Printausgabe als PDF - GIT

Transcrição

D 30 121 E
54. Jahrgang
Juli 2010
7
Schwerpunkt: Einrichtung
Sicherheit
Temperieren
Qualitätskontrolle
Pharma
Sonderteil: Life Sciences
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s/Fotolia.com
©
io
ONLINE!
DIE
NEUEN
GIT LABOR-PORTALE
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Editorial
Liebe Leser und Fans der GIT,
Getreu dem Motto „Better Life with Chemistry“, setzten
wir heute wie versprochen unseren Ausflug in die Molekulare Küche mit unserem Lieblingsrezept für das perfekte Sommermärchen fort. Lassen Sie den flüssigen
Stickstoff fließen und genießen Sie Ihren Feierabend
nach einem langen Tag im Labor bei einem kühlen GIT
Labor-Eis. Experimentieren Sie ruhig mit den Zutaten
und erfinden Sie neue Sorten!
GIT Schoko-Eis
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0,75 Liter Vollmilch 3,5 %
1 Liter Schlagsahne 30 %
3 Eigelb (frisch!)
2 Pack Puddingpulver zum Aufkochen
2 Pack Vanillezucker
800 g Schokoladenstreussel oder -stückchen, am besten Zartbitter.
0,5 l Vollmilch und 1 Becher Sahne in einen Topf geben, aufkochen. Puddingpulver nach Angabe zubereiten und in die heiße Milch/Sahne einrühren. Das Eigelb ebenfalls in die noch heiße Mischung rühren. Alles in eine
große Metallschüssel geben und die restliche Sahne und Milch, sowie Vanillinzucker und die Hälfte der Schokostreusel dazugeben, erkalten lassen.
Stickstoff unter starkem Rühren Portionsweise zugeben, bis die Flüssigkeit
langsam eindickt. Rest Schokostreusel zugeben, weiter unter Stickstoffzugabe rühren, bis das Eis eine cremige und feste Konsistenz hat.
GIT Erdbeer-Eis
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500 g frische reife Erdbeeren
3 Becher flüssige Schlagsahne à 200 g
50-100 g Zucker (je nach Süßegrad der Erdbeeren)
2 Pck. Vanillezucker
ca. 200 ml Erdbeersauce oder Erdbeermarmelade
Erdbeeren waschen, entstielen, halbieren und zuckern. In einer Metallschüssel ½ h ziehen lassen. Wenn es schneller gehen soll, die Erdbeeren
zusammen mit dem Zucker kurz in einem Topf erhitzen. 2 Becher Sahne
und den Vanillinzucker zu den Erdbeeren geben und diese dann zerdrücken.
Restliche Sahne dazu und mit Erdbeermarmelade abschmecken. Stickstoffzugabe wie oben ... lecker!
Bitte beachten Sie die Sicherheitsvorschriften im Umgang mit flüssigem
Stickstoff!
Mehr zum Thema Sicherheit erfahren Sie übrigens in unserem Schwerpunkt
Laboreinrichtung & Sicherheit ab Seite 508 in dieser Ausgabe Ihrer GIT.
Viel Spaß beim Lesen – am besten mit einem leckeren N2-Eis dazu –
wünscht
Ihr GIT-Team
GIT Labor 24/7
Bald können Sie rund um die Uhr aktuelle Nachrichten aus Wissenschaft und Industrie, neueste Forschungsergebnissen und innovative
Produktneuheiten abrufen, denn in Kürze geht das GIT Laborportal
online. Mit 1 Click zu den relevanten Informationen, die Sie wirklich
brauchen – wann Sie wollen, wo Sie wollen und wie Sie wollen!
GIT Labor-Fachzeitschrift 7/2010 • 499
Inhalt
EDITORIAL
499
INTERVIEW
Branchentreff in Basel
Ilmac 2010 im Zentrum von Chemie und Pharma
R. APPEL
504
CHROMATOGRAPHIE
512
H. MORGENSTERN
Modularität und Flexibilität
Entwicklung der Multi-Laborwand
506
Speziationsanalytik
Ein wertvolles Werkzeug im Dienste des Verbraucherschutzes
DR. M. SPERLING, PROF. DR. U. KARST PHARMA
515
C. VÖLK
Biopharmazeutika der nächsten Generation
Kooperationsforum präsentiert Spitzentechnologien für neue Therapeutika
DR. B. HAUPT, DR. M. KONRAD
SCHWERPUNKT EINRICHTUNG UND SICHERHEIT
Sicher ist sicher
Gefahrstofflagerung gesetzeskonform,
funktional und praktisch im Arbeitsalltag
SONDERTEIL LIFE SCIENCES
Flüssiger Stickstoff
Richtiger Umgang für mehr Sicherheit
B. FRANZ, G. SCHRoeDER
518
508
Kunststoffe kunststoffgerecht verarbeiten
Werkzeugkonzept für innovative Temperierung
510
521
R. HEIN, H. BERTEL
Labil oder stabil?
Axialchiralität im Fokus
DR. M. BREUNING
PROF. Dr. H. WALDMANN, PROF. Dr. P. BASTIAENS
536
Wenn das Blut zu dick wird
Molekularen Mechanismus für Thrombose und
Bluterkrankheit entdeckt
538
524
Signale zur Bildung von Blut- und
Lymphgefäßen
Molekülstrukturen als Grundlage zur
Entwicklung neuer Medikamente
Zertifizierte Standards
für die qNMR
Quantitative 1H-NMR
Spektrometrie auf die
Spitze getrieben
DR. M. WEBER, DR. C.
HELLRIEGEL
Transport nach einfachen Regeln
Wie Zellen die räumliche Verteilung von Proteinen
aufrecht erhalten
DR. F. GRÄTER
QUALITÄTSKONTROLLE
527
PROF. DR. K. BALLMER-Hofer et al
540
TITELSTORY
Sicherheit und Nachhaltigkeit
Laboreinrichtungen im Wandel
DR. F. BUCHHOLZ
516
News
501
Labormarkt
543
Index/Impressum
500 • GIT Labor-Fachzeitschrift 7/2010
533
TEMPERIEREN
Laboreinrichtung und Nachhaltigkeit
Aktueller Stand und zukünftige Trends
E. DITTRICh
530
514
B. BURGER
Sicherheit im „Green-Lab“
Abluftfiltersystem 100 % ATEX-konform
Schottland – Eldorado für Life Sciences
Gestern, heute und morgen
R. Allison
Sitzkomfort und Ergonomie
Anforderungen an einen Laborstuhl
3. US
News
Hitzeschutz für Proteine
Kommunikation per Chemie
Das Bakterium Escherichia coli
ist nicht nur im menschlichen
Darm zu Hause, es ist auch eines
der wichtigsten „Arbeitspferde“
im Labor. Während in der chemischen Produktion die Faustregel
gilt, dass eine um 10 °C höhere
Temperatur eine Verdoppelung
der Reaktionsgeschwindigkeit
zur Folge hat, sind die Verhältnisse in der Biotechnologie viel Elektronenmikroskopische Aufnahme
von Dünnschnitten der E. coli-Bakterien
komplizierter. Zwar steigt die Quelle: Dr. Jeannette Winter / TU München
Produktivität von E. coli bei höheren Temperaturen zunächst, oberhalb von 42 °C gerät der Organismus
jedoch zunehmend unter Stress und produziert weniger brauchbare Proteine. Temperaturen über 46 °C sind für Wildtyp-E. coli bereits tödlich. Dem
Team um Jeannette Winter im Department Chemie der TU München, gelang es, E. coli-Bakterien durch Evolution über mehrere Jahre hinweg stufenweise eine sehr viel höhere Hitzeresistenz anzuzüchten. Ihre Bakterien
wachsen mittlerweile bei Temperaturen von 48,5 °C. Hier scheint aber für
den Organismus E. coli eine natürliche Grenze zu existieren. Höhere Wachstumstemperaturen wurden nicht erreicht. Im Vergleich zu einer bei 37 °C
aus den gleichen Vorfahren gezüchteten Kontrollpopulation enthielten die
hitzeresistenten Bakterien das als Hitzeschutzprotein bekannte GroE schon
bei normalen Bedingungen in 16-fach höherer Konzentration. Allerdings
hat die Hitzeresistenz ihren Preis: Da der Organismus durch den andauernden Stress Veränderungen im Erbgut trägt und sehr viel Energie in die Produktion von Hitzeschutzproteinen steckt, wächst er insgesamt langsamer
als seine Vorfahren. Die Fähigkeit der hitzeresistenten Bakterien, wesentlich höhere Konzentrationen an GroE produzieren zu können scheint ein
entscheidender Faktor für die Überlebensfähigkeit unter diesen Bedingungen zu sein. Über die evolutionsbiologischen Aspekte hinaus liefert die Untersuchung wertvolle Hinweise darauf, wie sich Organismen an veränderte
Umweltbedingungen anpassen. Ein besseres Verständnis der Arbeit der
Chaperone könnte auch neue Wege für die gezielte Züchtung von Organismen für spezielle Aufgaben öffnen.
www.tum.de
Unsere heutige Informationsübertragung läuft elektronisch, die zukünftige
soll auf Photonen basieren. Das sind aber nicht die einzigen Alternativen.
Auch mithilfe chemischer Reaktionen lassen sich Informationen übertragen. George M. Whitesides und seine Kollegen von der Harvard University
(Cambridge, USA) haben ein Konzept entwickelt, mit dem sich alphanumerische Informationen per „Infozündschnur“ stromlos in Form von Lichtpulsen übermitteln lassen. Wie die Forscher berichten, könnte man auf dieser
Basis Systeme entwickeln, die auch unter Bedingungen arbeiten, in denen
Elektronik oder Batterien nicht mehr funktionieren. Sie hoffen, dass sich ein
leichtes, tragbares, stromunabhängiges System zur Informationsübertragung entwickeln lässt, das in eine moderne Informationstechnologie integriert werden kann. Es könnte z. B. Umweltdaten erfassen und weitergeben
oder zur Aussendung von Botschaften im Rettungswesen genutzt werden.
http://presse.angewandte.de
www.gdch.de
Der Energie des Lebens auf der Spur
Wissenschaftler um Dr. Martin van der Laan haben an der Universität Freiburg einen neuen Mechanismus entdeckt, der für den Aufbau und das
Wachstum von Mitochondrien von zentraler Bedeutung ist. Die Forscher
untersuchten an Mitochondrien der Bäckerhefe die Insertion einer Familie
von Membranproteinen, die ABC Transporter genannt werden und von großem pharmakologischem Interesse sind. Dabei machten sie die Entdeckung,
dass manche Segmente der Transporter von der Insertionsmaschinerie offenbar zunächst überlesen und vollständig über die Membran transportiert
werden. Diese Fehler in der Membraninsertion werden anschließend von
einer anderen, stammesgeschichtlich sehr alten Translokase repariert. Somit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass mindestens zwei verschiedene Protein-Translokasen bei der Insertion kompliziert gebauter Proteine
in die innere Mitochondrienmembran eng zusammen arbeiten. Die gewonnenen Einsichten können helfen die Mechanismen von Krankheiten aufzuklären, die durch Defekte in der Biogenese der Mitochondrien entstehen.
www.uni-freiburg.de
Pflanzliche Wirkstoffe aus Afrika
Afrikanische Pflanzen aus der Familie
der Affodill-Gewächse enthalten interessante Naturstoffe: Einige davon
wirken im Laborversuch gegen Malaria-Erreger und Tumorzellen. Prof.
Gerhard Bringmann von der Universität Würzburg erforscht diese Naturstoffe; er kooperiert dabei mit den
Universitäten Johannesburg (Südafrika) und Nairobi (Kenia). Das afrikanisch-deutsche Forschungsteam hat
aus den Pflanzen mehrere potentielle
Wirkstoffe gegen Tumoren und den
Malaria-Erreger isoliert und ihre chemischen Strukturen aufgeklärt. Die
medizinisch interessanten Stoffe heißen Phenylanthrachinone. Sie kommen z.B. in der Fackellilie (Kniphofia)
vor oder in der Bulbine. Beide Pflan- Aus diesen Pflanzen stammen Nazen sind in Afrika heimisch und in turstoffe (Phenylanthrachinone), die
gegen Tumorzellen und den MalariaSüdafrika weit verbreitet. Zuchtfor- Erreger wirken: Oben Bulbine frumen der Fackellilie gedeihen als Zier- tescens auf einer südafrikanischen
pflanzen auch in deutschen Gärten. Briefmarke und in der Nahaufnahme, unten eine Fackellilie (Kniphofia
Phenylanthrachinone besitzen ein spec.) im Botanischen Garten der
bestimmtes Bauelement, das auch in Universität Würzburg und eine Knianderen Anti-Tumor-Wirkstoffen vor- phofia-Blüte in der Nahansicht.
Quelle: A. Irmer
kommt. In Labortests zeigten die
Stoffe, etwa das Knipholon, zum Teil ganz exzellente Wirkungen gegen bestimmte Leukämiezellen. Aufgefallen sind einige der Naturstoffe bei Testreihen im Labor auch dadurch, dass sie gegen den Malaria-Erreger Plasmodium falciparum wirken. Dieser einzellige Parasit befällt im Organismus des
Menschen u.a. die roten Blutkörperchen. Durch die Arbeiten ist die Zahl der
bekannten Phenylanthrachinone von fünf auf über 20 gestiegen. Doch immer noch seien die Inhaltsstoffe vieler Kniphofia- und Bulbine-Arten gar
nicht oder unzureichend erforscht. Das zu ändern, ist ein zentraler Ansatzpunkt des Dreiecksprojektes Johannesburg – Nairobi – Würzburg.
www.uni-wuerzburg.de
News
Markus Jaquemar zum Geschäftsführer ernannt
Wie Bakterien Spritzen bauen
Seit einem Jahr ist Mag. Markus
Jaquemar (47) beim MedizintechnikUnternehmen Anagnostics Bioanalysis tätig und für den Vertriebsaufbau
verantwortlich. Ab sofort verstärkt
der international erfahrene Vertriebs- und Marketingprofi die Geschäftsführung von Anagnostics, die
zudem aus den beiden Firmengründern Dr. Bernhard Ronacher und
Mag. Christoph Reschreiter besteht.
Die 3-köpfige Geschäftsleitung teilt
sich schwerpunktmäßig die Bereiche
Vertrieb (Jaquemar), Technologie Mag. Markus Jaquemar verstärkt
die Geschäftsführung von
(Ronacher) und Organisation (Re- Anagnostics Bioanalysis
schreiter). Der Biologe Markus Jaquemar (Universität Wien) verfügt über eine 20-jährige Erfahrung in der
Life Science Branche und medizinischen Diagnostik, die er u.a. bei Beckman Coulter und zuletzt bei Agilent Technologies Inc. sammelte. Die unmittelbaren Ziele sind der weitere Aufbau des Vertriebs in den deutschsprachigen Ländern und in den relevanten Märkten Europas. Anagnostics
Bioanalysis mit Sitz in St. Valentin/NÖ ist auf die Entwicklung von Systemen und Tests für die Life Science Forschung und klinische In-Vitro-Diagnostik spezialisiert. Seit 2005 entwickelt das mittlerweile 10-köpfige
Team an der multiplexen Assay-Technologie. Ein zylindrisches Microarray,
die patentierte hybcell, stellt den Kern dar.
www.anagnostics.com.
Um eine erfolgreiche Infektion
durchzuführen, müssen Bakterien die Zellen ihres Wirts manipulieren, so dass ihr eigenes Überleben gewährleistet ist. Zu
diesem Zweck schleusen Bakterien über ein Transportsystem in
der Bakterienmembran gezielt
Virulenzfaktoren in die WirtszelQuerschnitt durch Shigella flexneri. Deutle ein. Einige Bakterien, wie die lich zu erkennen ist das von den beiden
Erreger von Bakterienruhr, Le- Membranen (orange) eingeschlossene
bensmittelvergiftung,
Typhus Zellinnere (blau) sowie die nach außen
ragenden Nadeln (orange, blau umranund Pest, haben dabei ein be- det). Der Balken entspricht 1µm.
sonderes Transportsystem entwi- Quelle: Ulrike Abu Abed, Diane Schad
ckelt, das als Typ-III-Sekretions- und Michael Kolbe
system bezeichnet wird. Unter
dem Elektronenmikroskop sieht dieses Sekretionssystem wie eine Spritze
aus, wobei der Spritzenkörper in die Bakterienmembran eingebettet ist und
die Nadel nach außen weist (s. Abb.). Die Bakterien können mit Hilfe dieser
Nano-Spritzen die Virulenzfaktoren direkt in die Wirtszelle injizieren. Wie die
Bakterien diese Nano-Spritze aufbauen, war bisher weitestgehend unbekannt. Wissenschaftler des MPI für Infektionsbiologie in Berlin und des MPI
für biophysikalische Chemie in Göttingen haben es zusammen mit dem
Bundesamt für Materialforschung und -prüfung geschafft, grundlegende
Mechanismen des Zusammenbaus der Spritze zu entschlüsseln. Diese Analysen waren möglich, weil es den Forschern gelang, den Spritzenapparat im
Reagenzglas nachzubauen. Die nähere Untersuchung dieser Vorgänge zeigte, wie die Proteine zu einer Hohlnadel zusammengebaut werden: Das Bakterium synthetisiert die Proteine in seinem Zellinneren, schleust sie durch
die Spritze nach außen und setzt sie eines nach dem anderen auf die Spitze
der wachsenden Nadel. Auch konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die
Proteine beim Zusammenbau der Nadel ihre räumliche Struktur ändern. Es
gelang ihnen, die Strukturänderungen während des Nadelaufbaus für jede
Aminosäure des Proteins genau zu verfolgen. Diese Erkenntnisse eröffnen
einen Ansatzpunkt für die Entwicklung von Medikamenten, die zu einem
sehr frühen Zeitpunkt der Infektion wirken könnten.
www.mpg.de
www.mpiib-berlin.de
Ausgezeichnetes Innovationsklima
Die Peter Huber Kältemaschinenbau zählt in diesem
Jahr erneut zu den 100 innovativsten Unternehmen im
deutschen Mittelstand. Das
Familienunternehmen stellt
hochgenaue und umwelt
verträgliche Temperiersysteme für Temperaturen von
–120 °C – 425 °C her. Ein
Drittel der Produkte sind Sonderanfertigungen. Beispielsweise für die pharmazeutische Industrie, die mit den innovativen Huber-Geräten chemische
oder biologische Substanzen in Glas- oder Stahlreaktoren temperiert. Dabei ist sie auf kompromisslose Prozesssicherheit, höchste Prozessstabilität
und auf reproduzierbare Ergebnisse angewiesen. Das Innovationsmanagement des Mittelständlers zeichnet sich durch flache Hierarchien und kurze
Wege aus. Ideenreichtum wird hier nicht verwaltet, sondern gelebt. Das
brachte das Unternehmen zudem auf den fünften Platz in der Top 100-Kategorie Innovationsklima. Die Geschäftsführer Peter, Daniel und Joachim
Huber freuten sich sehr über die von Prof. Dr. Lothar Späth übererreichte
Urkunde (Bild) und sind entschlossen, ihre Innovationsstrategie auch in Zukunft kompromisslos fortführen: „Unsere Technologieführerschaft können
wir dauerhaft nur mit Innovationen für umweltgerechte Kälteerzeugung
und für ökologische Temperiertechnik behaupten. Die erneute Bestätigung
für unsere Innovationsstrategie wird die Motivation, zu den Besten gehören zu wollen, erst recht steigern.“
www.huber-online.com
Artel jetzt auch in Deutschland, der Schweiz und
Österreich präsent
Um der wachsenden internationalen Nachfrage nach den führenden Produkten und Dienstleistungen zur Qualitätssicherung beim Liquid Handling
nachzukommen, expandiert Artel nach Deutschland, Österreich und in die
Schweiz, und wird hier den Direktverkauf und -vertrieb der Systeme MVS
(Multichannel Verification System) und PCS (Pipette Calibration System)
anbieten. Von diesem Frühsommer an werden Forschungseinrichtungen
verschiedener Fachgebiete wie der Wirkstoffforschung, Forensik sowie klinische Labore direkt mit einer Artel-Vertretung in der Nähe von Freiburg
(Deutschland) in Verbindung treten können. Außerdem wird Artel technische Unterstützung und Schulungen anbieten, um Laboratorien bei der Optimierung der Arbeitsvorgänge beim Pipettieren, beim automatisierten Liquid Handling, sowie bei der Verbesserung der Datenqualität Hilfe zu
leisten.
www.artel-usa.com
News
Fesseln für unbekannte Grippeviren
Bakterielle Nitratatmung im Zahnbelag
Bei einer Infektion mit neuen,
dem Körper unbekannten Grippenviren kann das menschliche
Immunsystem rasch einen angeborenen Schutzmechanismus gegen die Erreger aktivieren. Dabei
spielt ein Protein, Mx (kurz für:
Myxovirus-Resistenz) genannt,
eine wichtige Rolle. Es hindert die
Viren daran, sich ungehemmt zu
vermehren. Wie, war jedoch bislang unverstanden. Den StrukturMolekulares Modell für die ringförmige
biologen Oliver Daumke, Song Anordnung des Mx Proteins. In infizierten
Gao, Susann Paeschke und Joa- Zellen werden Bestandteile des Grippevichim Behlke vom Max-Delbrück- rus von diesem Ring umschlossen und
das Virus damit an der Vermehrung geCentrum für Molekulare Medizin hindert. Quelle: Oliver Daumke/MDC)
(MDC) Berlin-Buch ist es in Zusammenarbeit mit den Virologen Otto Haller, Alexander von der Malsburg
und Georg Kochs in Freiburg gelungen, wichtige strukturelle Einsichten zu
gewinnen. Das Mx Protein ist eine molekulare Maschine, die ihre volle Kraft
erst nach Aneinanderlagerung der Einzelmoleküle zu einem hochmolekularen Verbund entfaltet, wobei sich Ringstrukturen ausbilden. Ein zentrales Element der Ringbildung besteht in der besonderen Faltung eines Teils von Mx,
der als Stiel (engl. stalk) bezeichnet wird. Nach der genauen Struktur dieses
Stiels wird seit Jahren gefahndet. Die jetzt auf atomarer Ebene entschlüsselte
„Stalk“-Struktur erklärt den Aufbau von Mx und erlaubt testbare Voraussagen zur Funktionsweise des antiviralen Moleküls. Zusammen mit Ergebnissen
aus früheren biochemischen Untersuchungen wird klar, dass Mx mit der
„Stalk“-Struktur eine Art Fußangel bildet, die wichtige Bestandteile des Influenzavirus in der infizierten Zelle fesselt und inaktiviert. Dass es dennoch bei
dem Auftreten neuer Grippeviren zu Epidemien oder gar Pandemien kommen
kann, hängt mit der Aggressivität und Massivität dieser Erreger zusammen.
Die Forscher sind zuversichtlich, mit ihren neuen Erkenntnissen die Grundlage für die Entwicklung neuer antiviraler Medikamente gegen die gefährlichen Influenzaviren gelegt zu haben. Sie sind ferner sicher, dass die an Mx
gewonnenen Erkenntnisse auch das Verständnis für weitere Mitglieder dieser
Proteinfamilie erhöhen.
www.mdc-berlin.de
Zusammen mit amerikanischen
und belgischen Kollegen fand
ein Team vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie heraus, dass Bakterien im menschlichen Zahnbelag mit Nitrat
anstelle von Sauerstoff atmen
können und dabei auch Lachgas
und Stickoxid freisetzen. Bei diesem, Denitrifikation genannten,
Prozess dient ein Nitrat bestimmten Bakterien als Oxidationsmittel bei der Atmung, und
übernimmt damit die gleiche
Funktion wie der Sauerstoff
beim Menschen. Denitrifikation
ist für Meere, Seen und Flüsse
bereits sehr gut untersucht und
konnte damit erstmals für den Einblick in die Methode, mit der Stickoxid im Zahnbelag des Menschen gemenschlichen Zahnbelag nach- messen wurde (weitere Erläuterungen
gewiesen werden. Die Wissen- im Text). Quelle: MPI Bremen
schaftler verwendeten für die
Untersuchungen eine Kombination aus Mikrosensormessungen, Analysen
mit stabilen Stickstoffisotopen und molekularen Methoden zur Erfassung
der für die Denitrifikation verantwortlichen Gene. Die Abbildung zeigt, wie
sich von oben die Spitze eines elektrochemischen Stickoxid-Mikrosensors
der intakten Zahnbelagsprobe nähert, die unmittelbar vorher aus dem
Mund entnommen wurde. Die nur 0.05 mm dünne Spitze des Sensors ist
mit einer gasdurchlässigen Membran ausgestattet, durch die das gasförmige Stickoxid in den Sensor eindringen und somit gemessen werden kann.
www.mpi-bremen.de
Selbstmord oder zweite Chance
T-Zellen sind ein entscheidender Bestandteil des menschlichen Immunsystems. Im Lauf ihrer Entwicklung in der Thymusdrüse erhält jede T-Zelle einen individuellen Rezeptor an der Oberfläche. Dank der Vielfalt dieser Moleküle kann der Körper nahezu jeden Krankheitserreger erkennen und
unschädlich machen. Allerdings entstehen im Thymus immer auch T-Zellen,
die körpereigene Strukturen erkennen und angreifen könnten. Werden diese nicht unschädlich gemacht, kann dies Autoimmunerkrankungen wie
Typ-1-Diabetes, Multiple Sklerose oder Morbus Crohn nach sich ziehen.
Nun konnte ein Team um den LMU-Immunologen Prof. Ludger Klein in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der TU München neue Erkenntnisse
darüber gewinnen, wie die gefährlichen T-Zellen vom Körper erkannt und
aussortiert werden. Dabei wurde auch entdeckt, warum manche der schädlichen T-Zellen in den ‚Selbstmord‘ getrieben werden, während andere zu
ungefährlichen, sog. regulatorischen T-Zellen „umerzogen“ werden. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, Autoimmunkrankheiten besser zu verstehen. Sie könnten außerdem einen Ausgangspunkt für neue, innovative Therapieansätze darstellen.
www.lmu.de
Bionische Beschichtung soll Schiffen helfen,
Sprit zu sparen
Die unscheinbare Pflanze Salvinia molesta könnte bald Karriere
als Klimaretter machen: Die
Oberflächenhaare des Schwimmfarns sollen Schiffen zu einem
10% geringeren Kraftstoffverbrauch verhelfen. Die Pflanze
hat die seltene Gabe, sich unter
Wasser in ein hauchdünnes Kleid
aus Luft zu hüllen und dieses
monatelang festzuhalten. Schon
seit einigen Jahren ist bekannt,
dass auf der Oberfläche seiner
Blätter winzigkleine schneebesenartige Härchen sitzen. Diese
sind hydrophob: Sie halten das Wasser in der Umgebung auf Distanz. Prof.
