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D 30 121 E
53. Jahrgang
November 2009
11
LaborFachzeitschrift
MultiparameterMessung
neu definiert
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Schwerpunkt: Nanotechnologie
Diagnostik/Pharma
Chromatographie
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E ditorial
Versteckte Juwelen
Etwa 4500 Absolventen biowissenschaftlicher Studiengänge verzeichnet
die deutsche Statistik jährlich. Was die Qualität ihrer Abschlussarbeiten
angeht, sind wir allerdings auf Mutmaßungen angewiesen. Einen Überblick
über den „state of the art“ liefern u. a Föderpreise, wie etwa der Biotechnica Studienpreis. Er wird vom Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin (VBIO e. V.) ausgeschrieben und von Roche gesponsert. Ausgezeichnet werden hervorragende experimentelle Arbeiten aus allen Bereichen der Biowissenschaften, die durch Pioniergeist, Interdisziplinarität und
hohes Anwendungspotential überzeugen.
Der 1. Preis ging an Andreas Max Ernst vom Biochemie-Zentrum der
Universität Heidelberg. In seiner Diplomarbeit „Specific protein-lipid interactions: A molecular mechanism of lipid sorting“ untersuchte er die Anreicherung einer bestimmten Lipidspezies in den COP I -Vesikeln. Ein neuartiges in-vitro-System ermöglichte es, die spezifischen Lipid-Lipid-Interaktionen
in Membranen zu studieren. Ernst fand ein Aminosäuremuster, das für die
spezifische Interaktion mit dem Lipid verantwortlich ist und das auch in
vielen weiteren Membranrezeptoren zu finden ist. Daraus ergeben sich
neue Einsichten in die funktionelle Regulation von Membranproteinen, die
für die pharmakologische Anwendung interessant sein könnten.
In ihrer mit dem zweiten Preis ausgezeichneten Diplomarbeit „Charakterisierung des 3-Methylarginin Biosynthese-Clusters von Pseudomonas
syringae pv. syringae 22d / 93“ konnte Janine Hofmann von der Universität
Jena zeigen, dass nur zwei Gene für die Produktion des Toxins 3-Methylarginin notwendig sind. Für eines der beiden Schlüsselenzyme, eine Methyltransferase, untersuchte sie die Produktionsschritte des Toxins und ermittelte Substratspezifität, Temperaturoptimum und das pH-Optimum. Die
Erkenntnisse sind wichtig für die großmaßstäbliche biotechnologische Produktion des Wirkstoffs 3-Methylarginin. Denn durch die Produktion des
Toxins 3-Methylarginin kann P. syringae pv. syringae den Sojabranderreger,
Pseudomonas syringae pv. glycinea in Schach halten und stellt daher ein
potenzielles Pflanzenschutzmittel dar.
Ulrike Glaubitz vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam erhielt für ihre Diplomarbeit „Der Einfluss hoher Nachttemperaturen auf physiologische und biochemische Prozesse in Oryza sativa (L.)“ den dritten Preis. Einige der 13 von ihr untersuchten Reissorten
zeigten bei einer konstanten Tag- und Nachtemperatur von 28 °C starke
Blattschädigungen und erhöhten Eiweißabbau. Im späteren Wachstums697 • GIT Labor-Fachzeitschrift 11/2009
2. v. l.: Janine Hoffmann, 3. v. l. Andreas Max Ernst, 4. v. l. Ulrike Glaubitz
verlauf zeigten fast alle Reissorten eine starke Schädigung der Blüten und
hohe Ertragsverluste. Molekularbiologische Untersuchungen ermöglichten
die Identifizierung von ersten genetischen Informationen, die für die Ausbildung der beobachteten Blattschädigungen verantwortlich sind. Die
Arbeit hat das Wissen über die Stressantwort von Reis auf hohe Nachttemperaturen deutlich erweitert und könnte so die Züchtung neuer Sorten
erleichtern, die trotz des globalen Temperaturanstiegs einen hohen Ernteertrag liefern.
Insgesamt hat der Biotechnica Studienpreis das exzellente Niveau des
biowissenschaftlichen Nachwuchses deutlich gemacht. Die über 70 eingereichten Arbeiten erwiesen sich als durchweg exzellent. Das Fachwissen
(nicht nur) der Preisträger, ihre Neugier und ihr Forschungsdrang bilden
eine solide Basis für zukunftsweisende Entdeckungen in Biotechnologie
und Medizin. Diese Talente gilt es zu fördern!
▶ ▶K o n t a k t
Dr. Kerstin Elbing
Ressort Wissenschaft und Gesellschaft
VBIO – Verband Biologie, Biowissenschaften
und Biomedizin in Deutschland
Berlin
Tel.: 030/27891916
[email protected]
GIT Labor-Fachzeitschrift 10/2009 • 697
©Nmdeia/Fotoliac.om
©Marco Barnebeck/Pixelio.de
I nhalt
EDITORIAL
Versteckte Juwelen
DR. K. ELBING
SCHWERPUNKT MIKRO-/
NANOTECHNOLOGIE
697
Welche Pumpen braucht die
Mikroreaktionstechnik?!
W. HEMPELMANN
MAGAZIN
Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe
706
DR. W. GLATZ
oils+fats 2009 lief wie geschmiert
711
Nano-Schaltmatrix aus einzelnen
Dr. R. Hoer
Flüssigsprengstoff oder harmlose
Substanz?
A. WENZIK
Pflanzen unter Druck
729
712
Molekülen
732
DR. L. GRILL, PROF. S. HECHT
734
Nanoforscher ausgezeichnet
735
Vermessung einer Proteinkorona
PROF. DR. G. U. NIENHAUS
714
Massenspektrometrie im Trend
Implementierung diagnostischer Pfade
DR. C. LENZ
DR. U. SCHENK
Schutz vor Plagiaten
C. WELSMANN
DR. W. SEITZ ET AL.
HILIC-Chromatographie
DR. D. LAMBRECHT
698 • GIT Labor-Fachzeitschrift 11/2009
DR. T. GERHARZ
726
18. Weltwasserstoffkonferenz 752
Verkehrte Welt? – Synergien schaffen
und sichern Arbeitsplätze
738
TITELSTORY
753
Neue Wege der Multiparametermessung
Dem Täter auf der Spur
721
751
H. WOLF ET AL.
QUALITÄTSKONTROLLE
Schnelle Flüssigkeitschromatographie
S. JUNG
737
718
CHROMATOGRAPHIE
und Diagnostizieren mit Gasen
T R E N D & M E I N U N G
Vom Leitsymptom zum Laborbefund:
716
GASE
736
SPEKTROSKOPIE
Neue Methoden in der Protein
quantifizierung
748
N. IGL-SCHMIDT
Kälte sorgt für Qualität: Therapieren
DIAGNOSTIK/PHARMA
DR. J. VOGL
A N A LY T I K
Wenn der Strom aus dem Auspuff kommt
M. MÜGSCHL-SCHARF
Materialeigenschaften und
Prozessen auf der Spur
LEBENSMITTEL
740
Milchprüfung in einem der größten
Rohmilchlabore
DR. F. BEHRE
DR. K. REITHMAYER, WTW
News
Labormarkt
744
Index/Impressum
754
699, 710
756
3. US
N ews
Fries Research & Technology GmbH (FRT) eröffnet Büro
in Taiwan
FRT eröffnete seine zweite Niederlassung in Asien, um das Vertriebs- und
Servicenetz weiter auszubauen. Das Büro in Taiwan wird von Sean Green
geführt, der zugleich auch Vertriebsleiter für den gesamten asiatischen
Raum ist. Mit dieser Niederlassung erweitert FRT seine Präsenz auf dem
wachsenden asiatischen Markt. In vielen Produktgruppen der IT-Industrie
ist Taiwan Weltmarktführer und stellt auch deshalb einen interessanten
Standort für die Oberflächenmesstechnik von FRT dar. „Mit unserem Büro
in Taiwan haben wir nun einen weiteren FRT-Standort im ostasiatischen
Raum“, freut sich Thomas Fries, Geschäftsführer von FRT, über die neuen
Herausforderungen, Kontakte und Möglichkeiten.
www.frt-gmbh.com
Qiagen akquiriert DxS Ltd
Qiagen N. V. hat die Übernahme von DxS Ltd (DxS) bekannt gegeben. DxS
ist ein nicht börsennotiertes Unternehmen, das auf die Entwicklung und die
Herstellung von therapiebegleitenden Diagnostika spezialisiert und in England angesiedelt ist. Qiagen übernimmt DxS für einen Betrag von rund
US-$ 95 Mio. in bar sowie für Meilensteinzahlungen von bis zu weiteren
US-$ 35 Mio., die von der Erreichung bestimmter Ziele abhängig sind.
Qiagen hat durch die Akquisition von DxS die Marktführerschaft in der personalisierten Medizin übernommen. Das Unternehmen ist der Auffassung,
nunmehr über alle erforderlichen Voraussetzungen zu verfügen, um die
dynamische Entwicklung der personalisierten Medizin aktiv mit voranzutreiben und zu prägen.
www.qiagen.com
Tosoh Bioscience feiert
sein 20-jähriges Jubiläum
Vor 20 Jahren wurde die TosoHaasNiederlassung in Europa mit einem
kleinen Team von fünf Mitarbeitern
eröffnet. Über die folgenden Jahre
hat sich TosoHaas – heute Tosoh
Bioscience – in ein profitables Unternehmen mit stetigem Wachstum
entwickelt. Zunächst konzentrierte
sich der Vertrieb auf die schon
damals bekannten TSK-GEL SWund PW-Säulen für die Größenausschlusschromatografie (SEC). Diese
SEC-Säulen haben sich im Laufe
der Zeit zu einem industriellen
Standard entwickelt. Außerdem
wurden Toyopearl-Medien für die
Anwendung in der biopharmazeutischen Produktion vertrieben, damals eine neue Produktlinie, die
erst kurz zuvor kommerzialisiert
worden war. Heute ist Tosoh Bio
science ein profitabler Anbieter für
Chromatografieprodukte. Eine besondere Stärke von Tosoh Bio
science ist das kompetente Team
an Mitarbeitern in Technik, Marketing und Vertrieb. Das technische
Team unterstützt Kunden in allen
Belangen, sei es die Entwicklung
einer HPLC-Anwendung oder -Aufreinigungsmethode,
Up-Scaling
oder das Packen einer Prozesssäule. Tosoh Bioscience ist außerdem
bekannt für seine ChromatografieWorkshops und die international
anerkannte „International Bioseparation Conference on Hydrophobic Interaction and Reversed Phase
Chromatography (HIC/RPC)“.
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N ews
HT-CON Unternehmerberatung feiert fünfjähriges
Firmenjubiläum
Am 1. Oktober 2009 feierte die
HT-CON Unternehmerberatung
5-jähriges Firmenjubiläum. Dr.
Hedwig Tuss, promovierte Chemikerin und bereits als Geschäftsführerin im In- und Ausland tätig, gründete 2004 ihr
eigenes Unternehmen. „Das
war ein großer, aber notwendiger Schritt in die richtige Richtung, denn ich verfügte über 25
Jahre Erfahrung auf dem Gebiet
der instrumentellen Analytik“,
so Dr. Hedwig Tuss. Und ihre
Idee, eine individuelle Beratung
für Unternehmer aus der chemischen Analytik- und Life-Science-Branche, hat sich durchgesetzt. Die Beratungskunden profitieren von
der jahrelangen Branchenkenntnis, der Lebenserfahrung und dem Engagement der erfolgreichen Unternehmerin. Die Herausforderung, die sich bei
der Arbeit mit unterschiedlichen Firmen stellt, ist ihre Leidenschaft. Neben
Medienuntersuchungen, Kundenbefragungen, Marketing- und Marktforschung begleitet Dr. Hedwig Tuss Unternehmen bei Produkteinführungen
und Neuentwicklungen, hilft bei der notwendigen Recherchearbeit und
bietet damit ein Rundum-Sorglos-Paket für die Analytik! Als Antwort auf
die Frage, wo sie sich in fünf Jahren mit ihrem Unternehmen HT-CON sieht,
hat Dr. Hedwig Tuss klare Vorstellungen: „Ich möchte mit meiner Unternehmerberatung Standards im Markt der Chemischen Analytik und der Biotechnologie im Hinblick auf Kundenorientierung und Kundenzufriedenheit
setzen. Ich sehe HT-CON als einen Beratungsdienstleister, der sich einen
guten Namen in der Branche sichert, der auf gegenseitigem Vertrauen sowie fachlich solider und kreativer Arbeit beruht.“
www.htcon.de
BioRegion Rhein-Neckar-Dreieck e. V. unter neuer
Geschäftsführung
Der BioRegion Rhein-Neckar-Dreieck e. V. wird seit dem 1. Oktober von Julia
Schüler geleitet. In den vergangenen neun Jahren verantwortete die
44-Jährige als Branchen-Expertin für Biotechnologie bei der Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Ernst & Young den deutschen Biotechnologie-Report
sowie die Datenanalyse zur internationalen Biotechnologie-Industrie. Die
promovierte Biologin löst Ernst-Dieter Jarasch ab, der seit Gründung des
Vereins im Jahre 1996 die Geschäftsführung innehatte und nun in den
Ruhestand geht. „Ich freue mich darauf, meine bisher erworbenen Kenntnisse und Kontakte für die BioRegion Rhein-Neckar einzusetzen, eine Region, die das Potential hat, zu einem führenden europäischen Cluster für Life
Sciences zu werden“, erklärte Julia Schüler, die seit fast zehn Jahren auch
in der Metropolregion zu Hause ist. Der BioRegion Rhein-Neckar-Dreieck
e. V. war Gründungsinitiator der BioRN Cluster Management GmbH, die
nach dem Gewinn des Spitzencluster-Wettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahre 2008 entstanden ist. Mit
dem Schwerpunkt „Zellbasierte & Molekulare Medizin“ wurde die BioRegion Rhein-Neckar als einer der fünf bedeutendsten Hightech-Standorte in
Deutschland ausgezeichnet.
www.bioregion-rnd.de
Tetris im Zwergenreich
Hydrophobe Oberfläche
Quelle: Fraunhofer IZM
Was Anwender immer grazilerer Elektronikprodukte freut, wird für Mikroelektronik-Hersteller allerdings zunehmend zum Problem. Denn bereits
bei der Positionierung solch winziger Bauteile stoßen herkömmliche automatische Pick-and-Place-Bestücker in puncto Genauigkeit an ihre Grenzen. Seit einigen Jahren werden daher weltweit Selbstassemblierungstechniken untersucht – kontaktlose Verfahren also, bei denen sich die
Mini-Bauteile durch rein chemisch-physikalische Zwänge punktgenau
anordnen. Hierbei macht man sich die Ladung von Molekülen oder charakteristische Oberflächeneigenschaften zunutze. Fraunhofer-Forschern
um Tanja Braun ist es nun gelungen, das sog. „Electrowetting“ für solche
Zwecke auf Basis kostengünstiger Leiterplattentechnologie einzusetzen.
Bei diesem Verfahren, das auch bereits bei einigen Lab-on-Chip-Anwendungen zum Einsatz kommt, wird die Oberflächenspannung eines Wassertropfens mittels eines elektrischen Feldes derart manipuliert, dass dieser auf einer Fläche von 20 x 30 cm2 exakt bewegt werden kann. Ein im
Tropfen befindliches Bauelement lässt sich somit problemlos transportieren und auf wenige µm genau ausrichten. Das physikalische Prinzip beruht auf einer Veränderung der Benetzungseigenschaften eines Wassertropfens. Um diesen möglichst barrierefrei zu bewegen, besitzt das
Substrat, auf welches das Bauelement platziert werden soll, eine mit Nanopartikeln modifizierte superhydrophobe Oberfläche, ähnlich dem Lotuseffekt. Die unter der superhydrophoben Oberfläche liegenden Leiterplattenstrukturen können so beschaltet werden, dass sich zwischen zwei
benachbarten Strukturen ein elektrisches Feld ausbildet. Der über diesen
Strukturen liegende Tropfen verformt sich in diesem Feld. Schaltet man
nun das elektrische Feld auf benachbarte Strukturen weiter, zieht sich der
Tropfen dem Feld folgend in Richtung der nächsten Struktur – der Wassertropfen beginnt gewissermaßen „zu laufen“. Somit kann der Tropfen
und mit ihm das Bauelement mikrometergenau über eine große Fläche
bewegt werden. Spezielle Elektrodenstrukturen oder lokale Veränderungen der Substratoberfläche sorgen in der Folge dafür, dass die gezielte
Bewegung auch wieder gestoppt wird. Der Tropfen verdampft schließlich;
übrig bleibt das exakt positionierte Mikrobauteil. Vom elektrischen Layout über die Substratherstellung oder die Manipulation der hydrophoben
Oberfläche bis zur gesamten Prozesssimulation haben die Forscher das
Electrowetting bereits an industrielle Maßstäbe angepasst.
www.fraunhofer.de
N ews
Töten mit Licht
Krankheitserreger werden zunehmend resistent gegen Antibiotika. Vor allem
in Krankenhäusern finden sich Stämme, gegen die praktisch jedes Antibiotikum wirkungslos ist. Im Kampf gegen resistente Mikroben verfolgt ein Team
von der Universität Münster einen neuen Ansatz mit der fotodynamischen
Therapie, einer Methode, die bereits bei der Behandlung bestimmter Krebsarten sowie der Makula-Degeneration eingesetzt wird. Dabei erzeugt ein
Wirkstoff unter Bestrahlung mit Licht Sauerstoff in einer speziellen aktivierten Form, die sehr toxisch für Zellen ist. Wie die Forscher um Cristian A.
Strassert und Luisa De Cola berichten, wollen sie dazu speziell entwickelte
Nanomaterialien einsetzen, die spezifisch an Bakterienzellen binden, diese
markieren und unter Bestrahlung abtöten. Sie verwenden dazu Nanopartikel aus porösem Mineral (Zeolith L). Die Partikel werden so modifiziert, dass
sie viele Aminogruppen tragen. Diese binden über elektrostatische Anzie-
innovativ
.
hung und Wasserstoffbrückenbindungen an die Zelloberfäche von Bakterien. In die Kanälchen des Minerals lagern sie einen grün fluoreszierenden
Farbstoff ein, der die Bakterien unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar
macht. Die eigentlichen „Waffen“ sind die auf der Oberfläche der Nanopartikel verankerten Fotosensibilisatoren. Wenn diese Moleküle mit Licht der
passenden Wellenlänge bestrahlt werden, nehmen sie die Lichtenergie auf
und übertragen diese auf Sauerstoffmoleküle, die sich im infizierten Gewebe befinden. Der Sauerstoff wird angeregt und geht dabei in den SingulettZustand über, in dem er extrem reaktiv ist und Biomoleküle in der nächsten
Umgebung seines Entstehungsortes angreift. Und das ist in diesem Fall die
Bakterienzelle, an die das Mineralpartikel gebunden ist.
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Katalysator für eine
umweltfreundlichere
Propylenoxid-Synthese
Propylenoxid ist eine wichtige
Massenchemikalie, die vor allem
für die Produktion von Polyurethan-Kunststoffen benötigt wird.
Derzeit wird Propylenoxid meist
aus Propylen (Propen) nach einem
Verfahren hergestellt, das Chlor
als Oxidationsmittel einsetzt. Dabei entstehen unerwünschte Nebenprodukte sowie giftige chlorierte organische Verbindungen.
Die bisherigen Alternativen sind
meist sehr aufwendig und wenig
wirtschaftlich. Auf der Wunschliste
weit oben steht die Entwicklung
einer umweltschonenden Propylenoxid-Synthese mit Sauerstoff
als Oxidationsmittel. Japanische
Forscher haben einen neuen Katalysator entwickelt, der dieses Ziel
näher rücken lässt. Wie die Wissenschaftler um Masatake Haruta
berichten, besteht der neue Katalysator aus weniger als 2 nm großen Goldclustern auf einem speziellen titanhaltigen Silikat als
Trägermaterial. Die Goldcluster
sind in der Lage, aus Sauerstoff
und Wasser Hydroperoxid zu
erzeugen, das auf benachbarte
Titanzentren übertragen wird. Die
so entstehenden Titanhydro
peroxid-Spezies (-Ti-OOH) sind die
eigentlichen Reaktionspartner des
Propylens, das zu Propylenoxid
umgewandelt wird.
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N ews
Die kleinsten Stadtmusikanten der Welt
 
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme: Nur 80 µm „groß“ sind diese
Stadtmusikanten – mit bloßem Auge nur noch als Pünktchen zu erkennen.
Quelle: Nanoscribe
Nicht einfach nur mini, sondern mikro: Mit bloßem Auge sind die Bremer
Stadtmusikanten nicht mehr zu erkennen. Jedenfalls nicht die, die durch
eine Zusammenarbeit des Bremer Instituts für angewandte Strahltechnik
(BIAS) an der Universität Bremen mit Nanoscribe entstanden sind. Nun
streben beide den Eintrag ins Guinness-Buch der Rekorde an. Die Bremer
Stadtmusikanten sind gerade mal rund 80 µm „groß“, also nur so hoch
wie ein durchschnittliches menschliches Kopfhaar dick ist. Den Beweis für
ihre Existenz kann nur die Aufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) liefern. Die Entstehung kann man sich vorstellen wie ein dreidimensionales Schreiben oder Zeichnen: Als Bleistift fungiert ein Laserstrahl, der nicht auf Papier, sondern in dem Fotolack schreibt, der auf
einen Objektträger eines Mikrokops aufgetragen wurde. Dieser Laser ist
ein Femtosekunden-Pulslaser, dessen ohnehin schon gebündeltes Licht
durch ein Linsensystem weiter fokussiert wird. Genau in diesem Fokus,
wo die Energie des Lichtstrahls am größten ist, zeichnet sich dieser Puls
laser durch eine besondere Leistungsstärke aus. Im Fokus dieses gebündelten Pulslaser-Lichtes nimmt der lichtempfindliche Fotolack die Energie
auf: Der Fotolack absorbiert das Licht, es findet ein chemischer Prozess
statt, und der Lack härtet an dieser Stelle aus. Fachleute sprechen hier von
einem Zwei-Photonen-Prozess. Möglich wird der durch die extrem hohe
Energiedichte im zentralen Bereich des fokussierten Lichtes dieses Lasers.
Das System fährt die vorgegebenen Strukturen ab. Die Geometriedaten
der Bremer Stadtmusikanten wurden dazu vorab im BIAS erstellt. In einem
letzten Schritt wird das nicht belichtete, also nicht ausgehärtete Material
entfernt. Was vielleicht anmutet wie eine Spielerei, hat durchaus einen
ernsthaften Hintergrund. Für seine Forschungen suchte das BIAS nach
einem System, das extrem kleine Objekte mit einem Laser-LithografieVerfahren herstellen kann. Angewendet werden solche Verfahren z. B. zur
Herstellung von Strukturen in der Halbleitertechnologie bei der Produktion von Computer-Chips.
www.bias.de
www.nanoscribe.de
Atomare Kabel mit Schutzhülle
Drähte in atomaren Dimensionen sind interessante Bauelemente für zukünftige nanoskopische elektronische Bauteile. Solche feinen Drähte zeigen völlig
neue elektronische Eigenschaften. Neben der nicht ganz leichten Herstellung
metallischer Nanodrähte ist ihre hohe chemische Reaktivität das Hauptproblem: Sie oxidieren leicht an Luft und sind nicht stabil. Japanische Forscher um
R. Kitaura und H. Shinohara haben eine neue Methode entwickelt, die einfach ist und gleichzeitig stabile Nanodrähte liefert: Sie lagern die Metallatome in das Innere von Kohlenstoffnanoröhrchen ein. Dabei entstehen Metalldrähte aus einzelnen aneinandergereihten Atomen, die durch ihre Hülle so
gut geschützt werden, dass sie auch langfristig stabil bleiben. Die Herstellungsmethode besteht einfach darin, Kohlenstoffnanoröhrchen und ein
Metallpulver unter Vakuum zu erhitzen. Sie funktioniert für alle Metalle, die
bereits bei relativ geringen Temperaturen in den gasförmigen Zustand übergehen, beispielsweise Europium, Samarium, Ytterbium und Strontium.
http://presse.angewandte.de, www.gdch.de
Kohlenstoff-Nanotubes mit überraschenden
Reibungseigenschaften
Reibungskräfte sind bei einer
Vielzahl von Vorgängen in unserem täglichen Leben, wie
z. B. beim Spielen von Streichinstrumenten, beim Tangotanzen und beim Autofahren, von
Bedeutung. Molekulare Nanoröhren aus Kohlenstoff, sog.
Kohlenstoff-Nanotubes, sind Bewegung der Sonde eines Rasterkraft
bekannt für ihre hervorragen- mikroskops entlang der Längsachse (links)
bzw. senkrecht zur Längsachse (rechts).
den thermischen, mechani- Erläuterungen im Text.
schen und elektrischen Eigenschaften. Über ihre Reibungseigenschaften war bisher sehr wenig bekannt.
Prof. Christian Klinke und andere Wissenschaftler von der Universität Hamburg, aus Italien und den USA kamen nun zu überraschenden Ergebnissen:
Mithilfe eines Rasterkraft-Mikroskops untersuchten sie die Reibungskräfte
parallel und quer zur Nanotube-Achse. Erstaunlicherweise fanden sie einen
bis zu 20-mal höheren Reibwert in Querrichtung als in paralleler Richtung.
Die Untersuchungen ergaben, dass nicht nur die elastischen Verformungen
der steifen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen eine Rolle spielen, sondern
auch eine viel weichere Gesamtbewegung der Kohlenstoff-Röhrchen, ähnlich einem „verhinderten Rollen“. Diese „Weichheit“ ist die Quelle der zusätzlichen Reibungsverluste in Querrichtung und damit der erhöhten Reibung. Die Erkenntnisse helfen, die mechanischen Eigenschaften von
Nanotubes besser zu verstehen und ihre Eigenschaften besser auszunutzen. Die Kohlenstoff-Nanotubes könnten so in vielen Anwendungsbereichen der Materialwissenschaft, z. B. in der Medizintechnik als künstliche
Muskeln, in ultraleichten Materialien im Flugzeugbau oder auch in der
Elektronik neue Herstellungsverfahren einleiten.
www.uni-hamburg.de
N ews
Neues Reagenz zum Nachweis von Nervengiften
Soman, Tabun und das bei terroristischen Anschlägen bereits verwendete
Sarin sind chemische Kampfstoffe, die das zentrale Nervensystem lähmen.
Eingeatmet können diese extrem giftigen organischen Phosphorsäureester
(Organophosphate) innerhalb von Minuten zum Tode führen. Entsprechend
drängend ist die Suche nach raschen, einfachen Nachweismethoden für die
unglücklicherweise relativ einfach herzustellenden farb- und geruchlosen
Gase. Julius Rebek, Jr. und Trevor J. Dale vom Scripps Research Institute in La
Jolla, USA, haben eine neue Klasse von Sensoren entwickelt, die die Nervengifte fünfmal schneller detektieren als bisherige Reagenzien. Wie die Wissenschaftler berichten, weisen diese Substanzen die Nervengifte nicht nur
selektiv nach, sondern machen sie gleichzeitig auch unschädlich. Bei den
Substanzen handelt es sich um eine Klasse von Sensoren, die aus einem
aromatischen Ringsystem bestehen und eine Oxim-Gruppe (-C=N-OH) tra-
gen. Eine solche Gruppe verbindet sich extrem schnell mit Organophosphaten. In direkter Nachbarschaft zur Oxim-Gruppe trägt das Molekül eine Alkohol-Gruppe (-OH). Diese sorgt dafür, dass das Reaktionsprodukt gleich
wieder gespalten wird. Das ist wichtig, da es nicht weniger toxisch als die
ursprünglichen Nervengifte ist. Der Sensor geht dabei einen molekülinternen Ringschluss ein. Das aromatische Ringsystem hat zum einen die Aufgabe, diese Spaltung mit Ringschluss einzugehen. Zum anderen dient es als
eigentlicher „Signalgeber“, der die Anwesenheit eines Organophosphats
sichtbar macht: Das Ringsystem ist ein fluoreszierender Farbstoff, dessen
Fluoreszenzintensität deutlich zunimmt, sobald sich die Struktur des Sensormoleküls durch den Ringschluss verändert. Dieser optische Nachweis spricht
um 4 – 5 Zehnerpotenzen schneller an als das ursprüngliche Reagenz.
www.gdch.de, http://presse.angewandte.de
Bio-Mineralisation
von Gold
Die Entstehung von Gold hielt man
bislang für einen abiotischen Vorgang. Nun liegen erstmals Forschungsergebnisse einer internationalen Arbeitsgruppe vor, die
zeigen: Das Wachstum von Goldnuggets kann das Ergebnis eines
aktiven biochemischen Prozesses
sein. Wissenschaftler um Prof.
Dietrich Nies vom Institut für Biologie der Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg (MLU) haben dabei die Gene identifiziert, die möglicherweise an der Bio-Mineralisation von Gold beteiligt sind. Mit
seiner Arbeitsgruppe ist er an dem
entsprechenden Forschungsprojekt
beteiligt, das Frank Reith von der
University of Adelaide in Australien leitet und an dem zusätzlich
Wissenschaftler aus den USA, Kanada, Belgien und aus Frankreich
beteiligt sind. Die sog. Bio-Mineralisation von Gold, also die GoldBildung durch den Einfluss von
Bakterien, könnte nach Ansicht der
Forscher völlig neue Horizonte in
der biotechnologischen Anwendung von Bakterien eröffnen. Die
australischen Forscher hatten das
metallresistente Bakterium „Cupriavidus metallidurans“ auf Goldnuggets gefunden – an zwei
Standorten, die 3.500 km voneinander entfernt liegen. Die Erklärung, warum der Organismus, den
Dietrich Nies bereits seit vielen
Jahren erforscht, in dieser Umgebung lebt, scheint nun festzustehen: Er fördert die Gold-Bildung.
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Gezielte Genstummschaltung in Krebszellen
Blutdiagnose: Chipbasiert und mobil
Koreanische Forscher um Tae Gwan Park
und Jinwoo Cheon haben die Basis für
einen Vier-in-Einem-Wirkstoff entwickelt,
der Tumorzellen aufspüren, gezielt lahm
legen und dabei makroskopisch wie mikroskopisch sichtbar machen soll. Dabei
handelt es sich um magnetische EisenoxidNanopartikel, an denen ein Fluoreszenzfarbstoff, RNA-Schnipsel sowie ein spezielles Peptid angeknüpft sind. Das Peptid soll die Krebszellen spezifisch
erkennen, die RNA-Schnipsel sollen spezielle Gene der Krebszellen stumm
schalten und die Zellen damit abtöten. Die Magnetpartikel dienen als Kontrastmittel für die Kernspintomographie, der Fluoreszenzfarbstoff ermöglicht
eine mikroskopische Bildgebung der Zielzellen. Im Einzelnen sieht das wie
folgt aus: Die mRNA ist ein guter Angriffspunkt, um die Synthese von Proteinen, die für das Wachstum von Tumoren wichtig sind, zu stoppen. Dazu
werden siRNAs (small interfering RNAs) in die Zelle eingeschleust, kurze
doppelsträngige RNA-Schnipsel, die an spezifisch an die Ziel-mRNA binden. In der Zelle bindet ein spezieller Protein-Komplex an die siRNA, der die
mRNA aufwindet und spaltet. In dieser ungeschützten Form wird sie von
der Zelle rasch abgebaut. An Nanopartikel gebunden lassen sich die siRNAs
leichter in Zellen einschleusen. Damit gezielt Krebszellen angesteuert werden, tragen die Partikel ein RGD genanntes kurzes Peptid, das ihnen den
Weg weist: RGD bindet stark an ein Integrin, ein Membranprotein, das in
metastasierenden Tumorzellen in wesentlich höherer Menge verankert ist
als bei gesundem Gewebe. Die Integrine mit den RDG-bestückten Nano
partikeln werden von der Zelle mitsamt ihrer Fracht aktiv ins Innere hereingeholt (rezeptorvermittelte Endocytose). Die Magnetpartikel dienen nicht
nur als Hilfsmittel für den Transport, sondern gleichzeitig als Kontrastmittel
für die Kernspintomographie. So wird sichtbar, wo sich Tumore befinden, ob
sich die Partikel darin anreichern und wie eine Therapie voranschreitet. Ist
eine höhere Auflösung gefragt, kommen die Fluoreszenfarbstoffmoleküle
ins Spiel. In histologischen Schnitten von Gewebeproben lässt sich damit
sichtbar machen, wie die Magnetpartikel von einzelnen Zellen aufgenommen werden und in welchen Zellkompartimenten sie sich anreichern.
www.gdch.de
Verliert ein Mensch große
Mengen an Blut, kann es kritisch werden – Spenderblut
muss daher immer in ausreichenden Mengen in Kliniken
und Blutbanken vorhanden
sein. In Ägypten sammeln Ärzte den Lebenssaft, indem sie
durch Städte und Dörfer fahren
und Freiwilligen in einem
Laborbus Blut abnehmen. Das
Diese Einheit nimmt den gekapselten
Problem: 25 % der gesammelMesschip auf, mit dem sich vor Ort Blut
ten Proben enthalten Krankproben auf Krankheitserreger überprüfen
lassen.
Quelle: Fraunhofer IBMT heitserreger – HIV, Hepatitis
oder Syphilis. Da diese bei der
Bluttransfusion übertragen werden können, dürfen solche Spenden nicht
verwendet werden. Herkömmliche Schnelltests eignen sich meist nicht für
den mobilen Einsatz. Künftig könnte eine schnelle und robuste Analysetechnik helfen: Bereits im Bus soll an ein paar Tropfen geprüft werden, ob das
Blut verwendet werden kann. Nur bei Eignung nehmen die Ärzte dem Spender eine größere Menge Blut ab. Die Grundlage dafür haben Forscher des
Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT in einem EU-Projekt
unter der Mitwirkung von Vacsera, Mivitec, der Gesellschaft zur Förderung
der Analytischen Wissenschaften ISAS und der Hochschule Lausitz gelegt.
Das Konsortium hat einen Glaschip entwickelt, auf dem sich Antikörper befinden. In diesem Chip werden winzige Oberflächenschwingungen erzeugt.
Bindet das gesuchte Virus an einen Antikörper, ändert sich die Schwingung.
