Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes
DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND
September 2025 9/2025
Effizienz und Sicherheit in biotechnologischen Prozessen – mit smarter Messtechnik von Endress+Hauser
Besuchen Sie uns auf der ILMAC Basel 16.-18. September 2025 Halle 1.0 Stand A150
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Ende Juli dieses Jahres wurde es einer breiten Öffentlichkeit bekanntgemacht: In einer Tongrube in Frick, Schweiz, hat man 2013 ein Skelett ausgegraben, das zu einer völlig neuen Dinosaurierspezies gehört. Man reibt sich die Augen: eine aktuelle Veröffentlichung mit Bezug auf das Jahr 2013 – vor zwölf Jahren?
Schliesslich sind wir doch in der heutigen Zeit ein Wissenschafts-Stakkato mit hohem Tempo gewohnt. Hirntumore lassen sich jetzt intraoperativ in 30 Minuten statt, wie vorher, zwei Wochen später einordnen. Auch bestimmte bakterielle Krankheitserreger können plötzlich in Minuten statt in Tagen bestimmt werden. Aus volldigitalisierten Prozessen erhält der Verantwortliche alle Informationen ohne Zeitverzögerung. Und wie sich chemische Bindungen bilden, lässt sich ebenso unmittelbar in Echtzeit verfolgen – alles sehr spannend und alles nachzulesen der vorliegenden Ausgabe der ChemieXtra. Wer das rasante Innovationstempo hautnah erleben möchte, besucht vom 16. bis zum 18. September die Ilmac in Basel inklusive des SIGImedia-Messestands mit ChemieXtra und anderen einschlägigen Branchenzeitschriften (Halle 1.0, D205).
Einen Kontrapunkt setzt die Entschlüsselung des Virusgenoms der Grippepandemie von 1918 bis 1920 in der Schweiz. Das bedeutet eine Zeitverzögerung von der Diagnose bis zur vollendeten Analyse von fast einem Jahrhundert, obwohl das untersuchte historische Präparat die ganze Zeit in der medizinischen Sammlung der Universität Zürich schlummerte. Dabei sehen wir zurzeit eine gravierende Bedrohungslage in puncto Viren, zum Beispiel durch den Affenpocken-Erreger (übrigens auch ein Top-Thema in der vorliegenden Ausgabe).
Dazu passt auch eine aktuelle Meldung des Europäischen Zentrums für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten: Die EU-Behörde weist auf 335 Fälle von West-NilVirus (19 Tote) und auf 27 Fälle von Chikungunya nach Tigermückenstich seit Januar hin. Nicht umsonst bringt Dr. Eleonora Flacio, Präsidentin der European Mosquito Control Association, in einem Projekt im Tessin die Sterile-Insekten-Technik zur Anwendung: Sterilisierte Mückenmännchen werden ausgesetzt, um die Anzahl der Mücken in der nächsten Generation zu vermindern.
Fazit: Wer die Priorisierung von Forschung beeinflussen kann, muss angesichts der aktuellen Bedrohung durch pathogene Mikroorganismen ihre Abwehr durch Projekte im Bereich Pharma und Biotech ganz oben ansiedeln. Ein Sauropodenskelett darf ruhig zwölf Jahre auf eine adäquate wissenschaftliche Beschreibung warten.
Die Redaktion wünscht Ihnen eine inspirierende Lektüre!
Christian Ehrensberger c.ehrensberger@sigimedia.ch
Lernen Sie an der Ilmac Basel das Team der ChemieXtra kennen. Wir freuen uns auf Ihren Besuch am Stand D205!
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«Viele Spezies in kontrollierten Umgebungen»
Mikrobiologische Verunreinigungen im Reinraum und «Annex 1»: Christian Scheuermann, Global Technical Services Manager bei Charles River Laboratories, im Interview.
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Der Schleier über der Entstehung des Lebens wurde ein Stück weit gehoben und ein neuer Weg zu einer nachhaltigeren und energieärmeren Grundstoffchemie eröffnet.
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Moleküle, die Bakterien einfangen
Mit dem schnellen Nachweis von Bakterien können Antibiotikabehandlungen optimiert werden. Eine Forschungsgruppe hat jetzt spezielle Moleküle entwickelt.
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Das Brot der Zukunft
Anhand eines historischen Präparats haben Forschende erstmals das Virusgenom der Grippepandemie von 1918 bis 1920 in der Schweiz bestimmt.
Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche www.chemiextra.com
Erscheinungsweise
7 × jährlich
Jahrgang 15. Jahrgang (2025)
Druckauflage
7300 Exemplare
WEMF / SW-Beglaubigung 2024 6326 Exemplare Total verbreitete Auflage 1699 Exemplare davon verkauft
ISSN-Nummer 1664-6770
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Ilmac Basel 2025
Im Einführungsbeitrag «Nullemission trotz strenger Pharmaregularien» geht es um Pharmalogistik. Anschliessend folgen Exponate von Austellern des Branchenevents.
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Bindungs-Bildung in Echtzeit beobachtet
Einblicke in den Energie- und Ladungstransfer: Eine neue Methode ermöglicht mittels Heliumtröpfchen und Laserpulsen den gezielten Start chemischer Prozesse.
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VERFAHRENSTECHNIK
Über den Einfluss von Gasblasen
Einzigartige Einblicke in das Innere der Wasserstoffblasen leiten daraus neue Erkenntnisse für die Vorgänge im Elektrolyseur ab. Führt das zu mehr Effizienz?
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Sulzer eröffnet neues Technologie-Zentrum in Winterthur 82 AUS DER FORSCHUNG
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Mikrobiologische Verunreinigungen im Reinraum lassen sich mit einem Mopp von Oberflächen entfernen –Risiko gebannt. Welches Bakterium oder welches Virus der Mitarbeiter dabei eliminiert hat, interessiert nicht, oder doch? Der seit zweieinhalb Jahren gültige «Annex 1» verlangt im Rahmen der EMPQ (Environmental Monitoring Performance Qualification) dennoch eine Identifizierung von mikrobiellen Verunreinigungen bis hin zur Bestimmung von unbekannten Organismen. Christian Scheuermann, Global Technical Services Manager bei Charles River Laboratories, erläutert, was dies für die betriebliche Praxis bedeutet.
Christian Ehrensberger: Herr Scheuermann, was genau verlangt der Annex 1?
Christian Scheuermann: In der Vergangenheit waren Trends auf die quantitative Bestimmung der mikrobiologischen Belastung im Allgemeinen und im Besonderen in Bezug auf die Warn- und Aktionslimits fokussiert. Im neuen EU Annex 1 wird das Trending im Rahmen des Umgebungsund Prozessmonitorings um die Kenntnis von Veränderungen in der mikrobiellen Flora und bei den dominierenden, spezifischen Organismen erweitert. In diesem Kontext werden Sporenbildner und Schimmelpilze explizit erwähnt.
Genauere Anforderungen werden für die verschiedenen Reinraumklassen formu -
liert. In den Reinraumklassen A und B müssen Isolate bis zur Speziesebene identifiziert werden. Darüber hinaus sollte der mögliche Einfluss dieser Organismen auf die Produktqualität evaluiert werden. Für die Identifizierung von Isolaten aus den Reinraumklassen C und D wird keine taxonomische Ebene gefordert. Dennoch gilt ein besonderes Augenmerk Sporenbildnern und Schimmelpilzen. Zusammen genommen sollte die Betrachtung aller Mikroorganismen in einer Risikobewertung eingebunden sein. Die Aussagekraft der Risikobewertung ist infolge einer Identifizierung auf Speziesebene wesentlich höher als beispielsweise auf Genusebene. Daher sollte auch bei der Qualifizierung
der Reinraumklassen C und D die Identifizierung aller Isolate auf Speziesebene in Betracht gezogen werden. Um ein Verständnis der typischen mikrobiellen Flora aufrecht zu erhalten, sollten auch in diesen Reinraumklassen Identifizierungen in ausreichender Häufigkeit erfolgen. Dies ist insofern ratsam, als dass Mikroben häufig aus Reinraumklassen niedrigerer Stufen in Reinraumklassen höherer Stufen gelangen. Dementsprechend ist eine grundlegende Beschreibung der mikrobiellen Flora auf Speziesebene auch in niedrigeren Reinraumklassen ein sinnvoller, da vorausschauender Ansatz für eine beschleunigte Ursachenermittlung und effektive CAPA-Massnahmen: correc -
Abbildung 1: Vergleich zwischen Identifizierungsergebnissen auf Speziesebene aus dem Umgebungsmonitoring über den Zeitraum eines Jahres und aus verschiedenen EMPQ-Projekten. (Grafiken: Scheuermann)
Über einen längeren Zeitraum (allgemeine EM-Daten dargestellt: 1 Jahr) nimmt die Anzahl verschiedener Arten zu, zeigt aber auch saisonale Veränderungen (hier nicht dargestellt). Insgesamt weist das Umgebungsmonitoring eine signifikant höhere Anzahl an verschiedenen Arten (n = 1992) aus als während unterschiedlicher EMPQs (n = 161, 114, 61, 48, 288) festgestellt. Die Zunahme des Keimspektrums im Umgebungsmonitoring ist überwiegend durch Spezies verursacht, die nicht einem gemäß der EMPQ zu erwartendem Keimspektrum zu zuordnen sind. Die Normalisierung der Art- vs. Probenanzahl zeigt jedoch insgesamt eine reduzierte Biodiversität im Umgebungsmonitoring (# Isolate/ Spezies: 47) im Vergleich zur EMPQ (# Isolate/Spezies = 10,88; 3,95; 4,85; 6,54; 12,63; durchschnittlich 7,8 # Isolate/Spezies).
Einige Ziele für die Desinfektion: Luftkeime in 1000-facher Vergrösserung, darunter zum Beispiel verschiedene Arten der Gattung Micrococcus various. (Bild: Adpic)
tive action, preventive action. Hier gilt: Je besser die Kenntnis der mikrobiellen Flora, desto genauer das Verständnis einer aktuellen bzw. die Antizipation einer möglichen Bedrohungslage. Ebenso werden Entscheidungsprozesse beschleunigt und die Effektivität beschlossener Massnahmen gesteigert.
Die Berücksichtigung der mikrobiellen Flora auf Speziesebene findet nicht nur beim Umgebungs- und Prozessmonitoring Eingang, sondern ebenso in anderen Kapiteln, wie beisielsweise der «Aseptic Process Simulation», kurz: APS, der parametrischen Freigabe und Desinfektion. Auch hier wird explizit auf die Notwendigkeit einer genauen Identifizierung hingewiesen. Gründe dafür sind die Ermittlung möglicher Kontaminationsquellen (APS), die mögliche mangelnde Effektivität von Sterilisierungsprozessen (parametrische Freigabe) bezie -
Typisch Bacillus: Diese Bakterien weisen die Form von Stäbchen auf. (Bild: Adpic)
hungsweise Veränderungen in der mikrobiellen Flora als Ergebnis unzureichender Desinfektionsmassnahmen.
Christian Ehrensberger: Warum ist es überhaupt wichtig, die Mikroorganismen im Einzelnen zu kennen, statt sie einfach nur zu beseitigen?
Christian Scheuermann: Wir haben Daten aus dem Umgebungsmonitoring über ein Jahr ausgewertet und mit Identifizierungsergebnissen aus Projekten der Reinraumqualifizierung verglichen (Abbildung 1). Ziel dieses Vergleichs war ein besseres Verständnis hinsichtlich einer möglichen Veränderung der Art-Zusammensetzung über die Zeit zu gewinnen. Die Daten aus dem Umgebungsmonitoring verschiedener pharmazeutischer Hersteller zeigen im Zeitraum eines Jahres 1992 verschiedene Spezies in 93626 Isolaten. Diese Zahl ist
Besonders gefährliche Art der Gattung Staphylococcus: der Staphylococcus aureus – seine Eliminierung kann Mitarbeiter vor schweren Erkrankungen bewahren. (Bild: Adpic)
um ein Vielfaches höher als die durchschnittliche Anzahl von 134 verschiedenen Arten in 6475 Isolaten im Rahmen unterschiedlicher Reinraum-Qualifizierungen, obwohl innerhalb des für das Umgebungsmonitoring genannten Zeitraums verschiedene Reinigungsmassnahmen durchgeführt wurden. Über einen längeren Zeitraum zeigen sich zudem auch saisonale Veränderungen, insbesondere im Hinblick auf filamentöse Pilze.
Normalisiert man die oben erwähnten Werte, so ergibt sich mit durchschnittlich 47 Proben pro Art (93626 Proben bei 1992 verschiedene Spezies) im Umgebungsmonitoring und durchschnittlich 7,8 Proben pro Art (6475 Proben bei 134 verschiedene Spezies) in der Reinraumqualifizierung eine niedrigere Biodiversität für das Umgebungsmonitoring. Geht man jedoch von einer kontrollierten Umgebung aus, so ist die Anzahl der im Umgebungsmonitoring identifizierten Arten überraschend hoch.
Obwohl die häufig vorkommenden Gattungen, sprich: Micrococcus spp., Staphylococcus spp. und Bacillus spp., in ihrer Artenzusammensetzung recht stabil erscheinen, tragen eher ungewöhnliche Gattungen und Arten im Laufe der Zeit zur Artenvielfalt bei. Es sind meist diese ungewöhnlichen Mikroorganismen, die Kontaminationen, Fälle ausserhalb der Spezifikationen (Out of Specification, OOS) oder sonstige Abweichungen verursachen und daher so früh wie möglich und genau identifiziert werden sollten.
Aus diesen Beobachtungen lassen sich zwei Hypothesen formulieren: Pharmazeutische Herstellungsumgebungen sind weniger in einem «state of control» als angenommen und angewandte Beseitigungsmassnahmen sind zum einen weniger effektiv und zum anderen wird deren selektiver Druck auf die mikrobielle Flora und deren Anpassungsfähigkeit unterschätzt.
Christian Ehrensberger: Welches sind die wichtigsten oder gefährlichsten Mikroorganismen? Und wie weist man sie nach?
Christian Scheuermann: Zunächst einmal ist die Kritikalität einer Art an die Produktionsumgebung, den Herstellungsprozess, das Produkt an sich, die Gefahr beziehungsweise das Risiko für den Patienten
doch empfiehlt es sich häufig, diese Identifizierung auch für C und D vorzunehmen. (Bild: Shutterstock)
sowie an die Eigenschaften dieser Spezies gebunden. Folglich kann das mit einer Art assoziierte Risiko und damit eine Kategorisierung dieser Spezies als beispielsweise bedenklicher Organismus („objectionable organism“) nur durch eine genaue Identifizierung des Isolates erfolgen. Im Hinblick auf die «Gefährlichkeit» der Mikroorganismen wird das von Pilzen ausgehende Risiko massiv unterschätzt. Wie eine Überprüfung der letzten fünf Jahre Rückrufbescheide zeigt, sind verschiedene Arten von Mikroorganismen mit dem Rückruf von Arzneimitteln verbunden. Einer der Hauptgründe für Rückrufe ist – neben gramnegativen Bakterien (die den häufigsten Grund für mikrobiologisch bedingte Rückrufe darstellen) – eine Pilzkontamination [1]. Dennoch entsprechen nur zirka 14 Prozent aller in der pharmazeutischen Industrie von uns identifizierten Isolate Pilzen.
In einem Kontaminationsszenario sind wir angehalten, den möglichen Ursprung einer Kontamination zu ermitteln. Diese Anforderung setzt eine genaue Kenntnis der verursachenden Art voraus. Daraus lassen sich weitere Information wie beispielsweise Endotoxin-/Toxinsynthese, Habitat, Kohlenstoffquellen, Wachstumstemperatur, anaerobe/aerobe sowie sporenbildende Fähigkeiten ableiten. Basierend auf dieser Information können weitere Proben der gleichen Spezies, aber unterschiedlicher Herkunft bei vergleichbarem Habitat für eine Stammtypisierung, beispielsweise mittels Single- oder Multi-Locus-SequenceTyping-Assays, zur Ermittlung des Kontaminationsursprungs gezogen werden. Single- oder Multi-Locus-Sequence-TypingAssays sind aufgrund der zu sequenzierenden Zielgene artspezifisch. Folglich lässt die Häufigkeit der Nutzung dieser Assays Rückschlüsse auf kontaminierende und damit «wichtige beziehungsweise gefährliche» Mikroorganismen zu. Daten aus knapp 2100 Stammtypisierungen zeigen, dass 46 Prozent der Kontaminanten Wasser-, teilweise auch Boden-assoziierte Bakterien (Pseudomonas spp., Ralstonia spp., Bacillus spp., Burkholderia spp.) waren. 40 Prozent der kontaminierenden Arten waren mit dem Menschen assoziiert, darunter, wie erwartet, mehrheitlich Hautkeime (Staphylococcus spp., Micrococcus spp., Curtobacterium spp.), aber auch Salmonella spp. und Enterococcus spp. Der Anteil sporenbildender Arten war mit 23 Prozent und der filamentöser Pilze mit 13 Prozent signifikant.
Wenn man also von den «wichtigsten» oder «gefährlichsten» Mikroorganismen spricht, sollte nicht der Mensch als Hauptrisiko, sondern sämtliche möglichen Einflüsse, ergo auch der Eintrag von aussen sowie Pilze Eingang in diese Analyse finden. Gerade im Hinblick auf die Patientensicherheit sollten wir alle Risiken und nicht nur die möglicherweise wahrscheinlichsten berücksichtigen. Denn insbesondere immunsupprimierte Patienten sind wesentlich höheren Risiken ausgesetzt als Gesunde. Besonders vor diesem Hintergrund muss die Analyse und das Trending der Artzusammensetzung auf einer möglichsten genauen Art-Identifizierung basieren.
Christian Ehrensberger: Wie bestimmt man die unbekannten Mikroorganismen? Zum Beispiel solche, für die es keine Vergleichsstandards gibt oder bei denen man nur weiss: «Da sind noch Mikroorganismen, die wir nicht kennen – aber welche?»
Christian Scheuermann: Die grundlegende Herausforderung bei der Bestimmung von Mikroorganismen ist zunächst einmal deren Anzucht. Gerade in pharmazeutischen Herstellungsbetrieben sind Mikroorganismen infolge wachstumshemmender oder wachstumsverhindernder Massnahmen gestresst. Das hat zur Folge, dass nicht alle in der Umgebung oder beispielsweise in einem Wassersystem lebenden Organismen repräsentativ isoliert werden können. Dennoch erfolgreich kultivierte Isolate sind zusätzlich häufig lebens-, aber nicht weiter
Egal ob grobe Handgriffe oder Feinarbeit: Arbeitshandschuhe müssen sitzen und schützen. Bei Haberkorn finden Sie das passende Modell für jede Branche und jede Anforderung. Unsere Expertinnen und Experten beraten Sie individuell und bedarfsgerecht. Und auf Wunsch erfolgt die Versorgung direkt vor Ort: beispielsweise mit einem H-Save Ausgabeautomaten – der einfachen und flexiblen Lösung für dezentrale Entnahme.
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Mehr als ein Name! Eine mikrobielle Identifizierung beinhaltet bereits die Charakterisierung der Mikrobe, die klarstellt, …
– … wo sich die Mikrobe befindet und wie sie sich möglicherweise ausbreiten könnte (Kontaminationsursprung), – … inwieweit sie welchen Reinigungs- und Desinfektionsverfahren widersteht (Sporenbildung), – … ob sie Endotoxine oder andere Toxine im Allgemeinen produziert, – … welche Art von Risiko sie für Einrichtung, Mitarbeiter und Produkte darstellt, – … wie sich Sterilität noch besser gewährleisten lässt, – … wie sich Kosten, beispielsweise verursacht durch ineffizientes CAPA, einsparen lassen.
kultivierungsfähig (viable, but not culturable; VBNCs). Solche Isolate können mit biochemischen Systemen, aber auch mittels Massenspektrometrie nicht identifiziert werden. Diese Keime müssen aufgrund der Stabilität der DNA durch die Sequenzierung entsprechender Zielgene (16S rDNA für Bakterien und ITS-Region für Hefen/Pilze) bestimmt werden. Im Allgemeinen beruht die Phylogenie und damit Taxonomie der Bakterien und Pilze auf der 16S/ITS-Sequenzierung. Das hat zur Folge, dass jede bekannte Spezies durch einen sogenannten Typ-Stamm definiert ist, für den eine jeweilige 16S- oder ITS-DNA-Sequenz publiziert wurde. Ist also
für ein Isolat keine 16S- oder ITS-DNASequenz valide publiziert, liegt für diese Spezies keine Beschreibung nach den geltenden ICNP/ICSP-Regeln vor (International Code of Nomenclature of Prokaryotes/ International Committee on Systematics of Prokaryotes). Folglich gehört diese Probe einer bis dato nicht beschriebenen und veröffentlichen Art an. In diesen Fällen wird das Isolat einer höheren taxonomischen Ordnung, beispielsweise der Gattung, zugeordnet.
Einer der vielen Vorteile der 16S-ITS-DNASequenzierung ist die Möglichkeit der Vergleichbarkeit verschiedener Sequenzen unterschiedlicher Isolate. Ein solcher Vergleich kann beispielsweise hinsichtlich von Isolaten des gleichen Genus, die aber bisher nicht beschriebenen Spezies angehören, weitere wertvolle Informationen bezüglich der Verwandtschaft dieser Proben liefern. Resultiert der Sequenzvergleich solcher Proben in einem, von anderen Spezies des gleichen Genus, separaten Cluster im Stammbaum und haben die Isolate untereinander sehr ähnliche oder gar identische Sequenzen, so kann davon ausgegangen werden, dass diese Proben der gleichen, bisher nicht beschriebenen Art angehören. Eine solche Erkenntnis ist gerade für Investigationen, aber auch für das Tracking und Trending sehr aufschlussreich.
Christian Ehrensberger: Wie könnte aus Ihrer Sicht ein Gesamtkonzept zur effektiven Kontrolle von Mikroorganismen im Reinraum aussehen? Und an welchen Stellen muss man es nach dem «neuen» Annex 1 etwas anders gestalten als nach dem alten?
Christian Scheuermann: Das im neuen Annex 1 geforderte Trending des Keimspektrums in Verbindung mit der bisherigen quantitativen Beschreibung rückt die mikrobielle Identifizierung näher ans Zentrum der Kontaminationskontrollstrategie (Contamination Control Strategy, CCS).
Eine CCS fordert Überwachungssysteme, einschliesslich der Einführung wissenschaftlich fundierter, moderner Methoden, die die Erkennung von Kontaminationen optimieren. Wie bereits erwähnt, soll ein präventiver Ansatz verschiedene Aspekte wie Trendanalyse, Untersuchungen, CAPA und Ursachenermittlung mit dem Ziel einer kontinuierlichen Verbesserung, umfassen. Kurzum: Die genaue Kenntnis mikrobieller Risiken für die Produktionsumgebung, den Herstellungsprozess und für das Produkt soll eine Kontamination des Produkts möglichst von vornherein verhindern. Diese Forderung kann ein quantitativer Ansatz alleine nicht erfüllen, da ein solcher Ansatz das mikrobielle Risiko nicht weiter qualitativ charakterisiert. Eine solche qualitative Einschätzung ist nur durch eine genaue mikrobielle Identifizierung möglich. Genaue Identifizierungen von verschiedenen Probenahmestellen schaffen in Ihrer Gesamtheit ein Überwachungssystem. Denn eine mikrobielle Identifizierung ist nicht nur ein Name. Sie beinhaltet bereits die Charakterisierung der Mikrobe. Folglich gehört eine ausreichende Kenntnis der Veränderungen der Anzahl und der Zusammensetzung der vorliegenden Mikroflora auf Speziesebene zur Basis eines Gesamtkonzeptes zur effektiven Kontrolle von Reinräumen. In diesem Zusammenhang ebenso wichtig ist eine ausreichende Anzahl und Variation der Probenahmenstellen, insbesondere in «Problembereichen», sowie ein aussagekräftiges Tracking und Trending zur Beschreibung von aktuellen und Antizipation von möglichen zukünftigen Veränderungen des Keimspektrums. Eine entsprechende Reinraumqualifizierung schafft dafür die Grundlage.
Literatur
1. Sandle, Tim (March 2018): Investigating and Addressing Fungal Contamination in Pharmaceutical Cleanrooms. Journal of GxP Compliance. 22.)
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Auf einen Schlag haben Forschende der ETH Zürich den Schleier über der Entstehung des Lebens vor 4 Milliarden Jahren ein Stück weit mehr gehoben und einen neuen Weg zu einer nachhaltigeren und energieärmeren Grundstoffchemie eröffnet. Der Schlüssel zu beidem ist die spontane Bildung von Harnstoff aus Kohlendioxid und Ammoniak an wässrigen Oberflächen.
Die Vermutung, dass Harnstoff bei der Entstehung von Leben eine Rolle gespielt hat, ist nicht ganz neu. Schon seine chemische Struktur OC(NH2)2 legt nahe: Hier haben wir es mit einem Schlüsselbaustein für die Bildung von Biomolekülen wie RNA und DNA zu tun. Wie allerdings Harnstoff selbst auf der frühen Erde entstanden und dann womöglich zu einer Quelle des Lebens geworden ist, war bis anhin nicht abschliessend geklärt.
Ein Forschungsteam um Ruth Signorell, Professorin für Physikalische Chemie an der ETH Zürich, hat aber jetzt einen bisher unbekannten Reaktionsweg für die Bildung von Harnstoff entdeckt. Er entsteht spontan und ganz ohne zusätzliche Energie an wässrigen Grenzflächen.
Chemie an der Wasseroberfläche
Um Harnstoff industriell aus Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2) herzustellen, braucht es entweder hohe Drucke und Temperaturen oder chemische Katalysatoren. Bei Menschen und Tieren ermöglichen Enzyme dieselbe Reaktion, um giftigen Ammoniak aus dem Abbau von
Schlüssel zum irdischen Leben vor 4 Milliarden Jahren, heute Basis für eine nachhaltigere Chemie: spontan an Wassertropfenoberflächen generierter Harnstoff. (Bild: generiert mit Adobe Stock von Josef Kuster, ETH Zürich)
Proteinen als Harnstoff auszuscheiden. Weil dieses einfache Molekül neben Kohlenstoff auch Stickstoff enthält und wahrscheinlich schon früh auf der noch unbelebten Erde vorkam, sehen viele Forschende Harnstoff als möglichen Vorläufer für komplexe Biomoleküle. «In unserer Studie zeigen wir einen Weg, wo und wie Harnstoff auf der präbiotischen Erde entstanden sein könnte», sagt Signorell, «nämlich dort, wo Wassermoleküle mit atmosphärischen Gasen wechselwirken: an der Wasseroberfläche».
Dazu untersuchte Signorells Team feinste Wassertröpfchen, wie man sie etwa in Meeresgischt oder feinem Nebel finden kann. Die Forschenden beobachteten, dass sich Harnstoff unter Umgebungsbedingungen spontan aus Kohlenstoffdioxid
(CO2) und Ammoniak (NH3) in der Oberflächenschicht der Wassertröpfchen bilden kann. Die physikalische Grenze zwischen Luft und Flüssigkeit sorgt an der Wasseroberfläche für ein spezielles chemisches Milieu, das die spontane Reaktion überhaupt erst ermöglicht.
Da ein Tropfen im Verhältnis zu seinem Volumen eine sehr grosse Oberfläche besitzt, laufen chemische Reaktionen vor allem in der Nähe dieser Oberfläche ab. In diesem Bereich bilden sich chemische Konzentrationsgefälle, die wie ein mikroskopischer Reaktor wirken. Konkret schafft der pH-Gradient an der Grenzschicht der Wassertröpfchen die notwendige saure Umgebung, die unkonventionelle Reaktionswege begünstigt, welche sonst in Flüssigkeiten nicht stattfinden.
«Der bemerkenswerte Aspekt dieser Reaktion ist, dass sie unter Umgebungsbedingungen abläuft – ohne zugesetzte Ener-
Mercede Mohajer Azizbaig und Pallab Basuri, die beiden Erstautoren der Veröffentlichung, führen das entscheidende Experiment durch. (Bild: Doris Lujanovic, ETH Zürich)
gie», erklärt Mercede Mohajer Azizbaig, eine der beiden Erstautoren. Dies macht den Prozess nicht nur aus technischer Perspektive interessant, sondern liefert auch wertvolle Hinweise auf Vorgänge, die für die Evolution bedeutend sein könnten.
Zum Ursprung des Lebens wird aktuell viel und breit geforscht, wobei unterschiedliche Ansätze im Fokus stehen.