Wilhelm Barthlott von der Universitäten Bonn und Forscher aus Karlsruhe
und Rostock haben nun zeigen können, dass die äußersten Spitzen dieser
Schneebesen hydrophil sind. Sie tauchen in die umgebende Flüssigkeit ein
und „tackern“ das Wasser gewissermaßen in regelmäßigen Abständen auf
der Pflanze fest. Die darunter sitzende Luftschicht kann daher nicht so
leicht entweichen. Diese Ergebnisse lassen sich vielleicht zur Konstruktion
neuartiger reibungsarmer Schiffsrümpfe nutzen.
www.uni-bonn.de
Interview
Branchentreff in Basel
Ilmac 2010 im Zentrum von Chemie und Pharma
Die diesjährige Ilmac 2010 findet vom 21.–24. September in Basel statt, dem
drittgrössten Life-Sciences-Standort Europas. Aus diesem Grund haben die
Organisatoren der Ilmac, der MipTec sowie die Schweizerische Chemische Gesellschaft, BioValley Basel und das Friedrich Miescher Institut entschieden, ihre
Veranstaltungen konzentriert in der gleichen Woche im September 2010 durchzuführen. Die Basel Life Sciences Week 2010 wird damit zum Treffpunkt für Forschende aus Industrie und Akademie. GIT sprach mit Robert Appel, dem Messe22 Robert Appel,
Messeleiter der Ilmac
GIT Labor-Fachzeitschrift: Im Herbst findet
die 18. Ilmac in Basel statt. Welche Bedeutung hat die Messe für die Schweiz und
Deutschland?
R. Appel: Die Ilmac positioniert sich - anders als
andere Veranstaltungen in diesem Gebiet – als
Industriemesse, die das gesamte Angebotsspektrum zwischen Forschung und Entwicklung, Produktion und Umwelttechnik aufzeigt,
und dies nicht nur im Zielmarkt Schweiz, sondern auch Deutschland. In der Schweiz ist sie
sowohl bei den Ausstellern wie auch Besuchern
die Nummer 1 und die Plattform, um sich über
Trends und Innovationen von Verfahren und
Produkten zu informieren. Auf der ILMAC werden Neuheiten präsentiert und Kontakte zu bestehenden und neuen Lieferanten gepflegt. Für
den Zielmarkt Deutschland – insbesondere na504 • GIT Labor-Fachzeitschrift 7/2010
leiter der Ilmac über die Hintergründe, die Bedeutung des Standortes und die
Erwartungen an die Messe. Die Fragen stellte Dr. Margareta Dellert-Ritter.
türlich Süddeutschland - ist die Ilmac eine
wichtige und sinnvolle Ergänzung zur Achema.
Zudem findet die Ilmac direkt in einem sehr
wichtigen und bedeutsamen Zentrum der Pharma- und Chemieindustrie statt. Sie unterstreicht
somit die Bedeutung des Industrie- und Forschungsstandortes Basel.
Warum ist der Standort Basel so wichtig?
R. Appel: Basel bietet Raum für den größten
und best funktionierenden Pharma-, Chemieund Biotech-Cluster Europas. Diese Region
weist eine äußerst hohe wissenschaftliche Konzentration in den Bereichen Biologie, Pharma
und Chemie auf, und zwar vom Hochschul- und
Universitätsangebot her als auch bei der Bevölkerung: der Großraum Basel ist ein attraktiver
Arbeits- und Lebensraum für renommierte
internationale Wissenschaftler – und dies alles
auf überblickbarem Raum! Von erfolgreichen
Weltkonzernen bis hin zu ambitionierten SpinOffs und Start-ups: viele dieser Firmen sind in
Sichtweite zur Messe Basel gelegen. Somit können wir für die Kunden der Aussteller kurze
Wege offerieren, denn die Ilmac liegt so nah
am Arbeitsplatz der Kunden.
Herr Appel, welche Impulse gehen Ihrer
Meinung nach von der Ilmac für die Branche aus?
R. Appel: Nach einer schweren wirtschaftlichen
Rezession, von welcher jedoch die Pharmaindustrie eher am Rande betroffen war, geht es
nun langsam wieder aufwärts. Nachdem in den
vergangenen zwei Jahren viele Projekte zurückgestellt worden waren, muss die Industrie
Interview
wieder vermehrt investieren. Die
Ilmac als Leistungsschau der Zulieferindustrie spielt hier eine
wichtige Rolle: sie kann zusammen mit ihren Anbietern diese
Investitionsprozesse
ankurbeln
helfen und andererseits ihren Ausstellern zu mehr Beachtung bei
der abnehmenden Industrie verhelfen.
Inwieweit begleitet wieder das
wissenschaftliche Forum die
Ilmac? Wer organisiert es?
R. Appel: Das Scientific Forum wird
wiederum durch die Schweizerische Chemische Gesellschaft
(SCG) durchgeführt. Das diesjährige Programm sieht zwei Tage für
Forscher, einen Tag für Gymnasiasten und einen Tag für Studenten
vor. Auf die Zielgruppen zugeschnitten behandelt es das Thema
Polymere, besser bekannt als
Kunststoffe. Es umfasst so aktuelle Forschungsfelder wie HighTech-Materialien, Medikamente
und Nanotechnologie. Die moderne Erforschung der Kunststoffe
bewegt sich im Grenzgebiet zu
Physik, Biologie und Medizin.
In diesem Jahr findet zeitgleich
die MipTec statt. Ist das Zufall
oder Planung?
R. Appel: Die Organisatoren der
MipTec hatten entschieden, den
Frühlingstermin der Veranstaltung
auf den Herbst zu verlegen. Damit
bestand jedoch die Gefahr einer
Terminkollision mit der Ilmac. Dass
nun im 2010 die beiden Veranstaltungen parallel und unter dem
Dach der Basel Life Sciences Week
2010 stattfinden, ist das Ergebnis
einer partnerschaftlichen und guten Zusammenarbeit. Wir sind
überzeugt, dass die parallele
Durchführung sowohl für die Besucher wie auch die Aussteller einen signifikanten Mehrwert erzeugen wird. Neben der MipTec
Drug Discovery Conference findet
zusätzlich auch die BioValley Life
Sciences Week sowie die Jubiläumsanlässe des Friedrich Miescher
Instituts zur 40 Jahr Feier Spitzenforschung statt. Die Ilmac gewinnt
so zusätzlich an Bedeutung als
Branchentreffpunkt und profitiert
von den parallelen Anlässen mit
internationalem Format.
Wie definieren sich beide
Veranstaltungen?
R. Appel: Die MipTec überspannt
mit ihrem wissenschaftlichen Programm einen sehr spezialisierten
Bereich der Life Science Forschung
und Entwicklung, welcher das Ilmac-Portfolio sinnvoll ergänzt. Auch
durch Integration von verschiedenen Nutzergruppen-Foren wird reger fachlicher Austausch über die
neuesten Entwicklungen auf dem
Gebiet der Biomedizinischen Forschung unterstützt. Die Ilmac ist im
Gegensatz zur MipTec eine Zuliefermesse, an der alles präsentiert wird,
was für die Produktion von pharmazeutischen und chemischen Produkten benötigt wird.
Welche Zielvorstellungen
haben Sie für 2010?
R. Appel: Wie schon erwähnt
möchten wir bei Investitionsvorha-
ben gerne eine wichtige Vermittlerrolle spielen und so unsere Aussteller erfolgreich sehen. Auf der
anderen Seite sind wir froh und
stolz, unseren Besuchern wiederum
eine repräsentative, breite Ausstellerschaft präsentieren zu können.
Deshalb sind wir sehr zuversichtlich und überzeugt, dass wir die
Besucherzahlen von 2007 erreichen werden.
▶ ▶K ontakt
MCH Messe Schweiz (Basel) AG
Ilmac
Basel, Schweiz
[email protected]
www.ilmac.ch
Termine
August
Seminar: Anwenderkurs zur Mikrowellen-Aufschlusstechnik
10.8.–11.8.
7.12.–8.12.
Kamp-Lintfort
Kamp-Lintfort
September
Seminar: Druck-/Temperaturmesstechnik
8.9.
Kurs: GPC/SEC Säulen-Usermeeting
15.9.
Seminar: Anlagensicherheit in der Prozessindustrie
16.9.
Kurs: WinGPC Unity – Grundlagen und neue Funktionen
21.9.
Reinach/CHEndress + Hauser Messtechnik, Tel.: 07621/975410,
www.de.endress.com
MainzPSS Polymer Standards Service, Tel.: 06131/96239-30,
[email protected]
RatingenEndress + Hauser Messtechnik, Tel.: 07621/975410,
www.de.endress.com
MainzPSS Polymer Standards Service, Tel.: 06131/96239-30,
[email protected]
Aachen
Dechema, Tel.: 069/7564-254, [email protected]
CEM, Tel.: 02842/96440, www.cem.de
28. Dechema-Jahrestagung der Biotechnologen und
21.9.–23.9.
ProcessNet-Jahrestagung 2010
Kurs: WinGPC Unity – Molmassensensitive Detektion
22.9.
Mainz
PSS Polymer Standards Service, Tel.: 06131/96239-30,
[email protected]
Chemical Biology 2010 – EMBO Conference
22.9.–25.9.
Heidelberg
Tel.: 069/7564-162, www.embl.de
Seminar: Hygienische Prozesse
29.9.
LandsbergEndress + Hauser Messtechnik, Tel.: 07621/975410,
www.de.endress.com
Kurs: WinGPC Unity – Berichtserstellung mit
29.9.
Mainz
PSS Polymer Standards Service, Tel.: 06131/96239-30,
dem ReportDesigner [email protected]
Interview
Schottland – Eldorado für Life Sciences
Gestern, heute und morgen
„Europäische Life Sciences Unternehmen wissen den Standort Schottland zu
schätzen“, so Rhona Allison, Senior Director Life Sciences von der regierungseigenen Wirtschaftsförderung Scottish Enterprise. Die regierungseigene Beratungsagentur Scottish Development International ist erste Anlauf-
22 Rhona Allison,
Senior Director Life Sciences,
Scottish Enterprise, Glasgow
GIT Labor-Fachzeitschrift: Der Forschungsstandort Schottland gehört heute zu den
am schnellsten wachsenden Life Sciences
Clustern in Europa. Worauf ist dies zurückzuführen?
A. Rhona: Die biowissenschaftliche Forschung hat
in Schottland eine lange Tradition, und zwar nicht
erst seit Dolly, dem ersten geklonten Säugetier, das
im Roslin Institute entstand. Bereits im 15. Jahrhundert eröffnete die erste medizinische Hochschule im Nordosten Schottlands. Und im 16. Jahrhundert wurde das Royal College of Surgeons in
Edinburgh gegründet – eine der ersten chirurgischen Hochschulen überhaupt. 1928 machte der
Schotte Alexander Fleming eine bahnbrechende
Entdeckung für die Medizingeschichte, als er die
Wirkung von Penicillin erkannte. Weitere Errungenschaften wie die Entwicklung des MRI-Scanners oder des minimal-invasiven Operierens haben
unseren Sektor stetig wachsen lassen. Dieser gute
Ruf hat sicher zum starken Wachstum des Sektors
stelle für ausländische Investoren und Wirtschaftsförderung in Schottland.
Die Organisation unterstützt zudem Internationalisierungsstrategien.
beigetragen. Jedes Jahr erzielen wir ein Wachstum
von ca. 8 %. Die Biowissenschaften tragen jährlich
über 3 Mrd. £ zur schottischen Wirtschaft bei. Die
schottische Life Sciences Community besteht derzeit aus über 55 universitären und privaten Forschungseinrichtungen und zählt über 17.000 Forschungsmitarbeiter. Insgesamt gibt es momentan
630 Life Sciences Unternehmen in Schottland, in
denen rund 32.000 Mitarbeiter angestellt sind. Im
Umkreis von 80 km von den Städten Edinburgh,
Dundee und Glasgow befinden sich 80 % der Life
Sciences Industrie Schottlands.
Welche Universitäten sind derzeit besonders stark?
A. Rhona: Unsere Universitäten sind ein großer
Wachstumstreiber für die Life Sciences Industrie.
Die University of Edinburgh, das Roslin Institute
sowie das Scottish Centre for Regenerative Medicine gehören schon jetzt zu den führenden
Einrichtungen weltweit. Und erst vor kurzem
wurde die Universität Dundee wieder zu den Top
3 internationalen Institutionen für Post-Doktoranden-Forschung gekürt.
Rund 57.000 Studenten studieren in Schottland ein Life Sciences Fach – das sind circa 20 %
unserer Studenten insgesamt. Und jährlich stehen dem Sektor über 10.000 Hochschulabgänger zur Verfügung, die ein biowissenschaftliches
Fach studiert haben.
Auf welche Forschungsfelder konzentriert
sich Schottland derzeit?
A. Rhona: Besonders erfolgversprechende Gebiete sind derzeit die Stammzellenforschung und
die translationale Medizin. Edinburgh gilt als
das Hauptzentrum für Genomforschung und
Bioinformatik. Darüber hinaus konzentriert sich
unsere Forschung zurzeit auf die Felder Onkologie, Herzkreislauferkrankungen, Diabetes, Erkrankungen des zentralen Nervensystems, Virologie sowie Immunologie.
Interview
Es heißt, die schottischen Universitäten arbeiten in Schottland besonders eng mit der
Industrie zusammen. Welche aktuellen Kooperationsprojekte gibt es?
A. Rhona: Ein erfolgreiches Beispiel der Vernetzung von universitärer und industrieller Forschung
in Schottland ist die Division of Signal Transduction Therapy (DSTT). Die Kollaboration wurde vor
zehn Jahren von den multinationalen Unternehmen AstraZeneca, Boehringer Ingelheim, GlaxoSmithKline, Merck und Pfizer gegründet. Involviert
sind insgesamt 13 Forscherteams an der Universität Dundee. Die Abteilung erforscht und entwickelt
Therapien, die mit der Signalübertragung von Zellen zusammenhängen. Die Forschergruppe arbeitet vorwiegend an Medikamenten gegen Krebs,
Diabetes und Gelenkrheumatismus. Das Forschungsnetzwerk Translational Medicine Research
Collaboration, an dem vier schottische Universitäten, vier staatlicher Gesundheitsdienste (NHS
Trusts), die Wirtschaftsförderungsgesellschaft
Scottish Enterprise sowie das global agierende
Pharmaunternehmen Pfizer beteiligt sind, entwickelt sich derzeit zu einem bedeutenden internationalen Zentrum für translationale Medizin. Im
letzten Jahr wurde die Scottish Academic Health
Sciences Collaboration (SAHSC) ins Leben gerufen.
Bestehend aus den medizinischen Fakultäten der
Universitäten Aberdeen, Dundee, Edinburgh und
Glasgow sowie dem staatlichen National Health
Service (NHS) soll dieses Forschernetz künftig
translationale Projekte vom Reagenzglas bis zum
Patienten realisieren.
Welche weiteren Infrastrukturen können
Life-Science Unternehmen in Schottland
nutzen?
A. Rhona: Von wachsender Bedeutung ist das
Edinburgh BioQuarter, das ein Lehrkrankenhaus,
die medizinische Hochschule der University of
Edinburgh, sowie biomedizinische Forschungseinrichtungen unter einem Dach vereint. Es soll
führende Forscher aus aller Welt anziehen. In
den nächsten zehn Jahren rechnet man mit der
Entstehung von 6.500 neuen Jobs. Das Forschungszentrum soll ein Investitionsvolumen
von 350 Mio. £ ins Land bringen.
Können Sie Beispiele erfolgreicher Unternehmen nennen, die bereits am Standort
Schottland aktiv sind?
A. Rhona: Multinationale Pharmaunternehmen
wie Pfizer, Johnson & Johnson oder GlaxoSmithKline wissen die hervorragenden Bedingungen des
Standorts Schottland zu schätzen. Aber auch Mittelständler aus Europa sind hier aktiv. Zum Beispiel
das Pfungstädter Unternehmen R-Biopharm, das
unter anderem als weltweit einziges DiagnostikUnternehmen eine Untersuchungsmethode zum
Nachweis des Noro-Virus entwickelt hat. Die Firma
hält in Schottland seinen zweitgrößten Standort.
Circa 40 Mitarbeiter sind im Bereich R&D und Produktion tätig. Im letzten Jahr ist die Biopharm Niederlassung in den West of Scotland Science Park in
Glasgow umgezogen. Hier will man künftig diverse Diagnostikprodukte herstellen, mit denen man
zum Beispiel BSE, Antibiotika, Lebensmittelallergene oder Hormone erkennen und testen kann.
Die Firma Intercell ist der größte Impfstoffhersteller in Schottland. Das österreichische Unternehmen baut gerade seinen Standort in Livingston
weiter aus. Bei der Entwicklung neuer Impfstoffe
ist generell ein langer Atem gefragt, insbesondere
während der Testphasen. Hier schätzt Intercell das
kollaborative Forscher- und Ärztenetzwerk, das in
Schottland zu finden ist. Aufgrund der förderlichen
Rahmenbedingungen an diesem Standort rechnet
Intercell damit, seine Mitarbeiterschaft in diesem
Jahr auf circa 100 zu erhöhen.
Welche speziellen Förderungen werden von
der schottischen Regierung angeboten?
A. Rhona: Das Land fördert diesen Wachstumssektor insgesamt sehr stark. Im Regional Selective
Assistant Grant zum Beispiel übernimmt die öffentliche Hand abhängig vom Umfang des Projekts und den geschaffenen Arbeitsplätzen zwischen 10 und 50 % der Ausgaben. Und wer in
Schottland Forschung und Entwicklung betreibt,
wird steuerlich stark entlastet - im ersten Jahr
etwa durch eine 100 %-ige Abschreibung.
Darüber hinaus zieht Schottland jedes Jahr 300
Mio. £ private Forschungsmittel an. Für jede 7 Mio.
£ Investitionssumme von der schottischen Regierung werden zusätzliche 18 Mio. £ von privaten
Unternehmen in die Biowissenschaften investiert.
Derzeit fließen insgesamt mehr als 750 Mio. £ private und öffentliche Fördergelder in diesen Sektor.
▶ ▶K ontakt
Olga Ploke
Scottish Development International
Düsseldorf
Tel.: 0211/863294-0
[email protected]
www.sdi.co.uk
ANALYTIK IM ZEICHEN
7. September 2010, Idstein - Agenda und Anmeldung: www.ametek.de/idstein2010
ERNEUERBARER ENERGIEN.
Einrichtung
schwerpunkt
Laboreinrichtung und Nachhaltigkeit
Aktueller Stand und zukünftige Trends
22 Egbert Dittrich,
Europäische Gesellschaft für
Nachhaltige Labortechnologien e.V.
Um Labore, die aufgabenbedingt besonders viel
Energie oder andere Ressourcen verbrauchen,
nicht zu benachteiligen, wurde für die Bewertung ein sogenanntes virtuelles Referenzgebäude geschaffen. In diesem sind alle notwendigen
Planungsinhalte abgebildet und die geltenden
Standards, Regeln und Gesetze umgesetzt. Im
Rahmen eines integralen Planungsprozesses
wird das Referenzgebäude dann iterativ verbessert, wobei die relative, weitgehend quantifizierbare Verbesserung die Zertifizierung auf „Silber-„ oder „Goldebene“ ermöglicht.
Ein zu insgesamt 22,5 % in die Gesamtbewertung eingehender Anteil ist der „ökologischen“
Qualität geschuldet. Darunter sind Kennzahlen zu
verstehen, die z. B. den CO2 –Fußabdruck, das
Ozonschichtabbaupotenzial, den Primärenergiebedarf, etc. beschreiben. Derzeit stehen diese
Werte für Laboreinrichtung nur teilweise zur Verfügung und sollen für die Bewertung der zur Kostengruppe 400 gehörenden Laboreinrichtung vor508 • GIT Labor-Fachzeitschrift 7/2010
Das Thema Nachhaltigkeit spart keinen Bereich von Laboratorien aus. In Bezug auf die Gebäude werden derzeit von einer Arbeitsgruppe bei der DGNB
(Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen) Zertifizierungskriterien erstellt, die sich im wesentlichen der Struktur, der Architektur, der Planung und
den ökologischen Daten annehmen. Systemgemäß bleiben die Laborprozesse
weitgehend unberücksichtigt, es sei denn sie wirken sich auf die Gebäudetechnik aus, d.h. Lüftung, Medien- und Stromversorgung, Kühlung, die allein
der Sicherheit und Aufrechterhaltung des Laborbetriebs dienen, gehen
durchaus in die Bewertung des gesamten Gebäudes ein. Als grobe Abgrenzung gelten alle Gewerke der Kostengruppe 400, die im DGNB-Zertifizierungssystem subsummiert werden.
erst nicht in die Audits eingehen. Es kann
allerdings keinen Zweifel geben, dass in absehbarer Zeit aus gesellschaftpolitischen Gründen aber
auch um für das ganze System Akzeptanz zu generieren, die Hersteller von Laboreinrichtung und
anderer Gewerke der Kostengruppe 400 derartige
Lasten für die Umwelt angeben müssen.
Insofern ist damit zu rechnen, dass Materialien, die im ökologischen Sinne günstigere Zahlen
produzieren, Wettbewerbsvorteile haben werden. Bei der Ermittlung derartiger Kennwerte für
das Gebäude werden derzeit „nur“ die tatsächlich verbauten Mengen berücksichtigt, d.h. der
produzierte Verschnitt oder Abfall geht in die
Rechnung nicht ein. Gerade aber für die Vermeidung von Abfall, die sich nur mit Hilfe CAD-gestützter Systeme und industriell vorgefertigter
Teile realisieren lässt, sollten Anreize gegeben
werden. Im Übrigen dient das natürlich auch der
Verbesserung der „ökonomischen Qualität“,
sprich senkt die Kosten.
Derzeit stehen gut zugängliche Dateien zur
Verfügung, wenn ein Hersteller oder Verarbeiter
für den Materialeinsatz seiner Vormaterialien
oder Halbzeuge die ökologischen Kennzahlen ermitteln muss. Nur leider für die klassische technische Gebäudeausstattung, Medientechnik oder
Labormöbel sind die Werte weitgehend unbekannt. Weiterhin gibt es keine Hersteller abhängigen Zahlen, die in eine Lieferantenbeurteilung
eingehen könnten. Im Sinne eines lückenlosen
„Supply Chain Management“ scheint es sinnvoll,
zukünftig für die Ermittlung eines derartigen
Zahlenwerks zu sorgen.
Zurzeit wird bei EGNATON e.V. diskutiert, für
die zur Laboreinrichterindustrie gehörenden Mitglieder ein Werk ökologischer Kennzahlen zu
schaffen. Damit soll auch den kleineren und
mittleren Firmen die Möglichkeit geschaffen
werden, diese Hürde zu überspringen.
In die ökologische Bewertung eines Produktes sollte aber im obigen Sinne auch mit Hilfe
Einrichtung
schwerpunkt
einer transparenten Methode der auf Abfallminimierung ausgelegte Fertigungsprozess eingehen.
Dazu gehört selbstverständlich unter anderen
die Besserstellung, wenn ein Hersteller seine unvermeidlichen Abfälle sachgerecht entsorgt,
wiederverwertet oder im Haus verstromt.
Die Reduzierung der Nachhaltigkeit auf ökologische Fragen reicht nicht aus und wäre ein
Rückschritt auf die gescheiterten Öko-Audits
vergangener Jahrzehnte. Zur Nachhaltigkeit gehören untrennbar die „ökonomische Qualität“
und die „Humanfaktoren“.
Umgesetzt auf die Laboreinrichtung bedeutet dies für die ökonomische Qualität, auf Verbesserung der Performanz d.h. Effizienz ausgelegtes Design, Planung und Ausführung. Der
Autor will generell zu Ausdruck bringen, dass
die Produkte bekannter Deutscher Hersteller
ohne Zweifel den Stand der Technik repräsentieren und im modernen Sinne interpretierte
Aspekte der Nachhaltigkeit schon „immer“ intrinsische Bestandteile der Laboreinrichtung
waren und sind. Nicht zuletzt die Ressourcenknappheit aber auch der ausgeprägte Hang
zum Sparen hat gerade in Deutschland viele
Technologien gefördert, die im nachhaltigen
Sinne beispielgebend sind. Aber gerade weil
hier vieles selbstverständlich erscheint hat man
sich bei der Vermarktung dieser nur scheinbaren Banalitäten im internationalen Wettbewerb
immer zurück gehalten. Desweiteren gibt es
durchaus noch praktische Lösungen zu entwickeln und umzusetzen, die als Bindeglied in der
ganzheitlichen Betrachtung der Nachhaltigkeit
eine Rolle spielen.
Die sogenannten Humanfaktoren oder soziokulturellen Aspekte der Nachhaltigkeit sind äu-
ßerst komplex und hängen von vielen sehr unterschiedlichen Kriterien ab. Wohlfühltatbestände
und Befindlichkeit der Nutzer wirken sich unmittelbar auf die Performanz aus. Darunter sind einerseits unmittelbare Einflüsse der Umgebungstechnik wie Lärm, Emissionen, zugluftfreies
Raumklima, Tischgrößen, Lichttechnik usw. zu
zählen. Andererseits spielen abhängig von der
Aufgabenstellung aber auch Faktoren wie eine
kommunikationsfördernde Architektur und andere gestalterische Maßnahmen eine Rolle. Insofern ist die Laboreinrichtung als wesentliches,
die unmittelbare Raumkultur dominierendes Gewerk von zentraler Bedeutung und Hauptbestandteil einer die Wechselwirkungen zwischen
Umfeld und Nutzer beachtenden Planungsdeterminante.
Die Einrichtung ist ein Enabler der Performanz, kann diese aber auch behindern. Sie ist
Vehikel der Nachhaltigkeit und dominiert das
technische Umfeld, welches die Aufgabenstellung erfordert. Laborarbeit befindet sich systemimmanent in einem fortwährenden Wandel und
muss selbst in einem nachhaltigen Umfeld stattfinden, wenn Sie an nachhaltigen Konzepten für
die Zukunft forscht. Beispielhaft seien sich bereits heute abzeichnende Modelle der Kommunikation und Interaktion in interdisziplinären Forschergruppen genannt, die ihrerseits eine
Auflösung starrer unflexibler Einrichtungen verlangen.
Vernetzung, Wissensmanagement und der
allgemeine Trend zu computerbezogenen Arbeiten und wissenschaftlichem Schreiben werden
Einfluss auf die Laboreinrichtung haben, die
dann z. B. nur noch partiell von Beständigkeit
gegen chemische Substanzen geprägt ist. Die
Zunahme kollaborativen Arbeitens in interdisziplinären Gruppen erfordert nachhaltige Lösungen. Bereits 60 % der Arbeitszeit verbringt der
Labornutzer am Computer oder mit dem Monitoring seiner Prozesse, dem muss auch die Laboreinrichtung Rechnung tragen.