Das Verfahren ist nicht neu, der entwickelte Chip bietet jedoch Vorteile: Üblicherweise gibt es nur ein Messfeld und ein paar Millimeter daneben ein
Referenzfeld. Dort kann die Temperatur jedoch wieder anders sein. Beim
neuen Chip sind Mess- und Referenzfelder in schmale Streifen unterteilt,
die jeweils dicht nebeneinander angebracht sind. Somit ist der Chip robuster gegen Temperaturschwankungen. Zudem besteht der neue Chip aus vier
Analysequadraten, daher lassen sich pro Untersuchung statt einem nun vier
verschiedene Erreger gleichzeitig im Blut nachweisen. Bislang war es gerade bei den Untersuchungen im Bus für die Labormitarbeiter problematisch,
den Kontakt mit dem Blut zu vermeiden und sich vor Ansteckungen zu
schützen. Nun sorgt eine Verkapselung des Chips dafür, dass das Blut auf
definierte Art und Weise über den Chip fließt, und schützt den Anwender.
www.fraunhofer.de
Expression beider DNA-Stränge beobachtet
Die Doppelhelix der DNA enthält die Gene in einer linearen Anordnung,
deren Information während der Wachstums- und Entwicklungsprozesse hintereinander in eine Boten-RNA (mRNA) abgelesen wird. Die Forschergruppe
um Prof. Dr. Wolfgang R. Hess von der Universität Freiburg hat im Cyanobakterium Synechocystis beobachtet, dass häufig nicht nur von einem Strang
die Information für die Bildung eines Eiweißes abgelesen wird, sondern auch
der parallel verlaufende Gegenstrang aktiv ist. Dadurch entsteht ein zweites
RNA-Molekül mit umgekehrter Orientierung, eine sog. antisense-RNA. Ähnliche Beobachtungen sind in jüngster Zeit an höheren Organismen, darunter
dem Menschen, gemacht worden. Für Bakterien gab es bisher jedoch nur
vereinzelte Hinweise auf ein solches Geschehen. Die Beobachtungen zeigen,
dass solche antisense-RNAs auch bei Bakterien sehr häufig sein können und
vermutlich aktiv in die Regulation der Erbinformation verstrickt sind. Cyanobakterien sind in jüngster Zeit verstärkt in den Fokus der Wissenschaft geraten wegen ihres Potentials zur Herstellung wünschenswerter Biomoleküle
durch direkte Nutzung der Sonnenenergie. Die mögliche Rolle einer großen
Zahl solcher antisense-RNAs in Bakterien muss bei der Nutzung dieser Organismen berücksichtigt werden und kann auch in der Medizin zu neuen Konzepten in der Abwehr human-pathogener Bakterien führen.
www.uni-freiburg.de
Neuartiges Antibiotikum gegen resistente Keime
In Krankenhäusern und Pflegeheimen vermehren sich resistente Keime,
denn viele bekannte Antibiotika sind bereits wirkungslos geworden. Diesem Problem setzt nun Thomas Magauer vom Institut für Organische Chemie der Universität Wien eine fundamentale Neuentwicklung entgegen. Er
hat im Rahmen seiner Dissertation die Totalsynthese des StreptomycesStoffwechselprodukts Kendomycin durchgeführt und damit die Leitstruktur
für ein neuartiges Antibiotikum hergestellt. Ausgangspunkt ist ein Naturstoff – der Metabolit Kendomycin, den die Chemiker Thomas Magauer und
Harry Martin unter der Leitung von Johann Mulzer, Professor für Organische Chemie der Universität Wien, in naturidentischer Form nachgebaut
haben. Bei verschiedenen Tests hat sich herausgestellt, dass die Verbindung
nicht nur antibiotisch, sondern auch entzündungshemmend wirkt und AntiTumoreigenschaften aufweist. Außerdem könnte sie gegen Osteoporose
eingesetzt werden.
www.univie.ac.at
N ews
Nano-Origami mit Erbgut-Molekülen
Messen mit Atom-Wölkchen
Wissenschaftler um Prof. Hen
drik Dietz an der Technischen
Universität München (TUM)
und Prof. William Shih und
Dr. Shawn Douglas an der
Harvard University haben neue
Werkzeuge entwickelt, um aus
kurzen DNA-Molekülen Strukturen mit komplexen Windungen und Krümmungen zu formen. Sie berichten über eine
Reihe von Experimenten, in der
sie DNA Origami-ähnlich in Die Grafik zeigt beispielhafte Nanostruk
dreidimensionale Objekte falten turen, für die Erbgut-Moleküle ideale
Bausteine sind.
Quelle: TU München
konnten, inklusive einer kugelförmigen Gerüstkonstruktion mit nur 50 nm Durchmesser. Als Medium für
Konstruktionen im Nanobereich hat DNA zwei Vorteile: Sie ist ein intelligenter Werkstoff, nicht nur robust und zugleich flexibel, sondern auch programmierbar. Zudem ist sie durch jahrzehntelange Arbeit sehr gut erforscht.
Die elementaren Werkzeuge, die Dietz, Douglas und Shih anwenden, sind
die programmierbare Selbstorganisation – das Leiten der DNA Stränge in
bestimmte vorgegebene Bündel von quer verknüpften Doppelhelices – und
gezieltes Einfügen und Herausnehmen von Basenpaaren. Letztere geben in
solchen Bündeln die gewünschte Windung oder Krümmung vor. Die Forscher können nicht nur festlegen, ob die Windung rechts- oder linksherum
erfolgen soll, sondern sie können die entstehenden Formen präzise und
quantitativ kontrollieren und erreichen extrem enge Krümmungsradien von
6 nm. Die Werkzeuge, die sie entwickelt haben, beinhalten eine grafische
Software, die hilft, bestimmte Design-Konzepte in die dafür nötige DNAProgrammierung zu übersetzen. Dreidimensionale Objekte werden durch
die Feinabstimmung von Anzahl, Anordnung und Länge der Helices erzeugt.
Die Forscher erwarten einen großen Nutzen, wenn sie miniaturisierte
Maschinen aus Materialien im Nanobereich bauen könnten, die zuverlässig
in menschlichen Körperzellen arbeiten.
www.uni-muenchen.de
Etwas Gutes noch besser zu machen –
das ist den Wissenschaftlern
um Dr. Philipp Treutlein und
Prof. Theodor Hänsch vom
Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching und der
LMU München gelungen. Sie
Atom
haben Atome auf einem speziellen
chip mit
integrierten
Mikrochip, einem sog. Atomchip, mit
Mikrowellenleitern für
Mikrowellenfeldern manipuliert und
die Interferometrie mit Bose-
so ein Atom-Interferometer konstru- Einstein-Kondensaten.
iert, das die Vorteile beider Techniken Quelle: Dr. Philipp Treutlein, LMU Münvereint: Ein Atom-Interferometer ist chen
ein höchst empfindliches Messgerät, das die quantenmechanischen Welleneigenschaften der Atome ausnutzt. Mit einem Atom-Interferometer lassen
sich z. B. Rotationsbewegungen feststellen, oder aber es wird das Gravitationsfeld der Erde mit sehr hoher Genauigkeit vermessen, und ein solches
höchst empfindliches Messgerät ist auf einem Atomchip noch viel wertvoller: Atomchips sind leicht, kompakt, robust und lassen sich damit möglicherweise eines Tages auch im Weltall oder in der Tiefsee verwenden. Darüber
hinaus eignen sie sich für quantenmechanische Grundlagenexperimente.
www.mpg.de
www.lmu.de
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MODULARER DEMONT. REINRAUM-KOMPLEX
Eingehauchte Leitfähigkeit
Neben Kohlenstoff-Nanoröhrchen wecken Schichten aus Titandioxidröhrchen mit ihren halbleitenden Eigenschaften bereits seit einigen Jahren
Interesse, da sie beispielsweise für den Einsatz in der Bio- oder der Solarzellentechnik besonders geeignet sind. Nun können sie eine neue Qualität
erwerben, die ihnen bisher fehlte: eine elektrische Leitfähigkeit, die der von
Metallen gleicht. Ein Team der Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität Turku in Finnland borgt dazu die Leitfähigkeit, die Kohlenstoff mitbringt, und baut sie in die Titanverbindung ein. Die Röhrenstruktur bleibt
dabei, wie Prof. Dr. Patrik Schmuki vom Erlanger Lehrstuhl für Korrosion und
Oberflächentechnik erläutert, nahezu unverändert. Die Verwandlung von
halbleitenden zum leitenden Material ist mittels eines relativ einfachen Verfahrens möglich. Die Titandioxid-Nanoröhrchen lassen sich zu einer kohlenstoffhaltigen Titan-Oxycarbid-Verbindung umsetzen. Dazu werden sie bei
850 °C mit Acetylen behandelt. Der neuartige Werkstoff hat halbmetallische
Eigenschaften und ist deutlich härter als die Ausgangsverbindung. Seine
hohe elektrische Leitfähigkeit sowie günstige elektrochemische Charakteristika machen ihn zu einem interessanten neuen Elektrodenmaterial. Besonders attraktiv erscheint der Einsatz in Methanol-Brennstoffzellen, deren Leistungsfähigkeit drastisch erhöht werden könnte: Die Steigerung der Aktivität
des Katalysators für die Methanol-Oxidation wird auf 700 % geschätzt.
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M agazin
Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe
Unermesslicher Reichtum der Natur
Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe erfahren eine starke Nachfrage –
sowohl von Seiten der Lebensmittel- wie auch der Pharma- und
Kosmetikindustrie. Dieser Trend wird getrieben durch den zunehmenden Wunsch der Verbraucher nach mehr Natürlichkeit und Authentizität der Produkte. Dieser Trend wird aber auch ermöglicht durch den
22 Dr. Monika
Mügschl-Scharf,
Bayern Innovativ
22 Dr. Matthias Konrad,
Bayern Innovativ
Fortschritt in den Biowissenschaften mit einer immer genaueren
Aufklärung der Wirkmechanismen, der Identifizierung neuer Stoffe
Ausgangspunkt für dieses erstmalige Forum war
eine Diskussion von Hopfenpflanzern mit der
Bayern Innovativ. Deren Zielsetzung war eine
breitere, hochwertige Anwendung des Hopfens
mit seinen vielfältigen Inhaltsstoffen über das
Bier hinaus.
Nach einjähriger Planung und Vorbereitung
fand am 1. Oktober 2009 das Kooperationsforum „Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe – Food,
Pharma, Kosmetik“ in Wolnzach statt und erzielte
mit 210 Teilnehmern auf Anhieb eine hervorragende Resonanz. Das Forum wurde konzipiert im
Rahmen des Netzwerkes Life Science der Bayern
Innovativ in Zusammenarbeit mit den im Deutschen Hopfenwirtschaftsverband vertretenen Unternehmen und mit Unterstützung durch das
Bayerische Cluster Ernährung sowie die HVG
Hopfenverwertungsgenossenschaft e.G.
Als Veranstaltungsort wurde das Deutsche
Hopfenmuseum in Wolnzach gewählt. Die Hallertau ist das größte Hopfenanbaugebiet der Welt,
hier werden ca. 30 % der Weltproduktion erzeugt.
Momentan wird Hopfen zu 98 % in der Bierherstellung verwendet, seine Inhaltsstoffe besitzen
jedoch auch großes Potenzial für weitergehende
sowie der Erschließung neuer pflanzlicher Rohstoffquellen.
Anwendungen. Einen speziellen Schwerpunkt
des Forums bildeten deshalb die möglichen Einsatzgebiete des Hopfens über seine traditionelle
Verwendung im Brauwesen hinaus.
„Das Forum bietet eine ideale Plattform für
den direkten Kontakt von Wirtschaft und Wissenschaft, von Experten, potenziellen Anwendern und Kunden über die gesamte Wertschöpfungskette – von den pflanzlichen Rohstoffen
über Analytik und Verfahrenstechnik bis hin zu
neuen Produkten und deren Zulassung“, so Prof.
Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer von Bayern
Innovativ in seiner Einführung.
Hopfen – Potenzial für zukünftige
Märkte
Bislang werden Inhaltsstoffe des Hopfens vorwiegend dazu verwendet, Bier zu bittern, zu aromatisieren, zu stabilisieren und die Schaumfestigkeit zu verbessern. Die Erforschung weiterer
möglicher Einsatzgebiete ist von großem Interesse für die Hopfenhandelsfirmen, wie Stephan
J. Barth, Vorsitzender des Deutschen Hopfenwirtschaftsverbandes e. V., Pfaffenhofen, betonte.
Aufgrund moderner analytischer Methoden
wurde es in den letzten Jahren möglich, neue
Inhaltsstoffe zu identifizieren und zu charakterisieren. Bisher sind 500 Hopfeninhaltsstoffe
bekannt. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass viele von ihnen äußerst interessante
Eigenschaften aufweisen, wie Dr. Martin Biendl,
Leiter Forschung & Entwicklung/Analytik,
Hopsteiner Hallertauer Hopfenveredelungs
gesellschaft, Mainburg ausführte. Er nannte als
Beispiele 8-Prenylnaringenin, das eine hohe östrogene Aktivität aufweist und zur Verwendung
in der sanften Hormonersatztherapie untersucht
wird. Xanthohumol aus dem Hopfen besitzt ein
sehr großes Spektrum an Aktivitäten, aus denen sein krebspräventives Potenzial besonders
hervorsticht. Neueste Ergebnisse einer japani-
M agazin
Abb. 1: Hochwertige Proteinprodukte aus Rapspresskuchen
schen Studie deuten auf eine mögliche therapeutische Wirkung der Iso-Alpha-Säuren aus
dem Hopfen bei Vorstufen von Diabetes hin.
Aus diesen und weiteren Eigenschaften
ergeben sich spannende Perspektiven für die
zukünftige spezifische Vermarktung von Hopfeninhaltsstoffen im Pharma- wie im Lebensmittelbereich.
Aktuelle Ergebnisse der
Hopfenforschung
Hopfen leistet bekanntlich einen essenziellen
Beitrag zum charakteristischen Geschmack des
Bieres. Um die Aroma- und Geschmacksstoffe
des Hopfens im Bier detailliert zu analysieren,
wird bei Symrise in Holzminden ein neu entwickeltes Verfahren (SymStixx) eingesetzt, das
Nicole Schulze vorstellte. Dabei wird das
Analysenwerkzeug, das mit einer speziellen
Beschichtung versehen ist, mit der zu analysierenden Probe, z. B. Bier, in Kontakt gebracht. Die
Aroma- und Geschmacksstoffe lassen sich anschließend nach Desorption mit Lösungsmittel
über ein GC/MS- oder HPLC-System schnell und
effizient analysieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in der Molekülstruktur
von Bitterstoffen (alpha-Säuren) zu signifikanten
sensorischen Unterschieden führen. Bestimmte
Aromen können bereits unterhalb ihres Geruchsschwellenwertes wahrgenommen werden, was
durch antagonistische und synergistische Effekte der Inhaltsstoffe hervorgerufen wird.
Hopfen besitzt auch antimikrobiell wirksame
Inhaltsstoffe. Dr. Jürgen Behr vom Lehrstuhl für
Technische Mikrobiologie der Technischen Universität München stellte ein neues Verfahren zu
deren Identifikation vor. Dabei werden verschiedene Fraktionen von Hopfenextrakten einem
Screening mittels Liposomen sowie verschiedener
Bakterienstämme unterzogen und deren Wirkung
auf membranassoziierte Prozesse untersucht. Von
den Arbeiten werden neue Erkenntnisse bezüglich des pharmazeutischen Anwendungspotenzials sowie der Entwicklung neuartiger funktionaler Hopfenprodukte erwartet.
Bereits zum Einsatz kommt der Hopfen auch
als Prozesshilfsstoff im agro-industriellen Bereich,
z. B. aufgrund seiner antibakteriellen Wirkung bei
der Extraktion von Zuckerrüben. Lilith Baczynski,
Business Director bei der BetaTec Hopfenprodukte GmbH aus Nürnberg zeigte, dass die Anwendung von beta-Säuren des Hopfens Chemikalien
wie Formaldehyd oder Carbamate ersetzen kann.
Eine weitere agro-industrielle Anwendung von
Säuren des Hopfens ist bei der Herstellung von
Ethanol. Vergleichbar dem Brauprozess unterstützen Hopfeninhaltsstoffe die Leistung der
Hefen bei der alkoholischen Gärung und verhindern zudem bakterielle Kontamination.
Neue Rohstoffquellen und Extraktion
der Inhaltsstoffe
Pflanzen mit wertgebenden Inhaltsstoffen werden bisher zu einem großen Teil über Wildsamm-
lungen gewonnen. Dies gilt für 80 % der Arten
und 30 – 40 % der Menge, wie PD Dr. Maximilian
Weigend, Institut für Biologie der Freien Universität Berlin, Geschäftsführer der botconsult
GmbH, Berlin, und Mitglied im wissenschaftlichen Gremium des Phyto-Netzwerk-München,
ausführte. In Zukunft wird voraussichtlich ein
immer größerer Anteil aus Anbau in Kultur gewonnen. Dies ist notwendig durch die starke Variabilität im Gehalt bestimmter Inhaltsstoffe
selbst innerhalb einer Art. Erforderlich sind deshalb möglichst konstante und definierte Bedingungen beim Anbau sowie präzise und umfassende Analytik für strikte Qualitätssicherung,
auch zur Erfüllung der stets strenger werdenden
Reglementierungen. Auch um eine nachhaltige
Verfügbarkeit der Rohstoffe zu gewährleisten,
bietet ein Anbau in Kultur Vorteile gegenüber
der Wildsammlung.
Quellen für Inhaltsstoffe mit neuen Funktionalitäten können sowohl Pflanzen anderer Kontinente mit einer langen Nutzungsgeschichte
wie auch heimische Pflanzen sein, deren Potenziale noch nicht voll ausgeschöpft sind. Als Beispiel nannte Dr. Weigend unter anderem die
Brennessel: Verschiedene lokale Sorten dieser
heimischen Pflanzenart variieren quantitativ und
qualitativ bezüglich der enthaltenen Stoffe. Dadurch werden verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise in Heilsalben.
Im Hinblick auf die Anwendung neuer Pflanzen und Inhaltsstoffe ist es notwendig, die Identifizierung neuer Funktionalitäten zu systematisieren und damit zu beschleunigen. Dr. Lutz
Müller-Kuhrt, Mitgründer und Geschäftsführer
der AnalytiCon Discovery GmbH, Potsdam stellte
vor, wie dies mit Hilfe eines Screening von Naturstoff-Bibliotheken erfolgen kann, die Substanzen aus Pflanzen und Mikroorganismen mit
interessanten Funktionalitäten enthalten. Semisynthetische Bibliotheken, in denen biologisch
prävalidierte Strukturen für eine gewünschte
Funktionalität optimiert werden, können diesen
Prozess weiter verbessern. Die vorgestellten biotechnologischen Methoden können dabei für
den Einsatz von Inhaltsstoffen in Food, Pharma
und Kosmetik genutzt werden.
Hierfür ist deren Gewinnung aus der Pflanze erforderlich. Die Extraktion mit überkritischem CO2 ist ein weit verbreitetes Verfahren
und wurde von Nadine Igl-Schmid, NateCO2,
Wolnzach beschrieben. Mit diesem Verfahren
können je nach Prozessführung Hopfenextrakte mit unterschiedlicher Anreicherung von
Inhaltsstoffen gewonnen werden, z. B. mit besonders hohem Xanthohumol-Gehalt. Auch für
die Gewinnung wertgebender Substanzen wie
M agazin
Abb. 2: Partner des Kooperationsforums: Stephan J. Barth, Vorsitzender Deutscher Hopfenwirtschaftsverband e. V., Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer
Bayern Innovativ GmbH, Dr. Michael Lüdke, Geschäftsführer Cluster Ernährung, Prof. Dr. Werner Klaffke, Director Global Discovery Platform Nutrition &
Health, Unilever Discovery, Dr. Johann Pichlmaier, Präsident Verband deutscher Hopfenpflanzer e. V. und Dr. Matthias Konrad, Bayern Innovativ GmbH (v. l. n. r.)
freuten sich über die gelungene Veranstaltung. (Bildquelle: Helga Gebendorfer)
arotinoide wird die Methode eingesetzt,
C
ebenso für die Entkoffeinierung von Tee und
Kaffee oder die Entfettung von Kakao. Vorteile
der CO2-Extraktion bestehen darin, dass keine
unerwünschten Lösungsmittelrückstände im
Produkt verbleiben, der Prozess produktschonend, schnell und günstig ist und vor allem die
Möglichkeit der fraktionierenden Abscheidung
besteht, die eine Gewinnung unterschiedlicher
Extrakte in einem Extraktionsschritt ermöglicht.
Entwicklung neuer gesundheits
fördernder Lebensmittel
Wachsende Gesundheitsprobleme infolge demographischen Wandels und vielfacher Überernährung in westlichen Ländern, aber auch neue
Wertvorstellungen zahlreicher Verbraucher führen zu einer steigenden Nachfrage nach gesundheitsfördernden Lebensmitteln. Auf dem Markt
gibt es immer mehr Produkte mit neuen Funktionalitäten, häufig aber nur mit kurzen Produktlebenszeiten. Eine Vielzahl dieser Produkte basiert zudem auf einer relativ kleinen Gruppe
aktiver Inhaltsstoffe. Deshalb werden ständig
neue Pflanzen bzw. neue funktionelle Inhaltsstoffe gesucht, um weitere neue, gesundheitsfördernde Produkte zu entwickeln, wie Prof. Dr.
Werner Klaffke, Director Global Discovery Platform Nutrition & Health von Unilever Discovery
aus Vlaardingen, Niederlande, darstellte. Ein
neuer Inhaltsstoff alleine genügt jedoch nicht
für ein neues Lebensmittel. Um erfolgreich zu
sein, muss es sich in die Ess- und Lebensgewohnheiten der Konsumenten in den jeweiligen
Regionen und Kulturen einpassen und gleichermaßen die Erwartungen hinsichtlich Funktionalität, Geschmack und Komfort erfüllen.
Zudem müssen die Produkte auch höheren
Anforderungen bezüglich der wissenschaftlichen Untermauerung der Funktionalität der
Pflanzeninhaltsstoffe gerecht werden. Eine behauptete, ausgelobte Wirkung muss nicht nur
deskriptiv erfasst, sondern möglichst auch mechanistisch verstanden sein. Das sichert Exklusivität der Produkte und erhöht das Vertrauen
der Konsumenten. Die europäischen Behörden
haben diesbezüglich eine strikte Regelung für
die Vermarktung von Produkten unter Verwendung nährwert- und gesundheitsbezogener
Aussagen erlassen. Dies erfordert einen Nachweis der Sicherheit und der behaupteten Wirksamkeit dieser Funktionellen Lebensmittel. Bis
zur vollständigen Umsetzung gelten zur Zeit
noch Übergangsfristen. Dr. Bernd Bonnländer,
Martin Bauer Group aus Vestenbergsgreuth,
stellte aus Sicht eines Teeverarbeiters die Problematik hinsichtlich der Entwicklung und Vermarktung solcher Produkte dar. Er nannte als
Beispiel Studien zum möglichen Einsatz von
Grüntee und Grünem Roibos im Bereich „Beauty“.
Darin konnte gezeigt werden, dass entsprechende Extrakte beispielsweise in vitro die zel-
luläre Aktivität und damit möglicherweise den
Erneuerungsprozess in Hautzellen stimulieren.
Humanstudien zum Nachweis der Wirkung fehlen jedoch, was eine Vermarktung derartiger
Produkte in Anbetracht der Health Claims-Verordnung und der bislang unklaren rechtlichen
Situation erschwert.
Pflanzliche Wirkstoffe im Pharma
bereich – Nachweis und Zulassung
Extrakte, die Basis pflanzlicher Arzneimittel,
sind in der Regel Stoffgemische. Nur selten sind
alle wirksamkeitsbestimmenden Inhaltsstoffe
identifiziert. Zudem unterliegen der Gehalt einzelner Inhaltsstoffe sowie das Verhältnis der
verschiedenen Wirkstoffe zueinander einer genetischen und umweltbedingten Variabilität.
Prof. Dr. med. Jürgen Drewe, Leiter Präklinische
Forschung beim Phytopharmaka-Hersteller Max
Zeller Söhne in Romanshorn, Schweiz, und Universitätsspital Basel zeigte auf, dass es daher
vorrangiges Ziel sein muss, die Variabilität zu
minimieren: Dies wird durch die Verwendung
homogenen Pflanzenmaterials aus kontrolliertem Anbau ermöglicht werden. Mit dem Einsatz
von Bioassays und moderner Screening-Technologien kann die Aktivität der Extrakte bzw.
der wirksamkeitsbestimmenden Inhaltsstoffe
untersucht werden. Sorten mit den besten
Effekten bei den in vitro-Tests und mit den
gewünschten Inhaltsstoffprofilen können für
K O M P E T E N Z
I M
L A B O R
M agazin
die vegetative Vermehrung und
den Anbau verwendet werden.
Die rechtlichen Voraussetzungen für die Zulassung pflanzlicher
Stoffe als Arzneimittel, aber auch
als Nahrungsergänzungsmittel oder
in Kosmetika stellte Dr. Bernd Roether, Bereichsleiter Zulassung der
Bionorica aus Neumarkt, vor. Da
alle Produkte mit einem Gesundheitsnutzen angeboten werden und
die Marktsegmente nicht scharf abgegrenzt sind, führen Überschneidungen zu einer Borderline-Problematik.
Die Zulassung als Phytopharmaka nach dem Arzneimittelgesetz erfordert einen immensen
analytischen, präklinischen und
klinischen Prüfaufwand. Allerdings ermöglicht dies eine lukrative Positionierung im hochpreisigen Apothekenmarkt und eröffnet
langfristigen Patentschutz.
Die Positionierung als Nahrungsergänzungsmittel mit einem
belegten und behördlich akzeptierten Health Claim bietet dagegen
den Vorteil eines unmittelbaren Zugangs zum gesamten europäischen
Lebensmittelmarkt. Die rechtlichen
Rahmenbedingungen, insbesondere bezüglich Nährwert- und gesundheitsbezogener Angaben über
Lebensmittel, werden allerdings
zur Zeit neu festgelegt.
Deutschland) sowie von wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Universitäten aus München, Erlangen,
Bayreuth, Dresden, Freiburg, Hohenheim, Jülich, Leipzig, Potsdam,
Stuttgart, Trier und Wien.
In der begleitenden Fachausstellung präsentierten Unternehmen
und Forschungseinrichtungen an 14
Ständen und zehn Postern ihre
Technologien, Produkte und Dienstleistungen rund um die Themen
Anbau und Rohstoffe, Verarbeitung
und Analytik sowie Testung und
Anwendung.
Am Vortag nutzten bereits über
50 Teilnehmer die Gelegenheit, das
Hopfenforschungszentrum Hüll und
die „Busch“-Farm – das Versuchshopfengut des weltgrößten Brauereikonzerns, Anheuser-Busch InBev – vor Ort zu besichtigen.
Zudem bestand die Möglichkeit,
bei einer Führung durch das Werk
der NateCO2 in Wolnzach mehr
über die Extraktion pflanzlicher Inhaltsstoffe zu erfahren.
Bildquelle: Bayern Innovativ
FoodALYT D
Wasserdampfdestillierer
Teilnehmerspektrum, Fach
ausstellung und Rahmen
programm
Die Teilnehmer aus Deutschland,
Österreich und der Schweiz kamen
von Unternehmen der gesamten
Wertschöpfungskette „Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe“, u. a. aus
den Bereichen Chemie (Evonik Degussa, Sigma Aldrich, Wacker Chemie), Biotech (Anoxymer, Bicoll,
B.R.A.I.N.), Analytik und Testung
(Aurigon, BioTeSys, SGS Institut
Fresenius) und Anwendung in Food,
Pharma und Kosmetik (Biologische
Heilmittel Heel, DSM Nutritional
Products, Finzelberg, Kneipp Werke,
Martin Bauer, Molkerei Meggle,
Pharmos Natur, Sanofi-Aventis
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Erdacin: Neuartiger Naturstoff aus „Umwelt-DNA“
Mikroorganismen verdanken wir eine Vielzahl unserer modernen Arzneimittel, allen voran vielfältige Antibiotika. In jedem beliebigen Lebensraum
leben Unmengen bisher unbekannter Mikroben. Ein Verfahren zur Suche
nach neuen Wirkstoffen ist es daher, solche Mikroorganismen im Labor zu
kultivieren und Extrakte ihrer Kulturen auf biologische Aktivität hin zu untersuchen. Die Überzahl dieser Mikroorganismen lassen sich unter gängigen Laborbedingungen aber nicht kultivieren. Wie sich inzwischen zeigte,
ist dies auch gar nicht unbedingt erforderlich, um an die von ihnen produzierten Naturstoffe heranzukommen: Man kann DNA direkt aus Umweltproben, etwa einer Handvoll Erde, extrahieren, in Form von „Umwelt-DNABibliotheken“ speichern. Eine spezielle Herausforderung ist es, vollständige
Gruppen von zusammengehörigen Genen, sog. Gen-Cluster, aus solchen
Bibliotheken zu gewinnen. Ein Forscherteam um Sean F. Brady von der
Rockefeller University in New York konnte aus einer Bibliothek mit DNA,
die aus Wüstenerde aus Utah extrahiert worden war, Gene isolieren, die für
die Enzyme eines speziellen Biosyntheseweges (Typ II Polyketid-SynthaseWeg) codieren. Die Forscher schleusten die Gene aus der Wüstenerde in
den Pilz Streptomyces albus ein, der daraufhin ein neuartiges Polyketid
produzierte. Polyketide sind eine Gruppe von Naturstoffen, deren Gemeinsamkeit ihre Biosynthese aus Polyketid-Vorstufen ist. In ihrer chemischen
Struktur und ihren biologischen Eigenschaften unterscheiden sie sich dagegen stark. Unter den Polyketiden finden sich viele wichtige Arzneimittel,
beispielsweise Tetracycline und das Antibiotikum Erythromycin. Das neue
Polyketid, das durch den Wüstenerde-Gencluster produziert wurde, nannten die Forscher Erdacin, abgeleitet von dem altenglischen Wort „erda“ für
Erde. Durch NMR-Spektrometrie und Röntgenstrukturanalyse charakterisierten sie die Struktur: Ein pentacyclisches Ringsystem aus vier Sechsringen und einem Fünfring, die auf eine Weise verknüpft sind, die so bisher
noch nicht bekannt war. Erdacin ist ein hochwirksames Antioxidans, das
doppelt so aktiv wie bekannte Antioxidantien ist, etwa Vitamin C.
www.gdch.de
„Grünere“ Batterien
Wissenschaftler vom Institut für Physikalische Chemie der Universität
Münster um Prof. Martin Winter haben eine neue Batterie mit umweltfreundlicheren Inhaltsstoffen entwickelt, die auch in Lebensmitteln eingesetzt werden. Der Durchbruch bei der Suche nach umweltfreundlicheren
Materialien kam durch die völlig unkonventionelle Herangehensweise: Bei
der Wahl der Inhaltsstoffe für die Batterien haben die Forscher Anleihen
bei der Verarbeitung von Lebensmitteln gemacht. Sie ersetzen nun die
herkömmlichen Binder aus fluorierten Kunststoffen, die die Elektrodenmaterialpulver auf den Stromableiterfolien fixieren, durch eine Zelluloseverbindung, die z. B. auch in Joghurt für die richtige Konsistenz sorgt. Die
Vorteile des Materials in Batterien liegen auf der Hand: Die Lithium-IonenBatterien können energieeffizienter hergestellt werden, sie produzieren
dabei weniger Emissionen, und schließlich lassen sie sich später besser
recyceln. Die Batterien sollen durch ihren Einsatz in Elektroautos den
Fahrkomfort verbessern, vor allem aber die Energieeffizienz und Klimafreundlichkeit steigern.
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Bier haltbarer machen
Viele Getränke verderben schnell, verlieren ihren
Geschmack oder werden trübe. Schuld daran
trägt u. a. das Vitamin B2, auch bekannt als
Riboflavin. Das könnte sich bald ändern. Denn
Privatdozent Dr. Börje Sellergren und seinem
Team am Institut für Umweltforschung (INFU)
an der TU Dortmund ist es gelungen, das Riboflavin mithilfe eines neu entwickelten Polymers
aus den Getränken zu entfernen, um sie so länger haltbar zu machen. Getestet wurde die neue
Methode an Bier, Milch und Multivitamin-Säften.
Privatdozent Dr. Börje
Die Forscher erklärten, dass das am INFU entwi- Sellergren
ckelte Polymer bis zu 86 % des Riboflavins in Quelle: Jürgen Huhn/
den Getränken entfernen kann. Das sog. mole- TU Dortmund
kular geprägte Polymer (MIP) wurde für diesen
Zweck so modelliert, dass es in der Lage ist, kleinste molekulare Ziele
auszumachen und einzuschließen. Bisher waren mit herkömmlichen Polymeren maximal 47 % des Vitamins B2 entfernt worden. Unterstützung
bekommt der Dortmunder Forscher auch aus den USA: Nicholas Snow,
Spezialist für „separation science“ an der Seton Hall University. Der
US-Wissenschaftler ist sich sicher, dass das Dortmunder Forschungsergebnis einen wichtigen Übergang für MIPs darstellt, da sie nicht mehr
nur im Labor genutzt werden können, sondern als Adsorbentien fungieren, die aus vielen alltäglichen Produkten ungewollte, schädliche oder
störende Stoffe entfernen können.
www.tu-dortmund.de
Synthese von Zucker vorangebracht
Das Team von Prof. Jürgen Seibel an der Julius-MaximiliansUniversität Würzburg spürt
biologisch wichtige Zuckerverbindungen auf, baut sie im Labor nach und untersucht ihre
Funktionen. Diese Arbeit könnte zu neuartigen Medikamenten führen, weil Zuckermoleküle bei vielen Krankheiten
eine Rolle spielen – z. B. bei
Krebs, Malaria oder Virusinfektionen wie Vogelgrippe und
HIV. Der Organismus des Menschen verknüpft einzelne Zuckerbausteine mithilfe spezieller Enzyme. Die
Herstellung im Labor ist da weitaus komplizierter: Häufig können schon
einzelne Zucker nur chemisch synthetisiert werden, was den Einsatz von
Schwermetallen nötig macht und enorm zeitaufwendig ist – eine solche
Synthese kann Monate dauern. Kostengünstig lassen sich Zucker bislang
nicht synthetisieren, darum werden sie auch nur selten für Therapien eingesetzt. Um das zu ändern, setzt seine Arbeitsgruppe auf Enzyme aus
Bakterien und Pilzen. Die allerdings können einzelne Zuckerbausteine
nicht in beliebiger Weise miteinander verknüpfen. Deshalb wurden die
Gene, nach deren Vorgaben die Enzyme aufgebaut werden, gezielt verändert und dadurch die Enzyme auf neue Eigenschaften getrimmt. Die einzelnen Zuckerbausteine werden ebenfalls zielgenau modifiziert. Durch
die Kombination dieser beiden Strategien wurden die Synthesemöglichkeiten für komplex gebaute Zucker enorm erweitert.
www.uni-wuerzburg.de
M agazin
Oils+Fats 2009 lief wie geschmiert
Mit 2.600 Besuchern aus über 90 Ländern ging
die dritte Oils+Fats, Internationale Fachmesse
für die Herstellung und Weiterberarbeitung von
Ölen und Fetten aus nachwachsenden Rohstoffen, erfolgreich zu Ende. Im Vergleich zum Vorjahr hat sich die Besucherzahl mehr als
verdoppel, im Jahre 2008 waren es noch 1.200
Besucher.
Dr. Bernhard Widmann, Leiter des Technologie- und Förderzentrums (TFZ) in Straubing:
„Die Oils+Fats ist eine kleine, aber mit hochrangigen Ausstellern besetzte junge Fachmesse.
Die technologischen Links zur Drinktec sprechen für eine parallele Abhaltung beider Messen. Dadurch hat die Oils+Fats profitiert. Zu den
Besuchern zählten Fachexperten aus der Industrie und aus dem Mittelstand, aber auch Hersteller und Anwender aus dem ländlichen Raum.
Da die Branche der Biokraftstoffe durch die
politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen stark gebeutelt ist, werden heuer in
diesem Teilsegment auch intensiv politische
Themen diskutiert.“
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die
Pflege der internationalen Geschäftskontakte
konzentriert an einem Ort besonders geschätzt
sowie auch in internationale Netzwerke investiert wurde.
An allen drei Messetagen herrschte auf dem
Gelände der Neuen Messe München eine ausgeprägte Arbeitsatmosphäre.Zufrieden zeigten
sich auch die zahlreichen Verbände der Öl- und
Fettindustrie, die die Oils+Fats von Anfang an
einmütig unterstützt haben. Das Fazit von
Dr. Frank Amoneit, Geschäftsführer, Euro Fed
Lipid: „Wir freuen uns sehr, dass „unsere“
Messe Oils+Fats auch im Jahr der Krise der
Weltwirtschaft nicht nur stattfindet, sondern
sogar mit einem neuen Besucherrekord
abschließt. Aussteller, die genug Weitsicht hatten, einen Stand zu buchen, werden nun
belohnt. Den anderen bleibt nur übrig, auf die
nächste Oils+Fats zu warten.“
Sehr gute Noten erhält die Oils+Fats auch
von ihren Besuchern. Nach der Besucherbefragung des Meinungsforschungsinstitut for-
Transferpette ® S –
Ein- und Mehrkanalpipetten!
schungplus gaben
91 % der Besucher
an, die Oils+Fats
wieder zu besuchen. Dr. Rupert
Schäfer,
Bayerisches Staatsministeriums für Landwirtschaft besuchte
die Oils+Fats zum
ersten Mal: „Eine
kleine, aber feine
Messe, die alles
präsentiert, was
zur Gewinnung des
edelsten pflanzlichen Inhaltstoffes
– Öl – notwendig
ist. Die Welt-Pflanzenölproduktion steigt seit Jahrzehnten kontinuierlich. Die Oils+Fats möge mitwachsen.“
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M agazin
Materialeigenschaften und Prozessen
auf der Spur
Vom 21. – 24. September 2009 fand in Dresden die 31. Jahrestagung
der Fachgruppe Magnetische Resonanzspektroskopie der GDCh statt.
Unter dem Motto „Magnetische Resonanzspektroskopie in Chemie
und Materialforschung“ versammelten sich im Hörsaalzentrum der
TU Dresden rund 200 Wissenschaftler aus dem In- und Ausland.
vielfältige neue Anwendungsfelder erschließen.
