Quo Vadis Labor?

Laboreinrichtung und Automation

  • Abb. 1: Ein Vernetzungsbeispiel der Nexygen-Initiative. © nexygenAbb. 1: Ein Vernetzungsbeispiel der Nexygen-Initiative. © nexygen
  • Abb. 1: Ein Vernetzungsbeispiel der Nexygen-Initiative. © nexygen
  • Abb. 2: Das Smart Lab auf der Labvolution 2017. Quelle  Labvolution
  • Dr. Arne Kusserow
  • Martin Graf-Utzmann

Nach den großen Messen des Frühjahres stellt sich die Frage, was es neues für die Labore gibt. Das Ergebnis hinsichtlich der Automation der Labore ist überschaubar. Die ersten Ansätze und Initiativen für einen höheren Automatisierungsgrad in Laboren liegen bereits einige Jahre zurück, doch wie weit ist die Vernetzung im Labor bislang gekommen?

Auf der Analytica 2016 war der Stand der Initiative Nexygen ein Highlight. Sicher noch im Experimentalstadium, aber visionär. In diesem Jahr wurden die Mitgliedfirmen konkret und stellten die Vernetzung von einem Inkubator, einer Pumpe und einem Magnetrührer vor. Das ist nicht so spektakulär, aber umso bemerkenswerter. Es wurden Geräte verschiedener Hersteller zu einem gemeinsamen Workflow vernetzt. Gerade die herstellerübergreifende Vernetzung ist wichtig, wenn die Automatisierung mit ihren Vorteilen in Laboren verbreiteter vorkommen soll. Selbst wenn umfänglich vernetzte Labore möglich sind oder werden, in der Regel wird der Weg von bestehenden Laboren zu einer höheren Vernetzung über mehrere kleinere Abläufe als Insellösung und einer zunehmenden Verknüpfung dieser zu immer größer werdenden Automationslösungen führen.

Offen

Die Mitglieder der Initiative nutzen als Schnittstelle OPC AU. Diese Firmen sind auch Mitglieder bei Spectaris, dem Verband der Hightech Industrie, in der die Frage nach der „richtigen“ Schnittstelle aus Sicht dieser Branche in einer Arbeitsgruppe diskutiert wird. Demzufolge stellt der gemeinsame Auftritt auch auf einer weiteren Ebene eine Vernetzung dar. Mehrere Firmen haben sich zunächst zum Austausch miteinander vernetzt und setzen diese auf der Ebene ihrer Produkte fort. Durch die Gründung der Initiative vernetzen sie sich auch auf der Kommunikationsebene nach außen.

Das ist ein Ergebnis, das Mut macht. Im kommenden Jahr steht vom 21. bis 23. Mai eine neue Ausgabe der Labvolution in Hannover an. Auf der Vorgängerveranstaltung Biotechnica trat vor einigen Jahren die Initiative Smartlab zum ersten Mal vor einem großen Publikum auf. Auch bei dieser Initiative zur Laborautomatisierung wurden seither Fortschritte gemacht. Auch hier ist es die Vernetzung der Teilnehmer miteinander, die das Projekt antreibt.

Auch hier lief die Entwicklung vom Visionären zum Konkreten. Bei der letzten Veranstaltung zeigte die Initiative in sogenannten „Use Cases“ komplexere Arbeitsabläufe durch miteinander verbundenen und zentral gesteuerten Geräten.

Proprietär

Trotz dieser vielversprechenden Ansätze bleiben die Fragen nach geeigneten Schnittstellen, Standards und Protokollen weiter offen. OPC, SiLA2, aber auch proprietäre Ansätze bestehen parallel und konkurrieren zum Teil weiter. Visionize vernetzt Eppendorf-Geräte miteinander und basiert auf OPC XML-DA, am Einsatz von SiLA wird hier gearbeitet. Die Allotrope Foundation führte im November 2017 sein Datenformat ADF kommerziell im Markt ein. In dieser Organisation vernetzen sich die großen Hersteller von analytischen Geräten, sie werden versuchen auf diese Weise ihre proprietären Ansätze gegenüber offenen Plattformen durchzusetzen. Die Kommerzialisierung des Allotrope-Ansatzes zielt wohl darauf ab, kleinere Wettbewerber auszuschließen.

Daten – was nun?

Doch wozu kann das Konvolut an gesammelten Daten denn verwendet werden? Der offensichtlichste Nutzen ist die Einbindung der Daten in ein Elektronisches Labor-Notizbuch (ELN), das die Dokumentation von Arbeitsschritten übernimmt. Dieses ELN kann aber auch mit einem Labor Informations Management System (LIMS) gekoppelt werden, das wiederum mit der Warenverwaltung, dem Bestellwesen und der Buchhaltung vernetzt sein kann. Darüber hinaus beginnen Firmen wie z. B. Bosch damit, die gesammelten Daten einer kompletten Produktionsstraße mit „Big Data“-Methoden zu analysieren und somit mögliche Ursachen für Schwankungen im Ergebnis des Produktionsprozesses zu identifizieren und die sonst praktisch unauffindbaren Fehler zu beheben. 

Für die Prozessindustrie ist „Predictive Maintenance“ das Zauberwort, in anderen Worten: die Anlage gibt eine Prognose ab, wann welches Teil voraussichtlich ausgetauscht werden muss. Dieser Ansatz kann helfen, ungeplante Produktionsausfälle durch geplante Wartung zu verhindern.