Viele Experten räumen der Nachhaltigkeit einen sehr hohen Stellenwert ein, und gehen zum
Teil soweit, den zukünftigen Erfolg ohne Nachhaltigkeit infrage zu stellen. Es geht Egnaton
nicht um Entwicklung von Laboreinrichtung,
sondern darum, sicher zu stellen, dass Laboreinrichtung und Labortechnik diesem Paradigmenwechsel folgt und die Optimierungspotenziale
im Labor ausschöpft.
Umfragen unter Nutzern ergeben eine latente Unzufriedenheit mit Arbeitsbedingungen –
Lärm, Klima, Belegung aber auch der Arbeitsplatzgestaltung und Fragen der Flexibilität. Alle
diese Faktoren finden sich in der Laboreinrichtung wieder und gehören zur Nachhaltigkeit.
▶ ▶K ontakt
Egbert Dittrich
Europäische Gesellschaft für Nachhaltige Labortechnologien e.V. (Egnaton)
Bensheim
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Einrichtung
schwerpunkt
Sicher ist sicher
Gefahrstofflagerung gesetzeskonform, funktional, praktisch
Schon Paracelsus wusste: Alle Ding‘ sind Gift und nichts ohn‘ Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist. Was dieser schon vor mehr als fünfhundert
Jahren wusste, ist heute in Verordnungen zur Gefahrstofflagerung geregelt.
Und das nicht ohne Grund, denn Gefahrstoffe, wie sie im Labor in unterschiedlichster Form aufbewahrt werden, wie z. B. Laugen, Säuren oder Gase, sind oft
bereits in kleinsten Mengen schädlich für Mensch und Umwelt. Eben aus diesem
Grund ist es wichtig, besonders diese Materialien sicher und bedarfsgerecht zu
lagern. Kein Wunder also, dass auch der Gesetzgeber hier hohe Anforderungen
in Form von Auflagen an die Lagerung von Gefahrstoffen stellt. In zahlreichen
Regeln und Vorschriften schreibt er größtmöglichen Schutz für den Anwender
vor. Eine sichere Möglichkeit die gesetzlichen Forderungen zur Gefahrstofflagerung umzusetzen, ist der Einsatz von EN-geprüften Sicherheitsschränken, z.B
feuerbeständige Sicherheitsschränke oder Druckgasflaschenschränke. Bei Gefahreneintritt bieten diese Zeit, sich in Sicherheit zu bringen, Lösch- und andere
Rettungsmaßnahmen einzuleiten wie auch den Schutz vor Brandausweitung.
Vor ätzenden Stoffen schützen spezielle Säuren- und Laugenschränke.
Nicht nur sicher, sondern auch praktisch
Doch heute erwartet man von einer Laborausstattung nicht nur, dass sie entsprechend der
Vorschriften Schutz bietet, sondern auch eine Erleichterung des Arbeitsprozesses durch Ergonomie und praktischen Bedienerkomfort. Der Blick
für das Detail lohnt sich also, um den täglichen
Arbeitsprozess im Labor deutlich zu erleichtern.
Denn mittlerweile gibt es clever konstruierte Sicherheitsschränke, die im Labor die nötige Zeitersparnis und Flexibilität im Arbeitsprozess ermöglichen:
▪▪ Der Pegasus-Sicherheitsschrank aus dem
Hause asecos kann bequem mit nur einer
Hand bedient werden. Hierzu ist ein sogenannter „asynchron gekoppelter Türantrieb“
(AGT) eingebaut. Das heißt, sobald man den
Türgriff auf der rechten Schrankseite betätigt, öffnet sich zeitgleich auch die linke Seite. Die Flügeltüren bleiben während der Bedienung am Schrank im arretierten Zustand
geöffnet. Sobald der Mitarbeiter seine Tätigkeit erledigt hat, kann er beruhigt vom
Schrank wegtreten. Denn die Tür-Schließ-Automatik löst nach 60 Sekunden die arretier510 • GIT Labor-Fachzeitschrift 7/2010
ten Türen, damit diese selbständig und sicher
schließen. Somit muss man sich über offen
stehende Türen keine Gedanken mehr machen.
▪▪ Noch mehr Bedienkomfort bietet der Sicherheitsschrank Phoenix touchless, ebenfalls
eine Konstruktion des Gründauer Unternehmens. Mit Hilfe eines integrierten Sensors erkennt dieser Personen vor dem Schrank in
ca. 2 Sekunden. Dann öffnen sich die
Schranktüren vollautomatisch in ca. 5 Sekunden. Und sobald der Sensor feststellt,
dass der Mitarbeiter nicht mehr am Schrank
steht, schließen die Türen nach ca. 30 Sekunden selbstständig. Ein besonderes Plus sind
die platzsparenden Falttüren.
▪▪ Ein Sicherheitsunterbauschrank mit maximierter Innenhöhe ist beispielsweise ideal,
um auch 30-Liter-Gebinde optimal unterhalb
des Arbeitsplatzes lagern zu können. Ein Unterbauschrank mit hohem Lagervolumen ermöglicht eine arbeitsplatznahe Lagerung
wie auch ein einfaches Be- und Entladen der
schweren Gebinde. Diese können dann auch
sehr einfach an Ver- und Entsorgungsleitun-
Einrichtung
schwerpunkt
gen angeschlossen werden und lagern dabei
sicher im Unterbauschrank. Sicherheitsschränke der neusten Generation verfügen
außerdem über ein hohes Maß an Mobilität
durch die Ausstattung mit stabilen Bockrollen. Das Verschieben der Schränke ist somit
benutzerfreundlich und ohne das Risiko von
Fußbodenschäden möglich.
Flexibilität als Standard
Komfortable Laborausstattung bedeutet, dass
sich die Sicherheitsschränke optimal in die räumlichen Gegebenheiten integrieren lassen. Denn
für einen guten Arbeitsfluss ist es empfehlenswert die gesundheits- und umweltschädlichen
Substanzen sicher aber auch platzsparend und
arbeitsplatznah zu lagern. Hierzu ist es von großem Vorteil, dass der Hersteller, bei dem man diese bezieht, eine breite Palette an Modellen und
verfügbaren Größen wie auch flexible Innenausstattung anbietet. Drei Wünsche auf einmal sind
dabei nicht zu viel. Die oben genannten Sicherheitsschränke gibt es mit 90 Minuten Feuerwiderstandsfähigkeit (Typ 90) und in unterschiedlichen
Größen. Dabei ist die Innenausstattung auf die
individuellen Bedürfnisse anpassbar, denn der
Trend geht immer mehr zur steigenden Flexibilität
über. Das reicht von einer benutzerfreundlichen
Innenausstattung durch wunschgemäß anzuordnende Schrankauszüge anstelle fester Fachböden
bis hin zu komfortablen Kombischränken für Laugen, Säuren und brennbare Flüssigkeiten. Spezialanfertigung und individuellen Lösungen sind
möglich. Da alle asecos Sicherheitsschränke in
Gründau gefertigt werden, können die speziellen
Wünsche zeitnah umgesetzt werden. In den meisten Fällen ist dann auch ein eigener Brandkammertest für einen speziell angefertigten Schrank
nötig und ein unabhängiges Prüfinstitut wird damit beauftragt. Für bestätigte Sicherheit im Labor
sollten Sicherheitsschränke regelmäßig und fachkundig sicherheitstechnisch geprüft werden. Der
Gesetzgeber fordert in der Betriebssicherheitsverordnung, den technischen Regeln für Betriebssicherheit und der Arbeitsstättenverordnung, dass
Sicherheitsschränke in regelmäßigen Abständen
durch befähigte Personen sachgerecht gewartet
und auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Diese sicherheitstechnische Überprüfung bietet
asecos mit einem deutschlandweiten Netz eigener Servicetechniker.
Wichtige Regeln, Gesetze und Vorschriften zur Lagerung von Gefahrstoffen:
▪▪ Technische Regeln für brennbare
Flüssigkeiten, TRbF 20 Anhang L
▪▪ Betriebssicherheitsverordnung,
BetrSichV
▪▪ Gefahrstoffverordnung, GefStoffV
▪▪ Arbeitsstättenverordnung, ArbStättV
▶ ▶K ontakt
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Einrichtung
schwerpunkt
Sitzkomfort und Ergonomie
Anforderungen an einen Laborstuhl
An einen Laborstuhl werden unterschiedlichste und zugleich höchste Anforderungen gestellt. Die Laborstuhl-Lösung Labster von bimos bietet neben
den laborspezifischen hygienischen Eigenschaften, Funktionen, die ihn an
wechselnden Arbeitsstationen jederzeit vollwertig einsetzbar machen. Er beansprucht lediglich ein Minimum an Platz und bietet dennoch ein Höchstmaß
an Ergonomie und Sitzkomfort. Diese Eigenschaften ermöglichen in Laboren
endlich präzises und konzentriertes Arbeiten über längere Zeiträume hinweg.
Zusammen mit dem Fraunhofer Institut erforschte und entwickelte bimos
diese originäre Sitzlösung für Labore.
Anpassung an die Bewegung des
Nutzers
Ausgehend von den Ergebnissen der wegweisenden Labornutzerstudie „Lab 2020“ wurde
ein Laborstuhl entworfen, der sich optimal dem
Nutzer anpasst und die jeweilige spezifische Arbeitshaltung ergonomisch unterstützt. Hierzu
wurde unter anderem die neuartige Auto-Motion-Technik entwickelt, die auf Tätigkeiten, Bewegungsabläufe und die speziellen Sitzhaltungen im Labor ausgerichtet ist. Neigt sich ein
Mitarbeiter zum Pipetieren nach vorne, neigt
sich die Sitzfläche und die Rückenlehne des
Stuhles automatisch mit. Das unterstützt die
Wirbelsäule und die Rückenmuskulatur des Nutzers. Zudem führt die automatische Absenkung
der Sitzvorderkante zur besseren Durchblutung
und Entlastung der Oberschenkelunterseite – bei
gleichzeitiger Abstützung des Rückens.
Eine weitere ergonomische Unterstützung
erfährt der Nutzer dieses Laborstuhls durch die
mehrdimensional geformte Rückenpolsterung.
Diese stabilisiert den Lordosenbereich und gibt
bei allen Arbeiten gleichzeitig seitlichen Halt
ohne einzuengen. Der Nutzer wird somit geführt
und sitzt automatisch korrekt. Die Rückenlehne
wurde zudem in Ihrer Form stark verjüngt, damit
auch labortypische Armbewegungen, wie beispielsweise das Greifen zur Seite oder nach hinten, bequem und störungsfrei durchgeführt werden können.
Ergonomische Funktionen
Die besten ergonomischen Funktionalitäten eines Stuhls kommen jedoch erst zum Zug, wenn
sie im hektischen Arbeitsalltag schnell und einfach abgerufen werden können. Daher zeichnet
sich Labster durch einfache Bedienbarkeit und
Handhabung aus. Die Einstellung der Sitzhöhe
kann ohne Sichtkontakt vorgenommen werden,
die Höhenverstellung der Rückenlehne erfolgt
intuitiv durch eine Rastertechnik und kann auf
zusätzliche Hebel und Handräder verzichten.
Auch die Auto-Motion-Technik justiert sich
selbsttätig und ohne Zutun, damit beide Hände
jederzeit da sein können, wo sie im Labor gebraucht werden. Zusätzlich passt sich die funktionale Gestaltung und Qualität des Laborstuhles
dem oftmals beengten Arbeitsraum an: Überzeugend ist unter anderem der innovative, geschlossene Kunststoffsternfuß mit geringem Durchmesser – gefährliche „Stolperfallen“ können so
gar nicht erst entstehen. Während
herkömmliche Stühle die Mobilität
und die Sicherheit zumeist beeinträchtigen, bietet der platzsparende Labster insgesamt eine höhere
Flächeneffizienz und eröffnet Labormitarbeitern einen extrem großen Aktionsradius.
Verschiedene Arbeitssituationen
Aber nicht immer ist ein Stuhl die
richtige Sitzlösung für eine Arbeitsstation im Labor. Daher bietet das
System für jede Labortätigkeit die
geeignete Lösung, wie verschiedene Höhen, Stehhilfen und Hockern.
Jede Ausführung gewährleistet maximalen Komfort für ergonomisches
Sitzen und Stehsitzen. In einer gutachterlichen Stellungnahme zur
funktionalen Qualität bestätigt das
Fraunhofer Institut abschließend
die umfassenden Vorzüge dieser
einzigartigen Sitzlösung: „Durch
seine Systemintelligenz und die damit entstehende funktionale Flexibilität ist das System nicht nur
ergonomisch, sondern auch wirtschaftlich hervorragend.“
Zertifiziert: aus der Praxis für
die Praxis
Der neu entwickelte Laborstuhl
erfüllt alle Anforderungen an
zukunftsfähige und innovative Sitzlösungen, wie sie von der wegweisenden Labornutzerstudie „Lab
2020“ (www.lab2020.de) formuliert wurden. Diese Studie ist ein
Verbundforschungsprojekt, das die
alltäglichen Erfahrungen von Anwendern in der Pharma- und Biotechbranche mit dem Know-how
der Anbieter von Laboreinrichtungen kombiniert. Träger und wissenschaftliches Fundament der Studie
ist die renommierte FraunhoferGesellschaft. Als Kooperationspartner dieses Innovationsnetzwerks
hat sich bimos freiwillig verpflichtet, alle Erkenntnisse von „Lab
2020“ in das Gestaltungskonzept
einfließen zu lassen. Laut Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft
und -organisation ist Labster zur
Nutzung in Laboren jeglicher Art
geeignet. Umfangreiche Expertisen
und Zertifikate belegen die Eignung für Reinräume, GMP-Bereiche
und Sicherheitslabore der Klassen
S1 bis S3.
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(z.B. Rotationsverdampfung). Die automatische,
punktgenaue Vakuumregelung verhindert Siedeverzüge sowie Aufschäumen, verkürzt Prozesszeiten und ermöglicht dadurch eine hohe Prozesssicherheit bei unbewachtem Betrieb.
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Einrichtung
schwerpunkt
Modularität und Flexibilität
Entwicklung der Multi-Laborwand
Im Science Park in der Watergraafsmeer in Amsterdam
entsteht mit 17.000 m² eines der größten wissenschaftlichen Laborprojekte in Europa. Die Entwicklung eines innovativen Wandsystems, das gänzlich von der gängigen
Laboreinrichtung abweicht, soll die Labore nicht nur
flexibler, sondern vor allem arbeitserleichternd für die
Nutzer machen.
22 V.l.n.r.: Peter van Heesewijk, Geschäftsführer Waldner Benelux,
Dr. Peter Blok von der Uni Amsterdam
Seit 2009 befindet sich die Fakultät
für Naturwissenschaften, Mathematik und Informatik (FNWI) der
Universität Amsterdam in den neuen Gebäuden im Science Park in
Amsterdam. Ein wesentlicher Teil
dieses Neubaus für Lehre und Forschung wird mit Laboren eingerichtet. Die Fertigstellung des neuen
Gebäudekomplexes mit einer Brutto-Gesamtfläche von 70.000m² im
Science Park Amsterdam hat 3 Jahre gedauert und soll dieses Jahr
fertiggestellt werden.
Für die neuen Labore im FNWI
Gebäude wollte die Uni Amsterdam eine Gebäudestruktur und
eine Raumumgebung schaffen, die
mit der Forschung mitwachsen
können. Dr. Peter Blok, Direktor für
Gebäude, Ausstattung und Technologie der Fakultät beschreibt das
so: „Wir wollten ein wandelbares
Gebäude, in dem man nicht nur
Abb.1: Multilaborwand offen gestaltet
unterschiedliche Labors einrichten,
sondern auch deren Größe flexibel
gestalten kann. Dafür gibt es keine
Standardsysteme. Darum konnten
wir in der Ausschreibung kein detailgenaues Konzept vorlegen, haben jedoch dazu aufgefordert, ein
Konzept zu entwickeln, das innerhalb des gegebenen Rahmens die
notwendige Flexibilität aufweist.“
Letztendlich hat sich der Laborplaner ein neues Einrichtungskonzept, die Multi-Laborwand, ausgedacht:
eine
einzigartige
Kombination aus Labormöbelsystem und Trennwand. Im gesamten
Labor können in einem festen Abstand vertikale Ständer aufgestellt
werden, die an Boden und Decke
fixiert sind. Die Ständer dienen als
Träger für die modularen Einrichtungskomponenten sowie zur Medienverteilung. Die Ständer sind
der einzige, am Boden fixierte Teil
der Laboreinrichtung. Wandpanell
können ganz einfach zwischen den
Ständern befestigt, aber auch weggelassen werden. Dadurch ist es
einfach, aus Wandtischen sog. Tischinseln zu bilden und Geräte zu
integrieren: das Labor ist nicht an
feste Unterteilungen gebunden.
Untersuchungsmethoden verändern sich schnell und stellen somit auch veränderte Anforderungen an die Technik. Müssen
Laborräume in Zukunft an neue
Anforderungen angepasst werden,
bietet die Multi-Laborwand großen
Spielraum, denn sie besteht aus
flexiblen Elementen in einem flexiblen Raum.
Waldner hat ein entsprechendes Muster dieser neuen Laborwand entworfen. „Tatsächlich haben wir hierbei im Rahmen der
Möglichkeiten alle Wünsche der
Benutzer berücksichtigt. Und damit
nicht genug: die Fakultät bat uns
um die Entwicklung einer Laborwand und wir haben eine so genannte Cleanroom-Wand geliefert,
die den strengsten gesetzlichen
Anforderungen an die Arbeitsumgebung hinsichtlich Hygiene, Geräuschpegel und Ergonomie entspricht.
Mit
vollkommener
Flexibilität am Arbeitsplatz.“ beschreibt Peter van Heesewijk, Geschäftsführer von Waldner Benelux,
den Entwicklungsprozess.
▶ ▶K ontakt
Waldner Laboreinrichtungen
GmbH & Co.KG
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Abb.2: Die Multilaborwand mit Wand-oder Glaselementen geschlossen
Einrichtung
schwerpunkt
Sicherheit im „Green-Lab“
Abluftfiltersystem 100 % ATEX-konform
Für die Belüftung und Überwachung von Sicherheitsschränken nach TRbF 20
Anhang L hat Düperthal ein neues Abluftfiltersystem entwickelt. Die Einheit
punktet durch nahezu 100 %ige Filterung von schädlichen Lösemitteldämpfen (Kohlenwasserstoffe) durch molekulare Adsorption. Das mehrstufige,
geerdete Filtersystem garantiert 2-fache Sicherheit mit zwei wechselbaren
22 Christian Völk,
Marketingleiter Düperthal
Aktivkohlefiltern für eine extrem hohe Wirksamkeit. Zusätzlich verfügt die
Einheit über einen ebenfalls wechselbaren Partikelfilter.
Der gereinigte Luftstrom wird in die Raumluft
abgegeben, entsprechend bietet die Filterung
optimalen Schutz des Anwenders. Ein zusätzlicher Anschluss der Abluft ins Freie ist nicht notwendig und somit wird keine erwärmte oder klimatisierte Raumluft verbraucht. Dieser Vorteil
gewinnt in Zeiten der zunehmenden Energieeinsparungen und Gebäudezertifizierungen verstärkt an Gewicht. Des weiteren kann der Filteraufsatz direkt auf oder neben dem Schrank in
Betrieb genommen werden. Somit ist die größte
Flexibilität bei der Aufstellung und einer Re-
Positionierung gewährleistet.
Das Abluftfiltersystem ist ein modernes Gerät mit ansprechendem
und funktionellem Design. Das
Stahlblechgehäuse ist in silber
perlglimmer gehalten und bietet
einen angenehmen Kontrast zu
der integrierten Steuerung mit
mehrsprachigen „Blue Mode“ LED-Display. Die
Steuerung mit Display sieht aber nicht nur gut
aus, sondern bietet eine Vielzahl an technischen
Finessen. Für die 3-monatige Kontrolle des
Aktivkohlefilters durch den Anwender ist eine
Zeit- und Eingabeprotokollfunktion hinterlegt.
Die Zeitfunktion zeigt zusätzlich auch die nächste Wartung sowie den jährlich erforderlichen Filterwechsel an.
Die Abluftgeschwindigkeit kann für jeden
Sicherheitsschrank angepasst werden und ist
damit extrem geräuscharm. Ein Sensor kontrolliert den Luftstrom, meldet optisch und akustisch
Unterschreitung des programmierten Sollwertes bzw. das Auftreten einer Störung. Selbst
redend funktioniert das Warnsystem auch
Abb. 2: Baumusterprüfzeichen TÜV
bei Ventilatorausfall zeigt dies mit Störungsanzeige an. Alle Fehlermeldungen werden elektronisch protokolliert und können im Rahmen des
Riskmanagements eingebunden werden.
Die Einheit ist zu 100 % ATEX-konform nach
RL94/9/EG und erfüllt schon heute die Anforderungen an ein „Green-Lab“. Das Baumusterzertifikat und die umfangreiche Stoffliste sind in
der mehrsprachigen Bedienungsanleitung beinhaltet und können als Bausteine in der Gefährdungsanalyse verwendet werden.
Abb. 1: ATEX-Filtersystem
▶ ▶K ontakt
Düperthal Sicherheitstechnik GmbH & Co. KG
Kleinostheim
Tel.: 06027/403-0
Fax: 06027/403-121
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www.dueperthal.com
Titelstory
Sicherheit und Nachhaltigkeit
Laboreinrichtungen im Wandel
Mit diesem Slogan hat die Firma Köttermann vor drei Jahren einen sehr
wichtigen Aspekt hervorgehoben: Sicherheit in all ihren Facetten ist ein zentrales Ziel der Unternehmensphilosophie, das das Handeln in allen Unternehmensbereichen prägt und fest in den Köpfen der Mitarbeiter verankert ist.
Neben Sicherheit gibt es ergänzende Faktoren um ein Labor zukunftsfähig
zu machen.
Abb.1: Abzug mit AutoProtect - dem intelligenten
Frontschieber
Ein gut funktionierendes Labor hat viele Anforderungen zu erfüllen um erfolgreich zu sein.
Grundsätzlich lassen sich diesen Anforderungen
drei Themen bzw. Ziele zuordnen:
▪▪ Effektive und effiziente Arbeitsabläufe: Kein
Labor ist Selbstzweck. Immer haben Menschen im Labor ein Ziel vor Augen: Eine
schnelle und effektive Erledigung von Arbeiten,
sei es für den wirtschaftlichen Erfolg oder im
Dienste der Wissenschaft.
▪▪ Sicherheit: Praktisches naturwissenschaftliches Arbeiten ist mit besonderen Gefahren
verbunden. Denn im Labor wird der Mensch
aus seiner natürlichen Umgebung herausgerissen, für deren Gefährdungen er im Laufe
der Evolution adäquate Schutzmechanismen
und Frühwarnsysteme aufbauen konnte.
Deshalb ist es wichtig, für das Labor technische, organisatorische und persönliche
Schutzmaßnahmen zu definieren.
▪▪ Nachhaltigkeit: Jeder von uns trägt eine Verantwortung für die (Um)-Welt und deren natürlicher Ressourcen. Gerade in den letzten
Jahren gewinnt der Begriff des „sustainable
laboratory“ zunehmend an Gewicht und Aktualität. Neben ökologischen Aspekten ist
auch die Minimierung der Kosten eines Labors über dessen gesamten Lebenszyklus ein
vorrangiges Ziel. Mitunter können diese Ziele zu widersprüchlichen Maßnahmen führen:
Falsch verstandene Sicherheitsanforderungen
können den Erfolg eines Labors durchaus gefährden, wenn sie den Arbeitsfluss behindern;
eine reduzierte Laborlüftung braucht wenig
Energie und ist gut für die Umwelt, kann aber
Mitarbeiter erhöhten Schadstoffkonzentrationen aussetzen.
Was kann die Laboreinrichtung zum
Erfolg eines Labors beitragen?
Die Leistungsfähigkeit eines Labors wird durch
viele Faktoren bestimmt, deren wichtigste unumstritten personeller Natur sind. An zweiter
Stelle steht in vielen Fällen die apparative Ausrüstung mit denjenigen Messgeräten, die unmittelbar die Ergebnisse beeinflussen. Die Laboreinrichtung ist sozusagen der Mittler
zwischen beiden. Sie verbindet Mensch und
Technik und kann auf diese Weise unmittelbar
Arbeitsprozesse unterstützen und zum Erfolg
eines Labors beitragen.
Bei der Einrichtung eines neuen Labors ist es
von großem wirtschaftlichen Interesse, Lösungen zu finden, die möglichst ohne Kompromisse
Arbeitsprozesse unterstützen, Menschen ein
Höchstmaß an Sicherheit bieten und gleichzeitig ressourcenschonend sind.
Effektive und effiziente Arbeitsabläufe
Die Unterstützung von Arbeitsabläufen setzt
voraus, dass bei der Planung eines Laboratoriums die Arbeiten bekannt sind. Deshalb setzt
Köttermann auf den Faktor Mensch. Erfahrene
Berater im Außendienst kennen typische Abläufe im Labor und können sie direkt in Einrichtungen umsetzen.
Doch auch das Handwerkszeug muss stimmen: Möbelkomponenten müssen sich flexibel
an die Anforderungen im Labor anpassen können. Wie das Köttermann Systemlabor, das zudem durch sein im wahrsten Sinne des Wortes
ausgezeichnetes Design eine angenehme leistungsbereite Arbeitsatmosphäre schafft.
Neben der Flexibilität tragen auch ergonomisch durchdachte Details zur Effizienz eines Labors bei. Wie zum Beispiel die neuartige Softmatic
an Abzügen: ein kurzes intuitives Anheben des
Frontschiebers oder ein Kick gegen den Fußtaster
reicht aus und der Abzug öffnet sich automatisch.
Abb.2: Köttermann Softmatic
Der Weg zu mehr Sicherheit
Sichere Produkte sind entscheidend für Arbeiten
im Labor. Doch Köttermann ist einen Schritt weiter gegangen und hat das Thema Sicherheit zu
einem zentralen Punkt der Firmenphilosophie
gemacht. Nach außen hin zeigt sich das am Slogan „we care about your safety“, der seit dem
Jahr 2008 die Botschaft transportiert. Für Köttermann ist das Thema Sicherheit ein Wert, der inzwischen tief in den Köpfen aller Mitarbeiter
verwurzelt ist und das Handeln in vielen Unternehmensbereichen prägt:
Alle Mitarbeiter des Köttermann Außendienstes wurden von der BG-Chemie zum Si-
Titelstory
Abb.3: Seit vielen Jahren ist Köttermann nach DIN EN ISO
14001 (Umweltmanagement) zertifiziert.
cherheitsbeauftragten ausgebildet. Dafür war
eine intensive Schulung notwendig. Sie kennen
seitdem die spezifischen sicherheitsrelevanten
Probleme im Labor noch genauer und wissen
die Inhalte der BGI 850-0 und weiterer einschlägiger Richtlinien der Laborplanung in praxisgerechte Lösungen umzusetzen.