Erstautor Pallab Basuri führt aus: «Bei einem so umstrittenen Forschungsfeld war
Aufbau des Experiments: Mit Hilfe dieser Apparatur kam die Forschergruppe der ETH Zürich der Entstehung des Lebens vor 4 Milliarden Jahren näher und zeigte gleichzeitig einen neuen Weg zu einer nachhaltigeren und energieärmeren Grundstoffchemie auf. (Bild: Doris Lujanovic, ETH Zürich)
für uns wichtig, die Beobachtungen zusätzlich zu untermauern.»
Theoretische Berechnungen der Mitautoren Evangelos Miliordos und Andrei Evdokimov von der Universität Auburn stützten die experimentellen Befunde. So hat sich bestätigt, dass die Harnstoffreaktion auf den Tröpfchen ganz ohne externe Energiezufuhr abläuft.
Die Ergebnisse legen nahe, dass dieser natürliche Reaktionsweg auch in der Atmosphäre der frühen Erde möglich gewesen sein könnte – einer Atmosphäre, die reich an CO2 war und vermutlich geringe Spuren von Ammoniak enthielt. In solchen Umgebungen könnten wässrige Aerosole oder Nebeltröpfchen als natürliche Reaktoren gewirkt haben, in denen sich Vorläufermoleküle wie etwa Harnstoff bildeten. «Unsere Studie zeigt, wie scheinbar banale Grenzflächen zu dynamischen Reaktionsräumen werden – ein Hinweis, dass der Ursprung biologischer Moleküle gewöhnlicher sein könnte, als lange vermutet», sagt Signorell.
Die direkte Reaktion von CO2 und Ammoniak unter Umgebungsbedingungen könnte langfristig auch Potential zur klimafreundlichen Produktion von Harnstoff und Folgeprodukten haben.
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Geladene Molekülbruchstücke wurden bisher hauptsächlich zur Strukturbestimmung in der analytischen Chemie untersucht, doch sie haben sich nun auch für die Dünnschichtsynthese als bedeutsam erwiesen.
Susann Sika ¹
Dr. Christian Ehrensberger
Das ist ein Resultat fünfjähriger Forschungstätigkeit an der Universität Leipzig. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse kürzlich, gemeinsam mit ihren Kooperationspartnern an der Purdue-Universität (USA), in der Fachzeitschrift «Nature Reviews Chemistry» veröffentlicht.
Nano- bis mikrometerdünne Schichten
Zusammen hat man unter anderem neue Methoden entwickelt, um gasförmige, geladene Molekülbruchstücke gezielt zu neuen, komplexen Molekülen zusammenzusetzen. Diese Substanzen werden auf Oberflächen abgeschieden. Das innovative Verfahren eröffnet neue Perspektiven für Anwendungen in der modernen Nanoelektronik und Sensorik. Es bietet auch neue Forschungsansätze in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, von der Katalysatorforschung bis hin zu medizinischen Anwendungen.
1 Universität Leipzig
Die Leipziger Autoren des Übersichtsartikels: Prof. Dr. Jonas Warneke (l.), Dr. Markus Rohdenburg (Mitte) und Dr. Harald Knorke (r.) neben einem Instrument zur Synthese dünner Schichten mit gasförmigen geladenen Molekülbruchstücken. (Bild: Ziyan Warneke)
«Bisher wurden geladene Molekülbruchstücke hauptsächlich in der analytischen Chemie untersucht, um die Struktur von Molekülen zu bestimmen. Die Forschung der letzten Jahre hat jedoch gezeigt, dass diese Molekülbruchstücke auch für synthetische Anwendungen von grosser Bedeutung sind. Durch ihre kontrollierte Abscheidung auf Oberflächen können chemische Reaktionen initiiert werden, die mit her-
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kömmlichen Synthesemethoden nicht möglich wären», erklärt Forschergruppenleiter Prof. Dr. Jonas Warneke vom WilhelmOstwald-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Leipzig.
Die verwendeten Forschungsinstrumente, die speziell für sogenannte Dünnschichtsynthesen mit geladenen Molekülbruchstücken optimiert wurden, existieren weltweit nur an zwei Standorten. Sie wurden gemeinsam von den Forschungsgruppen um Professor Warneke und Professorin Julia Laskin von der Purdue Universität entwickelt. Als Dünnschichtsynthese bezeichnet man die Herstellung dünner Schichten mit Dicken im Nanometer- bis Mikrometerbereich.
Aggressivstes Molekülbruchstück angebunden
Das Leipziger Forschungsteam berichtet in dem Artikel über seine Arbeiten zur kontrollierten chemischen Bindungsbildung mit «aggressiven» Molekülbruchstücken. So konnte das chemisch reaktivste, negativ geladene Molekülbruchstück, das bisher bekannt ist, gezielt an andere Moleküle angebunden werden. Beispielsweise wurde auch der als wenig reaktiv geltende Stickstoff aus der Luft in Schichten auf Oberflächen gebunden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, solche wenig reaktiven chemischen Rohstoffe zur Synthese neuer Moleküle und Funktionsmaterialien auf Oberflächen zu verwenden oder die Eigenschaften von Materialoberflächen gezielt zu verändern.
Das Forschungsteam der Purdue-Universität beschreibt in dem Artikel seine Arbeiten zur Verknüpfung metallhaltiger, geladener «Nanocluster» (kleine Partikel mit genau definierter Atomanzahl). Aufgrund ihrer besonderen magnetischen und elektronischen Eigenschaften sind sie für Quantentechnologien von Interesse. Darüber hinaus wird über die gemeinsame Arbeit der beiden Forschungsgruppen zur Entwicklung der Instrumente und zur Reaktion molekularer, geladener Katalysatoren auf Oberflächen berichtet.
Ausblick: Mikrosystemtechnik und Biomoleküle
«Wir möchten in den kommenden Jahren unsere Arbeiten durch die Entwicklung noch leistungsfähigerer Instrumente zur Dünnschichtsynthese mit Molekülfragmenten optimieren», sagt Warneke.
Dies könnte die Synthese von Materialien im Mikromassstab ermöglichen und den Weg für Anwendungen der aussergewöhnlichen neuen Verbindungen, die aus Molekülbruchstücken zusammengesetzt wurden, in der Mikrosystemtechnik ebnen. Zudem entwickelt das Leipziger Forschungsteam neue Wege zur Analyse grosser Biomoleküle auf Oberflächen durch Anbindung geladener Molekülbruchstücke, was für das grundlegende Verständnis der biologischen Funktionen dieser Moleküle an Zelloberflächen von Bedeutung sein könnte.
Literatur
Warneke, J., Samayoa-Oviedo, H.Y., Rohdenburg, M. et al. Molecular synthesis with gaseous fragment ions on surfaces. Nat Rev Chem 9, 470–480 (2025). https://doi.org/10.1038/s41570-025-00719-1
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Am Druck hängt alles: die Bestimmung des Mechanismus einer Redoxreaktion und ihre gezielte Steuerung. Mit aktuellen Forschungsergebnissen dazu gibt die Universität Erlangen-Nürnberg (D) so unterschiedlichen Feldern wie der chemischen Energieumwandlung und -speicherung sowie der Photokatalyse Auftrieb.
Die Universität erläutert dazu: Bei Redoxreaktionen werden Elektronen zwischen Molekülen übertragen. Wenn nichts anderes geschieht, ändert sich dadurch die Ladung der Reaktionspartner. Das ist aber energetisch ungünstig, und so versucht es die Natur mit einer Kompensation: Oft koppelt sie die Übertragung von Elektronen an die Übertragung von Protonen. Bei dieser sogenannten Protonen-gekoppelten Elektronenübertragung (PCET) entsteht keine Ladungsänderung, denn der Übertragung einer negativen Ladung (Elektron) steht die Übertragung einer positiven Ladung (Proton) gegenüber. Dies ist der effizienteste Mechanismus, um eine Redoxreaktion ablaufen zu lassen.
Dabei gibt es zwei mögliche Mechanismen . Entweder werden Elektronen und Protonen gleichzeitig («konzertiert») übertragen, oder die Übertragung erfolgt stufenweise, getrennt nach Elektronen und Protonen. Ein Hindernis bei der Optimierung von Redoxreaktionen bestand bisher in der Unkenntnis darüber, welcher der Mechanismen gerade wirkt. «Bisher gab es keine direkte Methode, um die beiden Möglichkeiten zweifelsfrei zu unterscheiden. Hier setzt unsere Arbeit an», erklärt Prof. Dr. Dirk M. Guldi, Lehrstuhl für Physikalische Chemie I der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.
Druck als Schlüssel
Die Forschenden untersuchten den Einfluss von Druck auf die innerhalb von Nanosekunden ablaufende lichtinduzierte PCET eines photosensitiven Moleküls in Lösung unter hohem Druck untersucht, genauer: eines angeregten Zustands des Rutheniumkomplexes 2+. Dieser Komplex fungierte im Experiment gleichzeitig als Elektron- wie auch als Proton-Donor. Als
Elektron-Akzeptor diente das 1-Methyl4-(4-pyridyl)pyridinium-Ion (Trivialname: Monoquat) und als Proton-Akzeptor Wasser oder ein Puffer . Es war bereits bekannt, dass der Rutheniumkomplex sowohl Protonen als auch Elektronen auf Akzeptormoleküle überträgt. Wie diese Prozesse im Einzelnen ablaufen, war aber noch ungeklärt. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen : Die quantitative Messung des Effekts von Druck auf die Reaktionsgeschwindigkeit ermöglicht direkte Rückschlüsse auf die ablaufenden Mechanismen.
Die Forschenden starteten das Experiment mit niedrigen Puffer- bzw. Quencher-Konzentrationen und beobachteten zunächst einen stufenweisen Mechanismus für Protonen- und Elektronen-Transfer. Dann wurde der Druck erhöht. Der Protontransfer verlangsamte sich, während sich der Elektronen-Transfer beschleunigte. Beide bewegten sich quasi aufeinander zu und verschmolzen offenbar.
Hält man die Reaktionsgeschwindigkeit konstant, so gelangt man bei hohem Druck – im Experiment der bis zu 1200-fache Atmosphärendruck – zu einer konzertierten Reaktion. Elektronen und Protonen werden gleichzeitig übertragen, wobei sich weder die Ladung noch die damit verbundene Anordnung der Lösungsmittelmoleküle rund um die Rutheniumkomplex-Moleküle ändern.
Ergebnisse für hohe PufferKonzentrationen
Etwas anders liegen die Verhältnisse, wenn das Experiment bei höheren Konzentrationen von Puffer oder Quencher durchgeführt wird. Dann zeigt die Reaktionsgeschwindigkeit keine Druckabhängigkeit. Dies kann als eindeutiges Zeichen für einen konzertierten Mechanismus gewertet werden. Verändert sich dagegen die Reaktionsgeschwindigkeit, deutet dies auf Ladungsänderungen hin und auf eine Änderung der Anordnung der Lösungsmittelmoleküle rund um die Rutheniumkomplex-Moleküle. Dies weist auf einen stufenweisen Reaktionsablauf.
Redoxreaktionen sind die Grundlage von vielem, was sich vom Labor bis zur Produktion abspielt, und je genauer man darum weiss, desto grössere Optimierungen rücken in den Bereich des Möglichen. (Bild: Adpic)
Gezielte Steuerung von Redoxreaktionen
Zu ihrer Überraschung konnten die Forschenden nicht nur die Art des Mechanismus bestimmen, sondern den Prozess auch beeinflussen : Druckerhöhung lenkte die Reaktion von einem stufenweisen Mechanismus in Richtung eines konzertierten Mechanismus. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Druck nicht nur als Vehikel zur Überwachung von Ladungsänderungen und zur Identifizierung der Mechanismen von Redoxreaktionen beitragen, sondern auch zur gezielten Steuerung dienen kann. «Die neuen Erkenntnisse sind von grundlegender Bedeutung für zahlreiche Forschungsbereiche, die sich mit der Bewegung von Elektronen und Protonen befassen», betont Daniel Langford, Erstautor der aktuellen Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Chemistry . Sie bieten nicht nur neue Einblicke in grundlegende chemische Prozesse, sondern können auch dazu beitragen, neue Technologien im Zusammenhang mit der Umwandlung und Speicherung chemischer Energie voranzutreiben. Beispiele dafür stellen die Erzeugung von Treibstoffen mit Solarenergie oder die Wasserstoffproduktion dar, denn die chemische Energieumwandlung und -speicherung in natürlichen und künstlichen Systemen
beruht auf protonengekoppelten Elektronentransferprozessen . Darüber hinaus könnten gezielt gesteuerte PCET-Reaktionen von Komplexen im angeregten Zustanden, ähnlich wie bei dem hier beschriebenen Rutheniumkomplex, zu Fortschritten im aufstrebenden Feld der Photokatalyse führen .
1. Mangelkramer, B.: Redoxreaktionen: Mit Hochdruck entschlüsselt. https://idw-online. de/de/news849362, Zugriff am 11.7.2025
2. Langford, D., Rohr, R., Bauroth, S. et al.: Highpressure pump–probe experiments reveal the mechanism of excited-state proton-coupled electron transfer and a shift from stepwise to concerted pathways. Nat. Chem.17, 847–855 (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-02501772-5
3. Rosichini, A., Glover, S.D. Squeezing the mechanism out of photochemical reactions. Nat. Chem. 17, 789–790 (2025). https://doi. org/10.1038/s41557-025-01823-x
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Anhand eines historischen Präparats der medizinischen Sammlung der Universität Zürich konnten Forschende erstmals das Virusgenom der Grippepandemie von 1918 bis 1920 in der Schweiz bestimmen. Gemäss der Erbinformation zeigt dieses Virus bereits zu Beginn der weltweit tödlichsten Influenzapandemie Schlüsselanpassungen an den menschlichen Wirt.
Neue Virusepidemien sind eine grosse Herausforderung für die öffentliche Gesundheit und die Gesellschaft. Das Verständnis für die Evolution der Viren sowie Erfahrungen aus vergangenen Pandemien sind wichtig, um gezielt Gegenmassnahmen zu entwickeln. Eine der verheerendsten Pandemie war die sogenannte «Spanische Grippe» 1918 bis 1920 mit 20 bis 100 Millionen Todesfällen weltweit. Bisher ist wenig darüber bekannt, wie sich das damalige Influenzavirus durch Mutationen im Verlauf der Pandemie verändert hat. Einer internationalen Forschungsgruppe unter der Leitung von Paläogenetikerin Verena Schünemann, Professorin für Naturwissenschaftliche Archäologie an der Universität Basel (ehem. Universität Zürich) gelang es jetzt, das erste Schweizer Virusgenom der Influenzapandemie von 1918 bis 1920 zu rekonstruieren. Das über 100 Jahre alte Grippevirus stammt aus einem formalin-fixierten Feuchtpräparat der medizinischen Sammlung des Instituts für Evolutionäre Medizin der Universität Zürich. Träger des Virus war ein verstorbener 18-jähriger Patient aus Zürich, dessen Autopsie im Juli 1918 zu Beginn der ersten Ausbreitungswelle der damaligen Grippepandemie in der Schweiz durchgeführt wurde.
Schweizer Virusgenom enthält drei Schlüsselanpassungen
«Zum ersten Mal haben wir ein Influenzagenom der Pandemie von 1918 bis 1920 aus der Schweiz zur Verfügung. Dieses ermöglicht uns neue Einblicke in die Dynamiken, wie sich das Virus zu Beginn der Pandemie in Europa angepasst hat», sagt Letztautorin Schünemann. Durch den Vergleich mit den wenigen bereits publizierten Grippevirusgenomen aus Deutschland
Notspital in der Zürcher Tonhalle während der «Spanischen Grippe» im November 1918 (Bild: Schweizerisches Nationalmuseum)
und Nordamerika konnten die Forschenden zeigen, dass das Schweizer Virusgenom bereits drei Schlüsselanpassungen an den Menschen besitzt, die bis zum Ende der Pandemie in den Viruspopulationen erhalten geblieben sind.
Zwei dieser Mutationen machten das Virus resistenter gegenüber einer antiviralen Komponente des menschlichen Immunsystems – eine normalerweise wichtige Barriere gegen Zoonosen wie die Übertragung von Vogelgrippeviren auf den Menschen. Die dritte Anpassung betrifft ein Protein in der Virusmembran, das dank der Genmutation besser an die Rezeptoren von menschlichen Zellen binden kann. Das Virus wurde dadurch sowohl widerstandsfähiger als auch infektiöser.
Neue Methode zur Genomsequenzierung alter RNAViren Anders als etwa erkältungsauslösende Adenoviren, deren Erbmaterial aus stabiler
DNA besteht, ist die genetische Information von Influenzaviren aus RNA aufgebaut, die sich viel rascher zersetzt. «Alte RNA
Inserat für einen «Telephon-Desinfektor». (Bild: Archiv Schweizerisches Rotes Kreuz)
Die Spanische Grippe in der Schweiz Schweizweit forderte die Spanische Grippe 24 449 Todesopfer, die Mortalitätsrate lag bei 0,65 Prozent. Der Unterschied zu einer normalen Grippe lag in der saisonalen Unabhängigkeit der Spanischen Grippe und ihrer stark erhöhten Ansteckungsrate. Im Gegensatz zur normalen Grippe erlagen der Pandemie zusätzlich Personen zwischen 20 und 40 Jahren. Die Forschung geht davon aus, dass es zu einer Überreaktion des Immunsystems gekommen sein könnte, die gerade bei jungen, gesunden Menschen zu einem tödlichen Kollaps des Immunsystems führte. Eine andere Theorie besagt, dass die ältere Generationen einem ähnlichen Grippevirus bereits zwischen 1880 und 1900 ausgesetzt gewesen war und daher bereits eine Immunität hatte. Noch heute ist der Ursprungsort der Seuche umstritten.
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bleibt nur unter sehr spezifischen Bedingungen über lange Zeit erhalten. Deshalb haben wir ein neues Verfahren entwickelt, um die Gewinnung alter RNA-Fragmente aus solchen Präparaten zu verbessern», sagt Christian Urban, Erstautor und ehemaliger UZHDoktorand. Mit der neuen Methode können in Zukunft nicht nur weitere Genome alter RNA-Viren rekonstruiert werden, sie erlaubt auch, die Authentizität der isolierten RNA-Fragmente nachzuweisen.
Für ihre Untersuchungen arbeiteten die Forschenden mit der Medizinischen Sammlung der Universität Zürich und dem Medizinhistorischen Museum der Charité in Berlin zusammen. «Medizinische Sammlungen stellen ein unschätzbares Archiv dar, um alte RNA-Virusgenome zu rekonstruieren. Das Potenzial solcher Präparate wird bisher jedoch zu wenig genutzt», sagt Frank Rühli, Mitautor der Studie und Leiter des Instituts für Evolutionäre Medizin der Universität Zürich.
Für die Forschenden sind die Ergebnisse besonders im Hinblick auf die Bekämpfung von zukünftigen Pandemien wichtig. «Wenn wir die Dynamiken besser verstehen, wie sich Viren während einer Pandemie über einen langen Zeitraum an den Menschen anpassen, können wir daraus Modelle für zukünftige Pandemien entwickeln», sagt Verena Schünemann. «Dank unserem interdisziplinären Ansatz, der historisch-epidemiologische und genetische Ausbreitungsmuster kombiniert, können wir eine evidenzbasierte Kalkulationsgrundlage erarbeiten», ergänzt Mitautor Kaspar Staub von der Universität Zürich. Dazu sind die Rekonstruktion weiterer Virusgenome sowie vertiefende Analysen notwendig, in die das Forschungsteam auch grössere Zeitabstände einbeziehen möchte. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift BMC Biology publiziert.
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Eine Studie mit Beteiligung verschiedener Schweizer Institute zeigt, dass sich das Affenpockenvirus in Hirnorganoiden ausbreiten und den Tod neuronaler Zellen verursachen kann. Die Ergebnisse liefern wichtige Einblicke in einen bisher unerforschten Aspekt von MPXV-Infektionen.
Das Affenpockenvirus (MPXV) kann vom Tier auf den Menschen und von Mensch zu Mensch übertragen werden und die Krankheit «Mpox» verursachen. In den letzten Jahren haben sich zwei unterschiedliche genetische Gruppen, so genannte «Kladen», des MPXV entwickelt. Während die Klade I vor allem in Zentralafrika vorkommt, wurde die Klade II des MPXV im Sommer 2022 erstmals in über 100 Ländern weltweit nachgewiesen, darunter auch in der Schweiz. Darüber hinaus meldete im September 2023 die Weltgesundheitsorganisation (WHO) die Zunahme einer neuen MPXV-Untervariante (Klade Ib) in der Demokratischen Republik Kongo, deren Ausbreitung jüngst auch in mehreren Nachbarländern festgestellt wurde. Im August 2024 erklärte die WHO daher die Mpox-Epidemie zu einem «internationalen Gesundheitsnotstand». Obwohl Mpox in der Regel milde verläuft, oft mit
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Eingefärbte und räumlich illustrierte mikroskopische Ansicht des Affenpockenvirus. (Bild: Shutterstock)
grippeähnlichen Symptomen und Ausschlag, können ernste Komplikationen auftreten. Zwischen 1985 und 2021 entwickelten etwa 3 Prozent der mit dem MPXV infizierten Personen neurologische Symptome wie Krampfanfälle oder Gehirnentzündung (Enzephalitis), wobei einige Fälle tödlich verliefen. Das Ausmass, in dem das MPXV das zentrale Nervensystem des Menschen beeinträchtigt, ist jedoch nach wie vor kaum bekannt.
Ein Team von Forschenden des Instituts für Virologie und Immunologie (IVI) und der Universität Bern hat in Zusammenarbeit mit dem Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) und dem eidgenössischen Labor Spiez erstmals nachgewiesen, dass sich das MPXV in Hirnorganoiden von Zelle zu Zelle ausbreiten kann und zum Absterben neuronaler Zellen führt. Die vom Multidisciplinary Center of Infectious Diseases (MCID) der Universität Bern unterstützte Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Vor dieser Studie gab es bereits Berichte über neurologische Symptome bei Patienten
und Patientinnen mit MPXV-Infektion. In Tierversuchen wurden auch Virusbestandteile im Gehirn infizierter Tiere nachgewiesen. Die Mechanismen, die diesen neurologischen Symptomen zugrunde liegen, sind jedoch noch weitgehend unerforscht. «Dies liegt wahrscheinlich daran, dass das Virus lange Zeit geografisch begrenzt war und nur
Immunofluoreszenz-Bild mit sogennanten «Neuritic Beads», die durch die Infektion mit dem Affenpockenvirus entstehen. Die DNA der Zellkerne ist blau gefärbt. MPXV, das sich entlang der Neurite ausbreitet, ist grün dargestellt. Massstab: 25 μm. (Bilder: IVI/Universität Bern)
wenige Proben und Modelle zur Verfügung standen, um die Auswirkungen von MPXV auf das Nervensystem zu untersuchen», sagt Prof. Dr. Marco Alves vom IVI und der Universität Bern, Letztautor der Studie.
Das Team der Forschenden verwendete menschliche Hirnorganoide, um zu untersuchen, wie sich MPXV im Gehirn ausbreitet. «Hirnorganoide sind 3-D-Gewebemodelle, die aus menschlichen pluripotenten Stammzellen erzeugt werden. Während sie zu neuronalem Gewebe heranreifen, bilden sie Strukturen, die bestimmte Merkmale des Gehirns nachbilden. Obwohl die Herstellung von Hirnorganoiden komplex ist, bieten sie ein enormes Potenzial für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen», erklärt Isabel Schultz-Pernice, Doktorandin am IVI und an der Universität Bern, Erstautorin der Studie.
Die kultivierten Organoide wurden einer Virusprobe ausgesetzt, die von einem Patienten isoliert wurde, der während des Ausbruchs von 2022 infiziert worden war. «Mithilfe fortschrittlicher bildgebender Verfahren konnten wir beobachten, wie sich das MPXV in neuronalen Zellen ausbreitet», fügt Schultz-Pernice hinzu. «Diese Experimente wären in vivo aufgrund ethischer und praktischer Einschränkungen äusserst schwierig, wenn nicht gar unmöglich gewesen. Dies unterstreicht das grosse Potenzial von Hirnorganoiden als humanrelevante Alternative zu Tiermodellen», sagt Marco Alves.
MPXV verursacht neuronalen Zelltod in Organoiden
Anhand ihres Modells zeigten die Forschenden, dass sich das Virus von Zelle zu Zelle entlang von Neuriten, den dünnen
Hirnorganoid, das mit dem Affenpockenvirus infiziert ist. Die DNA der Zellkerne ist blau gefärbt. MPXV ist grün dargestellt und an der Peripherie erkennbar. Massstab: 1000 μm.
Fasern, die Neuronen miteinander verbinden, ausbreitet. Dabei manipuliert das MPXV den Transportmechanismus der Zellen, was zur Bildung so genannter «Neuritic Beads» führt. Diese perlenförmigen Verdickungen sind auch ein Kennzeichen neurodegenerativer Krankheiten wie Alzheimer. Die Bildung dieser Verdickungen geht dem Absterben der Nervenzellen voraus. «Interessanterweise führt eine MPXVInfektion in unserem Organoidmodell zu einem signifikanten Absterben von Nervenzellen, ohne dass das umliegende Gewebe offensichtlich geschädigt wird», sagt Alves. «Diese Ergebnisse sind überraschend und wichtig, nicht nur für das Verständnis des pathologischen Potenzials des MPXV, sondern auch, um die Infektionsmechanismen neuroinvasiver Viren im Allgemeinen zu entschlüsseln», fügt er hinzu.
Die Forschenden zeigten auch, dass die Viruslast mit dem antiviralen Medikament
Das MCID der Universität Bern wurde 2021 gegründet und ist an der Vetsuisse-Fakultät angesiedelt. Es widmet sich der Erforschung und Minderung von gesundheitlichen, gesellschaftlichen, ethischen und wirtschaftlichen Risiken von Infektionskrankheiten. Die Gründung war eine Folge der SARS-CoV-2-Pandemie, welche die Bedrohung durch Infektionskrankheiten nicht nur auf die persönliche Gesundheit und die Gesundheitsversorgung aufzeigte, sondern auf alle Bereiche des modernen Lebens. Das MCID besteht aus 70 Mitgliedern der Universität Bern, des Inselspitals Bern und assoziierten Instituten.
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Hirnorganoid, das nicht mit dem Affenpockenvirus infiziert ist. Die DNA der Zellkerne ist blau gefärbt. Massstab: 1000 μm.
«Tecovirimat» deutlich reduziert werden kann, was auf mögliche therapeutische Strategien zur Behandlung schwerer MpoxFälle hindeutet.
Angesichts des jüngsten weltweiten Anstiegs der Mpox-Fälle sind diese neuen Erkenntnisse von grosser Bedeutung –nicht nur für die Virologie und Neurobiologie, sondern auch aus Sicht der öffentlichen Gesundheit. Die Ergebnisse heben einen bisher unerforschten Aspekt der MPXV-Infektion hervor, nämlich ihr neuropathologisches Potenzial. Sie unterstreichen den Bedarf an weiterer Forschung in diesem Bereich und tragen gleichzeitig zur Entwicklung gezielter Therapien bei.
Die Studie wurde vom MCID unterstützt, das die Forschung zur Minderung der gesundheitlichen, sozialen, ethischen und wirtschaftlichen Risiken von Infektionskrankheiten fördert, sowie vom IVI, das ein sicheres Umfeld für die Arbeit mit hochansteckenden Krankheitserregern bietet. «Die Zusammenarbeit von Forschenden mit umfassender Erfahrung im Umgang mit hochansteckenden Krankheitserregern in Verbindung mit einer hochmodernen Infrastruktur war für den Erfolg dieser Studie entscheidend», so Alves abschliessend.
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Unterschätzt
Die Milz ist bislang im Kontext von Herz-Kreislauf-Erkrankungen vor allem als Immunorgan beschrieben, das zur anhaltenden Entzündung nach einem Herzinfarkt und der Entwicklung einer Herzschwäche beiträgt. Jetzt wurde nachgewiesen, dass das Organ – nach Aktivierung durch den Vagusnerv – massgeblich daran beteiligt ist, das Herz vor Schäden zu bewahren, die durch eine Minderdurchblutung der Herzkranzgefässe im Rahmen eines Herzinfarkts entstehen.