Zum einen haben immer stärkere Magnetfelder,
die durch supraleitende Magneten erzeugt werden, die spektrale Auflösung deutlich gesteigert
und dadurch die Aufklärung der Strukturen und
Funktionen von Proteinen ermöglicht – eine
wichtige Grundlage für viele Forschungsprojekte
in den Lebenswissenschaften und zu Materialentwicklungen für medizinische Anwendungen.
Parallel dazu gibt es Entwicklungen hin zu
kleinen Magnetfeldern, die mobile Anwendungen erlauben und es ermöglichen, die magnetische Resonanz direkt in de Prozessanalytik einzusetzen. Die Kombination neuer Methoden
erlaubt die Steigerung der Empfindlichkeit um
mehrere Größenordnungen.
Die jährliche Tagung der Magnetischen Resonanzspektroskopie bringt Fachleute aus Forschungsinstituten, Universitäten und Industrieunternehmen zusammen, die neue Methoden
und Anwendungen diskutieren.
Dr. Renate Hoer
Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh)
Frankfurt
Tel.: 069/7917-493
Fax: 069/7917-1493
[email protected]
www.gdch.de
©Marco Barnebeck/Pixelio.de
NMR ist eine unverzichtbare analytische Methode zur Strukturaufklärung in der chemischen
Forschung und zur Qualitätssicherung in der
pharmazeutischen Industrie. Weithin bekannt ist
ihre Anwendung in der Medizin unter der
Bezeichnung Magnetresonanztomographie.
In der Materialforschung und Prozessanalytik liefert NMR-Imaging Bilder aus dem Inneren
komplizierter Objekte. So gelingt es beispielsweise, Bewegungen und Strömungen abzubilden. Alle Eigenschaften, die etwas über Struktur und Beweglichkeit aussagen, erzeugen
Kontraste in den Bildern. So lassen sich beispielsweise nicht mischende Flüssigkeiten wie
Öl und Wasser separat darstellen, und zusammen mit den Bewegungsabbildungen gelingen
Einblicke bis in die molekularen Bereiche von
Mischungsvorgängen, was für viele Verarbeitungsverfahren wichtig ist.
Auch zur Bestimmung der Eigenschaften
von modernen Nanomaterialien liefert die Festkörper-NMR unverzichtbare Beiträge. Moderne
quantenchemische Methoden erlauben die
Simulation von NMR-Spektren vorgegebener
Strukturen. Aus dem Vergleich der simulierten
und gemessenen Spektren wird die Struktur
ungeordneter Materialien mit atomarer Auflösung bestimmt.
Über 60 Jahre nach der Entdeckung der
grundlegenden Effekte der Elektronenspinresonanz und der Kernspinresonanz ist die magnetische Resonanz ein dynamisches Gebiet mit immer neuen Entwicklungen und Methoden, die
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M agazin
Flüssigsprengstoff oder harmlose Substanz?
Neuer Detektor für gefährliche Flüssigkeiten
Erfrischungsgetränke, Kosmetika, Medikamente und mehr – seit
einem gerade noch rechtzeitig vereitelten Terroranschlag auf ein
Linienflugzeug 2006 dürfen Fluggäste Flüssigkeiten und Gele nur noch
begrenzt im Handgepäck mit sich führen. Es gibt inzwischen verschiedene Ansätze für Kontrollgeräte, mit denen sich gefährliche Flüssigkeiten identifizieren lassen, aber noch hat sich keines davon an den
Flughäfen der Welt durchsetzen können. Jülicher Physiker schlagen
eine vielversprechende neue Methode vor. Sie stellen den Prototypen
eines neuen Detektors vor, der zuverlässig und blitzschnell zwischen
Flüssigsprengstoff und harmlosen Substanzen unterscheiden kann.
©Udo Kroener/Fotolia.com
„Explosive Flüssigkeiten oder flüssige Komponenten, aus denen sich an Bord eines Flugzeugs
Sprengstoff herstellen lässt, können mit unserer
Methode in Bruchteilen einer Sekunde identifiziert werden. Unser Verfahren der Flüssigkeitskontrolle ist somit nicht nur weit schneller als
andere, es ist auch viel zuverlässiger. Schließlich
wird man die Mitnahme von Flüssigkeiten im
Handgepäck erst dann wieder erlauben können,
wenn gefährliche Stoffe sicher erkannt werden,
ohne dass sich durch lange Nachweiszeiten und
Fehlalarme lange Warteschlangen bilden“,
erklärt Prof. Knut Urban, Institutsleiter am Forschungszentrum Jülich.
Urban und seine Mitarbeiter am Institut für
Festkörperforschung nutzen für ihren Detektor
eine besondere Form der Spektroskopie, mit der
man Substanzen mithilfe elektromagnetischer
Strahlung analysieren kann. Jede Flüssigkeit
absorbiert und reflektiert Strahlung verschiedener Wellenlängen auf unterschiedliche Weise
und kann so anhand ihres spezifischen „Fingerabdrucks“ identifiziert werden.
M agazin
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Abb. 1: Der experimentelle Aufbau zeigt den Prototypen des Detektors links im Bild, rechts die Licht
quelle und in der Mitte die untersuchte Flüssigkeit in einer Flasche. Bildquelle: Forschungszentrum Jülich
Die Idee, elektromagnetische Strahlung zu
verwenden, um gefährliche Flüssigkeiten aufzuspüren, ist nicht neu. Die bisherigen Systeme
nutzen aber nur einen sehr engen Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung und
identifizieren dadurch nur einen kleinen Ausschnitt des Fingerabdrucks. Damit lassen sich
gefährliche Substanzen nicht zuverlässig von
harmlosen Flüssigkeiten trennen, und bei
Mischungen verschiedener Flüssigkeiten besteht
die Gefahr falscher Ergebnisse.
Die Jülicher Forscher entwickelten ein System, das innerhalb von nur 200 Millisekunden
über einen breiten Frequenzbereich von wenigen
Gigahertz bis zu einigen Terahertz messen kann.
So kann bei jeder Messung ein detaillierter
molekularer Fingerabdruck erstellt werden, der
einen zuverlässigen Vergleich mit Referenzdaten
gefährlicher Flüssigkeiten ermöglicht. Das Herz
des so genannten Hilbert-Spektrometers ist ein
neuartiges nanoelektronisches Bauelement, ein
sogenannter Josephson-Kontakt. Er fungiert als
hochempfindlicher, ultraschneller und breitbandiger Sensor und wandelt computergesteuert
das aufgenommene Spektrum in ein elektrisches
Signal um, mit dem verdächtige Flüssigkeiten
angezeigt werden können.
Die Jülicher Forscher demonstrierten erfolgreich, dass ihr System schnell und zuverlässig so
unterschiedliche Flüssigkeiten wie Wasser, Ethanol, Methanol, Propanol und Azeton erkennen
kann. Dr. Yuri Divin, federführender Wissenschaftler dieses Projekts: „Die Funktionsfähigkeit unserer Methode haben wir damit bewiesen. Nun arbeiten wir daran, das Gerät zu
verkleinern und Details zu optimieren und auch
andere Anwendungen zu untersuchen. Wir sind
uns sicher, dass sich die Industrie interessiert
zeigen wird, mit unserer Unterstützung ein
marktfähiges Produkt zu entwickeln“.
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S pektroskopie
Massenspektrometrie im Trend
ICPMS als Schlüsseltechnologie in der Analytik
Die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICPMS) ist mittlerweile die Schlüsseltechnologie in der Element- und Isotopenanalytik geworden. Es lassen sich nahezu alle
Elemente des Periodensystems relativ einfach
detektieren, wobei zum Teil konkurrenzlose
Nachweisgrenzen erreicht werden können.
Die Proben lassen sich in gasförmiger, flüssiger oder fester Form analysieren, indem mit
geringem technischen Aufwand entsprechende Techniken wie
Gas- (GC) oder Flüssigchromatographie (LC), Kapillarelektrophorese (CE), Laser
ablation
(LA)
oder
elektrothermale Verdampfung
(ETV) gekoppelt werden. Dies
ist besonders für die Speziesanalyse und die direkte Festkörperanalyse von Vorteil.
Durch die Breite und Einfachheit in der Anwendung hat die
ICPMS nicht nur andere massenspektrometrische
Verfahren
etwas in den Hintergrund
gedrängt sondern auch viele andere
Die Bedeutung der Massenspektrometrie und ihre Kopplungsmöglichkeiten spiegelt sich in zahlreichen Anwendungen und auf speziellen
Tagungen wieder. Auch das 9. Symposium „Massenspektrometrische
Verfahren der Elementspurenanalyse“ und das 22. „ICPMS Anwendertreffen“, vom 06. – 08. September 2010 in Berlin-Adlershof, unterstreicht die Wichtigkeit dieser Methode.
analytische Verfahren. Wo jedoch viel Licht ist,
ist immer auch viel Schatten. Es lassen sich zwar
relativ einfach Messwerte produzieren, um aber
richtige und reproduzierbare Ergebnisse zu
erhalten, ist ein grundlegendes Verständnis und
ein deutlich höherer Aufwand erforderlich,
als von vielen Anwendern gedacht.
Hier kommen auch wieder andere
massenspektrometrische
Techniken
zum Zuge, die nicht so breit anwendbar
sind, sondern eher auf bestimmte analytische Probleme hin spezialisiert
sind. Dadurch und weil der Messprozess meist besser verstanden ist als
bei der ICPMS weisen sie oft deutliche Vorteile auf. In der Thermionenmassenspektrometrie (TIMS) wird der Analyt
sehr selektiv ionisiert, wodurch die Anzahl der
möglichen Interferenzen extrem niedrig ist.
Dies ist zum Beispiel besonders von Vorteil bei
der Bestimmung von Ca- oder Sr-Isotopenverhältnissen. Die Glimmentladungsmassenspektrometrie (GDMS) ist auf feste in der Regel leitende Proben spezialisiert und ermöglicht dort
sehr kleine Nachweisgrenzen für sogenannte
„Bulk-Analysen“. Ein ebenfalls
sehr empfindliches Nachweisver-
22 Dr. Jochen Vogl,
BAM Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung
fahren für Festskörperproben ist die Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS). Diese ist
jedoch für „Bulk-Analysen“ weniger geeignet,
sie ist vielmehr hervorragend für ortsaufgelöste
Messungen sowie die Bestimmung von Isotopenverhältnissen in Mikroproben geeignet. Resonanzionisations- (RIMS) und Beschleunigermassenspektrometrie (AMS) sind auf extreme
Isotopenverhältnisse (106 – 1014) spezialisiert,
welche mit anderen massenspektrometrischen
Verfahren nicht mehr bestimmbar sind. Anwendungen hier sind z. B. die Radiokarbonmethode
oder die Analyse bestimmter Radionuklide in
der Umwelt.
All diese Techniken, ihre Anwendungen und
die dabei auftretenden Probleme stehen im
Fokus dieser Tagungsreihe. Hinzu kommt als
weiterer Schwerpunkt der kommenden Veranstaltung die Isotopenanalytik mit ihren vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Schwerpunkte
liegen hier unzweifelhaft im Bereich der Geo-
S pektroskopie
Temperierlösungen
für Wissenschaft, Forschung und Industrie
chemie und der sogenannten Stabilen Isotope (hier H, C, N, O, S).
Die Anwendungen sind in beiden
Bereichen sehr zahlreich. In der
Geochemie wird die Isotopenanalyse eingesetzt um Altersdatierungen vorzunehmen oder um geochemische Prozesse, wie z. B. das
Aufschmelzen von Gesteinen, zu
erklären. Im Bereich Stabile Isotope
reichen die Anwendungen von der
Biologie, Forensik und Landwirtschaft über Lebensmittelsicherheit
bis zur Umwelt und Geochemie.
Auch darüber soll auf dieser Tagung
berichtet werden.
Ziel dieser Tagungsreihe (1987
& 1993 Regensburg, 1996 Jülich,
1998 Mainz, 2000 Jülich, 2003 Berlin, 2006 Mainz, 2008 Dresden),
die nach 2003 nun zum zweiten
Mal von der BAM Bundesanstalt
für Materialforschung und -prüfung
vom 06. – 08. September 2010 in
Berlin-Adlershof ausgerichtet wird,
ist es, Entwickler, Betreiber und
Nutzer massenspektrometrischer
Verfahren der Elementspuren- und
Isotopenanalyse aus Forschung
und Industrie zusammenzuführen.
Besonders wichtig ist den Veranstaltern auch der Kontakt zwischen
den unterschiedlichen Gebieten
der Massenspektrometrie.
Das wissenschaftliche Vortragsprogramm soll nicht nur der Ergebnisdarstellung dienen, sondern
auch aktuelle Probleme deutlich
machen und neue Entwicklungen
anregen. Im Rahmen des Symposiums soll der aktuelle Stand der
Technik und der Anwendung aller
massenspektrometrischen Verfahren der Elementspuren- und Isotopenanalyse diskutiert werden.
Die Praxisnähe wird zusätzlich
durch eine Geräteausstellung unterstrichen, bei der ein intensiver
Kontakt mit der Industrie angestrebt wird.
Das wissenschaftliche Programm wird aus eingeladenen
Übersichtsvorträgen, eingereichten
Vorträgen und Postern bestehen.
Zu den folgenden Themenschwerpunkten werden die Teilnehmer
aufgefordert, Beiträge anzumelden:
▪▪ Element- und Elementspurenanalyse
▪▪ Speziesanalytik
▪▪ Isotopen- und Isotopenverdünnungsanalyse
▪▪ Stabile Isotope und Isotopenvariationen
▪▪ Methoden der direkten Festkörperanalyse
▪▪ Qualitätssicherung und Referenzmaterialien
▪▪ Instrumentelle Entwicklungen
Die Tagung wird von der BAM und
Eurolab-D unter dem Dach der
Deutschen Gesellschaft für Massenspektrometrie (DGMS) veranstaltet.
Weitere Informationen zu dieser
Tagung unter http://www.dgmsonline.de/dgms1/fachgruppen/Element-MS.php.
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S pektroskopie
Neue Methoden in der Proteinquantifizierung
SISCAPA und MRM3
Mit modernen massenspektrometrischen Methoden können heute
bereits Proteinbiomarker im Konzentrationsbereich von ng/ml in
Körperflüssigkeiten wie Humanplasma oder -serum bestimmt werden.
Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Verwendung von Proteinbio22 Dr. Christof Lenz,
MSS Support Manager Central Europe,
Applied Biosystems
markern in der biochemischen Forschung, aber auch in der klinischen
Anwendung. Aufgrund der hohen Genauigkeiten und guten Reprodu-
Die Detektion und quantitative Bestimmung von
Proteinen in komplexen Gemischen erfolgt klassischerweise unter Verwendung Antikörper-
gestützter Methoden wie dem ELISA (engl. Enzyme Linked Immunosorbent Assay). Diese
Methode zeichnet sich durch eine extreme Sensitivität aus, leidet jedoch auch an einigen Nachteilen: So ist die genaue Spezifizität vieler Antikörper fraglich, zudem kann der Antikörper nicht
immer eindeutig einem definierten Strukturmerkmal des Targetproteins zugewiesen werden.
Ein weiteres Manko ist, dass die Erzeugung und
zierbarkeit haben massenspektrometrische Methoden das Potential,
enzymgekoppelte Immunoabsorptionstests sinnvoll zu ergänzen.
Aufreinigung eines neuen Antikörpers kostenund zeitintensiv ist.
Eine alternative Möglichkeit zur quantitativen Bestimmung von Proteinen bietet die Massenspektrometrie. In den vergangenen Jahren
sind zahlreiche Methoden zur Quantifizierung
Abb. 1: A) Prinzip des Multiple Reaction Monitoring (MRM) B) Typischer Workflow für die Proteinquan
tifizierung durch MRM. Fraktionierungsschritte können sowohl auf der Proteinebene vor dem Verdau
erfolgen (z. B. Abreicherung abundanter Proteine) als auch auf der Peptidebene nach dem Verdau
(z. B. Kationenaustausch-Franktionierung)
von Proteinen etabliert worden [1]. Standen anfangs Methoden zur globalen, relativen Quantifizierung aller Proteine in wenigen Präparationen
im Mittelpunkt („Biomarker Discovery“), so hat
sich zuletzt das sogenannte Multiple Reaction
Monitoring (MRM) als vermutlich geeignetste
Methode zur gezielten Quantifizierung einer
definierten Gruppe von Targetproteinen in statistisch relevanten Probenzahlen herauskristallisiert
(„Biomarker Verification“). Die Proteinquantifizierung per MRM erfolgt in der Regel nach dem
enzymatischen Abbau durch Endopeptidasen
wie z. B. Trypsin, da die Detektion der entstehenden Peptide um ein vielfaches empfindlicher ist
als die der zugrundeliegenden Proteine (Abb.1).
Die wesentlichen Vorteile der MRM-Quantifizierung ergeben sich aus ihrer methodischen
Nähe zur Biomarker Discovery-Phase. Ein Peptid,
das im Rahmen einer großangelegten Proteomstudie per LC/MS/MS identifiziert werden konnte, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auch für die
MRM-Quantifizierung geeignet, da sowohl die
Ionisierungsmethode (zumeist Electrospray-Ionisierung, ESI) als auch die Fragmentierungstechnik (Collision Induced Decay, CID) in den meisten
Fällen übereinstimmen. Dies ermöglicht die Verwendung von Datenbanken wie z. B. Peptide
Atlas (www.peptideatlas.com), die eine große
Zahl empirisch nachgewiesener Peptide aus z. B.
S pektroskopie
Abb. 2: Design eines MRM3-Experiments. Das Vorläuferion (m/z 636.8, obere Spur, Lineare IonenfallenMS) wird in einem ersten Schritt per CID fragmentiert. Ein geeignetes Fragmention erster Generation
(m/z 943.5, mittlere Spur) wird in der Ionenfalle erneut zum Zerfall angeregt. Die Intensität von ein
oder mehreren Fragmentionen zweiter Generation (in grün, untere Spur) wird zur Quantifizierung über
das Elutionsprofil der nanoLC extrahiert.
humanen Proteinen enthalten. Statt jedesmal
von neuem aufwändige Proteomstudien durchzuführen, kann der Experimentator hier für ein
Protein von Interesse sogenannte proteotypische
Peptide finden, die sich mit hoher Wahrscheinlichkeit per LC/MS/MS bzw. per MRM detektieren lassen und das Targetprotein eindeutig
repräsentieren. Eine Weiterentwicklung stellt der
sogenannte MRMAtlas (www.mrmatlas.com)
dar, der bereits komplette MRM-Übergänge und
experimentelle Parameter für einzelne Peptide
enthält. MRM-Atlas ist jedoch noch im Aufbau
begriffen und enthält in der derzeitig verfügbaren Fassung ausschliesslich Proteine aus Hefe.
Ein weiterer Vorteil der MRM-Technik ist ihre
Fähigkeit zum Multiplexing. In einer einzelnen
30-minütigen MRM-Analyse können bis zu 2.000
MRM-Übergänge analysiert werden. Geht man
beispielsweise von der Verwendung interner
Standards für jedes Peptid und von je zwei
MRM-Übergängen pro Analyt bzw. Standard aus,
ergibt sich daraus eine Kapazität von 2000/
(2 x 2) = 500 Peptiden, die pro Analyse überwacht werden können.
Ein wesentliches Kriterium für die Akzeptanz
einer neuen analytischen Methode ist ihre
Reproduzierbarkeit, sowohl innerhalb eines
Labors als auch insbesondere von Labor zu
Labor. Für MRM wurde dies kürzlich in einem
Ringversuch des amerikanischen National Cancer Institute belegt. Hierbei wurde die Robustheit und Reproduzierbarkeit der MRM-Quantifizierung von sieben Proteinen in menschlichem
Plasma über acht verschiedene Laboratorien bestimmt [2]. Sowohl für verschiedene Messreihen
innerhalb des gleichen Labors, als auch zwischen
den Laboratorien wurden in der Nähe der quantitativen Bestimmungsgrenzen CVs von < 25 %
erzielt, bei einem dynamischen Bereich von drei
Größenordnungen. Die Autoren der Studie
schliessen daraus auf die prinzipielle Eignung
der MRM-Technik für die Validierung klinischer
Protein-Biomarker.
Ein Nachteil gegenüber der MRM-Methodik
gegenüber ELISA-Assays ist derzeit noch ihre geringere Empfindlichkeit. Die meisten bisher veröffentlichten Studien verwenden eine Vorfraktionierung der Probe wie z. B. eine Abreicherung
der abundantesten Proteine vor dem Endopetidase-Verdau oder eine Kationenaustausch-Trennung der Peptide, sowie Nanofluss-Reversed
Phase-Chromatographie in Kopplung mit dem
Triple Quadrupol-Massenspektrometer. Mit dieser Probenvorbereitung lassen sich aus Serum
oder Plasma Proteine in Konzentrationen im
Bereich von ng/ml nachweisen.
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Eine Möglichkeit zur Steigerung der Empfindlichkeit bietet die sogenannte SISCAPATechnik (engl. Use of Stable Isotope Standards
and Capture by Anti-Peptide Antibodies). Hierbei werden zunächst polyklonale Antikörper
gegen proteotypische Peptide erzeugt und an
Festphasen gebunden. Aus komplexen Verdaugemischen werden damit die entsprechenden
Peptide hochselektiv gebunden und angereichert. Nach dem Auswaschen des Peptidhintergrunds und Elution der Zielpeptide lassen sich
diese mit hoher Empfindlichkeit per MRM nachweisen [3]. Anderson und Mitarbeiter am Plasma Proteome Institute, U.S.A. erzielten unter
Verwendung von Magnetic Beads eine bis zu
18.000-fache Anreicherung von niedrig abundanten Proteinen aus verdautem humanen Plasma [4]. In Verbindung mit isotopenmarkierten
internen Standards und der hochsensitiven
MRM-Technik scheint so die Detektion von Proteinen im Konzentrationsbereich pg/ml in
humanem Plasma möglich.
Eine Alternative zur Antikörper-Anreicherung
stellt die sogenannte MRM3-Technik dar. Die
normale MRM-Technik erzielt ihre hohe Selektivität durch die Detektion sequenzspezifischer
Fragmente, die durch CID in der Kollisionszelle
Q2 erzeugt und dann im Quadrupol Q3 selektiert werden. Auf QTRAP-LC/MS/MS Systemen
lassen sich die Produktionen erster Generation
in dem zur linearen Ionenfalle ausgebauten
Quadrupol Q3 sammeln. Eines der Produktionen wird in der Ionenfalle isoliert, durch CID
erneut zum Zerfall angeregt und die Produktionen zweiter Generation detektiert, deren Signalintensität auch für die Quantifizierung verwendet wird (Abb. 2). Durch die Verknüpfung
zweier Fragmentierungsschritte kann die Selektivität der Detektion noch einmal deutlich
gesteigert werden. Fortin und Mitarbeiter
demonstrierten die Verwendung von MRM3 zur
Detektion von Prostate Specific Antigen (PSA)
in humanem Serum, einem bekannten Biomarker für Prostatakrebs, der in gesunden Patienten in Serumkonzentration von 2 – 3 ng/ml vorliegt [5]. Die hohe Selektivität der Detektion
ermöglicht die Verwendung herkömmlicher
analytischer HPLC, was der Reproduzierbarkeit
des Assays zugutekommt.
Die quantitative Proteinbestimmung per
MRM als Alternative zu ELISA-Methoden hat ihr
großes Potential für die biochemische Forschung
bereits bewiesen. Ihre Verwendung zur Bestimmung von Proteinbiomarkern im klinischen
Umfeld steckt allerdings noch in den Kinderschuhen: Von den derzeit 109 von der FDA anerkannten Proteinbiomarkern wird zur Zeit noch
kein einziger per Massenspektrometrie bestimmt
[6], jedoch ist zu erwarten, dass hier massenspektrometrische Methoden an Bedeutung gewinnen werden.
Literatur
[1] Bantscheff M. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 389,
1017–1031 (2007)
[2] Addona T.A. et al.: Nature Biotech 27, 633–641
(2009)
[3] Anderson N.L. et al.: J. Proteome Res. 3, 235–244
(2004)
[4] Anderson. N.L. et al.: Mol. Cell. Proteomics 8,
995–1005 (2009)
[5] Fortin T. et al.: Anal. Chemistry, e-publication ahead
of print (2009)
[6] Anderson N.L.: 8th World Congress of the Human
Proteome Organization, Toronto/Kanada (2009)
Dr. Christof Lenz
Applied Biosystems
Darmstadt
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etabliert. Da der Probendurchsatz und der Kostendruck stetig zunehmen, sind
Der Inlandsabsatz an Pflanzenschutzmittelwirkstoffen betrug in
Deutschland im Jahr 2007 insgesamt 40744 Tonnen, davon allein
17147 Tonnen Herbizide [1]. Bei deren Einsatz gelangen diese Stoffe in
die Umwelt und können auch aquatische Systeme erreichen. Um den
Umfang der Belastungen ausreichend erfassen zu können, ist eine
regelmäßige und räumlich engmaschige Untersuchung von Oberflächen- und Grundwasser sinnvoll.
Für die Analytik organischer
Spurenstoffe in Oberflächen- und
Grundwasser aber auch in Trinkwasser sind hochempfindliche
Analysemethoden erforderlich, da
hier eine Quantifizierung im niedrigen Konzentrationsbereich gefordert wird. Für Pflanzenschutzmittel
und deren relevante Metabolite
analytische Prozesse einer kontinuierlichen Weiterentwicklung und Optimierung
unterworfen. Durch den Einsatz der schnellen Flüssigkeitschromatographie
(HPLC) können die Trennzeiten und dadurch bedingt der Eluentenverbrauch um
ein Vielfaches reduziert werden. Je nach Anforderung sind für die schnelle HPLC
spezielle chromatographische Systeme erforderlich, mit denen die benötigten
Drücke und Gradienten reproduzierbar gefahren werden können.
stehen in der Trinkwasserverordnung von 2001 Grenzwerte von
100 ng/l für die einzelnen Substanzen und 500 ng/L für die Summe
aller betreffenden Stoffe [2]. Eine
Bestimmungsgrenze von weniger
als ein Viertel des Grenzwertes,
d. h 25 ng/l, wird als ausreichend
angesehen, um den Grenzwert
s icher kontrollieren zu können [2].
Die Flüssigkeitschromatographie
mit tandem-massenspektrometrischer Detektion (HPLC-MS/MS)
wird zunehmend in der Wasseranalytik, besonders für polare Analyte, eingesetzt.
Je nach Ionisierbarkeit der Substanz und der Empfindlichkeit des
Massenspektrometers kann eine
direkte, anreicherungsfreie Bestimmung erfolgen [3]. Bei der
Direktmessung beschränkt sich
die Probenvorbereitung auf die
Filtration der Wasserprobe. Die
d irekte Messung ermöglicht einen
hohen Probendurchsatz bei geringeren Kosten.
Ein wichtiger Aspekt bei der Anwendung von HPLC-MS/MS sind
Matrixeffekte [4]. Da alle realen
Wasserproben neben den gesuchten Analyten eine Vielzahl weiterer
Substanzen enthalten, ist mit einer
Unterdrückung oder Verstärkung
des Analyt-Signals zu rechnen.
Die Kompensation von möglichen Über- und Unterbefunden
kann durch die Anwendung von internen Standards oder mittels
Tab. 1: Massenspektrometrische Parameter für die Bestimmung saurer
Pflanzenschutzmittel
Abb. 1: Van-Deemter-Kurven für unterschiedliche Partikeldurchmesser
(qualitative Darstellung)
Parameter
Einstellung
Parameter
Einstellung
CUR:
15 psi*/35 psi**
TEM:
600 °C
CAD:
5
GS1:
50 psi
IS:
5000 V/–4500 V
GS2:
50 psi
Interface Heater:
On
EP:
10 V/–10 V
* API 4000 Qtrap; ** API 5500 Qtrap
C hromatographie
λ = Irregularitätsfaktor, γ = Obstruktionsfaktor, ω = Wert der unterschied
liche Strömungs- und Packungszustände berücksichtigt, u = lineare Eluens
geschwindigkeit, DM = Diffusionskoeffizient der Analytmoleküle im Eluen
ten (temperaturabhängig), dp =Partikeldurchmesser
DIE BENUTZERFREUNDLICHE
DOSIERPUMPE
Flüssigkeitsdosierung ist jetzt einfacher
denn je
Die neue SIMDOS® Dosierpumpe erlaubt auf einfache Art
und Weise genaues Dosieren und den kontinuierlichen
Transfer von praktisch jeder
Flüssigkeit für den Laborgebrauch. Das
klare Display, die benutzerfreundliche
Schnittstelle und die geradlinige
Steuerung gewährleisten eine intuitive
Bedienung und mühelose
Überwachung.
Standardaddition erfolgen. Isotopenmarkierte Standardverbindungen sind jedoch nicht immer für jeden Analyten verfügbar, weshalb
die Quantifizierung über die Standardaddition erfolgen sollte. Der
Analysenaufwand nimmt hierbei
bis um den Faktor vier zu, da neben
der eigentlichen Probe zusätzlich
aufgestockte Proben analysiert
werden müssen [5].
Besonders unter diesen Gesichtspunkten ist der Einsatz der
schnellen Chromatographie sinnvoll, da durch eine Verkürzung der
Analysenlaufzeit das Verfahren der
Standardaddition ohne Verringerung des Probendurchsatzes möglich ist. Die schnelle Chromatographie ist im Wesentlichen durch die
Verwendung kurzer Trennsäulen
mit kleinen Innendurchmessern
(ca. 2 mm) und kleinen Partikeln
(in Bereich von 2 µm) der stationären Phase charakterisiert. Die
Anforderungen an die schnelle
HPLC-MS sind:
▪▪ Hohe obere Druckgrenze
▪▪ Geringes Verweilvolumen
(Volumen zwischen dem
ereich der Elutionsmischung
B
bis zum Säulenanfang)
▪▪ Beheizbarer Säulenofen
▪▪ Hohe Scanrate bei der Detektion
Theoretisch kann die schnelle Chromatographie mit Hilfe der VanDeemter-Gleichung, die die Abhängigkeit der theoretischen Bodenhöhe
H beschreibt, betrachtet werden.
Für verschiedene Partikeldurchmesser der stationären Phase ergeben sich die in Bild 1 dargestellten
Kurvenverläufe. Bei kleinen Partikeldurchmessern kann die lineare
Fliessgeschwindigkeit erhöht werden, ohne merklich an Trennleistung zu verlieren.
Eine weitere wichtige Größe in
der schnellen Chromatographie ist
die Säulentemperatur. Je höher die
Temperatur, umso größer wird der
Diffusionskoeffizient DM und umso
kleiner die Viskosität des Eluenten.
Dies führt zu einer geringeren
Bodenhöhe (C-Term der Van-Deemter-Gleichung) und zu einer geringeren Druckdifferenz.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die schnelle HPLC-MS/MS
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Abb.3: Ergebnis der Optimierung des Gradientenprofils hinsichtlich der
bestmöglichen Peakverteilung bei einer Temperatur von 45 °C
C hromatographie
Tab. 2: Gegenüberstellung der Parameter für die Standardmethode und die optimierte Methode
Standardmethode
System
Säule
Optimierte Methode
Agilent 1200 Series
Dionex UltiMate 3000 RSLC
Zorbax Eclipse XDB-C18,
50 x 4,6 mm, 1,8 µm
Acclaim, RSLC 120 Å, C18,
50 x 2,1 mm, 2,2 µm
Injektionsvolumen
100 µl
Temperatur
25 °C
60 °C
Eluent A
Wasser, 0,2 V % Essigsäure
Eluent B
Methanol, 0,2 V % Essigsäure
Flussrate
Gradient
Laborbedarf _ Life Science _ Chemikalien
0,6 ml/min
0,5 ml/min
Zeit [min]
Anteil B [%]
Zeit [min]
Anteil B [%]
0,0
20
0,00
20
0,5
20
0,67
60 (Stufe 1)
10,5
90
1,99
61 (Stufe 2)
10,6
20
2,54
90
15,5
20
3,54
90
3,62
20
4,00
20
für die Analytik von sauren Herbiziden in Oberflächen-, Grund- und Trinkwasser.
Materialien und Geräte
Zur Probenvorbereitung wurden sämtliche Proben über 0,2 µm Celluloseacetat-Spritzenvorsatzfilter filtriert.
Die Messungen der Optimierung wurden mit
der HPLC UltiMate 3000 RSLC der Fa. Dionex
durchgeführt (Abb. 2). Als Detektoren kamen die
Triple-Quadrupol-Massenspektrometer API 4000
Qtrap bzw. Qtrap 5500 der Fa. Applied Biosystems zum Einsatz (Tabelle 1). Als chromatographische Trennsäulen fanden die Säulen Acclaim
RSLC 120 Å, C18, 2,2 µm, 50 x 2,1 mm bzw. Acclaim RSLC PA2, 2,2 µm, 50 x 2,1 mm (Dionex)
Anwendung.
Für die Auswertung von statistischen Versuchsplänen wurde die Software Unscrambler
der Fa. Camo verwendet und die Umrechnung
von HPLC-Parametern von der normalen zur
schnellen HPLC erfolgte mit Hilfe des Programms RSLC Method Speed Up Tool 1.14i der
Fa. Dionex.
u. a die Wahl einer geeigneten Trennsäule, die
passenden Eluenten, die Puffer bzw. Ionisationshilfsmittel, der Gradient und die Säulentemperatur. Gewöhnlich erfolgen Optimierungen durch
das Prinzip der schrittweisen Variation der Einstellgrößen (Faktoren), bei dem jeweils eine Grö-
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C hromatographie
Tab. 3: Nachweis- und Bestimmungsgrenzen (NG, BG) nach DIN 32645
(k = 2, P = 95 %, Kalibrierbereich 1 – 100 ng/l, 15 Kalibrierlevel)
API 4000 Qtrap
Analyt
Qtrap 5500
NG [ng/l] BG [ng/l] Steigung NG [ng/l] BG [ng/l] Steigung
[counts/
[counts/
ng]
ng]
ESI(–)
Abb. 4: Vergleich zwischen der Standardmethode (oben) und optimierten
(unten) HPLC-MS/MS-Methode für die sauren Pflanzenschutzmittel (ß =
1 µg/l; Injektionsvolumen = 100 µl)
ße verändert wird, während die
anderen konstant gehalten werden. Anschließend werden die
nächsten Einstellgrößen entsprechend optimiert (one-factor-at-atime). Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass bei
Vorliegen von Wechselwirkungen
einzelner Faktoren das erzielte Ergebnis von der Reihenfolge der
Versuchsdurchführung abhängt.
Bei der Optimierung mit Hilfe
von Methoden der statistischen
Versuchsplanung werden alle Faktoren gleichzeitig variiert, so dass
Wechselwirkungen zwischen einzelnen Faktoren erkannt werden
können. Im vorliegenden Beispiel
wurden das faktorielle Versuchsdesign und das „Central Composite
Design“ (CCD) angewendet [6].
Durch die Anwendung des faktoriellen Versuchsdesigns lassen sich
die für die zu optimierende Zielgröße (Response) signifikanten Fakto724 • GIT Labor-Fachzeitschrift 11/2009
ren und deren Wechselwirkungen
ermitteln.
Als Zielgrößen wurden die optimale Verteilung der Analytpeaks
über die Chromatographiezeit und
die Basispeakbreite herangezogen.