Köttermann Produkte werden mit besonders
hohen Anforderungen an die Produktsicherheit
entwickelt. Unsere Ingenieure sind Mitglied in
relevanten DIN-Ausschüssen, stets auf dem
neusten Stand der Technik und können die Entwicklung sicherer Produkte gezielt vorantreiben. Wie etwa beim Köttermann Laborabzug,
der seit langem zu den sichersten Abzügen
weltweit gehört.
Doch Köttermann hat sich nicht auf den Lorbeeren ausgeruht und alle Abzüge serienmäßig
mit dem neuen AutoProtect ausgestattet, der
die Sicherheit von Abzügen nochmal erheblich
steigern konnte. AutoProtect ist ein vollautomatischer Frontschiebercontroller, der den
Frontschieber des Abzugs immer dann schließt
wenn niemand vor ihm arbeitet. Denn nur ein
geschlossener Frontschieber schützt vor Splittern, Spritzern und Schadstoffausbruch.
Auch intern wird der Slogan „we care about
your safety“ bei Köttermann gelebt. Sicherheitsmaßnahmen in unserer Produktionsstätte
sind so effektiv, dass unsere Unfallzahlen weit
unterhalb der Hälfte vergleichbarer Unternehmen liegt (stahlverarbeitende Industrie). Unsere Monteurteams sind alle nach SCC zertifiziert
(Sicherheitszertifikat Kontraktoren), einem Industriestandard, der weitreichende Sicherheitsmaßnahmen bei der täglichen Montagearbeit
fordert.
Nachhaltigkeit (k)eine neue
Herausforderung
Umwelt- und Ressourcenschonung sind bei
Köttermann ein besonderes Anliegen. Deshalb
waren wir der erste Hersteller für Labormöbel,
der sich bereits 1997 nach EN 14001 „Umweltaudit“ zertifizieren ließ und ein Managementsystem zur Umsetzung eines firmeninternen
Umweltprogramms aufgebaut hat. Heute finden auch andere Hersteller diese Thema wichtig genug, um sich dafür zu engagieren.
In der Unternehmensphilosophie von Köttermann spielt die Verantwortung für die
nächsten Generationen eine herausragende
Rolle.
Umweltschutz beginnt schon bei der Wahl
des Möbelmaterials. Köttermann verwendet
beschichteten Stahl, ein Material, das voll recyclingfähig ist und nicht nur, wie man bei Holzwerkstoffen oft euphemistisch zu hören bekommt, thermisch wiederverwertbar ist.
Eine großes Thema im Bereich Nachhaltigkeit sind die Betriebskosten eines Labors, die
auf Seiten der Laboreinrichtung fast ausschließlich vom Luftverbrauch der Abzüge beeinflusst
werden. Denn die muss mit großem Energieaufwand vorkonditioniert werden (zur Zeit
kann man stark vereinfacht, von etwa 0,5 € pro
Betriebsstunde eines Abzugs ausgehen). Hier
stehen moderne Abluftregelsysteme zur Verfügung, die die Abzugsabluft immer dann reduzieren, wenn der Frontschieber geschlossen
wird – ohne Kompromisse bei der Sicherheit.
Gerade Abzüge mit AutoProtect, die das Absenken des Frontschiebers automatisieren, haben ein außerordentlich hohes Potential zur
Energiekostensenkung.
Nicht ohne Bedenken sehen wir in Deutschland dagegen zur Zeit einen Trend zu immer
„sparsameren“ Abzügen ungeregelten Abzügen mit immer weniger Luftverbrauch. Dadurch
wird deren Rückhaltevermögen für Schadstoffe
unweigerlich schlechter. Das Ergebnis sind Abzüge, deren Leistungsvermögen so gerade die
zulässigen Grenzwerte erreichen. Hier ist eine
typische Konfliktsituation zwischen Sicherheit
und Ressourcenschonung in der aus unserer
Sicht die Sicherheit oberste Priorität hat.
Effektive und effiziente Arbeitsabläufe, Sicherheit und Nachhaltigkeit, das sind wichtige
Parameter für den Erfolg eines Labors. Köttermann kann durch individuelle Einrichtungskonzepte, erfahrene Mitarbeiter und sichere, ergonomische Produkte eine gute Grundlage für
diesen Erfolg legen. Dabei geht Köttermann
auch zukunftsweisende Wege, wie mit dem attraktiven Leasingangeboten, den beispielhaft
kurzen Lieferzeiten oder der Köttermann-Hotline, unter der qualifizierte Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter werktags bis 20.00 Uhr erreichbar sind.
▶ ▶K ontakt
Dr. Frank Buchholz
Produktmanager
Köttermann GmbH & Co KG
Uetze, Hänigsen
Tel.: 05147/976-591
[email protected]
www.koettermann.de
Temperieren
Flüssiger Stickstoff
Richtiger Umgang für mehr Sicherheit
Um Stickstoff in großen Mengen möglichst rationell zu lagern und zu transportieren, ist der flüssige Aggregatzustand besonders vorteilhaft (Abb. 1).
Zum Einsatz kommt er dann sowohl gasförmig (durch Verdampfen) als auch
in flüssiger Form. Flüssiger Stickstoff hat bei einem Umgebungsdruck von
1 bar eine Siedetemperatur von –196 °C, so dass er nur in hochwertig
isolierten Kryobehältern über längere Zeit aufbewahrt werden kann.
22 Dipl.-Phys. Berit Franz,
Air Liquide Deutschland
Auch Inertgase können bei Nichtbeachtung
der Regeln im Tagesgeschäft auf dreierlei Weise
gefährlich werden:
▪▪ Erstickungsgefahr durch Verdrängen des
Luftsauerstoffs
▪▪ Durch die Kältewirkung tiefkalten, verflüssigten Stickstoffs
▪▪ Das Freisetzen hoher Kräfte durch Verdampfen von verflüssigtem Stickstoff
Erstickungsgefahr
22 Dipl.-Ing. Georg Schroeder,
Inerte Gase wie Stickstoff gehen unter „normalen“ Umgebungsbedingungen wie Normaldruck
und Raumtemperatur keine chemischen Verbindungen mit anderen Elementen ein. Daher führt
das Freiwerden von Stickstoff weder zu einer erhöhten Brandgefahr noch zur Vergiftung oder
Verätzung.
Inertgase dienen z. B. in der Lebensmittelproduktion dazu, den in der Luft enthaltenen Sauerstoff aus der Verpackung zu verdrängen und somit die Lebensmittel länger haltbar zu machen.
Außerdem wird Stickstoff vielfach benutzt, um
Apparate oder chemische Anlagen zu inertisieren. Auch ist flüssiger Stickstoff einer der „Stars“
der sog. Molekularküche. Gerade im letztgenannten Anwendungsgebiet kommt es aber immer wieder zu schweren und tragischen Unfällen, weil die Beteiligten die grundlegenden
Vorsichtsmaßnamen im Umgang mit flüssigem
Stickstoff nicht kennen.
Daher stellt sich die Frage:´Wie können Inertgase, die nicht entzündbar sind wie z. B. Propan
und nicht so verbrennungsfördernd wirken wie
Sauerstoff, uns trotzdem gefährlich werden?
Für fast alles organische Leben auf der Erde ist
Sauerstoff lebensnotwendig. Die SauerstoffKonzentration in unserer Atemluft beträgt unge-
fähr 21 Vol. %. Die anderen Luftgase wie Argon,
Kohlendioxid, Neon, Krypton, Xenon und natürlich Stickstoff gehören zu den inerten Gasen.
Aus zahllosen Abenteuergeschichten von
Wüstendurchquerungen oder Flugzeugunfällen
ist bekannt, dass der menschliche Organismus
ca. drei Wochen lang ohne Nahrung auskommen kann. Der Zeitraum ohne Flüssigkeit
schrumpft schon auf drei Tage. Drei Minuten
ohne Atmung führen zunächst zu bleibenden
Gehirnschäden (wg. Sauerstoff-Unterversorgung) und danach zum Tode. Daher ist auch bei
der Wiederbelebung nach Atemstillstand die
Atemspende von hoher Wichtigkeit. Wenn ein
Mensch einen mit Stickstoff gefluteten Raum
Abb. 1: Flüssiger Stickstoff hat eine Temperatur von –196 °C
Temperieren
Abb. 2: Bei Behältern sorgen Sicherheitsventile
dafür, dass sich kein zu hoher Druck aufbaut
betritt, so reichen bereits zwei Atemzüge aus,
um bewusstlos zu werden.
Da man Inertgase nicht schmecken, sehen
oder riechen kann , ist es schwierig sie zu erkennen und damit auch dies Erstickungsgefahr –
zumal schon ab einem auf 17 Vol. % abgesenkten Sauerstoffgehalt mit Beeinträchtigungen zu
rechnen ist.
Da aus 1 Liter flüssigem Stickstoff fast 700
Liter Stickstoffgas „entstehen“, verdünnt bzw.
verdrängt eine offene Verdampfung in geschlossenen Räumen sehr schnell den zum Atmen notwendigen Sauerstoff. Sauerstoffkonzentrationen
unter 15 Vol. % bewirken ein zunächst oft unmerkliches Nachlassen der Leistungsfähigkeit,
Konzentrationen unter 11 Vol. % reichen zum
Atmen nicht mehr aus und führen nach kurzer
Zeit zu Bewusstlosigkeit. Daher ist stets für eine
ausreichende Belüftung zu sorgen. Wo dies nicht
möglich ist, wie beispielsweise beim Transport
von Kryobehältern in Aufzügen, muss dieser
ohne „menschliche Begleitung“ erfolgen.
Die ersten Anzeichen des Erstickens sind
Schwindel, Kopfweh, Sprachstörungen, Wahrnehmungstrübung, Verlust der Motorikkontrolle
sowie Verminderung und Verlust des Bewusstseins. Sie ähneln sehr den Symptomen von allgemeiner Erschöpfung oder Unwohlsein. Erschwerend kommt hinzu, dass der oder die Betroffene
die beobachtbaren Symptome selber nicht wahrnimmt. Hier ist also die Aufmerksamkeit aller
gefordert.
Zu beachten ist außerdem, dass verdampfender Stickstoff aufgrund seiner tieferen Temperatur und damit größeren Dichte schwerer ist als
Luft und sich daher vorrangig am Boden ausbreitet. Jedoch ist Stickstoff, wenn er sich dann
immer mehr auf Umgebungstemperatur erwärmt
hat, auch leichter als Luft. Daher ist bei der Möglichkeit einer unzulässigen Stickstoffanreicherung davon auszugehen, dass das erstickende
Gas leichter, schwerer oder genauso schwer wie
Luft sein kann. Dies ist in Verbindung mit dem
vermuteten Gas natürlich auch entscheidend für
die Wahl der Messstellen, die oben, unten und in
„Nasenhöhe“ positioniert werden müssen.
Ziehen Sie die Konsequenz.
Vertrauen Sie asecos.
90 Minuten
Feuerwiderstandsfähigkeit –
die asecos G90Druckgasflaschenschränke
Gefahren durch die tiefe Temperatur
Sauerstoffanreicherung durch Kondensation
Da flüssiger Sauerstoff sich schon bei –183 °C
verflüssigt, kondensiert er bei Kontakt mit flüssigem Stickstoff. Zudem fördert Sauerstoff die Verbrennung, daher dürfen tiefkalte Bauteile nur
mit nichtbrennbaren Materialien isoliert werden,
weil sonst Brandgefahr aufgrund einer Sauerstoffanreicherung, z. B. im Isolationsmaterial,
besteht.
Volumenvergrößerung durch
Verdampfen
Flüssiger Stickstoff hat aufgrund der niedrigen
Temperatur eine sehr geringe Verdampfungswärme, in der siedenden Flüssigkeit besteht ein
guter Wärmeübergang und das Temperaturgefälle zur Umgebung ist sehr hoch. All dies führt
dazu, dass bei Wärmeeinbrüchen sehr schnell
große Flüssigkeitsmengen verdampfen. Es dürfen daher keine unverschließbaren Zugänge zu
tieferliegenden Räumen bestehen. Auch im Behälter kommt es zwangsläufig zum Verdampfen
(Abb. 2). Der sich dabei aufbauende Druck muss
abgeleitet werden können, sonst droht ein Bersten des Behälters.
Werkstoffe entsprechend auswählen
Abb. 3: Persönliche Schutzausrüstung verhindert
Schäden durch Kälte
Die Risiken im Umgang
mit Gefahrstoffen werden
oft unterschätzt.
Bei kryogenen Temperaturen nimmt die Festigkeit eines Werkstoffs zwar zu, aber seine Dehnbarkeit und Zähigkeit verringern sich. Folge ist
ein Verspröden des Materials, was durch auftretende Eigenspannungen zur Zerstörung des
Werkstücks führen kann. Geeignet für den Einsatz in diesem Temperaturbereich sind sauer-
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G90-Technologie gem. EN 14470-2
große Innenhöhe (1859 mm)
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Temperieren
aufnehmen und es kommt zu einem Druckgefäß
zerknall.
Auch beim Transport von flüssigem Stickstoff
in Fahrzeugen sind mehrere Punkte zu beachten.
▪▪ Kryobehälter mit flüssigem Stickstoff dürfen
nur mithilfe von Fahrzeugen befördert werden, wenn die Behälter für den Straßentransport zugelassen sind.
▪▪ Die Behälter müssen gegen Umfallen gesichert werden.
▪▪ Der Laderaum muss offen oder ausreichend
be- und entlüftet sein.
Außerdem sind, je nach Menge und Beförderungszweck, die Regularien des Gefahrguttransportrechtes anzuwenden (ADR/GGVSEB).
Wissen schützt
Abb. 4: Die Sichtbehinderung durch verdampfenden Stickstoff ist nicht zu unterschätzen
stofffreies Kupfer, Aluminium und einige austenitische Stähle, von den Kunststoffen vor allem
PTFE. Organische Materialien wie Holz und
Gummi sind ungeeignet. Da der Werkstoff beim
Abkühlen schrumpft, ist festes Einspannen zu
vermeiden.
Persönlichen Schutz ernst nehmen
Wie beim Umgang mit allen tiefkalten Flüssigkeiten ist auch bei flüssigem Stickstoff das
Tragen der persönlichen Schutzausrüstung
unumgänglich, d. h. Kälteschutzhandschuhe,
geschlossene Schutzbrille und Sicherheitsschuhe
sowie körperbedeckende, trockene Kleidung
(Abb. 3). Offene Taschen sowie umgeschlagene
Hosenbeine oder Ärmel vermeiden. Ebenfalls zu
beachten ist die Sichtbehinderung, die durch die
gebildeten Nebelschwaden (kondensierte Luftfeuchtigkeit) auftritt (Abb. 4).
Bei direktem Kontakt von flüssigem Stickstoff
mit der Haut kommt es zu sogenannten Kaltverbrennungen, die aufgrund der betäubenden Wirkung der Kälte anfangs keine Schmerzen verursachen. Die Kälte dringt unbemerkt über die
Blutzirkulation in den Körper ein und kann dort
Knochen und Gelenke erreichen, die dann spröde werden und brechen. Zudem besteht die
Gefahr, dass Zellen lebenswichtiger Organe absterben. Körperteile, die mit tiefkaltem Equipment in Berührung kommen, können daran festkleben, so dass ganze Gliedmaßen irreparablen
Schaden nehmen. Sollte es zu einem Unfall gekommen sein, kleinere Verbrennungen mindestens 15 Minuten mit lauwarmem Wasser spülen,
Wunde steril abdecken und den Arzt rufen. (Personen mit großflächigeren Kaltverbrennungen
mindestens 20 bis 30 Minuten in warmem Wasser baden, um sicherzustellen, dass auch Stellen
mit tieferliegenden Erfrierungen wieder Normaltemperatur erreichen).
Gefahren durch Überdruck
Auch bei inerten Gasen besteht Gefahr durch
das bei Druckerhöhung unkontrollierte Verdampfen tiefkalter Flüssigkeiten (kryogene Flüssigkeiten) wie Flüssig-Stickstoff. Tiefkalt, verflüssigte
Gase dürfen nie in einem System eingesperrt
werden, aus dem das Gas keine Möglichkeit hat
bei Druckerhöhung, z. B. durch Sicherheitsventile, zu entweichen.
Grund für diese Druckerhöhung (z. B. in einer
Rohrleitung, die durch zwei Ventile vorne und
hinten abgeschlossen ist), ist die sehr tiefe
Lagertemperatur von –196 °C. Gelangt nun von
außen (Raumtemperatur) Wärme in das System,
erwärmt sich der flüssige Stickstoff und verdampft. Da aber 1 Liter Flüssig-Stickstoff etwa
700 Liter gasförmigen Stickstoff bildet, steigt
der Druck näherungsweise um den gleichen
Faktor. Dies führt in fast allen Fällen zu einem
Druckzerknall des Systems mit den bekannten
Folgen.
Ein anschauliches Beispiel für diese Volumenausdehnung ist, dass 1 Milliliter flüssiger Stickstoff, nach dem Verdampfen einen Luftballon
zum Platzen bringt. Dabei ist zu beachten, dass
es ein Luftballon aus flexiblem Material besteht.
Kupfer und Edelstahlrohre weiten sich unter Praxisbedingungen nicht auf diese Weise, sondern
zerplatzen.
Besonders gefährlich wird es, wenn tiefkalter
Flüssig-Stickstoff mit Material in Kontakt kommt,
das für diese tiefen Temperaturen nicht geeignet
ist. Wenn dieses Bauteile (Rohrleitung, Vorratsbehälter) dann noch mit Druck beaufschlagt
wird, kann das Material den Druck nicht mehr
Aus diesem Grunde müssen am Arbeitsplatz verschiedene Informationen ausgehängt werden,
die im Sinne der Arbeitssicherheit auch beherzigt
werden sollten:
▪▪ Betriebsanweisung des Unternehmers
▪▪ Sicherheitsdatenblätter des Herstellers/
Lieferanten
Ein Sicherheitsdatenblatt für flüssigen Stickstoff
findet sich beispielsweise unter: http://www.airliquide.de/gasekatalog/sdb//089b__stickstoff_
fluessig_tiefkalt.pdf
Weitere Informationen, auch über andere
Gase, hält selbstverständlich auch die Homepage des Industriegaseverbandes e.V. für alle
Interessierten bereit:
http://www.industriegaseverband.de
Fazit
Flüssiger, tiefkalter Stickstoff hat weder gute
noch schlechte Eigenschaften. Es kommt einzig
darauf an, die Eigenschaften richtig zu nutzen.
Daher bringt nur der sach- und fachgerechte
Umgang mit diesem Stoff das gewünschte
Ergebnis.
▶ ▶K ontakt
Dipl.-Ing. Georg Schroeder
Dipl.-Phys. Berit Franz
Air Liquide Deutschland GmbH
Düsseldorf
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Temperieren
Kunststoffe kunststoffgerecht verarbeiten
Werkzeugkonzept für innovative Temperierung
Isolierte Formeinsätze reduzieren den Temperieraufwand, verbessern die Wirkung mit
hoher Energieeffizienz und sind schnell im Prozess. Das Anguss-System optimiert die
Scherung während der Füllung und ermöglicht so unter anderem optimale Oberflächen
und einen geringen Verzug. Eine konsequente, mittige Zentrierung aller Einsätze, Formplatten und Formhälften zueinander ermöglicht eine hohe Genauigkeit.
22 Rudolf Hein,
Geschäftsführender Gesellschafter
des Konstruktionsbüros Hein und
erster Vorsitzender Hannover Fabrik
We“- Werkzeugkonzept mit isolierten Formeinsätzen bewährt.
Thermoplaste
Um Kunststoffe kunststoffgerecht
verarbeiten zu können, wird idealerweise eine dem Zyklus angepasste Temperatur an der Formkonturoberfläche benötigt. Damit
dieses gelingen kann, müssen
je nach Anwendung z. B. Werkzeugeinsätze aus einem gehärteten
Werkzeugstahl mit guten Wärmeleiteigenschaften konturnah temperiert werden. Das Werkzeugkonzept IsoWe entstand im
Konstruktionsbüro Hein GmbH aus
der Anforderung an isolierte Werkzeugkonzepte für eine zyklusabhängige Temperierung.
Reagierende Formmassen
Je höher die Anforderung an einen
Kunststoff ist, umso anspruchsvoller muss er verarbeitet werden. Reagierende Formmassen (Gummi,
Duroplaste) werden häufig aufgrund ihrer Reaktionszeit in Formen mit hoher Fachzahl auf einem
hohen Temperaturniveau (160°C220°C) verarbeitet. Die äußeren
Kavitäten haben in der Regel ein
anderes Temperaturniveau als die
inneren Kavitäten. So läuft auch
die Vernetzung unterschiedlich ab
und es kommt zu einer starken
Streuung im Ergebnis. Hier haben
sich Rundläuferlösungen mit jeweils einer Kavität und das „Iso-
Für die Verarbeitung von Thermoplasten und thermoplastische Elastomeren ist die Formkonturoberflächentemperatur für die mögliche
Bauteilqualität ebenfalls entscheidend. Bei der ersten Berührung der
heißen Formmasse mit der Konturoberfläche des Werkzeuges beginnt
der Erstarrungsvorgang. Ist die Temperatur zu niedrig, so läuft die Erstarrung zu schnell ab und es bilden
sich über die Wandstärke z. B.
Schichten unterschiedlicher Kristallisierung und Dichte, denn nachdem
die äußerste Schicht erstarrt ist, hat
sich damit auch ein Isolator gebildet,
so dass der Rest der Wandstärke innen deutlich langsamer abkühlt.
Somit wird auch der umgekehrte Ablauf der Temperatur an der
Formoberfläche benötigt. Zu Beginn sollte die Formoberfläche eine
hohe Temperatur aufweisen, damit
der Erstarrungsvorgang langsam
genug ablaufen kann, um über die
Bauteilwandstärke ein möglichst
gleichmäßiges Erstarren zu ermöglichen. Ist die erste Schicht an der
Wandstärke des Kunststoffteiles erstarrt, kann bei einer zyklusabhängigen Temperierung die Werkzeugwand die von der Schmelze
aufgenommene Wärme effektiv
abführen. Hier kommen noch besonders gut wärmeleitende Werkzeugstähle und Sonderwerkstoffe
ins Spiel, die diese Vorgehensweise
mit mehr als doppelt so guter Wärmeleitfähigkeit wie der übliche
1.2343ESU unterstützen. So entsteht eine optimale Oberflächenqualität und ein homogenes Gefüge über die Wandstärke für höchste
Belastungen.
Das Konzept
Reduziert man die Temperierung
auf die Kavitäten mit ihren Einsätzen, Formkernen und Schiebern, so
kann man relativ schnell und energieeffizient temperieren. Das ist ein
wesentliches Merkmal für „IsoWe“
Temperieren
neben den weiteren qualitätssteigernden Innovationen des Werkzeugkonzeptes.
Wie die folgenden Darstellungen zeigen, ist
aber auch der gesamte Ablauf von der Konzeptidee bis in die Serie mit einigen wichtigen Merkmalen besonders zu beachten:
Heute sollte die Phase der Produktentwicklung unbedingt die FEM-Berechnung und die
Spritzgießsimulation unter Berücksichtigung einer definierten Werkzeugtemperierung beinhalten. Ebenso gehört dazu ein Werkzeugkonzept,
um die Trennungen zu definieren und damit die
erforderlichen Entformschrägen festzulegen.
Jetzt fehlt nur noch die konstruktive Fertigstellung der 3D-Geometrie auf Mitte Toleranz und
der Datensatz kann theoretisch über alle Fertigungsetappen bis zur Vermessung der Erstmuster gegen das gefertigte Kunststoffteil der Gleiche bleiben.
Bei der derzeit leider noch sehr verbreiteten
Vorgehensweise ohne diese Merkmale wird der
Datensatz über alle Etappen des Fertigungsprozesses nach dem Prinzip Versuch und Irrtum angepasst, was enorme, aber meist nicht erfasste
Kosten (siehe Abb. 2) nach sich zieht. In der
Werkzeugherstellung sind in dem Werkzeugkonzept „IsoWe“ die Merkmale festgelegt, die
als Grundlage für eine innovative Umsetzung in
einem Spritzgießwerkzeug erforderlich sind.
Damit auch später im Spritzgießprozess die
gewünschte, vorher simulierte, Bauteilqualität
erreicht werden kann, sind die durch die Spritzgießsimulation positionierten Drucksensoren
nicht nur zur Festlegung des Umschaltpunktes
für den Nachdruck nutzbar. So können auch die
Schwankungen in den Materialchargen des
Kunststoffgranulates weitestgehend kompensiert werden.
Abb. 1: Isolierter Formeinsatz mit Zentrierelementen in der Schließseite
Abb. 2: Darstellung Projektkosten
Das individuelle Normalienprogramm
Für die Definition der erforderlichen Normalie
wird zur Zeit ein Internettool entwickelt, welches es dem Konstrukteur ermöglicht, anhand
von Fragestellungen und entsprechenden Antworten über die Nestzahl, gewünschte Werkstoffe, Artikelgröße usw. die Normalie vorzudefinieren.
Isolierte Formeinsätze eröffnen neue
Temperiermöglichkeiten
Bisher versuchte man das ganze Werkzeug so
zu temperieren, dass sich ein stabiles Temperaturniveau über das gesamte Werkzeug einstellt. Das urheberrechtlich vom Konstruktionsbüro Hein geschützte Werkzeugkonzept IsoWe
beschränkt sich auf die Temperierung der
Formeinsätze und weitere konturgebenden
Bauteile des Werkzeuges, die gegen das umgebende Werkzeug isoliert sind. Von der konventionellen Temperierung bis zur zyklusabhängigen Temperierung kann hier individuell
komfortabel temperiert werden. Die Formeinsätze sind umlaufend mit Luft isoliert. Über
eine Nut-Feder-Verbindung aus Stahl oder Keramik sind sie zentriert. Die Formeinsätze und
der Formträger sind gegen das restliche Werkzeug über eine hochfeste Wärmedämmplatte
isoliert.
Die dargestellte Anwendung zeigt in der
Praxis, dass man nicht nur mit einem Bruchteil
des Energiebedarfes auf Prozesstemperatur
ist, sondern man erreicht dieses Ziel bereits in
9 min bei „IsoWe“ statt in 30 min bei einem
konventionellen Werkzeug. NIn Abbildung 3
sind jeweils die Aufheizphasen bei 75°C und
bei 160°C mit Single / Durotherm Temperiergeräten gegenüber gestellt.
So individuell die Anwendbarkeit ist: Was
gleich bleibt, ist die thermische Isolierung gegen den Rest des Werkzeuges und die konsequent mittige Zentrierung, die eine hohe Genauigkeit für den gesamten Formaufbau
ermöglicht. Sie ermöglicht, dass die Vorlauftemperatur des Formkernes entsprechend den
Anforderungen geringer sein darf, als auf der
Gesenkseite. Bedenkt man, wie schnell das
Bauteil auf den Kern aufschwindet, so kann
man sich vorstellen, wie wenig die Gesenkseite zum Energieaustrag der eingespritzten
Kunststoffmasse beiträgt.