Kommunikation

Das Vernetzen von Geräten und Prozessen ist sicher wichtig. Menschen miteinander zu vernetzen ist aber mindestens ebenso wichtig und auch die Bedeutung dieser Form der Vernetzung wächst stetig. Mit der GIT Labor-Fachzeitschrift sind wir eine Schnittstelle zwischen den Geräteherstellern und den Nutzern. Wir berichten den Nutzern, welche Geräte und Technologien verfügbar sind und die Gerätehersteller können lesen, welche Anwendungen ihre Kunden damit ausführen. Wir zeigen in Fachartikeln von Firmenautoren, wie technische Probleme gelöst werden können und den Entwicklern der Hersteller in Artikeln aus der Grundlagenforschung, welche Probleme in den Laboren bestehen.

Die nächsten Schritte

Einige Geräte und Einrichtungen haben im Kontext der Vernetzung im Labor eine besondere Bedeutung. Der Chemikalienschrank ist so eine kritische Ausstattung. Ist der Chemikalienschrank in eine Vernetzung einbezogen und weiß, welche und wieviel einer Chemikalie vorhanden ist, kann der Schrank die gesamte Chemikalienverwaltung gemeinsam mit dem LIMS oder ELN abwickeln. Alle dafür benötigte Technologie ist verfügbar: Glasflaschen mit RFID-Chips, RFID-Chips für Chemikaliengefäße, netzwerkfähige Pipetten, pH-Meter und Waagen. Wäre der genannte Schrank mit RFID-Sender und Empfänger verfügbar, wäre es bereits möglich, Puffer und Lösungen laborübergreifend zu standardisieren und fehlende Komponenten automatisch nachzubestellen. Werden Chargendaten mit einbezogen, lassen sich sogar Schwankungen in der Chargenqualität aus dem Ansatz eliminiert. Fehler bei der Erstellung einer Lösung wären so nahezu ausgeschlossen. So wäre es möglich, nach und nach für viele Lösungen und Puffer SOPs einzuführen und so die Reproduzierbarkeit von wissenschaftlichen Experimenten zu erhöhen.

Wie kommt die Vernetzung in das Labor?

Eine optimale Vernetzung von Geräten an den Bedürfnissen der Nutzer vorbei führt nur zu Verlusten. Was aber sind die Bedürfnisse der Nutzer? Firmen nutzen bislang überwiegend die Informationen ihrer eigenen Services oder Messen, um das herauszufinden. Allerdings ist ein gezielter Austausch mit den Anwendern auf einer Messe nicht gut möglich. Die Aussteller zeigen nur ihre Geräte. Gespräche bleiben oft allgemein. Technische Gespräche zu den Geräten sind zum Teil gar nicht möglich, da oft Verkaufspersonal und PR Experten statt Entwicklern die Stände bevölkern. Vermutlich liegt auch hier der Grund dafür, dass sich kleinere Workshops und Messen stark entwickeln, während nur wenige große Messen wachsen. Es liegt also nahe, den Austausch zwischen Besuchern einer Messe und den Standbetreibern zu beiderseitigem Nutzen zu intensivieren und so die großen Veranstaltungen wieder zu stärken. Daher planen wir gemeinsam mit der Deutschen Messe Hannover auf der nächsten Labvolution eine entsprechende Veranstaltung.  Hier sollen Gerätehersteller einem großen Kreis von Messebesuchern eine Kurzpräsentation über ein Laborgerät geben. Danach wird die Möglichkeit geboten, an einem Workshop teilzunehmen, in dem das Gerät im praktischen Einsatz zu erproben. Hier können von den Nutzern ebenso Fragen gestellt werden, wie von den Geräteentwicklern. Durch die kleine Gruppengröße und die Möglichkeit mit den Geräten zu hantieren und das Erlebte direkt mit anderen Nutzern und dem Hersteller besprechen zu können, wird sich der Austausch sicher verbessern.

Die Summe der Teile?

Kleinere Ketten von vernetzten Geräten gibt es in jedem Labor. Sagen Sie uns bitte, welche kleinere Vernetzung Ihr Labor verbessern würde. Wir werden die Hersteller im Vorfeld der Labovolution danach befragen und überprüfen, wie weit der Weg ist, bis eine solche Vernetzungslösung für Sie verfügbar wird.

Autoren
Martin Graf-Utzmann1 und Arne Kusserow1

Zugehörigkeit
1Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Deutschland

Lebenslauf

Dr. Arne Kusserow
studierte Genetik und promovierte an den Universitäten Darmstadt und Heidelberg. Er ist seit 2008 bei Wiley-VCH, wo er zunächst Redakteur, dann Chefredakteur des G.I.T. Laboratory Journals und später auch der GITLaborfachzeitschrift sowie der flankierenden Online-Portale www.laboratory-journal.com und www.GIT-Labor.de ist.

Martin Graf-Utzmann
studierte Chemie an der FAU Erlangen, wechselte dann für die Anfertigung der Doktorarbeit an das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr. Er arbeitet seit 2008 bei Wiley-VCH, erst im Lektorat für wissenschaftliche Bücher und seit 2013 in der B2B Redaktion der GIT Labor-Fachzeitschrift.

Kontakt
Dr. Arne Kusserow

Chefredakteur
GIT Labor-Fachzeitschrift
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
Weinheim, Deutschland

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