Folgende fünf Faktoren mit jeweils
zwei Niveaus wurden bei der Optimierung berücksichtigt:
▪▪ Säulentemperatur: 70 °C/45 °C
▪▪ Ionisationshilfsmittel im Eluenten: 0,1 V % Ameisensäure/0,2
V % Essigsäure
▪▪ Trennsäule: Dionex PA2 50 x
2,1 mm/Dionex RSLC 120 C18
50 x 2,1 mm
▪▪ Gradientenstufe 1: 50 %/60 %
Methanol
▪▪ Gradientenstufe 2: 65 %/75 %
Methanol
Die Untersuchungen mittels faktoriellem Versuchsdesigns ergaben,
dass die Säulentemperatur und
die beiden Gradientenstufen einen
2,4,5-T
24
51
33
5
9
1168
2,4-D
29
59
26
2
4
2716
2,4-DB
9
20
5
8
14
101
Bentazon
3
8
940
3
5
23385
Bromoxynil
11
25
77
4
8
5072
Clopyralid
42
90
31
8
14
212
Dicamba
26
54
81
29
53
3146
Dichlorprop
16
34
66
3
5
3146
Dinoterb
12
27
1562
22
41
17859
DNOC
23
50
107
6
11
6553
Fenoxaprop-P 34
70
26
3
5
1839
Fluazifop
28
58
62
2
4
6138
Ioxynil
6
14
322
4
7
23163
MCPA
7
17
31
3
6
5175
MCPB
40
93
6
5
10
552
Mecoprop
14
34
220
3
5
7240
ESI(+)
Fluroxypyr
8
18
87
13
25
1263
Haloxyfop
5
12
236
3
6
3917
Mesotrion
4
10
119
8
15
1984
Nicosulfuron 7
16
232
6
12
726
Quinmerac
7
16
839
7
12
3153
Sulcotrione
5
11
215
8
15
2107
signifikanten Einfluss auf die
Peakverteilung haben. Mit Hilfe
der Trennsäule RSLC 120 C18 50 x
2,1 mm konnten schmalere Substanzpeaks erhalten werden. Im
zweiten Optimierungsschritt wurden die signifikanten Faktoren
hinsichtlich der bestmöglichen
Verteilung der Analytpeaks mit
Hilfe eines CCD-Versuchsplanes
systematisch variiert. Der Einfluss
des Gradientenprofils auf die
Peakverteilung von 16 sauren Herbiziden ist in Bild 3 dargestellt.
Das Optimum liegt bei ca. 60 %
Methanol für beide Gradientenstufen (Tabelle 2). Die chromatographischen Bedingungen der
Standardmethode sowie der opti-
mierten Methode sind in Tabelle 2
gegenübergestellt.
Einsatz der schnellen HPLCMS/MS für die Bestimmung
der sauren Pflanzenschutz
mittel
Die hinsichtlich der Verkürzung der
Chromatographiezeit und bestmöglicher Peakverteilung optimierte Methode zur Bestimmung
von sauren Pflanzenschutzmitteln
wurde für die Untersuchung von
Oberflächen-, Grund- und Trinkwasser eingesetzt. Der Vergleich
der Standardmethode mit der optimierten Methode ist in Abbildung 4 gezeigt.
C hromatographie
Grundsätzlich ist bei der Beschleunigung von HPLC-Methoden darauf zu achten, dass die
Messzykluszeit des Massenspektrometers entsprechend verkürzt
wird, um noch ausreichend viele
Datenpunkte je Peak zu erhalten.
Dies wurde im vorliegenden Beispiel durch die Anwendung von
automatisch gesetzten Messfenstern je Substanz (Scheduled Multiple Reaction Monitoring, sMRM)
bzw. durch manuelle Messfenster
erreicht.
Für die in der optimierten Methode verwendete Trennsäule (50 x
2,1 mm, 2,2 µm) konnte gezeigt
werden, dass für Injektionsvolumina von 5 – 100 µl sich die jeweiligen Peakbreiten nicht signifikant
veränderten. Deshalb wurden bei
der anreicherungsfreien Messung
100 µl filtrierter Wasserprobe injiziert. Die ermittelten Nachweisund Bestimmungsgrenzen für zwei
verschiedene Massenspektrometer
sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Es wurden Nachweisgrenzen bis in
den einstelligen ng/l-Bereich erzielt. Besonders bei Verwendung
der Qtrap 5500 lagen alle Nachweisgrenzen unterhalb von 10 ng/l
mit Ausnahme von Dicamba, Dinoterb und Fluroxypyr.
Das Auftreten von möglichen
Matrixeffekten [4] bei der Messung wurde anhand der Ermittlung
der Wiederfindungsfunktion durch
Dotierung verschiedener Matrices
geprüft. Die Wiederfindungsraten
lagen meist im Bereich zwischen
80 und 120 %. In Einzelfällen traten davon erhebliche Abweichungen auf. Besonders für die Substanzen Clopyralid und Dicamba
wurden je nach Matrix deutlich
verschiedene Wiederfindungsraten
beobachtet. Eine Kontrolle der
Quantifizierung durch Standardaddition ist deshalb angezeigt.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass durch die
Kombination der schnellen Chromatographie mit geeigneten Massenspektrometern effiziente und
nachweisstarke Bestimmungsmethoden für die organische Spuren-
analytik von Wasser zur Verfügung
stehen.
Literatur
[1] Bundesverband der Agrargewerblichen Wirtschaft e.V. – Ausgewählte
Handelspositionen: Produktion und
Absatz
Pflanzenschutzmittel,
06.01.2009
[2] Trinkwasserverordnung 2001 – Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch,
BGBI 2001 Teil I 24, 959–980
[3] Seitz W. et al.: Rapid Commun.
Mass Spectrom., 20, 2281 (2006)
[4] Kloepfer A. et al.: J. Chromatogr. A,
1067, 153, 2005
[5] DIN 38407-35 Entwurf 2008: Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-,
Abwasser- und Schlammuntersuchung – Gemeinsam erfassbare
Stoffgruppen (Gruppe F) – Teil 35:
Bestimmung ausgewählter Phenoxyalkancarbonsäuren und weiterer
acider Pflanzenschutzmittelwirkstoffe mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie und massenspektrometrischer
Detektion
(HPLC-MS/MS) (F 35), Beuth Verlag
[6] Montgomery D. C.: Design and analysis of experiments, Wiley, New
York (2009)
Danksagung
Die Autoren danken der Fa. Dionex
(Idstein) für die engagierte Unterstützung bei der Entwicklung der
schnellen
chromatographischen
Methoden sowie der Fa. Applied
Biosystems (Darmstadt) für die Hilfe bei den HPLC-MS/MS-Messungen.
Henning Blott
Dr. Wolfram Seitz
Dr. Wolfgang Schulz
Dr. Walter H. Weber
Zweckverband Landeswasser
versorgung
Betriebs- und Forschungs
laboratorium
Langenau
Tel.: 07345 / 9638-2266
[email protected]
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C hromatographie
HILIC-Chromatographie
Effizientere HPLC-Trennung polarer Substanzen
Die Chromatographie sucht stets nach neuen und effektiven Strategien die Herausforderungen der modernen Analytik zu bewältigen.
Speziell für polare Verbindungen stößt die Umkehrphasen-HPLC –
die meist gebräuchlichste Analysenmethode – immer wieder an ihre
Grenzen. Hier stellen hydrophile, stationäre Phasen eine ideale
Ergänzung für die Trennung von polaren Analyten in der HPLC dar.
Was ist HILIC?
Der Begriff Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography (HILIC) wurde durch Alpert 1990
eingeführt [1]. In der HILIC-Chromatographie
werden, wie in der Normal-Phase-Chromatographie (NPC), polare stationäre Phasen verwendet,
jedoch mit gepufferten mobilen Phasen wie in
der Reversed-Phase-Chromatographie (RPC).
Als stationäre Phasen
können verschiedene
polare Materialien
verwendet werden,
die sich in ihrer
Selektivität und Reproduzierbarkeit
deutlich unterscheiden. Neben neutralen
polaren Phasen (z. B.
Diolphasen) und geladenen Phasen (unmodifizierte
Kieselgele, Aminophasen, Polysulfoethyl-Kationentauscher [2]), haben sich zwitterionische Phasen mit quaternären Amin- und
Sulfonsäure-Gruppen als besonders geeignet für
die HILIC-Chromatographie erwiesen.
Für die mobile Phase, bei der der organische
Anteil (60 – 97 %) höher ist als der wässrige
Anteil (40 – 3 %), werden als wässrige Puffersysteme vornehmlich flüchtige Puffer, wie Ammoniumacetat oder -formiat verwendet. Zusätze von
Ammoniak oder Ameisensäure in der mobilen
Phase sind möglich. Durch Verwendung solcher
ionischer Zusätze können neben dem pH auch
die Ionenstärke des Eluenten und somit das
Retentionsverhalten gesteuert werden. Damit
erstrecken sich die Anwendungsbereiche über
recht polare Verbindungen, sowie organische
und anorganische Ionen, entsprechend der
Ionen-Chromatographie (IC).
Das in der Abbildung 1 dargestellte Trennprinzip basiert auf der Verteilung der polaren
Analyten zwischen einer wasserreichen Grenzschicht, die auf der Oberfläche der polaren stati-
onären Phase immobilisiert wird, und der organischen mobilen Phase. Somit kann HILIC als
Verteilungschromatographie oder flüssig/flüssigExtraktion zwischen mobiler und stationärer
Phase betrachtet werden.
HILIC im Vergleich mit NP-, RP- und
Ionenaustausch-Chromatographie
Bei der Normal-Phase-Chromatographie (NPC)
werden polare Phasen (Kieselgel-, Amino- oder
Cyano-Phasen) mit unpolaren, lipophilen Eluenten (Hexan, Heptan etc.) unter Zusatz von bis zu
20 % Alkoholen (Isopropanol, Ethanol etc.) eingesetzt. Der Trennmechanismus basiert auf
Adsorption mittels Wasserstoffbrückenbindungen, Dipol-Dipol- oder π-π-Wechselwirkungen.
Die NP-Chromatographie eignet sich zur Trennung von nichtionischen unpolaren und mittelpolaren Substanzen. Nachteilig sind vor allem lange
Equilibrierungszeiten und oft auftretende TailingEffekte, insbesondere bei höherer Beladung.
Die Reversed-Phase-Chromatographie (RPC)
wurde wegen ihrer Reproduzierbarkeit und
Robustheit die Methode der Wahl.
Kommerziell sind viele dieser
unpolaren Phasen (verschiedene Konzepte an
Standard- und basendesaktivierten C18-,
C8-, C6H5-Phasen
etc.) erhältlich. Als
mobile Phasen dienen polare, wässrige
Eluenten mit Zusätzen
an Acetonitril oder
Methanol. Der Trennmechanismus wird vor allem
durch van-der-Waals-Wechselwirkungen bestimmt. Bei stark polaren und geladenen Verbindungen zeigen RP-Phasen jedoch
Grenzen im Retentionsvermögen. RP-Phasen mit
polaren eingebetteten Gruppen konnten nur bedingt Abhilfe schaffen, da diese ein erhöhtes
Bluten im UV-Detektor zeigen, und somit in der
Spurenanalyse nicht anwendbar sind.
In der Ionenaustausch-Chromatographie (IC)
werden starke und schwache Kationen- bzw.
Anionentauscher (SCX-, SAX-Phasen), mit teils
hochkonzentrierten Puffern für die Trennung
ionischer und stark polarer Verbindungen verwendet. Diese Puffer, wie auch Ionen-Paar-Reagenzien bei der Anwendung mit RP-Phasen, sind
C hromatographie
Abb. 1: Trennprinzip einer HILIC-Phase
für die immer häufiger angewendeten Detektionssysteme, wie
LC-MS-, LC-MS/MS- und Lichtstreudetektoren ungeeignet.
Die HILIC-Chromatographie mit
zwitterionischen Phasen zeichnet
sich primär durch schwache elektrostatische Wechselwirkungen, sowie Wasserstoff-Brückenbindungen zwischen neutralen polaren
Molekülen unter hochorganischen
Elutionsbedingungen aus. Hierin
unterscheidet sich HILIC von der
Ionenaustausch-Chromatographie.
Die HILIC-Trennung resultiert aus
der Polarität der Verbindungen
sowie deren Solvatisierungsgrad.
Stärker polare Verbindungen
haben ausgeprägtere Wechselwirkungen mit der wasserreichen
Grenzschicht der stationären Phase
als weniger polare Verbindungen.
Daher wird eine stärkere Retention
bewirkt.
Unpolare Verbindungen weisen
infolge weniger hydrophober
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Abb. 2: Inverses Retentionsverhalten einer HILIC-Phase zur RP-Phase
C hromatographie
librierungszeiten möglich. Ferner
zeichnet die Phase eine hohe Stabilität aus.
Abb. 3: Betain-Struktur der
zwitterionischen HILIC-Phase
Anwendungsgebiete von
HILIC-Phasen
Wechselwirkungen zur HILIC-Phase
im Vergleich zu RP-Phasen schnellere Elutionsprofile auf. Dadurch ist
die Elutionsreihenfolge auf HILICSäulen oftmals umgekehrt zu
RP-Säulen, wie auch das Beispiel
der Trennung von Uracil und Naphthalin veranschaulicht (Abb. 2).
Durch ihre besonderen Trenneigenschaften sind HILIC-Phasen vor
allem für die Bestimmung von mittelpolaren und polaren Substanzen
anwendbar. Gerade diese Substanzgruppen findet man zunehmend in allen Anwendungsgebieten der HPLC.
So sind nicht nur Bestimmungen
von polaren Verbindungen aus
Lebensmitteln, wie aktuell Melamin
in Milch oder Acrylamid in Backwaren notwendig, sondern auch Trennungen von Vitaminen und organischen Säuren in Nahrungsmitteln
und Pharmaprodukten. Die Abbildung 4 zeigt die effiziente Trennung
von Melamin und Cyanursäure auf
der Nucleodur HILIC-Säule mit UVund MS-Detektion.
Auch für pharmazeutische und
physiologische Substanzen, wie
das Chemotherapeutikum 5-Fluoruracil, dem Energieträger im Muskelstoffwechsel Creatin, Catecholaminen und Aminosäuren wurden
reproduzierbare Applikationen entwickelt. In der Bioanalytik lassen
sich Nucleotide, sowie die Pyrimidin- und Purin-Basen bestimmen.
Da aus Umweltproben zunehmend zwar gutabbaubare, aber
immer polarere Pestizide bestimmt
werden müssen, gewinnen die Bestimmungen von Substanzen wie
Chlormequat, Mepiquat, Paraquat
und Diquat, sowie die Aminophosphorsäure-Herbizide
Glyphosat,
Glufosinat und AMPA weiter an
Bedeutung [3].
Weitere bekannte Anwendungen für HILIC-Phasen sind Bestimmungen von Peptiden [4], Kohlenhydraten [5] und glykolisierten oder
phosphorylierten Verbindungen [1].
Das vorteilhafte Konzept
zwitterionischer HILIC-
Phasen
Ein Vorteil von HILIC-Phasen ist die
Verwendung von Wasser und flüchtigen Puffern. Die wässrigen Systeme gewähren eine hohe Löslichkeit
von polaren Verbindungen und eine
Kompatibilität mit MS-Detektoren.
Von den verschiedenen Konzepten an HILIC-Phasen, zeigen neutrale HILIC-Phasen schwache oder
keine ionische Wechselwirkungen.
Sie sind dadurch weniger selektiv.
Geladene Phasen haben durch
ionische Wechselwirkungen zwar
eine höhere Selektivität, benötigen
aber höhere Pufferkonzentrationen, was wiederum problematisch
in der Detektion sein kann.
Dagegen haben zwitterionische
HILIC-Phasen eine hohe Selektivität durch schwache ionische und
elektrostatische Wechselwirkungen. Sie erfordern nur geringe
Konzentrationen von MS-kompatiblen Puffern.
Die von Macherey-Nagel entwickelte Nucleodur HILIC ist eine spezielle zwitterionische Phase mit
Betain-Struktur (Abb. 3). Durch ein
zum
Patent
angemeldetes
Anknüpfungsverfahren von 3-N,NDimethylaminopropansulfonsäure
an hochreinem Kieselgel wird ein
vollständiger
Ladungsausgleich
zwischen den positiven und negativen Ladungen erreicht. Das
bewirkt eine hochpolare Oberfläche. Dadurch sind sehr kurze Equi728 • GIT Labor-Fachzeitschrift 11/2009
Fazit
Insbesondere die zwitterionischen
HILIC-Phasen eignen sich für die
Abb. 4: Trennung von Melamin und Cyanursäure auf der HILIC-Säule
Chromatographie von mittelpolaren, polaren und ionischen Verbindungen. Sie lassen sich neben den
gängigen Detektionssystemen UVund Fluoreszenz-Detektion auch
auf hochsensiblen LC-MS-, LC-MS/
MS- und Lichtstreudetektoren anwenden, da sie neben dem organischen Anteil nur geringe Konzentrationen an flüchtigen Puffern in
der mobilen Phase benötigen.
Bei den zwitterionischen Phasen zeichnet sich Nucleodur HILIC
vor allem durch kurze Equilibrierungszeiten und hoher Stabilität
aus, was auf die spezielle BetainStruktur zurückzuführen ist. Effiziente Trennungen aus verschiedenen Anwendungsgebieten zeigen,
dass HILIC-Chromatographie eine
effektive Alternative zur konventionellen RP-Chromatographie von
polaren Substanzen ist.
Literatur
[1] Alpert A.J.: J. Chromatogr. A, 499,
177–196 (1990)
[2] Alpert A.J. und Andrews, P.C.: J.
Chromatogr. A, 443, 85 (1988)
[3] MN-Application Database, www.
mn-net.com/apps
[4] Andrews P.C.: Pept. Res., 1, 93
(1988)
[5] Churms S.C.: J. Chromatogr. A, 720,
75–91 (1996)
Autoren:
Dr. Detlef Lambrecht
CSC Chromatography
Dr. Markus John
R&D Liquid Chromatography
CSC Chromatography
Macherey-Nagel GmbH & Co.KG
Düren
Tel.: 02421/969-142
Fax: 02421/969-199
[email protected]
www.mn-net.com
Schwerpunkt
M ikro - / N anotechnologie
Welche Pumpen braucht die
Mikroreaktionstechnik?
Optimierungsprozesse in der Praxis
Merkmale wie höchste Förderpräzision mit Abweichungen von < 1µl,
Pulsationsfreiheit, hoher Druck, hohe Betriebssicherheit für die indus-
triellen Anwendungen sind die Messlatten für die Entwicklung von
innovativen Pumpen für die Mikroreaktionstechnik.
Nahezu alle namhaften Pharma- und Chemiekonzerne haben die Vorteile der Mikroreaktionstechnik und der Membrantechnologien für
ihre Prozesse erkannt und arbeiten an der
Umstellung Ihrer Produktion auf Basis der Mikroreaktionstechnik. Schnelles Mischen, hocheffizienter Wärmetausch, niedrige Anlagenkosten,
hohe Anlagensicherheit und gute Regelbarkeit
sind neben der sehr guten Produktqualität
überzeugende Argumente für die Mikroreaktionstechnik. Zudem bietet sie die Möglichkeit
flexible Kleinanlagenkonzepte (table factory)
für die Herstellung kleiner Produktionsmengen
umzusetzen.
Inzwischen zeigen die Erfahrungen der Forscher und Anwender, dass ohne Pumpen mit den
oben genannten Merkmalen die geforderte hohe
Produktqualität aus einem Mikroreaktionssystem nicht, oder nur eingeschränkt herstellbar ist.
Bei den verfahrenstechnischen Grundoperationen wie Mischen, Dispergieren, Begasen, Fällen,
Wärmeübertragung z. B. für die Herstellung von
ionischen Flüssigkeiten und auch bei den Mem
brantechnologien stößt man ohne eine geeignete Pumpentechnologie schnell an die Grenzen.
Die MMT Micro Mechatronic Technologies
aus Siegen hat in Zusammenarbeit mit namhaf-
Abb.1: µ- Prozessdosierpumpen MDP1f (links) und HDP3f (rechts) für die pulsationsfreie, präzise
Förderung von Fluiden
Schwerpunkt
FRITSCH premium line
RUCK-ZUCK!
Planetenkugelmühle PULVERISETTE 7:
einzigartige 1100 U/min durch versenkte Becher.
FRITSCH. EINEN SCHRITT VORAUS.
Abb. 2: Nicht nur der Mischer machts
ten Pharma- und Chemieunternehmen und der RWTH Aachen (ITHC)
eine spezielle Pumpentechnologie
für die Mikroreaktionstechnik entwickelt. Die µ-Prozessdosierpum
pen MDP1f mit Fördermengen von
3,2/h bei Drücken von 50 bar und
dem großen Bruder die HDP3f für
das Upscaling der Anlagentechnologie mit Fördermengen von bis zu
22/h und Drücken von 100 bar und
mehr, erfüllen als Spezialisten die
Erfordernisse der Mikroreaktionstechnik wie Pulsationsfreiheit,
höchste
Fördermengenkonstanz
auch bei prozessbedingten Gegendrücken.
Förderpräzision
Kein µm darf auf dem Weg des
Kraftflusses vom Servomotor bis
zur Kolbenfläche verloren gehen.
Die elektronisch kommutierte,
hochgenaue Drehbewegung des
Servomotor sichert die über eine
Präzisionsmechanik die pulsationsfreie Fluidförderung durch die Kolben der Pumpe. Die Förderpräzision
mit Abweichungen von < 1 Mikroliter ist in der Regel genauer, als
üblicherweise im Prozess eingesetzte Durchflusssensoren und
Waagen und machen somit eine
Messung des Volumenstrom überflüssig. Fördermengenschwankungen und Pulsationen wirken sich
insbesondere beim Mischen und
beim Beschicken von Membranen
aus. Diese Fördermengenpräzision
muss die Pumpe auch dann bei
behalten, wenn sich aus dem nachfolgenden Prozess hohe Druckschwankungen ergeben.
Selbstentlüftung und Sterili
sation durch FIFO Prinzip
Kolbenpumpen haben in der Regel
den Nachteil, dass das Fluidelement
welches
zuerst
der
Zylinderraum eintritt, diesen zuletzt wieder verlässt. Der durchbohrte Kolben der µ-Prozessdosier
pumpe HDP3f stellt dies auf den
Kopf. Das Fluidelement, das den
Zylinderraum als erstes Betritt,
verlässt ihn als erstes auch wieder. Damit findet eine für Kolbenpumpen ungewöhnliche, sequenzielle Durchströmung des Zylinders
statt (First In First Out „FIFO“Prinzip). Diese gestattet es dem
Anwender, den Zylinderraum ohne
Demontage durch Spülung mit
Fluiden oder Dampf zu reinigen
bzw. zu entkeimen.
Die oben dargestellte µ-Pro
zessdosierpumpe HDP3f hat neben
den oben aufgeführten Merkmalen
noch eine Reihe von weiteren
wichtigen Merkmalen für den Anwender. Selbstentlüftung (Abb.4),
Mehrflutigkeit, sequentielle Förderung, flusskonstante Kolben-umsteuerung, Medienbeständigkeit,
inline Sterilisierbarkeit, schneller
Produktwechsel durch Kolbengruppentausch etc schaffen Flexibilität
und Sicherheit. Die Mehrflutigkeit
ermöglicht es, die Kolbenflächenverhältnisse dem geforderten Mischungsverhältnis von bis zu 3 verschiedenen Fluiden anzupassen,
sodass mit einer Pumpe bis zu 3
Eluenten extrem präzise gemischt
werden können.
Die stoßfreie Umschaltung
einer Kolbenpumpe
Bild 3: Prinzipdarstellung des First In First Out Prinzip (FIFO) für die Kolbenpumpe HDP3f
Rotatorisch arbeitende Pumpen
wie z. B. Zahnradpumpen, Kreiselpumpen etc. zeigen eine mehr oder
weniger hohe Abhängigkeit der
Fördermenge vom Betriebsdruck
und der Medientemperatur (Fördermengendrift). Dies erfordert immer den Einsatz von präzisen
Durchflussmessungen in Verbindung mit schnellen Regelungen
wenn Fördergenauigkeit vom
Anwenderprozess gefordert wird.
Schwerpunkt
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für maximale Sicherheit und
besonders einfache Bedienung.
Abb. 4: Prinzip der Entlüftung bei FIFO Kolben der HDP3f
Genauer fördern da volumetrische Pumpen wie z. B. Kolbenpumpen. Eine hochpräzise Antriebsbewegung in Verbindung mit einer
verformungs- und spielfreien Mechanik und µ-genau gefertigten
Kolben sichern den Fluidstrom µlgenau ohne Durchflussmessung.
Auch in den Endlagen der Kolben
kann heute ohne Umschaltstoß ein
Fluidstrom mit der gleichen Genauigkeit wie auf dem normalen Fahr-
derliche Menge in die gemeinsame
Leitung (Bild 5). Am Ende der linearen Bremsrampe bleibt das fördernden Kolbensystem stehen und
fährt dann im Saughub mit höherer
Kolbengeschwindigkeit in die obere Warteposition.
Die oben beschriebenen Kolbenpumpen mit ihren optimierten
Eigenschaften haben der Mikroreaktionstechnik bereits in einigen
Fällen zu dem lange fälligen technologischem Durchbruch verholfen.
Abb. 5: Kontinuierliches Förderprinzip mit zwei Kolbenantrieben
RAUS - REIN!
PULVERISETTE 7: sekundenschneller
Mahlbecherwechsel mit 2 Handgriffen.
bereich des Kolben gepumpt werden. In Verbindung mit einem
servomotorischen Antrieb je Kolbengruppe ist es mittels elektronischer Rampenkonfiguration möglich, den Umschaltstoß zu
verhindern. Während ein Antriebssystem kurz vor erreichen der Kolbenendlage linear langsamer wird
und somit auch linear abnehmend
weniger fördert, beschleunigt
gleichzeitig ein zweites Antriebssystem eine oben gefüllt wartende
Kolbengruppe und fördert genau
die für den konstanten Fluss erfor-
Willi Hempelmann
MMT Micro Mechatronic
Technologies GmbH
Siegen
Tel.: 0271/31-382-101
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Schwerpunkt
Wenn der Strom aus dem Auspuff kommt
Mikro- und Nanosysteme im Einsatz
Während ein großer Teil der industriell generierten Hochtemperaturabwärme (>300 °C) bereits als
Energiequelle genutzt wird, verpuffen kleinere Mengen oft ins Nichts.
Der Mikrosystemforscher Dr. Wulf
Glatz hat an der ETH Zürich einen
thermoelektrischen Generator zur
Nutzung von Niedertemperaturabwärme (<300 °C) entwickelt.
Thermoelektrische Generatoren
nutzen den Temperaturunterschied
zwischen einer Wärmequelle und
der Umgebungstemperatur zur
Stromproduktion – emissionsfrei
und umweltfreundlich. Sie besitzen
keine beweglichen Teile, wodurch
sie geräuschfrei und wartungsarm
betrieben werden können. Die industrielle Abwärmenutzung, z. B.
mittels ORC (Organic-Rankine-Cycle) Anlagen, ist auf die stationäre
Umwandlung großer Abwärmemengen auf hohem Temperaturniveau
beschränkt. Mit thermoelektrischen
Generatoren sollen zukünftig auch
kleine und mobile Anwendungen
realisiert werden können.
Dünn und flexibel
Die Methode, die in der Gruppe für
Mikro- und Nanosysteme entwickelt wurde, ermöglicht die kostengünstige Fabrikation solcher Generatoren im industriellen Maßstab.
Abb. 1: Der Prototyp des mikrothermoelektrischen Generators ist nicht nur klein, sondern auch flexibel.
Im Gegensatz zu herkömmlichen
thermoelektrischen Generatoren
sind sie dünn und flexibel, womit
sie sich auch für den Einsatz auf
gekrümmten Oberflächen eignen.
Das Kernstück der Generatoren
bilden halbleitende Materialien.
Wenn zwei Halbleiter mit unterschiedlichem Seebeck-Koeffizienten miteinander verbunden werden, entsteht eine elektrische
Spannung – sofern zusätzlich zur
Umgebungstemperatur ein Temperaturgefälle existiert. Der SeebeckKoeffizient steht für die Spannung,
die nötig ist, um eine Temperaturdifferenz auszugleichen.
Herkömmliche Prozesse verursachen bei der Herstellung der benötigten Halbleitersäulen einen
großen Materialverschleiß. Nun ist
es gelungen, diesen zu minimieren, indem man das Halbleitermaterial in der benötigten Form „auf-
wachsen“ lässt, anstatt die Säulen
später zuzusägen, wie es bislang
üblich war. Da dieser neue Fabrikationsprozess zehnmal günstiger ist
als die bisher verwendeten Methoden, öffnet sich ein riesiger Markt.
Praktische Anwendung
Mögliche Einsatzgebiete dieser
Technologie sind im täglichen
Leben zu finden. Die thermoelektri-
Kugelmühlen I Schneidmühlen I Rotor-/Schlagmühlen I
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Schwerpunkt
Preis für innovative Technologie
Für die Entwicklung des kostengünstigen
thermoelektrischen Generators durfte der
Ingenieur Dr. Wulf Glatz den „Swisselectric
Research Award 2009“ entgegennehmen.
Swisselectric, die Organisation der schweizerischen Stromverbundunternehmen, hat sich
u. a. der Effizienzsteigerung von Energieproduktionssystemen verschrieben. Sie unterstützt die Forschung und Entwicklung in der
Schweiz, nicht zuletzt auch auf Hochschulebe22 Dr. Wulf Glatz,
ne. Der Preis, der in diesem Jahr zum dritten
GreenTEG
Mal verliehen wurde, zeichnet laut eigenen
Angaben Forscherinnen und Forscher aus, „welche die Forschung für
eine ausreichende, sichere, preiswerte und umweltgerechte Stromversorgung voranbringen“. Den neuen Herstellungsprozess für thermoelektrische Generatoren entwickelte Glatz im Rahmen seiner Dissertation am Lehrstuhl für Mikro- und Nanosysteme an der ETH Zürich. Das
Forschungsergebnis wurde bereits zum Patent angemeldet. Mit dem im
Juli 2009 neu gegründeten Unternehmen greenTEG will Glatz seine
Technologie in zwei Jahren zur Marktreife bringen.
www.swisselectric-research.ch
schen Generatoren könnten z. B. in
Auspuffanlagen integriert werden,
wo sie die ausströmende Abwärme
in Elektrizität konvertieren und
damit andere Stromgeneratoren
ersetzen können, die für den Betrieb von Klimaanlage, Heizung
oder Licht gebraucht werden und
bis zu 10 % des Bezinverbrauchs
verursachen. Die Vision des neu gegründeten Unternehmens geht so
weit, dass in Zukunft sogar Körper-
wärme in Strom umgewandelt
werden soll, beispielsweise zum
Antrieb eines Mobiltelefons.
Auch zum Kühlen einsetzbar
Der Prozess der thermoelektrischen
Stromgenerierung ist reversibel.
Wenn man einen thermoelektrischen Generator also mit einem
elektrischen Strom speist, entsteht
ein Temperaturunterschied zwi-
Abb. 2: Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators (TEG)
schen der Ober– und der Unterseite des Generators und Wärme wird
von der einen auf die andere Seite
„gepumpt“. Man kann so also
kühlen oder heizen. Gegenüber
konventionellen Kompressionskühlern weist der thermoelektrische
Kühler eine sehr kompakte Bauweise, schnelles Ansprechverhalten, sowie lautlosen und kühlmittelfreien Betrieb als Vorzüge auf.
Bereits heute kommen thermoelektrische Kühler, welche auch Peltier
Kühler genannt werden, vielfach in
der Labortechnik und bei wissenschaftlichen Instrumenten zum Einsatz. Mit der neu entwickelten
Technologie werden in Zukunft sol-
che Kühler in flexibler und noch
kompakterer Form zur Verfügung
stehen und somit weitere Anwendung erschließen.
Dr. Wulf Glatz
GreenTEG GmbH
CH-Zürich
Tel.: +41 44 632 05 06
Fax: +41 44 632 14 62
[email protected]
www.greenteg.com
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PULVERISETTE 7
Schwerpunkt
Nano-Schaltmatrix aus einzelnen Molekülen
Maßgeschneiderte Schaltermoleküle
Molekulare Elektronik
Ein zentrales Ziel der Nanotechnologie besteht
darin, einzelne Moleküle zu elektronischen Bauelemente zusammenzufügen. Diese sog. Molekulare Elektronik würde Funktionen, die in
Schaltkreisen, Sensoren und Maschinen Anwendung finden, auf ein heute kaum vorstellbares
Maß verkleinern. Bei industrieller Nutzung würde eine Vielzahl von Anwendungen revolutioniert. Trotz des enorm hohen Potentials für diese
extreme Form der Miniaturisierung stellt die
Integration der molekularen Bausteine in komplexere Strukturen ein bislang ungelöstes Problem dar. Insbesondere das gezielte Ansteuern
einzelner funktionaler Moleküle in den häufig
durch Selbstorganisation erzeugten Strukturen
gelang bisher nur durch zeitaufwendiges individuelles Kontaktieren mithilfe der Spitze eines
Rastertunnelmikroskops.
Maßgeschneiderte Schaltermoleküle
Jetzt wurde ein völlig neuer Lösungsansatz für
dieses zentrale Problem entwickelt. Hierzu wurden maßgeschneiderte Schaltermoleküle synthetisiert und bezüglich ihrer Fähigkeit untersucht, auf
einer Metalloberfläche zwischen zwei Zuständen
(„an“ und „aus“) hin- und her zuschalten. Bereits
Wissenschaftlern der Freien Universität Berlin und der Humboldt-
Universität zu Berlin ist ein bedeutsamer Fortschritt in der Nanoforschung gelungen. Die Gruppen um den Experimentalphysiker Leonhard Grill und den Chemiker Stefan Hecht haben erstmals gezeigt,
wie die Schalteffizienz von einzelnen Molekülen auf einer Oberfläche
durch ihre Position gezielt variiert werden kann. Dadurch lassen sich
periodische Anordnungen von schaltbaren Molekülen mit einem
Gitterabstand von nur 3 nm aufbauen, da sich der Ort des Schalt
vorgangs präzise kontrollieren lässt. Dieser Abstand ist etwa 100.000
mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.
in früheren Arbeiten konnte das Team zeigen, dass
solche Schaltermoleküle reversibel betrieben, also
an- und wieder ausgeschaltet werden können.
Nun wurden die Moleküle durch das Anbringen
chemischer Gruppen auf eine Weise modifiziert,
dass sich der Ort des Schaltvorgangs präzise kon
trollieren ließ. Es ergab sich ein periodisches Muster, eine Art „Nano-Schaltmatrix“, auf der durch
Anlegen von Spannungspulsen örtlich kontrollierbare reversible Schaltvorgänge innerhalb von
selbstorganisierten molekularen Schichten möglich sind. Diese Schaltvorgänge ähneln den wiederholbaren Schreib- und Löschvorgängen in kon-
ventionellen Speichermedien, jedoch erfolgen sie
in einer wesentlich kleineren Dimension.
Mögliche Anwendung
Dank der fruchtbaren Zusammenarbeit von
Oberflächenphysik und organischer Synthesechemie konnte in dieser Arbeit ein detailliertes
Verständnis von molekularen Schaltprozessen
an Metalloberflächen gewonnen werden. Die
Ergebnisse erlauben es, die Schaltprozesse mit
bisher unerreichter Präzision zu kontrollieren.
Zwar sind die Ergebnisse der Grundlagenforschung zuzuordnen, doch skizzieren sie einen
konzeptionell neuartigen Ansatz, molekulare
Bauelemente individuell anzusteuern und damit
die Möglichkeit, dass eine Molekulare Elektronik
mit elektronischen Schaltkreisen auf der Nanometerskala eines Tages Wirklichkeit werden.
Literatur
[1] Dri, C.; Peters, M. V.; Schwarz, J.; Hecht, S.; Grill, L.:
Nature Nanotechnology, online doi: 10.1038/nnano.2008.269
2 2K o n t a k t
Dr. Leonhard Grill
Institut für Experimentalphysik
Freie Universität Berlin
Tel.: 030/8385-6042
[email protected]
www.physik.fu-berlin.de/~grill
Gitter mit schaltbaren Molekülen, geschaltete Moleküle erscheinen heller
Prof. Stefan Hecht, Ph.D
Institut für Chemie
Humboldt-Universität zu Berlin
Tel.: 030/2093-7365
[email protected]
www.hechtlab.de
Schwerpunkt
Nanoforscher ausgezeichnet
22 Beatriz H. Juarez
22 Marc Schrinner
Kohlenstoffnanoröhren: Aufbau (rechts) und
gebunden an einem Nanopartikel (links).
22 Christian Klinke
Der diesjährige Nanowissenschaftspreis der
Arbeitsgemeinschaft der Nanotechnologie-Kompetenzzentren Deutschlands (AGeNT-D) wurde
zweimal in der Kategorie Junior vergeben. Zum
einen erhielten ihn zwei Forscher der Universität
Hamburg, Beatriz H. Juarez und Christian Klinke,
für eine völlig neue Methode, Kohlenstoff-Nanoröhren mit anorganischen Nanopartikeln zu
funktionalisieren. Der zweite Preisträger ist Marc
Schrinner von Bayer. Er hat in seiner an der Universität Bayreuth entstandenen Dissertation
neuartige Syntheserouten im wässrigen Medium
sowohl für einzelne Metallnanopartikel als auch
für binäre Komposite entwickelt.