Für eine hohe Standzeit und eine geringe
Formdurchbiegung wurde ein passendes Auswerferplattensystem entworfen. Die innovative Gestaltung des Auswerferrahmens führt zu
einer maximalen Abstützung der Formplatte
und reduziert so jegliche Durchbiegung. Die
häufige Gratbildung aufgrund von Durchbie-
Temperieren
spezieller Angusseinsatz für die Tunnelanbindung erstellt. Dieser wurde rheologisch optimiert und kombiniert den Stauboden mit einem sanften Übergang auf eine fast kreisrunde
JuliDurch
2010
Anbindung am GIT
Artikel.
die spezielle
Übergangskontur ergeben sich keine Messerkanten quer zur Fließrichtung und so ist bei
Einhaltung des richtigen Angussdurchmessers
die Scherung im Kunststoff so gering, wie hier
nur möglich. In Kombination mit speziellen,
gegen Abrasion hochbelastbaren, Stählen gibt
es auch Lösungen für hochverstärkte Werkstoffe über 50 % GF.
Abb. 3: Gegenüberstellung des Energieverbrauchs. IsoWe- Werkzeuge benötigen beim Aufheizen für
die vorliegende Anwendung ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der Energie.
gungen im Werkzeug gehört somit der Vergangenheit an.
Für den Kaltkanalbereich (Thermoplaste)
und für andere Anwendungen (Duroplaste /
Elastomere) wurde ein passendes Anguss-Sys-
▶ ▶K ontakt
Rudolf Hein, Henrik Bertel
Konstruktionsbüro Hein GmbH
Neustadt bei Hannover
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Fax: 05032/893798
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tem erarbeitet. Der Kaltkanalverteilereinsatz
verzichtet auf die mittlere Angusskralle, setzt
dafür zwei außermittige Krallen und sieht
zwingend einen „Totkanal“ für den „kalten
Propfen“ vor. Im Anschluss daran wurde ein
Tiefkältegeräte
Leistungsstark!
GFL Tiefkältegeräte werden unter Verwendung ausschließlich hochwertiger, streng
geprüfter Materialien hergestellt, die speziell für Tiefsttemperaturen geeignet sind.
Das GFL Tiefkältegeräte-Programm umfasst zwölf Tiefkühltruhen und sechs Tiefkühlschränke mit Kapazitäten von 30 bis 500 l Nutzrauminhalt, ausgestattet mit modernster
Sicherheitstechnik. Temperaturbereiche:
0 °C bis -40 °C und -50 °C bis -85 °C.
Alle Modelle arbeiten energiesparend und
störungsfrei im Dauerbetrieb, sind wartungsfrei,
tragen das CE-Zeichen und sind “GS”-geprüft.
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Temperieren
Labil oder stabil?
Axialchiralität im Fokus
Eine chirale Biarylachse ist das charakteristische Strukturmerkmal vieler biologisch aktiver Naturstoffe und hocheffizienter Katalysatoren. Die Voraussetzungen für das Auftreten von Axialchiralität (= Atropisomerie) und einige der
erfolgreichen Strategien zur atropselektiven Darstellung von Biarylen sind in
22 Dr. Matthias Breuning,
Universität Würzburg
Der Siegeszug axialchiraler Biarylverbindungen
in der asymmetrischen Synthese begann vor etwas mehr als 30 Jahren, als Noyori und Mitarbeiter mit BINAP (1, Abb. 1) den Liganden der Wahl
für enantioselektive Ru-katalysierte Hydrierungen entdeckten [1]. Heute gibt es eine fast unüberschaubare Anzahl an exzellenten Katalysatoren (für zwei weitere Beispiele s. Abb. 1), deren
Chiralitätstransfer auf den stereodiskriminierenden Eigenschaften eines axialchiralen Biarylbausteins basiert, und ein Ende dieser Entwicklung
ist nicht abzusehen. Auch axialchirale Biarylnaturstoffe, deren Anzahl ständig steigt – mittlerweile sind weit mehr als 1000 solcher Verbindungen bekannt –, stehen im Blickpunkt des
Interesses, da sie häufig vielversprechende biologische Aktivitäten aufweisen, die nicht selten
durch die chirale Biaryleinheit und der daraus resultierenden 3D-Struktur hervorgerufen werden
[2]. Zwei prominente und zugleich sehr komplexe
Vertreter dieser Klasse sind das Glycopeptid Vancomycin (4, Abb. 2), das in der Medizin als Antibiotikum eingesetzt wird, und das gegen ver-
diesem Artikel zusammengefasst.
schiedene Krebszelllinien cytotoxisch wirkende
und mit gleich drei (Hetero)Biarylachsen ausgestattete Indolbisoxazol Diazonamid A (5).
Voraussetzungen für Axialchiralität
Da es sich bei Axialchiralität um eine Form von
Konformationsisomerie handelt, die durch eine gehinderte Rotation um eine C,C-Einfachbindung
zwischen zwei unsymmetrisch substituierten Aromatenbausteinen hervorgerufen wird, unterscheidet sie sich in einem Punkt markant von der ubiquitär vorkommenden Zentrochiralität [2,3]:
Während stereogene Kohlenstoffatome im Normalfall als konfigurativ stabil angesehen werden
können und eine Inversion der Konfiguration nur
durch Bindungsbruch möglich ist, hängt die konfigurative Stabilität von Biarylverbindungen von der
Höhe der Rotationsbarriere ab und ist somit variabel. In der Praxis werden alle Facetten an „konfigurativer Stabilität“ gefunden, die von labil (=
achiral) über semistabil bis hin zu stabil reichen.
So verliert z. B. das Naphthyltetrahydroisochinolin-
Alkaloid Dioncophyllin E (6) eine eingebrachte
Stereoinformation an der Achse bereits bei Raumtemperatur innerhalb von Stunden, während andere Biaryle wie 1–3 und Ancistrocladin (7) selbst
bei höheren Temperaturen keiner signifikanten Atropisomerisierung unterliegen. Im Rahmen einer
willkürlichen, aber nützlichen Definition spricht
man dann von Axialchiralität, wenn die Halbwertszeit der Atropisomerisierung bei einer gegebenen
Temperatur mindestens 1000 Sekunden (= 16.7
min) beträgt, was einer Rotationsbarriere von ΔG#
= 93.5 kJ/mol bei 27 °C entspricht. Die konfigurative Stabilität von Biarylverbindungen wird von
drei Hauptfaktoren dominiert, nämlich der Umgebungstemperatur, der Anzahl und dem sterischen
Anspruch der Substituenten neben der Biarylachse
und der Existenz, Länge und Rigidität einer Verbrückung zwischen den beiden Aromatenbausteinen [2,3].
Da die Temperatur die Energie vorgibt, die einem Biaryl zur Überwindung der Rotationsbarriere zur Verfügung steht, hat sie natürlich einen
starken Einfluss auf das Auftreten von AxialchiraAbb. 1: Axialchirale Liganden
und Katalysatoren
Temperieren
Abb. 2: Axialchirale Biarylnaturstoffe
lität. Bei hinreichend niedrigen Temperaturen
spalten selbst weniger gehinderte Biaryle in ihre
Atropisomeren auf, während bei hohen Temperaturen auch anderweitig stabile Biaryle ihre Stereointegrität einbüßen können. Letzterer Punkt
ist besonders im Umgang mit axialchiralen Biarylen zu beachten, damit keine ungewollte Racemisierung oder Diastereomerisierung eintritt. So
handelt es sich bei dem M,M-konfigurierten Dimer Michellamin C (8), dessen innere Biarylachse
nicht stereogen ist, nicht, wie zunächst angenommen, um einen Naturstoff, sondern lediglich
um ein Artefakt, das bei der Isolierung aus den
P,P- und P,M-konfigurierten Atropdiastereomeren
von 8 entstand.
Bei einer Rotation um die Biarylachse müssen
die ortho-Substituenten im Übergangszustand
aneinander vorbeigleiten. Daher bestimmt deren
sterische Abstoßung, welche in etwa durch die
van-der-Waals-Radii vorgegeben wird, sowie deren Anzahl maßgeblich die Höhe der Atropisomerisierungsbarriere.
Als Daumenregel lässt sich für nicht-verbrückte
Biaryle bei Raumtemperatur folgendes formulieren: Derivate mit vier ortho-Substituenten sind
konfigurativ stabil; entsprechendes gilt auch für
die überwiegende Anzahl an dreifach ortho-substituierten Verbindungen, allerdings kann bei kleinen Resten neben der Achse bereits eine langsame
Rotation eintreten. Mit nur zwei ortho-Substituenten sind die Rotationsbarrieren meist so niedrig,
dass allenfalls konfigurativ semistabile Atopiso-
mere vorliegen; bei monosubstiuierten und orthounsubstituierten Biarylen ist normalerweise keine
Axialchiralität zu beobachten.
In verbrückten Biarylen sind die Atropisomerisierungsbarrieren stark von der Länge und Rigidität der Brücke abhängig. So senken verbrückende
Fünf- oder Sechsringe (für ein Beispiel s. Lacton 27
in Abb. 4) die Rotationsbarriere meist drastisch ab,
da auf Seiten der Brücke die sterische Abstoßung
entfällt und zugleich eine zumindest partielle Einebnung des Systems erzwungen wird. Dies gilt
ebenfalls für Systeme mit nur transient auftretende Brücken, wie sie z. B. in Biarylen mit ortho-Formyl- und ortho‘-Hydroxysubstituenten vorkommen, die im Gleichgewicht mit ihren cyclischen
Lactolformen stehen. Im Gegensatz zu kurzen Brücken können längere mit drei oder mehr Atomen
das Auftreten von Axialchiralität durch konformative Zwänge begünstigen. In Kombination mit anderen Stereoelementen in der Brücke kann so eine
thermodynamisch getriebene Bildung nur eines
Atropdiastereomers begünstigt sein, selbst wenn
die Anzahl und Größe der ortho-Substituenten für
eine rein kinetische Hemmung der Rotation bei
weitem nicht ausreicht. Bekannte Beispiele hierfür
sind Diazonamid A (5, zwei ortho-Substituenten)
und Biphenomycin A (9, kein ortho-Substituent).
Atropselektive Biarylsynthesen
Zur atropselektiven Darstellung axialchiraler Biaryle gibt es einige sehr erfolgreiche, konzeptio-
nell unterschiedliche Strategien [2,3], wobei den
direkten asymmetrischen Kupplungen und den
Verfahren, mit denen axialchirale Biaryle aus
konfigurativ labilen Vorstufen generiert werden,
besondere Bedeutung zukommt, wie die nachfolgenden Anwendungen belegen.
Bei den direkten asymmetrischen Biarylkupplungen wird die Chiralität simultan mit dem Aufbau der Biarylachse eingebracht. Dabei wurden
vor allem mit atrop-diastereoselektiven Methoden große Erfolge erzielt, in denen die Stereoinformation in einer (artifiziellen) chiralen Brücke
zwischen den beiden zu kuppelnden Aromaten
oder in einem chiralen ortho-Substituenten lokalisiert ist. Beide Ansätze sind in Abb. 3a/b anhand der stereochemischen Schlüsselschritte 10
=> 11 und 13 + 14 => 15 der Totalsynthesen
von (+)-Kotanin (12) nach Lin und Zhong [4] und
von Interiotherin A (16) nach RajanBabu and
Singidi [5] illustriert. Katalytische, atrop-enantioselektive oxidative und redox-neutrale Biarylkupplungen wurden erst in jüngerer Zeit entwickelt. Ein Beispiel hierfür ist die Dimerisierung
des 2-Naphthols 17 zu 19 in Gegenwart eines
chiralen Cu-Komplexes 18, die Kozlowski und
Mitarbeitern im Zuge ihrer Synthese des Binaphthopyrons (–)-Nigeron (20) durchführten (Abb.
3c) [6].
Um aus konfigurativ labilen, prostereogenen
Biarylen axialchirale Verbindungen zu erzeugen,
muss deren Rotationsbarriere erhöht werden.
Dies lässt sich beispielsweise durch Einführen
Temperieren
eines weiteren ortho-Substituenten erreichen,
wie kürzlich Miller et al. anhand der atrop-enantioselektiven Bromierung der Biphenyl-2-carbonsäuren 21 zu 22 in Gegenwart des tripeptidischen Katalysators 23 demonstrierten (Abb. 4a)
[7]. Simple Ringschlussreaktionen eignen sich
besonders zum atropselektiven Aufbau von verbrückten, sterisch jedoch nur wenig gehinderten
Biarylen, in denen die Konfiguration an der Achse über die Vorzugskonformation des chiralen
Makrocyclus vorgegeben ist. Diesen Ansatz
nutzten unter anderem Nelson und Mitarbeiter
in ihrer Totalsynthese des antimitotisch wirkenden Phenylpyrrollactams (–)-Rhazinilam (26,
Abb. 4b), in der das konfigurativ labile Biaryl 24
durch Lactamisierung unter vollständiger Stereokontrolle in das axialchirale Intermediat 25
überführt wurde [8]. Im Gegensatz dazu basiert
das von der Arbeitsgruppe um Bringmann entwickelte Lactonkonzept, das bereits viele Anwendungen in der Naturstoffsynthese fand, auf
den labilisierenden Eigenschaften kurzkettiger
Verbrückungen. So lassen sich Dibenzopyranone
wie 27 zumeist hochgradig atropselektiv mit
chiralen O-, N- und H-Nucleophilen in die wahlweise P- oder M-konfigurierten Biarylester, -amide oder -diole spalten. Abb. 4c zeigt beispielhaft
die Reduktion von 27 mit Boran in Anwesendheit des CBS-Reagenzes 28, welche das ringoffene und damit konfigurativ stabile Biaryl 29,
eine Vorstufe von Korpensamin 30, in 92 % de
lieferte [9].
Abb. 3: Direkte asymmetrische Biarylkupplungen
Fazit
Aufbauend auf die genaue Kenntnis über die
Voraussetzungen für das Auftreten von
Atropisomerie wurde in den letzten Jahrzehnten eine Vielzahl an effizienten Methoden zur
stereoselektiven Synthese axialchiraler Biarylverbindungen erarbeitet, die der ständig steigenden Bedeutung dieser Substanzklasse Rechnung tragen. Neben direkten C,C-Kupplungen
chiral modifizierter Aromatenbausteine waren
vor allem solche Verfahren erfolgreich, mit denen konfigurativ labile Biaryle atropselektiv in
konfigurativ stabile überführt werden. Ein
Hauptziel zukünftiger Forschungen dürfte im
Ausbau katalytisch-enantioselektiver Kupplungsmethoden liegen.
Literatur
Abb. 4: Axialchirale Biaryle aus konfigurativ labilen Vorstufen
[1]Miyashita, A. et al.: J. Am. Chem. Soc. 102, 7932
(1980)
[2] Übersichtsartikel: Bringmann G. et al.: Chem. Rev.,
eingereicht
[3] Übersichtsartikel: Bringmann G. et al.: Angew.
Chem. 117, 5518 (2005)
[4] Lin G.-Q. und Zhong, M.: Tetrahedron: Asymmetry
8, 1369 (1997)
[5]Singidi R. R. und RajanBabu T. V.: Org. Lett. 10,
3351 (2008)
[6] Kozlowski M. C. et al.: Adv. Synth. Cat. 349, 583
(2007)
[7] Gustafson J. L. et al.: Science 328, 1251 (2010)
[8] Liu Z. et al.: J. Am. Chem. Soc. 128, 10352 (2006)
[9] Bringmann G. et al.: J. Org. Chem. 65, 2069 (2000)
▶ ▶K ontakt
PD Dr. Matthias Breuning
Institut für Organische Chemie
Universität Würzburg
Tel: 0931/31-84761
[email protected]
Qualitätskontrolle
Zertifizierte Standards für die qNMR
Quantitative 1H-NMR Spektrometrie auf die Spitze getrieben
Quantitative Kernresonanzspektrometrie ist in den letzten Jahren zu einem
unverzichtbaren Instrument geworden, wenn es um die exakte Gehaltsbestimmung oder Quantifizierung von Verunreinigungen geht. Für die Quantifizierung mit 1H-qNMR wurde nun ein Set von neuen, zertifizierten Referenzmaterialien entwickelt. Die Präzision, welche durch optimiertes
22 Dr. Michael Weber,
Manager R&D / Innovation Europa,
Sigma-Aldrich
Die Einführung der NMR Technik darf wohl als
eine der Meilensteine in der chemischen Analytik bezeichnet werden. Sie hat die Strukturaufklärung von organischen Verbindungen revolutioniert. Durch mehrdimensionale NMR Techniken
sind heute auch äusserst komplexe Strukturen in
kurzer Zeit aufklärbar. Doch nebst den Vorzügen
zur Strukturaufklärung besitzt die 1H-NMR Technik einen weiteren Vorteil: Bei richtig gewählten
Geräteparametern ist die Intensität eines Protons immer dieselbe und völlig unabhängig von
der Struktur der Verbindung. In anderen Worten:
Die Signalfläche ist direkt proportional zur Anzahl der entsprechenden 1H-Kerne. Die 1H-qNMR
ist somit eine relative Primärmethode [1]. Dadurch wird es möglich, ein Signal aus Substanz A
(=Analyt) mit einem Signal aus Substanz R
(=Referenz) zu vergleichen und die Menge an A
direkt durch das Signal-Verhältnis zu Substanz R
zu berechnen. Es ist nicht nötig, eine zu quantifizierende Verbindung in Reinform zu haben, wie
dies für eine externe Kalibration oder eine Aufstockung zwingend ist. In Anbetracht der schier
unendlichen Zahl von Organika ist dies ein entscheidender Vorteil. Zudem ist die 1H-qNMR
nicht nur schnell, sondern kann auch bestechende Präzisionen liefern. Was man dazu nebst einem NMR-Gerät braucht, ist lediglich eine Analysenwaage und einen verlässlichen Standard
als interne Referenz.
Über Gehalt und Reinheit
Sowohl im Deutschen wie auch im Englischen
Sprachraum gibt es Unklarheiten im Umgang
mit den Begriffen Gehalt und Reinheit. Der Gehalt (engl. content) repräsentiert den wirklichen
(wahren) Gehalt einer Substanz, unabhängig da-
Versuchs-Design möglich wird, ist bestechend.
Abb. 1: Schematische Darstellung des akkreditierten Zertifizierungsprozesses mittels 1H-qNMR und unterstützenden Untersuchungen
von mit welcher Methode analysiert wurde. Im
Gegensatz dazu gibt es die sog. „chromatographische Reinheit“ (engl. purity), welche z.B.
durch HPLC ermittelt wird. Diese chromatographische Reinheit kann sich aber vom wirklichen
(wahren) Gehalt deutlich unterscheiden! So
werden bei der chromatographischen Reinheitsbestimmung alle detektierbaren Verunreinigungen von 100 % abgezogen, und zwar über die
entsprechenden Flächenprozente der Signale.
Dass verschiedenartige Verbindungen aber völlig
unterschiedliche Intensitäten erzeugen, wird dabei ausser Acht gelassen. Zudem werden Verunreinigungen, die im Detektor nicht ankommen
oder dort nicht ansprechen, komplett negiert.
Falsche bzw. meist zu hohe Reinheiten sind die
Folge. Befinden sich z.B. 10 % anorganisches
Salz oder Restlösungsmittel in einer sonst reinen
organischen Substanz, liefert die chromatographische Methode eine Reinheit von 100 %, der
tatsächliche Gehalt liegt aber bei nur 90 %.
Vorteile von qNMR
Mittels qNMR gelangt man direkt zum wirklichen (wahren) Gehalt, da er auf der direkten
Einwaage gegen eine bekannte (zertifizierte)
Reinsubstanz basiert. Und bei der Einwaage
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Abb. 2: Ausgewählte Referenzsubstanzen für die 1H-qNMR mit unterschiedlichen Löslichkeiten und Signalmustern (Lösungsmittelsignale wurden zur Vereinfachung entfernt)
werden alle Verunreinigungen mitgewogen, egal
ob diese im NMR detektiert werden können oder
nicht. Es geht also nichts verloren bei dieser Methode. Eine zweite, wichtige Eigenschaft der
qNMR Methode ist der oben beschriebene Umstand, dass der Bezug einer Substanz auf eine
völlig andere Substanz (=Referenz) möglich ist
– sofern diese sich als Referenz eignet (s. weiter
unten). Dieser Bezug wird auch als Rückführbarkeit (engl. traceability) bezeichnet und ist insbesondere im regulierten Umfeld von höchster
Wichtigkeit. Durch die qNMR Spektrometrie
kann also eine direkte Rückführbarkeit auf international anerkannte Referenzen erzielt werden,
so z.B. auf Referenzmaterialien vom National Institute of Standards and Technology NIST.
Akkreditierung für qNMR
Im Sommer 2009 wurde bei der Sigma-Aldrich
Schweiz ein 600 MHz Bruker Avance-III NMR
Spektrometer installiert. Gleich daneben entstand
ein Wägeraum mit Ultramikrowaagen von Mettler-Toledo mit Ablesbarkeiten von 100 Nanogramm. Zahlreiche Experimente wurden durchgeführt, um die Geräte wie auch das experimentelle
Set-up und die Auswertung von quantitativen 1HNMR Messungen zu optimieren. Und die Ergebnisse sind erstaunlich: Wiederholbarkeiten von
wenigen Promille sind möglich, unter optimalen
Bedingungen sogar von deutlich unter einem Promille. Die Methode liefert also nicht nur glaubhafte Gehaltsangaben, sondern auch kleine Messunsicherheiten [2]. Im Herbst 2009 erhielt die
Sigma-Aldrich Schweiz schliesslich das höchste
Gütesiegel betreffend Qualität und Vertrauen: die
Doppel-Akkreditierung gemäss ISO/IEC 17025
und ISO Guide 34. Dadurch ist die Sigma-Aldrich
Schweiz offiziell anerkannter Hersteller von organischen Referenzmaterialien, welche mit 1H-qNMR
zertifiziert werden.
Unter dem Markennamen Fluka werden zahlreiche organische Referenzmaterialien entwickelt, welche z.B. zur Kalibration für die HPLC
Qualitätskontrolle
Abb. 3: NMR-Gerät
oder GC dienen. Dadurch werden
für die Chromatographie neue, verlässliche Standards verfügbar. Die
Produktgruppe wird unter dem
TraceCERT Label vertrieben, welches stellvertretend steht für rückführbare (traceable) und zertifizierte (certified) Referenzmaterialien.
Zertifizierung mit qNMR
Für die Zertifizierung einer Referenzsubstanz spielen nebst der Gehaltsbestimmung noch weitere Einflussgrössen eine Rolle (s. Abb.1).
Vor der Zertifizierung muss ein Vortest zeigen, dass Probe, Referenz
und Lösungsmittel über einen bestimmten Zeitraum nicht miteinander reagieren. Die gewählten NMRSignale zur Quantifizierung dürfen
nicht überlagern und müssen ungestört sein. Der Zertifizierungs-Kandidat wird deshalb vorab mittels 2D
H-H-COSY NMR auf Verunreinigungen untersucht, wodurch Verunreinigungen von deutlich unter 0,1 %
erkannt werden können. Ferner
muss die Homogenität des Materials geprüft werden, was insbesondere bei der Einwaage von kleinen
Feststoff-Mengen relevant ist. Hierzu wird eine Mess-Serie von 10 Proben mittels qNMR durchgeführt,
und die Ergebnisse werden entsprechend in die Gehaltsunsicherheit
eingerechnet. Schliesslich wird auch
ein Beitrag der Signalintegration für
die Unsicherheit berücksichtigt,
denn je nach Person können bei der
Integral-Auswertung
minimalste
Unterschiede auftreten.
Nebst der präzisen Bestimmung des Gehaltes und der Berechnung der Unsicherheit muss
für ein zertifiziertes Referenzmaterial auch die Kurz- und Langzeitstabilität untersucht werden.
Schliesslich muss die Richtigkeit
der Angaben auch beim Kunden
noch garantiert sein. Dazu werden
Proben bei Raumtemperatur und
bei erhöhter Temperatur gelagert
und nach bestimmten Zeitintervallen auf Veränderungen im Gehalt
geprüft. Schliesslich werden alle
Einflussgrössen und Unsicherheitsbeiträge gemäss metrologischen
Richtlinien kombiniert und im Zertifikat entsprechend ausgewiesen [2].
Da nicht alle Kunden ein Referenzmaterial für denselben Zweck
verwenden, werden mit den neuen
TraceCERT Standards auch noch
weitere Analysen durchgeführt. Diese Ergebnisse sind ebenfalls im Zertifikat aufgeführt, auch wenn sie
keine zertifizierten Werte darstellen.
Die 20 natürlichen Aminosäuren
sind die erste Produktgruppe, die
nach diesem neuen Prinzip zertifiziert wurden [3]. Die meisten dieser
Verbindungen konnten mit Gehaltsunsicherheiten von ca. 0,2 % zertifiziert werden. Parallel dazu wurden
die ersten Referenzsubstanzen für
die 1H-qNMR entwickelt, wobei hier
teilweise sogar erweiterte GehaltsUnsicherheiten von unter einem
Promille erreicht wurden. Die Zertifikate sind einsehbar unter: www.
sigma-aldrich.com/organiccrm.
lichst stabil bzw. unreaktiv sein, um
Reaktionen mit der Probe oder gar
dem Lösungsmittel zu verhindern.
Für die Tauglichkeit als qNMR Referenz spielen ferner Löslichkeit, Signalbild und chemische Verschiebung
eine zentrale Rolle: Die Referenzsubstanz sollte möglichst wenig Signale
haben, um mögliche Überlagerungen mit Probensignalen zu minimieren. Je weniger Signale eine interne
Referenz hat, desto breiter ist ihr Anwendungsbereich. Die gewünschte
chemische Verschiebung der Referenzsignale hängt hingegen ganz
von der Problemstellung ab, sprich
von den Signalen der Probe: Verschiedene Proben brauchen verschiedene Referenzen. Oft spielt
auch das Verhältnis der Anzahl Protonen zur Molmasse der Referenzsubstanz eine Rolle. So würde eine
qNMR Referenz mit kleiner Molmasse und gleichzeitig vielen isochronen
Protonen (also z.B. 27 1H-Kerne
durch drei t-Butyl-Gruppen) zu sehr
kleinen Einwaage-Mengen der Referenz führen. Hat man nur wenig Probensubstanz, und möchte man die
Intensitäten von Probe und Referenz
halbwegs vergleichbar halten, wäre
eine solche Referenz ungeeignet. Als
weitere Kriterien kommen schliesslich noch Verfügbarkeit, Preis und
Toxizität der Verbindungen hinzu.
Alles in allem kann man sagen, dass
nur wenige Substanzen eine optimale Wahl als qNMR Referenz darstellen (s. Abb. 2).