In Untersuchungen an Tiermodellen haben die Forschenden entdeckt, dass die Aktivierung des Vagusnervs die Milz dazu anregt, schützende Faktoren freizusetzen, die das Herz vor Schäden durch Mangeldurchblutung bewahren können. Der Vagusnerv ist ein wichtiger Bestandteil des parasympathischen Nervensystems und verläuft vom Gehirn bis zum Magen-DarmTrakt. Setzt man peripheres Gewebe (Arm, Bein usw.) kurzzeitig einer Mangeldurchblutung aus (eine Methode namens «Remote Ischaemic Conditioning», kurz: RIC), wird der Vagusnerv aktiviert, der dann wiederum die Milz stimuliert, herzschützende Faktoren in das Blut freizusetzen, welche die Grösse eines Infarkts deutlich reduzieren. Diesen komplexen Mechanismus haben die Forschenden bereits 2018 erfolgreich in Studien an Ratten und Schweinen demonstriert.
Die Übertragung dieser Erkenntnisse auf den Menschen gelang 2024 durch eine Studie an Freiwilligen – Probanden mit intakter Milz im Vergleich zu Probanden, de -
Vagusnerv-Stimulation
nen die Milz aufgrund eines Traumas entfernt worden war. Nur bei Probanden mit intakter Milz wurden durch eine Aktivierung des Vagusnervs herzschützende Substanzen in das Blut freigesetzt. Die Vagusaktivierung wurde durch RIC oder eine elektrische Stimulation des Tragus erzielt. Der Tragus ist ein Bereich am Aussenohr, der mit dem Vagusnerv verbunden ist und für die transkutane Vagusnervstimulation (tVNS) verwendet werden kann. Im Blutplasma der Probanden mit intakter Milz –aber nicht bei denen ohne Milz – waren dann jeweils nach RIC oder tVNS herzschützende Substanzen enthalten, die isolierte Rattenherzen vor einem Herzinfarkt schützen konnten.
«Wir konnten also auch im Menschen beobachten, wie sich der Effekt der herzfernen Schutzmanöver (RIC und tVNS) systemisch entfaltet, ausgehend von einem Reiz an einem ganz anderen Ort des Körpers», sagt Prof. Kleinbongard. «Die Milz übernimmt dabei eine Art Vermittlerrolle: Sie verwandelt das Signal aus dem Vagusnerv in eine messbare Freisetzung schützender Faktoren um.»
Die Vagusnerv-Stimulation (VNS) wird zur Linderung von Symptomen und der Verbesserung von Lebensqualität bei schwer behandelbaren Erkrankungen eingesetzt. Die Methode kann invasiv mittels implantiertem Stimulator oder nicht-invasiv über die transkutane Stimulation (z.B. am Ohr) angewendet werden bei therapieresistenter Epilepsie, therapieresistenten Depressionen, Migräne oder chronischen Beschwerden wie Rückenschmerzen oder postoperative Schmerzen. Darüber hinaus wird die VNS aktuell in Studien unter anderem für folgende weitere Erkrankungen erforscht: Angststörungen, Autismus, schizophrene Psychosen, Tinnitus, entzündliche Erkrankungen, Schlaganfall-Rehabilitation oder neurodegenerative Erkrankungen.
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3-D-Abbildung von Gehirn und aktivem Vagus-Nerv: Bei Probanden mit intakter Milz wurden durch eine Aktivierung des Vagusnervs herzschützende Substanzen in das Blut freigesetzt. (Bild: Shutterstock)
Die Bedeutung dieser Entdeckungen wird durch eine kürzlich erschienene, umfassende Übersichtsarbeit in der Fachzeitschrift Nature Reviews Cardiology unterstrichen. Darin beschreiben Prof. Dr. Petra Kleinbongard und Prof. Dr. Dr. hc. Dr. hc. Gerd Heusch die Milz als Schaltzentrum, das nicht nur immunologische Funktionen erfüllt, sondern auch eng mit dem autonomen Nervensystem und dem Herz-Kreislauf-System verknüpft ist.
«Unsere Forschung zeigt, dass die Milz eine deutlich komplexere Rolle in der Interaktion mit dem Herz-Kreislaufsystem spielt. Sie ist in der Lage das Herz vor einem Infarkt aktiv zu schützen, möglicherweise auch das Gehirn vor einem Schlaganfall», erklärt Prof. Dr. Kleinbongard. «Unsere Daten sprechen dafür, dass wir therapeutisch ganz neue Wege beschreiten könnten, beispielsweise durch eine gezielte Stimulation des Vagusnervs oder durch Medikamente, welche die milzvermittelten Schutzpfade aktivieren.»
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Das CSEM eröffnet im Herbst 2025 einen landesweit einzigartigen Trockenraum für die Batterieentwicklung. In einem eigens reservierten Teil dieses Hightech-Labors erhalten Startups sowie kleine und mittlere Unternehmen Zugang zu einer Infrastruktur auf dem neusten Stand der Technik.
Dr. Christian Ehrensberger
Der neue Trockenraum schafft auf 37 Quadratmetern mit einem besonders niedrigen Taupunkt von 50 °C die Voraussetzung für die Verarbeitung feuchtigkeitsempfindlicher Materialien, wie sie in modernen und künftigen Batterien zum Einsatz kommen . Dies betrifft namentlich Lithium, ein Schlüsselmaterial für neuartige Batterien mit hoher Energiedichte. Ausserdem ist der Trockenraum mit einer Pilotlinie zur Montage von Pouch-Zellen
Andrea Ingenito, Co-Direktor des Battery Innovation Hub: «Die Erweiterung um einen Trockenraum ist weit mehr als ein technisches Upgrade für das CSEM. Sie ist ein entscheidender Schritt, um die industrielle Realisierbarkeit der in unserem Hub entwickelten Technologien zu demonstrieren. Damit möchten wir die Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Industrie stärken sowie Startups und KMU auf ihrem Weg zu Innovationen unterstützen. Die gemeinsame Nutzung von Ressourcen ist essenziell, um neue Ideen und Technologien effizient in marktreife Lösungen zu überführen.»
ausgestattet, wie sie in Elektroautos und Smartphones verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine typische Bauform, in der ein Lithium-Polymer-Akkumulator ausgeführt werden kann.
Trockenraum und Pilotlinie zusammen erlauben die Entwicklung von Batterieprototypen in industrieähnlichen Formaten und Kapazitäten. Im Besonderen lassen sich Test-Pouch-Zellen mit einer Kapazität von bis zu 5 Amperestunden fertigen. Das reicht aus, um zum Beispiel ein Gerät mit einem Ampere Verbrauch für 5 Stunden oder mit 5 Ampere Verbrauch für eine Stunde zu versorgen. Die neuen technischen Möglichkeiten stellen ausserdem einen integralen Bestandteil der Infrastruktur des CSEM Battery Innovation Hub in Neuchâtel dar. Dieser verfügt über eine jahrzehntelange Erfahrung in Beschichtungstechnologien für Photovoltaik und konzentriert sich auf Materialien und Schnittstellen. Zudem ist der Hub in der Entwicklung fortschrittlicher Batteriemanagementsysteme aktiv. So finden Unternehmen hier ein Sprungbrett für einen schnellen Übergang von der Idee über die Forschung bis zur Marktreife.
Grosse Hoffnungen ruhen auf FestkörperLithium-Metall-Batterien. Sie bringen gegenüber herkömmlichen Akkus höhere Energiedichten, mehr Reichweite (ca. plus 30 Prozent) und kürzere Ladezeiten (ca. die Hälfte) ins Automobil. Noch dazu senken sie das Risiko von Bränden und die Produktionskosten.
Mercedes hat bereits ein Erprobungsfahrzeug auf die Strasse geschickt. VW plant noch für dieses Jahr eine Pilotanlage für die Testproduktion von Feststoff-Akkus .
Unterschiedliche Elektroden-Designs
Nissan will bis Ende des Geschäftsjahres 2028 eine Festkörperbatterie («All Solid State Battery», ASSB) auf den Markt bringen. Das Unternehmen steht zwar noch nicht kurz vor der Serienproduktion, ist aber bei der Fertigstellung des Designs schon weit fortgeschritten .
Bei seiner ASSB verwendet Nissan eine Lithium-Metall-Anode mit einem Schwefelelektrolyten. Für die Kathode kommt Nickel-Mangan-Kobalt in Frage möglich,
Andreas Hutter, Co-Direktor des CSEM Battery Innovation Hub: «Neben der Verbesserung der Batterieleistung ist unser oberstes Ziel die Entwicklung intelligenter, integrierter Energiespeicherlösungen. Durch die Kombination von Festkörperbatterien, optimierten Batteriemanagementsystemen und unserer Expertise im Bereich Photovoltaik sind wir in einer führenden Position, um effizientere und widerstandsfähigere Energieinfrastrukturen zu schaffen.»
Fachkraft am CSEM Battery Innovation Hub löst vorsichtig Dünnschicht-Lithium-Metallanoden, die durch thermisches Aufdampfen auf einen Kupfer-Stromkollektor aufgebracht wurden.
doch möchte man Kobalt wegen seiner Seltenheit und des entsprechend hohen Preises nach Möglichkeit vermeiden. Günstigere Alternativen werden in Nickel-Mangan oder Schwefel-Mangan gesehen.
In Zukunft dürfte eine weitere Diversifizierung der heute verfügbaren AkkumulatorTechnologien erfolgen. Einige Experten sehen einen Durchbruch bei FestkörperLithium-Metall-Batterien als kritische Grösse für die Wettbewerbsfähigkeit. Über sie könnte Automobilbau-Endspiel in der Akku-Technik mitentscheiden.
Allerdings bleibt die Produktion von Festkörper-Lithium-Metall-Batterien einstweilen eine Herausforderung, insbesondere die komplexe Herstellung und Handhabung von Lithium-Metall-Anoden. Der neue CSEM-Trockenraum kann eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung skalierbarer Prozesse spielen. Darüber hinaus werden die hier entwickelten Batterien in vielen Bereichen Anwendung finden, von biomedizinischen Produkten bis hin zur Raumfahrt. Diese ehrgeizige Initiative wird von wichtigen Finanzpartnern unterstützt, darunter die Banque Cantonale Neuchâteloise, der Fonds Cantonal de l’Énergie, der Energie- und Umweltdienst des Kantons Neuenburg sowie der Fonds
Vitale Energie, ergänzt durch Beiträge mehrerer Industriepartner.
Das CSEM öffnet einen Teil des Trockenraums gezielt für Startups, kleine und mittlere Unternehmen, um ihnen den Zugang zu einer Infrastruktur auf dem Stand der Technik zu erleichtern und ihre Innovationsrisiken zu senken. Rund 10 Quadratmeter der Fläche stehen flexibel zur Verfügung, so dass junge Unternehmen neue Technologien unter professionellen Bedingungen entwickeln und schneller in die industrielle Produktion überführen können – bei reduzierten Kosten und Risiken.
1. CSEM eröffnet ersten Schweizer Trockenraum und beschleunigt so die Batterieinnovation, Medienmitteilung des CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique)/Basis für den vorliegenden Artikel, https://www.csem. ch/de/presse/die-erste-trockenraum-anlageder-schweiz/, Zugriff am 10.6.2025
2. Holger Holzer, Wolfgang Rudschies: Feststoffbatterie: Ist das die Zukunft im Elektroauto? https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/laden/feststoffbatterie, Zugriff am 10.6.2025
3. https://insideevs.de/news/755965/nissanfestkoerperbatterie-marktstart-2028/#google_ vignette, Zugriff am 10.6.2025
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Das Überleben von Mikroben hängt nicht nur von ihren Bedürfnissen ab, sondern vielmehr von einem Beziehungsgeflecht, das schon durch kleine Störungen kollabieren kann. Eine neue Studie legt dar, wie die mikrobielle Vielfalt durch ein Geflecht gegenseitiger Abhängigkeiten geprägt ist.
Mikrobielle Ökosysteme – etwa im Meerwasser, im Boden oder im menschlichen Darm – sind erstaunlich vielfältig, doch bislang gelingt es Forschenden nur selten, diese Vielfalt im Labor nachzubilden: Viele Mikroorganismen sterben ab, wenn man sie zu kultivieren versucht. Eine neue Studie von zwei Forschern des HelmholtzInstituts für funktionelle marine Biodiversität an der Universität Oldenburg (HIFMB) bietet nun eine mögliche Erklärung: Die Biodiversitätswissenschaftler Dr. Tom Clegg und Prof. Dr. Thilo Gross kommen zu dem Schluss, dass das Überleben der Mikroben nicht allein von ihren individuellen Bedürfnissen abhängt, sondern vielmehr von einem verborgenen Beziehungsgeflecht, das schon durch kleine strukturelle Änderungen zum Kollabieren gebracht werden kann.
Kipppunkte – komplexes Geflecht bricht zusammen
In ihrer Arbeit betrachten die Forscher Mikrobengemeinschaften vereinfacht als Netzwerk, in dem unterschiedliche Populationen durch den Austausch von Stoffwechselprodukten miteinander verbunden sind: Jede Art benötigt Nährstoffe und gibt gleichzeitig Stoffe ab, die von anderen als Nahrung benötigt werden. Dieses komplexe Geflecht modellierten Clegg und Gross mit Methoden der Netzwerktheorie – einem mathematischen Verfahren, das ursprünglich aus der Physik stammt und dort eingesetzt wird, um das Verhalten komplexer Systeme zu verstehen.
Das Ergebnis der Analyse: Im Modell kann der Verlust einzelner Populationen das gesamte Netzwerk zusammenbrechen lassen, wobei die Mikrobengemeinschaft relativ abrupt in einen Zustand geringerer Vielfalt übergeht. «Ein solcher Kollaps lässt sich als Kipppunkt verstehen, ähnlich wie
Wie wird die Vielfalt in mikrobiellen Gemeinschaften aufrechterhalten? Das zu verstehen, ist eine grosse Herausforderung. Denn Netzwerke, die sich gegenseitig ernähren, schaffen komplexe Abhängigkeiten zwischen Verbraucherpopulationen, welche nur schwer zu entwirren sind. (Symbolbild: Shutterstock)
ein Blackout in einem Stromnetz oder der Zusammenbruch der Lieferketten während der Coronapandemie», erläutert Hauptautor Clegg.
«Die Gemeinschaft gedeiht oder kollabiert als Ganzes»
Der Versuch, eine Mikrobengemeinschaft im Labor zu kultivieren, stelle eine solche Störung dar: Wenn etwa bei einer Probennahme nicht alle Mitglieder einer natürlichen Lebensgemeinschaft erfasst werden, fallen sie als Hersteller von Stoffwechselprodukten aus, die wiederum für andere Arten lebensnotwendig sind. «Unsere Studie konzentriert sich auf die Struktur dieser Wechselwirkungen und liefert neue Einblicke darüber, warum es so schwierig ist, die Vielfalt mikrobieller Gemeinschaften im Labor zu erhalten», erklärt Thilo Gross. Zwar hätten Forschende schon lange vermutet, dass gegenseitige Abhängigkeiten eine entscheidende Rolle dabei spielen,
ob sich Mikroben im Labor kultivieren lassen oder nicht. Die aktuelle Studie zeige jedoch zum ersten Mal, wie sich diese Verflechtungen in komplexen Gemeinschaften als Ganzes auswirken – und dass Gemeinschaften selbst in einer Umgebung wie einer Laborkultur, in der es genug Ressourcen gibt, zusammenbrechen können, wenn das Netz ihrer gegenseitigen Beziehungen gestört wird. Das Modell zeige zudem, dass sich solche Systeme unter Umständen selbst dann nicht erholen, wenn alle nötigen Ressourcen wieder verfügbar sind. «Es geht nicht nur darum, was individuelle Mikroben brauchen, sondern von wem sie abhängen», betont Clegg. «Die Gemeinschaft gedeiht oder kollabiert als Ganzes.» Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift PNAS erschienen.
https://uol.de
Mit einem neuen Verfahren können regulatorische DNA-Sequenzen, die für die Genexpression entscheidend sind, in einer lebenden Zelle verfolgt und charakterisiert werden. Das bedeutet, dass der regulatorische Prozess, durch den die in einem Gen enthaltene Information genutzt wird, um zum Beispiel ein Protein herzustellen, genau überwacht und der Regulationsmechanismus nun in einer lebenden Zelle untersucht werden kann.
«Unser Verfahren lässt sich universell anwenden», betont Dr. Alexander Reder, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Interfakultären Institut für Genetik und Funktionelle Genomforschung. «Was wir anhand eines Modell-Bakteriums angewendet haben, lässt sich im Prinzip auf jede andere Zelle übertragen.» Damit zeige sich, welche Bedeutung diese Ergebnisse aus der Grundlagenforschung für die Anwendung in der Praxis haben können: «Mit dem System liessen sich zum Beispiel Punktmutationen in bestimmten regulatorischen Sequenzen untersuchen, die im Zusammenhang mit veränderter Genexpression seltener Erkrankungen stehen», fährt Reder weiter.
Ohne aufwändige Probenvorbereitungen
Die neue Methode hat gleich mehrere Vorteile: Sie ist schnell, präzise und liefert Ergebnisse in lebenden Zellen – ohne aufwändige Probenvorbereitungen und teure Omics-Verfahren. Bisher müssen Zellen zunächst getötet werden, bevor die Proteine oder RNA isoliert und mittels verschiedener Methoden wie beispielsweise Transkriptom- oder Proteom-Technologien untersucht werden können. Diese Abläufe seien teilweise zeitintensiv, wenig flexibel und spiegeln nicht das reale Bild wider, was in einer einzelnen Zelle passiert. Ein grosses Problem bestehe auch darin, den zeitlichen Ablauf zu verfolgen: «Wenn man die Zellen zu einem bestimmten Zeitpunkt getötet hat, wäre der Ist-Zustand zwar zunächst messbar – 5 Minuten später oder am nächsten Tag ist er allerdings nicht mehr beobachtbar», erklärt Reder. Das neue Konstrukt ist anders: Das sogenannte «pHIS-Plasmidsystem» funktioniert mittels zweier Reportergene, die in einer Fluoreszenz-Messung grün oder blau auf-
Dr. Alexander Reder und Marco Harms haben ein neues genetisches Konstrukt vorgestellt, mit dem man regulatorische DNA-Sequenzen in einer lebenden Zelle verfolgen und charakterisieren kann. (Bild: Tilly Hoffmüller, Universitätsmedizin Greifswald)
leuchten. Auf diese Weise kann man die von zwei regulatorischen Bereichen gesteuerten Zustände der Genexpressionen, die innerhalb der lebenden Zelle stattfinden, in Echtzeit beobachten. Der Trick besteht darin, dass das erste «blaue» Reportergen durch einen «normalen» regulatorischen Bereich kontrolliert wird. Man kann dann spezifische Sequenzveränderungen in eben diese Sequenz einbauen und diese vor das zweite «grüne» Reportergen setzen. So hat man eine interne Kontrolle (blau), die man in direkten Vergleich zur mutierten beziehungsweise fehlerhaften Genexpression setzen kann. «Man kann auch unterschiedliche Stimuli einsetzen», so Reder, «das heisst, man kann Zellen unter Kontrollbedingungen wachsen lassen oder auch einem Stress aussetzen – zum Beispiel einem Alkohol-, Salz- oder Kälte-Stress». Dadurch könne man parallel ganz unterschiedliche Bedingungen untersuchen und damit ein besseres Verständnis von Genen und deren Regulationsmechanismen erhalten.
Verstehen, wie Bakterien auf Stress reagieren
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research veröffentlicht. «Das neue pHIS-System ist nicht nur ein Fortschritt in der Grundlagenforschung, sondern wird auch eine wesentliche Rolle bei der praktischen Anwendung spielen –etwa in der Medizin, Biotechnologie oder der Medikamentenentwicklung», wie Prof. Karlhans Endlich, Wissenschaftlicher Vorstand der Unimedizin Greifswald, betont. Das System helfe zu verstehen, wie Bakterien auf Stress – zum Beispiel durch Antibiotika – reagieren. «Wenn wir wissen, welche Gene bei Angriffen hochgefahren werden, können neue Medikamente gezielt diese Schutzmechanismen blockieren – und so Resistenzen bekämpfen», so Endlich. www.medizin.uni-greifswald.de
Mikrobiologische Kultur mit Bakterien, bei der ein Antibiotikaresistenztest durchgeführt wurde. (Symbolbild: Shutterstock)
Auf Bakterienfang, um gegen Antibiotikaresistenzen zu kämpfen
Mit dem schnellen Nachweis von Bakterien können Antibiotikabehandlungen optimiert werden. Eine vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützte Forschungsgruppe der Universität Zürich hat Moleküle entwickelt, die bestimmte Bakterien erkennen und einfangen.
Die Entdeckung der Antibiotika im 20. Jahrhundert bedeutete für die Medizin eine Revolution und hat unzähligen Menschen das Leben gerettet. Doch schon bald stellte sich mit dem Auftreten dagegen resistenter Bakterien eine neue Herausforderung. Ein Schlüssel im Kampf gegen dieses beunruhigende Problem ist, herauszufinden, mit welchen Bakterien man es bei einer Infektion genau zu tun hat. Denn dies ermöglicht einen gezielten und wirksamen Einsatz von Antibiotika, was wiederum das Risiko senkt, dass sich neue Resistenzen entwickeln. Mit Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) haben Forschende jetzt Moleküle entwickelt, die bestimmte Bakterien schneller als bisher erkennen. Die Ergebnisse wurden vor Kurzem in der Fachzeitschrift Communications Biology
veröffentlicht. Sie ebnen den Weg für schnellere diagnostische Methoden, insbesondere auch bei Blutvergiftungen. «Die neu entwickelten Moleküle werden bereits in einer Partnerschaft mit dem Zürcher Start-up Rqmicro eingesetzt, das Tools zur Überwachung der Wasserqualität entwickelt», freut sich der Biochemiker Markus Seeger, der die Studie am Institut für Medizinische Mikrobiologie der Universität Zürich durchgeführt hat.
«Im Wettlauf zwischen der Entstehung von Antibiotikaresistenzen bei Bakterien und der Entwicklung neuer Antibiotika sind wir chancenlos», erklärt der Forscher. «Denn Bakterien befinden sich seit Jahrmillionen im Krieg mit Viren und sind es gewohnt, sich anzupassen, um neuen Gefahren zu entgehen.» Die derzeit einzige Lösung ist deshalb ein sorgfältiger Einsatz von Antibiotika. Dies sorgt dafür, dass Bakterien nicht ständig mit Rückständen oder Spuren von Antibiotika in ihrer Umgebung in Kontakt kommen, damit sie möglichst unvorbereitet und wehrlos sind, wenn sie diesen während einer Behandlung ausgesetzt werden. Eine solche Strategie erfordert möglichst schnelle und genaue medizinische Diagnosen.
Die etablierten Nachweisverfahren sind hingegen zeitaufwändig: Bei den Erkrankten werden Bakterien entnommen und solange vermehrt, bis eine genügend grosse Anzahl davon für eine detaillierte Analyse vorhanden ist. Diese Vermehrungsphase dauert bei gewissen Arten rund 12 Stunden, bei anderen manchmal länger. Die Analyse nimmt zwei weitere Stunden in Anspruch.
Forschungsprogramm NFP 72
Die Problematik der Antibiotikaresistenz nimmt zu. Aus diesem Grund hat der SNF im Auftrag des Bundesrats 2015 das nationale Forschungsprogramm «Antimikrobielle Resistenz» (NFP 72) lanciert. Geplant wurde es in Koordination mit der Bundesstrategie gegen Antibiotikaresistenzen «StAR». Im Programm wurden 45 Projekte durchgeführt: 33 an Schweizer Hochschulen sowie 12 internationale Projekte im Rahmen der Europäischen Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance (JPIAMR). Das NFP 72 verfügte über ein Budget von 20 Millionen Franken.
www.nfp72.ch
Markus Seeger und sein Team versuchen, das Verfahren zu beschleunigen: «Wir wollen gewisse Bakterien früher erkennen, auch wenn sie nur in geringen Mengen vorhanden sind, indem wir sie einfärben. Zudem möchten wir sie direkt im Blut einfangen, damit wir schneller eine grössere Zahl analysieren können.» Dieser Ansatz ermöglicht zwar keine vollständige Diagnose, aber er kann das Vorkommen bestimmter Bakterien schneller als mit bisherigen Methoden bestätigen oder ausschliessen. Wertvoll ist diese Zeitersparnis vor allem bei Blutvergiftungen, denn in diesen Fällen ist es nicht immer möglich, ein oder zwei Tage abzuwarten, bis detaillierte Analysen vorliegen.
Seine Gruppe befasst sich mit der Erkennung des Bakteriums Escherichia coli (E. coli). Dieses ist häufig an Infektionen der Harnwege beteiligt und kann auch zu Blutvergiftungen führen. Und das Bakterium gehört zu den Arten, bei denen die Häufigkeit von Resistenzen zwischen 2004 und 2024 in der Schweiz zugenommen hat. Bei gewissen Antibiotikaklassen treten resistente Erreger inzwischen sogar 5 Mal häufiger auf. «Wenn man weiss, ob es sich um E. coli oder etwas anderes handelt, ist dies bereits ein wertvoller Hinweis für einen ersten Behandlungsentscheid», erklärt der Biochemiker. In diesem Fall könnten die von seinem Team entwickelten Tools die übliche Diagnosezeit von zwölf etwa auf sechs Stunden halbieren.
Zuckerdschungel bildet Mauer um Bakterien
Für einen guten Fang von E. coli mussten Markus Seeger und sein Team zwei Probleme lösen. Erstens musste beim Bakterium ein Zielpunkt gefunden werden, an dem der «Angelhaken» einhängen kann: ein spezifisches Element, das alle E. coli-Bakterien aufweisen. Zweitens hat der Forscher, wie er selber einräumt, «die Komplexität des Zuckerdschungels unterschätzt, der eine Mauer um die Bakterien bildet». Denn der Dschungel aus langen Zuckerketten ist so dicht, dass nur wenige Moleküle hindurchkommen. Als Angelhaken wählte die Forschungsgruppe daher MiniaturAntikörper, sogenannte Nanobodies. Dank ihrer geringen Grösse können sie problemlos zwischen den Zuckerketten hindurchschlüpfen. Sie sind zudem stabiler als herkömmliche Antikörper und bleiben damit auch bei Raumtemperatur länger funktionstüchtig. Dies ist ein zentrales Kriterium, weil die durchgehende Kühlung während dem Transport und der Lagerung eine Heraus-
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forderung für Nachweisverfahren ist. Für eine geeignete Andockstelle beim Bakterium durchsuchten die Forschenden eine internationale Datenbank sowie ein weiteres Register mit Bakterien, die in Schweizer Spitälern nachgewiesen wurden. Bei der Analyse des Erbguts von E. coli identifizierte das Team ein Protein namens OmpA, von dem eine bestimmte Form
ausschliesslich in diesen vorkommt. Die Forschenden entwickelten jetzt Nanobodies, die diese Version von OmpA bei über 90 Prozent der Bakterien dieser Art spezifisch und effektiv erkennen – sozusagen einen «Angelhaken», der gezielt E. coliBakterien bindet.
Das Ergebnis ist eine gebrauchsfertige Lösung zum Einfärben der Bakterien. Gefan -
Nanobodies sind kleine Antikörperfragmente, die gezielt an bestimmte bakterielle Erreger binden. Damit lassen sich diese sehr viel schneller als bisher direkt in Blutproben nachweisen. (Bild: Institut für Medizinische Mikrobiologie, Universität Zürich)
gen sind sie damit aber noch nicht: «Zum Aufspüren von E. coli funktioniert das gut. Man kann winzige Farbstoffmoleküle an die Nanobodies anhängen, ohne dass sie dadurch wesentlich grösser werden», erklärt der Forscher. Zum Einfangen von Bakterien verwenden wir hingegen grössere Magnetkügelchen. Diese können den Zuckerdschungel, der die Bakterien umgibt, allerdings nicht durchdringen.» Die Forschenden entwickelten deshalb eine molekulare «Leine», mit der sie die Nanobodies – den «Haken» – mit den von den Zuckern blockierten magnetischen Kügelchen – der «Rute» – verbanden. «Nun haben wir ein passendes Angelset, mit dem wir E. coli erkennen und einfangen können. Ich hoffe, dass es uns gelingt, das Tool auch in die klinische Diagnostik zu integrieren. Bereits erfolgreich genutzt wird es für Umweltanalysen», schliesst der Biochemiker.
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«Organ-on-a-Chip»-Anwendungen
Wie kann die Wirkung eines neuen Medikaments erforscht werden? Wie kann das Zusammenspiel verschiedener Organe besser verstanden werden? Forschende haben eine neue Methode entwickelt, Blutgefässe in winzigen Organmodellen auf einem Chip zu erzeugen – rasch und reproduzierbar.