Der Nanowissenschaftspreis wurde in diesem
Jahr zum zehnten Mal vergeben und würdigt
hervorragende Arbeiten auf dem Gebiet der
Nanowissenschaften und Nanotechnologie, die
in Deutschland entstanden sind.
Funktionalisierte KohlenstoffNanoröhren
Beatriz H. Juarez und Christian Klinke forschen
an Nanoröhren. Diese sind eine röhrenförmige
Modifikation des Kohlenstoffs mit einem Durchmesser von weniger als einem Tausendstel eines
menschlichen Haares. Sie sind bekannt für ihre
hervorragenden elektrischen Eigenschaften.
Durch die Kombination dieser Nanoröhren mit
halbleitenden Nanopartikeln, die ausgezeichnete Lichtabsorber sind, können z. B. sehr empfindliche Photosensoren hergestellt werden. Bisherige Methoden beruhten vor allem darauf, die
Oberfläche der Nanoröhren chemisch zu modifizieren. Da die Eigenschaften von KohlenstoffNanoröhren aber auf den besonderen Bindungsverhältnissen der Nanoröhren beruhen,
beeinträchtigen diese Methoden die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Nanoröhren deutlich und sind für eine Anwendung
nicht geeignet.
Beatriz H. Juarez und Christian Klinke entwickelten daher am Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg eine Methode, um
eine effiziente und zuverlässige Anbindung von
Nanopartikeln an Nanoröhren zu ermöglichen.
Durch die Integration der Nanoröhren in die
Nanopartikel-Synthese kommt es zu einer direkten Anbindung der Nanopartikel an die Oberfläche der Nanoröhren, ohne dass eine chemische
Behandlung notwendig ist. Bei den Nanopartikeln kann es sich dabei um halbleitende Materialen handeln, die für Solarzellen und Leuchtdioden interessant sind, aber auch um metallische
Nanopartikel, die bei katalytischen Prozessen
wie z. B. in Brennstoffzellen von großer technologischer Bedeutung sind.
Neuartige Synthesen mit Nanopartikeln
Ausgangspunkt der Untersuchungen von Marc
Schrinner waren kolloidale Polymerpartikel in
der Größenordnung von 250 nm. Diese sphärischen Polyelektrolytbürsten bestehen aus einem
Polystyrolkern, an dessen Oberfläche Polyelektrolytketten angebunden sind. Aufgrund der besonderen physikalischen Eigenschaften dieser
Polyelektrolytketten ist es möglich, auf der Oberfläche der Polymerpartikel Metallnanopartikel
im Bereich von 0,6 nm bis zu einigen Nano
metern gezielt zu generieren. Zum besseren
Verständnis der strukturellen Eigenheiten der
Polymer/Nanopartikel-Kompositsysteme wurden
diese eingehend mittels verschiedener Methoden der Transmissionselektronenmikroskopie
(TEM) untersucht, um die katalytischen Abläufe
verstehen zu können. Damit gelang es, ein wässriges Katalysatorsystem zu entwickeln, das im
Sinne einer nachhaltigen Chemie wirkt. Die
beschriebenen Systeme finden bisher als Katalysatoren in Oxidationsreaktionen sowohl für Zwischenstufen von Pharmaprodukten als auch in
der Herstellung aromatischer organischer Verbindungen Verwendung.
www.ag-nano.de
Schwerpunkt
Vermessung einer Proteinkorona
Gelangt ein Nanopartikel ins Blut,
wird er umgehend von einer dünnen Schicht aus Biomolekülen umhüllt. Diese als Proteinkorona
bezeichnete biologische Oberflächenbeschichtung bestimmt maßgeblich, ob er einfach ausgeschieden wird oder ins Innere einer
Körperzelle gelangen kann. Nano
partikel, die fälschlicherweise in
den Körper eindringen, sollten den
Körper natürlich möglichst schnell
wieder verlassen. Wenn sie aber
z. B. therapeutisch eingesetzt werden, sollen sie von bestimmten
Zelltypen gezielt aufgenommen
werden. Deshalb ist es wichtig zu
verstehen, wie körpereigene Moleküle an Nanopartikeln anbinden,
denn über die Biomolekül-Schicht
tritt ein Nanopartikel mit der Zell
oberfläche in Kontakt.
Wie sich Nanopartikel im Körper verhalten, hängt also nicht nur
von ihrem chemischen Aufbau ab.
Entscheidend ist, wie sie mit biologischen Molekülen wechselwirken.
Prof. Gerd Ulrich Nienhaus vom
Karlsruher Institut für Technologie
(KIT) und seine Kooperationspartner von den Universitäten Marburg
und Ulm haben neue Messmethoden entwickelt, mit der sich dieser
dynamische Prozess quantitativ
erfassen lässt.
Methode: Fluoreszenz-Kor
relations-Spektroskopie
Mit der Fluoreszenz-KorrelationsSpektroskopie (fluorescence correlation spectroscopy, FCS) können
die dynamischen Eigenschaften
von Partikeln und einzelnen Molekülen in Lösung untersucht werden. Dazu werden Photonen, die
fluoreszierende Objekte nach Anregung mit Laserlicht abgeben, in
einem konfokalen Mikroskop als
Funktion der Zeit registriert. Durch
einen stark fokussierten Laserstrahl wird das untersuchte
Probenvolumen auf etwa einen
Femtoliter (1 µm3) begrenzt. Die
gemessene Fluoreszenzintensität
fluktuiert, weil einzelne markierte
Moleküle, die in einer Flüssigkeit
gelöst sind, durch die Brownsche
Molekularbewegung in das Probenvolumen hinein- und wieder
herausdiffundieren oder chemische oder physikalische Veränderungen am Molekül die Lichtemission variieren. Die statistische
Analyse der Fluktuationen ermöglicht die präzise Bestimmung von
Diffusionskonstanten und Relaxationszeiten.
Proteinkorona im Fokus
Für die Untersuchung der Nano
partikel wurde Serumalbumin, ein
wichtiges Blutprotein, als Modellprotein gewählt. Wenn es sich auf
der Oberfläche eines Nanopartikels
anlagert, nimmt dessen Durchmesser zu. Die Brownschen Bewegungen werden mit zunehmender Partikelgröße langsamer. Um zu
bestimmen, wie dick die Proteinschicht auf einem Nanopartikel ist,
muss die Zeit ermittelt werden, in
der sich das Partikel durch das
winzige Probenvolumen in der
Flüssigkeit bewegt.
Die Nanopartikel werden so
hergestellt, dass sie Fluoreszenzlicht aussenden, wenn sie mit Licht
bestrahlt werden. Passiert ein einzelnes Nanopartikel, das einen
Durchmesser von etwa 10 nm hat,
in einem speziell entwickelten Mikroskop das extrem kleine Flüssigkeitsvolumen in der Untersuchungskammer, wird es dort von
einem Laserstrahl getroffen und
sendet für einen Sekundenbruchteil
Licht aus. Die Zeitdauer des Lichtblitzes kann präzise gemessen
werden. Ist der Blitz kurz, bewegt
sich der Partikel schnell, ist er lang,
bewegt er sich langsam, was auf
einen größeren Durchmesser
schließen lässt. Da die Größe eines
Albuminmoleküls bekannt ist, lässt
sich daraus mit physikalischen Formeln die Gesamt-Partikelgröße berechnen. Die Berechnungen ergaben, dass die Proteinschicht auf
Proteine (blaugrün) umhüllen einen Nanopartikel (grün), der wie das freie
Protein an der Zellmembran, z. B. an Rezeptoren (blau), anbinden kann.
Quelle: CFN (Center for Functional Nanostructures)
einem Nanopartikel nur eine Moleküllage dick ist.
Zur Beantwortung der Fragen,
wie schnell diese Hülle aufgebaut
wird und wie stabil sie ist, wurden
die Proteine mit einem Farbstoff
markiert, der die Fluoreszenz des
Nanopartikels abschwächt. Wenn
die so behandelten Proteinmoleküle an einen Partikel binden, verringert sich dessen Leuchtintensität.
Die Messdaten zeigen, dass ein
Serumalbuminmolekül im Durchschnitt etwa 100 s auf der Partikel
oberfläche haftet, bis es sich wieder ablöst und durch ein anderes
ersetzt wird.
Die methodische Entwicklung eröffnet neue Messmöglichkeiten, die
auch bei der Risikobewertung von
Nanopartikeln wichtig sind.
Literatur:
[1] Röcker C. et al.: Nature Nanotechnology 4, 577 (2009)
[2] Lynch I. et al.: (News & Views) Nature Nanotechnology 4, 546 (2009).
[3] Jiang et al.: J. R. Soc. Interface, in
press
Weitere Untersuchungen
Zukünftig will das Team, das im
Rahmen des Schwerpunktprogramms 1313 „Biological Responses to Nanoscale Particles“ der
Deutschen Froschungsgemeinschaft
(DFG) gefördert wird, weitere Kombinationen von unterschiedlichen
Biomolekülen und Nanopartikeln
untersuchen. Auch Versuche an
Zellkulturen werden durchgeführt,
um zu sehen, wie Zellen auf die
umhüllten Nanopartikel reagieren.
Prof. G. Ulrich Nienhaus
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Angewandte Physik
und Center for Functional
Nanostructures (CFN)
Tel.: 0721/608-3410
[email protected]
www.kit.edu
www.cfn.uni-karlsruhe.de
D iagnostik / P harma
Vom Leitsymptom zum Laborbefund:
Implementierung diagnostischer Pfade
Der Anwender wählt aufgrund klinischer Leitsymptome mit der im
Laborinformationssystem LabCentre integrierten Stationskommunikationssoftware lic (labor.info.center) lediglich die Fragestellung oder
den Symptomkomplex aus und erhält automatisch ein Auftragsprofil
für das klinische Labor.
Zur Verdeutlichung des praktischen Ablaufs mag folgendes Beispiel dienen: Ein Patient kommt mit
Dyspnoe und Thoraxschmerz in die
Notaufnahme. Aufgrund dieser
Symptomatik stehen differenzialdiagnostisch dem ersten Anschein
nach ein Myokard-Infarkt und/oder
eine Lungenembolie zur Diskussion. Dem Anforderer wird sofort
eine Auftragskonstellation vorgeschlagen, die er entsprechend der
anamnestischen Information jederzeit ändern und ergänzen kann.
Geschultes Assistenzpersonal
ist somit in der Lage, erste laborrelevante Schritte einzuleiten und
damit dem aufnehmenden Arzt die
differenzialdiagnostische Entscheidung zu erleichtern. Dies trägt wesentlich zur Optimierung des ge-
samten Arbeitsablaufs bei: Die
Verweildauer des Patienten in der
Notaufnahme kann deutlich verkürzt werden, die Versorgungskontinuität des Patienten wird erhöht
und gleichzeitig der administrative
Aufwand für Ärzte, Pflege und
Labor gesenkt. Nicht zuletzt verbessert sich die Kommunikation
zwischen Labor und den aufnehmenden Kliniken.
Sobald das Labor die ermittelten Befunde bereitgestellt hat, wird
dem Anforderer das Ergebnis – zum
Beispiel Verdacht auf Lungenembolie oder Ausschluss Lungenembolie
– unmittelbar auf digitalem Wege
mitgeteilt und entsprechend des
Leitlinienkonsenses interpretiert.
Gegebenenfalls werden weitere
diagnostische Maßnahmen empfohlen, wobei das System Wertekonstellationen des aktuellen Befundes sowie Vorwerte und Trends
automatisch berücksichtigt.
Dieser Erstbefund stellt somit
die Basis für weitere differenzialdiagnostische und auch laboranalytische Maßnahmen dar. So könnte
im obigen Fall eine erweiterte
Thrombophiliediagnostik ggf. bereits in der Notaufnahme dazu beitragen, eine gezielte Therapie zu
veranlassen.
Die Implementierung von (labor-)diagnostischen Pfaden in ein
Order-Entryund Befundauskunftssystem kann im entscheidenden
Maße dazu beitragen, unverzüglich
die richtige und vollständige Diagnose zu stellen oder eine falsche
auszuschließen und den eingeleiteten Behandlungsprozess zeitnah
durch geeignete Therapiekontrolle
auf den Erfolg hin zu überprüfen.
Damit trägt ein solches System
direkt oder indirekt zum medizinischen und ökonomischen Erfolg
und damit zur Profitabilität eines
Krankenhauses bei.
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Neues Gesetz zur Identifikation und Codierung von Human-Arzneimitteln
Es gibt eine neue Kennzeichnungspflicht im Arzneimittelsektor:
die Codierung von Medikamenten soll sicherer werden und mit einem
EAN DataMatrix vor Fälschungen schützen. In der Türkei ist dieser
Schutz bereits Gesetz, die EU-Länder werden folgen.
Die geplante EU-Richtlinie im Gesundheitswesen stellt die Arznei
mittel-Hersteller vor logistische Herausforderungen. Die Lieferkette
22 Carsten Welsmann,
Geschäftsführer Welsmann ID,
Identification Systems & Quality, Bielefeld
Zukünftig sollen alle in Europa gehandelten verschreibungspflichtigen Arzneimittel einheitlich
codiert werden. Statt des bisher üblichen eindimensionalen Strichcodes soll ein 2D-Barcode mit
einer Seriennummer versehen und auf die Verpackung gedruckt werden. Die 2D-Barcodes
wurden deshalb als die am besten geeignete
Technologie ausgewählt, weil sie große Datenmengen auf kleinstem Raum speichern.
Der neue Code soll alle relevanten Daten
zum Produkt und der Herstellungscharge sowie
erstmals auch das Verfallsdatum enthalten. Jede
Nummer wird einmalig vergeben. Kommt es zu
Auffälligkeiten des Medikaments wird die serialisierte Codierung erfasst und mit den Daten des
Herstellers verglichen. Somit kann eine Fälschung identifiziert werden.
In der Türkei ist bereits seit dem ersten Juli
dieses Jahres ein Gesetz zur Identifikation und
Codierung von Humanarzneimitteln in Kraft. In
Frankreich wird der Data-Matrix Code zum ersten Januar 2011 gesetzlich vorgeschrieben, es
folgen Spanien (anstelle PDF 417 Code), Italien
(anstatt Bollino-System) und Deutschland
(anstatt PZN). Innerhalb Europas läuft seit
hängt von der Lesbarkeit der Daten ab, reißt sie, drohen Schaden
ersatzansprüche. Eine vorherige Überprüfung der Codes schützt die
Hersteller davor. Bisher haben aber nur wenige Hersteller ihre
Systeme auf EAN DataMatrix umgestellt.
nfang 2009 der ursprünglich für Deutschland
A
geplante Pilotversuch in Schweden.
Wie verhalten das Interesse der Pharma
industrie an der neuen Technologie bisher ist,
zeigt auch die Tatsache, dass in ganz Europa bisher erst etwa zwanzig Drucksysteme verkauft
wurden – vorzugsweise in die Türkei.
Fest steht aber, dass sich alle Pharmahersteller über kurz oder lang auf die Aufbringung des
neuen Codes auf den Produktverpackungen einstellen müssen.
Den Anstoß dazu gaben die European Association of Hospital Pharmacists (EAHP) als auch
die European Federation of Pharmaceutical
Industries and Associations (EFPIA). Beide Organisationen haben sich für eine derartige Regelung ausgesprochen mit dem Ziel, die Medikamentensicherheit zu erhöhen. 2007 wurden an
den Grenzen der Europäischen Union mehr als
vier Millionen Arzneimittel-Plagiate beschlag-
Nahaufnahme: REA MLV-2D Prüfgerät
Schema des 2D-Codes. Diese Daten schützen zukünftig vor Plagiaten.
nahmt, weltweit werden gefälschte Medikamente im Wert von 25 Milliarden Euro vertrieben.
Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) geht
davon aus, dass acht Prozent aller im Umlauf
befindlichen Medikamente gefälscht sind – Tendenz steigend. In Deutschland liegt die Fälschungsquote bei etwa zwei Prozent, meist kursieren die Fälschungen im Internet. Der Verband
forschender Arzneimittelhersteller geht aber davon aus, dass Falschpräparate zunehmend auch
den Fachhandel erreichen, weil sie so perfekt
nachgemacht sind, dass sie selbst für Experten
nicht mehr vom Original zu unterscheiden sind.
Fälschungen enthalten teilweise keine oder gar
giftige Stoffe und stellen für Patienten damit ein
enormes Risiko dar.
Aber nicht nur Patienten, auch Krankenhäuser und Apotheken sollen von dem neuen 2DBarcode profitieren: Apotheken, weil das Aussortieren von abgelaufenen Packungen erstmals
automatisch erfolgen kann. Krankenhäuser, weil
Verwechslungen bei der Medikamentenverord-
nung durch die neue Technologie nahezu ausgeschlossen werden können. Dieser 2D-Code ermöglicht eine eindeutige Patientenidentifikation
und Abgleichung mit dem Medikament selbst.
Voraussetzung dafür aber ist, dass die Codes
auch lesbar sind. Die genaue Lesbarkeit der 2DCodes aber ist das Problem. Nahezu kein Pharma-Hersteller verfügt über Erfahrung mit der
Überprüfung von 2D-DataMatrix Codes. Hersteller, die in die Türkei liefern, müssen die Umstellung bereits bis zur nächsten Lieferung schaffen.
Sie müssen die Codierung auf die angelieferten
Packungen selber aufbringen – der Verpackungslieferant muß dafür ein freies Feld vorsehen.
Codiert wird erst vor dem Versand und nach
Dokumentation der vergebenen Seriennummern
in einer Datenbank. Die Hersteller sind allerdings
gut beraten, die Qualität und die Lesbarkeit der
neuen 2D-Barcodes vor Auslieferung zu prüfen.
Ein Scanner reicht dazu nicht aus. Scanner
sind keine Prüfgeräte und daher auch nicht geeignet, um die Einhaltung einheitlicher Vorga-
ben zu überprüfen und damit einen Anspruch
auf Schadenersatz zu begründen, falls damit
eine Nichtlesung festgestellt wird. Eine objektive Überprüfung kann daher nur mit einem
geeignetem 2D-Code-Prüfgerät erfolgen. Unlesbare, oder schlecht lesbare 2D-Codes können Millionenschäden verursachen, weil durch
sie die Lieferkette – die supply-chain – unterbrochen wird. Mit der Anschaffung eines eigenen Prüfgerätes wie dem REA MLV-2D und der
Schulung von Mitarbeitern im bestimmungsgemäßen Umgang damit, können sich Hersteller
teuere Rückrufaktionen sparen. Sie sollten es
zudem nicht versäumen, immer auch ein Prüfprotokoll mit zu liefern, das die Lesbarkeit und
die Einhaltung der international gültigen Normen (ISO/IEC 15415, ISO/IEC 16022, ANSI
MH10.8.2-2006 und ISO/IEC 15418) dokumentiert. Nur einwandfrei lesbare 2D-Codes
gewährleisten eine funktionierende Lieferkette
bis zum Endabnehmer und erreichen damit das
Ziel der durchgängigen Rückverfolgbarkeit. Die
einwandfreie Lesbarkeit der Original-Codes ist
es, die dem Etikettenschwindel letztendlich
einen Riegel vorschiebt.
Carsten Welsmann
Welsmann ID
Identification Systems & Quality, Bielefeld
Bielefeld
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Q ualitätskontrolle
Dem Täter auf der Spur
Identifizierung von Mikroorganismen mit State-of-the-art-Techniken
Mikroorganismen sind in der Lage nahezu alle Materialien anzugreifen. Sie sind häufig für Materialzerstörungen verantwortlich. Das kann
einen großen Schaden an Gebäuden, aber auch in technischen Prozessen verursachen. Die Ursachen zu finden, zu beseitigen und zukünftige
Zerstörungen zu vermeiden sind wichtige Prozesse beim Kampf gegen
22 Dr. Tanja Gerharz,
Head of Microbiology R&D in der Business Line
IPDPC, Lanxess Deutschland
die mikrobiell induzierte Materialzerstörung. Ein Schritt in diesem
Kampf ist die Identifizierung der Keime, die an diesem Zerstörungsprozess beteiligt sind. Lanxess nutzt dazu in seinen Materialschutz-
Einleitung
Wer kennt es nicht: schwärzliche Verfärbungen
an Fugen, in der Silikonabdichtung oder am
Duschvorhang. Die Ursache hierfür sind meistens Schimmelpilze der Gattung Aspergillus,
Cladosporium oder Alternaria. Diese Pilze bilden Sporen, die durch Melanin-Einlagerung
dunkelbraun bis schwarz pigmentiert sind und
die zu den unschönen Verfärbungen im Badezimmer führen.
Mikroorganismen wie beispielsweise Schimmelpilze, aber auch Bakterien, können nahezu
alle Werkstoffe angreifen und zersetzen. Die
meist aus organischen Substanzen bestehenden
Materialien werden als Nahrungsquelle genutzt;
sie sind Energie- und Kohlenstofflieferant. Darüber hinaus können Pilze beispielsweise mit ihren
Hyphen in Risse und Poren eindringen und damit das Material mechanisch zerstören. Mikroorganismen sind damit maßgeblich für Materialzersetzungen verantwortlich. Es können große
Schäden an Bauten und in technischen Syste-
Laboratorien die Polymerase-Kettenreaktion (PCR-Technologie).
men entstehen. Es ist hinlänglich bekannt, dass
Farben, Putze, Papier und Pappen, Klebstoffe,
Mineralöle, Textilien und Holz durch Mikroorganismen abgebaut werden können. Zerstört werden aber auch Produkte von denen man lange
Zeit angenommen hat, dass sie dem mikrobiellen Abbau widerstehen wie beispielsweise
Beton, Kunststoffe oder Dachziegel (1). Deswegen sind der Nachweis der Schadensursache,
die Beseitigung des Schadens und die Vermeidung zukünftiger Schäden wichtige Schritte bei
der Bekämpfung von mikrobiell verursachter
Materialzerstörung.
Sollen langfristig geeignete Maßnahmen
zum Schutz der Materialien geschaffen werden,
ist die Information über die Zusammensetzung
der Schadkeime von immenser Bedeutung. Ein
wirksamer Schutz wird nur dann erreicht, wenn
man geeignete Maßnahmen zur Verhinderung
Abb. 1: Mikroskopische Aufnahmen von typischen Schadkeimen:
Aspergillus (Pilz)
Bacillus (Bakterium)
des mikrobiellen Bewuchses durchführt und
Mikrobenwachstum präventiv verhindert wird.
Wie Abbildung 1 zeigt, können mikroskopische Untersuchungen zeigen, ob ein Material
mit Pilzen, Bakterien oder Algen befallen ist.
Eine mikroskopische Betrachtung ermöglicht
aber im Allgemeinen keine Identifizierung der
Organismen. Konventionelle mikrobiologische
Verfahren zur Identifizierung sind in der Regel
auf klinische Proben ausgelegt und beschränken
sich zudem auf kultivierbare Mikroorganismen,
erfassen also nur einen ausgewählten Satz an
Standardkeimen. Man geht davon aus, dass unter Laborbedingungen weniger als ein Prozent
der in Proben enthaltenen Bakterien kultivierbar
sind (2). Hinzu kommt, dass wir es bei der Schädigung von Farben, Betonadditiven, Putzen, oder
auch Kühlschmierstoffen mit an diese Materialien angepassten Umweltkeimen zu tun haben.
Trentepohlia (Alge)
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Abb. 2: Schematische Darstellung der Polymerase – Kettenreaktion
Aus diesem Grund kann man diese mit den klassischen Verfahren nur unzureichend identifizieren. Eine genetische Methode, d. h eine auf der
DNA der Schadkeime basierte Nachweißmethode, bietet hier den Vorteil sowohl qualitativ als
auch quantitativ nahezu das gesamte Spektrum
an Schadkeimen zu identifizieren. So kann in
kürzester Zeit geklärt werden, wer den Schaden
verursacht hat.
Die PCR-Technologie
Wie bei einem Kriminalfall hinterlassen die Täter (Mikroorganismen) am Tatort (Farbe, Putz,
Betonadditive, Kühlschmierstoffe, Kunststoffe,
Polymerdispersionen) ihre Spuren, nämlich ihr
artspezifisches Erbgut, die DNA. Jede Zelle enthält DNA mit der man einen eindeutigen genetischen Fingerabdruck erzeugen kann und so
die Täter identifizieren kann. Der genetische
Fingerabdruck ist ein individuelles Muster in
der DNA. Am Tatort findet man allerdings oft
nur kleine Mengen an DNA, die oft nicht ausreicht, um einen genetischen Fingerabdruck zu
erstellen. Erst die Weiterentwicklung der bereits
Anfang der 1980er durch den amerikanischen
Chemiker Kary Banks Mullis (Nobelpreis für
Chemie 1993) entwickelten Polymerase-Kettenreaktion (PCR), (3, 4) machte eine routinemäßig
Untersuchung des genetischen Fingerabdrucks
möglich.
Die PCR-Technologie hat heutzutage vielfältige Anwendungsgebiete. Ebenso wie in der Diagnostik ist es bei der mikrobiellen Materialzerstörung wichtig zu wissen welche Mikroorganismen
für das Schadensbild verantwortlich sind.
Mit Hilfe der PCR kopiert man die DNA ähnlich wie auf einer Kopiermaschine. Aus einem
DNA-Fragment erhält man durch die PCR innerhalb von 30 „Kopier-Zyklen“ eine Milliarde
DNA-Fragmente (Abbildung 2). Die DNA liegt
dann in ausreichender Konzentration für eine
Sequenzierung vor, die den genetischen Code
der Schadorganismen liefert. Dieser wird dann
mit DNA-Datenbanken abgeglichen. Die DNASequenz ist durch die Abfolge der DNA-Bausteine (Nukleotide) in der DNA bestimmt und der
Täter kann so identifiziert werden. Bei der Identifizierung von Mikroorganismen folgt man dem
auf der nächsten Seite dargestellten Schema.
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PCR
Wie in Abbildung 2 dargestellt besteht die PCR
(3, 4) aus sich immer wiederholenden Schritten:
DNA-Denaturierung, Anlagerung der Primer
(Annealing) und DNA-Verlängerung (Elongation). Bei der DNA-Denaturierung werden bei
Schema: Übersicht der PCR-Analytik
Abb. 3: Phylogenetischer Baum basierend auf den Sequenzen der rRNA
Temperaturen um 95 °C die Wasserstoffbrückenbindungen der DNA-Doppelhelix aufgebrochen
und die beiden DNA-Stränge voneinander getrennt und somit zugänglich gemacht. Der
nächste PCR-Schritt ist das Annealing und dient
der Anlagerung der spezifischen Primer. Mit Hilfe
der Primer können so spezifische DNA-Abschnitte wie das 16S oder 18S rRNA-Gen amplifiziert
werden. Die Primer sind kurze DNA-Fragmente,
die sich sequenzspezifisch, d. h komplementär zu
einer Erkennungssequenz anlagern und den
Startpunkt der DNA-Verlängerung anzeigen.
Hierfür ist eine optimale Temperatur erforderlich.
Im letzten Schritt, der Elongation, füllt die DNAPolymerase die fehlenden Stränge mit freien Nukleotiden auf. Sie beginnt am 3‘-Ende des angelagerten Primers und folgt dann dem
DNA-Strang.
Warum wird das rRNA-Gen als Target
zur Identifizierung verwendet?
Ribosomale RNA war wahrscheinlich bereits Bestandteil der ersten lebenden Einheiten auf der
Erde und damit der Vorfahren aller heute lebenden Organismen. Sie gehört zur Grundausstattung jeder heute lebenden Zelle. Gleichzeitig hat
sie in allen Organismen die gleiche Funktion. Es
hat sich gezeigt, dass die Mehrheit der Mikroorganismen sich auf Grund der spezifischen
Sequenz ihres 16S bzw. 18S rRNA Genes identifizieren lässt. Man arbeitet vorwiegend mit der
16S rRNA bei Prokaryonten (Bakterien, Cyanobakterien), (5, 6, 7, 8) und der 18S rRNA bei Eukaryonten (Pilze, Hefen, Algen), (9, 10). Die RNA
ist jedoch ein instabiles Molekül und deren Analyse technisch aufwendig. DNA ist wesentlich
stabiler als RNA und einfacher zu handhaben.
Aus diesem Grund wird in der Praxis nicht die
rRNA sequenziert, sondern die DNA-Abschnitte
die diese rRNA kodieren. Die gesuchte rRNA-Sequenz ist natürlich komplementär zur DNA-
Sequenz. Das rRNA-Gen hat hoch konservierte
Bereiche, also Bereiche, die für alle Mikroorganismen nahezu identisch sind und sich daher
ideal zur Vermehrung durch die PCR eignen. Das
rRNA-Gen hat aber auch unterschiedliche variable Bereiche, die eine Unterscheidung von Familie, Gattung – Genus, Art – Spezies und Stamm
erlauben. Die Sequenzdatenbanken für rRNAGene sind derzeit die umfangreichsten. Mit Hilfe
der rRNA-Sequenzen lassen sich auch verwandtschaftliche Beziehungen feststellen. Während
früher die Stammbäume der Organismen auf
morphologischen Eigenschaften beruhten, basieren die heutigen phylogenetischen Stammbäume (s. Abb. 3) auf den Sequenzen der rRNAGene. Je ähnlicher die Sequenz der rRNA-Gene
ist, desto näher sind die Organismen miteinander verwandt.
Datenbank-Vergleich und die
Identifizierung des Keims
Die DNA-Sequenz des PCR-Produktes kann mittels des so genannten „Blast“-Verfahrens
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) identifiziert und einer Art zugeordnet werden. Dabei
wird die DNA-Sequenz des Genfragments mit
allen in der Datenbank vorhandenen Sequenzen
verglichen. Das Resultat besteht aus in der
Datenbank vorhandenen Sequenzen, die zu der
eingegebenen Sequenz vollständig oder teilweise homolog sind. Anhand einer identischen
Sequenz (100 %ig Homologie) kann der Keim
bis zur Art identifiziert werden. Sollte keine der
Aufbrechen der Zelle

DNA-Isolierung

PCR
(16S rRNA, 18S rRNA, ITS)

Agarose-Gelelektrophorese
zur PCR-Kontrolle

Ggf. Reinigung des PCR-Produkts

DNA-Sequenzierung

Datenbank-Vergleich

Identifizierung des Keims
angezeigten Sequenzen mit der DNA-Sequenz
des Keims 100 % identisch sein, kann je nach
Grad der Homologie eine Abschätzung über die
taxonomische Herkunft, d. h die verwandtschaftlichen Beziehungen des Organismus zu anderen
bekannten Keimen vorgenommen werden. Werden eine oder mehrere identische Sequenzen
gefunden, kann die taxonomische Herkunft der
Sequenz eindeutig bestimmt werden. Bei mehreren identischen Sequenzen handelt es sich in
den meisten Fällen um unterschiedliche Stämme
der gleichen Spezies. Das Resultat wird von der
Verfügbarkeit und der Qualität von Referenz
sequenzen in den Datenbanken beeinflusst.
Daher ist die Charakterisierung des Isolates bis
zur Spezies nicht immer möglich.
Schlussfolgerung und Ausblick
Die PCR hat den Vorteil sehr rasch zu einem
Ergebnis zu führen, ein Nachteil liegt darin, dass
nur bekannte Stämme identifiziert werden können; ein Problem, das auch in der klassischen
Mikrobiologie vorhanden ist, hier aber oft noch
schwerer wiegt.
Mit der Real Time PCR kann man Keime
auch quantitativ nachweisen. Auch diese Methode beruht auf dem Prinzip der PCR. Zusätzlich ist aber die Quantifizierung mit Hilfe von
Fluoreszenz-Markierung der DNA möglich.
Hierzu muss das Täterprofil aber bereits bekannt sein. Wenn man beispielsweise weiß,
dass eine Organismengruppe wie die Pseudomonaden immer wieder Probleme machen,
kann man hierfür spezifische Primer einsetzen.
Sicherheit durch Containment
Dr. Tanja Gerharz
Head of Microbiology R&D
in der Business Line
IPDPC
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Lanxess Deutschland GmbH
Leverkusen
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[1]Brill H.: Mikrobielle Materialzerstörung und Materialschutz, Gustav
Fischer Verlag Jena, Vol 1, pp.
1–290 (1995)
[2]Amann R. I. et al.: Microbiol Rev,
59, pp. 143–69 (1995)
[3]Mullis K. B. und Faloona F. A.: Methods Enzymol, 155, pp. 335–350
(1987)
[4]Mullis K. B.: Ann Biol Clin (Paris),
48 (8), pp. 579–582 (1990)
[5]Bottger E. C.: FEMS Microbiol Lett,
65, 171–176 (1989)
[6]Harmsen D. und Karch H.: ASM
News, 70, pp. 19–24 (2004).
[7]Kolbert C. P. und Persing D. H: Curr
Opin Microbiol, 2, 299–305 (1999)
[8]Wood S. A. et al.: Appl Environ Microbiol, 74 (23), pp. 7243–7251
(2008)
[9]Innis M. A. et al.: Amplification and
direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics”.
PCR Protocols: A Guide to Methods
and Applications, Academic Press,
Vol 1, pp. 315 –324 (1990)
[10]Atkins S. D. und Clark I. M. J Appl
Genet, 45 (1), pp. 3–15 (2004)
[11]Muyzer G.: Curr Opin Microbiol, 2
(3), pp. 317–322 (1999)
Literatur
Man kann so sehr schnell herausfinden, ob Pseudomonaden in der
Probe enthalten sind und wenn
diese vorhanden sind in welcher
Konzentration diese vorliegen.
Man kann sogar feststellen, ob es
sich hierbei um Pseudomonas aeruginosa handelt.
Mit
Fingerprintingmethoden
kann man anhand der 16S oder
18S rRNA-Gene die Struktur und
Dynamik von mikrobiellen Lebensgemeinschaften aufnehmen. Es
werden hier ganze Lebensgemeinschaften analysiert und nicht wie
oben beschrieben einzelne Keime.
Die Denaturierende Gradienten Gel
Elektrophorese (DGGE) ist eine solche Fingerprintingmethode (11).
Sie kann verwendet werden, um
Veränderungen der Artenzusammensetzung festzustellen und in
Bezug auf Jahreszeiten zustellen.
Dies ist besonders interessant, um
materialschädigende
Lebensgemeinschaften charakterisieren zu können. Als Ergebnis können nach einer Identifizierung entlang der zeitlichen Veränderung
der Materialeigenschaften die
räumlich-zeitlich assoziierten Mikroorganismen benannt werden.
In den Materialschutz-Laboratorien bei Lanxess wird diese Technologie routinemäßig verwendet, um
Mikroorganismen gezielt und
schnell zu bestimmen. Wird beispielsweise bei einem durchgeführten Betriebshygiene-Audit in einer
Industrieanlage eine Kontamination
aufgedeckt, ist es von großem Interesse, zu wissen, welche Keime dafür
verantwortlich sind. Die PCR-Technologie ist hier eine hoch effiziente
Untersuchungsmethode, um sehr
rasch zu einem Ergebnis zu kommen. Ist ein Schadorganismus identifiziert, kann mit einer geeigneten
Biozid-Kombination aus dem Preventol Sortiment Abhilfe geschaffen
werden. Lanxess setzt mit diesen
Produkten auf eine ausgesprochen
breite Palette an bioziden Wirkstoffen mit unterschiedlichen Fungiziden, algiziden und antibakteriellen
Wirkmechanismen, die auch in Kombination eingesetzt werden.
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Milchprüfung in einem der
größten Rohmilchlabore
Ein LIMS nach Maß
22 Dr. rer. nat. Frank Behre,
Diplom-Chemiker, Milchprüfring Bayern e.V.
Quelle: MPR
bakteriologische Beschaffenheit anhand der
Gesamtkeimzahl, die Hemmstofffreiheit (Freiheit
von Antibiotika) und der Gefrierpunkt. Zusätzlich
können pH-Wert, Harnstoff und auf Wunsch
auch der Gehalt an ungesättigten Fettsäuren
ermittelt werden.
Das Labor des MPR ist ein nach DIN EN ISO
17025:2005 akkreditiertes Prüflabor, das QMSystem der Gesamtorganisation Milchprüfring
Bayern e.V. ist nach DIN EN ISO 9001:2008 zertifiziert und die vom MPR betriebene unabhängige Inspektionstelle ist nach DIN EN ISO/IEC
17020 akkreditiert.
Ausgangslage
Aufgaben des Milchprüfring Bayern e.V.