Im analytischen Routinebetrieb
sind qNMR Messungen aus zeitlichen Gründen natürlich nicht mit
diesem Aufwand durchführbar, hier
wird oft auch nicht eine derart hohe
Genauigkeit gefragt. Unter Einhaltung einiger Grundregeln und mit
einer guten Waage sind aber routinemässige 1H NMR-Quantifizierungen mit 1 % Messunsicherheit
durchaus möglich. Um die Beiträge
der internen Referenz möglichst
klein zu halten, wurden die neuen
Referenz-Standards für die qNMR
unter optimalen Bedingungen zertifiziert, sodass deren Unsicherheiten
von ca. 0,1 % in der Gesamtbetrachtung nicht ins Gewicht fallen dürfte.
Literatur
[1] Malz F. und Jancke H.: J. Pharm. Biomed. Anal. 38, p 813–823 (2005)
[2] Eurachem/CITAC Guide, 2nd Ed.
(2000): Quantifying uncertainty in
analytical measurement
[3] Analytix No. 3 (2010): New generation of organic CRM, p 4-6.
▶ ▶K ontakt
Dr. Michael Weber
Dr. Christine Hellriegel
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Auswahl von qNMR Referenzsubstanzen
Als Referenzsubstanz eigen sich auf
den ersten Blick sehr viele organische Verbindungen. Bei näherem
Hinsehen ergeben sich aber zahlreiche Einschränkungen. Nebst möglichst hoher Reinheit dürfen qNMR
Referenzsubstanzen weder hygroskopisch noch flüchtig sein, denn eine
hochpräzise Einwaage von Probe
und Referenz ist zwingend für gute
Ergebnisse. Restwasser ist strikt zu
vermeiden, da dies in 1H-NMR Spektren zu unkontrollierbaren Basislinieneffekten führen kann und Integrationsfehler die Folge sind. Referenzen
für qNMR sollten chemisch mög-
solid AA® Direkte Feststoff-AAS
Vollautomatische und direkte
Feststoffanalyse
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Chromatographie
Speziationsanalytik
Ein wertvolles Werkzeug im Dienste des Verbraucherschutzes
22 Prof. Dr. Uwe Karst,
Institut für Anorganische und Analytische Chemie,
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
22 Dr. Michael Sperling,
European Virtual Institute for Speciation Analysis
In unserer immer komplexer werdenden Welt
werden aussagekräftige Informationen benötigt,
die es nicht nur Wissenschaftlern sondern auch
dem aufgeklärten Verbraucher erlauben, notwendige Entscheidungen zu treffen. So werden
dem Bürger beispielsweise Nachrichten über die
Gefährlichkeit von Arsen in Wasser und Nahrungsmitteln wie z. B. Reis im Zusammenhang
mit einem erhöhten Krebsrisiko vermittelt. In anderen Meldungen vernimmt er jedoch, dass hohe
Konzentrationen von Arsen in Meeresfrüchten
völlig unbedenklich seien oder Arsen nun als
Chemotherapeutikum gegen Blutkrebs eingesetzt wird. Oder er hört über die Erfordernis der
zunehmenden Regulierung von giftigem (sechswertigem) Chrom (z. B. in Leder, Zement, Elektronik oder Automobilen) und bekommt dann
„Chrom“ im Supermarkt als Nahrungsmittelergänzung angeboten. Der Verbraucher wird aufgrund der zu hohen Quecksilberbelastung vor
dem Genuss von einigen beliebten Fischarten,
wie z. B. Thun- oder Schwertfisch gewarnt und
muss dann erfahren, dass Quecksilber dem Impfstoff für die „Schweinegrippe“ zugefügt wurde,
Die analytische Chemie spielt eine wichtige Rolle in unserer modernen
Gesellschaft als eine nicht zu unterschätzende Triebkraft für Fortschritte in
Technik, Medizin, Toxikologie und Pharmazie sowie den Ernährungswissenschaften und Umweltwissenschaften. Dabei muss sich die analytische Chemie
den veränderten Fragestellungen anpassen, wenn sie nicht Gefahr laufen
will, an Bedeutung für die anderen Wissenschaften zu verlieren.
aber im Fall des Impfstoffes „keinerlei“ Gefahr
für seine Gesundheit darstellen soll. Solche und
ähnliche Nachrichten sind bestenfalls „verwirrend“ und verdeutlichen den mangelnden Wert
von elementbezogenen Informationen und damit auch den eingeschränkten Wert der Spurenelementanalytik selbst.
In zunehmendem Maße wird klar, dass die
historisch bedingte Einteilung der analytischen
Chemie in die sog. „Anorganische“ und „Organische“ Analytik bei der Beantwortung heute
relevanter Fragestellungen hinderlich ist. Dies
gilt besonders für den Bereich der Spurenele-
mente. Wurden bis vor 20 Jahren die Spurenelemente meist in Gestalt der Schwermetalle als
potentielle Bedrohung für die Gesundheit diskutiert, so wird heute im wesentlichen die wichtige
Rolle der Spurenelemente für jegliches Leben
untersucht. Dabei ist zunehmend verstanden
worden, dass die Information über die Konzentration von Elementspuren nicht die notwendige
Information liefern, die benötigt werden um die
Frage nach der biologischen Funktion zu erklären. Dies ist nicht weiter verwunderlich, hängen
doch alle physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von Stoffen nicht primär
Chromatographie
Abb. 1: Verteilung verschiedener Quecksilberspezies in den unterschiedlichen Blutkompartimenten
Abb. 2: Strukturen der hier verwendeten Chelatoren
von deren Elementzusammensetzung, sondern
von der jeweiligen chemischen Verbindung und
seiner Struktur ab. Dieser Erkenntnis trägt die
Speziationsanalytik Rechnung, die nicht primär
die Elemente und hier insbesondere die Metalle
untersucht, sondern die Bindungsformen und
Oxidationszustände (Spezies), in denen die Elemente vorliegen. Im Bereich der Rolle der Metalle für das Leben wurde mit der „Metallomics“
sogar ein neuer Forschungsbereich etabliert, der
sich bereits in einer eigenen wissenschaftlichen
Zeitschrift dieses Namens widerspiegelt. Dieser
neue Wissenschaftsbereich umfasst so unterschiedliche Themen wie die Bindung von Metallen in Pflanzen, die Untersuchung der Rolle von
Metallen und Metalloiden in Körperflüssigkeiten,
das Studium von Nahrungsergänzungsmitteln
im Körper oder die Wechselwirkung von Pharmazeutika mit der lebenden Zelle. Der „ganzheitliche“ Ansatz der neuen Wissenschaft, der
sich in dem Wortteil „omics“ ausdrückt, verlangt
dabei nach interdisziplinärer Zusammenarbeit
unterschiedlicher Wissenschaften und nach
Werkzeugen mit hohem Informationswert, wie
sie die Methoden der Speziationsanalytik darstellen.
Während der letzten 20 Jahre hat die „Speziesanalytik“ bedeutende Fortschritte gemacht,
die im instrumentellen Bereich im Wesentlichen
von der Entwicklung der Massenspektrometrie
vorangetrieben wurden. Dabei benötigt die Speziesanalytik niedrige Nachweisgrenzen in Kombination mit einer hohen Selektivität, wie sie
zumeist nur von gekoppelten Techniken zur Verfügung gestellt werden. Um keinerlei Kompromisse bezüglich der analytischen Kenndaten
eingehen zu müssen, wird für die Speziesanalytik dabei häufig eine chromatographische Trenntechnik mit einer massenspektrometrischen Detektionstechnik kombiniert. Im Bereich der
Lebenswissenschaften ist es daneben notwendig, möglichst nahe an realen physiologischen
Bedingungen arbeiten zu können, welche besonders in der flüssigen Phase, aber weniger in der
Gasphase realisiert werden können. Es kommen
daher besonders die Techniken der Flüssigchromatographie und der Elektrophorese als Trenntechniken zum Einsatz. Im Bereich der Detektionsmethoden haben sich in den letzten Jahren
besonders die Induktiv gekoppelte Plasmamassenspektrometrie (ICP-MS) und die ElektrosprayMassenspektrometrie (ESI-MS) bewährt. Beide
werden häufig komplementär eingesetzt, denn
die ICP-MS erlaubt die Quantifizierung von unbekannten Spezies ohne Verwendung von Speziesstandards, während die ESI-MS die Identifizierung unbekannter Spezies zulässt. Daneben
führt die Kopplung der HPLC mit der ICP-MS zu
einer Reduktion der komplexen Chromatogramme zu sogenannten „Elementogrammen“, wel-
che es sehr einfach machen, die interessanten
Elementspezies gezielt aufzusuchen, besonders
wenn für beide Detektionstechniken die gleiche
Trennmethode verwendet werden oder sogar
beide Detektionstechniken an ein und demselben Chromatographiesystem parallel betrieben
werden. Dieser komplementärer Einsatz von
„atomarer“ und „molekularer“ Massenspektrometrie ist ein weiteres Beispiel für die Notwendigkeit, historisch gewachsene Hemmnisse, welche zur Kompartimentierung der analytischen
Chemie in die Bereiche „Anorganische Analytik“
(ICP-MS) und „Organische Analytik“ (ESI-MS)
geführt haben, zugunsten einer ganzheitlichen
Analytik mit verbessertem Informationswert
aufzugeben. An einem Beispiel soll im Rahmen
dieses Beitrages kurz die Art der Information
skizziert werden, wie sie von der Speziesanalytik
bereitgestellt wird.
Wechselwirkung von Quecksilberverbindungen mit Proteinen
Quecksilberverbindungen gehören zu den stärksten Neurotoxinen, die wir kennen. Die wichtigsten Belastungsquellen des Menschen für Quecksilber sind die Nahrung, und hier insbesondere
Meeresfrüchte als Quelle für Methylquecksilber,
Zahnimplantate aus Amalgam als Quelle für anorganisches Quecksilber, und Impfstoffe, denen
Thiomersal (Ethylquecksilber-thiosalicylat, in der
USA auch als Thimerosal bekannt) als Konservierungsmittel und Adjuvans zugesetzt wurde als
Quelle für Ethylquecksilber. Daneben werden
Quecksilberpräparate wie „Mercurochrom“ immer noch in einigen Ländern für die Oberflächendesinfektion von verletzten Hautpartien
eingesetzt. Für die Aufklärung der toxischen Wirkung von Quecksilberverbindungen und seiner
Chromatographie
Summenformel
m/z berechnet
m/z gefunden
Abweichung
[ppm]
(DSMSA-Hg)2
C8H8Hg2O8S4
762,8431
762,8391
-5,23
NAC-Hg-NAC
C10H16Hg1N2O6S2
525,0072
525,0094
4,06
C5H8Hg1O4S2
Addukt
Addukte mit
HgCL2
Addukte mit
MeHg
DMSA-MeHg
396,9487
396,9485
-0,38
DMSA-(MeHg)2 C9H10Hg2O4S2
612,9349
612,9356
1,14
NAC-MeHg
378,0082
378,0069
-3,60
C6H10Hg1N1O3S1
Tab. 1: Addukte von Quecksilberspezies mit Chelatoren
und NAC nachgewiesen werden. So ist es auch
nicht verwunderlich, dass die Chelatoren DMSA
und NAC einen ausgeprägten Einfluss auf die
Veränderung der Verteilung von Methylquecksilber über die Blutkomponenten zeigen, während
der Einfluss von BAL geringer ausfällt (siehe Abb.
3). Solche in-vitro-Experimente können sicherlich
nicht direkt auf die in-vivo-Situation übertragen
werden, sie können aber zum Verständnis der
Mechanismen beitragen und damit zu einer Verbesserung der therapeutischen Ansätze führen.
Solche und ähnliche Fragestellungen werden
im Bereich der „Metallomics“ bearbeitet und
werden im kommenden Jahr auf einer interdisziplinären Fachkonferenz, der Metallomics 2011
[2], in Münster mit etwa 300 internationalen Experten diskutiert werden.
Abb. 3: Einfluss von Chelatoren auf die Verteilung von Methylquecksilber über die Blutbestandteile
Metaboliten ist es erforderlich, die Wechselwirkung dieser Verbindungen mit Blutkomponenten
zu untersuchen, um Transportwege zu Zielorganen (Gehirn), Ausscheidungswege (z. B. über die
Nieren) und Überwindung von Barrieren (z. B.
der Blut/Hirn Schranke) aufzuklären. Dabei können erste Erkenntnisse durch speziesanalytische
in vitro-Experimente gewonnen werden.
Durch Inkubieren von menschlichem Blut mit
den entsprechenden Quecksilberverbindungen
und Abtrennen der verschiedenen Blutkompartimente lässt sich mittels einfacher Spurenelementbestimmung (z. B. durch die induktiv gekoppelte
Plasma-Atomemissionsspektrometrie ICP-AES)
nachweisen, mit welchen Blutbestandteilen die
unterschiedlichen Quecksilberverbindungen
wechselwirken. Dabei zeigt sich (siehe Abb.1),
dass sich der größte Teil des Quecksilbers an den
roten Blutkörperchen gebunden wiederfindet und
ein weiterer Teil sich im Plasma wiederfindet,
während der Anteil, welcher mit Plasmaproteinen
wechselwirkt gering ist und 1 % nur im Fall des
anorganischen Quecksilbers übersteigt.
Soll der mobile Anteil des Quecksilbers, der
über die Niere ausgeschieden werden kann, für
eine Entgiftung erhöht werden, so müssen Bindungspartner für das Quecksilber angeboten
werden, die die Verteilung zugunsten der Plasmaanteile erhöhen (Chelattherapie). Wegen der
Affinität des Quecksilbers zu Schwefel kommen
dafür insbesondere Verbindungen mit Thiolgruppen in Frage.
Mittels ESI-MS kann die Wechselwirkung dieser Thiole mit verschiedenen Quecksilberspezies
untersucht werden. Typischer Vertreter solcher
Gegengifte oder Chelatoren sind das British Anti-Lewisite (BAL), das N-Acetylcystein (NAC) und
die Dimercaptobernsteinsäure (DMSA) (siehe
Abb.2).
Durch einfache in-vitro-Experimente mit
Plasmasurrogatlösungen [1], zu welchen sowohl
Quecksilberspezies als auch Chelatoren zu dosiert wurden, konnten folgende Addukte mittels
ihrer durch Elektrospray-Flugzeitmassenspektrometrie ermittelten exakten Massen nachgewiesen werden:
Während keine Addukte von Quecksilberspezies mit BAL gefunden wurden, konnten sowohl
Addukte von anorganischen Quecksilber als
auch von Methylquecksilber-spezies mit DMSA
Literatur
[1] Trümpler S. et al.: Sascha Nowak, Björn Meermann,
Gerhard A. Wiesmüller, Wolfgang Buscher, Michael
Sperling, Uwe Karst, Anal. Bioanal. Chem., 395
1229–1935 (2009)
[2] www.metallomics2011.org
▶ ▶K ontakt
Dr. Michael Sperling
European Virtual Institute for Speciation Analysis
Westfälische Wilhelms-Universität
Münster
Tel.: 0251/980-2680
[email protected]
www.speciation.net
Prof. Uwe Karst
Institut für Anorganische und Analytische Chemie
Westfälische Wilhelms-Universität
Münster
Tel.: 0251/83-33141
[email protected]
Pharma
Biopharmazeutika der nächsten Generation
Kooperationsforum präsentiert Spitzentechnologien für neue Therapeutika
Biotechnologisch hergestellte Arzneimittel sind ein unverzichtbarer Bestandteil moderner Therapien: hoch wirksam und spezifisch binden sie an krankheitsrelevante Zielmoleküle oder ersetzen lebensnotwendige Proteine.
Damit ermöglichen sie entscheidende Fortschritte bei der Behandlung
schwerer Erkrankungen, wie Diabetes, Krebs, Multiple Sklerosis oder Rheumatoide Arthritis. Der Einsatz neuer Technologien macht die nächste Generation biologischer Wirkstoffe noch spezifischer, wirksamer und besser. Strategien und Technologien für die Entwicklung, Optimierung und Produktion
22 Dr. Borris Haupt,
Bayern Innovativ
22 Dr. Matthias Konrad,
Bayern Innovativ
diskutierten 270 Experten beim Kooperationsforum „Biopharmaceuticals“ im
Kloster Benediktbeuern.
Erzielung neuer Molekülstrukturen, zur Optimierung biopharmazeutischer Arzneimittel und zur
Verringerung der Produktionskosten standen dabei im Vordergrund.
Wirkstoffen profitiert. Die frühzeitige Verknüpfung von molekularer Diagnostik und Therapie
ist entscheidend und wird bei Roche durch die
Geschäftseinheiten Pharma und Diagnostik
realisiert. Ziel ist, dass künftig jede neue Wirkstoffentwicklung eine tragfähige Biomarkerstrategie integriert. Dabei umfasst das Entwicklungsportfolio neben neuen monoklonalen
Antikörpern zunehmend auch neuartige Moleküle, wie bispezifische Antikörper oder
alternative biologische Strukturen. Seit der
Übernahme von Genentech verfolgen zwei eigenständige Organisationen in frühen Entwicklungsphasen unterschiedliche Lösungsansätze
und fördern den internen Wettbewerb der
Ideen: pRED (Pharma Research Early Development) und gRED (bei Genentech). Vor Eintritt in
fortgeschrittene Entwicklungsstadien wird dann
entschieden, welcher Projektansatz bis zur endgültigen Umsetzung verfolgt wird.
Jedes vierte neu zugelassene Medikament ist
bereits ein Biopharmazeutikum. Deren Umsatz
betrug 2009 mit 4,7 Mrd. € 16 % des gesamten
deutschen Pharmamarktes (Quelle: vfa bio). Der
Umsatz ist im letzten Jahr um 5 % zum Vorjahr
gestiegen. Auch künftig sind weitere Zuwachsraten zu erwarten: knapp 500 potenzielle
Kandidaten befinden sich derzeitig in der klinischen Prüfung.
Vor diesem Hintergrund konzipierte und organisierte Bayern Innovativ zum zweiten Mal das
Kooperationsforum „Biopharmaceuticals“. Aufgrund der langjährigen Zusammenarbeit wirkte
Roche erneut als strategischer Partner mit. Des
Weiteren war der Cluster Biotechnologie Bayern
eingebunden. 270 Teilnehmer aus neun Ländern
und 27 Aussteller kamen am 18. Mai 2010 nach
Benediktbeuern im Voralpenland, um über aktuelle Forschungsergebnisse und neueste Entwicklungen zu diskutieren. Innovative Technologien zur
„Personalisierte Medizin ist der Weg der
Zukunft“, betonte Dr. Ralf Schumacher, Head of
Biologics Research bei Roche in Penzberg. Rund
zwei Drittel des Umsatzes werden bei Roche
bereits mit Biopharmazeutika generiert, dabei
wird auf gezielte und frühe Diversifizierung gesetzt. Durch umfassendes Verständnis möglicher
Krankheitstargets, neuartiger Molekülstrukturen und Wirkmechanismen sowie eine passende
Biomarkerstrategie gilt es frühzeitig zu erkennen, welche Patientengruppe von einer Behandlung mit den innovativen und hoch spezifischen
Abb. 1: Dr. Ralf Schumacher, Head of Biologics
Research Roche Penzberg, hielt den Eröffnungsvortrag, wobei auf Strategien der Biologics-
Erforschung und Entwicklung bei Roche einge
gangen wurde.
Abb. 2: 270 Teilnehmer aus neun Ländern kamen nach Benediktbeuern. Der Allianzsaal im Zentrum für
Umwelt und Kultur des Klosters Benediktbeuern war voll besetzt.
Frühzeitige Diversifizierung und inte
grierte Biomarkerstrategien
Pharma
Neue Antikörper und alternative
Wirkstoffstrukturen
Monoklonale Antikörper sind derzeitig die
„Gewinner der Biotech-Szene“, wie Dr. Frank
Mathias, Vorsitzender vfa bio, anhand von Branchendaten dokumentierte. Nach dem aktuellen
Report hat sich der Umsatz mit monoklonalen
Antikörpern seit 2004 fast verfünffacht. Antikörper können darüber hinaus durch gezieltes Protein-Engineering weiterentwickelt werden. Forschungsanstrengungen konzentrieren sich beispielsweise auf die Entwicklung multifunktionaler
Antikörper oder das Design verkürzter Antikörper
bzw. Antikörperfragmente.
Bispezifische Antikörper, wie sie die Firma
Micromet entwickelt, binden beispielsweise
gleichzeitig Rezeptorzelle (Krebszelle) und
Immunzelle (T-Zelle). Durch die spezifische Bindung wird der programmierte Zelltod (Apoptose) der Rezeptorzelle eingeleitet sowie Zytokine
freigesetzt – für eine noch effizientere und umfassendere Eliminierung der Krebszellen. Kooperationen mit Pharmaunternehmen wie SanofiAventis, Bayer Schering oder Merck Serono, sind
ein wichtiger Bestandteil des Geschäftsmodells
des Biotech-Unternehmens.
Neben Antikörpern spielen neuartige Molekülstrukturen („scaffolds“) eine wachsende Rolle.
Hierzu zählen u. a. Ankyrine; dies sind „Repeat“Moleküle, modular aufgebaute und sich wiederholende Strukturen, für hoch spezifische ProteinProtein-Wechselwirkungen. Mit der DARPin
(Designed Ankyrin Repeat Protein)-Technologie,
die an der Universität Zürich entwickelt und von
der Molecular Partners in der Schweiz vorangetrieben wird, lassen sich Wirkstoffe schnell und effizient designen und kostengünstig in Bakterien herstellen. Die Entwicklungszeit für ein Leadmolekül
beträgt lediglich ein Jahr. DARPin-Moleküle haben
zudem Vorteile hinsichtlich Stabilität, Löslichkeit
und Wirkstoffformulierung.
Abb. 4: Halozyme entwickelt neue Verfahren für
alternative Administrationswege biologischer
Wirkstoffe. Dr. Haller ist Vice President of Alliance
Management und Head, Drug Delivery Franchise
bei Halozyme Therapeutics in San Diego, USA.
Innovative Technologien für verbes
serte Wirkstoffeigenschaften und neue
Darreichungsformen
Viele biologische Wirkstoffe weisen Plasma-Halbwertszeiten von nur wenigen Stunden auf. Da es
sich häufig um kleine Moleküle handelt, mit Größen kleiner 70 kDa, werden sie rasch über die
Nieren ausgeschieden. Die Verweildauer biologischer Wirkstoffe im Körper kann jedoch durch
Vergrößerung des Molekülvolumens und eine damit verzögerte Ausscheidung über die Niere verlängert werden – Medikamente müssen dann
seltener verabreicht werden. Zwei Methoden
dazu standen im Vordergrund des Forums: die von
Prof. Dr. Arne Skerra an der Technische Universität
München entwickelte Methode der PASylierung,
die in dem Spin-off Unternehmen XL-protein weiterentwickelt wird, sowie die HESylation-Technologie der Fresenius Kabi aus Friedberg im Taunus.
Abb. 3: In der Ausstellung wurden u.a. neue Zellkulturplattformen als Bestandteil einer Produktionslösung für den mittleren Maßstab gezeigt.
Pharma
Abb. 5: Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH,
im Gespräch mit Dr. Frank Mathias, Vorsitzender vfa bio/Vorstandsvorsitzender MediGene AG und Dr. Sabine Sydow, vfa bio; im Hintergrund Gabriel von
Lengyel-Konopi und Dr. Matthias Konrad.
Bei der PASylierung wird ein Fusionsprotein aus
dem therapeutischen Protein und einem aus den
Aminosäuren Prolin, Alanin und Serin aufgebauten Polypeptid exprimiert. Der Vorteil gegenüber
anderen Methoden ist, dass keine zusätzlichen
Arbeits- und Aufreinigungsschritte erforderlich
sind. Bei dem Verfahren der HESylierung wird
Hydroxyethylstärke (HES) aus Mais verwendet;
ein Biopolymer das aufgrund seiner geringen
Wechselwirkung mit biologischen Prozessen im
menschlichen Organismus gut geeignet ist, da es
kaum unerwünschte Immunreaktionen auslöst.
Fortschritte für den Patienten ergeben sich
ebenfalls über Neuentwicklungen wie etwa vereinfachte Darreichungsformen für biologische
Wirkstoffe. Dr. Michael Haller von Halozyme aus
San Diego, USA, zeigte eine auf dem Enzym
Hyaluronidase basierende Technologie, die künftig auch eine subkutane Darreichung biologischer Wirkstoffe ermöglicht. Dabei baut das Enzym Hyaluronan ab, eine natürlich vorkommende,
gelartige Substanz, die ein Hauptbestandteil insbesondere von Haut und Bindegewebe ist. Durch
Einsatz der Hyaluronidase können Wirkstoffe,
Abb. 6: Im Pressegespräch stellten sich u. a. Prof. Dr. Josef Nassauer, Bayern
Innovativ GmbH, Prof. Dr. Horst Domdey, Geschäftsführer der Bio-M Biotech
Cluster Development GmbH, sowie Prof. Dr. Arne Skerra, Lehrstuhl für Biologische Chemie der TU München und Geschäftsführer der XL-Protein GmbH
(v.l.) den Fragen.
die unter die Haut injiziert werden, leichter
penetrieren und diffundieren. Die Applikation
vereinfacht sich damit, der Wirkstoff gelangt
schneller an den Wirkort. Das Verfahren ist damit
gegenüber einer intravenösen Verabreichung
angenehmer für den Patienten; darüber hinaus
können Behandlungskosten eingespart werden.
Rasche Umsetzung in der Produktion
von Biopharmazeutika
Die Produktion rekombinanter Proteine in Säugerzellen erfolgt in biotechnologischen Fermentern mit Volumen von bis zu 25 m3. Eine zentrale
Aufgabe in der Pharmaforschung ist die Verkürzung der Entwicklungszeiten, insbesondere beim
Scale-up in der Herstellung des Wirkstoffes für
klinische Studien und den Markt.
Anhand der Modellierung von Fermentationsprozessen verfolgt man bei Roche einen wissensbasierten Ansatz. Neben physikalischen Charakteristika der Produktionsanlagen, können gerade
auch Scale-down Methoden hilfreich sein. Sofern
dafür ein validiertes Modell existiert, können Aus-
sagen über die Auswirkungen bestimmter Parameter auf die Prozessführung gemacht werden.
Ein in der Produktion häufig limitierender Faktor ist das Downstream Processing. Mittels einer
Screening-Plattform für Aufreinigungsverfahren,
der sogenannten RAPPTor-Technologie (Rapid
Automated Protein Purification), können bei
Boehringer Ingelheim mit geringen Wirkstoffmengen im Bereich von 6 μg Protein pro Reaktion, 32
unterschiedliche Konditionen gleichzeitig untersucht und bewertet werden. Dies spart neben
Wirkstoff auch Zeit, und die Ergebnisse können in
der Prozessentwicklung umgesetzt werden.
Künftig könnten auch Pflanzen als alternative
Produktionssysteme für biopharmazeutische
Arzneimittel eine Rolle spielen, so Dr. John Butler,
Bayer Innovation, Leverkusen. Machbar scheint
eine kostengünstige Herstellung spezifischer
Wirkstoffe, z. B. die Produktion individualisierter
Impfstoffe gegen bestimmte Krebsarten.