In der medizinischen Forschung spielen sogenannte «Organ-on-a-Chip»-Anwendungen (auch mikrophysiologische Systeme genannt) eine wachsende Rolle: Wenn man es schafft, Gewebestrukturen in Labor auf präzise kontrollierbaren Chips wachsen zu lassen, dann kann man viel präziser forschen als das mit Versuchen an lebenden Menschen oder Tieren möglich wäre.
Allerdings stösst man dabei auf ein grosses Problem: Solche Mini-Organe sind unvollständig ohne Blutgefässe. Um eine echte Vergleichbarkeit mit lebenden Organismen sicherzustellen, muss man ein lebensnahes Netz winziger durchflussfähiger Blutgefässe und Kapillaren erzeugen –und zwar auf genau kontrollierbare, reproduzierbare Weise. Genau das ist an der Technischen Universität Wien jetzt gelungen: Forschende entwickelten ein neues Verfahren, bei dem mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse in kurzer Zeit auf reproduzierbare Weise winzige Blutgefässe entstehen. Versuche zeigen: Diese Gefässe verhalten sich tatsächlich so wie Gefässe im leben -
den Gewebe. Leber-Gewebe wurde mit grossem Erfolg auf einem Chip hergestellt.
«Wenn man beispielsweise untersuchen möchte, wie bestimmte Medikamente in unterschiedlichen Geweben transportiert und absorbiert werden, dann braucht man feinste Netze aus Blutgefässen», sagt Alice Salvadori, die in der Arbeitsgruppe von Prof. Aleksandr Ovsianikov am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien forscht. Idealerweise werden solche Blutgefässe in speziellen Materialien hergestellt, in sogenannten Hydrogelen. Diese Materialien bieten den lebenden Zellen Halt, sind aber durchlässig, ähnlich wie natürliche Gewebe. Wenn man in solchen Hydrogelen kleine Kanälchen erzeugt, kann man erreichen, dass sich im Inneren dieser Kanälchen sogenannte Endothelzellen anlagern – Zellen, die in unserem Körper das Innere von Blutgefässen auskleiden. Damit hat man ein künstliches Modell er-
Menschliche Leber in Mikrochip-Prozessor-Schalttafel. (Symbolbild: Shutterstock)
zeugt, das einem lebenden Blutgefäss sehr ähnlich ist.
Die grosse Schwierigkeit dabei ist allerdings: Form und Grösse solcher Blutgefäss-Netzwerke sind schwer zu kontrollieren. Wenn die Netzwerke sich frei entwickeln, variiert die Geometrie der Blutgefässe immer stark von einer Probe zur anderen. Damit lassen sich keine reproduzierbaren, exakten Experimente durchführen – doch gerade das ist für präzise medizinische Forschung wichtig.
An der TU Wien setzte man daher auf eine hochentwickelte Lasertechnik: Mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse mit einer Dauer im Femtosekunden-Bereich kann man in Hydrogelen sehr schnell und sehr effizient hochpräzise 3-D-Strukturen in das Material hineinschreiben.
«Wir können auf diese Weise Kanäle herstellen, die nur hundert Mikrometer voneinander entfernt sind. Das ist essenziell, wenn man die natürliche Dichte von Blutgefässen in bestimmten Organen replizieren möchte», sagt Aleksandr Ovsianikov. Doch nicht nur die exakte Herstellung der gewünschten Blutgefäss-Geometrie ist wichtig, die Blutgefäss-Netzwerke müssen vor allem stabil bleiben, wenn sie von Zellen besiedelt werden. «Wir wissen, dass Zellen ihre Umgebung verändern können. Das kann zu Verformungen führen, oder sogar zur Verstopfung von Blutgefässen», sagt Alice Salvadori. «Daher haben wir die Material-Präparation verbessert.»
Anstelle des üblichen einstufigen Gelierungsverfahrens verwendete die Forschungsgruppe einen zweistufigen thermischen Härtungsprozess: Das Hydrogel wird in zwei Phasen mit unterschiedlichen Temperaturen erwärmt, nicht nur in einer. Da -
Schematische Darstellung eines Leberläppchens (links) und 3-D-Ansicht des vaskularisierten Leberläppchens auf dem Chip nach 9 Tagen Kultur (rechts). (Bilder: TU Wien)
durch verändert sich seine Netzwerkstruktur, und ein stabileres Material entsteht. Die Gefässe bleiben offen und behalten ihre Form über einen längeren Zeitraum bei. «Wir haben nicht nur gezeigt, dass wir künstliche Blutgefässe herstellen können, die tatsächlich durchflossen werden können. Noch wichtiger ist: Wir haben eine skalierbare Technologie entwickelt, die im industriellen Massstab eingesetzt werden kann», sagt Aleksandr Ovsianikov. «Die Strukturierung von 30 Kanälen dauert nur 10 Minuten, was mindestens 60-mal schneller ist als andere Techniken.»
Entzündung am Chip: Blutgefässe verhalten sich natürlich Wenn biologische Prozesse mit solchen Chips nachgestellt werden sollen, muss man zunächst sicherstellen, dass sie sich tatsächlich so verhalten wie natürliches Gewebe. Und das konnte das Team nun tatsächlich nachweisen: «Wir haben gezeigt, dass diese künstlichen Blutgefässe tatsächlich mit Endothelzellen besiedelt werden, die genauso reagieren wie Endothelzellen im Körper», sagt Alice Salvadori. «Sie reagieren beispielsweise auf dieselbe Weise auf Entzündungen – sie werden dabei durchlässiger, genau wie Blutgefässe im Körper.»
Laserstrukturierte Kanäle nach 7 Tagen Kultur (links) und vergrösserte Ansicht eines immunfluoreszenzgefärbten Mikrogefässes (Zellkerne in blau).
Damit ist nun ein wichtiger Schritt getan, die Lab-on-a-Chip-Technologie zum industriellen Standard in vielen Bereichen der medizinischen Forschung zu machen.
Erfolg mit Lebergewebe
«Mit diesem Ansatz konnten wir ein Lebermodell mit Blutgefässen ausstatten. In Zusammenarbeit mit der Keio-Universität in Tokyo haben wir ein Leberläppchen auf einem Chip entwickelt, das ein kontrolliertes 3-D-Gefässnetzwerk enthält, das die Anordnung der Zentralvene und Sinusoide in vivo genau nachahmt», sagt Aleksandr Ovsianikov.
«Wir haben eine skalierbare Technologie entwickelt, die im industriellen Massstab eingesetzt werden kann.»
Prof. Aleksandr Ovsianikov
Technische Universität Wien
«Die Nachbildung der dichten und komplexen Mikrogefässe der Leber war lange Zeit eine Herausforderung in der Organ-onChip-Forschung. Durch den Aufbau mehrerer Schichten von Mikrogefässen, die das
FÜR DIE CHROMATOGRAPHIE
gesamte Gewebevolumen durchziehen, konnten wir eine ausreichende Nährstoffund Sauerstoffversorgung sicherstellen –was wiederum zu einer verbesserten Stoffwechselaktivität im Lebermodell führte. Wir glauben, dass diese Fortschritte uns einen Schritt näher an die Integration der Organon-a-Chip-Technologie in die präklinische Arzneimittelforschung bringen», sagt Masafumi Watanabe (Keio-Universität). «Die Organ-on-a-Chip-Technologie und fortschrittliche Lasertechnologie lassen sich gut kombinieren, um zuverlässigere Modelle von Blutgefässen und Lebergewebe zu erstellen. Ein wichtiger Durchbruch ist die Möglichkeit, winzige Gewebe auf einem Chip zu bauen, durch die Flüssigkeit fliessen kann, ähnlich wie Blut im Körper. Dies hilft Forschenden, besser zu verstehen, wie der Blutfluss die Zellen beeinflusst. Die Organ-on-a-Chip-Technologie ermöglicht es auch, die Reaktionen der Zellen unter dem Mikroskop genau zu beobachten. Diese Modelle werden Wissenschaftlern helfen, die Funktionsweise des Körpers zu untersuchen, und könnten in Zukunft zu besseren Behandlungen und einer besseren Gesundheitsversorgung führen.» sagt Prof. Ryo Sudo, Keio-Universität.
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Die richtige Dosis der Medikamente für eine Vollnarkose bei Kindern zu berechnen, ist keine einfache Sache. (Symbolbild: Shutterstock)
Nicht zu viel und nicht zu wenig: Die Dosierung der Wirkstoffe bei einer Vollnarkose muss optimal eingestellt sein. Besonders bei Kindern ist des keine einfache Sache. Eine Pilotstudie zeigt jetzt, dass die Analyse der Atemluft helfen kann, ein gängiges Narkosemittel präzise zu dosieren. Und nicht nur das: Daraus lässt sich auch bestimmen, wie der Körper auf die Anästhesie reagiert.
Angelika Jacobs ¹
Die Luft, die wir ausatmen, enthält eine Vielzahl an Molekülen, die aus unserem Körper stammen. Mit Messgeräten, die dafür an der Universität Basel entwickelt wurden, lassen sich Stoffwechselprodukte sowie Medikamente und ihre Abbauprodukte im Atem aufspüren. Dies machen sich Forschende um Prof. Dr. Pablo Sinues vom Departement Biomedical Engineering und dem Universitäts-Kinderspital beider Basel (UKBB) zunutze: In der Fachzeitschrift Anesthesiology berichten sie, dass sich mit dieser Methode eine Anästhesie bei Kindern besser überwachen liesse, als es bisher möglich war.
Das Anästhetikum Propofol ist seit über 30 Jahren im Einsatz und gilt als sicheres Medikament, um eine Vollnarkose einzuleiten
1 Universität Basel
und aufrecht zu erhalten. Die optimale Dosierung ist gerade bei Kindern eine Herausforderung: Als Parameter kommen Körpergrösse, Gewicht, Geschlecht und Alter zur Anwendung. Die Exposition des Gehirns, wo sich der Effekt entfaltet, können Fachleute nur anhand indirekter Rückschlüsse bestimmen. Vitalzeichen und Bewegungen oder auch Messungen der Hirnaktivität dienen als Anhaltspunkte für nötige Anpassungen der PropofolMenge, damit das Kind weder aufwacht noch einer zu hohen Konzentration ausgesetzt ist.
Die Messung der Propofol-Konzentration im Blut wäre ein guter Anhaltspunkt, um abzuschätzen, wie viel des Wirkstoffs das Gehirn erreicht. Allerdings gibt es bisher keinen Bluttest, der schnell genug Ergebnisse liefert.
Erstautor Jiafa Zeng drückt die Atemluft aus dem Probenbeutel in ein Massenspektrometer, um die Stoffwechselprodukte in der ausgeatmeten Luft zu analysieren. (Bild: Universität Basel)
Atemanalyse-Labor am Universitäts-Kinderspital Basel
Bei jedem Ausatmen geben wir Tausende von Molekülen an die Umgebungsluft ab. Doch unser Atem wird diagnostisch wenig genutzt, obwohl er wertvolle bio-chemische Informationen über unseren Gesundheitszustand enthält. Der Geruchssinn wurde z. B. bereits von Ärzten im alten Griechenland und in China genutzt, um qualitative Patienteninformationen zu erhalten. Heute stützen sich nur wenige diagnostische Tests auf die ausgeatmete Luft.
Das Atemanalyse-Labor am Universitäts-Kinderspital Basel (UKBB) sieht das Potenzial der Atemanalyse als nicht-invasive Methode zur Unterstützung der klinischen Entscheidungsfindung. Das Labor setzt Analyseplattformen in Kombination mit Berechnungswerkzeugen ein und verwendet modifizierte Massenspektrometer. Diese sind so konzipiert, dass sie ausgeatmete Moleküle in winzigen Konzentrationen nahezu in Echtzeit erfassen.
https://sinueslab.ch
Deshalb hat Sinues’ Team in Zusammenarbeit mit der Abteilung für pädiatrische Anästhesie am UKBB untersucht, ob eine Atemanalyse bei der Dosierung unterstützen und während der Vollnarkose quasi in Echtzeit Ergebnisse liefern könnte. «Propofol ist recht flüchtig und lässt sich gut im Atem messen», so Sinues.
Ihre Pilotstudie umfasste 10 Kinder, die sich aus verschiedenen Gründen einer Operation unter Vollnarkose unterziehen mussten. Bei ihnen nahmen die Forschenden vor und während der Anästhesie alle 30 Minuten gleichzeitig Atem- und Blutproben.
Dr. Jiafa Zeng, Erstautor der Studie, sammelte die ausgeatmete Luft der Patientinnen und Patienten mit der Hilfe und Anleitung des verantwortlichen Anästhesisten Dr. Nikola Stankovic. Die Atemluftprobe sammelten sie dabei in speziell dafür entwickelten Kunststoffbeuteln, um sie im Labor mittels Massenspektrometrie zu analysieren. «Das Gerät ist zu gross, um es im Operationssaal unterzubringen», erklärt Zeng. Die Blutproben untersuchten Forschende am Universitätsspital Zürich Tage bis Wochen nach der jeweiligen Entnahme.
Atemanalyse zeigt auch Stress im Körper
Der Vergleich der Messwerte zeigte: Der Wirkstoff und seine Abbauprodukte liessen sich zuverlässig im Atem nachweisen. Zudem entsprachen die Ergebnisse der Atemanalyse sehr gut den im Blut gemessenen Konzentrationen.
Die Atemanalyse zeigte aber noch mehr, nämlich eine ganze Reihe von Stoffen, die
der Organismus in Reaktion auf eine bestimmte Art von Stress während einer Narkose und Operationen produziert. Fachleute sprechen von oxidativem Stress. «Wir können mit dieser Methode also nicht nur die Propofol-Konzentration bestimmen, sondern auch messen, wie der Körper auf die Anästhesie und die Operation reagiert», erklärt Pablo Sinues. Die sehr seltenen Fälle, in denen Propofol zu Komplikationen führt – insbesondere bei Kindern –, liessen sich anhand dieser Messwerte womöglich frühzeitig erkennen.
Mit Unterstützung eines Eccellenza-Stipendiums des Schweizerischen Nationalfonds erforschen Sinues und sein Team seit mehreren Jahren, wie man Atemanalysen für die Diagnostik und individuelle Dosierung von Medikamenten einsetzen kann. Insbesondere Kinder und ältere Personen könnten davon profitieren. In früheren Arbeiten konnten die Forschenden beispielsweise zeigen, dass sich Epilepsie-Medikamente und ihre Abbauprodukte im Atem messen lassen, und diese Werte helfen können, die Medikamente richtig zu dosieren. Bisher sind dafür regelmässige Bluttests nötig. Auch den Zustand hospitalisierter Kinder mit Diabetes konnten sie mit dieser Methode gut überwachen. www.unibas.ch
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Antriebssystemen für die Laborautomation setzen Analyselabore in der In-vitroDiagnostik neue Massstäbe für Prozesssicherheit und Effizienz bei der Probenverarbeitung.
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Zwei neue Analysemethoden für besondere Herausforderungen der Tumordiagnostik: Eine liefert bereits im begrenzten zeitlichen Rahmen einer Hirn-OP wichtige Informationen für die Einordnung der Tumoren. Die andere könnte mit Hilfe künstlicher Intelligenz die Genauigkeit der Klassifizierung verbessern, wenn nur wenig Tumormaterial für die Auswertung vorliegt.
Die molekulare Auswertung einer Tumorprobe kann aufgrund der komplexen Analyseverfahren bis zu zwei Wochen dauern. Ein Team der Neuropathologie der Medizinischen Fakultät Heidelberg und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben Analysemethoden entwickelt, die, nachdem das Erbgut aus den Tumorzellen gewonnen wurde, innerhalb von 30 Minuten eine erste Typisierung anhand bestimmter Eigenschaften des Krebsgenoms liefern. Ein umfassendes molekulares Profil der Tumorprobe liegt innerhalb von 24 Stunden vor. Bei Vergleichsanalysen von 78 000 archivierten Tumorproben an Zentren weltweit mit den dort jeweils gängigen Standardverfahren erreichte der Algorithmus mehr als 99 Prozent Genauigkeit. Bereits geplante Folgestudien müssen nun zeigen, ob sich das Verfahren im klinischen Alltag bewährt und sogar weiter beschleunigen lässt.
Kernstück NanoporeSequenzierung
Die Methoden zur Klassifizierung von Hirntumoren haben sich rapide weiterentwickelt. Heute spielt die Molekulardiagnostik der genetischen Eigenschaften inklusive chemischer Modifikationen der Erbinformation eine zentrale Rolle. Zwar lassen sich damit seitdem Tumorarten, -subtypen und -stadien besser unterscheiden und in Folge gezielt behandeln. Die Genauigkeit bringt aber auch Probleme mit sich: Moderne Analysegeräte und -prozesse erfordern erhebliche Investitionen und die Auswertung der anfallenden Datenmenge einiges an Zeit. «Der Bedarf an umfassenden, schnellen und leichter zugänglichen Methoden ist gross», sagt Felix Sahm, Professor für Neuropathologie, stellvertretender Ärztlicher Direktor der Abteilung Neuropathologie und
Histologisches Schnittpräparat eines Hirntumors mit herkömmlicher Färbung für die mikroskopische Beurteilung. Die Informationen aus der molekularen Analyse erscheinen als Kreise, die für die Beurteilung relevanten Areale sind rot markiert. (Bild: Universitätsklinikum Heidelberg)
Leiter der Sektion Molekulare Neuropathologie am Universitätsklinikum Heidelberg (UKHD), der mit seinem Team die neuen Analyseplattformen entwickelte. Kernstück des neuen Klassifizierungstools ist die sogenannte Nanopore-Sequenzierung: eine schnelle und auf kleinen, kostengünstigen Geräten anwendbare Methode, um die Erbinformation der Tumorzellen auszulesen und charakteristische chemische oder genetische Veränderungen zu erkennen. Die durch die Sequenzanalyse erhaltenen Daten werden unmittelbar mit den bekannten Tumorklassen abgeglichen. So könnte nach weiterer Verfeinerung der Methode künftig bereits während des operativen Eingriffs eine Tumorklassifizierung vorliegen und die Operationsstrategie angepasst werden.
Die Grundlagen für das neue DiagnostikSystem wurden an Universität, UKHD, DKFZ und Hopp Kindertumorzentrum (KiTZ) entwickelt und getestet. Es ist eine Kombination aus dem Schnelltest «RapidCNS2», der 91 Tumorklassen unterscheidet, und «MNP-Flex» (Heidelberg Molecular Neuropathology Methylation Classifier), der die Ergebnisse unterschiedlicher Analysemethoden auswerten kann und innerhalb von 24 Stunden 184 Tumorunterklassen erkennt. «Die Kombination dieser beiden Werkzeuge deckt das gesamte Spektrum diagnostisch und therapeutisch relevanter Informationen ab», so Prof. Dr. Dr. Felix Sahm, der auch als Wissenschaftler am DKFZ und im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK) tätig ist.
Ein einzelner Gewebeschnitt
Für die präzise Klassifizierung von sehr kleinen Gewebemengen hat das Team von Prof. Sahm gemeinsam mit Forschenden des Universitätsklinikums Erlangen ein Verfahren, das bislang nur für Forschungszwecke genutzt wird, für den Einsatz in der klinischen Diagnostik weiterentwickelt. Bei der «NeuroPathology Spatial Transcriptomic Analysis» (NePSTA) wird ein einziger Gewebeschnitt aus dem Tumor Punkt für Punkt auf jeweils mehrere tausend Krebsmarker gleichzeitig untersucht. Eine künstliche Intelligenz wertet die Daten aus und kann anschliessend die Ergebnisse verschiedener gängiger Analysemethoden, quasi «all-in-one», simulieren. Das hat zwei Vorteile: Schon aus geringen Gewebemengen gewinnt dieses Verfahren eine Fülle an Informationen. Ausserdem lassen sich durch die hohe räumliche Auflösung selbst kleinste Gruppen hoch aggressiver Tumorzellen erkennen, die mit gängigen Methoden nicht erfasst werden,
aber für die Tumorklassifikation relevant sind.
«Besonders bei inoperablen Tumoren ist es schwierig, an eine ausreichende Menge an Tumorgewebe für die gängige Diagnostik und Klassifizierung zu kommen», sagt Prof. Sahm. Eine mögliche Lösung bietet die sogenannte räumlich aufgelöste Transkriptom-Analyse. Dabei bezeichnet der Begriff «Transkriptom» die Gesamtheit aller in einer Zelle für die Proteinproduktion abgelesenen Gene, die dann in einer Art «Arbeitskopie» (mRNA) für die weitere Prozessierung vorliegen. In einer Krebszelle gibt die Transkriptom-Analyse unter anderem Auskunft darüber, ob bestimmte Gene häufiger oder seltener abgelesen werden als in gesunden Zellen oder bestimmte genetische Veränderungen vorliegen. Bei der von Prof. Sahms Team verwendeten Methode wird dazu ein wenige Mikrometer dicker Gewebeschnitt, der zuvor in Paraffin eingebettet wurde, auf einen speziellen Objektträger aufgetragen. Auf diesem
befinden sich – Pixel für Pixel – Bindestellen für die «Kopien» von jeweils mehreren tausend krebsrelevanten Genen, die, wenn eine Bindung erfolgt, ein Signal in räumlicher Auflösung erzeugen.
Treffsicherheit aktuell bei 90 Prozent
Das Team trainierte den Algorithmus mit den Daten von 130 Patientinnen und Patienten mit Tumoren des Zentralen Nervensystems aus 4 medizinischen Zentren. Aktuell klassifiziert NePSTA Tumoren bereits mit einer Treffsicherheit von knapp 90 Prozent. Bevor NePSTA in der Diagnostik genutzt werden kann, muss die Praxistauglichkeit noch in klinischen Studien überprüft werden.
Die Methodiken beschreiben die Forschenden in den Fachzeitschriften Nature Medicine und Nature Cancer.
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Vom Acker bis in die Backstube: Forschende haben unter anderem untersucht, wie sich der Nährstoffgehalt im Weizenbrot künftig steigern lässt. (Bilder: Universität Hohenheim, Friedrich Longin)
Weizen enthält viele wertvolle Nährstoffe – und kann dazu beitragen, eine Ernährung mit Brot noch gesünder zu gestalten. Der Nährstoffgehalt ist jedoch von der Weizensorte abhängig. Ein Schnelltestverfahren könnte helfen, den Nährstoffgehalt im Weizen entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu steigern. Doch es liegt auch in den Händen der Bäcker, ob die gesunden Inhaltsstoffe im Weizenbrot vom Körper aufgenommen werden.
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Höhere Erträge bei möglichst geringem Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln sowie gute Backeigenschaften: Darauf liegt bisher das gemeinsame Interesse aller Akteurinnen und Akteure in der Weizen-Wertschöpfungskette – von der Züchtung bis in die Backstube. Dass Weizen jedoch auch eine wichtige Nähstoffquelle sein könne, ginge häufig unter: «Weizen ist nicht nur ein wichtiger Kohlenhydrat- und Eiweisslieferant in der weltweiten Ernährung, sondern trägt laut FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) auch über 20 Prozent zur weltweiten Versorgung mit Ballast- und Mineralstoffen sowie Spurenelementen bei», erklärt Prof. Dr. Friedrich Longin, Leiter
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der Weizenabteilung der Landessaatzuchtanstalt der Universität Hohenheim und Koordinator des Projektes «Betterwheat». «Wie sich die Nährstoffe in Weizenprodukten steigern lassen, ist in den globalen Wertschöpfungsketten bisher allerdings ein Randthema.» Ein Grund dafür: «Ein hoher Mineralstoffgehalt im Weizen geht oftmals mit geringeren Erträgen einher.»
Fünf Jahre Forschungsarbeit Um herauszufinden, welche Weizensorten unter verschiedenen Umwelt- und Anbaubedingung eine stabile Qualität aufweisen, haben die Universität Hohenheim und die Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz sowie vier Weizenzüchtungsfirmen (siehe Kasten) in fünf Jahren Forschungsarbeit mehr als 6000 Merkmale an 282 Weizensorten und 400 Zuchtlinien erfasst.
«Das Einmalige am Projekt war die ganzheitliche Betrachtung von Sorteneigenschaften entlang der gesamten Wertschöpfungsket-
te», betont Prof. Dr. Longin. «Neben wichtigen Eigenschaften für einen erfolgreichen Anbau wurden mehrere dutzend Verarbeitungsmerkmale für Bäckereien betrachtet und zusätzlich noch wichtige Inhaltsstoffe und Proteine, die für die menschliche Ernährung von Bedeutung sein könnten.»
Und dies erfolgte an vielen bedeutenden Weizensorten aus Europa, die in zahlreichen Anbauumwelten getestet wurden. «Somit können wir abschätzen, wie gross der Einfluss der Züchtung, aber auch der der Anbauumwelt auf diese vielen Merkmale ist», ergänzt Dr. Johannes Schacht, leitender Weizenzüchter bei Limagrain GmbH und Koordinator der Wirtschaftspartner dieses Projekts.
Gesunde Weizen-Ernährung beginnt bei Sortenwahl
Ein Fokus des Teams lag auf den Nährstoffprofilen unterschiedlicher Weizensorten. «Wir haben rund 800 Weizenerntemuster auf ihren Gehalt an 13 wertvollen
Spuren- und Mineralstoffen, wie zum Beispiel Eisen und Zink, untersucht – Mikronährstoffen, die unter anderem für das Immunsystem, unsere Zellen und den Stoffwechsel von Bedeutung sind.»
Das Ergebnis: «Wir konnten feststellen, dass sich der Nährstoffgehalt in verschiedenen Weizensorten stark unterscheidet – und um bis zu 50 Prozent schwanken kann», fasst Prof. Dr. Longin zusammen. «Unsere Versuche zeigen zudem, dass sich die Nährstoffe im Weizen züchterisch gut mit den geforderten Backqualitäten kombinieren lassen. Diese korrelierten nämlich stark positiv mit dem Proteingehalt und Teigeigenschaften.»
Nährstoffe mit Schnellmethode messen
«Um diese Erkenntnis in der Praxis zu nutzen, stünde mit der sogenannten xrf-Floureszensspektrometrie eine Methode zur Verfügung, mit der sich der Nährstoffgehalt im Weizen schnell und zuverlässig messen lässt», führt Prof. Dr. Longin aus. Bei dem Verfahren werden mithilfe von Röntgenstrahlen die Inhaltsstoffe im Weizen erfasst und basierend auf vorherigen Kalibrationen dann schnell berechnet. Das Verfahren, bisher nur zu Forschungszwecken eingesetzt, könnte helfen, die Gehalte an Mineralstoffen und Spurenelementen entlang der Wertschöpfungskette zu erfassen und zu steigern.
Ausserdem: Farbweizen-Brote Farbiger Weizen für eine gesündere Ernährung mit Brot: Weisser und purpurne Weizen sind bisher kaum etabliert, können aber helfen, Vollkornbrot attraktiver zu machen – zum Beispiel, weil sie hellere Brote liefern, dabei weniger nach Vollkorn schmecken und gängige Weizensorten durch ein breiteres Spektrum an gesunden Inhaltsstoffe überbieten. Zu diesem Ergebnis kommt eine weitere Studie der Universität Hohenheim in Stuttgart.
«Aber dies ist nur möglich, wenn der Mehraufwand auch bezahlt wird», betont Prof. Dr. Longin. Zudem mache die Steigerung vieler Nährstoffe beim Weizen erst Sinn, wenn deutlich mehr Vollkorn oder zumindest Mehle mit hoher Typenzahl (1050 oder besser noch höher) konsumiert würden. Die wertgebenden Nährstoffe sitzen nämlich meistens in den Kornrandschichten und dem Keimling, die beide im hellen Mehl der Type 405, 550 und 812 weggemahlen werden.
Backverfahren entscheidet über Nährstoff-Bioverfügbarkeit
Und ein bekanntes Problem haben die Forschenden genauer untersucht: «Die gesunden Inhaltsstoffe im Weizen sind in der
25 verschiedene Weizensorten wurden bei einem Backmarathon getestet.
Phytinsäure gebunden. Diese kann aber nicht verdaut werden und wird mitsamt den positiven Nährstoffen wieder ausgeschieden.»
In einem weiteren Schritt untersuchten Prof. Dr. Longin und sein Team daher, welchen Einfluss unterschiedliche Backverfahren auf die Menge der Phytinsäure im Brot haben können. «Hierfür haben wir mit Handwerksbäckern zusammen vier sehr verbreitete Backverfahren getestet», so der Weizen-Experte.
www.uni-hohenheim.de
Gelbrost, eine der meistverbreiteten Pilzerkrankungen, bedroht den Weizenanbau weltweit. Forschende haben in traditionellen asiatischen Weizensorten jetzt Genregionen gefunden, die eine Resistenz gegen den Pilz verleihen. Diese könnten als dauerhafte Quelle für Gelbrostresistenz in kommerziellen Sorten dienen.