(MPR)
Der MPR betreibt als unabhängige Kontrollinstanz in Wolnzach eines der drei größten
Rohmilchlabore der Welt. Jährlich werden hier
über 90 Millionen Analysenergebnisse ermittelt,
um die Milchqualität von über 43.000 landwirtschaftlichen Betrieben zu bestimmen.
Diese Analysenergebnisse sind Grundlage für
den Milchauszahlungspreis der Molkereien. Untersucht werden der Fett- und Eiweißgehalt, der
Gehalt an somatischen Zellen und die
Der Milchprüfring verfügt über eine langjährige
Erfahrung im Bereich der Laborautomatisierung.
Seit den 80-er Jahren werden Messergebnisse
automatisch erfasst und Massendaten elektronisch verarbeitet. Entsprechend hoch ist die
Messlatte an die eingesetzte Hard- und Software.
Im Jahr 1999 entschied sich der Milchprüfring
Bayern e.V. ein neues Laborinformations- und
Managementsystem (LIMS) zu beschaffen. Das
damalige auf ISAM – Dateien und DOS basierende Laborsystem unterstützte nur die reine Labordatenverarbeitung und entsprach nicht mehr
den steigenden Anforderungen durch die
Zusammenlegung von vier Laborstandorten und
den immer anspruchsvolleren Qualitätsvorgaben.
Es wurde daher nach einem LIMS gesucht, das
ein künftiges Aufkommen von bis zu 70.000 Proben täglich schnell verarbeiten und die Prüfergebnisse übersichtlich für die Bediener am Bildschirm aufbereiten kann. Außerdem sollte es in
der Lage sein, individuelle Arbeitsabläufe und zusätzliche Unternehmensbereiche abzubilden.
LIMS-Architektur
Die Wahl fiel – aufgrund seiner vielfältigen Möglichkeiten zur Individualisierung – auf das LIMS
– Baukastensystem Blomesystem. Auf Basis dieser Software gibt es zwar auch viele fertige
ndi
©A
om
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lia.
o
Fot
uk/
ncz
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Abb. 1: LIMS Architektur
Abb. 2: Prüfliste
Laboranwendungen, aber wegen
der speziellen Anforderungen an
Probenlogistik, Labororganisation
und Prüflogiken schieden diese genauso aus, wie die standardisierten
LIMS-Produkte am Markt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass individuell programmierte Anwendungen mit neuen Programmversionen ohne Migrationsaufwand
weiterhin lauffähig sind. Für das
Erstellen von Auswertungen und
Prüfberichten gibt es einen Reportgenerator, dessen Benutzung
schnell erlernbar ist. Zur Neuentwicklung und Anpassung von Programmmodulen steht ein komfortables Entwicklungswerkzeug zur
Verfügung mit dem man u. a. neue
Masken erstellen und das Tabellendesign erweitern kann.
Der Milchprüfring setzte bei
der Entwicklung des neuen LIMS
auf die Firma Pragmatis. Als
Datenbank wird derzeit beim MPR
Oracle 10g eingesetzt. Der Upgrade auf Oracle 11g ist noch für
dieses Jahr geplant.
Das implementierte LIMS unterstützt eine mehrschichtige Datenverarbeitung indem zwischen Präsentations-,
Datenund
Logikschicht unterschieden wird.
(Abb. 1). Die Applikation am Client
konzentriert sich auf die ablaufoptimierten Maskendialoge und stellt
Funktionen für die Datenanlage,
-pflege, -bearbeitung, -prüfung und
Steuerung der Prüfprozesse am
Server zur Verfügung. Die Massen-
datenverarbeitung mit seinen ungefähr 300 zum Teil sehr speziellen
Prüflogiken findet dagegen am Server statt. Diese sind in sogenannten „Stored Procedures“ in der
Oracle Datenbank abgelegt.
Der Vorteil dieser Architektur
besteht darin, dass ein Großteil der
Geschäftslogik transparent und getrennt von der Bedieneranwendung
vorliegt. Dies erleichtert die Systempflege und Wartbarkeit und eröffnet die Möglichkeit, in Zukunft
auch auf andere Oberflächentechnologien migrieren zu können.
Logistik und Personal
planung
urierfahrzeuge des MPR holen
K
diese in der Regel am gleichen Tag
ab und liefern sie in der Nacht im
Labor an. Die durchzuführenden
Analysen und deren Datenverarbeitung finden am folgenden Tag zwischen 4:15 Uhr bis 22:00 Uhr statt.
Zunächst werden die Daten, die
vom Probenahmegerät aufgezeichnet wurden, diversen Plausibilitätsprüfungen unterworfen. Das beginnt mit einfachen Prüfungen wie
der Datenvollständigkeit und eindeutigen Identifizierbarkeit der jeweiligen Probenflasche. Beispiele
für weitere Prüfungen sind:
▪▪ Stimmen die Angaben zur Molkerei und des Milcherzeuger
betriebes?
▪▪ Ist der Milcherzeuger berechtigt, Milch zu liefern?
▪▪ Hat das Probenahmegerät des
Milchsammelwagens die letzte
der regelmäßig durchgeführten
▪▪
▪▪
▪▪
Mit Hilfe des Probenahmeplans
und den schon für den laufenden
Monat vorliegenden Untersuchungsergebnissen wird nun vom
LIMS der Untersuchungsplan ermittelt. Handelt es sich um einen
Milcherzeuger, der seine Milch nur
PRESENTS
Im LIMS gewährleisten Probenahmepläne eine gleichmäßige Beprobung der milchproduzierenden Betriebe über den gesamten Monat.
Es werden dabei die Besonderheiten durch die 1-, 2- oder 3-tägige
Milchabholung, durch ausgefallene
oder stornierte Proben und die unterschiedliche Probenverwendung
(chemische oder bakteriologische
Parameter) berücksichtigt. Anhand
des Probenplans wird der Personalbedarf für das L abor ermittelt.
HOCHAUFLÖSENDE
ULTRA-EMPFINDLICHE
VOC ANALYSE IN
ECHTZEIT
Detektionslimit < 5 pptv
Massenauflösung
bis 8000 m/ m
Keine Probenaufbereitung
(Messung in Echtzeit)
Probenahme und
Untersuchung
Die Proben werden während der
Milchübernahme durch den Milchsammelwagen gezogen und bei
den Molkereien zwischengelagert.
▪▪
Funktionsüberprüfungen bestanden und wurden die
Proben ab der Probenahme
korrekt gekühlt?
Befand sich das Probenahmesystem während der Tour in
einem ordnungsgemäßen
Zustand?
Wurde die Probenflasche
korrekt befüllt?
Wurde das Probenahmesystem
vor der ersten Probenahme mit
einer sogenannten Vorlaufprobe gespült?
Gab es Fehlermeldungen bei
den Probenahmen?
SRI: wahlweise H3O+, O2+ oder
NO+ als Primärionen
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Fakten zum LIMS
Massendatenverarbeitung
LIMS und Datenbank:
▪▪ LIMS – Anwendung auf Basis des LIMS – Entwicklungssystems
blomesystem
▪▪ Konzeption. Implementierung und Wartung durch die Pragmatis
GmbH und Eigenleistung
▪▪ LIMS installiert auf PCs unter Windows 2000 und Windows XP
▪▪ 100 Anwender
▪▪ Datenbankgröße: >900 GB (Produktiv + Archiv)
▪▪ Oracle-Version 10g auf Windows 2003 Server
▪▪ Lokales Festplattensystem
Der Großteil der Messdatenverarbeitung zur Validierung der Prüfergebnisse findet erst am Folgetag
statt. Die Untersuchungsergebnisse
durchlaufen dabei mehrere sogenannte Prüfläufe. Dabei wird zum
Beispiel geprüft, ob Grenzwerte eingehalten wurden und ob ein Betrieb
auffällige Abweichungen zu seinen
letzten Ergebnissen aufweist. Es
werden Verschleppungskontrollen
bezogen auf die Probenahmereihenfolge und die Untersuchungsreihenfolge am Messgerät durchgeführt. Hat zum Beispiel der Betrieb,
bei dem unmittelbar vorher die
Milch abgeholt wurde, einen sehr
hohen Keimzahlwert, findet automatisch eine Korrektur für den Folgebetrieb statt.
Damit die täglich anfallende
Datenmenge überhaupt bewältigt
werden kann, werden im Anschluss
an jeden Prüflauf Bildschirmlisten
(Abb. 2) nur mit den auffälligen
Proben erstellt. Farbmarkierungen
erleichtern die Übersicht. Die Prüflisten verwenden die Anwender zur
Kontrolle und Bearbeitung der Untersuchungsergebnisse. Listenabhängig werden die Anwender mit
ablaufoptimierten Funktionen unterstützt. So können zum Beispiel
je nach Cursorposition auf Tastendruck verschiedene Zusatzinformation zur jeweiligen Probe angezeigt
werden. Hier besteht auch die
Möglichkeit ganze Proben oder nur
bestimmte Untersuchungen zu
stornieren.
Wenn der Anwender zur Weiterbearbeitung in eine andere Maske
wechseln muss, findet dies benutzergeführt statt. Nach diversen automatischen Prüfläufen, in denen
Planung:
▪▪ Migration auf Oracle 11g/64 BIT
▪▪ Windows 2008 Server
▪▪ Datenhaltung auf einem Storage Area Network (SAN)
Jährlich:
▪▪ > 20.000 Info-Emails
▪▪ > 100.000 SMS
▪▪ > 200.000 Telefonische Messwertabfragen
▪▪ > 200.000 molkereieigene Untersuchungen werden in
Auskunftssystemen bereitgestellt
▪▪ > 350.000 Briefe
▪▪ > 1 Million Internet Messwertabfragen
▪▪ > 15 Millionen Proben
▪▪ > 90 Millionen Einzelergebnisse
alle zwei oder drei Tage abholen
lässt, müssen mehr Parameter aus
einer Probe gemessenen werden,
als bei Probenahmen der eintägigen Milchabholung. Zusätzlich
wird noch für jeden Milchlieferbetrieb geprüft ob vorhergehende
Untersuchungen ausgefallen sind.
Sofern möglich werden dann die
fehlenden Untersuchungen aus der
aktuellen Probe nachgeholt.
Danach werden die Probenflaschen auf einem Sortiertisch automatisch nach Prüfumfang sortiert
und vom Laborpersonal zu den verschiedenen Untersuchungsstraßen
gebracht. Diese werden von spezi-
ellen PCs gesteuert, die mit der
zentralen Oracle-Datenbank verbunden sind.
Jede Probenflasche ist mit
einem eindeutigen Barcode identifiziert und kann dadurch zeitnah
während der laufenden Untersuchung mit vorangegangenen Meßdaten des jeweiligen Milcherzeugers verglichen werden. Bei
auffälligen Messwerten kann dann
sofort eine Wiederholungsuntersuchung eingeleitet werden. Sobald
die Untersuchung einer Probe am
Messgerät durchgeführt ist, stehen
die Ergebnisse im LIMS zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.
FÓRSCHNELLESUNDEINFACHES"EARBEITENVONERUNDER0LATTEN
3TEINBRENNER,ABORSYSTEME'MB(s)NDER!Us7IESENBACHs4EL
die Meßwerte korrigiert, storniert
und zu Mittelwerten verrechnet
werden und gegebenenfalls manuellen Eingriffen sind die Daten validiert und werden freigegeben.
Berichtswesen
Im Berichtswesen werden die Ergebnisreports erstellt und verwaltet.
Hier wird gesteuert wer welche
Reports zu einem bestimmten
Ergebnis erhält. Jedem Empfänger
können dabei ein oder mehrere
Reportschablonen zugewiesen werden. Zusätzlich wird pro Report
auch ein Zustellungsweg und das
Zustellungsformat (PDF, Excel, XML
oder ASCII) definiert. PDF-Dokumente können ausgedruckt, per
Post oder per Email versendet werden, in einem Download-Portal bereitgestellt oder an einen WEB-Service übergeben werden. Zielsetzung
dieser Reports ist es, die Landwirte,
aber auch Molkereien und zuständige Behörden schnellstmöglich über
die Milchqualität zu informieren.
Die Messergebnisse werden
auch an ein Internet- und ein Telefonauskunftssystem übergeben. Die
Molkereien nutzen diese Serviceangebote auch um eigene, nicht vom
MPR ermittelte Untersuchungsergebnisse den Landwirten mitzuteilen. Dazu senden die Molkereilabore ihre Ergebnisse zum MPR, der sie
dann auf den oben beschriebenen
Wegen veröffentlicht.
Fazit
Grundsätzlich stellt sich immer die
Frage inwieweit man Laborabläufe
an eine Software anpasst oder umgekehrt die Software an die Bedürfnisse des Labors.
Abb. 3: Im Labor Wolnzach werden täglich bis zu 70.000 Rohmilchproben untersucht und verarbeitet.
Quelle: MPR
der Labore konnte die Produktivität in den letzten zehn Jahren um mehr als zwanzig Prozent
erhöht werden und dies, obwohl die Probenzahl
um mehr als sechs Prozent zurückging. Hauptursache der Produktivitätssteigerung war die Möglichkeit bedarfsgesteuerter Untersuchungen.
Auch das Erreichen der geplanten Untersuchungshäufigkeit pro Betrieb konnte mit Einführung der Probensortierung und -Planung im neuen LIMS zum Beispiel beim Parameter Fett auf
über 99,5 %und bei Keimzahl auf mehr als 98 %
gesteigert werden.
Der hohe Automatisierungsgrad des Systems
sowie die definierten Anwendereingriffe gewährleisten eine zuverlässig hohe Qualität der
Datenverarbeitung und reduzieren Anwenderfehler auf ein Minimum. Gleichzeitig ermöglichen sie die neutrale Bewertung der Analysenergebnisse als Basis für eine faire Zusammenarbeit
mit Kunden. Das neue LIMS bietet mit seiner Flexibilität stetig die Möglichkeit Innovationen zu
integrieren und neue Services anzubieten. Somit
unterstützt das heutige LIMS den Milchprüfring
Bayern e. V. dabei, seine Qualitätsziele täglich
aufs Neue zu erreichen.
Abb. 4: Um die große Probenzahl täglich zu bewältigen reihen sich im Labor die Untersuchungsstraßen
aneinander. Quelle: MPR
Der MPR hat sich für den Weg des maßgeschneiderten LIMS entschieden. Das LIMS wurde
von Pragmatis speziell für den MPR konzipiert
und mit Programmierern von MPR implemen-
Schläuche
Einsatzgebiet:
s Peristaltische Pumpen
s AAS
s ICP
s Continuous Flow
tiert. Die optimierte Abbildung der MPR – Prozesse spiegelt sich sowohl in der Qualität als
auch der Produktivität des MPR-Labors wider.
Durch den LIMS-Einsatz und die Zentralisierung
Dr. rer. nat. Frank Behre
Milchprüfring Bayern e.V.
Hochstatt 2
85283 Wolnzach
Tel.: 08442-9599-0
Fax: 08442-9599-100
[email protected]
www.mpr-bayern.de
Für weitere Informationen rufen
Sie uns einfach an, faxen Sie uns,
oder schreiben Sie eine E-Mail:
& +49-8122/99533
Fax: +49-8122/10397
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SPETEC® GmbH, Postfach 1517, D-85425 Erding
www.spetec.de
L ebensmittelanalytik
Pflanzen unter Druck
Extraktion funktioneller Pflanzeninhaltstoffen durch überkritisches Kohlendioxid
Die Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid stellte eine schonende Alternative zur Extraktion mit organischen Lösemitteln dar. Durch
Optimierung der Prozessparameter können bevorzugt unpolare Substanzen im industriellen Maßstab in Extrakten konzentriert und aus
Ausgangswaren entfernt werden.
22 Nadine Igl-Schmid,
NateCO2
Einzug in die „chemische“ Reinigung von
Bekleidung. Darüber hinaus wird die Extraktion
mit überkritischen Gasen im Labor zur Aufbereitung von Proben oder gleich zur Analytik (SCC =
Super Critical Chromatography) eingesetzt.
ladene CO2 entspannt sich an den Druckregelventilen auf den jeweiligen Abscheidedruck. Wegen der nun geringeren Löslichkeit fallen die
gelösten Substanzen aus und werden in den Abscheidern gesammelt. Das Lösungsmittel wird
dann in einem Kondensator verflüssigt, unterkühlt und mit der CO2-Pumpe wieder umgewälzt.
Trennverfahren sind wichtige Prozesse bei der
Herstellung von Produkten. Bei der Extraktion
wird durch Einsatz von meist organischen Lösemitteln der gewünschte Stoff gewonnen. Gase
haben dagegen unter Umgebungsdruck sehr
geringe Lösungseigenschaften. Es sind einfach
nicht genügend Moleküle vorhanden, die zu
lösende Teilchen umhüllen und transportieren.
Damit Gase Lösungseigenschaften entwickeln
können, muss eine Teilchendichte ähnlich wie
bei Flüssigkeiten hergestellt werden. Dies wird
durch die Anwendung von äußerem Druck erzwungen. Als Lösungsmittel hat sich im Bereich
der Hochdruckextraktion überkritisches Kohlendioxid durchgesetzt. Diese Art der Extraktion
spielt inzwischen nicht nur in der Hopfenbranche
eine Rolle, sondern findet auch Anwendung im
Bereich der Ölsaaten, Arznei- und Gewürzpflanzen. Ebenso sind in ganz unterschiedlichen Gebieten überkritische Gase zu finden, z. B. bei der
industriellen Reinigung von hochwertigen Bauteilen. Auch hält derzeit die Hochdruckextraktion
Die Löslichkeit von Wirkstoffen in überkritischem
Kohlendioxid ist abhängig vom Druck und der
Temperatur des Lösungsmittels. Übliche Arbeitsdrücke liegen bei ca. 300 bar. Jedoch verbessert
sich mit höheren Drücken oft die Löslichkeit der
aktiven Substanzen.
Das Prinzip der CO2 – Extraktion ist im abgebildeten Fließschema dargestellt: Das CO2 wird
zunächst im flüssigen, unterkühlten Zustand
angesaugt und von der Pumpe auf Extraktionsdruck gebracht. Im Wärmetauscher wird das
Lösungsmittel auf Extraktionstemperatur temperiert, bevor es anschließend den Extrakteur
durchströmt und sich mit Extrakt belädt. Das be-
Abb.1: Impressionen aus dem weltweit größten
Hopfenanbaugebiet – der Hallertau- kurz vor der
Ernte.
Abb. 3: Das Fließschema verdeutlicht das Prinzip der Hochdruckextraktion mit Kohlendioxid.
Der Prozess
Abb. 2: Eine Anlage der NateCO2 GmbH & Co.
KG zur Hochdruckextraktion mit überkritischem
CO2.
Vorteile der CO2-Extraktion
Im Gegensatz zur klassischen Extraktion mit
flüssigen organischen oder anorganischen Lösungsmitteln bietet das Verfahren mit überkritischem CO2 zur Gewinnung von hochwertigen
Produkten viele Vorteile:
▪▪ Es verbleiben keine möglicherweise bedenklichen Lösungsmittelrückstände in den Produkten.
▪▪ Der Prozess ist wegen der moderaten Temperaturen und der sauerstofffreien Atmosphäre besonders Produkt schonend.
▪▪ Das Lösungsmittel CO2 ist nicht brennbar
oder explosiv und steht in großen Mengen
zu günstigen Konditionen zur Verfügung.
▪▪ Durch die Möglichkeit der fraktionierenden
Abscheidung können unterschiedliche Extrakte
in einem Extraktionsschritt gewonnen werden.
▪▪ Das CO2-Extraktionsverfahren hat sich deswegen im industriellen Maßstab bereits bei
der Entkoffeinierung von Kaffee und Tee, der
Extraktion von Hopfen, Gewürzen, hochwertigen Ölen und der Entfettung von Kakaopulver durchgesetzt.
zog Wilhelm IV. 1516 in Ingolstadt im Reinheitsgebot fest. Hopfen wurde ursprünglich
wegen seiner antimikrobiellen Wirkung als
Konservierungsmittel zugesetzt. Aufgrund verbesserter Hygiene im Brauhaus stehen die bitternden Eigenschaften des Hopfens heute im
Vordergrund. Lieferanten der Bittere sind die
α-Säuren (Humolone). Weitere wichtige Inhaltstoffe des Hopfens sind die β-Säuren, flüchtige
Aromastoffe und auch Polyphenole. Beim Brauprozess wird inzwischen jedoch nur noch in
Ausnahmefällen der Hopfen als Dolde, dafür in
Form von Pellets oder Hopfenextrakt verwendet. Der Grund dafür ist die Konzentrierung der
im Brauprozess wichtigen Inhaltstoffe und somit die verbesserte Logistik durch höhere Produktdichten und auch eine längere Haltbarkeit.
Zur Gewinnung von Extrakten dürfen nur zugelassene Lösemittel verwendet werden, dazu
gehört u. a CO2. Mit Drücken zwischen 250 und
300 bar lassen sich aller braurelevanten Substanzen des Hopfens anreichern. Die Zusammensetzung der Extrakte hängt hauptsächlich
von der Hopfensorte ab.
Xanthohumol-Extraktion bei 1000 bar
Hopfen und CO2
Bier darf nur aus Wasser, Gerste und Hopfen
zubereitet werden. So zumindest legte es Her-
Neben den für Brauzwecke verwendeten Substanzen enthält Hopfen noch viele weitere wertvolle
Inhaltsstoffe wie Polyphenole. Ein für Hopfen
START
SCHUSS...
...für Ihren Erfolg.
LVT LEBENSMITTEL Industrie,
Organ der IVLV e.V.
Redaktion:
Dr. Jürgen Kreuzig
Tel.: +49 6151 8090 243
[email protected]
Verkauf:
Manfred Höring
Tel.: +49 6159 5055
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Thorsten Kritzer
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Corinna Matz-Grund
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Miryam Preusser
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Ronny Schumann
Tel.: +49 6151 8090 164
[email protected]
Abb. 4: Beim Brauprozess wird inzwischen jedoch
nur noch in Ausnahmefällen der Hopfen als Dol
de, dafür in Form von Pellets oder Hopfenextrakt
verwendet.
Roland Thomé
Tel.: +49 6151 8090 238
[email protected]
Abb. 5: Der Hopfenextrakt wird direkt nach der
Extraktion in Dosen abgefüllt.
www.gitverlag.com
Abb 6: Die Extraktion von Hopfen mit Drücken über 600 bar ermöglicht die Produktion eines Pulvers
mit ca. 30 % Xanthohumol.
Abb.7: Natürliches Koffein gewonnen bei der
Herstellung von koffeinfreien Tee durch Extrakti
on mit überkritischem Kohlendioxid.
spezifisches Polyphenol ist Xanthohumol. In vitro Tests haben anticancerogene Eigenschaften
nachgewiesen. Dadurch ergibt sich die Hoffnung, Xanthohumol als vorbeugende Substanz
gegen einige Krebserkrankungen in der nahen
Zukunft zu nutzen. Getrockneter Hopfen enthält je nach Sorte 0,2 – 1,0 % Xanthohumol.
Allerdings ist Xanthohumol nur im ppm-Bereich
im Bier löslich und damit entfällt eine therapeutische Anwendung. Erst Konzentrate bieten
die Möglichkeit zur Verwendung als Nahrungsergänzungsmittel oder vielleicht in Zukunft als
Arzneimittel. Mit CO2 können die Polyphenole
einschließlich Xanthohumol mit den in der Produktion üblichen Drücken unter 300 bar nicht
extrahiert werden. Deshalb wird als Ausgangsmaterial der entbitterte Hopfenrückstand aus
der kommerziellen CO2 – Extraktion eingesetzt.
Dann kann durch deutlich höherer Drücke bis
1000 bar ein Xanthohumol – Konzentrat mit
20 – 30 % Xanthohumol produziert werden.
Durch zusätzliche Reinigungsschritte wie pHÄnderungen und anschließender Filtrationen
kann das Xanthohumol bei Bedarf weiter angereichert werden.
Koffeinfreier Tee durch CO2
Grün- und Schwarztee enthält 1 – 4 % Koffein und
ist deshalb für Personen mit Koffeinunverträglichkeit, Schwangere und Kinder als Getränk nicht
geeignet. Durch Entzug des Koffeins kann dem
abgeholfen werden. Deshalb gibt es für diese
Zielgruppe schon lange koffeinfreien Tee im Handel. Entkoffeiniert man Tee durch die Hochdruckextraktion, erhält man ein Produkt, das trotz der
Behandlung noch reich an Aromen und Polyphenolen ist. Denn das Verfahren ermöglicht die
Extraktion des Koffeins bei moderaten Temperaturen und Drücken unter 300 bar. Insbesondere
im Fall des grünen Tees verbleibt bei Verwendung
von CO2 das wichtige Polyphenol Epigallo-catechin im koffeinfreien Tee. Sowohl der entkoffeinierte Tee als auch das in den Abscheidern vor750 • GIT Labor-Fachzeitschrift 11/2009
Abb.8: Getrocknete Beeren der Sägezahnpalme
(Serenoa repens).
handene natürliche Koffein finden Absatz in der
Getränke- oder Kosmetikindustrie.
Entfettung von Kakao
Die Kakaobohne in ihrer ursprünglichen Form
besteht aus 50 – 60 % Kakaobutter. Durch
mechanische Behandlung der zerkleinerten Bohnen entsteht ein Presskuchen mit 10 – 12 % Fett.
Zur Entfernung dieses restlichen Kakaobutters
benötigt man Lösemittel. Hochdruckextraktion
mit Kohlendioxid ist deshalb das Mittel der Wahl,
da auf den Einsatz von organischen Lösemitteln
verzichtet werden kann. Das Kakaopulver mit
unter 1 % Fettanteil und die Kakaobutter sind
folglich frei von evtl. bedenklichen Lösemittelrückständen und werden als Zusatz zu Diät- oder
Kosmetikprodukten verwendet.
Abb.9: Die Beeren der Sägezahnpalme enthalten
ein Öl, das aus Phytosterolen und einem unge
wöhnlich hohen Anteil an freien Fettsäuren
besteht.
ungewöhnlich hohen Anteil an freien Fettsäuren besteht. Der Extrakt aus den Früchten wirkt
hemmend auf die Bildung von Hormonen, die
das Wachstum der Prostata anregen. Die
bekannten Folgen können dadurch verzögert
werden. Durch die Extraktion mit CO2 werden
die Wirkstoffe angereichert und man gewinnt
einen Extrakt mit ansprechender gelblicher bis
rötlicher Farbe.
Es gibt noch etliche andere wertgebende
Inhaltsstoffe die sich durch die CO2-Extraktion
angereichen lassen. So wird bereits Astaxanthin aus Rotalgen, Lutein aus Ringelblumen,
Piperin aus Pfeffer, Omega-3-Fettsäuren aus
Leinsamen oder Vanillin aus Vanilleschoten im
industriellen Maßstab gewonnen. Weitere
Anwendungsfelder sind in der Entwicklung.
Das Öl der Sägezahnpalme
Die Sabalpflanze oder auch Sägezahnpalme ist
im Südosten der USA beheimatet. Es handelt
sich um eine kurzstämmige Buschpalme mit
langen Blättern, deren Blattstiele an den Kanten mit „Zähnen“ versetzt sind. Verwendet
werden die reifen, getrockneten, tief purpurfarbenen bis schwarzen Beeren. Diese Beeren enthalten ein Öl, das aus Phytosterolen und einem
Nadine Igl-Schmid
NateCO2 GmbH & Co.KG
Wolnzach
Tel.: 08442-6662
Fax: 08442-6666
[email protected]
www.nateco2.de
G ase
Kälte sorgt für Qualität: Therapieren und
Diagnostizieren mit Gasen
Abb. 1: Westfalen stellt auf der Medica eine große Palette von Fertigarznei
mitteln für Kliniken und Arztpraxen vor. Dazu zählt unter anderem medizini
scher Sauerstoff.
Für Therapie und Diagnose in Kliniken und Arztpraxen wird eine große Palette von Fertigarzneimitteln
benötigt. Dazu zählen unter anderem medizinischer Sauerstoff in
den Darreichungsformen flüssig
und gasförmig zur Beatmung sowie Distickstoffmonoxid (Lachgas)
für medizinische Zwecke zur Narkose. Westfalen bietet eine breite
Palette von Spezialgasen für die
Biotechnologie in den Anwendungsbereichen Pharma und Medizin, Industrie, Ernährung, Landwirtschaft, Chemie und Umwelt.
Die neu entwickelten Pharmagase wie Stickstoff Pharma oder
Kohlendioxid Pharma erfüllen die
Vorgaben des Europäischen Arzneibuchs (EuAB) und der GMP-konfor-
men Herstellung (Good Manufacturing Practice).
Für Medizin und Therapie ist vor
allem flüssiges Helium für die Kernspintomografie von Bedeutung.
Einen Schwerpunkt auf der
Medica bildet Kälte für die KryoKonservierung. Flüssiger Stickstoff
(N2) und Trockeneis (CO2) sind in
der Biotechnologie unverzichtbar,
da sie über längere Zeiträume hinweg eine gleich bleibende Qualität
von gelagertem Blut, Sperma oder
Impfserum garantieren. Westfalen
stellt aktuelle Versorgungsmöglichkeiten für
diese Kälteträger vor,
insbesondere das Konzept des mobilen Kälteservice für tiefkalt verflüssigten
Stickstoff
und Trockeneis-Pellets.
In Experimentalversuchen werden außerdem
die physikalischen Eigenschaften von tiefkaltem Stickstoff und
CO2 anschaulich demonstriert.
Für das klinische
Labor präsentieren die
Münsteraner ihre Palette von Reinstgasen und
Gasgemischen. Dazu
zählen individuell gefertigte und
standardisierte Prüfgase etwa für
die Blutgasanalyse und Betriebsgase für die instrumentelle Analytik,
wie sie in der Gaschromatographie
zum Einsatz kommen.
Westfalen AG
Münster
Tel.: 0251/695-0
Fax: 0251/695-129
[email protected]
www.westfalen-ag.de
Protein-Design für die Medizin
Forschern um Prof. Arne Skerra vom Wissenschaftszentrum Weihenstephan der
TU München ist zusammen mit Kollegen
von Pieris (Gründerzentrum IZB in Freising-Weihenstephan) und der Universität York (Großbritannien) ein entscheidender Schritt gelungen, um menschliche
Lipocaline, kleine, kelchförmige Eiweißstoffe in Tränen und Blut, als Werkzeuge
für die Krebstherapie nutzbar zu machen. Durch Protein-Design und mithilfe der Gentechnik veränderten die
Forscher die Kelchstruktur so, dass ein Lipocalin an bestimmte Abwehrzellen binden und dort das Molekül „CTLA-4“ blockieren kann, das in der Immunantwort eine Rolle spielt: Während einer Infektion wird das Immunsystem des Körpers in Alarmzustand versetzt, und CTLA-4 ist dafür
verantwortlich, dass die Immunzellen diesen Alarmzustand nach ein paar
T agen auch wieder beenden. Eine solche Entwarnung ist während einer
Immuntherapie gegen Krebs allerdings nicht erwünscht: Hier wird das
Abwehrsystem durch eine Art Impfung auf Krebszellen aufmerksam
gemacht und soll so lange im Alarmzustand bleiben, bis der Tumor besiegt
ist. Derzeit werden therapeutische Antikörper an Patienten getestet, die an
CTLA-4 binden und damit die Immunantwort verstärken sollen. Das neu
konstruierte Lipocalin bindet jedoch genauso wie ein Antikörper an CTLA-4
– daher nennen die Forscher ihre Antikörper-ähnlichen Lipocaline auch
„Anticaline“. Anticaline haben gegenüber Antikörpern viele Vorteile: Sie
sind achtmal kleiner und können daher leichter in Gewebezwischenräume
dringen. Auch die Herstellung von Anticalinen ist weit weniger aufwendig,
was für einen pharmazeutischen Herstellungsprozess von großer Bedeutung ist. Zudem lassen sich Anticaline über biotechnologische Standardverfahren leicht mit anderen Proteinen zusammenfügen und können diese so
mit zusätzlichen biochemischen Funktionen ausstatten.
www.wzw.tum.de
G ase
18. Weltwasserstoffkonferenz
Wasserstoff als Energieträger ist insbesondere
für eine mobile Zukunft unverzichtbar. „Er passt
ideal in die aktuelle Diskussion um Elektro
mobilität und erneuerbare Energien“, so Prof.
Dr.-Ing. Detlef Stolten vom Forschungsinstitut
Jülich, der als Chairman der 18. Weltwasserstoffkonferenz fungiert. „Allerdings“, schränkt
er ein, „müssen wir die wesentlichen technischen Vorzüge des Wasserstoffs noch stärker an
die Entscheidungsträger herantragen und dort
bewusster machen.“
Prof. Stolten plädiert in seinem Ausblick auf
die WHEC 2010 für ein sinnvolles energieeffizientes Miteinander von Batterie- und WasserstoffTechnologie, wenn es um das klimaschonende
Fahrzeug kommender Produktionsgenerationen
geht: „Ich glaube, dass der Wasserstoff, nicht zuletzt im Zusammenspiel mit der Brennstoffzelle,
einen erheblichen Part im Bereich der umweltverträglichen Mobilität einnehmen wird – ohne
ein Entweder-Oder mit Batterien. Die WHEC kann
und wird auch darauf Antworten geben.“
Erster Tag soll markante Signale setzen
Wirtschaft und Industrie in unser Bemühen um
ein besseres Verständnis für die Wasserstoffwelt
einbinden wollen.“
WHEC war 1996 schon einmal Gast in
Deutschland
Bereits 1996 war Deutschland, damals mit der
Stadt Stuttgart, Veranstaltungsort einer WHEC,
die traditionell alle zwei Jahre auf einem anderen Kontinent stattfindet (2008 in Brisbane/Australien und 2012 in Calgary/Kanada). Was hat
sich seitdem getan? Für Prof. Stolten ist es keine
Frage, „dass der heutige technische Stand der
Wasserstoff- und auch Brennstoffzellen-Technologie unvergleichlich höher ist.“ Man könne jetzt
sagen, Fahrzeuge mit dieser Technik „sind produzierbar“. Diese Position macht Stolten an ein
paar Fakten fest: spürbare, aber durchaus noch
fortsetzbare Kostenreduktion bei der Brennstoffzellen-Technik, beachtliche Fortschritte bei der
Wasserstoff-Speicherung, ernsthafte Bemühungen und viel versprechende Projekte bei Unternehmen, die Wasserstoff-Technologie zu ihrer
Marktreife zu verhelfen.
„Wir möchten den Essener Bürgern nicht nur
die Gelegenheit geben, sich über das WHECGeschehen zu informieren, sondern gleichzeitig
auch über die breiten Anwendungsmöglichkeiten des Energieträgers Wasserstoff berichten.
Die Konferenz hat das klare Ziel, die Fachwelt zu
motivieren, dem Wasserstoff bereits angedachte
und neue Zukunftswege zu eröffnen und zu
ermöglichen. Wir sind zudem sehr daran interessiert, den politischen Entscheidungsträgern zu
vermitteln, dass mit dem Wasserstoff und letztlich der Brennstoffzelle realistische Technologien zur Verfügung stehen, bei denen es sich
lohnt, sie verlässlich, langfristig und sehr ziel
gerichtet zu fördern.“
Informationen zur Veranstaltung:
18th World Hydrogen Energy Conference 2010
(WHEC 2010)
18. Weltwasserstoffkonferenz 2010
16.–21. Mai 2010
Veranstaltungsort: Messe Essen
www.whec2010.com
Informationen auch für allgemein
Interessierte
Die WHEC wird auch allgemein Interessierten
Einblicke in die Zukunft mit Wasserstoff-Anwendungen gestatten. Dazu Prof. Stolten:
©2jenn/Fotolia.com
Laut Prof. Stolten zeigt das bisherige hohe ausländische Interesse an der WHEC 2010, dass sie
eine große und in ihrer Bedeutung für die Branche konkurrenzlose Plattform für den internationalen Gedanken- und Erfahrungsaustausch
sein wird. Dies wird insbesondere an den zahlreichen Anmeldungen von Postern und Vorträgen sowie den angekündigten Präsentationen
von Ländern und Industrieausstellern deutlich.
Begleitet wird die umfassende Konferenz-Tagesordnung von einer internationalen Fachmesse mit den neuesten Entwicklungen der Wasserstoff-Branche.