Am Vortag zum Kooperationsforum konnten
90 Teilnehmer die Produktion biopharmazeutischer Wirkstoffe bei Roche in Penzberg besichtigen. Gelegenheit zu intensivem fachlichen Austausch und für die Initiierung zukünftiger
Kooperationen ergaben sich beim anschließenden
Get-together sowie in der das Forum begleitenden Fachausstellung. Aufgrund der positiven Bewertung durch die Teilnehmer ist geplant, dieses
Forum und die Kooperation fortzusetzen.
▶ ▶K ontakt
Abb. 7: Die Besichtigung der Biologics Produktion bei Roche in Penzberg gab Einblicke in die Bereiche
Fermentation, Aufreinigung und Produktion des Wirkstoffes Trastuzumab.
Dr. Borris Haupt
Dr. Matthias Konrad
Prof. Dr. Josef Nassauer
Bayern Innovativ GmbH
Nürnberg
Tel.: 0911/20671-175
[email protected]
www.bayern-innovativ.de
Zellbiologie
L ife sciences
Transport nach einfachen Regeln
Wie Zellen die räumliche Verteilung von Proteinen aufrecht erhalten
Alles Leben auf der Erde ist von Unordnung bedroht. In dieser Hinsicht gleicht
eine Zelle einem Schiff, das in einem Meer von Unordnung zu sinken droht:
Deshalb muss sie ständig unter Energieaufwand ihren Ordnungsgrad bewahren, um nicht unterzugehen – bildlich gesprochen muss das eindringende Wasser der Unordnung also permanent ausgepumpt werden. Am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund haben Wissenschaftler um Prof.
Philippe Bastiaens, Leiter der Abteilung Systemische Zellbiologie, und Prof.
22 Prof. Dr. Herbert Waldmann,
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie
22 Prof. Dr. Philippe Bastiaens,
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie
Herbert Waldmann, Leiter der Abteilung Chemische Biologie, herausgefunden,
wie Zellen die korrekte Verteilung von Proteinen in ihrem Innern sicherstellen.
Innerhalb einer Zelle müssen eine Vielzahl von
Stoffen transportiert werden. Als „Rangierbahnhof“ dient dabei der Golgi-Apparat. Im Inneren
dieses von einer eigenen Membran umgebenen
Organells werden Proteine und andere Substanzen funktions- und transportklar gemacht. Aus
seiner Membran werden kleine Vesikel abgeschnürt und zu ihren jeweiligen Zielorten dirigiert.
Viele Proteine, die zur Zellmembran transportiert
werden sollen, werden dazu mit einem FettsäureMolekül versehen. Durch diese Palmitoylierung erhalten die Membranproteine eine Art Adressaufkleber und werden zur Zellmembran befördert. Die
Aufnahme der räumlichen Verteilung von Ras (blau fluoreszierend), das in der Zellmembran (Rand) und
im Golgi-Apparat (Zentrum) gehäuft vorkommt (weitere Erläuterungen im Text). Quelle: Philippe Bastiaens, Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie
Zelle stemmt sich mit diesem gerichteten Transport vom Golgi-Apparat zur Zellmembran gegen
die andauernde „Leckage“ in andere Membranen.
Denn zusätzlich zur Zellmembran ist die Zelle angefüllt mit Membranen von Organellen, die jeweils
über Vesikel miteinander in Verbindung stehen.
Dadurch gelangen palmitoylierte Membranproteine, die ursprünglich nur für die Zellmembran vorgesehen waren, auch an andere Orte. Mit der Zeit
wären diese Proteine also wahllos innerhalb der
Zelle verteilt.
Grundlegendes Prinzip des Lebens
Mittels modernster Mikroskopieverfahren konnten
nun maßgeschneiderte molekulare Sonden in lebenden Zellen verfolgt und so der Aufenthaltsort
und Transport palmitoylierter Proteine in Echtzeit
analysiert werden. Dabei wurde herausgefunden,
dass die Palmitoylierung vor allem am Golgi-Apparat stattfindet. Von dort erreichen palmitoylierte
Proteine an der Oberfläche der abgeschnürten
Bläschen die Zellmembran. Damit sich die Proteine nicht in anderen Membranen anreichern, entfernen spezielle Enzyme den Fettsäureanker wahllos von allen palmitoylierten Proteinen. Die
Proteine schwimmen dann so lange frei durch die
Zelle, bis sie wieder in den Transportmechanismus
des Golgi-Apparats eingeschleust werden. So stellt
die Zelle sicher, dass fehlgeleitete Proteine kontinuierlich und schnell wieder ins Transportnetz eingespeist und an ihren korrekten Bestimmungsort
transportiert werden. Ein solcher Zustand, der sich
nicht im Gleichgewicht befindet und nur unter
ständigem Energieaufwand aufrecht erhalten werden kann, zeichnet alles Leben aus – im Gegen-
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rtem Pr
oduktan
gebot.
Die Forschergruppe ging aber noch
einen Schritt weiter und schuf die
Grundlage für eine mögliche Anwendung der Erkenntnisse in der
Krebstherapie. Das bereits erwähnte
Ras-Protein ist ein prominenter Vertreter palmitoylierter Proteine. Mutationen im ras-Gen finden sich in
vielen Tumoren. Es ist allerdings nur
dann voll funktionstüchtig, wenn es
in der Zellmembran verankert ist
und nicht in andere Membranen gelangt. Die Forscher entwickelten daher den Hemmstoff Palmostatin B
gegen das Enzym, das für die Abspaltung der Fettsäureanker verantwortlich ist. Wird dieses Enzym ausgeschaltet, bleibt das palmitoylierte
Ras in der Zellmembran verankert
und gelangt von dort in die Membran anderer Zellorganellen.
Mit Palmostatin B konnten die
Wissenschaftler das Ras-Protein
erstmals in seiner Aktivität beeinflussen, ohne es gleich vollständig
auszuschalten. Ist Ras nämlich völlig
inaktiv, sterben auch gesunde Zellen.
Aus Krebszellen werden durch Hemmung der Depalmitoylierung wieder
normale Zellen. Dank dieser Entdeckung könnten Ras-abhängige Tumore eines Tages schonend behandelt werden.
Literatur
[1] Rocks O. et al.: Cell, 141, 3, 458–471
(2010)
[2] Dekker F. J. et al.: Nature Chemical
Biology, 6, 449–456 (2010)
▶ ▶K ontakt
Prof. Dr. Philippe Bastiaens
Tel.: 0231/133–2200
[email protected]
Prof. Dr. Herbert Waldmann
Tel.: 0231/133–2400
[email protected]
Max-Planck-Institut für molekulare
Physiologie
Dortmund
www.mpi-dortmund.mpg.de
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erweite
Aber woher weiß die Zelle, welche
Proteine im Golgi-Apparat einen
Adressaufkleber für die Zellmembran erhalten sollen? Den Wissenschaftlern zufolge kann jedes Protein einen Fettsäureanker bekommen,
wenn die Aminosäure Cystein leicht
zugänglich an der Oberfläche des
Proteins liegt. Es wird dann automatisch zur Zellmembran befördert.
Für diese Transportvorgänge sind
also keine Rezeptoren nötig, die
spezifisch das zu transportierende
Protein binden.
Dies ist ein faszinierendes Beispiel dafür, wie komplizierte Vorgänge durch ganz einfache physikalische
und chemische Regeln gesteuert
werden können. Auf den ersten Blick
erscheint es enorm anspruchsvoll,
diejenigen Proteine zu identifizieren,
die an einen bestimmten Ort transportiert werden müssen sowie
Falschtransporte zu erkennen und zu
verhindern, dass sie sich vom Zielort
weiter verbreiten. Die Zelle schafft
dies aber auf ganz einfachem Wege
ohne zusätzliche Rezeptoren oder
Regulationsmechanismen. Auch andere selbstorganisierende Systeme
wie beispielsweise Insektenstaaten
funktionieren häufig nach relativ
Neuer Wirkstoff beeinflusst
Krebs-Protein
deutlich
Einfache Lösung für
komplexe Aufgabe
einfachen Prinzipien. Anders könnten sie ihre vielfältigen Aufgaben
auch gar nicht bewältigen.
Jetzt m
it
satz zu nichtlebenden komplexen
Systemen wie Kristallen, die einen
Gleichgewichtszustand bei minimaler Energie einnehmen. Die Forscher
haben damit ein grundlegendes
Prinzip des Lebens entdeckt.
Abbildung 1 verdeutlicht dieses
Prinzip an Hand des Ras-Proteins.
Die Fotomontage zeigt, wie das Verteilungsmuster von Ras im Gleichgewicht gehalten wird: Das mit Fettsäure-Ankern versehene Ras (rot)
wird vom Golgi-Apparat in Membranbläschen (blaue Kreise) zur Zellmembran transportiert. Das Enzym
APT1 (grün) entfernt den Palmitoylierungsanker von Ras-Molekülen,
die von der Zellmembran in andere
Membranen gelangt sind. Das depalmitoylierte Ras (orange) kann
nun wieder frei in der Zelle schwimmen und in den Golgi-Apparat aufgenommen werden. Der Zyklus beginnt daraufhin von neuem.
Laborch
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Telefon 0800 4393784
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Bioinformatik
L ife S ciences
Wenn das Blut zu dick wird
Molekularen Mechanismus für Thrombose und
Bluterkrankheit entdeckt
Eine Forschungsgruppe am Heidelberger Institut für Theoretische
Studien (HITS) hat unter der Leitung der Chemikerin Dr. Frauke
Gräter einen molekularen Mechanismus für Thrombose und Bluterkrankheit entdeckt. Anhand von Computersimulationen konnte der
Grund vererbbarer Krankheiten durch Gendefekte, wie Thrombosen
oder Bluterkrankheiten, festgestellt werden.
22 Dr. Frauke Gräter, Leiterin der
Gruppe „Molecular Biomechanics“ am HITS
Wenn Blut zu dick oder zu dünn wird, kann das
tödliche Folgen für den Menschen haben. Bei zu
dickem Blut sammeln sich Proteine an und lassen die Ader verstopfen – es kommt zur Thrombose. Wenn die Ansammlung zu stark abgebaut
wird, kann eine Bluterkrankheit vorliegen, bei
der es zu unkontrollierten Blutungen kommt.
Den Ausgleich schafft bei gesundem Blut ein
Protein, der sog. „Von-Willebrand-Faktor“
(VWF), benannt nach dem finnischen Arzt Erik
Adolf von Willebrand. Dieses Protein schwimmt
neutral im Blutfluss mit und wird aktiv, wenn ein
Blutgefäß verletzt ist und Blut austritt. Es dockt
an der Wundstelle an, bindet Blutplättchen und
weitere Proteine und sorgt dafür, dass sich die
Wunde wieder schließt.
„Sollbruchstelle“ entdeckt
Die Forscher haben nun mit dem Computer neue
Erkenntnisse darüber gewonnen, wie dieses
wichtige Protein funktioniert. Dr. Frauke Gräter
und ihre Forschungsgruppe beschäftigen sich
mit der Auswirkung von mechanischen Kräften
auf Prozesse im Körper. Jeder, der regelmäßig im
Fitness-Studio seine Muskeln trainiert, kann die-
Abb. 1: Sichtbar durch die Simulation: Die „Sollbruchstelle“ des VWF-Proteins (grün) wird durch Scherkräfte freigelegt.
HochdruckReaktoren
Nachwuchsförderpreis 2010
Für diese Entdeckung wurde
Mitarbeiter Carsten Baldauf im
Februar 2010 mit dem „Nachwuchsförderpreis Blutungskrankheiten“ der deutschen Gesellschaft für Thrombose- und
ämostaseforschung (GTH) sowie
H
dem Pier Maumuccs Long Investigator Prize ausgezeichnet – als
einziger Nichtmediziner und rein
theoretischer Forscher. Die Preise
der GTH werden für herausragende Arbeiten bzw. Projekte und
Leistungen auf dem Gebiet der
Thrombose- und Hämostaseforschung vergeben. Sponsor des
Preises war Wyeth Pharma.
Ziel: Therapeutische Ansätze
Frauke Gräter hatte bereits in der
Vergangenheit am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie
in Göttingen das Kraftsensor-Protein Titinkinase im Computer nachgebaut, das für den erwähnten
Muskelaufbau hauptverantwortlich
ist. Es wird bei mechanischer Krafteinwirkung aktiviert und löst dadurch eine biochemische Reaktionskette aus. An der Chinese
Academy of Sciences in Schanghai,
einem Partnerinstitut der MaxPlanck-Gesellschaft, und der Universität Heidelberg beschäftigte sie
sich u. a. mit Seidenproteinen, wie
sie in Spinnennetzen und Seidenraupenkokons vorkommen. Ihr bisher gesammelter Erfahrungsschatz
in der virtuellen Simulation von
Zellvorgängen kommt der Entdeckung im HITS nun zugute.
Übergeordnetes Ziel ist es, zu
verstehen, wie mechanische Kräfte
biologische Prozesse, vor allem bei
Proteinen, beeinflussen. In der wei-
teren Forschung sollen die treibenden Kräfte solcher Kopplungen von
Mechanik und Biochemie auf molekularer Ebene aufgedeckt werden. So analysiert die Arbeitsgruppe „Molecular Biomechanics“, die
ein Dutzend Post-Docs und Doktoranden aus fünf verschiedenen
Ländern umfasst, mit Computermodellen die Wirkung mechanischer Kräfte auf weitere Proteine.
Anhand der Computersimulation
kann der Grund vererbbarer Krankheiten durch Gendefekte, wie
Thrombosen oder Bluterkrankheiten, festgestellt werden. Die Forschungsgruppe arbeitet dazu eng
mit Medizinern verschiedener
Krankenhäuser zusammen. Ziel
dieser Zusammenarbeit ist es, diese vererbbaren Krankheiten eines
Tages therapeutisch zu behandeln.
Literatur
Baldauf C. et al.: Journal of Thrombosis
and Haemostasis, 7(12):2096-105
(2009)
Bequeme
Handhabung
Einfache
Reinigung
Korrosionsschutz
durch PTFEAuskleidung
Variable
Armaturenbestückung
Individuelle
Materialkombinationen
▶ ▶K ontakt
Dr. Frauke Gräter
Molecular Biomechanics
HITS gGmbH, Heidelberg
Tel.: 06221/533-267
Fax: 06221/533-298
[email protected]
www.h-its.org
Weitere Informationen gibt es bei
Labortechnik
[email protected]
www.berghof.com
Tel.: +49 7121 894-202
Druckauf_1209
sen Effekt an sich selbst feststellen:
Das Hantieren mit den Hanteln
führt durch die Zugkräfte zu kleinen Verletzungen der Muskeln, die
dann in der Erholungsphase wachsen. Solche Kräfte, genauer gesagt
die Scherkräfte, wirken aber auch
im Blut. Man kann das VWF-Protein dabei mit einem Klebstreifen
vergleichen: Bei einer Verletzung
dehnt sich der Klebstreifen und seine Klebefläche vergrößert sich.
Zum Verschließen der Wunde binden sich Proteine und Blutplättchen an diese Klebefläche. Bevor
es allerdings zu einer Verstopfung
kommt, wird das Klebeband an
einer Sollbruchstelle durchgeschnitten.
Obwohl VWF eines der größten
Proteine im Blut ist, konnte im Labor bislang die „Sollbruchstelle“
nicht gefunden werden, weil sie
im Protein verborgen ist. Mit dem
Computer gelang es den HITS-Forschern und den Vorgang des
Schneidens nachzuvollziehen. Sie
bestimmten erstmals im Nanometer-Maßstab die Verteilung der
mechanischen Kräfte, die auf das
Protein einwirken.
Screening
L ife S ciences
Signale zur Bildung von Blut- und
Lymphgefässen
Molekülstrukturen als Grundlage zur Entwicklung neuer Medikamente
Autorengruppenbild: von l.n.r.: Dr. Maurice Brozzo,
Prof. Dr. Kurt Ballmer-Hofer (hinten), Dr. Andrea
Prota, Dr. Kaisa Kisko, Paul Scherrer Institut
Blut- und Lymphgefässe gewährleisten die Versorgung eines Organismus mit Sauerstoff und Nahrung
und die Entfernung von Abbaupro-
Blutgefässe gehören zu den am frühesten angelegten Organsystemen des Embryo. Sie gewährleisten die Versorgung eines Organismus mit
Sauerstoff und Nahrung und ermöglichen den
Abtransport von Abbauprodukten aus den Organen. Der Organismus besitzt noch eine zweite
Form von Gefässstrukturen, die Lymphgefässe,
die ebenfalls für den Abtransport von Abbauprodukten und für die Rückführung von Flüssigkeit
aus den Geweben in den Blutkreislauf zuständig
sind. Beide Gefässsysteme sind für das ordentliche Funktionieren aller Organe im Körper absolut notwendig.
Bei der Komplexität der Gefässe ist es kaum
verwunderlich, dass Erkrankungen eines Organismus oft mit Funktionsstörungen in diesen Gefässsystemen zusammenhängen. Blut- und lymphatische Gefässe müssen bei der Wundheilung
neu gebildet werden und Veränderungen an Gefässen sind in vielen Fällen eigentliche Krankheitsursache. So ist die bei älteren Menschen
häufig auftretende Augenerkrankung, die Makuladegeneration, eine Folge exzessiven Gefässwachstums im Auge, die zur Erblindung führt.
Arteriosklerose, die Verengung von Gefässen auf
Grund degenerativer Veränderungen der Gefässwände, ist ebenfalls ein klassisches Beispiel für
eine häufig auftretende Gefässerkrankung, deren Folgen für das Gesundheitssystem unserer
Gesellschaft eine hohe Belastung sind. Schliesslich sind Tumoren auf eine Versorgung mit Blutund Lymphgefässen angewiesen, um wachsen
und sich im Organismus ausbreiten zu können.
Hier liegt das eigentliche Problem bei Krebserkrankungen, dass Krebszellen sich eben aus dem
primären Tumor lösen und unkontrolliert in andere Organe ausbreiten. Wir wissen heute, dass
Krebszellen sich sowohl via Blut- wie auch
Lymphgefässe in einem erkrankten Organismus
ausbreiten. Es wurde deshalb schon vor über 20
Jahren von einem Pionier auf diesem Forschungsgebiet, dem kürzlich verstorbenen Judah
Folkman vom Children’s Hospital der Harvard
Medical School in Boston, eine neue Therapieform vorgeschlagen, bei der die Bildung von Gefässen im Tumor blockiert wird und so die Krebszellen durch ‚Aushungern’ zerstört werden.
Diese Methode hindert gleichzeitig die entarteten Zellen daran, sich in andere Organe des Körpers auszubreiten.
Die Rolle von VEGF bei der Bildung von
Gefässen
J. Folkman und weitere Pioniere auf diesem Forschungsgebiet, wie zum Beispiel Napoleone Ferrara, Forscher bei der Firma Genentech in San
Francisco oder Harald Dvorak, am Beth Israel
Deaconess Medical Center in Boston, haben
schon seit langem bei Krebserkrankungen, und
später dann bei anderen Krankheiten denen Veränderungen der Gefässe zu Grunde liegen, eine
erhöhte Produktion körpereigener Substanzen,
sogenannter Wachstumsfaktoren, beobachtet.
Diese Wachstumsfaktoren regen die Endothelzellen, also die Zellen, die die Gefässe ausklei-
dukten aus den Geweben. Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor
(VEGF) steuert die Bildung von
Gefässen durch Bindung an einen
Rezeptor auf der Oberfläche von
Endothelzellen. VEGF spielt bei vielen Gefässerkrankungen und beim
Tumorwachstum eine wichtige Rolle.
Das molekulare Verständnis der
Struktur und Funktion der VEGF-Rezeptoren ist Ausgangspunkt für die
Entwicklung neuer Medikamente.
Abb.1: Auftragen von VEGF auf die Chorioallantoismembran eines Hühnerembryos führt zur Bildung
neuer Blutgefässe (vergl. das Bild links mit dem Bild in der Mitte, rechts wurde zusätzlich ein VEGF
neutralisierender Antikörper zugegeben [3]).
Screening
life S ciences
Laborbedarf _ Life Science _ Chemikalien
Abb. 2: Darstellung einzelner VEGF-Rezeptorkomplexe mit Hilfe der Elektronenmikroskopie. Es werden
4 Orientierungen des Rezeptorkomplexes gezeigt. Links, die Rohbilder des monomeren (oben) und des
dimeren (unten) Rezeptors; Mitte, Bilder, die aus 50-100 Einzelbildern des Rezeptor-VEGF Komplexes
durch Mittelung errechnet wurden; rechts, schematische Darstellung der Komplexe [1].
den, zur Migration und zur Zellteilung an und
steuern so die Gefässbildung. Einer dieser Faktoren ist VEGF, ein Polypeptid, das immer dann
produziert wird, wenn die Bildung neuer Blutoder Lymphgefässe in einem Organ benötigt
wird und sich Zellen den Zugang zum Gefässsystem des Körpers verschaffen (Abb. 1). Tumore
wachsen zu Beginn einer Erkrankung ohne Blutversorgung und ohne Lymphgefässe und werden
nur wenige Millimeter gross. Sowohl bei der
Vaskularisierung von Tumoren wie auch bei der
Makuladegeneration produziert der Patient
VEGF was zur verstärkten Bildung neuer Blutoder Lymphgefässe führt. Der Tumor kann sich
nun vermehrt im Körper ausbreiten, bei der Makuladegeneration führt das VEGF zur Zerstörung
des Sehnervs und zur Erblindung. Durch eine
Blockade der VEGF-Produktion, durch Neutralisieren des VEGF oder eine Blockierung der VEGFRezeptoren kann das übermässige Wachstum
der Gefässe verhindert werden. Dadurch wird
das Tumorwachstum oder die Degeneration des
Sehnervs verlangsamt.
Unsere Forschungsgruppe am Paul Scherrer
Institut erforscht den molekularen Mechanismus
der Aktivierung von VEGF-Rezeptoren. VEGF Rezeptoren befinden sich auf der Aussenhaut der
Zelle, der Zellmembran, und bestehen aus einer
extrazellulären und einer intrazellulären Domäne und einem dazwischen liegenden kurzen
Segment, das in die Lipidschicht der Membran
eingebettet ist. Durch Andocken der VEGF-Moleküle an die extrazelluläre Domäne der Rezepto-
ren werden zwei Rezeptoren dimerisiert und bilden zusammen mit dem gebundenen VEGF eine
kompakte dreidimensionale Struktur (Abb. 2
Schema). Diese Dimerbildung ist Voraussetzung
für die Aktivierung des intrazellulären Teils des
Rezeptors. Dimerisierung führt dann zur Übertragung des extrazellulären Signals durch die
Membran auf die intrazelluläre Rezeptordomäne. Diese besteht aus einer Proteintyrosinkinase,
einer enzymatisch aktiven Proteindomäne, die
andere Proteine durch Phosphorylierung, in unserem Fall an Tyrosinresten, modifiziert. Phosphorylierung an Tyrosinresten verändert die
Struktur und damit die Funktion dieser Moleküle. Wird einer Zelle VEGF zugeführt, wird in wenigen Sekunden bis Minuten diese Proteintyrosinkinase aktiviert. Der molekulare Mechanismus,
der diesem Vorgang zu Grunde liegt, ist nur andeutungsweise bekannt. Proteintyrosinkinasen
spielen auch bei anderen biologischen Prozesen
eine wichtige Rolle. Im menschlichen Genom
wurden 58 Proteintyrosinkinasen identifiziert,
insgesamt gibt es 518 Proteinkinasen mit Spezifität für Tyrosin-, Serin- oder Threoninresten.
Proteinkinasen steuern alle wichtigen Prozesse in einer Zelle und werden als Zielmoleküle
bei der Entwicklung neuer Medikamente intensiv erforscht. Wir möchten durch die Aufklärung
der räumlichen Proteinstruktur der VEGF-Rezeptoren ein Modell für deren Aktivierungsmechanismus erarbeiten. Gleichzeitig werden neue
Wege gesucht, die Signale, die vom angedockten VEGF in die Zelle übertragen werden, zu blo-
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life sciences
Abb. 3: Hoch aufgelöste Struktur der Bindungsstelle zwischen VEGF-Molekül und Rezeptor. In Gitterdarstellung rechts die Struktur der ganzen extrazellulären Domäne des VEGF-Rezeptors. Diese wurde mit Hilfe der Kleinwinkelstreuung ermittelt (unpublizierte Daten). In orange und rot der Rezeptor, in grün und
blau das VEGF im VEGF-Rezeptorkomplex [2].
ckieren. Das Verständnis des molekularen Mechanismus, der der VEGF-Rezeptoraktivierung zu
Grunde liegt, wird dazu einen wichtigen Beitrag
leisten.
Einblick in die Molekülstruktur
Ein Durchbruch in dieser Forschung ist mit der
Aufklärung der detaillierten dreidimensionalen
Struktur des extrazellulären, VEGF bindenden,
Teils des Rezeptors gelungen. Diese Struktur
wurde bereits vor zwei Jahren mit Hilfe der Elektronenmikroskopie bestimmt [1] (Abb. 2). In Zusammenarbeit mit einer finnischen Gruppe
konnte nun eine hoch aufgelöste Struktur mittels der Röntgenkristallographie mit einer Auflösung von 2.7 Å (10-10 m) bestimmt werden [2]
(Abb. 3). Bei dieser Auflösung wird bereits die
Distanz zwischen zwei verbundenen Kohlenstoffatomen sichtbar und es kann ein Modell der
Bindung von VEGF an den Rezeptor postuliert
werden. Diese Struktur wurde an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz am PSI erarbeitet. Die
intensive und hoch fokussierte Röntgenstrahlung des Synchrotrons wurde genutzt und zeigt,
wie moderne biologische Forschung von den Erkenntnissen der modernen Physik nicht nur unterstützt, sondern erst ermöglicht wird. Die im
Synchrotron erzeugte Röntgenstrahlung in Kombination mit einem aufwendigen Rechenverfahren ermöglicht die Struktur komplexer Biomole542 • GIT Labor-Fachzeitschrift 7/2010
küle zu bestimmen. Zuerst musste am PSI und
am Biomedicum in Helsinki jedoch die Grundlage geschaffen werden, diese Moleküle in grossen Mengen und in reinster Form herzustellen.
Anschliessend wurde das Material kristallisiert,
d.h. die Moleküle wurden dazu gebracht, sich
regelmässig in einem Kristall anzuordnen. Erst
mit der Herstellung grosser Mengen reinsten
Materials in Insektenzellen und Hefen war es
möglich, genügend grosse und wohl geordnete
Kristalle herzustellen und daraus die räumliche
Struktur der Rezeptorkomplexe mit Hilfe der
Röntgenkristallographie zu bestimmen.
Es wird sich zeigen, ob Moleküle entwickelt werden können, die diese zusätzliche Interaktion
der Rezeptoren im Dimer blockieren und so die
Aktivierung des Rezeptors verhindern können.
