de Kinematica AG T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460 NOTDUSCHEN CASPAR & CO. LABORA GmbH Rottstr. 19, 52068 Aachen T: 0241/9464930 Fax: 9464913 ILA Innovative Laborarmaturen GmbH T: 06258/9495-0 Fax: 9495-10 info@ila-gmbh; www.ila-gmbh.de GIT VERLAG OSMOMETER PIPETTIER-ROBOTER ltf-Labortechnik GmbH & Co. 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KG www.lot-oriel.com/de T: 06151/8806-0, [email protected] THERMOSTATE SPEKTROMETERZUBEHÖR UV-FTIR GFL Ges. für Labortechnik mbH Schulze-Delitzsch-Str. 4 30938 Burgwedel T: 05139/9958-0 Fax: 995821 www.GFL.de · [email protected] GFL Ges. für Labortechnik mbH Schulze-Delitzsch-Str. 4 30938 Burgwedel T: 05139/9958-0 Fax: 995821 www.GFL.de · [email protected] Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH Werner-von Siemens-Str. 1 77656 Offenburg-Elgersweier T: 0781/96030 Fax: 57211 http://www.huber-online.com JULABO Labortechnik GmbH Eisenbahnstr. 45, 77960 Seelbach T: 07823/51-0 Fax: 2491 www.julabo.de Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt T: 07251/962286 Fax: 962285 http://www.carbolite.com TRÜBUNGSMESSER AQUALYTIC® Schleefstr. 12, 44287 Dortmund T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750 [email protected] www.aqualytic.de UMWELTSTANDARDS CAMPRO SCIENTIFIC GmbH Darser Str. 2a, D-14167 Berlin T: +49 (0)30/6290189-0 Fax: +49 (0)30/6290189-89 [email protected], www.campro.eu VAKUUMPUMPEN KNF NEUBERGER GMBH Membranpumpen + Systeme Alter Weg 3, 79112 Freiburg T: 07664/5909-0 Fax: 2124 VAKUUMTROCKNER GFL Ges. für Labortechnik mbH Schulze-Delitzsch-Str. 4 30938 Burgwedel T: 05139/9958-0 Fax: 995821 www.GFL.de · [email protected] ZENTRIFUGEN Hermle Labortechnik GmbH Siemensstr. 25, 78564 Wehingen [email protected] www.hermle-labortechnik.de Hettich-Zentrifugen Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen T: 07461/7050 Fax: 705125 http://www.hettichlab.com [email protected] SIGMA Laborzentrifugen PF 1713, 37507 Osterode/Harz T: 05522/50070, Fax: 500712 www.sigma-laborzentrifugen.de Vötsch Industrietechnik GmbH Umweltsimulation · Wärmetechnik PF 11 63 · 35445 Reiskirchen T: 06408/84-73 Fax: 84-8747 www.voetsch.info · [email protected] VISKOSIMETER Kinematica AG T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460 GIT VERLAG SMART+FEIN © ioannis koun adeas/Fotolia. com © Uladzimir Bakunovich/Fotolia.com ONLINE L A T R O P R O GIT LAB e d . r o b a l t i www.g www.gitverlag.com JUST TRY ITn!e-Fans o Für Smartph persu jetzt auch R-Code Q schnell via e! lin bei uns on LABOREINKAUF BuyersGuide ❏ Unverbindliche Anfrage ❏ Bestellung FAX 06201/606 790 Absender (Bitte in Blockschrift ausfüllen) Firma Ansprechpartner Straße PLZ, Ort Telefon/Telefax E-Mail Gewünschter Eintrag (Anschrift, Tel., Fax, E-Mail) Preise pro Ausgabe und Stichwort 1. 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Geyer 77, 124 TU Braunschweig 82 TU München 79 Univers. Oldenburg 78 VDI Verein Dt. Ingenieure 74 78 110 Fritsch125 Hamilton Robotics IGB Fraunhofer Inst. f. Grenzflächen- u. Beilage, 126 Kurt- Schwabe- Inst. f. Mess- und Sensortechnik 96, 99 LA Laseranalytik 78, 79 Merck Millipore SAS 73 Messe München 93 Metrohm Zinsser Analytic 124 124 MPI Biophysik. Chemie 78 Haus der Technik 123 MPI f. Biochemie 78 Copyright Karl Hecht Glaswarenfabrik 103 MPI f. Eisenforschung 94 Seite 71: Sergii Tsoma - Fotolia.com Helmholtz Zentrum (HZDR) 88 MPI f. Kolloid- und Grenzflächenforschung 79 Provadis76 Helmholtz Zentrum München Dt. FZ f. Gesundheit u. Umwelt Impressum Herausgeber GIT VERLAG Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Geschäftsführung Jon Walmsley, Bijan Ghawami Director Roy Opie Anzeigenleitung Dr. Katja Habermüller Tel.: 06201/606-719 [email protected] Redaktionsleitung Dr. Martin Friedrich Tel.: 06201/606-715 [email protected] Redaktion Dr. Arne Kusserow (Chefredaktion) Tel.: 06201/606-732 [email protected] Dr. Anja Gaugel Tel.: 06201/606-716 [email protected] Dr. Birgit Washburn Tel.: 06201/606-760 [email protected] Till von Graberg Tel.: 06201/606-766 [email protected] Tina Schneider (Assistenz) Tel.: 06201/606-751 [email protected] 78 Rauscher Yadigar Manav (Assistenz) [email protected] Adressverwaltung/Leserservice Silvia Amend Tel.: 06201/606-700 [email protected] Verkauf Dipl.-Ing. Oliver Gerber Tel.: 06201/606-717 [email protected] Dr. Stefanie Krauth Tel.: 06201/606-728 [email protected] Bettina Willnow Tel.: 06201/606-770 [email protected] Dipl. Betriebswirt Andreas Zimmer Tel.: 06201/606-763 [email protected] Herstellung Christiane Potthast Kerstin Kunkel (Anzeigen) Ramona Rehbein (Layout) Elke Palzer (Titelgestaltung/Litho) Sonderdrucke Dr. Stefanie Krauth Tel.: 06201/606-728 [email protected] Wissenschaftlicher Beirat Prof. Dr. R. van Eldik, Erlangen/Nürnberg Prof. Dr. H. P. Latscha, Heidelberg Prof. Dr. K. K. Unger, Mainz 126 GIT VERLAG Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Boschstr. 12 69469 Weineim Tel.: 06201/606-0 Fax: 06201/606-793 [email protected] www.gitverlag.com Bankkonten Commerzbank AG, Darmstadt Konto Nr.: 01 715 501 00, BLZ: 508 800 50 56. Jahrgang 2012 Zurzeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 49 vom 1. Oktober 2011 2012 erscheinen 12 Ausgaben von „GIT Labor-Fachzeitschrift“ plus 1 Sonderausgabe „GIT Spezial Separation“ und 2 Sonderausgaben "BIOforum" Druckauflage: 30.000 (IVW-geprüft, 1. Quartal 2011) Abonnement 2012 12 Ausgaben 127,00 € zzgl. MwSt. Einzelheft 14,50 € zzgl. 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