Weitere geplante Programmpunkte sind
Schülertage sowie ein Studenten- und ein
Lehrertag. Nicht zu vergessen ein umfangreiches
Rahmenprogramm durch die Gastgeberstadt Essen, die 2010 europäische Kulturhauptstadt sein
wird. Prof. Stolten: „Vor allem der erste WHECKonferenztag am 17. Mai 2010 soll markante
Signale setzen, da wir dann die Politik
sowie wichtige Vertreter aus
Die 18. Weltwasserstoffkonferenz (World Hydrogen Energy Conference/WHEC 2010) findet unter der Schirmherrschaft der International
Association for Hydrogen Energy (IAHE ) vom 16. – 21. Mai 2010 in der
Messe Essen statt. Sie wird mit Unterstützung des Landes NordrheinWestfalen von der EnergieAgentur.NRW organisiert. Die Konferenz hat
zum Ziel, den Energieträger Wasserstoff auf dem Weg zu einer nachhaltigen klimafreundlichen Energiewirtschaft deutlich zu positionieren. Zu der internationalen Tagung mit begleitender Messe und diversen Begleitveranstaltungen werden rund 1500 Teilnehmer aus dem
In- und Ausland erwartet.
T rend & M einung
Verkehrte Welt?
Synergien schaffen und sichern Arbeitsplätze
Die pharmazeutische Industrie im Land ist eine
starke Säule der Gesundheitswirtschaft. Mit rund
3.500 Beschäftigten ist sie wichtiger Arbeitgeber
mit stetigen Wachstumsraten. Seit 2002 haben
sich die Umsätze der pharmazeutischen Unternehmen im Land mehr als verdoppelt. Pharmazeutische Erzeugnisse gehören unter den Endprodukten zu den „Exportschlagern“. Sie
beweisen die Wettbewerbsstärke und Qualität
der im Land hergestellten Produkte.
Auch in der „roten“ Biotechnologie ist ein
kontinuierliches Wachstum zu beobachten. Sie
verfügt zurzeit über etwa 300 Beschäftigte in
Sachsen-Anhalt. Dabei sind die Firmen nicht nur
im Bereich der Forschung aktiv. Sie beginnen
nun auch die eigenständige Produktion pharmazeutischer Wirkstoffe mit eigens dafür entwickelten Technologien. Die Firma Scil Proteins mit
der Produktion von rekombinanten Proteinen ist
hierfür ein Beispiel.
Zwischen der pharmazeutischen und der biotechnologischen Industrie entstehen zunehmend
Wenn von Synergien in der Öffentlichkeit geredet wird, geht es vor
allem um eines: Arbeitsplätze reduzieren und Kosten senken. Dass das
nicht immer zutrifft, zeigen die Entwicklungen der letzten Zeit in
Sachsen-Anhalt. Biotechnologie und Pharma nähern sich zunehmend
an, ergänzen und vernetzen sich immer stärker.
Synergien, die sowohl die gemeinsame Forschung als auch die Umsetzung der Ergebnisse
in die Produktion berühren.
So wurde in Halle das Kompetenznetzwerk
ProNet-T3 installiert, das sich mit der Entwicklung neuer Proteinwirkstoffe und ihrer Überführung in die Anwendung befasst. Dabei sind drei
Biotechnologieunternehmen (Probiodrug, Nomad, KeyNeurotek Pharmaceuticals) direkt in
Kurz-Interview:
Warum ist die Gentechnik so bedeutend für die
Gesundheitswirtschaft?
Wird individualisierte oder personalisierte Medizin die Zukunft
sein?
J. Katzek: Zumindest wird sie einen sehr wichtigen Bereich einnehmen.
Es ist einfach attraktiver, Kosten für Behandlungen zu sparen, von denen
man bereits vorher absehen kann, dass sie bei dem jeweiligen Patienten
aufgrund dessen genetischer Konstitution sowieso nicht anschlagen würden. Andere Patienten ersparen sich unnötige Nebenwirkungen und Kom22 Dr. J. Katzek,
plikationen. Und auch für die Industrie kann der Ansatz interessant sein
Geschäftsführer der
Bio Mitteldeutschland – auch wenn es erst einmal widersinnig klingt, weil doch weniger Mediaus Halle (Saale)
kamente verkauft werden. Aber mittlerweile ist es so, dass in der letzten
Phase des Genehmigungsverfahrens immer wieder Medikamente durchfallen, weil die Nebenwirkungen nicht mehr akzeptiert werden oder der Vorteil gegenüber bereits
auf dem Markt befindlichen Produkten zu gering ist. Wenn sie dann einzelne Personengruppen
definieren können, bei denen die Nebenwirkungen geringer bzw. die Effektivität des Medikaments
höher ist, haben sie die Möglichkeit eine riesige Investition in die Zukunft doch noch zu retten.
Wo sehen Sie Entwicklungen im Gesundheitswesen?
J. Katzek: Vor dem Hintergrund der gerade angesprochenen stärkeren Relevanz der Diagnostik
wird meines Erachtens die Standardisierung und Qualitätskontrolle eine noch wichtigere Rolle spielen. Und wer weiß – vielleicht haben ja Krankenhausbetreiber sogar in Zukunft Interesse, sich selber in der Pharmaentwicklung zu beteiligen, weil sie über entsprechende Zentren verfügen, die auf
bestimmte Indikationsgebiete spezialisiert sind. Fresenius, einer der größten Krankenhausbetreiber
Europas hat da eine Vorreiterrolle übernommen und es bleibt zu zeigen, ob dies ein Einzelfall ist.
verschiedene Verbundvorhaben im Rahmen des
ProNet-T3 eingebunden. Acht weitere Firmen
kooperieren als assoziierte Industriepartner mit
dem Netzwerk.
Im Verbundprojekt NaWiTec in Magdeburg,
das sich mit der Erforschung neuartiger partikelbildender Wirbelschichtprozesse befasst, arbeiten industrielle Kooperationspartner aus der
Pharmazie (Salutas Pharma GmbH) und der Biotechnologie (pergande, BEC GmbH) mit universitären Partnern der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zusammen. Ein Beispiel für eine
erfolgreiche Kooperation zwischen Pharma und
Biotech war der vom BMBF geförderte Wachstumskern-Projekt PharmaMD, bei dem im Ergebnis der Verbundforschung ein von der IMTM
GmbH entwickeltes Produkt an die Serumwerk
Bernburg AG auslizenziert werden konnte.
Die pharmazeutische und die biotechnologische Industrie Sachsen-Anhalts stehen vor
großen Herausforderungen, um die erreichten
Positionen des Landes zu halten und für die Zukunft gerüstet zu sein. Das umfasst sowohl die
akademische Ausbildung (u. a im Bereich der
Pharmatechnik) und die Entwicklung des Arbeitskräftepotenzials. Hier müssen weitere Anstrengungen seitens des Landes und des Clustermanagements unternommen werden, um
die bisherigen Synergien zwischen Pharma und
Biotech fortzuführen.
Dr. Werner Stuber
Harald Wolf
Bio Mitteldeutschland GmbH
Halle (Saale)
[email protected]
T itelstory
Neue Wege der Multiparametermessung
pH/Redox, Leitfähigkeit und gelöster Sauerstoff
Digitale Datenerfassung hat mittlerweile in allen Bereichen der
Labortechnik Einzug gehalten. Auch in vielen Messgeräten setzt bei
der Erfassung der Messsignale eine sofortige Umwandlung von analog zu digital ein. Oft sind Sensoren oder sensitive Bauelemente
direkt in die Messgeräte integriert. Eine Ausnahme bildet jedoch die
Messung der Standardparameter pH/Redox, Leitfähigkeit und gelöster
Sauerstoff, wo traditionell mit externen, kabelgebundenen Sensoren
22 Dr. Klaus Reithmayer,
Produktmanagement, WTW
Herkömmliche Systeme lassen nun
doch einige Wünsche offen …
Wer schon jemals auf Probenahmefahrt unterwegs war, weiß, dass in den Fahrzeugen allein
schon aus Sicherheitsgründen viele Sensoren,
teilweise gleichen Typs, aber auch mit unterschiedlichen Kabellängen mitgeführt werden.
Das bedeutet, dass zum Beispiel beim Wechseln
eines Sensors jedes Mal eine neue Sensorkalibrierung nötig wird, im Falle der Leitfähigkeit z. B.
gemessen wird. Aber auch hier gibt es neue und innovative Lösungen
zur Systemintegration von Sensoren und Messgerät.
die Zellkonstante eingestellt werden muss. Warum? Alle nötigen Sensorendaten sind nur in den
Geräten abgelegt und müssen daher individuell
vor dem Einsatz bestimmt werden. Das bringt einerseits zusätzlichen Aufwand und andererseits
Fehlerquellen mit sich. Zudem liefern bestimmte
Sensoren wie z. B. für pH-Wert und ORP niedrige
elektrische Spannungen, die sich wegen ihrer
hochohmigen Erfassung und der damit verbunden Störanfälligkeit nur über kurze, wenige Meter
lange Leitungen vernünftig messen lassen. Es
interessiert aber oft nicht nur der pH-Wert an der
Oberfläche sondern auch der in der Tiefe eines
Gewässers. Und von Brücken oder Stegen oder
gar in Brunnenrohre hinab zu messen überschreitet ebenfalls oft die verfügbaren Kabellängen.
Wenn man mehrere Sensoren gleichen Typs
mit sich führt, besteht natürlich auch eine gewisse Verwechslungsgefahr, außer man macht sich
die Mühe, sie selbst deutlich zu kennzeichnen.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Dokumentationspflicht. Sie erfordert immer häufiger, die
verwendeten Messsysteme aus Gründen der
Vollständigkeit oder Rückverfolgbarkeit mit zu
erfassen. Damit entsteht zusätzlicher Aufwand,
der sich in erhöhtem Zeitbedarf und damit letztendlich in erhöhten Kosten niederschlägt.
… und deshalb gibt es eine umfassen
de Lösung: MultiLine® IDS
Multiline-Messgerät und IDS-Sensoren: Der S ensor wird zum entscheidenden Baustein der Messung,
das Messgerät sozusagen die Peripherie für viele Parameter
Die Idee ist einfach, aber effizient: Der Sensor
selbst wird zum entscheidenden Baustein der
Messung, das Messgerät sozusagen die Peripherie für viele Parameter. Wie geschieht das? Man
macht den Sensor intelligent und digital. Daher
hat WTW als jüngste Entwicklung die IDS-Sensoren auf den Markt gebracht. Die moderne Mikro
elektronik eines intelligenten, digitalen IDS-Sensors erlaubt es, die eigentliche Messschaltung
sowie Kommunikationselektronik in einem Sensorkopf zu integrieren. Damit wird die Messung
zu einem komfortablen und sicheren Plug and
Play, denn:
1.)das Rohsignal wird direkt im Sensor in ein
störungsfreies Digitalsignal umgewandelt.
Äußere Störungen, die konventionelle Analogsignale überlagern könnten, spielen hier
T itelstory
Abb. 1: Drei Messkanäle, drei Sensoren, drei Parameter gleichzeitig angezeigt: das Multiline 3430 im
Einsatz. Für Anwender, die nur einen oder zwei Parameter benötigen, gibt es die Multiline-Modelle
3410 und 3420.
keine Rolle. Insbesondere die bei der pHMessung lästige Einschränkung von Kabellängen bzw. der Einsatz von Zusatzverstärkern gehört der Vergangenheit an.
2.)Sensorendaten liefern den aktuellen Zustand
des Sensors inklusive Kenndaten und enthalten auch die Kalibrierhistorie. Die Daten sind
unabhängig vom Messgerät und werden
beim Anschließen des Sensors dorthin übernommen. Das heißt: Morgens im Labor alle
Sensoren kalibrieren, mitnehmen, und beim
Anschließen werden die aktuellen Daten
übertragen und es kann sofort gemessen
werden. Gleichzeitig ergibt sich sensoren
seitig die mühelose Identifikation und Rückverfolgung aller Messungen.
3.)Fehlmessungen und Probleme durch nicht
oder falsch kalibrierte Sensoren werden ver-
mieden. Digitale Leitfähigkeitselektroden
enthalten z. B. ihre programmierte Zellkon
stante. Falsche Einstellung wie bei konventioneller Messtechnik ist nicht möglich.
4.)eine breite Palette von WTW-IDS-Sensoren
für pH und Leitfähigkeit deckt fast alle Applikationen ab. Für pH ist zusätzlich ein Adapter
erhältlich, der das Signal konventioneller
Spezialmesszellen digital wandelt und damit
ihre Verwendung an den neuen Geräten
ermöglicht. Ein neuer optischer Sauerstoffsensor FDO 925 für Feld- und Laboranwendungen rundet die Palette ab. Er vereint die
Vorteile konventioneller Sensoren (schnelle
Ansprechzeit, erprobter Aufbau) mit den Vorteilen der optischen Sauerstoffmessung
(anströmungsfrei, unempfindlich gegen H2S,
wartungsarm).
5.)standardisierte digitale Datenkommunikation
zwischen Auswerteeinheit und Sensor ermöglicht ein Endgerät mit parameterunabhängigen Schnittstellen. Der oder die angeschlossenen Sensoren bestimmen die
Parameter. Diese Systeme sind offen für
zusätzliche Messgrößen.
Apropos Endgeräte …
Abb.2: Die digitale Kommunikation zwischen
Sensor und Gerät erfolgt über wasserdichte, fest
verriegelbare Buchsenanschlüsse
Auch wenn (fast) alles im Sensor steckt, bleiben
wesentliche Aufgaben für die Endgeräte. Natürlich gehört dazu die Anzeige des Messwertes,
genauso wie die Möglichkeit zur Kalibrierung,
Parametrierung sowie die Speicherung und
Übertragung der Messwerte auf PC oder direkt
auf eine USB-Stick. Die neuen Geräte der MultiLine Serie (Multi 3410, 3420 und 3430) besitzen als erste ihrer Klasse ein Farbgraphikdisplay
zur besseren Darstellung und Unterscheidung
der gemessenen Parameter. Mit bis zu 3
anschließbaren Sensoren können ebensoviele
Parameter gleichzeitig gemessen und farb
codiert angezeigt werden.
Interessant ist auch die neue QSC-Funktion.
Mit ihrer Hilfe kann der Benutzer erstmals den
tatsächlichen Zustand seiner IDS-pH-Messkette
feststellen. Ein spezielles Verfahren referenziert
alle Kalibrierungen gegen eine Initialkalibrierung und stellt das Ergebnis als leicht lesbaren
Farbbalken dar.
Es stehen drei Geräte zur Wahl mit jeweils
einem, zwei oder drei unabhängigen Messkanälen. Die Mehrkanalgeräte stellen selbstverständlich alle angeschlossenen Sensoren im Display
dar, Sensoren lassen sich beliebig kombinieren.
Alle Geräte besitzen einen Datalogger, eine Speicher für 10.000 Einträge sowie zwei USBSchnittstellen (einen Host z. B. für USB-Sticks
und ausgewählte Drucker sowie eine DeviceSchnittstelle zum direkten Anschluss an einen
PC). Dank eingebauter Akkus sowie durch ein
handliches aber robustes und wasserdichtes
Gehäuse eignen sie sich hervorragend für den
mobilen Einsatz im Feld oder im Betrieb. Sie sind
updatefähig über Internetdownloads und so
konzipiert, dass sich zukünftige Parameter
mühelos integrieren lassen.
Fazit
Das neue MultiLine IDS ist mehr als die Kombination von Sensor und Gerät. Es ist stattdessen
ein System, dass nicht nur messtechnisch neue
Türen aufstößt, sondern auch hinsichtlich
Bedienfreundlichkeit, Flexibilität und Sicherheit
zukünftige Herausforderungen schon heute vorwegnimmt.
Dr. Klaus Reithmeyer
WTW GmbH
Weilheim
Tel.: 0881/183-0
Fax: 0881/183-420
[email protected]
www.wtw.com
L abormarkt
Multiplexer Drogen- und Sepsistest
Tragbares Dichtemessgerät
Anagnostics Bioanalysis entwickelte auf Basis seiner patentierten hybcell-Technologie ein
vollautomatisiertes MicroarraySystem und zugehörige Multiplex-Assays für die molekulare Diagnostik. Im Zuge der
Markteinführung
präsentiert
sich das Hightech Start-up nun
erstmals auf der Medica. Das
Forschungsteam arbeitet derzeit
an einem Drogen-Speicheltest
(Protein-Assay) sowie an einem
Test zum schnellen Sepsis-Nachweis (DNA-Assay). Mit der einfachen Bedienung – Probe einfüllen und auf Ergebnisse „warten“ – ist das System
perfekt für das klinische Umfeld geeignet. Anagnostics will mit der Messeteilnahme
insbesondere Kontakte zu Forschungseinrichtungen und Herstellern schließen, um
im Rahmen von Kooperationen neue Tests zu entwickeln.
Schnell, bequem und mobil Dichte perfekte Dichteergebnisse erzielen und von vielen verbesserten Produktmerkmalen profitieren. Das neue tragbare DMA 35
sorgt wie gewohnt in Sekundenschnelle für perfekte
Messergebnisse und wurde in folgenden Punkten
verbessert: Die neue IR-Schnittstelle erleichtert die
Kommunikation und den Datentransfer Verbesserte
Menüführung durch sieben benutzerfreundlich angeordnete Tasten Verbesserte Robustheit und Stoßfestigkeit
durch neues Design Hintergrundbeleuchtung – macht Ihre Messung auch in
dunkler Umgebung gut sichtbar. Es spricht der Tank – Mit der Tag & Log-Funktion werden Details, wie Probenname oder Behälterbezeichnung automatisch
erkannt und gemeinsam mit den Messergebnissen gespeichert. Alles auf einen
Blick unter folgendem Video-Link: http://anton-paar.com/001/en/102
Anton Paar Germany GmbH
Tel: 0711/72091-636, [email protected], www.anton-paar.
com
Medica 2009, Halle 17, Stand Nr. 17D20
Anagnostics Bioanalysis GmbH
Tel.: +43 7435 58193-0, [email protected], www.anagnostics.com
Wahre innere Größe
Stellplatz ist Mangelware
in vielen Laboren. Es gilt
daher den freien Platz
unter Laborabzügen und
Arbeitsplätzen effektiv zu
nutzen. Das Gründauer
Unternehmen asecos präsentiert zur A+A, Messe
für Arbeitsschutz und
Arbeitssicherheit, typgeprüfte Unterbauschränke
mit maximierter Innenhöhe bei gleichbleibenden Außenmaßen. Die
neue Schrankgeneration
bietet ideale Lagerbedingungen für eine Vielzahl an Behältergrößen bis hin zu den beliebten 30 Liter
Großgebinden. Problematisch war bislang die Lagerung dieser ausladenden Behälter direkt am Arbeitsplatz. Eine Lösung für diese Aufgabenstellung bieten die neuen
Unterbauschränke mit maximierter Innenhöhe. Eine 33 Liter fassende Auszugswanne birgt hinter der Schranktür den idealen Lagerplatz für Großgebinde. Da die
Auszugswanne nicht mit der Tür verbunden ist, kann sie jederzeit separat von Hand
bedient werden. Auf leichtgängigen Gleitschienen kann die Wanne vollständig aus
dem Schrank herausgezogen werden, was ein besonders rückenschonendes Ein- und
Auslagern ermöglicht. Schwere und unhandliche Gebinde können einfach von oben
in die Auffangwanne gestellt werden.
Mikro-Volumen DNA Spektralphotometer auf der Biotechnica
Das AstraGene MikroVolumen Spektralphotometer für die Messung
von DNA, RNA und Proteinanalytik wurde als
Neuheit dem Deutschen
Publikum auf dem Stand
der Firma Landgraf Laborgeräte HLL auf der
Biotechnica in Hannover
vorgestellt. AstraGene
basiert auf einem neuen
Verfahren, bei dem
die Probe direkt in der
Pipettenspitze vermessen wird. Durch dieses Verfahren muss die Probe nicht in eine
andere Küvette transferiert oder auf eine andere Messoberfläche pipettiert werden.
Die Probe mit nur 2 µl Volumen kann somit nach der Messung weiter eingesetzt
werden. Die Firma AstraNet Systems in Cambridge UK hat somit die Methode zur
Messung kleiner Probenmengen deutlich vereinfacht. Das Gerät benötigt durch die
Verwendung der Pipettenspitze als Küvette keine arbeitsintensiven Verdünnungsoder Reinigungsschritte. Das Spektralphotometer basiert auf einem im UV Bereich
hochsensiblen CCD Array Detektor der eine Messung kompletter Spektren innerhalb
von 2 Sekunden ermöglicht.
Asecos auf der A+A 2009 vom 3.–6. November in Düsseldorf:
Halle 6, Stand G17/G23
Landgraf Laborsysteme GmbH
Tel.: 0511/978206-0, [email protected], www.hll.de
Asecos GmbH
Tel.: 06051/9220-0, [email protected], asecos.com
AstraNet Systems Ltd.
Tel.: +44 1223 872197, www.astranetsystems.com
L abormarkt
Elektrochemische Korrosionsmessung in neuer Zelle
Müllzerkleinerung für Laboruntersuchungen
Elektrochemische Messungen für Korrosionsuntersuchungen sind eigentlich gut
zu lösen. Um möglichst unter optimalen
Messbedingungen zu arbeiten müssen die
Messzellen für Korrosionsprüfungen heute
möglichst flexibel sein. Die maßgeschneiderten Lösungen der amerikanischen Firma
Gamry Instruments sind hierfür Garant,
wenn es um Problemlösungen bei elektrochemischen Messungen geht. Die neu entwickelte Messzelle MultiPort Corrosion Cell
bietet mit den 7 Deckelöffnungen ausreichend Möglichkeiten für die Durchführung
unterschiedlicher Messmethoden. Diese
Öffnungen können neben der Probenhalterung für die Gaseinleitung, Gegen- und
Referenzelektroden sowie für die Temperaturmessung genutzt werden. Standardschliffe erlauben über den Einsatz von Adaptern die Verwendung unterschiedlicher
Elektroden und Messsonden. Die Zelle ist außerdem in einer temperierbaren Version
mit Mantel verfügbar, um die Untersuchungen unter definierten Bedingungen durchführen zu können.
Abfalldeponien nehmen zur Qualitäts- und Prozesskontrolle fortlaufend Untersuchungen von Müllproben vor. Diese müssen für eine reibungslose Analyse zunächst
zerkleinert und homogenisiert werden. In der Praxis führt dies allerdings zu einigen
Schwierigkeiten. „Labormühlen etwa sind teuer und zugleich empfindlich, wenn in
dem zu mahlenden Stoff noch ein Nagel oder eine Schraube drinsteckt, kann leicht
die ganze Mühle kaputt sein“, sagt Jürgen Graf, Vertriebsleiter der auf die Herstellung von Zerkleinerungsmaschinen spezialisierten Maschinenbaufirma Erdwich
GmbH. Aus diesem Grund wurde in vielen Betrieben der Müll häufig entweder zunächst per Hand vorsortiert und zerkleinert oder die Proben nur abgesiebt. „Wenn
aber nur kleine Mengen untersucht werden können, ist die Probenentnahme nicht
repräsentativ“, erklärt Graf. Die von Erdwich eigens für die Müllprobenzerkleinerung
entwickelten Shreddermodelle können nicht nur Mengen von bis zu 240 Litern auf
einmal zerkleinern, sondern bei Bedarf die Proben dabei auch homogenisieren, von
Metall befreien und abfüllen.
Erdwich Zerkleinerungssysteme GmbH
Tel.: 08191/9652-0, [email protected], www.erdwich.de
Hochleistungs-DC/AC-Wechselrichter
C3 Prozess- und Analysentechnik GmbH
Tel.: 089/45600670, [email protected], www.c3-analysentechnik.de
Neuer Katalog zur chemischen und biochemischen
Synthese in der Mikrowelle
Während in der organischen Chemie
(z. B. Heterocyclen-Chemie, Polymerchemie, Naturstoffchemie) die
mikrowellenunterstützte organische
Synthese längst Einzug in die Labors
gehalten hat, werden mittlerweile
immer mehr Anwendungen für die
Mikrowelle in der Biochemie entdeckt. Wissenschaftler sehen hier die
Vorteile des Mikrowellen-Einsatzes
bei der Metallorganischen Synthese,
der Synthese von Peptiden sowie bei
der Analyse von Peptiden und Proteinen. Organische und biochemische Reaktionen laufen bei der Verwendung von
Mikrowellenenergie in wenigen Minuten ab, anstelle von Stunden, wie es bei traditionellen Methoden üblich ist. CEM hat einen Katalog zur Übersicht der verfügbaren
Mikrowellen-Synthesizer heraus gegeben. Er enthält manuelle Forschungsgeräte auf
Mikrowellenbasis, Synthesizer mit Autosamplern und Pumpenanbindung. Für temperatursensitive Produkte oder Zwischenstufen ist auch die Kombination von Mikrowellenaktivierung mit gleichzeitiger Kühlung zur Gewährleistung von niedrigen
Reaktionstemperaturen im Modell Discover CoolMate möglich. Parallele Synthesen,
Synthese mit Kamera-Beobachtung und Lösungen für die Studentische Ausbildung
an Hochschulen sind in dieser kostenlosen Broschüre enthalten. Der Katalog ist kostenlos erhältlich.
Pewatron präsentiert zwei weitere Hochleistungs-DC/AC-Wechselrichter von Mean
Well – die Modelle TS-200 (200W) und TS-400 (400W), welche die Produktpalette
im tieferen Leistungsbereich abrunden. Der Anwender kann nun Produkte aus einem kompletten Sortiment im Bereich von 200W–1500W für verschiedene Einsatzbereiche wählen. Die Echt-Sinus-Wechselrichter sind leicht, bieten bis zu 88,5 %
Wirkungsgrad und einen sehr geringen Klirrfaktor von <3 %. Das Design ist für
Dauerlast geeignet und je nach Modell stehen Spitzenleistungen von +15 % für 3
Minuten, +50 % für 10 Sekunden und für kurze Peaks sogar die doppelte Nennleistung zur Verfügung. Die TS-200/400 sind Mikroprozessor-gesteuert und die ACAusgangsspannung sowie die Frequenz können leicht an der Frontplatte eingestellt
werden. Die Sicherheitsausstattung dieser Geräte ist umfassend: interne Sicherung,
Battery-Low Alarm, Battery-Low Abschaltung, Batterie-Polaritätssicherung, Schutz
gegen Batterie-Überspannung, Kurzschluss, Überlastung, Überhitzung sowie optionalem FI (Version F). Standard-Funktionen sind Remote ON/OFF-Steuerung und
LED-Anzeige für die Funktionsstatus-Überwachung. Das Design der TS-200 und
TS-400 Serie entspricht den gängigen Sicherheits- und EMV-Standards und ist für
die Stromversorgung für alle Arten von Haushaltsgeräten und Elektrowerkzeugen
geeignet, sowie für portable Büro-Geräte in Fahrzeugen, Yachten, Wohnmobilen
oder in kleineren Solar-Anlagen. Im TS-400 sind temperaturgesteuerte Lüfter
eingebaut, das TS-200 ist konvektionsgekühlt. Alle Geräte werden einem 100 %
Vollast-Burn-In Test unterzogen und besitzen folgende Zulassungen: CE-Zeichen,
LVD (EN60950- 1), FCC. Die Abmessungen sind (LxBxH): 205x158x59mm (TS-200);
205x158x67mm (TS-400) und die Garantiedauer beträgt 2 Jahre.
CEM GmbH
Tel.: 02842/96 44 0, [email protected], www.cem.de
Pewatron AG
Tel.: +41 44 877 35 08, [email protected], www.pewatron.com
L abormarkt
Mikroskoptisch für Auflicht- und Durchlichtanwendungen in der Mikroskopie
ITK Steuerungen überzeugen durch
höchste Präzision und haben sich
in den vergangenen Jahren einen
hervorragenden Ruf erarbeitet. Wir
freuen uns, Ihnen ab sofort ein komplettes System, bestehend aus einer
Steuerung und einem revolutionären Mikroskoptisch, anbieten zu können. Die üblichen Kabelverbindungen entfallen, da die
Steuerung bereits im Tisch integriert ist. Durch die Verwendung eines im Hause ITK
Dr. Kassen neu entwickelten Linearmotors, können Sie mit dem Tisch sehr schnell
und präzise die Positionen bis in den nm-Bereich ansteuern. Auf die bei konventionellen Systemen üblichen Verschleißteile wie Lager, Spindel und Endschalter wird
verzichtet. Das bedeutet für Sie einen erheblichen Vorteil in der Systemstabilität,
der Verfügbarkeit und der Lebensdauer des Mikroskoptisches. Durch einen eigens
entwickelten Aufnehmer werden die Proben automatisch aufgenommen. Durch das
absolute Messsystem kennen Sie zu jeder Zeit exakt die Position. Zeitaufwendige
Kalibrier- und Referenzfahrten sind nicht mehr notwendig.
ITK Dr. Kassen GmbH
Tel.: 06441/65005-12, [email protected], www.itknet.de
CO2-Brutschrank für jede Anwendung
Zur Medica in Düsseldorf stellt
Memmert erstmals das neue
Modulsystem für seinen CO2Brutschrank INCO vor. Schlank in
der Funktion, aber dennoch ohne
Kompromisse bei Präzision und Zuverlässigkeit war das Leitmotiv bei
der Ausstattung des Grundmodells.
Es bietet sich vor allem dann als
wirtschaftliche Alternative zu den
Highend-Versionen der Inco-Reihe
an. Mit steigenden Anforderungen
an Komfort, Hygiene und Möglichkeiten der Dokumentation und
Kommunikation können sich die
Anwender ab sofort ganz einfach aus sechs frei wählbaren, zusätzlichen Modulen
ihr ganz persönliches Wunschmodell zusammenstellen. So ergänzen zum Beispiel
elektropolierte Arbeitsräume, ein erweiterter CO2-Bereich bis 20 %, eine aktive
Feuchteregelung oder auch Schnittstellen für Drucker und Netzwerkanbindung maßgeschneidert den jeweiligen Bedarf. In allen Ausstattungsvarianten ist der Inco mit
108, 153 und 246 Litern Innenraumvolumen und einem Temperaturbereich von +20
bis +50 °C erhältlich.
Medica Düsseldorf: Halle 12, Stand 12B18
Memmert GmbH + Co. KG
Tel.: 09122/925-0, [email protected], www.memmert.com
Klinische Proben – automatisch, schnell und sicher ans Ziel
Mörsermühle mit beleuchtetem Mahlraum
Die Mörsermühle Pulverisette 2 von Fritsch
ist das zentrale Gerät im Aufbereitungslabor. Sie ist ebenso geeignet zum universellen Feinmahlen von anorganischen
und organischen Proben trocken oder in
Suspension für die Analyse, Qualitätskontrolle und Materialprüfung als auch zur
Herstellung und Homogenisierung von
Pasten und Cremes im Labormaßstab.
Bei einer Aufgabegröße von 6 – 8 mm
und einer Aufgabemenge von 30 – 150 ml
werden (materialabhängig) Endfeinheiten
von 10 – 20 µm erreicht. Insbesondere
in der pharmazeutischen Technologie
(Galenik), wird die Mörsermühle gerne eingesetzt. Damit werden 10 – 20 Tabletten
vermahlen. Weil durch den schonenden Energieeintrag kein Wirkstoff verloren geht,
ist die Mörsermühle die geeignete Wahl. Die Reibwirkung des Pistills bewirkt keine
Temperaturerhöhung während des Mahlvorganges. Der Wirkstoffgehalt bleibt konstant. Nach einer Mahldauer von 1 – 5 min erhält man ein homogenes Pulver von
etwa < 100 µm Partikelgröße. Die Mörserschale und das Pistill können sehr einfach
und ohne Werkzeug entnommen werden. Ideal zur schnellen Probenentnahme und
leicht zu reinigen! Der Andruck des Pistills an die Mörserschale erfolgt durch Federn,
sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung. Die Andruckkräfte sind ohne
Werkzeug einstellbar, genau ablesbar und somit absolut reproduzierbar.
Auch unter dem herrschenden
Zeit- und Kostendruck müssen
Klinische Laboratorien die Qualität der Analytik aufrechterhalten und Gewinn erwirtschaften.
Ohne Ausweitung der Automatisation ist dies kaum möglich.
In Abhängigkeit von der Größe
des Labors und der Höhe des
Probenaufkommens stellt sich
das Problem in unterschiedlichem Ausmaß, sodass individuelle, am Bedarf angepasste Lösungen gefragt sind.
Eines der flexibelsten Systeme für die Laborautomation bietet derzeit die Firma Hettich. Mit den PathFindern 350S und 900 eröffnet es kleinen Zentrallabors und großen
Einsendelabors gleichermaßen interessante Möglichkeiten. Vom Einsatz des automatischen Probensortiergeräts PathFinder 350S (ca. 350 Proben pro Stunde) profitieren
kleine Laboratorien mit geringem Probenaufkommen. Das kompakte Sortiergerät
beansprucht wenig Platz und ist bequem auf einem Labortisch zu betreiben. Mit der
Track-and-Trace-Funktion können Position und Bearbeitungsstatus der Proben zu jeder Zeit abgefragt werden. Fast alle gängigen Röhrchentypen mit 11 – 17 mm Durchmesser und 63 – 120 mm Länge können verarbeitet werden. Das System identifiziert
die Röhrchen mittels Barcode, anhand ihrer Abmessungen und der Farbe der Kappen,
sortiert sie nach Bestimmungsort (Analyse, Archiv, etc.), mustert sie gegebenenfalls
als fehlerhaft aus oder bearbeiten sie gesondert, wenn sie als Notfallproben an der
dafür vorgesehenen Annahmestelle eingebracht werden.
Fritsch GmbH, Mahlen und Messen
Tel.: 06784/70-146, [email protected], www.fritsch.de
Andreas Hettich GmbH & Co KG
Tel.: 07461/705 111, [email protected], www.hettichlab.com
L abormarkt
Umfangreiche Applikationsdatenbank für semi-micro GPC/SEC
Die neue EcoSEC
Webseite präsentiert
sich in einem komplett neuen Design
mit detaillierten Inhalten zu Hardware,
Software und umfangreichem Applikationsmaterial. Auf
der Startseite lässt
sich direkt in einer
3D-Animation
das
Gerät erkundschaften. Mit interaktiven Klicks werden einige der wichtigsten Komponenten heran gezoomt und Highlights der Komponenten angezeigt. Das Herz der
neuen Internetseite ist die umfangreiche Applikationsdatenbank. Der Nutzer kann
Informationen zu Anwendungen aus einen Portfolio von über 300 Applikationsbeispielen wählen. Diese sind in Polymerklassen, die einzelnen Polymere oder den TSKGEL Säulentypus gegliedert, bzw. können über eine direkte Keywordsuche angezeigt
werden. In weiteren Punkten der Webseite werden Einzelheiten zu den Komponenten wie Hardware, Software und den speziell für das Gerät zur Verfügung stehenden Semi-Mikro TSK-GEL GPC Säulen erläutert. Desweiteren gibt es die Möglichkeit
zur direkten Kontaktaufnahme. Interessenten können sich für den Tosoh Bioscience
Newsletter anmelden, um immer aktuell über Neuigkeiten rund um das EcoSEC System und Tosoh Bioscience informiert zu werden. EcoSEC ist ein GPC Kompaktsystem,
welches speziell für semi-mikro Applikationen optimiert wurde.
Tosoh Bioscience GmbH
Tel.: 0711/13257-0, Info.sep.eu @tosoh.com, www.ecosec.eu
Flexibles Probenfüll- und Spülsystem für Analysengeräte
Rudolph Research Analytical
hat das ECS – Easy Clean Sampling System für seine Dichtemessgeräte DDM2910/2911,
Autopol
Polarimeter
und
Refraktometer vorgestellt. Sie
können damit Probenaufgabe,
Messen, Spülen und Trocknen
von Einzelproben automatisieren. Auf Knopfdruck saugt
das ECS eine Probe aus einem
beliebigen Gefäß. Der weitere
Ablauf erfolgt automatisch.
Die Probe wird gemessen und
dann mit Luft in eine Abfallflasche geblasen. Alternativ können Sie wertvolle Proben
zurückgewinnen. Zur Reinigung spült das ECS nacheinander mit 2 Lösungsmitteln
und bläst anschließend Luft durch das System zum Trocknen. Das Probenvolumen beträgt je nach Analysengerät weniger als 1 ml, bei Kombinationen von Geräten einige
Milliliter. Spül- und Trocknungszeiten können Sie im Methodenmanagement für jede
Probe einzeln einstellen. Das Steuerprogramm erlaubt ein flexibles Datenmanagement, auch über Netzwerk oder an ein LIMS System. Typische Anwendungen finden
sich in Qualitäts- und Produktionskontrolle, Forschung, staatlichen Überwachungsund Prüflaboratorien.