Neuer Therapieansatz dank Einblick in
die Molekülstrukturen
Co-Autoren
Dr. Andrea Prota, Dr. Kaisa Kisko, Dr. Maurice
Brozzo (wissenschaftliche Mitarbeiter am Paul
Scherrer Institut)
In der heutigen Krebstherapie werden bereits
Antikörper gegen VEGF verwendet, die das Molekül ‚neutralisieren’ und es daran hindern, an
den Rezeptor zu binden. Bei dieser Therapie bindet ein Antikörper an die Rezeptorbindungsstelle
des VEGF und blockiert so den Rezeptor. Für
neuere Therapieansätze sollen nun Wirkstoffe
entwickelt werden, die die Rezeptoren gezielter
blockieren. Dazu ist es wichtig, die genaue dreidimensionale Struktur der Rezeptoren zu kennen. Die Struktur in Abb. 2 zeigt, dass der Rezeptor nicht nur an der Bindungsstelle für VEGF,
sondern auch an der der Zellmembran direkt benachbarten Domäne zusammengehalten wird.
Literatur
[1] Ruch C. et al.: Nat.Struct.Mol.Biol. 14, 249–250
(2007)
[2] Leppanen V. M. et al.: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A 107,
2425–2430 (2010)
[3] Zeisberger S. M. et al.: Br.J.Cancer 95, 272–281
(2006)
▶ ▶K ontakt
Prof. Kurt Ballmer-Hofer
Biomolekulare Forschung
Paul Scherrer Institut, Villigen Schweiz
[email protected] · http://mcb.web.psi.ch
Labormarkt
Vorgereinigte PU-Schaumfilter zur Gasprobennahme
Dynamische Differenzkalorimetrie mit neuer Druckzelle
In vielen US EPA, ASTM und DIN-Methoden werden Polyurethan-Schaumstofffilter (PUF) zur Gasprobennahme von flüchtigen Schadstoffen
mit anschließender Spurenanalytik
aus Umluft, Raumluft in öffentlichen
und privaten Gebäuden sowie am
Arbeitsplatz eingesetzt. Produktionsbedingt enthalten PU-Schaumstofffilter Verunreinigungen, die man natürlich vor dem Einsatz entsprechend entfernen
muss. In der Regel werden die Filter ungereinigt an den Anwender geliefert, der diese
dann in einem aufwendigen Reinigungsprozess für den Einsatz vorbereiten muss.
Und das kostet nicht nur Zeit, sondern auch viel Geld. Damit ist jetzt Schluss.
Seit neuestem werden jetzt gereinigte PU-Schaumfilter angeboten. Die Reinigung erfolgt nach VDI-Vorschrift, also Extraktion je 24 Stunden, zunächst mit Toluol, dann mit
Aceton. Ausgeliefert werden die gereinigten Filter standardmäßig in einer mit Aluminiumfolie ausgekleideten Verpackung oder, gegen einen geringen Aufpreis, im Schraubdeckelglas mit PTFE-beschichteter Dichtscheibe. Sehr günstige Sonderpreise werden für
Mengen ab 50 bzw. 100 St. angeboten. Und was ist mit den vielen unterschiedlichen
Größen bei diesen vorgereinigten Filtern? Kein Problem, denn der bekannte Hersteller
produziert das weltweit größte Programm an PU-Filtern mit 32 Standardgrößen; außerdem ist (fast) jede weitere Dimension auf Anfrage lieferbar – was will man mehr!
In der Dynamischen Differenzkalorimetrie, kurz DSC genannt, wurde die
Temperaturstabilität und die Empfindlichkeit der Druckzelle gegenüber der
herkömmlichen Konstantanscheibe
wesentlich verbessert. TA Instruments
hat gute Erfahrung gemacht mit dem
neuen Zelldesign, das für die Zellen
der DSC Geräte aus der Q-Serie verwendet wird. Durch die Verwendung
des CNC gefrästen Konstantan Sensors konnten die Stabilität der Temperatur und die Empfindlichkeit optimiert werden. Die neue Druckzelle, die in einem
Stahlzylinder eingeschlossen ist, kann unter Vakuum oder unter Druck (1 Pa bis 7
MPa) im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 550 °C unter Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Luft, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid betrieben werden. Die obere
Temperaturgrenze für den Betrieb unter Wasserstoff und Helium liegt bei 350 °C.
Das Gerät kann unter konstantem Druck oder Volumen eingesetzt werden. Unter
voller Druckbelastung kann ein maximaler dynamischer Spülgasstrom von 200 ml/
min aufgegeben werden. Dadurch ergeben sich erweiterte Anwendungen mit dieser
neuen Druckzelle wie die Bestimmung von Verdampfungswärme und Dampfdruck.
Die neue Druckzelle verifiziert die verbesserte Auflösung von überlappenden Peaks.
Weitere Anwendungen sind die Charakterisierung des Oxidationsverhaltens (OIT),
Katalytische Studien sowie eine Härtung von Harzsystemen.
Klaus Ziemer GmbH
Tel. 02423-40493-5, [email protected],
www.ziemer-chromatographie.de
TA Instruments
Tel.: 06196/400-7060, [email protected], www.tainstruments.com
SPE einfach automatisieren
Das neue SPE Exchange Modul SEM
ist ein Festphasenmodul für den CTC
CombiPAL. Die Systemkonfiguration
ist ideal für Applikationen wie die
Bestimmung von Pestiziden in Wasser oder pharmakologischen Substanzen in physiologischen Flüssigkeiten. Die Probenaufgabe erfolgt über
den PAL-Autosampler auf 2 x 10
mm-Festphasenkartuschen. Das Modul SEM stellt bei Bedarf für jede Probe eine eigene Kartusche zur Verfügung. In der
Standardausstattung verfügt das Modul über eine Kapazität von 96 SPE-Kartuschen,
die entsprechend der Applikation mit unterschiedlichen Phasenmaterialien befüllt
sind. Diese können auch mit Stickstoff getrocknet werden. Das SEM verfügt über
einen Druckbereich bis 300 bar und ist daher auch für 8 μm-Phasenmaterial geeignet. Dieses benötigt im Gegensatz zu dem traditionellen 40 μm-Phasenmaterial viel
kleinere Elutionsvolumina. Neben einem höheren Anreicherungsfaktor wird dadurch
eine kürzere Probenbeladungs- und somit Zykluszeit erreicht.
Axel Semrau GmbH & Co.KG
Tel.: 02339/1209-0, [email protected], www.axel-semrau.de
Biotech beschleunigt Krebsforschung
Mit pluriBead von Pluriselect lassen sich
gleichzeitig verschiedene Zelltypen voneinander separieren. So verkürzt sich die
übliche Separationszeit von zwei bis drei
Stunden um mehr als ein Drittel auf weniger als 30 Minuten. Außerdem kann man
Zellen auch aus unbehandeltem Blut, so
genanntem Vollblut, separieren. Dadurch
erhält man für anschließende Analysen
die dafür so wichtigen vitalen und reinen
Zellen. Damit können viele Krankheiten
besser erforscht werden, wie Krebserkrankungen, Rheumatoide Arthritis, Multiple
Sklerose und Allergien. Es lassen sich
aber auch Produkte entwickeln, die in der
medizinischen Diagnostik und Therapie
anwendbar sind. Das komplette Kitsystem ist über die Webseite www.pluriselect.de
bestellen. Es basiert auf einem patentierten Trennverfahren für Zellen aus flüssigen
Stoffgemischen wie Blut, Urin und Liquor, aber auch aus Geweben wie Milz oder
Lymphen. Die gewünschten Zielzellen binden sich dabei an künstliche Fängerpartikel.
Danach fließt das Probenmaterial durch ein Sieb und die partikelgebundenen Zielzellen bleiben im Sieb hängen. Zum Schluss werden die Zielzellen von den Fängerpartikeln getrennt, damit die reinen Zellen für Analysen zur Verfügung stehen. Diese
physikalische Separation ist schonend und erbringt hochvitale Zellen. Das ganze Verfahren ist vergleichbar mit dem Trockensiebverfahren aus der Bodenkunde.
PluriSelect GmbH
[email protected], www.pluriselect.de
Labormarkt
FRAP-System
Olympus stellt als Teil seiner neuen xcellence Imaging-Station für Fluoreszenzanwendungen mit lebenden Zellen das hochentwickelte cell^FRAP-System vor. cell^FRAP
ermöglicht – mit hardwarebasierter Gerätesynchronisation – einfache, mikrosekundenschnelle Photobleaching- und Photomanipulations¬experimente in Echtzeit.
Dazu gehören FRAP-, FLIP-, FLAP-, Pattern Bleaching-, Photoaktivierungs- und Photokonversionsapplikationen, die dem Anwender anspruchsvolle Optionen für seine
Experimente bieten. Darüber hinaus ermöglicht das flexible System simultane Lasermanipulation und -beobachtung auf Knopfdruck.
Intelligente Abtastalgorhitmen, die sich nur auf definierte Regionen (ROI = Region
of interest) beschränken, machen die Zeilenabtastung zwischen den ROIs überflüssig und sorgen so für eine höhere Abtastgeschwindigkeit. Mit cell^FRAP lassen sich
mehrere ROIs simultan photobleichen und im Bild festhalten.
Olympus Deutschland GmbH
Tel.: 040/23773 – 4612, [email protected], www.olympus.de
Mini-Mühle– für kleinste Probenmengen
Die neue Mini-Mühle Pulverisette 23
von Fritsch für Kleinstmengen, passt
überall hin, zerkleinert alle möglichen Feststoffproben und ist bedienerfreundlich. Das Spezialgebiet
ist die Feinzerkleinerung kleinster
Mengen trockener Laborproben oder
Feststoffe in Suspensionen. Zum
Mischen und Homogenisieren von
Emulsionen. Aufgabemenge bis zu 5
ml, max. Aufgabegröße: bis zu 6 mm. Ihr Haupteinsatzgebiet liegt in der Probenvorbereitung z.B. in der chemischen Analyse, Chromatographie, Massenspektrographie
oder Röntgenstrukturanalyse. Vorbereitung von Proben in der Genforschung, Homogenisierung von Wirkstoffen, Aufbereitung von Extrakten in der forensische Analyse,
Vermahlen von Pigmenten und edlen Werkstoffen. Die Mini-Mühle eignet sich auch
zum Aufschluss von biologischen Proben und zur Tieftemperatur-Zerkleinerung von
tiefgekühlten oder gekühlten weichen Proben. Ein großzügig dimensionierter Gleichstrommotor setzt über ein Hubkolbengetriebe die Drehbewegung in eine vertikale
Schwingbewegung um. Durch die Schwingungen des Mahlbechers mit großer Amplitude und hoher Frequenz erfolgt in den Mahlbechern eine Zerkleinerung durch
Prallwirkung zwischen Mahlkugeln und Mahlbecher-Innenwand sowie durch Reibung zwischen Mahlkugeln und Mahlbecher-Innenwand. Durch den optimal auf das
Zerkleinerungsprinzip angepassten, kugelförmigen Mahlbecher-Innenraum wird ein
wesentlich besserer Wirkungsgrad erzielt.
Fritsch GmbH • Mahlen und Messen
Tel.: 06784/70-146, [email protected], www.fritsch.de
Trocknung von Glaswaren in Körben und Injektorwagen.
Der Laborglas-Trockenschrank TK/L
G 154 arbeitet bei einem Temperaturbereich zwischen 5°C über Raumtemperatur bis zu 90°C. Der TK/L G
154 ist ausgestattet mit einer bedienerfreundlichen Folientastatur mit
integriertem elektronischem Temperaturregler und Timer. Gefertigt ist
er komplett aus Edelstahl 1.4301.
Die Zuluft wird gefiltert und der TK/
LG 154 verfügt über eine integrierte
Luftstromüberwachung. Damit die Arbeitsschritte in den Laboren vereinfacht werden, kann der Laborglas-Trockenschrank von Ehret in zwei Ebenen beschickt werden;
entweder mit Ober- Unterkörben oder in unterster Ebene mit Injektorwagen, passend
zu Miele Spülmaschine G7783 / G 7883.
Ehret GmbH & Co. KG
Tel.: 07641/9265-0, [email protected], www.ehretlab.com,
Qualitätskontrolle von Schokolade
Schokolade ist seit jeher der Inbegriff für höchsten geschmacklichen
Genuss. Die Qualität einer hochwertigen Schokolade wird bereits durch
die Rezeptur, also die richtige Mischung der verschiedenen Rohstoffe
definiert. Bei der Herstellung müssen
verschiedene qualitätsbestimmende
Prozesse durchlaufen werden, zu denen frühe Verarbeitungsstadien (Fermentation,
Trocknung, Röstung, Vermahlung der Kakaobohne), wie auch die spätere Durchmischung der Rezepturbestandteile sowie das Conchieren (Zerreiben) und Temperieren
gehört. Wesentliche Qualitätsparameter wie „zarter Schmelz“, Glanz- und Brucheigenschaften hängen von der Einhaltung genau definierter Produktionsbedingungen
ab. Im Gegensatz zu frühen Jahren der Schokoladenherstellung werden heutzutage
eine Vielzahl von physikalischen und chemischen Parametern zur Qualitätskontrolle
herangezogen.
Die Bestimmung qualitätsrelevanter Parameter mittels konventioneller lebensmittelanalytischer Methoden ist zeitaufwendig und damit sehr kostenintensiv. Renommierte Schokoladefabriken setzen Nah-Infrarot-Technologie (NIR) von Büchi ein, um
qualitätsrelevante Parameter wie den Fett-, Wasser- und Saccharose-Gehalt im Labor
oder im Produktionsbetrieb zu bestimmen.
Büchi Labortechnik GmbH
Tel.: 0201/747 49-21, [email protected], www.buechigmbh.de
Labormarkt
Luciferase Assay System
Mit dem neuen Renilla-Glo Luciferase Assay System bietet die Promega Corporation, Madison/Wisconsin (USA), mit deutscher Niederlassung in Mannheim das erste
am Markt erhältliche Renilla-Luciferase- Detektionsreagenz mit langer Halbwertszeit. Aufgrund dieser kann der Assay für das Hoch- und Ultrahochdurchsatzscreening von bioluminometrischen Reportergenanalysen eingesetzt werden, bei denen
Sensitivität und ein kleines Reportergen ohne ATP als Co-Substrat notwendig sind.
Renilla-Luciferasen eignen sich speziell für die Untersuchung von viraler Infektion
und Replikation.Das ‚glow-type‘-Detektionsreagenz hat sich bereits seit Jahren bei
der Firefly-Luciferase bewährt. Das Renilla-Glo Luciferase Assay System eröffnet mit
einer Halbwertszeit von über 60 Minuten (22°C) und der gewohnten Sensitivität
neue Anwendungsfelder, wie beispielsweise die Herstellung rekombinanter Viren.
Der Assay lässt sich in wenigen Arbeitsschritten nach dem „add–mix–read“Prinzip durchführen. Bei der Zugabe des Reagenz werden die Zellen lysiert und
gleichzeitig die Biolumineszenzreaktion gestartet. Das Renilla-Glo™ Luciferase
Assay System ist für den Einsatz in der Arzneimittelentwicklung geeignet.
Produktmanagement im Karriereprofil
Das Produktmanagement begleitet den Produktlebenszyklus von der Idee über die
Entwicklung hin zur Produktplatzierung, erarbeitet langfristige Umsatz- und Gewinnziele und etabliert im Rahmen eines Portfoliomanagements Folgeprodukte. Der
Produktmanager analysiert die Attraktivität eines Produkts für den Markt, bestimmt
die Produktmarkteinführung und diskutiert beispielsweise mit ausgewählten Kunden
über das Produkt zur weiteren Konzeptentwicklung. In Zusammenarbeit mit der Marketingabteilung stimmt der Produktmanager verkaufsfördernde Maßnahmen ab und
koordiniert Marktforschung, Controlling und die Konkurrenzbeobachtung. Neben der
Produkteinführung ist er ebenso verantwortlich für die Wirtschaftlichkeitsanalyse, die
auch eine Produkteliminierung zur Folge haben kann.
Soft Skills wie Teamfähigkeit, Durchsetzungsvermögen und Überzeugungskraft sind
nur einige Fähigkeiten, die von einem Produktmanager verlangt werden. Er muss immer die Zielgruppe im Auge behalten und entwickelt mittels Befragung von Experten
und Kunden innovative Ideen für ein neues Produkt und verbessert oder modifiziert
bestehende Produkte. Die Kenntnis des Kundenbedürfnisses ist dabei entscheidend
für die Markteinführung eines Produktes. Durch einen regelmäßigen Austausch mit
Kollegen aus den anliegenden Business Units, wie der Produktion, dem Vertrieb und
dem Business Development kann der Produktmanager die Produkteinführung koordinieren, budgetieren und kontrollieren.
www.jobvector.de
www.datapick.com
TEMPERATUREN
AUFZEICHNEN
SPIRIG
Promega GmbH
Tel.: 0621/8501-110, [email protected], www.promega.com
Datenlogger für Temperatur, Feuchtig-
Kompakte Vakuumpumpen für Filtration
und Festphasenextraktion
Erstmals im März 2010 stellte Vacuubrand die beiden neuen VakuumMembranpumpen ME 1 und ME
1C vor und rundet damit seine Produktpalette im Bereich der kleinen,
kompakten Vakuumpumpen ab.
Besonders bei Einzelfiltrationen zur
Probenvorbereitung in Chemie, Mikrobiologie, Abwasserkontrolle und anderen analytischen Prozessen sind die neuen
Membranpumpen ME 1 und ME 1C die perfekten Helfer. Bei einem Endvakuum der
Pumpe von 100 mbar stehen bereits 90% des Atmosphärendrucks als treibende
Kraft für die Filtration zur Verfügung. Bei wässriger Filtration ist die ME 1 die richtige
Wahl. Kommen jedoch aggressive Lösemittel zum Einsatz, empfiehlt sich der Einsatz
der ME 1C mit ihrer hervorragenden chemischen Beständigkeit. Das ergonomische,
bedienerfreundliche und kompakte Design beider Pumpen, mit dem Ein- und Ausschalter oben auf dem Pumpengehäuse, ermöglicht eine einfache Bedienung (auch
mit Handschuhen) und spart wertvollen Platz auf dem Labortisch. Ein optionales manuelles Regelventil mit Manometer erlaubt die stufenlose Einstellung des effektiven
Saugvermögens (max. 0.7 m³/h). Die ME 1 und ME 1C ermöglichen einen praktisch
wartungsfreien Einsatz. Neuentwickelt aus der bewährten Technologie der dreistufigen Membranpumpenbaureihe MD 1 und MD 1C zeichnen sie sich aus durch eine
erwiesen hohe Membranlebensdauer.
Vacuubrand GmbH + Co KG
Tel.: 09342/808-254, [email protected], www.vacuubrand.com
keit, Druck, Stoss und mehr
EPOD –automatische Eluenten-Herstellung nach Bedarf
Für die automatische inline EluentenHerstellung müssen die intelligenten
Ionenchromatographie-Systeme
850 Professional IC bzw. die Geräte
der Compact IC Familie lediglich
um einen 800 Dosino und einen
849 Level Control ergänzt werden.
Während Letzterer den Eluentenfüllstand kontrolliert, übernimmt der
800 Dosino sämtliche Dosierschritte
und Liquid Handling Aufgaben.Der
Dosino nimmt die automatische Verdünnung eines Konzentrats mit Reinstwasser
vor und transferiert die Lösung anschließend in die Eluentenflasche. Wird ein Verdünnungsfaktor von 20 gewählt, genügen zwei Liter konzentrierter Eluent, um einen
Ionenchromatographen über einen ganzen Monat ohne Unterbrechung zu betreiben.
Höchste Zuverlässigkeit ist garantiert: In einem Versuch mit aufeinander folgenden
Injektionen eines von 250 µg/L-Multiionenstandards über einen Zeitraum von 21 Tagen erwiesen sich die Retentionszeiten als äußerst stabil.
Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG
Tel.: 0711/77088-0, [email protected], www.metrohm.de
Labormarkt
Hochauflösendes Präzisions-Polarimeter
Schnellste GigE Zeilenkamera
Rudolph Research Analytical
hat die bewährte AutopolReihe mit einem hochauflösenden Polarimeter nach
oben abgerundet. Das neue
Spitzenmodell kann niedrigdrehende Substanzen hochpräzise auf ±0,0003 ° messen.
Mit seiner hohen Auflösung
von 0,0001 ° können Sie es
als stabilen, hochempfindlichen HPLC-Detektor für chirale Substanzen einsetzen.
Interne elektronische Kühlthermostate auf Basis des patentierten TempTrol Systems
temperieren Probenküvetten exakt auf die gewünschte Messtemperatur. Dank des
großen, übersichtlichen Touchscreens und der intuitiven Menüs können Sie das Autopol VI leicht und sicher bedienen. Netzwerkfähiges Datenmanagement mit elektronischer Signatur gemäß 21 CFR Part 11, Audit-Trail, IQ/OQ/PQ-Kits, 6 Wellenlängen,
TempTrol-Messküvette, Quarzkontroll-Platte und v. a. m. gehören zum Lieferumfang.
Typische Anwendungen finden sich in Qualitäts- und Produktionskontrolle, Forschung
und Lehre, staatlichen Überwachungs- und Prüflaboratorien.
Die neu entwickelten CCD-Zeilenkameras werden mit 120 MHz ausgelesen, sie
erreichen Zeilenraten von 54 kHz und
zählen damit zu den weltweit schnellsten GigE Vision Zeilenkameras. Die e2v
AViiVA EM1 ist mit den neuesten e2v
Sensoren ausgestattet und zeichnet sich
durch hohe Bildqualität aus.
Die monochrome Zeilenkamera bietet
eine Empfindlichkeit von 164 DN/(nJ/
cm²) und eine extrem niedrige PRNU (Pixel Response Non Uniformity), die unter
3 Prozent liegt. Diese Spezifikationen stellen optimale Leistung bei kurzen Integrationszeiten sicher. Zahlreiche Features wie Tap-Balancing, manuelle und automatische
Flat-Field-Correction, frei definierbare LUTs, variable Auslese- und Trigger-Modi erleichtern den flexiblen Einsatz und garantieren ein schnelles, sicheres Setup.
Direkt-Link e2v AViiVA EM1 GigE Zeilenkamera Übersicht, Datenblatt und
Manual:http://www.rauscher.de/Produkte/Kameras/e2v-Zeilenkameras-Monochrom/
AViiVA-II-EM1-GigE/
Tec++ Dr. Volker Schmidt GmbH
Tel.: 06154/623050, [email protected], www.tecplusplus.de
Rauscher GmbH
Tel.: 08142/44841-0, [email protected], www.rauscher.de
ONLINE
Umlaufkühler mit bis zu 20 kW Kälteleistung
Bei den Umlaufkühlern wurde die Produktauswahl leistungsmäßig nach oben
erweitert. Die FL-Reihe wurde um weitere Modelle mit Kälteleistungen bis
20 kW ergänzt. Diese leistungsstarken
Geräte sind in platzsparender Hochbauweise konzipiert und eignen sich
für jegliche Kühlaufgaben in Labor und
Industrie. Die Umlaufkühler sind wahlweise mit Luft- oder Wasserkühlung
erhältlich und bieten somit für jede
Applikation die passende Lösung. Der
Arbeitstemperaturbereich reicht von
– 20 °C–40 °C; die PID-Regelung erreicht
eine Temperaturkonstanz von ± 0,5 °C.
Die Pumpenleistung ist leicht einstellbar und erreicht eine Druckleistung von
max. 6 bar bzw. eine Förderleistung von 80 l/min. Beide Geräte verfügen über eine
leicht zu reinigende und spritzwassergeschützte Folientastatur mit LED-Temperaturanzeige. An der Gerätefront befinden sich zusätzlich eine RS232-Schnittstelle sowie
ein Alarm-Ausgang. Mit beiden Umlaufkühlern kann man nicht nur die Temperatur,
sondern auch die Betriebskosten senken. So sparen die Geräte teures Leitungswasser, welches meist zur Wärmeabfuhr bei Analysen- und Messgeräten eingesetzt wird,
unterstützen nebenbei den verantwortungsvollen Umgang mit natürlichen Ressourcen und amortisieren sich folglich in kürzester Zeit.
Weitere Informationen erhalten Sie im neuen Julabo-Gesamtkatalog 2010 oder
direkt bei Julabo.
Julabo Labortechnik GmbH
Tel.: 07823/51-180, [email protected], www.julabo.de
www.gitverlag.com
Gleichzeitige Evakuierung mehrerer Kammern
Die neue SplitFlow 50 von Pfeiffer Vacuum ist eine
kleine, leistungsstarke Turbopumpe, die speziell für
den Einsatz in analytischen Anwendungen geeignet
ist. Diese Pumpe ist so konzipiert, dass sie
über mehrere Einlässe verfügt. Die Technologie ermöglicht den Ersatz mehrerer
Turbopumpen durch ein einziges Vakuumsystem. Als Vorpumpe kann je nach
Gaslast eine preiswerte, kleine trockene
Membranpumpe eingesetzt werden. Das
bedeutet eine erhebliche Reduzierung
der Investitions- und Betriebskosten. Ein
weiterer Vorteil ist der geringe Platzbedarf
für das Vakuumsystem. Das Saugvermögen
der SplitFlow erstreckt sich bis zu 53 l/s. Die spezielle Konstruktion garantiert höchsten Gasdurchsatz und eine hohe Kompression zwischen den Einlässen. Die SplitFlowPumpen werden nicht nur in Analysegeräten, sondern auch in Lecksuchern, deren
Analyseprinzip auch auf der Massenspektrometrie beruht, erfolgreich eingesetzt. Das
robuste Design mit bewährter Lagertechnologie ist zudem ideal für den Einsatz an
API-Massenspektrometern. Eine kundenspezifische Anpassung des Pumpengehäuses
an die Vakuumkammer ist möglich. Das modulare Pumpenkonzept ermöglicht individuelle Konfigurationen und eine einfache Integration in vorhandene Systeme.
Pfeiffer Vacuum GmbH
Tel.: 06441/802-0, [email protected], www.pfeiffer-vacuum.net
518
GFL Ges.f. Labortechnik 523
Anagnostics Bioanalys.
502
HITS gGmbH 538
Analytik Jena
529
Huber
Artel USA 502
Asecos 510, 519
Interstuhl Büromöbel 512
Jobvector 545
Julabo Labortechnik 546
Klaus Ziemer 543
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543
Bayern Innovativ 533
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539
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543, 544
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Dialog EDV Düperthal Sicherheitstechnik Egnaton Ehret Labor- und Pharmatechnik 537
515
508
544
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Metrohm 545, 514a
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Herausgeber
GIT VERLAG GmbH & Co. KG
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Redaktion/Verkauf
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Herstellung
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Sonderdrucke
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Wissenschaftlicher Beirat
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Carl Roth 541
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