Gelbrost, auch als Streifenrost bekannt, wird durch einen Pilz namens Puccinia striiformis f. sp. tritici verursacht. Die Pflanzenkrankheit befällt rund 88 Prozent der weltweiten Produktion von Brotweizen und ist eine verheerende Bedrohung für die Erträge. Neue Strategien gegen den Pilz sind daher dringend erforderlich. Eine internationale Forschungsgruppe hat jetzt in traditionellen Weizensorten aus Asien zwei Regionen im Genom entdeckt, welche die Pflanzen resistent gegen die Krankheit machen. «Lassen sich solche Gene auf kommerzielle Weizensorten übertragen, könnten sie für die Bekämpfung des Gelbrostes wichtige Beiträge leisten», sagt Studienverantwortlicher Kentaro Shimizu, UZH-Professor am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften.
Genetische Vielfalt von lokalen Weizensorten
Jahrzehntelang konzentrierte sich die gezielte Züchtung von Weizen auf die Entwicklung ertragreicher Sorten. Die modernen Sorten trugen zwar dazu bei, die Welt zu ernähren, doch ihre begrenzte genetische Vielfalt führte zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Schädlingen, Krankheiten und extreme Klimabedingungen. Im Gegensatz dazu haben zahlreiche lokale Landwirte traditionelle Weizensorten in verschiedenen Regionen der Welt gepflegt, die weniger vom Verlust der genetischen Vielfalt betroffen sind. Besonders lokale asiatische Sorten stellen ein potenzielles Reservoir an genetischer Vielfalt mit höherer Krankheitsresistenz dar. Sie sind jedoch noch nicht ausreichend erforscht. Während ihrer Promotion in Shimizus Gruppe führte Katharina Jung in Zusammenarbeit mit dem International Maize and Wheat Improvement Center (CIM -
Gelbrost ist eine Pilzerkrankung und eine Bedrohung für den weltweiten Weizenanbau. Typisch für einen Befall sind gelbe Streifen auf den Blättern der Weizenpflanze. (Bild: Katharina Jung, Universität Zürich)
MYT) in Mexiko und der Kyoto University in Japan Forschungsarbeiten zur Gelbrostresistenz bei Weizen durch. Jung untersuchte sowohl traditionelle als auch moderne Sorten aus Japan, China, Nepal und Pakistan. Zunächst identifizierte sie in gross angelegten Feldversuchen am Agroscope-Standort Reckenholz (ZH) und am CIMMYT in Mexiko gelbrostresistente Weizenpflanzen. Dann lokalisierte sie Regionen im Genom, die zur Gelbrostresistenz beitragen.
Jung entdeckte zwei neue Genomregionen, die mit der Gelbrostresistenz zusammenhängen: Die eine ist spezifisch für eine traditionelle Sorte aus Nepal, während die andere Genregion breiter über traditionelle Sorten aus Nepal, Pakistan und China im südlichen Himalaya-Gebiet verteilt ist. «Man nimmt an, dass das südliche Himalaya-Gebiet der Ursprung des Gelbrosterregers ist. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass traditionelle Sorten aus diesem Gebiet einzigartige und stabile Resistenzen gegen Gelbrost auf-
weisen könnten», sagt Jung. Eine gezieltere Suche nach neuen Gelbrostresistenzen in Sorten aus dieser Region könnte einen dauerhaften Schutz gegen eine Vielzahl von Erregerstämmen bieten.
Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die genetische Vielfalt und die traditionellen Weizensorten zu bewahren, um Krankheiten und andere Bedrohungen zu bekämpfen. Landwirte haben diese traditionellen Sorten in verschiedenen Teilen der Welt über Generationen hinweg angebaut und gepflegt, was für die künftige Ernährungssicherheit von grossem Wert ist. «Traditionelle Sorten müssen sowohl in Genbanken als auch auf den Feldern der Bauern erhalten werden, bevor sie für immer verloren gehen. Ihre Nutzung sollte in enger Zusammenarbeit mit den lokalen Landwirten erfolgen, damit diese davon profitieren. Denn ihr Wissen und ihre Praxis waren für die heutige genetische Vielfalt entscheidend», so Jung.
www.uzh.ch
In die Pharmalogistik spielen sowohl die Effizienzsteigerungs- und Nachhaltigkeitsüberlegungen der allgemeinen Logistik als auch spezielle Anforderungen durch Regularien und Produktanforderungen hinein. Oft gilt es, dazwischen die richtige Balance zu finden. Wir das gelingt, erfahren Besucherinnen und Besucher des wegweisenden Branchenevents in Chemie und Life Science Ilmac 2025 Basel.
Mit der Nachhaltigkeits-Richtlinie der Europäischen Union haben sich die Spielregeln geändert. Sie zwingt zu Einsparungen bei den CO2-Emissionen – bis hin zur «Nullemission» als Ziel. Nur wer «net zero» wirklich anstrebt, ist als Unternehmen auf längere Sicht überlebensfähig.
Rechner liefert Fussabdruck nach ISO-Norm
Dafür lässt sich eine klassische «Stellschraube» beim Gütertransport drehen. Hier führt der effizienteste Weg über kürzere Fahrtstrecken und die Vorverlagerungen auf den Seeweg (z. B. den Rhein). Für eine genaue CO2-Bilanz inklusive Fahrtweg- und Treibstoffoptimierung stehen neuerdings CO2-Fussabdruck-Rechner zur Verfügung, zum Beispiel auf Basis der Norm EN ISO 14083:2023 zu Treibhausgasemissionen.
Erst nach der Optimierung der Fahrtwege und des Transportmittels (z.B. Schiff vor LKW) folgen Überlegungen zu Antriebstechnologien und speziellen Kraftstoffen –vielleicht in Zukunft mit der «Sun-toliquid»-Technologie der ETH Zürich. Sie nutzt das Kohlendioxid und das Wasser aus der Umgebungsluft und wandelt es mit Solarenergie in eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid um.
Ilmac Basel 2025
Zu den generellen Trends im Logistikbereich (z.B. Nachhaltigkeit) kommen in der Pharmabranche verschiedene Regularien und spezielle Produktanforderungen (z.B. Kühlung, hier mit Stickstoff) hinzu. (Bild: Depositphotos)
Der Ilmac-Veranstaltungsort Basel spiegelt die aktuellen Entwicklungen der Logistik wider. Denn hier laufen Strasse und Schiene zusammen; die lokalen Wasserwege binden die Stadt an die größten Containerhäfen Europas an. Hinzu kommt der Transport von Luftfracht, beginnend am Basler Flughafen.
Dazu kommen im Pharmabereich Regularien wie die Gute Herstellungspraxis
Datum: 16. bis 18. September 2025 (Dienstag bis Donnerstag)
Öffnungszeiten: 9 bis 17 Uhr
Special Event: Ilmac Party am 16. September ab 17 Uhr in Halle 2.0 (Details auf www.ilmac.ch)
Ort: Messe Basel, Halle 1.0
Veranstalterin: MCH Messe Schweiz (Basel) AG
Kontakt: info@ilmac.ch Information: www.ilmac.ch
(GMP), die Gute Vertriebspraxis von Humanarzneimitteln (GDP), gegebenenfalls sterile Herstellung und Verpackung und viele spezielle Anforderungen von Wirkstoffen und anderen Produkten, wie etwa eine adäquate Kühlung bei Transport und Lagerung. Platzt ein Standort schon aus allen Nähten, lässt sich, wie in Basel geschehen, ein Kühllager mit zwei Klimazonen (2 ° C und 20 ° C) einfach auf ein bestehendes Logistikzentrum fünfzehn Meter in die Höhe bauen.
Besucher der Ilmac 2025 Basel nutzen die Gelegenheit und sehen sich auch die Sonderschau Pharma Logistics Days 2025 an, ein dreitägiges Event in Halle 1.0. Hier finden sie die Konzepte, Antworten und Partner, die sie sich für die Unterstützung ihrer Logistik-Aufgaben wünschen. Alle Informationen zum Event, zu den ausstellenden Unternehmen und den Programmpunkten finden sich auf Ilmac 365, dem Community Netzwerk der Ilmac: https://365.ilmac. ch/event/ilmac
SCHNITTSTELLEN
Anton Paar entwickelt, produziert und vertreibt hochpräzise Laborinstrumente und Prozessmesssysteme sowie massgeschneiderte Automations- und Robotiklösungen. Das Unternehmen ist globaler Marktführer auf den Gebieten der Dichte- und Konzentrationsmessung, der Rheometrie und der CO2-Messung. Zudem hat Anton Paar das weltweit umfassendste Portfolio für Partikelcharakterisierung aus einer Hand zu bieten: Unsere Messinstrumente ermitteln Parameter wie Partikelgrösse und -form, Porengrösse, interne Struktur, Zetapotenzial, spezifische Oberfläche, Dichte, Pulverfluss und vieles mehr.
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Über 4200 Mitarbeitende sorgen am Firmenhauptsitz in Graz, an acht produzierenden Standorten sowie in den 39 Vertriebsniederlassungen weltweit dafür, dass alle Anton Paar-Produkte ihrem guten Ruf gerecht werden. Die Präzisionsfertigung ist unsere Kernkompetenz, genauso wie der enge Kontakt zur Wissenschaft. Diese beiden Faktoren bilden die Grundlage für die hochstehende Qualität unserer Messinstrumente. Durch unser starkes weltweites Vertriebsnetz erhalten Kunden zudem raschen Support in Applikationsfragen und Servicefällen.
Die Entwicklung einer kundenspezifischen Einweg-Baugruppe (Single-use Assembly) beginnt mit einem kundenspezifischen Design.
Die Zusammenarbeit mit Ihnen und unseren Partnern ermöglicht uns Ihren Prozess mit jeder von Ihnen spezifizierten Komponente zu entwerfen und zu optimieren. Unsere technische Expertise erlaubt es uns, wertvolles Feedback für Prozessverbesserungen zu geben oder sogar kostspielige Fehler zu vermeiden.
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Roth denkt grün. Und handelt so.
Als Hersteller und Lieferant von Chemikalien und Laborbedarf für Forschung und Produktion liegen der ROTH AG und der deutschen Schwesterfirma Carl ROTH der Schutz der Umwelt besonders am Herzen. So umfasst das wachsende Sortiment nicht nur klassische Produkte, sondern auch eine Vielzahl nachhaltiger Alternativen. Um den Kunden die Auswahl zu erleichtern, wurde mit dem ROTH for Future Score ein eigenes Bewertungssystem entwickelt. Dieser ROTH for Future Score berücksichtigt eine Vielzahl von Nachhaltigkeitskriterien, die in Abhängigkeit von Ihrer Umweltrelevanz unterschiedlich gewichtet werden. Von der ökologischen Verträglichkeit durch die Produktbeschaffenheit über die Herstellungsund Transportpraxis bis hin zur Wiederverwendbarkeit und Entsorgung – jedes Kriterium wird sorgfältig geprüft und entsprechend seiner Auswirkungen auf die Umwelt bewertet. Die eingestuften Produkte erhalten je nach Bewertung die Prüfsiegel Basic, Bronze, Silber oder Gold. Die ROTH AG und Carl ROTH geben hierdurch transparent und umfassend Einblick in den Nachhaltigkeits-Score ihrer Produkte und ermöglichen es ihren Kunden, schnell und einfach nachhaltige Alternativen zu identifizieren. Denn ROTH denkt grün.
Als Entwickler und Hersteller steht für DENIOS die Sicherheit der Menschen und der Schutz der Umwelt im Mittelpunkt. In der Herstellung und im Handel mit Lösungen für die sichere Lagerung und das Handling von Gefahrstoffen sowie für die betriebliche Sicherheit am Arbeitsplatz sind wir weltweit führend. Ob richtungsweisende Produkte, individuelle Beratung, kundenorientierter Service oder Weiterbildungsangebote vom Experten: Wir bei DENIOS setzen alles daran, zusammen mit unseren Kunden den betrieblichen Alltag noch sicherer zu machen.
Unsere Kunden kommen aus Industrie und Handwerk, Dienstleistung und Handel bis hin zu Bildungs- und Forschungseinrichtungen. Wir unterstützen mit unseren Lösungen viele Branchen, wie zum Beispiel die Kunststoff- und Metallverarbeitung, Maschinenbau, Chemie und Pharma, Automotive sowie Transport und Logistik.
Unser Ziel ist es, unseren Kunden einen 360-Grad-Service unserer Lösungen anzubieten. Wir sorgen mit unserer Beratung dafür, dass jeder einzelne Kunde das passende Produkt und die bestmögliche Lösung von uns bekommt. Unser Leistungsspektrum umfasst anschliessend die fachgerechte Anlieferung, Montage und Inbetriebnahme sowie Instandhaltung und Wartung.
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In der Biotechnologie und pharmazeutischen Industrie wachsen die Anforderungen an Flexibilität, Sicherheit und Automatisierung, um die erforderliche Hygiene und Reproduzierbarkeit noch effizienter umsetzen zu können. In diesem Zuge können VEGA-Sensoren für Füllstand und Druck einen entscheidenden Beitrag leisten.
Damit Anlagen in der Pharmaindustrie heute wettbewerbsfähig sind und auch bleiben, müssen die Prozesszyklen stetig optimiert und Kosten gesenkt werden. Dies jedoch ohne Qualitätseinbussen. Denn in den vollautomatisierten Prozessen sind Flexibilität, Sterilität und perfekte Reproduzierbarkeit die entscheidenden Faktoren, und die Messtechnik ist dabei eine der wichtigsten Disziplinen. Dies beginnt bei der Gewährleistung höchster Hygienestandards: VEGA-Sensoren sind nach den gängigen Richtlinien und Normen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie zertifiziert und entsprechen den vielfältigen Regularien und Normen der Branche. Genormte Prozessanschlüsse und ein einheitliches Hygiene-Adaptersystem sorgen für maximale Flexibilität beim Einbau. Diffusionsdicht und extrem robust bieten sie für jede Einbausituation die passende Lösung.
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WMArchitect Single-Use-Sets sind flexible End-to-End-Lösungen für das Management von Single-Use-Flüssigkeitssystemen. Die massgeschneiderten Single-Use-Systeme werden in einem Reinraum der ISOKlasse 7 hergestellt und montiert und garantieren so Sterilität, GMP-Konformität und Prozessstabilität für alle Prozessschritte.
Die Weiss Technik AG mit Sitz in Altendorf (SZ) ist ein Tochterunternehmen der Weiss Technik Gruppe.
In den Bereichen Klima- & Reinraumtechnik, Containment-Solutions, Umweltsimulation und Wärmetechnik entwickelt und produziert die Weiss Technik Gruppe leistungsstarke Geräte und Anlagen und realisiert schlüsselfertige Projekte.
Weiss Technik und Goldfuss Engineering präsentieren an der ILMAC ein modulares Robotiksystem für die aseptische Abfüllung von Injektionslösungen unter ISO-5-Reinraumbedingungen. Die automatisierte «Fill & Finish»Lösung vereint Sicherheit, Flexibilität und Effizienz – auch bei kleinen Chargen.
Durch den Einsatz robotergestützter Systeme werden Prozesse standardisiert, das Risiko mikrobieller oder pyrogener Kontamination minimiert und personelle Ressourcen optimal genutzt. Gleichzeitig erfüllt das System die aktuellen Vorgaben des EUGMP Annex 1.
Ob Biopharma, Zellkultur oder analytische Verfahren: Automatisierung unter Containment ist der Schlüssel zu reproduzierbaren Ergebnissen, höherer Produktivität und zukunftssicherer Arzneimittelproduktion. Fachwissen, das Sie weiterbringt!
Willkommen an der Ilmac! Am Stand D205 freut sich das Team der ChemieXtra auf Ihren Besuch.
Watson-Marlow AG
Hardturmstrasse 253
CH-8005 Zürich +41 44 552 17 00 info.ch@wmfts.com www.wmfts.com
Weiss Technik AG
Brügglistrasse 2
CH-8852 Altendorf +41 55 256 10 66 info.ch@weiss-technik.com www.weiss-technik.com
Ein neuartiges Mikroskop basiert auf hochempfindlicher Kameratechnologie, die extrem schwache Lichtsignale erkennt. Mit höherer Bildauflösung, grösserem Sichtfeld und Kompatibilität mit verschiedenen Bildgebungsverfahren eröffnet es neue Möglichkeiten, lebende Systeme detaillierter und über längere Zeit zu untersuchen.
Im Gegensatz zur Fluoreszenzbildgebung, die auf starke externe Beleuchtung angewiesen ist und dadurch Zellverhalten beeinflussen oder feine Signale überdecken kann, bietet Biolumineszenz eine schonendere Alternative für Langzeitbeobachtungen. Der Hauptnachteil besteht jedoch in der äusserst geringen Lichtintensität, die eine hochauflösende Bildgebung bislang technisch limitiert hat.
Teleskop und Mikroskop vereint
Um dies zu überwinden, untersuchten Forschende den Einsatz von QuantenBildsensoren (QIS) – einer neuen Kameratechnologie, die sich in lichtarmen Bedingungen den bislang gängigen EMCCD-Kameras als vorteilhaft erwies. Um das volle Potenzial dieser Sensoren auszuschöpfen, entwickelten die Forschenden das optische System «QIScope», das sich an der Konstruktion von Teleskopen orientiert. Um die Fähigkeiten des Sensors voll
Beim Abbilden niedriger Proteinmengen in lebenden Zellen übertrifft die Biolumineszenz (blau) die Fluoreszenz (grün) deutlich. (Bilder: Ruyu Ma, Helmholtz Munich)
auszuschöpfen, haben sie sich vom optischen Aufbau von Teleskopen inspirieren lassen. Durch die Kombination dieses Konzepts mit der QIS-Kamera entstand ein System, das zelluläre Prozesse mit einer Klarheit und Empfindlichkeit sichtbar
macht, die mit bisherigen Systemen nicht erreichbar war.
Das Forschenden demonstrierten, dass QIScope feinste Dynamiken in lebenden Zellen über längere Zeiträume hinweg erfasst –etwa die Bewegung von Vesikeln oder das Verhalten von Proteinen in sehr geringer Konzentration. «Unser Mikroskop bietet höhere Empfindlichkeit, verbesserte Auflösung, ein grösseres Sichtfeld und einen höheren Dynamikbereich – alles essenziell für anspruchsvolle Live-Cell-Imaging-Experimente», so Studienleiter Jian Cui. Darüber hinaus werden auch weitere Bildgebungsverfahren integriert, etwa Epifluoreszenz und prinzipiell auch Phasenkontrast. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, lebende Systeme mit minimaler Störung zu beobachten.
www.tum.de
www.helmholtz-munich.de
Wir begrüßen David Leuenberger als neuen Produkt- und Anwendungsberater, der Ihnen direkt vor Ort in der Schweiz zur Verfügung steht.
Besuchen Sie uns: 16. – 18. Sept. 2025 | Messe Basel | Stand D 167
Vom 23. bis 25. September wird Nürnberg zum Zentrum für Technologien zur Verarbeitung von Pulver, Feststoffen und Flüssigkeiten. Die Powtech Technopharm bietet zwei Fachforen, Gemeinschaftsstände mit unterschiedlichen Themenschwerpunkten und diverse Treffpunkte für das themenspezifische Networking.
Nicht nur der Messename wurde um «Technopharm» erweitert, sondern auch das Veranstaltungsprogramm der Verfahrenstechnik-Veranstaltung. Neue Treffpunkte wie der Pharma-in-Focus-Pavilion oder das Netzwerk Women4Processing, das Forum Technopharm sowie diverse neue Partner (ZLV, BDI, VEA oder IND EX) stehen neu an der Seite.
Mit dem neuen Pavillon «Pharma in Focus» in Halle 10 rückt die Messe die pharmazeutische Verfahrenstechnik ins Rampenlicht: Unternehmen stellen hierzu ihre aktuellen Produkte und Dienstleistungen vor. Im Technopharm Forum (ebenfalls in Halle 10) erwartet das Publikum Vorträge, Diskussionen und Impulse zu Technologien für Entwicklung, Produktion und Qualitätssicherung. «Out-of-the-box» denken hier etwa Speaker des BDI (Bundesverband der Deutschen Industrie e. V.) oder des VEA (Bundesverband der EnergieAbnehmer e. V.). Nicht nur Hersteller, sondern auch Anwender kommen hier zu Wort.
Unter dem Motto «From Vision to Reality –Empowering Tomorrow» zeigt die VDMA Service GmbH gemeinsam mit den VDMA Fachverbänden Allgemeine Lufttechnik und Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate sowie in Zusammenarbeit mit den Mitgliedsunternehmen in Halle 10 aktuelle Trends wie Batterierecycling und Schnittstellenstandards wie OPC UA. Die Speaker’s Corner lädt zum Dialog über Herausforderungen und Lösungen der Zukunft ein.
Mit «Women4Processing» etabliert die Messe ein neues Netzwerkformat für Frau -
Die Powtech Technopharm bietet ein vielfältiges Programm – darunter finden sich Live-Demos zum Explosionsschutz. (Bild: Nürnberg Messe)
en in der Prozesstechnologie. Engagierte Expertinnen aus Industrie, Forschung und Entwicklung, Marketing und Sales sowie Wissenschaft treffen sich zu einem interdisziplinären Austausch. Das exklusive Networking Event findet am 23. September von 12 bis 14 Uhr statt.
Der «Networking Pavilion» in Halle 12 bietet Raum für Austausch mit internationalen Start-ups und etablierten Unternehmen –ein Ort für neue Impulse und Kooperationen. Am «Campus Pavilion» präsentieren sich führende Hochschulen, Universitäten und engagierte Nachwuchstalente. Besuchende erwarten aktuelle Forschungsprojekte, Workshops, geführte Touren und direkte Kontakte zur akademischen Welt.
In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Schüttgut Industrieverband (DSIV e. V.) und der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurswesen (VDIGVC) erwarten den Nachwuchs am Donnerstag beim «Student Day» Fachvorträge, Guided Tours und Networking-Möglichkeiten. Ein Highlight nicht nur für Nachwuchswissenschaftler ist der Wettbewerb «ChemCar» des VDI-GVC, bei dem Modellfahrzeuge ins Rennen gehen, die von (bio-)chemischen Reaktionen angetrieben werden – und zwar mitten im Messegeschehen am zweiten Messetag um 15.30 Uhr im Eingangsbereich NCC West. Die Siegerehrung findet im Anschluss im Powtech Forum statt.
Perspektiven und Live-Demos
Das internationale Treffen der Schüttgutverbände am 23. September (10 bis 11 Uhr, Raum Zürich, NCC West) bietet Einblicke in Auslandsmärkte und Kooperationsmöglichkeiten – ausgehend von Deutschland über Japan und Spanien bis hin zu den Niederlanden und Grossbritannien. Die Live-Demonstrationen zum Explosionsschutz durch das Rembe Research + Technology Center (RTC) zeigen täglich um 12 und 16 Uhr (Donnerstag um 15 Uhr) im Messepark eindrucksvoll, wie moderne Schutzsysteme funktionieren. Der Verein IND EX (Intercontinental Association of EXperts for INDustrial Explosion Protection e.V.) unterstützt Forschungsprojekte am RTC und veranstaltet am 23. September sein «IND EX Explosion Safety Forum».
Das «Powtech Forum» in Halle 12 präsentiert an allen drei Messetagen eine Vielfalt
von aktuellen Themen, so beispielsweise zum Kern der Fachmesse: «Anlagenbau, Automatisierung, Prozessoptimierung» –Analytik und Messtechnik miteingeschlossen. «Safety & Security», «Umweltschutz & Nachhaltigkeit» sowie die vielfältigen «Zukunftstechnologien im Maschinenbau» sind weitere Themen für die Schüttgutindustrie. Interessierte aus der Lebensmittelindustrie erhalten zudem einen tiefgreifenden Blick auf das Thema «Food Production». Das Schwerpunktthema «Processing Meets Packaging» zeigt, dass in grossen Teilen der Lebensmittelindustrie die Prozesse der Herstellung und Verpackung nah aneinandergerückt sind.
Im «Technopharm Forum» erlebt das Publikum in Halle 10 während drei Tagen pharmazeutisches Know-How live. Der Themenblock «Analytics, Containment und Prozess- und Designoptimierung» widmet sich den Themen, die derzeit die Pharmabranche umtreiben. Weitere Schwerpunkte
Aufschlüsse besser, sicherer,
liegen auf «Continuous Manufacturing in der Pharmaindustrie», «Excipients and Formulation», «Cotainment», «Analytics und DoE», «GMP und Annex 1», «Cyber Security» sowie «Requalifizierung und Revalidierung».
Am zweiten Messetag gibt es eine Premiere: Beim «VDI Science Slam» treten Vortragende gegeneinander an, um das eigene Forschungsthema unterhaltsam, kreativ und verständlich zu präsentieren. Im Anschluss hält Felix Behm, der Deutsche Meister im Public Speaking 2022, ein aussergewöhnliche Keynote, die nicht nur für Pharmaexperten interessant ist.
Das Programm zu beiden Expertenforen und zum weiteren Fachprogramm ist auf der Website abrufbar unter «Events & Programm».
www.powtech-technopharm.com
Mikrowellen-Druckaufschlüsse präziser ohne Verwechslungsgefahr bei hohem Probendurchsatz
– NEUE PRO-16 Rotor-Technologie mit grossvolumigen Behältern konzipiert für Normverfahren wie z. B. DIN EN ISO 54321 usw.
– Temperaturkontrolle in allen Behältern durch neue IR-Sensorik
– Dichtheitskontrolle von jedem Behälter mit vorwählbarem Druck-Schwellwert und Indikator (verschiedene MLS-Patente)
– Sichere, einfache Handhabung bei der Druckentlastung/Öffnung
– Reduzierter Verschleiss durch automatische Behälter/Deckel Regenerierung, geringere Kosten bei erhöhter analytischer Qualität
– Weniger Laborbelastung durch aggressive Dämpfe durch neue Absaugungs-Technik im ETHOS-AR
– Schnelle Luftkühlung von 200 ° C auf 50 ° C reduziert die Arbeitszeit
– Selbst schwierige Proben werden mit der APCU-Technik zu einfachen Routine-Verfahren.
Einsatz diverser Normen in einem System
– DIN EN ISO 54321 für Boden, behandelten Bioabfall, Schlamm und Abfall
– DIN EN 13656 mit HBF4 oder HF-Anteil (Proben wie oben)
– DIN EN 15587 für Abwasser
– DIN EN 13346 für Klärschlamm
PRO-16 AR Rotor in ETHOS.lab «Aqua Regia»-Ausführung und multipler berührungsloser Temperatur-Konrolle
Die einzigartige Probenhalter-Konstruktion der prepRACK-Technik mit einem leichten Innenteil zusammen mit dem PRO-16 Rotor vereinfachen die gesamte Proben-Vorbereitung mit -Einwaagen erheblich. Gleichzeitig wird die Analysen-Qualität deutlich verbessert.
Zudem bleibt die Proben-Position stets erhalten und verhindert somit Verwechslungen.