Tec++ Dr. Volker Schmidt GmbH
Tel.: 06154/623050, [email protected], www.tecplusplus.de
Echtzeit-Massenspektrometer
Ionicon Analytik entwickelte
die neue PTR-TOFMS Serie:
zwei Echtzeit-Massenspektrometer zur hochauflösenden Messung von flüchtigen
organischen Verbindungen
(VOCs) im pptv-Bereich.
Die revolutionäre Technologie der Protonentausch
Reaktions – Massenspektrometrie (PTR-MS) steht nun
in zwei hochauflösenden
Flugzeitmassespektrometer-Varianten zur Verfügung: dem Ionicon PTR-TOF 8000
und dem Ionicon PTR-TOF 2000. Während sich das Flaggschiff PTR-TOF 8000 durch
eine maximale Auflösung von 8000 m/∆m auszeichnet und ein Detektionslimit von
unter 10 pptv erreicht, leistet das PTR-TOF 2000 eine Auflösung von maximal 2000
m/∆m. Kleinste Spuren von Sprengstoffen (RDX, TNT, HMX, PETN und Semtex A)
konnten beispielsweise in einer komplexen chemischen Matrix identifiziert werden.
Beide Serien können mit der neuen Technologie Switchable Reagent Ions (SRI) ausgestattet werden. Substanzen die bisher nicht via Protonentausch von H3O+ zu ionisieren waren, können nun mit SRI ionisiert werden, da die Primärionen innerhalb von
Sekunden auf O2+ bzw. NO+ umgestellt werden können. Somit wurde die Anzahl der
messbaren Stoffe bedeutend erweitert. Das vielleicht beeindruckendste Feature ist,
dass Isomere die per Definition auf derselben Masse liegen, mit SRI massenspektrometrisch getrennt und quantifiziert werden können. Dies wurde durch die Wahl von
NO+ als Primärion erreicht. Wie A. Jordan et al. im „International Journal of Mass
Spectrometry“ (2009) berichten, ist es gelungen das Detektionslimit eines „HighSensitivity PTR-MS“ Gerätes unter 1 pptv zu senken. In dieser Publikation werden
Messungen vorgestellt, die belegen, dass es nun möglich ist in den ppqv (parts-perquadrillion) Empfindlichkeitsbereich vorzudringen, d. h. es kann theoretisch ein Teilchen aus einer Menge von 10.000 Milliarden anderer Teilchen detektiert werden.
Wichtigste Anwendungsgebiete sind die Umweltforschung (Atmosphärenchemie),
Biologie, Nahrungsmittel- und Aromenforschung, Detektion von verbotenen und
gefährlichen Substanzen, Raumluftüberwachung, Abgasmessungen, sowie Medizin
und Biotechnologie.
Ionicon Analytik GmbH
Tel.: +43 512 507 4800, [email protected], www.ptrms.com
Lösung zur Messung von Through-Silicon Vias (TSV)
Innovative Lösungen in der Wafer-Messtechnik sowohl für Forschung & Entwicklung
als auch für die Prozesskontrolle in den Bereichen MEMS, Halbleiter und Photovoltaik – das präsentiert Fries Research & Technology GmbH (FRT) auf der diesjährigen
Semicon Europa. Eines der diesjährigen Highlights ist das Multisensor-Messgerät
MicroProf TTV. Dieses kann mit großer Genauigkeit Unterschiede in der Wafer-Dicke
(TTV) bestimmen sowie Bow, Warp und Flatness gemäß der SEMI-Standards messen.
Dank seiner Multisensorfähigkeit können die unterschiedlichsten Messverfahren wie
Reflektometrie, Interferometrie, Konfokal-Mikroskopie und Rasterkraftmikroskopie
kombiniert werden. Damit ist es z. B. möglich, neben Standardmessaufgaben wie der
Topographie- und Rauheitsbestimmung auch komplizierte Messaufgaben wie die
Through-Silicon Via Messung (TSV) bei extrem hohen Aspektverhältnissen von mehr
als 1:50 zuverlässig durchzuführen.
Besuchen Sie uns auf de Semicon in Dresden,
6. – 8. Oktober, Halle 3, Stand 101
FRT Fries Research & Technology GmbH
Tel.: 02204 842430, [email protected], www.frt-gmbh.com
L abormarkt
Mini-Kugelhahn
Neue Option in der Influenza A/H1N1 in vitro Diagnostik
Als innovatives Unternehmen
hat Reichelt Chemietechnik
den neuen Thomafluid-MiniKugelhahn entwickelt, der
überall dort zum Einsatz
kommt, wo aggressive Gase
und Flüssigkeiten sicher und
zuverlässig abgesperrt, getrennt, gemischt oder verteilt
werden sollen. Der Kugelhahn
sichert, dass es kaum Druckverluste im Vergleich zu anderen Absperrarmaturen gibt.
Die hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit begründen die konstruktiven Merkmale. Der
Absperrkörper besteht aus einer hohl gebohrten Kugel, die in Offenstellung dem
gesamten Leistungsquerschnitt zur Verfügung steht, wobei die Kugel durch Dichtbuchsen zentriert wird. Alle Thomafluid-Mini-Kugelhähne werden standardmäßig
mit einem Innengewinde G 1/16“ gefertigt, so dass wahlweise unterschiedliche Anschlussfittings eingeschraubt werden können. Wahlweise werden die Hähne aus PP,
PVDF bzw. PFA gefertigt. O-Ringe aus FPM kommen standardmäßig zum Einsatz. Die
maximale Druckbelastung beträgt 6 bar, wobei die maximale Medientemperatur für
PP 90°C, für PVDF 120°C und für PFA 180 °C beträgt. Gerne senden wir Ihnen unser
ausführliches Angebot sowie unseren kostenlosen 120 Seiten umfassenden Katalog!
Bitte schreiben Sie an Frau Krön, [email protected] oder per Fax 06221-312510.
Mit dem Maxwell 16 Viral Total Nucleic Acid Purification
Kit bietet Promega eine zuverlässige und automatisierte Möglichkeit, virale Nukleinsäuren aus verschiedenen Proben zu isolieren und aufzureinigen.
Gerade in der Diagnostik des neuen InfluenzaTyps A/H1N1 ermöglicht der Kit eine schnelle und
flexible Aufreinigung und damit eine zeitnahe
Diagnose. Virale RNA und DNA kann mit dem
neuen Kit aus Serum, Plasma oder anderen Proben extrahiert werden. Bereits nach
etwa 45 Minuten kann mit der isolierten
Nukleinsäure weitergearbeitet und diese
beispielsweise direkt für eine Real-Time
Reverse-Transkriptase PCR zum Nachweis der Viren eingesetzt werden. Die
Laboratoriumsmedizin Köln, Dres.
med. Wisplinghoff und Kollegen, eine
Gemeinschaftspraxis für Laboratoriumsmedizin und Mikrobiologie, nutzt
bereits seit dem Frühjahr dieses Jahres
das Maxwell 16 System zum Nachweis der Influenza A/H1N1. „Wir haben uns für
das Promega-System entschieden weil es in kurzer Zeit und sehr zuverlässig die Nukleinsäuren aufreinigt“, so Marion Steinmetz, Leiterin des Labors für allgemeine PCRund Thrombophiliediagnostik.
Reichelt Chemietechnik GmbH & Co.
Tel.: 06221/3125-0, [email protected], www.rct-online.de
Promega GmbH
Tel.: 0621/8501-110, [email protected], www.promega.com
Sicherheitskonzepte
Neben einer breiten Palette zur aktiven Lagerung von brennbaren Flüssigkeiten in Fässern und Kanistern,
hat Düperthal, das Highlight Active
UTS S – ein zertifiziertes Entsorgungssystem für brennbare Flüssigkeiten
entwickelt. Die zertifizierte Systemlösung besteht aus Sicherheitsschrank
und Sicherhietskomponenten.
Der Sicherheitsschrank ist klassifiziert Typ 90 (Feuerwiderstandsfähigkeit von 90 Minuten) nach DIN EN
14470-1 und verfügt über eine vielfältige Ausstattung. Das GS-Zertifikat des TÜV Süd bestätigt, dass der Schrank den
gültigen Normen DIN EN 14470-1 und DIN EN 14727 (Labormöbelnorm) entspricht.
Der Sicherheitsschrank hat eine integrierte Rohrdurchführung, inklusive einem Füllrohr aus Edelstahl Ø 20 mm, für die Medienzuführung der zu entsorgenden Stoffe.
Die Zuführung kann mit einem bauseitig vorhandenen Entsorgungs- oder Trichtersystem eines Laborabzugs bzw. Gefahrstoffarbeitsplatzes verbunden werden. Das Edelstahlrohr führt in den Schrankinnenraum und mündet direkt oberhalb eines Kanisters
mit Füllstandsanzeige und Trichter. Der Sammelbehälter ist aus leitfähigem Polyethylen und der Trichter mit Flammdurchschlagsieb aus Edelstahl. Brennbare Flüssigkeiten können so sicher, von außen, direkt dem Sammelbehälter zugeführt werden. Um
dabei statische Aufladungen zu verhindern, sind alle Metallteile serienmäßig mit den
Potentialausgleichslaschen an der Schrankrückseite gemäß BGR 132 und TRBS 2153
(Vermeidung von Zündgefahren) verbunden. Der leitfähige Polyethylenkanister ist
ebenfalls über eine lösbare flexible Verbindung mit den Metallteilen verbunden.
Düperthal Sicherheitstechnik GmbH & Co. KG
Tel.: 06027/403-0, [email protected], www.dueperthal.com
HPLC für analytische und präparative Fragestellungen
Ein wichtiges Einsatzgebiet
der HPLC stellt die präparative Aufreinigung von
Extrakten und Syntheseprodukten dar. Dabei werden
mittels HPLC hochreine
Einzelkomponenten
aus
einem Gemisch gewonnen.
Um ein Gemisch in Einzelkomponente aufzureinigen,
werden zuvor auf einer analytischen HPLC Anlage Methoden erarbeitet, die Aufschluss über die einzusetzenden Eluenten, einen optimalen Gradientenverlauf, die
Art des Trennmaterials, die Beladung der Säule und der Probenkonzentration geben.
Hiernach kann die Trennmethode in den präparativen Maßstab transferiert werden.
Oft werden für Methodenentwicklung und Aufreinigung zwei verschiedene HPLC
Systeme, eine analytische und eine präparative Anlage, verwendet. Mit dem Varian
940-LC kann die Methodenentwicklung und die Aufreinigung an einem optimierten
HPLC System durchgeführt werden. Das binäre Hochdruckpumpensystem hat in der
Standardkonfiguration Pumpenköpfe mit einer maximalen Förderrate von 25 mll/
min. Die Pumpen können jedoch auch bei analytischen Flussraten von z. B. 1 ml/min
betrieben werden. Die Injektion der Proben geschieht über einen Autosampler, der
Probenvolumina zwischen 5 und 4 500 µl injiziert. Die Varian UV- und Diodenarray
Detektoren verfügen über Flusszellen mit 2 Schichtdicken. Somit sind ohne Hardwareveränderungen Peaks im µAU Bereich darstellbar, während ebenso präparative
Peaks mit mehreren 10 000 AU ohne Detektoranschlag erkennbar sind.
Varian Deutschland GmbH
Tel.: 06151/703-242, [email protected], www.varianinc.de
Firmenverzeichnis
2009
A. KRÜSS Optronic GmbH
Air Products GmbH
HELLMA GMBH & CO. KG
BINDER GmbH
Brutschränke
Sterilisatoren
Trockenschränke
Vakuumtrockenschränke
Wärmeschränke
Elga
ELGA Berkefeld GmbH
Reinstwasser
ERETEC ohg
BlueSens Gas sensor GmbH
Breuell Ing.Büro
Augenduschen
BRONKHORST High-Tech BV
Durchflussmess- und Regelgeräte
CAMPRO SCIENTIFIC GmbH
anamed elektrophorese gmbh
Biochemikalien
Stabile und Radio-Isotope
Umweltstandards
Fertig-Gele
Carbolite GmbH
anthos Mikrosysteme GmbH
Luminometer
Photometer
Hochtemperaturöfen
Laboröfen
Rohröfen
Trockenschränke
Aqualytic
CASPAR & CO. LABORA GmbH
®
BSB-Messung
Leitfähigkeitsmessgeräte
pH-Meter
Photometer
Redox-Messung
Sauerstoffmessgeräte
Trübungsmesser
Wasseranalysen
Abzüge
Augenduschen
Laboreinrichtungen
Notduschen
ES-Technologien GmbH
Homogenisiergeräte
Fritsch Gmbh – Mahlen U. Messen
Korngrößenanalyse
Mühlen
Partikelgrößenbestimmung
Probenteiler
Siebmaschinen
GEA Lyophil GmbH
Gefriertrocknungsanlagen
Hybridisierungsinkubator
Schüttelapparate
Schüttelinkubatoren
Schüttelwasserbäder
Tiefkühltruhen und -schränke
Wasserbäder
Wasserdestillierapparate
Gefriertrocknungsanlagen
GKS Klima-Service GmbH & Co. KG
Hochdruck-Homogenisatoren
Laborabzugsprüfungen
Laborabzugsregelungen,
Laborabzugsüberwachungen,
Laborraum-Lüftungstechnik
Sterile Werkbänke
Thermoanalyse, Systeme zur
Bense GmbH
Laboreinrichtungen
BFI Optilas GmbH
Bildverarbeitung
CDD-Kamerasysteme, gekühlt
Comet-DNA Analyse
Mikroskoptische, motorisiert
Laboreinrichtungen
CS-Chromatographie Service GMBH
Chromatographie-Zubehör
DURATEC Analysentechnik GmbH
Hirschmann Laborgeräte
GmbH & Co. KG
Liquid-Handling
HMC Europe GmbH Labor- und
Sterilisationstechnik
HOHENLOHER Spezialmöbelwerk
Laboreinrichtungen
Dr.K.Hollborn & Söhne
GmbH & Co.KG
Farbstoffe
Mikroskopie
Reagenzien
Martin Christ GmbH
C + P Möbelsysteme GmbH & Co. KG
Brutschränke und Kühlbrutschränke
Tiefkühlgeräte bis –86 °C
Zentrifugen
Sterilisatoren
GFL Ges. für Labortechnik mbH
AVESTIN Europe GmbH
BÄHR-Thermoanalyse GmbH
Kühlzentrifugen
Zentrifugen
Hettich-Zentrifugen
Gasanalysegeräte
Chemikalien, Anorganische- und
Organische-
Hermle Labortechnik GmbH
Einrichtungsplanung
Laborplanung
Laborgase
ALFA AESAR GmbH & Co KG
Faseroptische Systeme
Küvetten
GONOTEC GMBH
Molekulargewichtsbestimmung
Osmometer
Horiba jobin Yvon gmbh
CHNOS-Elementaranalysatoren
Fluoreszenzspektrometer
ICP-Spektrometer
Mikroröntgenfluoreszenz
Monochromatoren
Prozessanalytik
Raman Spektroskopie
Spektrometer
Deuteriumlampen
Elementar Analysensysteme GmbH
CHNOSElementaranalysatoren
TOC/TNB-Analysatoren
Goodfellow GmbH
Keramiken
Polymere
Reinmetalle
hps Labor- und Bürositzmöbel OHG
Drehhocker
Laborstühle
Stehhilfen
Hekatech GmbH
CHNOSElementaranalysatoren
GIT VERLAG
I
ONLINE: www.GITBuyersGuide.de
Dichtemessgerät
Mikroskopie
Polarimeter
Refraktometer
Schmelzpunktmessgeräte
Spektrofotometer
Firmenverzeichnis
2009
Peter Huber Kältemaschinenbau
GmbH
Thermostate
ILA Innovative Laborarmaturen
GmbH
DIE LABORFABRIK GmbH
ÖGUSSA EdelMetalle
Laboreinrichtungen
Platingeräte
labexchange
Laborgeräte-Börse GmbH
PhotoMed GmbH
Analysengeräte, gebraucht
Fluoreszenzspektrometer
Lichtquellen
Löser MeSStechnik
Pragmatis GMBH
Laborinformationssysteme
Thermostate
Kryometer
Molekulargewichtsbestimmung
Osmometer
Kinematica AG
LÖWINGER GMBH
Dispergiergeräte
Emulgiergeräte
Homogenisiergeräte
Mischer
Mühlen
Rührwerke
Schüttelgeräte
Viskosimeter
Chromatographie-Zubehör
Laborarmaturen
Notduschen
JULABO Labortechnik GmbH
Knick Elektronische Messgeräte
GmbH & Co. KG
Leitfähigkeitsmessgeräte
pH-Messgeräte und Elektroden
KRÜSS GmbH
Kontaktwinkelmessgeräte
Tensiometer
LEO KÜBLER GMBH
Refraktometer
L.O.T. - Oriel GmbH & Co. KG
Deuteriumlampen
FT-IR Spektrometerzubehör
Hohlkathodenlampen
Korngrößenanalyse
Lichtquellen für Forschung und
Entwicklung
Spektrometerzubehör UV-FTIR
Tensiometer
Laborabzugsprüfungen
TKA – Wasseraufbereitungs
systeme GmbH
Reinstwassersysteme
PSI Grünewald GmbH & Co. KG
Abzüge, Um-, AbluftRiebesam GmbH & Co. KG
Trespa Deutschland GmbH
Reinigungs- und
Desinfektions- Automaten
Labortischbeläge
Martor KG
Sicherheitsschneidgeräte
Sartorius BBI Systems Gmbh
Abwasserneutralisation
Klima-Sonderklima
Bioreaktoren
Cross-Flow Filtration/Filtration
Fermenter
KNF NEUBERGER GMBH
Dosierpumpen
Pumpen
Vakuumpumpen
TintschL Bioenergie und
Strömungstechnik AG
MKS INSTRUMENTS Dtld. GmbH
Differenzdruckmessgeräte
Druckmessgeräte
Durchflussmess- und Regelgeräte
Vakuum-Mess- und Steuergeräte
SCHNEIDER Elektronik GmbH
Vötsch Industrietechnik GmbH
Laboröfen
Sterilisatoren
Vakuumtrockner
SIGMA Laborzentrifugen
WEIDNER LABORBAU GMBH
Laborzentrifugen
Zentrifugen
Glove-Box (CNS/Acryl)
Laboreinrichtungen
SITA Messtechnik GmbH
Westfalen AG
Tensiometer
Laborgase
Otto nordwald gmbh
Soliton GmbH
Aga-Agar
Desinfektionsmittel
Mikrobiologische Nährböden
Monochromatoren
Raman Spektroskopie
Spektrographen
OHAUS GmbH
Systec GmbH
Feuchtemessung
Waagen
Autoklaven
OKW Gehäusesysteme GmbH
Gehäuse
Roland VETTER Laborbedarf OHG
Laborhilfsmittel
Brutschränke
Feuchtekammern
Konstantklimakammern mit
Peltiertechnologie
Sterilisatoren
Trockenschränke
Vakuumtrockenschränke
Wasserbäder
Wärmeschränke
tritec Ges. f. Labortechnik
Systemceram GmbH & Co. KG
Carl Zeiss MicroImaging GmbH
Confocal System Solutions
3D-Imaging
Microscopy Software
Microscopy System Solutions
Laborbecken
Labortischplatten
TECAN DEUTSCHLAND GmbH
Laborbau systeme Hemling
GmbH & Co. KG
OLYMPUS Deutschland Gmbh
Mikroskopie
Laborautomatisierung
Photometer
Laboreinrichtungen
II
GIT VERLAG
ABZÜGE, UM-, ABLUFT-
PSI Grünewald GmbH & Co. KG
69514 Laudenbach, T:06201/71343
Hettich-Zentrifugen
Föhrenstr. 12, 78532 Tuttlingen
T: 07461/7050 Fax: 705125
http://www.hettichlab.com
[email protected]
BSB-MESSUNG
Aga-Agar
Otto Nordwald GmbH, Hamburg
T: 040/4313360 Fax: 43133622
www.ottonordwald.de
ANALYSENGERÄTE, GEBRAUCHT
Labexchange Laborgeräte-Börse GmbH
72393 Burladingen
T: 07475/9514-0 FAX: 9514-44
AUGENDUSCHEN
Breuell Ing.Büro
Grützmühlenweg 40, 22339 Hamburg,
Tel: 040/5380921-0, Fax: 538092-84
AQUALYTIC®
Schleefstr. 12, 44287 Dortmund
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
CCD-KAMERASYSTEME, GEKÜHLT
BFI Optilas GmbH, Puchheim
T: 089/8901350 Fax: 800256
CHEMIKALIEN, ANORGANISCHEUND ORGANISCHE-
Systec GmbH
Postfach 1101, 35435 Wettenberg
T: 0641/982110 Fax: 9821121
Alfa Aesar GmbH & Co KG
Postfach 110765, 76057 Karlsruhe
T: +49 (0)721/84007-260 Fax: -300
email: [email protected]
www.alfa-chemchat.com
BILDVERARBEITUNG
CHNOS-ELEMENTARANALYSATOREN
T: 089/8901350 Fax: 800256
Donaustr. 7, 63452 Hanau
T: 06181/9100-0 Fax: 9100-10
Biochemikalien
Hekatech GmbH, 41844 Wegberg
T: 02432/493649 Fax: 493650
Köpenicker Str. 10a, D-10997 Berlin
T: +49 (0)30/6290189-0
Fax: +49 (0)30/6290189-89
[email protected], www.campro.eu
Bioreaktoren
Sartorius BBI Systems GmbH
T: 05661/713400 Fax: -3702
[email protected]
www.sartorius-bbi-systems.com
BRUTSCHRÄNKE
BINDER GmbH
Pf 102, 78532 Tuttlingen
T: 07462/2005-0, Fax: -100
www.binder-world.com
Schatzbogen 43, 81829 München
T: 089/420008-0 Fax: 424106
Phone: +49 551 5060 660
Telefax: +49 551 5060 464
DURCHFLUSSMESS- UND REGELGERÄTE
CROSS-FLOW FILTRATION/FILTRATION
T: 089/420008-0 Fax: 424106
[email protected]
Desinfektionsmittel
T: 040/4313360 Fax: 43133622
www.ottonordwald.de
DEUTERIUMLAMPEN
DURATEC Analysentechnik GmbH
Rheinauer Str. 4, 68766 Hockenheim
T: 06205/9450-0 FAX: 9450-33
http://www.duratec.de
Horiba JOBIN YVON GmbH
Hauptstr. 1, 82008 Unterhaching
T: 089/462317-0 Fax: -99
www.jobinyvon.de, [email protected]
CHROMATOGRAPHIE-ZUBEHÖR
CS-Chromatographie Service GmbH
Am Parir 27, 52379 Langerwehe
T: 02423/40493-0 Fax: -49
Online-Shop: www.cs-chromatographie.de
Trennsäulen für CE, GC, HPLC und Zubehör
LÖWINGER GMBH
PF 1261, 97698 Münnerstadt
T: 09733/8140-0 Fax: 8140-20
E-mail: [email protected]
Glasröhrenverarbeitung für Laboratorien,
Pharma-, Chem. und Lebensmittel
industrie, Mikroeinsätze
www.lot-oriel.com/de
T: 06151/8806-0, [email protected]
A. KRÜSS Optronic GmbH, Hamburg
T: 040/514317-0 www.kruess.com
DIFFERENZDRUCKMESSGERÄTE
T: 089/420008-0 Fax: 424106
DISPENSERSYSTEME
ThermoElectron GmbH
AOX, TOC, TN- und TS-Analysatoren
T: 06103/408-1262 Fax: 408-1640
KNF NEUBERGER GMBH
Membranpumpen + Systeme
Alter Weg 3, 79112 Freiburg
T: 07664/5909-0 Fax: 2124
3D-Imaging
EINRICHTUNGSPLANUNG
eretec OHG
Lichtstr. 1, 51645 Gummersbach
T: 02261/54950 Fax: 549510
[email protected]
www.eretec.de
EMULGIERGERÄTE
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
T: 089/8901350 Fax: 800256
Dr.K.Hollborn & Söhne GmbH & Co.KG
T: 0341/2334405 - www.hollborn.de
Faseroptische Systeme
Hellma GmbH & Co. KG
PF 1163, 79371 Müllheim
T: 07631/182-0 Fax 13545
[email protected]
www.hellma-worldwide.com
FERMENTER
T: 05661/713400 Fax: -3702
[email protected]
FERTIG-GELE
anamed Elektrophorese GmbH
Ringstr. 4 , 64401 Groß-Bieberau
T: 06162/80984-0 Fax: 80984-20
www.anamed-gele.com
Feuchtekammern
Phone: +49 551 5060 660
Telefax: +49 551 5060 464
Drehhocker
GIT VERLAG
BRONKHORST HIGH-TECH BV
[email protected]
www.massflowcontroller.com
Dichtemessgerät
COMET-DNA ANALYSE
PF 1720, 91107 Schwabach
T: 09122/925-0 Fax: 14585
[email protected], www.memmert.com
auch m. Kühlaggregat bis 0 °C
DRUCKMESSGERÄTE
FARBSTOFFE
Rottstr. 19, 52068 Aachen
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
AUTOKLAVEN
Confocal System Solutions
T: 09122/925-0 Fax: 14585
FEUCHTEMESSUNG
Tel. + 49 5101 852-810
www.hps-sitzmoebel.de
OHAUS GmbH
35353 Giessen
T: 0641/71023 Fax: 71025
[email protected]
III
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
BRUTSCHRÄNKE und
Kühlbrutschränke
Stichwortverzeichnis
2009
ABZÜGE
2009
FLUORESZENZSPEKTROMETER
HORIBA JOBIN YVON GmbH
T: 089/462317-0 Fax: -99
PhotoMed GmbH
Inningerstr. 1
82229 Seefeld
T: 08152/993090 Fax: 993098
FT-IR SPEKTROMETERZUBEHÖR
GasAnalysegeräte
HOMOGENISIERGERÄTE
ES-Technologien GmbH
Tel. 07631/6323 Fax: 173992
www.es-technologien.de
Kinematica AG
T: 0041/41/2501257 Fax: 2501460
GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN
GEA Lyophil GmbH
Kalscheurener Str. 92,
D-50354 Hürth/Germany
T: 02233/6999-0 Fax: 6999-10
[email protected]
www.gea-lyophil.com
Martin Christ GmbH
PF: 1713, D-37507 Osterode,
T: 05522/50070, Fax: 500712
Schulze-Delitzsch-Str. 4
30938 Burgwedel
T: 05139/9958-0 Fax: 995821
http://www.GFL.de
Spectro Analytical Instruments
Boschstr. 10, 47533 Kleve
T: 02821/892-0 Fax: 8922200
[email protected]
OKW Gehäusesysteme GmbH
T: +49(0)6281/404-00
www.okw.com
GLOVE-BOX (CNS/ACRYL)
www.weidner-laboreinrichtungen.de
High-resolution melt
ltf-Labortechnik GmbH & Co. KG
T: 08382/98520 Fax: 985232
HOCHTEMPERATURÖFEN
Carbolite GmbH, 76698 Ubstadt
T: 07251/962286 Fax: 962285
http://www.carbolite.com
HOHLKATHODENLAMPEN
T: 07951/94170 Fax: 5038
Kryometer
Löser Meßtechnik
Kaiserstr. 24, 13589 Berlin
T: 030/8147317-0 Fax: -1
www.loeser-osmometer.de
KÜHLZENTRIFUGEN
Siemensstr. 25, 78564 Wehingen
[email protected]
www.hermle-labortechnik.de
IV
PF 11 55, 56425 Siershahn
T: 02623/600-10 Fax: 600-790
www.systemceram.de
LABOREINRICHTUNGEN
Bense GmbH Laborbau
37181 Hardegsen
T: 05505/94520 F: 945290
[email protected]
T: 0241/9464930 Fax: 9464913
T: 089/462317-0 Fax: -99
Hellma GmbH & Co. KG
T: 07631/182-0 Fax:07631/13546
[email protected]
http://www.hellma-worldwide.com
HOHENLOHER Spezialmöbelwerk
Schaffitzel GmbH & Co. KG
D-74603 Öhringen, PF 13 60
T: 07941/696-0 Fax: 07941/696-116
www.hohenloher.de/[email protected]
KERAMIKEN
LABORABZUGSPRÜFUNGEN
Goodfellow GmbH, PF 1343
61213 Bad Nauheim
T: 0800 1000 579 (freecall)
F: 0800 1000 580 (freecall)
tritec Ges. f. Labortechnik
und Umweltsimulation mbH
Hüttenstr. 8, 30165 Hannover
T: 0511/3523508 Fax: 3521715
www.tritec-klima.de/com
Klimaschränke, Räume/begehbar,
beschickbar - Kälte-Wärme-FeuchteExtrem-Licht-C02- Umweltsimulation,
Stabilitätsprüf., u.a. Sonderausstatt./
Größen nach Wunsch
Max-Planck-Str. 1, 28816 Stuhr
T: 0421/56907-0 Fax: -56
[email protected], www.gks.eu
TintschL BioEnergie und
Strömungstechnik AG
Goerdelerstr. 21, 91058 Erlangen
T: 09131/81249-10 Fax: 81249-19
Konstantklimakammern mit
Peltiertechnologie
T: 09122/925-0 Fax: 14585
T: 0421/56907-0 Fax: -56
KONTAKTWINKELMESSGERÄTE
KRÜSS GmbH, Wissenschaftl. Laborger.
Borsteler Chaussee 85-99a,
22453 Hamburg
T: 040/51 44 01-0, F: 514401-98
E: [email protected]
http://www.kruss.de
SCHNEIDER Elektronik GmbH
Industriestr. 4, 61449 Steinbach
T: 06171/88479-0 Fax: 88479-99
www.schneider-elektronik.de
Nach- und Umrüstungen nach DIN
EN 14175. Laborabzugswartung.
LABORARMATUREN
LABORBECKEN
KÜVETTEN
Hochdruck-Homogenisatoren
Avestin Europe GmbH
T: 0621/7245980 Fax: 5813
www.avestin.com
FRITSCH GMBH – Mahlen und Messen
Industriestraße 8, 55743 Idar-Oberstein
Tel: 06784/70-0, [email protected]
www.fritsch.de
C + P Möbelsysteme GmbH & Co. KG
Boxbachstr. 1, 35236 Breidenbach
T: 06465/919-820 Fax: -809
www.cpmoebel.de, [email protected]
KLIMA-SONDERKLIMA
Gehäuse
LABORAUTOMATISIERUNG
HYBRIDISIERUNGSINKUBATOR
ICP-Spektrometer
BlueSens gas sensor GmbH, 45699 Herten
T: 02366/30530-1 Fax: 30530-0
www.bluesens.de
KORNGRÖSSENANALYSE
Laborbau Systeme Hemling GmbH & Co. KG
Siemensstr. 10, 48683 Ahaus
T: 02561/68762-0 Fax: 68762-62
www.laborbau-systeme.de
DIE LABORFABRIK GmbH
T: 0421/43840-0 Fax: -33
www.die-laborfabrik.de
WEIDNER LABOREINRICHTUNGS GMBH
37181 Hardegsen
T: 05505/94799-0 Fax: 94799-20
www.weidner-laboreinrichtungen.de
LABORGASE
Air Products GmbH, 45527 Hattingen
T: 02324/689-215 Fax: 689444
www.airproducts.de
[email protected]
Westfalen AG,
Industrieweg 43, 48155 Münster
T: 0251/695-0, Fax: 0251/695-129
LABORGASE UND ARMATUREN;
REINSTGASINSTALLATION-SERVICE
UND SCHULUNG
AIR LIQUIDE GmbH
T: 0211/6699-0 Fax: 6699-222
[email protected]
www.airliquide.de
LABORHILFSMITTEL
ROLAND VETTER Laborbedarf OHG, PF 47,
72117 Ammerbuch, T: 07073/6936
www.rvetter.de
ILA Innovative Laborarmaturen GmbH
T: 06258/9495-0 Fax: 9495-10
info@ila-gmbh; www.ila-gmbh.de
GIT VERLAG
2009
Labortischbeläge
Pragmatis GmbH
T: +49 (0) 8165 999210
www.pragmatis.de
LABORÖFEN
T: 07251/962286 Fax: 962285
Umweltsimulation · Wärmetechnik
PF 11 63 · 35445 Reiskirchen
T: 06408/84-73 Fax: 84-8747
www.voetsch.info · [email protected]
LABORPLANUNG
eretec OHG
Lichtstr. 1, 51645 Gummersbach
T: 02261/54950 Fax: 549510
[email protected]
www.eretec.de
Laborstühle
Tel. + 49 5101 852-810
Trespa Deutschland GmbH
Europaallee 27, 50226 Frechen
T: 0800 1860-422 Fax: -733
[email protected]
LICHTQUELLEN
Microscopy System Solutions
PhotoMed GmbH
Inningerstr. 1
82229 Seefeld
T: 08152/993090 Fax: 993098
Lichtquellen für Forschung
und entwicklung
LABORTISCHPLATTEN
PF 11 55, 56425 Siershahn
T: 02623/600-10 Fax: 600-790
www.systemceram.de
LABORZENTRIFUGEN
PF 1713, 37507 Osterode/Harz
T: 05522/50070, Fax: 500712
www.sigma-laborzentrifugen.de
LEITFÄHIGKEITSMESSGERÄTE
Knick, PF 370415, 14134 Berlin,
Beuckestr. 22, 14163 Berlin
T: 030/80191-0, Fax: 80191-200
[email protected], www.knick.de
AQUALYTIC®
T: 0231/94510-755 F: 0231/94510-750
[email protected]
www.aqualytic.de
mikrobiologische nährböden
LIQUID-HANDLING
Labor- / Biotechnik
Healthcare
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756
ITK Dr. F. Kassen 758
IZM Fraunhofer Inst. f. Zuverlässigkeit und
703, 756
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Shimadzu Europa 725
Sigma- Aldrich Chemie Mikrointegration 700
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SIM Scientific Instruments Manufacturer 743
Applied Biosystems 718
Julabo Labortechnik 717
Skan 743
Asecos 756
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Spectro Analytical Instruments 737
AstraNet Systems 756
KIT Karlsruher Inst. f. Technologie, Campus Nord 735
Spetec 747
BAM f. Materialforschung u. Prüfung 716
Dr. Ing. H. Knauer Wissenschaftliche Gerätebau 719
Steinbrenner Laborsysteme 746
Bayern Innovativ 706
KNF Flodos 722
Tec++ Dr. Volker Schmidt 759
BIAS Inst. f. angewandte Strahltechnik 702
Landesinitiative Zukunftsenergien NRW 752
Bioregion 700
Lanxess 740
BMD Bio Mitteldeutschland 753
Macherey-Nagel BRAND Fabrik für Laborgeräte 711
Memmert C3 Process- und Analysentechnik 757
Messe München 711
Mettler- Toledo 713
Milchprüfring Bayern 744
CEM 756, 757, 758
Düperthal Sicherheitstechnik 701, 760
Beilage, 726
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Tosoh Bioscience 699, 759
Troostwijk Auktionen 705
TU München 705
Univers. Dortmund 710
Univers. Erlangen 705
Univers. Freiburg 704
Univers. Hamburg 702
Erdwich 757
Millipore S.A.S. 720
Forschungszentrum Jülich 714
MLU Univers. Halle 703
Freie Univers. Berlin 734
MMT Micro Mechatronic Technologies 729
MPI f. Mirkostrukturphysik 705
MPI f. Quantenoptik 705
GDCh Ges. Dt. Chemiker 701, 702, 703, 704, 710, 712
NateCo2 748
Green TEG c/o ETH Zürich 732
Omnilab Laborzt. 709
und Biomedizin Karl Hecht Glaswarenfabrik 739
Pewatron 757
VWR International 715
HT-CON Unternehmensberat. 700
Promega High Tech Park 760
Welsmann ID e. K. 738
IBMT Fraunhofer Inst. f. Biomedizinische Technik 704
Qiagen 699
Westfalen 760
WTW Fritsch Laborgerätebau 730, 731, 732, 733, 758
FRT Fries Research & Technology 699, 759
Ionicon Analytik Gesellschaft m.b.H. 745, 759
Reichelt Chemietechnik Isoft Health 727, 737
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