Nur dichte Behälter gewährleistenzuverlässige Aufschluss-Temperaturen Höhere Sicherheit – geringere Kosten – keine Probenverwechslung
MWS Vertriebs GmbH Auenweg 37 D-88299 Leutkirch
Telefon: +49 7561 98180 E-Mail: info@mls-mikrowellen.de Ilmac Halle 1.0 Stand D246
MWS GmbH Rosenbergsaustrasse 12 CH-9434 Au Telefon: +41 71 727 1380 E-Mail: verkauf@mws-mikrowellen.ch
Wissenschaftliche Hochrechnungen deuten darauf hin, dass fast die Hälfte (45 %) des in Böden und Gewässern gefundenen Mikroplastiks von Reifenabrieb stammt.
www.igb-berlin.de
Spuren von Reifenzusatzstoffen wurden in allen in der Schweiz gebräuchlichsten Obst und Gemüsesorten nachgewiesen. Das ist das Ergebnis einer von der EPFL und dem Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen durchgeführten Studie. Die langfristigen Auswirkungen der Exposition gegenüber diesen Substanzen auf die menschliche Gesundheit sind jedoch noch nicht bekannt. Die Studie knüpft an zwei österreichische Studien an, die zeigten, dass diese Zusatzstoffe in Blattgemüse enthalten waren (ChemieXtra hat darüber auch in einem Übersichtsartikel berichtet am 2.9.2024: https://chemiextra.com/gummiim gemuese und jetzt).
www.epfl.ch / www.blv.admin.ch
Ein neuer Übersichtsartikel im Journal of Environmental Management fasst den aktuellen Wissensstand über das Vorkommen von Reifenabrieb und die Freisetzung von Schadstoffen in aquatischen Ökosystemen zusammen. Die Forschenden warnen vor der giftigen Wirkung auf aquatische Organismen und den damit verbundenen ökologischen Folgen. Die wichtigsten Erkenntnisse:
– In Reifengummi finden sich 2456 chemische Verbindungen, von denen mindestens 144 in den Auslaugungen vorkommen – darunter organische Schadstoffe wie Hexa(methoxymethyl)melamin, Dibutylphthalat und N (1,3 Dimethylbutyl)N’ phenyl p phenylendiamin (6 PDD) sowie 6 PDD Chinon und Schwermetalle wie Zink und Mangan (beträchtliche Mengen), Cadmium und Blei
– Beim Auslaugungsprozess setzt Reifenabrieb mehr Chemikalien frei als Thermoplastik wie PE
– Umweltveränderungen wie Erwärmung und Versauerung verschärfen die Auswirkungen von Reifenabrieb und seinen Auslaugungen
– Zwar wird Abrieb auch durch Wind weitertransportiert, meist reichert er sich jedoch in unmittelbarer Nähe seiner Entstehung an
– Umsichtiger Fahrstil und leichte Fahrzeuge reduzieren Abrieb
Journal of Environmental Management
Reifenabrieb gelangt von der Strasse in angrenzende Böden und wirkt auf die Bodenorganismen. Eine gemeinsame Studie des Ökotoxzentrums, der Eawag und der EPFL zeigt, dass Regenwürmer Boden meiden, der stärker mit Reifenpartikeln belastet ist. In einem Gefäss mit belastetem und sauberem Boden wurde untersucht, in welche Gefässhälfte sich die Tiere bewegten. Die Partikel hatten aber keine negativen Effekte auf das Überleben und die Fortpflanzung der Tiere. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Environmental Pollution publiziert.
Bild: Ökotoxzentrum
www.oekotoxzentrum.ch
Mit der neuen Euro 7 Norm werden erstmals Grenzwerte für den Reifenabrieb eingeführt. Im Projekt «Teris» (Technologieplattform für Reifenabrieb und dessen Emissionsidentifikation im Strassenverkehr) wollen 4 Fraunhofer Institute neue Methoden bereitstellen, die zur Entwicklung umweltfreundlicherer Reifenmaterialien nötig sind. Eine richtungsweisende Technologieplattform zur standardisierten Erzeugung und Analyse von Gummiabrieb im Labor soll durch KIgestützte Sensorik Partikelverteilungen vorhersagen und deren Auswirkungen auf die Umwelt aufzeigen.
www.lbf.fraunhofer.de/teris
Die Pyrolyse ist ein thermischer Prozess, bei dem Altreifenschnitzel unter hohen Temperaturen von etwa 400 bis 700 Grad Celsius ohne Sauerstoffzufuhr zersetzt werden. Das Verfahren erfolgt somit unter anaeroben Bedingungen, während die herkömmliche Verbrennung eine oxidative Reaktion mit Sauerstoff erfordert. Dieser Unterschied verhindert die vollständige Oxidation des Materials, sodass statt CO2 und Asche wertvolle Rohstoffe entstehen.
Die Pyrolysetechnologie zur Wiederverwertung von Altreifen (End of Life Tires – ELT) erlebt derzeit einen Forschungsboom. Das bestätigt und stärkt ihre ökologische und wirtschaftliche Bedeutung weiter. Aktuelle Analysen von über 1400 wissenschaftlichen Studien im Zeitraum von 2000 bis 2024 zeigen eine exponentielle Zunahme des Interesses an dieser Technologie, insbesondere seit 2016.
Die Pyrolyse nutzt einen auto thermen Prozess, bei dem das Synthesegas zur Aufrechterhaltung der notwendigen Reaktionstemperaturen genutzt wird. Im Gegensatz dazu erfordert die Verbrennung (Waste to Energy) kontinuierliche Sauerstoffzufuhr und erzeugt irreversible Materialverluste. Durch die kontrollierte thermische Behandlung (in einem luftdicht abgeschlossenem «Backofen») werden die komplexen Gummi und Kunststoffverbindungen in gasförmige, flüssige und feste Produkte aufgespalten.
Das entstehende Gas kann zur Energiegewinnung genutzt werden und macht den Prozess weitestgehend energieautark. Das gewonnene Pyrolyse Öl dient als chemischer Rohstoff in industriellen Prozessen, und auch die festen Rohstoffe (hauptsächlich recycelter Carbon Black und Stahl) finden vielfältige Anwendungen in der Produktion neuer Reifen oder anderer industrieller Produkte.
https://azur-netzwerk.de
Pyrolyse von Altreifen. (Bild: Azur)
Seit 50 Jahren gibt es die «Exolit AP»-Flammschutzmittel von Clariant. Mit dem Schutz von Leben und Eigentum fährt das Unternehmen mit seinem letztes Jahr lancierten melaminfreiem «Exolit AP» weiter. Die SVHC-freie Flammschutzlösung bietet gleichzeitig eine hervorragende Feuerbeständigkeit.
Die Flammschutzmittel, die auf der Ammoniumpolyphosphat-Technologie (APP) basieren, haben sich in einer Vielzahl von Anwendungen zum Industriestandard entwickelt, darunter intumeszierende Beschichtungen, Brandschutzabdichtungssysteme, duroplastische Verbundwerkstoffe für Batteriegehäuse und Beschichtungen in der Elektromobilität, starre Polyisocyanurat (PIR)-Dämmschäume und vieles mehr. Anlässlich dieses Jubiläums feiert Clariant nicht nur vergangene Errungenschaften, sondern gestaltet aktiv die Zukunft des Brandschutzes.
Seit der Herstellung der ersten Charge von «Exolit AP» am Standort Knapsack in Deutschland im Jahr 1975 hat die Produktlinie Pionierarbeit in der Flammschutztechnologie geleistet. Was als bahnbrechende Lösung begann, hat sich zu einem umfassenden Portfolio entwickelt, das in der Branche Massstäbe für Leistung und Zuverlässigkeit setzt. Die kürzliche Einführung eines melaminfreien Pendants zeigt, dass die Reise weitergeht.
Kaufverhalten:
hin zu sicheren Lösungen
Die Markteinführung des melaminfreien Exolit AP 2024 ist ein Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Flammschutztechnologie. Die SVHC-freie Lösung erfüllt strenge Sicherheits- und Nachhaltigkeitsanforderungen und gewährleistet gleichzeitig
Die Intumeszenz-Beschichtungen von Clariant schäumen auf und dehnen sich aus, wenn sie grosser Hitze ausgesetzt werden. Sie bilden eine isolierende Verkohlung, die das darunter liegende Material schützt. (Bild: Clariant)
eine hohe Feuerbeständigkeit für den passiven Brandschutz (PFP) wie zum Beispiel in Brandschutzsystemen, intumeszierenden Beschichtungen oder flammhemmenden Anwendungen wie Dämmplatten. Die Entwicklung ist eine Antwort auf die steigende Nachfrage von gesundheits- und nachhaltigkeitsbewussten Verbrauchern und Marken, die nach sichereren Alternativen zu Produkten suchen, die bedenkliche Substanzen enthalten. Ähnlich wie bei der zunehmenden Akzeptanz PFAS-freier Alternativen in verschiedenen Märkten ist auch bei PFP eine deutliche Verschiebung
des Kaufverhaltens hin zu sichereren Lösungen zu beobachten.
Aufbauend auf dieser Dynamik kündigt Clariant die nächste Entwicklung auf dem Weg zum melaminfreien Brandschutz vor: eine verbesserte Version des «Exolit AP 435». Die Weiterentwicklung behält die Leistungsmerkmale in wasserbasierten Formulierungen bei, die das bestehende Exolit AP 435 zum Industriestandard für Lagerbeständigkeit gemacht haben, und enthält gleichzeitig Verbesserungen, um künftige gesetzliche Anforderungen zu erfüllen. Die Philosophie dazu: bei der
TÜV-Zertifiziertes Staubmessgerät für Emissionen gemäss EN14181
• Einzigartige Autojustierung, kein Eingreifen nötig
• Keine Reinigung nötig
• Verschiedene Kommunikationsmöglichkeiten
• Robust und pflegeleicht
Brandschutzleistung keine Kompromisse eingehen.
Bei der Entwicklung neuer Lösungen arbeitet Clariant mit Unternehmen zusammen, die an der Gestaltung nachhaltiger Flammschutzmittel interessiert sind. Dieser kooperative Ansatz stellt sicher, dass Innovationen auf die Marktbedürfnisse abgestimmt sind und gleichzeitig hohe Leistungsstandards eingehalten werden.
Ein doppeltes Jubiläum
«Von seinen Ursprüngen in der Hoechst AG bis zu seiner Aufnahme in das Portfolio von Clariant im Jahr 1997 hat jedes Jahrzehnt neue Herausforderungen und Erfolge mit sich gebracht. Die Einführung von Exolit AP 462 im Jahr 1983 war unser erster grosser Durchbruch in der Technologie der verkapselten Ammoniumpolyphosphate und setzte neue Industriestandards für Leistung und Zuverlässigkeit», sagt Achim Hennemann, Leiter des
Meilensteine in der 50-jährigen Geschichte
1975: Einführung des Flammschutzmittels «Exolit AP 422» durch die Hoechst AG 1983: Einführung von «Exolit AP 462» – eingekapseltes Ammoniumpolyphosphat (APP)
1990er-Jahre: Entwicklung von Speziallösungen für intumeszierende Beschichtungen
2000er-Jahre: Erweiterung des Marktes für intumeszierende Beschichtungen
2015: Einführung von «Exolit AP 435» – neue Massstäbe in der Viskositätskontrolle 2024: Einführung des melaminfreien «Exolit AP»
Marktsegments Passiver Brandschutz bei Clariant.
Heute wir die Geschichte weitergeschrieben. «Die Einführung des melaminfreien Exolit AP ist mehr als nur ein neues Produkt», erklärt Adrian Beard, Global Industry Market Manager Flame Retardants bei Clariant. «Es verkörpert unser Engagement, fünf Jahrzehnte an Expertise mit den Nachhaltigkeitsanforderungen von morgen zu verbinden.»
Exolit AP wurde ursprünglich von der Hoechst AG entwickelt, deren Spezialche -
mikaliengeschäft 1997 von Clariant übernommen wurde. Durch diese Übernahme wurde nicht nur die globale Präsenz von Clariant erweitert, sondern auch das Portfolio von Hoechst aufgenommen. Während Clariant offiziell 1995 gegründet wurde, geht das Erbe von Exolit AP auf die Hoechst AG zurück, so dass das Jahr 2025 sowohl für Clariant als auch für das bekannte Flammschutzadditiv ein doppeltes Fest ist.
www.clariant.com
www.julabo.com
VERWENDUNG UMWELTFREUNDLICHER KÄLTEMITTEL
Als zukunftsorientierter Hersteller setzt JULABO bei allen neuen Produktentwicklungen konsequent auf natürliche und damit umweltfreundliche Kältemittel. Damit leisten wir einen aktiven Beitrag zu einer klimafreundlichen und zukunftssicheren Temperaturregelung weltweit.
JULABO IC-Eintauchkühler: Wenn es darum geht, große Wärmemengen schnell und problemlos abzuführen, sind die neuen IC-Eintauchkühler die perfekte Wahl.
VALEGRO: Mit den brandneuen VALEGRO-Umwälzkühlern bringt JULABO moderne, leistungsstarke Kühlgeräte mit natürlichem Kältemittel auf den Markt.
Neue Standards bei nachhaltigen Kühlthermostaten: Alle Geräte arbeiten mit natürlichen Kältemitteln und leisten damit einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz.
Unterschiedliche Anforderungen und Proben benötigen besser angepasste Lösungen bei der Probenvorbereitung für die Elementanalytik. Innovation und Vereinfachungen der täglichen Routine stehen dabei im Vordergrund. Einzigartige Techniken, wie selbst regenerierende Deckel und hochwertige Ventil-Technik, reduzieren die Kosten und gewährleisten zuverlässige Messwerte.
Für Druckaufschlüsse mit Königswasser existieren seit vielen Jahren diverse Normen. Ein wichtiges Beispiel ist die DIN EN ISO 54321:2021-04 für Böden, behandelten Bioabfall, Schlamm und Abfälle. Im Verfahren B ist der temperaturgeregelte Mikrowellenaufschluss in geschlossenen Gefässen beschrieben. MLS, ein international führender Hersteller für Mikrowellentechnologie in Laborgeräten, hat sich im Austausch mit erfahrenen Anwendern diesem Thema gewidmet und komplette Aufschluss-Arbeitsplätze für Aqua Regia entwickelt. Eine verbesserte Behälterund Handhabungs-Technik zusammen mit den Mikrowellen-Aufschlusssystemen der Modellreihe ETHOS AR machen die Arbeit sicherer, zuverlässiger und kostengünstiger.
Perfekt für Einwaagen, Chemikalien-Zusatz, Analytik
Die Maximaltemperatur der einschlägigen Normen liegt mit 175 ° C ± 5 ° C in einem moderaten Bereich. Trotzdem wird die Anwendung unterschätzt und führt zu beträchtlichen Messfehlern. So liefern Proben mit hohen organischen Anteilen und Karbonaten hohe Drücke in Behältern durch Chlorgas-, NO x- und CO2-Entwicklung. Durch Rotoren mit immer mehr Proben pro Lauf wurden alle Behälter höher, schwieriger zu handhaben und zu reinigen.
Hinzu kommen Probleme durch mangelhafte Dichtungselemente, die das Erreichen der vorgegebenen Temperaturen verhindern und so extreme Messfehler verursachen. Weiter führt der Verschleiss an den Behälter-Deckeln durch Laborluft zu einer extremen Belastung bei Kosten und Labor-Personal sowie bei den Analysengeräten. Der prepRACK-Arbeitsplatz
mit PRO-16-Rotor bietet mehr Sicherheit, schnellere und einfachere Probenvorbereitung, zuverlässige Analytik und geringere Kosten (Abb. 1).
Bei vielen mikrowellenbeheizten Drucksystemen auf dem Markt wird der Überdruck durch unzuverlässig arbeitende Ventile unkontrolliert abgelassen. Hinzu kommen Probleme durch den schnellen Verschleiss der Behälter-Deckel. Dies führt bei bestimmten Elementen bzw. bei ihren Verbindungen zu unvollständigen Aufschlüssen (bzw. Auslaugen bei Chrom, Blei, Quecksilber, Arsen) und zu Minderbefunden. Ausserdem bedeutet dies, dass die vorgeschriebene Reaktionstemperatur mit der erlaubten Toleranz von ± 5 ° C in den seltensten Fällen erreicht wird. Es versteht sich von selbst, dass bei undichten Behältern die Reaktionstemperatur nicht erreicht wird. Das führt selbst innerhalb
Abb. 1: prepRACK-Arbeitsplatz – sichere und codierte Handhabung. (Bilder: MWS)
eines Rotors zu deutlichen Fehlmessungen.
Sicheres Arbeiten, geringere Kosten, Zuverlässigere Analytik In allen gängigen Normen für Druckaufschlüsse müssen Behälter während des
Abb. 2: Durch Entnahme des Innenhalters bleibt die Zuordnung beim Einwiegen und Dosieren der Chemikalien erhalten.
Abb. 3: Ein Chaos im Abzug mit vielen Teilen bietet Verwechslungen eine Chance und stellt keinen sicheren Arbeitsplatz dar.
gesamten Prozesses dicht bleiben und dürfen nur oberhalb der Soll-Temperatur reversibel abblasen! Bei undichten Behältern fällt die Temperatur auf ca. 120 bis 130 ° C zurück. Neben Element-Minderbefunden werden permanent grosse Mengen an aggressiven Gasen entwickelt, die zu Korrosionen im Labor und an vorhanden Geräten führen.
Ein maximaler Verlust der Säuremenge von 10% wird teils noch akzeptiert, führt jedoch zu drastischen Fehlern. Das hat natürlich einen Grund, denn neben Elementverlusten sind heute Umweltgedanken, aber auch die Haltbarkeit der Geräte und Zubehöre von grösster Bedeutung. Der neue Rotor PRO-ITC AR ist so konzipiert, dass er nur beim extremen Überschreiten des maximalen Drucks kurzzeitig ventiliert und wieder zuverlässig verschliesst. Das Überdruckventil zusammen mit der leistungsfähigen Absaugung im Gerät, verbessert somit die Arbeitssicherheit, reduziert den Behälterverschleiss und liefert letztendlich auch die gewünschten zuverlässigen Resultate. Selbst bei 20 ° C höheren Reaktionsbedingungen bleiben alle Behälter verschlossen. Kontrolliert werden Temperatur und Dichtheit jeder einzelnen Probe berührungslos und exakt, was ein einfaches, normgerechtes Arbeiten gewährleistet. Durch einen Säure-/NO x-Detektor wird die Qualität des Aufschlusses nicht nur zusätzlich überwacht, sondern auch wäh -
rend des kompletten Aufschlusses dokumentiert.
Der leichte Transporthalter und das einfache manuelle Öffnen und Schliessen der Probenbehälter bieten eine bessere und sichere Handhabung und verhindern Verwechslungen (Patente gemeldet). Dies ist besonders praktisch bei der Einwaage und Säurezugabe (Abb. 1).
Gefährliche und chaotische Arbeitssituationen mit ungesicherten Aufschlussbehältern müssen im Labor unbedingt vermieden werden (Abb. 2 und 3). Dies wird unterstützt durch ein intelligentes Gesamtkonzept welches auch jeder Anwender gerne verwendet. So werden z. B. beim Einsetzen der Druckbehälter die PTFE-Behälter automatisch zur sicheren Entnahme aus den Druckmänteln herausgefahren. Ein ungewolltes Umfallen der mit Säuren gefüllten Behälter wird ebenfalls verhindert. Die Ventildeckel des Systems verfügen über eine Lippendichtung, welche nach dem Lauf automatisch auf die ursprüngliche Dimension gebracht wird. Auch dies ist mit dem innovativen Probenhalter garantiert, denn bei den Steckplätzen erfolgt die automatische Regenerierung. Dieses Detail ist wichtig, da die Behälter somit stets dicht bleiben.
Schneller und sicherer als «Gross-Rotoren
Auf dem Markt werden schwere Rotoren mit bis zu 44 Proben mit (z. B. MAXI-44
von MLS) eingesetzt. Das führt im Labor zu langen Präparationszeiten, BehälterChaos sowie Verwechslungen und Gefahrenmomenten. Die neuen Rotoren haben ein geringes Gewicht und bieten eine einfache Handhabung. Hier braucht sich der PRO-ITC-Rotor mit 16 Plätzen nicht zu verstecken. Durch die schnelle Kühlung ist ein grosser Probendurchsatz garantiert. Die Behälter haben eine geringere Höhe bei einem Volumen über 90 ml und sind somit einfacher zu reinigen. Wichtig ist auch zu berücksichtigen, dass verschiedene Proben sich in getrennten Druckbehältern unterschiedlich aufheizen können. Sollen alle Proben nach Norm bei der korrekten Temperatur und ohne Ventilation aufgeschlossen werden, müssen die Proben weitgehend zusammenpassen. Dies ist bei immer grösseren Anzahlen von Parallelproben deutlich schwieriger. Für eine schnelle und effiziente Routine sind die 16 Druckbehälter vorteilhaft, da während des Laufs die nächsten Proben ohne Verwechslung vorbereitet und mit dem nächsten Anschluss-Programm direkt gestartet werden. Dadurch werden lästige Fehlversuche minimiert und eine dauerhaft zuverlässige Probenvorbereitung garantiert.
Bei Mikrowellen-Königswasseraufschlüssen mit Druckbehältern wird heute wieder verstärkt auf analytische Qualität mit druckdichten Behältern gelegt. Das intelligente Gesamtkonzept, u. a. mit selbst regenerierenden Deckeln, vereint Sicherheit im Laboralltag und höchste Zuverlässigkeit. Elementverluste werden vermieden und die Haltbarkeit von Geräten und Zubehören erhöht. Das reduziert die Analyse-Kosten im Labor deutlich und langfristig. Frei nach dem Motto «weniger ist mehr» können mit 16 Parallelproben schneller, sicherer und effizienter grosse Probenserien bearbeitet werden.
MWS GmbH
Service Vertrieb Schweiz Rosenbergsaustrasse 12 CH-9434 Au (SG) +41 71 727 1380 verkauf@mws-mikrowellen.ch https://mls-mws.com
Sicherheit und Präzision in Pharma- und Biotech-Prozessen
Mit ihrem neuen Tox 4-Labor zeigt die Solvias AG, wie moderne Infrastruktur, regulatorisches Know-how und Arbeitssicherheit kombiniert werden. Im Zentrum der hochmodernen Einrichtung steht die Containment-Lösung «pure2» von Skan – ein vielseitiges System mit breiten Anwendungsspektrum, das der Anwenderin neue Möglichkeiten eröffnet.
Bei der Handhabung hochgiftiger Substanzen sind Sicherheit, Präzision und regulatorische Konformität kein Anspruch, sondern Pflicht. Die Solvias AG, ein weltweit tätiges Auftragsforschungs- und Produktionsunternehmen (CRO/CDMO) mit Hauptsitz in Kaiseraugst (AG), stellt mit dem neu errichteten Tox 4-Labor unter Beweis, wie technische Innovation und Arbeitssicherheit Hand in Hand gehen können. Am Standort Kaiseraugst bietet das Unternehmen umfassende analytische Dienstleistungen sowohl für Biopharmazeutika als auch für kleine Moleküle sowie Analysen von Arzneistoffen und Arzneimitteln.
Herzstück der neuen, hochmodernen Einrichtung ist der «pure2»-Isolator von Skan. Die zuverlässige, einfach zu integrierende Containment-Lösung sorgt für die sichere Handhabung von Substanzen mit einem Arbeitsplatzgrenzwert (OEL – Occupational Exposure Limit) von unter 50 Nano -
Der bei Solvias in Kaiseraugst installierte «pure2»-Isolator von Skan. (Bilder: Skan)
gramm pro Kubikmeter. Die EKAS-Richtlinie 1871 und das Containment Manual der ISPE D/A/CH-Arbeitsgruppe fordern beim Umgang solcher Substanzen den Einsatz eines Isolators anstelle von offenen Sicherheitswerkbänken. Damit schliesst sich eine Lücke, und es bieten sich neue Möglichkeiten für Solvias. Die Handhabung der festen Proben im Tox 4-Labor erfolgt ausschliesslich im Isolator. Dort werden die Proben mit einer UltraMikrowaage gewogen, mit einem Lösungsmittel (wie zum Beispiel Wasser) verdünnt und anschliessend aus dem Isolator entnommen. Die verdünnten Proben werden anschliessend analysiert, zum Beispiel durch die HPLC-Charakterisierung. Solvias war vom Skan-System überzeugt, da es sich problemlos reinigen lässt und es ein effektives Entsorgungssystem (Lugaia-System) beinhaltet. Erstmals an der Messe Ilmac 2023 gesichtet und dann
Der komplett aus Edelstahl gefertigte Arbeitsbereich sorgt für einwandfreie Reinigbarkeit.
Der Isolator «pure2» bietet Stabilität und Platz für eine Ultra-Mikrowaage.
auch im Showroom von Skan in Allschwil (BL) live erlebt, hatten sich die jetzigen Anwender ebenso vom Fachwissen und Engagement des Team hinter dem pure2Isolator überzeugt.
Das System bietet darüber hinaus ausreichend Platz für eine stabil-laufende UltraMikrowaage (von Mettler Toledo) und gewährleistet einen ausgezeichneten Volumenstrom in den unterschiedlichen Betriebsarten (vom Standby-Modus bis zum Notfallbetrieb). Nicht zuletzt erfüllt der Isolator die Norm für zytotoxische Substanzen (DIN 12980:2017-05).
Für Solvias ist es der erste Isolator dieser Art, der in Betrieb genommen wurde. Das Personal wurde dabei auch mit Schulungen von Skan unterstützt, die vor Ort in Kaiseraugst durchgeführt wurden. Ein besonderes Highlight für die Anwender war die Installation der Ultra-Mikrowaage. Interessant waren dabei die Tests, welche mit Erfolg bestätigten, dass die Waage bei dem hohen Luftstrom stabil arbeitet.
www.skan.com www.solvias.com
Die Materialbeschaffenheit des Vials ist strategisch wichtig, denn sie beeinflusst den Erfolg einer Analyse massgeblich. Während Borosilikatglas als Goldstandard eine unverzichtbare Basis für Reinheit und Beständigkeit bildet, haben die wachsenden Anforderungen moderner Applikationen – von der Hochdurchsatz-Automation bis hin zu empfindlichen Biologika – zur Entwicklung hochspezialisierter Polymere geführt. Dieser Artikel schafft einen Überblick über die entscheidenden Stärken und Limitationen verschiedener Materialklassen und legt damit die Grundlage für eine anwendungsgerechte Materialwahl.
Für die organische Chemie, die Spurenanalytik und Hochtemperaturanwendungen ist Borosilikatglas der hydrolytischen Klasse 1 die erste Wahl. Seine stabile, dreidimensionale Silikatnetzwerkstruktur sorgt für eine unübertroffene chemische Inertheit und eine extreme Temperaturbeständigkeit von –196 ° C bis über 300 ° C. Als einziges Material lässt es für pyrogenfreie Prozesse eine trockene Heissluftsterilisation bei über 250 ° C zu. Die grösste Herausforderung ist seine polare Oberfläche: Die freien Silanolgruppen (Si-OH) können bei wertvollen Protein- und Peptidproben über elektrostatische Wechselwirkungen zu signifikanter Adsorption führen. Auch ist Borosilikatglas aufgrund seines Schmelzpunktes nicht mit Standard-Glasrecycling kompatibel und muss, auch ohne chemische Kontamination, gesondert entsorgt werden. Um die Problematik der Proteinadsorption zu umgehen, ist silanisiertes Glas eine bewährte Hochleistungslösung. Als wirtschaftliche Alternative dazu bietet sich pharmazeutisches Polypropylen (PP) an. Dessen hydrophobe Oberfläche reduziert die Proteinbindung signifikant. Dieser Vorteil erfordert jedoch eine genaue Kenntnis des Analyten: Während die meisten Proteine profitieren, können stark hydrophobe Peptide wie Insulin oder GLP-1 eine höhere Affinität zu PP als zu Glas zeigen. Die mechanische Flexibilität von PP absorbiert zudem Spannung, die bei wiederholten Freeze-Thaw-Zyklen entstehen, und verhindert Materialermüdung, speziell für das Handling von Aliquots ein wichtiger Vorteil. Dennoch definieren unumgängliche Limitationen sein Einsatzgebiet klar: Das Material ist auf einen Temperaturbereich von
Angesichts wachsender Anforderungen moderner Applikationen ist die Wahl des geeigneten Vials relevanter geworden. (Bild: infochroma)
ca. –20 ° C bis +135 ° C beschränkt, für aggressive organische Lösungsmittel ungeeignet und als milchiges Material nicht für optische Analysen ausgelegt.
Wo die chemische oder thermische Beständigkeit von PP nicht ausreicht, aber eine Kunststofflösung gefragt ist, positioniert sich Polymethylpenten (TPX). Es ist transparent wie Glas und besitzt auch eine höhere thermische Stabilität als PP. Der Einsatzbereich reicht von –40 ° C bis +120 ° C und kann kurzfristig auf bis zu 170 ° C erweitert werden. Seine chemische Beständigkeit übertrifft die von PP, und sein extrem inertes Adsorptionsverhalten macht es selbst für anspruchsvollste Peptide in der Massenspektrometrie zur idealen Wahl. Während es eine deutlich höhere Bruchfestigkeit als Glas aufweist, ist es bei Raumtemperatur härter und spröder als das flexible PP, was ein bewusstes Handling erfordert.
Die Wahl des Vials ist somit eine strategische Entscheidung. Borosilikatglas ist der universelle Standard für Inertheit, Reinheit und thermische Stabilität. Bei sensitiven Proteinproben bieten sich silanisiertes Glas als Hochleistungslösung oder PP als robuste, wirtschaftliche Alternative an. TPX positioniert sich als Spezialist für anspruchsvollste Nischenanwendungen.
Die Wahl des richtigen Vial-Materials erfordert fundierte anwendungsspezifische Expertise, die weit über Produktkataloge hinausgeht. Die infochroma AG unterstützt Sie individuell mit fundierter Beratung und Mustern.
infochroma AG CH-6410 Goldau info@infochroma.ch www.infochroma.ch
Kompaktes Design, volle Leistung: Neue Produktlinie vor für Füllstands-, Grenzstand- und Druckmessungen in hygienischen Anwendungen. (Bilder: Endress)
Bei der Herstellung von biopharmazeutischen oder kosmetischen Produkten gibt es wenig Spielraum für Kompromisse: Hohe Produktivität und Wirtschaftlichkeit müssen mit konsequenter GMP-Konformität Hand in Hand gehen. Um regulatorische Vorgaben einzuhalten, Prozesse stabil zu führen und gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten, sind leistungsfähige, robuste und flexible Technologien gefragt – von der Sensorik über die Diagnose bis zur Echtzeit-Analytik.
Beim Scale-up – von der Prozessentwicklung bis zur GMP-konformen Produktion – werden zahlreiche Prozessschritte durchlaufen, häufig unter variablen und anspruchsvollen Bedingungen. Dabei gelten strenge Anforderungen an die Messtechnik, insbesondere aufgrund von schnellen Änderungen von Temperatur, Druck, Dielektrizität, Leitfähigkeit sowie Medienviskosität oder -dichte.
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Compact Line – Kompakt, hygienisch und prozesssicher
Die Compact Line von Endress+Hauser steht für zuverlässige Messtechnik auf engstem Raum – mit klarem Fokus auf Produktsicherheit. Die Geräte Micropilot FMR43, Liquiphant FTL43 und Cerabar PMP43 wurden speziell für hygienische Anwendungen entwickelt und bieten eine hohe Messperformance bei gleichzeitig kompakter Bauform – ideal für modulare Anlagen oder beengte Einbausituationen.
Ein besonderes Merkmal ist die einfache, technologieübergreifend einheitliche Bedienung: Farbdisplays mit intuitiver TouchFunktion, geführte Assistenten und die mobile SmartBlue-App ermöglichen eine sichere, effiziente und fehlerfreie Inbetriebnahme und Wartung. Damit wird nicht nur die Effizienz erhöht, sondern auch die Betriebssicherheit gestärkt.
Ein weiterer Vorteil: Alle Geräte der Compact Line verfügen serienmässig über die Heartbeat-Technology. Sie bildet die Grundlage für durchgängige Diagnostik, Selbstverifikation und zustandsbasierte Wartung – direkt am Gerät und ohne Prozessunterbrechung.
Der digitale Leitfähigkeitssensor Memosens CLS82E garantiert dank berührungsloser Signalübertragung und integrierter Diagnosefunktionen höchste Messsicherheit und einfache Wartung.
Heartbeat & Ready for Batch –Prozesssicherheit mit System
Die Heartbeat-Technology von Endress+Hauser ist mehr als eine Diagnoselösung – sie ist ein zentrales Instrument zur Qualitätssicherung in Echtzeit. Herzstück ist die Heartbeat Verification, mit der die Funktion und Integrität eines Messgeräts automatisch überprüft werden – vollständig rückverfolgbar und zertifiziert nach ISO 9001.
Mit dem Prinzip Ready for Batch lässt sich dieser Mechanismus direkt in die Chargenfreigabe integrieren: Vor Produktionsbeginn wird eine Heartbeat Verification aller relevanten Feldgeräte ausgelöst. Nur bei positivem Prüfergebnis startet die Charge – zuverlässig, dokumentiert, automatisiert. So werden Fehlerquellen frühzeitig erkannt, ungeplante Stillstände vermieden und regulatorische Anforderungen lückenlos erfüllt.
Die digitale Memosens-Technologie sorgt für maximale Messsicherheit bei pH-, Leitfähigkeits- und Sauerstoffmessungen. Durch die berührungslose und feuchtigkeitsresistente Signalübertragung entstehen keine Störungen durch Kondensat oder Korrosion. Kalibrierdaten, Betriebszeit und Extremwerte werden direkt im Sensor gespeichert – ideal für die zustandsbasierte Wartung.
Ergänzt durch Heartbeat-Diagnosefunktionen lassen sich Memosens-Sensoren jederzeit sicher verifizieren – ohne Öffnung der Systeme oder Kontakt mit Referenzlösungen. Dies vereinfacht die Dokumentation, erhöht die Betriebssicherheit und verbessert die Prozesskontrolle nachhaltig.
Die Raman-Spektroskopie bietet inlineEinblicke in komplexe biotechnologische Prozesse – von Zellkulturen bis zur Produktaufreinigung. Die Technologie ermöglicht die simultane, berührungslose Messung chemischer und biologischer Parameter – direkt im Prozess, auch in Single-Use-Systemen.
Moderne Raman-Systeme von Endress+Hauser sind kompakt, robust und skalierbar. Sie liefern in Echtzeit entschei -
Raman Bio-Multi-Optik und Bio-Sleeves: Das System besteht aus zwei Teilen – einer wiederverwendbaren Bio-Multi-Optic und einer Armatur für single-use Bioreaktoren (SUB).
dungsrelevante Daten für die Prozessführung und Qualitätssicherung. Damit sind sie ein ideales Werkzeug zur Umsetzung von PAT-Strategien und zur kontinuierlichen Qualitätsüberwachung im Sinne von Quality by Design.
Ob präzise Sensorik, automatisierte Verifikation oder Echtzeit-Analytik –Endress+Hauser bietet ein durchgängiges Lösungsportfolio für die biotechnologische Produktion. Vom Labor bis zur GMP-konformen Fertigung unterstützt die Messtechnik die Produktivität, Prozesssicherheit und regulatorische Konformität in jeder Phase.
Mit Technologien wie Compact Line, Heartbeat Technology, Memosens und Raman liefert Endress+Hauser intelligente, skalierbare und hygienisch einsetzbare Systeme – entwickelt für die Anforderungen moderner Life-Sciences-Prozesse. Alles aus einer Hand. Alles unter Kontrolle.
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Präzise Druckmessungen im Niederdruckbereich sind in der Pharma- und Chemiebranche entscheidend für Produktqualität und Prozessstabilität. Bereits kleinste Abweichungen können kritische Auswirkungen haben. DRUCK hat mit dem PM620LP einen hochpräzisen Niederdruck-Referenzsensor entwickelt, der in Kombination mit dem tragbaren Hybrid-Druckregler PV624 vollautomatische Kalibrierung ermöglicht. Das autarke System arbeitet ohne externe Druckluftquelle und erreicht eine Genauigkeit von bis zu 0,05 Prozent Span bei Niederdruck und sogar bis zu 0,0125 Prozent FS bei grösserem Druck – ideal für anspruchsvolle pharmazeutische Umgebungen mit strengen Compliance-Anforderungen.
In der Chemie- und Pharmabranche stehen Unternehmen vor grossen Herausforderungen: Strenge regulatorische Vorgaben, höchste Qualitätsansprüche und komplexe Produktionsprozesse verlangen nach präziser, zuverlässiger Messtechnik. Sei es bei der Reinraum- und Reinheitskontrolle, der Validierung von Lüftungssystemen, der Kontrolle des Vakuumdrucks oder der Prozessüberwachung bei Abfüllvorgängen – präzise Druckmessungen im Niederdruckbereich sind entscheidend. In pharmazeutischen Produktions- und Reinraumbereichen können bereits kleinste Druckdifferenzen die Produktqualität, Sterilität oder Prozessstabilität beeinflussen. Mit der Markteinführung des PM620LP hat das britische Traditionsunternehmen DRUCK zu Jahresbeginn einen hochpräzisen Niederdruck-Referenzsensor präsentiert. Dieser erweitert das bewährte Genii Advanced Modular Calibration System gezielt für Anwendungen im Ultraniederdruckbereich. In Kombination mit dem tragbaren Hybrid-Druckregler PV624 und der neuesten Firmware entsteht ein vollautomatischer Kalibrator für die Messbereiche ±2,5 mbar (250 Pa), ±12,5 mbar (1250 Pa) und ±25 mbar (2500 Pa).
Niederdruck und Bereiche bis 20 bar in einem System
Das System ist vollständig autark und bietet höchste Präzision und Flexibilität bei der Kalibrierung von Ultraniederdrucksensoren und -transmittern – mobil, ohne externe Druckluftquelle und ideal für anspruchsvolle pharmazeutische Umgebungen. In Niederdruckanwendungen erzeugt
Der Hybrid-Druckregler PV624, inklusive PM620 Modul und DPI 620G Mulitfunktionskalibrator. (Bilder: Aptomet)
und regelt die PV624 den Druck automatisch und zuverlässig.
Bei der Verwendung als Druckkalibrator im Bereich von -1…20 bar kombiniert die PV624 die Flexibilität der manuellen Druckerzeugung mittels Handpumpe mit der Präzision einer automatischen Regelung. Durch dieses hybride Konzept lässt sich der gewünschte Sollwert nicht nur exakt ansteuern, sondern auch bei grossen Volumina schnell und stabil halten –ganz ohne externe Druckluftquelle. Das spart wertvolle Zeit, insbesondere bei engen Wartungsfenstern, und erlaubt die Kalibrierung von Systemen mit langen Lei -
tungen, Filtern oder Gehäusen ohne zeitaufwendiges Nachregeln. Dank intuitiver Benutzeroberfläche – auch mit Handschuhen bedienbar – eignet sich das System zudem hervorragend für den Einsatz in Reinräumen mit hohen Hygienestandards.
In Kombination mit dem PM620-Modul ist das System ideal für die Vor-Ort-Kalibrierung von Sensoren, Transmittern und Anzeigen, wie sie in pharmazeutischen Prozessanlagen zahlreich verbaut sind.
Gemeinsam mit dem neuen PM620LP bietet DRUCK damit eine zukunftsweisende Lösung für die Ultraniederdruck-Kalibrierung. Durch die modulare Bauweise mit austauschbaren Druckmodulen für unterschiedliche Bereiche entsteht eine flexible Plattform für vielfältige Anwendungen. Eine Genauigkeit von bis zu 0,05 Prozent Span im Niederdruck und sogar bis zu 0,0125 Prozent FS bei grösserem Druck, setzt dabei neue Massstäbe. Die Kombination überzeugt durch hohe Messgenauigkeit, einfache Handhabung und lückenlose Rückverfolgbarkeit – und unterstützt Pharmaunternehmen dabei, Prozesssicherheit und Compliance nachhaltig zu stärken.
Als renommierter Hersteller von Druckmesstechnik und Kalibrierequipment mit über 50 Jahren Erfahrung entwickelt, produziert und vertreibt DRUCK hochpräzise
Drucksensoren, Kalibratoren und Druckregelgeräte. Die Lösungen kommen in der Pharma- und Chemiebranche ebenso zum
Einsatz wie in der Luft- und Raumfahrt, der Energie- und Industrieautomation sowie in Forschungseinrichtungen.
Als offizieller Schweizer Vertriebspartner von DRUCK, a Baker Hughes business, hat sich die Aptomet AG in Gümligen als zuverlässige Adresse für hochwertige Druckmesstechnik etabliert. Das nach ISO/IEC/ EN 17025 akkreditierte Unternehmen betreibt Kalibrierlabors in den in den Bereichen Druck, Elektrotechnik, Kommunikationstechnik und Temperatur und ist dank hoher Kompetenz, Ersatzteilbeständen und kurzen Durchlaufzeiten ein qualifizierter Ansprechpartner für anspruchsvolle Mess- und Kalibrieraufgaben.
Aptomet AG CH-3073 Gümligen info@aptomet.ch www.aptomet.ch
LÖSUNGEN FÜR GESETZESKONFORME GEFAHRSTOFFLAGERUNG UND SICHEREN UMGANG IM LABOR
W Gefahrstoffschränke, Auffangwannen und Kleingebinderegale für brennbare und agressive Stoffe
W Laborflaschen und Laborbehälter, Pumpen, Trichter und Probenehmer sowie Chemikalienbindemittel für den täglichen Umgang
W Persönliche Schutzausrüstung (PSA), Gefahrstoffarbeitsplätze wie auch Notduschen für Körper und Augen zwecks vollumfänglichem Mitarbeiterschutz
W Unverzichtbare Ausstattung und Geräte wie Labormikroskope, Laborwaagen, Labormöbel, Sicherheits- und Entsorgungsbehälter
Die präzise Trennung flüssiger Phasen ist in Batch-Prozessen der Chemie- und Pharmaproduktion eine wiederkehrende Herausforderung – besonders in Mehrzweckanlagen mit häufigen Produktwechseln. Um die maximale Produktausbeute zu sichern, Nachhaltigkeit im Prozess zu fördern und Stillstandszeiten zu minimieren, bedarf es einer robusten, reproduzierbaren Lösung zur Phasentrennung nach der Extraktion oder Downstream Prozess. Die neue Kombination der bewährten Aquasant-Rohrsonde Typ UNIQ T804 (TSS80) mit dem neu entwickelten Feldgerät AMEI bringt dafür eine technisch und wirtschaftlich überzeugende smarte Lösung.
In der Praxis entstehen im Dekanter oft Emulsionsschichten oder Phaseninversionen; auch kann es am Bodenventil von Abscheidern zur Thrombenbildung kommen. Diese Phänomene führen dazu, dass die obere Phase unkontrolliert mitgerissen wird – mit direkten Folgen für Ausbeute, Qualität und Reinigungsaufwand. In der Feinchemie-, Pharma- und Spezialchemikalienproduktion sind solche Verluste signifikant.
Die Aquasant UNIQ T804 Rohrsonde (TSS80) wird genau an dieser kritischen Stelle – im Auslass nach dem Bodenventil in der Rohrleitung – installiert. Das dreidimensionale Messfeld der Impedanzsonde erkennt selbst kleinste Unterschiede im elektrischen Summensignal von Dielektrikum und Leitfähigkeit der Trennschicht mit hoher Präzision. Dank intelligenter Sensorgeometrie und der hochauflösenden Messelektronik ist die Sonde auch bei kleinsten Produktunterschieden von wechselnden Medien zuverlässig einsetzbar – selbst bei organischen Verschmutzungen und minimalen Dichteunterschieden.
Plug & Process – smarte Inbetriebnahme
Das neu entwickelte Feldgerät AMEI erweitert die bewährte Technologie um entscheidende Vorteile: Mit einem drehbaren Farbdisplay (Elektronik 180 °, Kopf 360 °) kann die Anzeige aus jeder Position überwacht werden – selbst in engen Anlagenlayouts. Die Bedienung erfolgt über eine intuitive Menüführung. Besonders hervor-
Die Kombination für hohe Produktausbeuten sowohl bei der Downstream-Phasenabtrennung als auch bei Extraktionen: die bewährte Aquasant-Rohrsonde Typ UNIQ T804 (TSS80) und das neu entwickelten Feldgerät AMEI. (Bilder: Aquasant)
Robuste Technik für anspruchsvolle Prozesse.
Die Rohrsonde ist für Temperaturen bis 170 ° C, Drücke bis 16 bar sowie für gängige Nennweiten (DN32–DN100/ANSI 2”–3”) ausgelegt und erfüllt damit die typischen Anforderungen im Batchbetrieb
zuheben ist die Plug & Process Technologie (PPT), die eine sofortige Einsatzbereitschaft ohne komplexe Parametrierung ermöglicht. Das System ist ATEX Ex ia-konform und wird über ein 2-kanaliges Speise-Trennmodul versorgt. Das 4–20-mA-Signal kann für eine feinere Auflösung gespreizt werden. Eine integrierte Fehlerdiagnose nach NAMUR NE 107 erlaubt die eindeutige Zustandsvisualisierung – sowohl im Display als auch über das analoge Ausgangssignal.
Geschäftsführer und Eigner der Aquasant Messtechnik AG: die Brüder Thomas und Roger Inauen.
chemischer oder pharmazeutischen Produktionsanlagen. Die Langlebigkeit und die hohe Messstabilität machen sie zur bevorzugten Wahl bei Anlagenplanern, Betriebsingenieuren und Verfahrenstechnikern.
40 Jahre Praxiserfahrung –jetzt mit digitalem Upgrade Seit über vier Jahrzehnten wird die Aquasant Rohrsonde erfolgreich in der Industrie
Über Aquasant
Das in zweiter Generation familiengeführte KMU mit Sitz in Bubendorf entwickelt, produziert und vertreibt kundenspezifische Prozess-Messlösungen wie Trennschicht, Füllstand, Grenzwert von Flüssigkeiten, Schäumen und Pulvern für die Pharma- und chemische Industrie.
Jetzt vom 16. bis zum 18. September auf der Ilmac Basel, Stand: A163.
eingesetzt. Mit dem neuen AMEI-Feldgerät erhält das bewährte System ein Upgrade für die Zukunft: mehr Transparenz, einfachere Bedienung, schnellere Inbetriebnahme.
Für Applikationen mit kontinuierlicher Trennschichtmessung sind in künftigen
Ausbaustufen digitale Schnittstellen wie HART, APL oder IO-Link vorgesehen. Der Fokus liegt weiterhin auf einfacher Integration und Bedienfreundlichkeit.
Die Kombination aus Rohrsonde UNIQ T804 und Feldgerät AMEI liefert eine leistungsstarke Lösung zur vollautomatischen Phasentrennung im Batchbetrieb. Sie erhöht die Produktausbeute, reduziert Ausschuss, senkt Inbetriebnahmezeiten und trägt zur Prozesssicherheit bei – bei minimalem Integrationsaufwand und hoher Anlagenverfügbarkeit.
Aquasant Messtechnik AG CH-4416 Bubendorf sales@aquasant-mt.com www.aquasant.com
Für Ihre Anwendung das richtige Produkt
• Hettich: Zentrifugen, Robotik-Zentrifugen, Inkubatoren, Evaporatoren, Pflanzenwachstumsschränke, MoPlant, Aspirationssysteme, Thermomixer
• Memmert: Wärme-/Trocken-/Klima-/Brutsowie Vakuumschränke, Wasserbäder
• B Medical: Kühl-/Gefrier-/Ultra Tiefkühlschränke, Blutplasma-Schockfroster und Transportsysteme
• Helmer: Blutbeutel-Auftaugeräte, ThrombozytenSchaukeln, Kühl-/Gefrier-/Ultra Tiefkühlschränke
Wir bieten:
• Anwenderspezifische Beratung
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Egal ob Objekte bezüglich ihrer Aerodynamik verbessert, die Strömung in Reinräumen optimiert oder Lecks in Anlagen oder Gebäuden detektiert werden sollen: die Visualisierung der vorhandenen Strömung unter Verwendung eines Nebelgenerators hilft, diese und weitere Herausforderungen anzugehen.
Interne und externe Messdienstleister von Reinräumen wissen genau: Ein wichtiges Merkmal des reinen Raumes ist das verwendete Strömungsregime. Hierbei unterscheidet man zwischen turbulenzarmer Verdrängungsströmung (TAV) und turbulenter Verdünnungsströmung. Beide Regime können mit Hilfe des optimierten Nebelgenerators CFG 291 sichtbar gemacht, bildtechnisch dokumentiert und qualitativ bewertet werden.
Strömungsvisualisierung in Reinräumen
Auch das Erkennen von potentiellen Quellen von Strömungsstörungen in Reinräumen ist eine essentielle Aufgabe. Die Störungen können durch Temperatur- und Druckunterschiede, räumliche Barrieren aber auch durch das Einbringen von Luftströmungen aufgrund vor Ort genutzter Geräte verursacht werden. Mit Hilfe des optisch auffälligen Nebels können Nutzer des Generators potentielle Störquellen identifizieren, deren Einfluss bewerten und Optimierungsmöglichkeiten entwickeln. Wird das Gerät in der Nähe von Türen und Schleusen eingesetzt, sind anhand der Zugbewegung des Nebels
Generierter Nebel visualisiert Strömungen im Operationssaal. (Bilder: Topas)
Rückschlüsse auf die Druckverhältnisse zwischen den aneinandergrenzenden Räumen möglich. Der Transport des Nebels beispielsweise aus dem Raum heraus, ist ein Indiz, dass der angrenzende Raum ein geringes Druckniveau aufweist. Eine regelmässige Aufgabe von Reinraumexperten ist auch die Prüfung der Aktivität der Abluftfilter im Reinraum. Wird der Testnebel vor deren Ansaugfläche generiert, so müsste er direkt vom Abluftfilter eingesaugt werden. Sollten Gegenstände in der
Prüfung einer Laminar Flow Box mit dem Topas Reinraum-Set.
Nähe des Abluftfilters positioniert sein, können Reinraumzuständige zudem mittels der Strömungsvisualisierung eine Abschätzung treffen, ob die Funktionalität des Filters (Absaugen der Raumluft) durch die Gegenstände minimiert wird.
Der Nebelgenerator CFG 291 setzt nicht nur auf ein handliches Design und ein geringes Gewicht. Vor allem die Unabhängigkeit der Kunden steht bei dieser Technologie im Vordergrund. Dafür werden drei handelsübliche Lithium-Ionen-Akkumulatoren genutzt, die eine autarke Stromversorgung garantieren. Sind die Akkus entladen, können sie vom Kunden direkt gegen aufgeladene Akkus getauscht werden. Dank externer Lademöglichkeiten entfallen weitere Wartezeiten.
Das Befüllen des Nebelgenerators ist ebenso schnell und mühelos umsetzbar mit Hilfe des mitgelieferten Befüll-Systems. Die Menge kann je nach Anwendung frei gewählt werden, selbst das Entleeren des Tanks ist möglich.
Das Herzstück des Nebelgenerators – der eigens entwickelte und zum Patent angemeldete Verdampfer – ist in einer leicht zugänglichen und austauschbaren Kartusche an der Gerätefront platziert. Im Falle eines Defektes entfallen lange Servicezeiten. Nutzer können die Kartusche noch im Reinraum eigenständig tauschen und sofort weiterarbeiten. Im Anschluss senden sie die defekte Kartusche zum Service ein, während weitere Projekte mit dem Nebelgenerator nahtlos stattfinden können.
Topas GmbH D-01237 Dresden sales@topas-gmbh.de www.topas-gmbh.de
Energietransfer zwischen einzelnen Atomen wird sichtbar
Eine neue Methode ermöglicht mittels Heliumtröpfchen und Laserpulsen den gezielten Start chemischer Prozesse. So werden Einblicke in den Energie- und Ladungstransfer bei der Entstehung von Bindungen möglich.
Philipp Jarke
Ein Forschungsteam um Markus Koch vom Institut für Experimentalphysik der TU Graz hat erstmals in Echtzeit verfolgt, wie sich mehrere Atome zu einem Cluster verbinden und welche Prozesse dabei ablaufen. Dafür haben die Forschenden zunächst Magnesiumatome mithilfe von suprafluidem Helium isoliert und sie anschliessend durch einen Laserpuls dazu angeregt, sich aneinander zu binden. Diese Clusterbildung und den dabei stattfindenden Energietransfer zwischen einzelnen Atomen konnten die Forschenden mit einer zeitlichen Auflösung im Femtosekundenbereich beobachten. Ihre Ergebnisse haben sie kürzlich in der Fachzeitschrift Communications Chemistry veröffentlicht.
«Nanokühlschrank» bringt
Atome in die Startposition
«Normalerweise gehen Magnesiumatome augenblicklich Bindungen miteinander ein, wodurch ein stabiler Ausgangspunkt für die genaue Bobachtung der Prozesse fehlt», erklärt Markus Koch. Dieses häufig bei der Echtzeitbeobachtung chemischer Prozesse bestehende Problem haben die Forschenden durch Experimente mit suprafluiden Heliumtröpfchen gelöst. Diese Tröpfchen wirken wie ultrakalte «Nanokühlschränke», die die einzelnen Magnesiumatome bei extrem tiefen Temperaturen von 0,4 Kelvin in einem Abstand von einem Millionstel Millimeter voneinander isolieren. «Dieser Zustand erlaubte es uns, die Clusterbildung durch einen Laserpuls gezielt zu starten und in Echtzeit ge -
nau zu verfolgen», erklärt Michael Stadlhofer, der die Experimente im Rahmen seiner Doktorarbeit durchführte.
Femtosekunden-Spektroskopie
Die durch den Laserpuls ausgelösten Vorgänge beobachteten die Forschenden mithilfe der Photoelektronen- und Photoionenspektroskopie: Während sich die Magnesiumatome zu einem Cluster verbanden, wurden sie mit einem zweiten Laserpuls ionisiert. Anhand der dabei gebildeten Ionen und herausgelösten Elektronen konnten Markus Koch und seine Kollegen die involvierten Prozesse detailliert rekonstruieren.
Eine zentrale Entdeckung dabei ist das sogenannte «Energy Pooling»: Während sie sich aneinander binden, geben mehrere Magnesiumatome die vom ersten Laserpuls erhaltene Anregungsenergie an ein einzelnes Atom im Cluster weiter, so dass dieses einen wesentlich höheren Energiezustand erreicht. Dieses «Energie-Bündeln» konnte erstmals zeitaufgelöst nachgewiesen werden.
Grundlagenforschung mit Anwendungspotential
«Wir hoffen, dass diese atomare Separierung in den Heliumtröpfchen auch für eine grössere Klasse von Elementen funktioniert und so zu einer allgemein anwendbaren Methode in der Grundlagenforschung wird», sagt Markus Koch. «Zudem könnten die Erkenntnisse über das Energy Pooling für hochenergetische Prozesse in verschiedenen Anwendungsbereichen relevant sein, etwa in der Photomedizin oder bei der Nutzbarmachung von Sonnenenergie.»
www.tugraz.at
Im Vergleich zu klassischen Bestimmungen der Radien von Atomkernen mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern haben Experimente am Paul-Scherrer-Institut (PSI) für myonisches Helium einen fünfzehn Mal genaueren Wert ergeben – eine Steilvorlage zur Verfeinerung des Standardmodells der Physik.
Dr. Christian Ehrensberger
Myonisches Helium eignet sich besonders gut als Forschungsobjekt, weil das Myon im Vergleich zum Elektron so schwer ist und seine Auswirkungen auf die Gestalt des Atomkerns entsprechend höher. Dahinter steht eine bereits längere Erfolgsgeschichte. Sie begann am PSI mit myonischem Wasserstoff.
Starker Einfluss des Myons
Vor zwölf Jahren erregte eine Veröffentlichung über exotischen Wasserstoff grosses Aufsehen . Die Ausgangsfrage lautet: Wenn den Kern statt eines Elektrons ein negativ geladenes Myon umkreist, welche Auswirkungen hat dies auf den Protonenradius (genauer: Ladungsradius)? Das Erstaunen war gross, als dieser Radius sich als signifikant kleiner erwies, als die bis dahin erfolgten Messungen an natürlichem Wasserstoff oder der Elektron-Proton-Streuung hätten vermuten lassen. Die Experimente dazu hat das PSI, Villingen, mit seinem lasertechnischen Equipment ermöglicht, wobei vor allem die Bereitstellung einer grossen Zahl von Myonen eine entscheidende Voraussetzung darstellt. Beteiligt waren zahlreiche weitere Institutionen, darunter Max-PlanckInstitut für Quantenoptik (MPQ) in Garching bei München, die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, die Universität Freiburg (Schweiz), das Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart, sowie von Dausinger & Giesen GmbH, Stuttgart.
Pionisches Helium gibt es wirklich
Die Untersuchungen hat man inzwischen von Wasserstoff auf Helium und von Myonen auf Pionen ausgeweitet. Bei den Pio -
Pionisches Helium im Laserlicht: Das Pion (hier dargestellt als bestehend aus einem orangefarbenen und blauen Elementarteilchen, seinen beiden Quarks) ersetzt eines der beiden Elektronen im Heliumatom. Im Experiment wurde es mit Laserlicht angeregt (hier rot gezeigt). (Grafik: Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Thorsten Naeser)
nen handelt es sich um Mitglieder der Teilchenfamilie der sogenannten Mesonen. Diese vermitteln auch die Kernkraft zwischen den Bausteinen der Atomkerne, den Neutronen und Protonen. Obwohl die elektrisch gleich geladenen Protonen sich heftig gegenseitig abstossen, klammert die stärkere Kernkraft sie zum Atomkern zusammen. Ohne diese Kraft würde also unsere Welt nicht existieren!
Vor fünf Jahren gelang es einem Team um Anna Soter, ETZ Zürich, erstmals, direkt die Existenz von längerlebigen pionischen Heliumatomen nachzuweisen. In diesen ersetzt das Pion eines der beiden Elektronen des Heliumatoms in der Art einer automatisch ablaufenden chemischen Reaktion.
Das pionische Helium war bereits 1964 theoretisch vorhergesagt worden, nachdem damalige Experimente Hinweise auf dessen Existenz zeigten. Es galt aber als extrem schwierig, diese Vorhersage expe -
rimentell zu beweisen. Das ohnehin schon extrem kurzlebige Pion zerfällt im Atom noch schneller, nämlich typischerweise innerhalb einer Pikosekunde, also einer billionstel Sekunde. Doch im pionischen Helium kann es gewissermassen konserviert werden und lebt dadurch tausend Mal länger als in anderen Atomen.
Nun haben neue laserspektroskopische PSI-Experimente an myonischem Helium-3 unter massgeblicher Beteiligung von Forschern der Universität Mainz den bislang besten Wert für den Ladungsradius dieses Kerns ergeben . Traditionell werden Radien von Atomkernen mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern bestimmt, doch im Vergleich zu solchen Messungen ist der nun veröffentlichte Wert von myonischem Helium fünfzehn Mal genauer, nämlich 1,97007 ± 0.00097 Femtometer.
Für Helium gibt es schon länger präzise Messungen, jedoch ist das Heliumatom mit seinen zwei Elektronen noch nicht genau genug berechnet worden, um aus den Messungen einen Radius des Heliumkerns zu bestimmen. Allerdings lässt sich auch für normales Helium bereits die Differenz der Ladungsradien verschiedener Isotope bestimmen. Hier zeigt sich nun eine gute Übereinstimmung der Messungen mit Myonen und den neuesten Messungen an normalem Helium durch ein Forschungsteam aus Amsterdam. In Kombination mit früheren PSI-Ergebnissen aus myonischem Helium-4 konnte auch der Unterschied der Ladungsradien zwischen Helium-3 und Helium-4 exakt bestimmt werden.
Essenzielle Erkenntnisse für die Physik
Präzises Wissen über die Radien von Atomkernen ist unter anderem für die Bestimmung fundamentaler Naturkonstanten wie der Rydberg-Konstante unerlässlich. Auch die Suche nach neuer Physik, also Teilchen und Kräften, die das bestehende Standardmodell noch nicht beinhaltet, benötigt präzise Kenntnisse der Kernladungsradien. Für die Zukunft ist eine im Vergleich zu Experi -
menten an Teilchenbeschleunigern zehn fach genauere Bestimmung der Atomkerne von Lithium bis Neon. Statt Laser sollen nun aber neuartige Röntgendetektoren zum Einsatz kommen.
Literatur
Die präzise Bestimmung des Ladungsradius von Helium-3 und seines exakten Unter schieds zum Radius von Helium-4 erlaubt Rückschlüsse auf fundamentale Naturkons tanten und eröffnet neue Wege in der Suche nach bisher unbekannter Physik. (Bild: Julian Krauth) Ihnen mehr bieten.
1. Aldo Antognini, François Nez, Karsten Schuh mann, Fernando D. Amaro, François Biraben, João M. R. Cardoso, Daniel S. Covita, Andreas Dax, Satish Dhawan, Marc Diepold, Luis M. P. Fernandes, Adolf Giesen, Andrea L. Gouvea, Thomas Graf, Theodor W. Hänsch, Paul Indelicato, Lucile Julien, Cheng-Yang Kao, Paul Knowles, Franz Kottmann, Eric-Olivier Le Bigot, YiWei Liu, José A. M. Lopes, Livia Ludhova, Cristina M. B. Monteiro, Françoise Mulhauser, Tobias Nebel, Paul Rabinowitz, Joaquim M. F. dos Santos, Lukas A. Schaller, Catherine Schwob, David Taqqu, João F. C. A. Veloso, Jan Vogelsang, Randolf Pohl: Proton structure from the measurement of 2S − 2P transition frequencies of muonic hydrogen. Science 25. Januar 2013
2. M. Hori, H. Aghai-Khozani, A. Sótér, A. Dax, D. Barna: Laser spectroscopy of pionic helium atoms. Nature, 6. Mai 2020 (online).
3. Karsten Schuhmann et al.: The helion charge radius from laser spectroscopy of muonic helium-3 ions. Science, 22. Mai 2025
Je nach Energiebedarf an Bord verbraucht ein Hilfstriebwerk eines mittelgrossen Passagierflugzeuges über 100 Kilogramm Kerosin pro Stunde. Durch den Einsatz einer «Pre-Conditioned Air»-Anlage (PCA) – das zugehörige Teleskoprohrsystem ist unter der Fahrgastbrücke sichtbar – erübrigt sich dessen Betrieb grösstenteils. (Bild: Shutterstock)
Von der Einzelwerkstatt zum internationalen Player – die IST-Edelstahl-Anlagenbau AG liefert seit 50 Jahren hochwertige verfahrenstechnische Anlagen und Rohrleitungssysteme in die verschiedensten Branchen. Ein Besuch bei einem KMU, das sich gerade stark modernisiert und über ein Geschäftsfeld verfügt, das seit einer Dekade richtig Fahrt aufgenommen hat.
Luca Meister
Ohne Firma und ohne finanzielle Mittel hatte Kurt Zimmermann, frischgebackener Maschineningenieur, aus seinem Schlafzimmer heraus einen 3-Millionen-Auftrag an Land geholt. Das war 1975, als er nach seinem Studium eine Erfolgsgeschichte in Gang gesetzt hat, die bis heute – jetzt in der zweiten Generation – andauert. Von einem Tag auf den anderen hatte er damals Personal angeheuert und Maschinen angeschafft.
Ob pharmazeutische Stoffe, Trinkwasser, Schokolade, Bier oder einfach Luft – in allen Bereichen, in denen bei der Lagerung oder Beförderung von Medien strenge An -
forderungen an Hygiene gelten und höchste Verlässlichkeit vorausgesetzt wird, stehen die robusten Systeme der IST-EdelstahlAnlagenbau AG im Einsatz. Das Familienunternehmen mit Sitz in Gwatt bei Thun hat sich über ein halbes Jahrhundert eine bemerkenswerte Expertise im Edelstahlbereich aufgebaut, die mittlerweile international gefragt ist. Die Thuner Firma liefert schlüsselfertige Anlagen, Rohrleitungs- und Lüftungssysteme in die verschiedensten Branchen wie Chemie, Pharma, Lebensmittel, Maschinenbau, aber auch an Trinkwasserversorgungen oder Flughäfen. Wie das möglich wurde? Andrea Zimmermann, Geschäftsführerin und Verwaltungsratspräsidentin, fasst die letzten 50 Jahre
so zusammen: «Ein feines Gespür für das Bedürfnis neuer Systeme in der Industrie und unsere langjährigen Mitarbeitenden führten zu diesem Jubiläum.»
2025: Eine Bieridee, zwei Feste
An oberster Stelle steht bei IST die Garantie hochwertiger Qualität und Langlebigkeit von Anlagen. Während 95 Prozent der verfahrenstechnischen Anlagen in die Schweiz gehen, werden die Energieversorgungssysteme für Flugzeuge zu 95 Prozent nach Europa exportiert. Ein vielfältiger Kundenstamm sorgt für einen stabilen Auftragseingang und gleicht – das ist praktisch in der Planung – Marktvolatilitäten elegant aus.
Durchmesser 900 Milli meter: Rohrleitungen für das neue Trinkwasserreservoir Mannenberg (BE). (Bild: IST)
Aktuell ist man in Gwatt bestrebt, sich zu modernisieren, und zwar von A bis Z. Zum Jubiläum wurde das Logo überarbeitet, ein PR-Auftritt und eine Marketingstrategie positionieren die Firma neu – und das zurecht – als zukunftsweisendes Unternehmen. Gleich zweimal wird dieses Jahr gefeiert: Mitte Juni reiste fast die ganze Belegschaft für drei Tage nach Finnland. Eine Idee, die beim Feierabendbier entstand und spontan umgesetzt wurde. «Neben dem Technologischen zeichnet uns auch das aus. Wir sind agil und flexibel sowohl im täglichen Geschäft als auch bei Mitarbeitenden-Anlässen», ergänzt die Chefin mit einem leichten Schmunzeln. Das zweite Fest ist dann den Geschäftspartnern gewidmet und findet im September am Firmensitz statt. Dass es bei weitem nicht nur ums Feiern geht, zeigen die aktuellen strategischen Bestrebungen. Im Rahmen der Transformation vom patron-geführten Unternehmen zum internationalen Player hat die neue Geschäftsleitung einiges vor. Mehr Digitalisierung – unter anderem mit neuen KI-Tools, sodass man für die künftigen Herausforderungen bestens gewappnet ist.
Lösungsmittellager, Kraftwerk oder Reservoir Nichtsdestotrotz kommt den Thunern ihren guten Ruf immer wieder zuvor. Auf Empfehlung hatten sie zum Beispiel für die Giezendanner Transport AG in Rothrist (AG) ein Tanklager mit Gebinde-Abfüllanlage geliefert. Das Lager verfügt über eine
Kapazität von dreimal 60 000 Litern und ermöglicht die Bewirtschaftung 18 verschiedener Lösungsmittel.
Im Austausch mit Interessenten stösst Andrea Zimmermann oft auf Begeisterung: «Ach so, das machen Sie auch?», heisst es – und prompt entsteht wieder ein neues Projekt. Für die Erneuerung des Speicherkraftwerkes beim Ritom-Stausee im Valle Leventina (TI) liefert IST etwa das Kühlwassersystem für drei neue Maschinengruppen. Das von den SBB im Zusammenhang mit der Elektrifizierung der Gotthardbahn 1920 gebaute Kraftwerk generiert Elektrizität für die Bahn und das Tessiner Stromnetz.
Ein weiteres Beispiel ist das Wasserreservoir Mannenberg in Ittigen (BE), das ebenso über 100 Jahre alt ist und zu den grössten Wasserversorgungen des Kantons gehört. Für den Neubau verschweisst IST Rohrleitungen mit Durchmesser 900 Millimeter (üblicherweise sind es Durchmesser von 15 bis 300 Millimeter). Der Platz im eigenen Haus reicht dafür (noch) aus.
Von der Kundenidee bis zur Umsetzung
Apropos eigenes Haus: Sämtliche Projektleistungen stammen aus einer Hand, wie Frédéric Lorenz, Co-Geschäftsleiter, erklärt: «Wir bieten normgerechte, sichere Anlagen nach modernsten Standards und begleiten unsere Kundschaft von der Idee bis zur Inbetriebnahme, einschliesslich Service.» Insgesamt umfasst das Rundumprogramm neben der Produktion und Montage auch das Engineering und die Konstruktion.
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«Wir setzen auf Technologien auf dem neuesten Stand und führen zum Beispiel im Feld 3-D-Scans aus, um Fehler zu vermeiden», fährt Frédéric Lorenz fort. So kann etwa ein Rohleitungssystem perfekt in eine bestehende Umgebung hineinkonstruiert werden, ohne bei der Montage böse Überraschungen zu erleben. Dadurch stimmen die Schnittstellen, allenfalls sind vor Ort wenige Anpassungen nötig. Da es oft um Systeme für riskante Medien geht, ist die Risikoanalyse bei der Planung zentral. Die technologischen Hilfsmittel allein reichen jedoch nicht aus. Die praktische Erfahrung der verfahrenstechnischen Ingenieure und leitenden Monteure ist bei der Umsetzung hochwertiger Systeme essenziell. Nicht zuletzt spielen die über die Jahre perfektionierten Bearbeitungskompetenzen im Schweissen, Rohrbiegen, Beizen und Aushalsen eine Rolle.
Coole Systeme: Luftauf
Ein wichtiger Geschäftsbereich sind die «Pre-Conditioned Air»-Anlagen (PCA) für Flughäfen, mit denen aufbereitete Luft in die parkierten Flugzeuge befördert wird. Wurde die Luft bis anhin mit Strom vom Hilfstriebwerk (APU – Auxiliary Power Unit) aufbereitet, übernehmen das mehr und mehr am Terminal integrierte Systeme. Das spart Kerosin ein, minimiert sowohl den CO2- als auch den NO x -Ausstoss – und verursacht weniger Lärm. Bis 2031 müssen in der EU sämtliche Flughäfen ab einem Passagieraufkommen von
Das dynamische Trio der IST-Edelstahl-Anlagenbau AG: Andrea Zimmermann, Geschäftsführerin und Verwaltungsratspräsidentin, Kurt Zimmermann, Gründer und Inhaber, und Frédéric Lorenz, Co-Geschäftsleiter. (Bilder: IST)
4 Millionen Personen pro Jahr mit solchen PCA-Anlagen ausgestattet sein, damit die APUs nur noch während den obligaten ein bis zwei Minuten vor der Zündung der Haupttriebwerke eingeschaltet werden müssen. Denn deren Wirkungsgrad liegt nur zwischen 8 und 14 Prozent. Am Flughafen Zürich, dessen Standplätze an allen Terminals mit einem IST-System für die Luftaufbereitung und -zufuhr sowie einem Parallelsystem für die Stromzufuhr ausgestattet sind, wurden 2024 insgesamt 78 000 Tonnen CO2 und 207 Tonnen NO x eingespart. In beiden Werten sind die RestEmissionen von APUs (einschliesslich der Emissionen auf den offenen Standplätzen ohne PCA) bereits abgezogen. Unter dem Strich werden die Emissionen durch die
Doppelsysteme «PCA und Stromzufuhr» jährlich um 80 Prozent reduziert. Diese Systeme begrenzen nicht nur die Luftverschmutzung, sondern auch die Flughafengebühren der Airlines. Auch die Flughäfen profitieren, indem sie regulatorische Anforderungen leichter erfüllen und dank angepasster Gebührenmodelle mit einer Amortisation innert 7 bis 10 Jahren rechnen können.
Die grosse Herausforderung dabei: Eine PCA-Anlage muss kompakt sein und sowohl für kleine als auch grosse Flugzeugtypen einsetzbar sein. Das Spektrum reicht von 4000 bis zu 24 000 Kilogramm Luft pro Stunde, die effizient aufbereitet und befördert werden muss. IST bietet als Vorreiterin schon seit über zwei Dekaden
Am Ende des Teleskoprohrsystems, das unter den Fahrgastbrücken bis zum Flugzeug hinführt, befinden sich Schlauchhaspeln, Schlauchtrichter und Kupplungen für «die letzte Meile» der Luftbeförderung.
solche Systeme bestehend aus Kühleinheit (wird von Partner geliefert), Teleskoprohrsystem, Schlauchhaspel, Schlauchtrichter und Kupplung, die vom Dock aus unter den Fahrgastbrücken hindurch bis zum Flugzeug hingeführt werden. Kein Wunder, ist Kurt Zimmermann international auch als «Vater der PCA-Anlagen» bekannt. Bereits 1999 hatte er ein solches System entwickelt und an 18 Gates des Terminal A in Kloten installiert. Weitere 27 Gates im Terminal E folgten bald darauf.
«Ich brauche Sie nicht, aber Sie brauchen mich»
Bemerkenswert ist dabei, dass Kurt Zimmermann sich anfangs gegen eine jegliche Teilnahme an Ausschreibungen gewehrt hat. Eine Ausschreibung des Flughafens München landete sogar direkt in seinem Abfallkübel. Zu den Münchnern sagte er 2011: «Ich brauche Sie nicht, aber Sie brauchen mich.» Daran zweifelten die Deutschen nicht, worauf der Ingenieur schliess-
Ein KMU mit Leidenschaft 1975 gründet Kurt Zimmermann die Einzelfirma IST (Industrie Service Thun). 1998 wurde daraus eine AG gegründet, die bis heute auf IST-Edelstahl-Anlagenbau AG firmiert. 2010 ist Andrea Zimmermann, Tochter des Gründers, zum Unternehmen gestossen. Seit 2019 ist sie Geschäftsleiterin und Verwaltungsratspräsidentin. Ab 2022 ist Frédéric Lorenz parallel als operativer Geschäftsleiter tätig. Kurt Zimmermann ist nach wie vor Inhaber der Firma, die heute 36 Mitarbeitende (darunter 4 Lernende) beschäftigt. Bis 2023 wurden Umsätze um ca. 8 Millionen Franken erzielt, 2024 stieg die Zahl aufgrund des flughafenzertifizierten Anlagenbaus auf rund 14 Millionen.
lich doch noch überzeugt werden konnte, an der Ausschreibung teilzunehmen (zu diesem Zeitpunkt wusste er noch nicht, dass solche «WTO-Ausschreibungen» obligatorisch waren). So wurden auch am Flughafen München 64 Anlagen installiert. Zum gleichen Flughafen wurden 2023 erneut 12 Positionen geliefert. Auch in Frankfurt am Main wurde dieses Jahr eine erste Position in Betrieb genommen, 24 weitere Positionen folgen bis Dezember 2025. Darüber hinaus lieferte die Thuner
Firma auch einzelne oder mehrere Komponenten von PCA-Anlagen an diverse andere Flughäfen wie zum Beispiel Madrid, Bilbao, Fuerteventura, Ibiza, Mallorca, Hamburg und Genf. Dass die neue EURegelung der IST in naher Zukunft noch mehr Aufträge bringen wird, ist so gut wie sicher. Und mit der angesprochenen Modernisierung der Firma ist man in Gwatt für weitere 50 Jahre bestens ausgerüstet.
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StandHalle1.0 C164
Wasserstoffproduktion: Neue Erkenntnisse für alle Elektrolyseverfahren
Elektrolyseure sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Sie spalten Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf, verbrauchen dabei aber bisher noch zu viel Strom. Eine Herausforderung ist, dass sich der anfangs gelöste Wasserstoff in Form von Gasblasen abscheidet, welche die Elektrode abschotten können – auf Kosten der Effizienz. Jetzt wurden einzigartige Einblicke in das Innere der Wasserstoffblasen gewonnen und daraus neue Erkenntnisse für die Vorgänge im Elektrolyseur abgeleitet.
Gasblasen in Elektrolyseuren führen dazu, dass die Wasserstoffproduktion zu viel Strom verbraucht, was den Prozess stark verteuert. «Die Dynamik der Gasblasen zu verstehen, ist ein wichtiges Puzzleteil, wenn wir Elektrolyseure effizienter machen wollen. Dabei sind wir jetzt einen deutlichen Schritt vorangekommen, weil wir erstmals die Vorgänge im Inneren der Gasblasen analysieren konnten», erläutert Prof. Kerstin Eckert, Direktorin am Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR).
Tröpfchen in Gasblasen entdeckt – Inneres sichtbar
Die wesentliche neue Erkenntnis: Die Wasserstoffblasen bestehen nicht immer aus reinem Gas. Sie können zusätzlich auch einen feinen Sprühnebel aus Mikrotropfen des Elektrolyten enthalten, also der Flüssigkeit, mit der der Elektrolyseur betrieben wird, zum Beispiel Kalilauge. Dieses Phänomen erlaubt tiefere Einblicke in die physikalisch-chemischen und hydrodynamischen Prozesse bei der Wasserelektrolyse. So liefert die Studie einzigartige Einblicke in das Innere der Blasen: «Mit den optischen Methoden unseres Teams konnten wir die Strömungen im Gas selbst bisher nicht sehen. Jetzt können wir sie über die
Alkali-Elektrolyseur des Herstellers Sunfire mit 10 Megawatt Leistung am Standort Lingen (D) des Energiekonzerns RWE. (Bild: Sunfire)
Tröpfchen in den Gasblasen verfolgen, weil diese sich mit dem Gas mitbewegen», erklärt Dr. Gerd Mutschke vom HZDR. In einem Schattenverfahren wird die Blase mit einem parallelen Lichtstrahl beleuchtet. Dahinter steht eine Kamera und bildet die Grauwertverteilung der Blase ab. Die
Mikrotropfen im Gas erscheinen als schwarze Pünktchen. Ein zusätzlicher Laserlichtschnitt nutzt die Mikrotropfen als Tracer und misst so das Strömungsfeld im Inneren der Blase.
Dr. Aleksandr Bashkatov, Erstautor der Studie, bemerkte die Tröpfchen im Gas erst-
Wir sind da! Stand D205
Damit die Chemie stimmt.
Die Bildreihe zeigt, wie sich zwei Wasserstoffblasen während der Wasserelektrolyse in einem sauren Elektrolyten zu einer grösseren Blase vereinen (Koaleszenz). Dabei entsteht im Inne ren der neuen Blase ein Flüssigkeitsstrahl aus Elektrolyt, der instabil wird und in einzelne Tropfen zerfällt (Bildmitte). Da dieser Vorgang sehr häufig passiert, entsteht ein feiner Sprühnebel aus Elektrolyttropfen. Im oberen rechten Bild sind Stromlinien dargestellt, welche die Bewegung dieser Tropfen innerhalb der Blase zeigen. Die Tropfen sinken nach unten und sammeln sich am Fuss der Wasserstoffblase. Dort bilden sie kleine Flüssigkeitspfützen, die die Elektrode erneut benetzen und die Form der Blasenkontaktlinie verändern. Dies kann dazu führen, dass sich die Blase früher von der Elektrode löst (rechtes Bild unten). (Bilder: HZDR)
mals bei Parabelflugexperimenten in der Schwerelosigkeit. Darauf aufbauend hat das Team weitere Experimente auf der Erde und Simulationen durchgeführt, um den genauen Mechanismus zu verstehen, wie der Elektrolyt in die Gasblasen gelangt.
Wirbelnde Ströme innen und aussen
An den Elektroden bilden viele winzige Mikroblasen zunächst eine Art Teppich, um dann schnell hintereinander mit einer grossen Blase zu verschmelzen. Dabei wird ein Teil der Oberflächenenergie der kleinen Blasen in kinetische Energie umgewandelt und kann die Grenzfläche zwischen Gas und Elektrolyt so stark verformen, dass Elektrolytflüssigkeit in die Blase eindringt. Die Flüssigkeit wird in Form eines «Mikrojets» mit hoher Geschwindigkeit in die grosse Blase injiziert und zerfällt dort in eine Wolke winziger Tröpfchen, die der inneren Strömung folgend durch die Blase wirbeln. Physikalisch entstehen die Wirbel durch einen thermischen Marangoni-Effekt an der Grenzfläche zwischen Gasblase und Elektrolyt: Hohe Stromdichten heizen die Grenzfläche lokal stark auf und verringern so deren Oberflächenspannung.
12.11. + 13.11.2025
«Die Gasblasen, und wie sie miteinander verschmelzen, sind ein technologisch relevantes Problem in allen Elektrolyseur-Architekturen.»
Prof. Kerstin Eckert, Direktorin am Institut für Fluiddynamik des HelmholtzZentrums Dresden-Rossendorf (HZDR)
«Wir haben ein grandioses Grundlagenphänomen gefunden, dessen genaue Auswirkungen auf die Technologie wir zwar heute noch nicht quantifizieren können. Aber die Gasblasen und wie sie miteinander verschmelzen sind ein technologisch relevantes Problem in allen Elektrolyseur-Architekturen – es gibt also viel zu tun», fasst Eckert zusammen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Weitere Erkenntnisse soll das deutschniederländische Nachfolgeprojekt «Alkalami» bringen.
www.hzdr.de
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Illustration einer Wasserstoffproduktionsanlage auf Elektrolysebasis zur Herstellung von grünem Wasserstoff, der mit erneuerbaren Energien betrieben wird. (Bild: Shutterstock)
Engpass für die Produktion von sauberem Wasserstoff: Forschende an der EPFL haben den ersten entscheidenden Schritt der Sauerstoffentwicklungsreaktion mit Hilfe fortschrittlicher Simulationen und maschinellen Lernens im Detail entschlüsselt.
Nik Papageorgiou ¹
Bei der Suche nach saubereren Energiequellen sticht Wasserstoff hervor. Denn er kann Energie speichern und liefern, ohne Kohlenstoffemissionen zu erzeugen. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht nur Wasser. Damit ist er einer der saubersten Kraftstoffe auf dem Markt. Wasserstoff wird unter anderem durch den Prozess der «Wasserspaltung» hergestellt, bei dem Wasser mit Hilfe von Sonnenlicht in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet wird. Die Wasserspaltung kann Wasserstoff breit verfügbar machen, ist aber trotz jahrzehntelanger Forschung noch zu ineffizient.
Der Engpass war schon immer der allererste Schritt: ein Proton und ein Elektron koordiniert zu bewegen – ein Prozess, der als protonengekoppelter Elektronentransfer (PCET) bezeichnet wird. Bei diesem Prozess bewegen sich ein Proton und ein Elektron im Gleichgewicht, um Wassermoleküle aufzubrechen, was ihn zu einem wichtigen Schritt für die Produktion von Wasserstoff und Sauerstoff macht. Die sogenannte Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) findet an der Grenzfläche zwischen einem lichtabsorbierenden Material wie Bismutvanadat (BiVO4) und Wasser statt und ist notorisch langsam. Während der Reaktion hilft Bismutvanadat, Elektronen und Protonen aus Wassermolekülen zu extrahieren, wodurch Sauerstoffgas entsteht. Mit anderen Worten,
Bismutvanadat ist die «Arbeitstier»-Oberfläche, auf der dieser entscheidende, langsame Schritt stattfindet.
Fortschrittliche Simulationen enthüllen den Tanz
Trotz Fortschritten im Verständnis der Thermodynamik von des protonengekoppelten Elektronentransfers war es schwierig, den genauen Mechanismus zu bestimmen. Frühere Studien haben oft die chaotische Bewegung von Wassermolekülen an der Oberfläche von Bismutvanadat übersehen oder sich auf Methoden verlassen, die nicht die erforderliche Zeit oder Genauigkeit erreichen konnten. Dies hat eine Lücke in unserem Verständnis hinterlassen, warum Bismutvanadat so funktioniert, wie es funktioniert, und wie es verbessert werden kann. Nun haben zwei Forschende an der EPFL, Yong-Bin Zhuang und Alfredo Pasquarello,
eine Antwort auf das Problem gefunden. Durch die Kombination von Langzeitsimulationen der Molekulardynamik mit dem Potenzial des maschinellen Lernens – Algorithmen, die darauf trainiert sind, Quantenberechnungen auf hohem Niveau nachzuahmen –erfassten die Wissenschaftler den gesamten Tanz von Atomen und Elektronen an der Bismutvanadat-Wasser-Grenzfläche. Sie konzentrierten sich auf den allerersten Schritt der Sauerstoffentwicklungsreaktion, das anfängliche PCET-Ereignis, und fanden heraus, dass sich zuerst das Proton bewegt, gefolgt vom Elektron, und diese Sequenz gibt das Tempo der Reaktion vor.
Die Wissenschaftler erstellten ein detailliertes atomares Modell der Bismutvanadat-Wasser-Grenzfläche und nutzten maschinelles Lernen, um die Kräfte zwischen Atomen mit hoher Genauigkeit vorherzusagen. Dies ermöglichte es ihnen, Simulationen viel länger durchzuführen, als es mit Standard-Quantenberechnungen möglich wäre – lang genug (bis zu 30 Nanosekunden), um stabile, konvergente Ergebnisse zu erzielen und Hunderttausende von atomaren Konfigurationen abzutasten.
Durch die sorgfältige Verfolgung von Schlüsselvariablen wie der Position des Protons und der Verschiebung des «Lochs» (der Abwesenheit eines Elektrons) konnten sie den gesamten protonengekoppelten Elektronentransfer-Prozess beobachten. Dabei verwendeten sie auch mehrere unabhängig voneinander trainierte Modelle für maschinelles Lernen, um sicherzustellen, dass ihre Ergebnisse robust waren.
Was die Wasserstoffproduktion langsam macht
Die Simulationen zeigten etwas Wichtiges: Der langsamste, geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist der direkte Transfer eines Protons von einem auf der Bismutvanadat-Oberfläche adsorbierten Wassermolekül auf ein benachbartes Sauerstoffatom auf der Oberfläche. Das Elektron (oder «Loch») hüpft erst an seinen neuen Ort, nachdem sich das Proton bewegt hat. Die Studie zeigte auch, dass dieser direkte Protonentransfer und nicht ein indirekter Weg mit zusätzlichen Wassermolekülen den Prozess dominiert. Diese Erkenntnis passt gut zu jüngsten Experimenten, die den Protonentransfer als Engpass für die Reaktion aufzeigten.
Mit dem Wissen, dass der Protonentransfer die Reaktion begrenzt, können sich die Forschenden nun darauf konzentrieren, Wege zu finden, diesen Schritt zu beschleunigen.
Mit dem Wissen, dass der Protonentransfer die Reaktion begrenzt, können sich die Forschenden nun darauf konzentrieren, Wege zu finden, diesen speziellen Schritt zu beschleunigen –vielleicht durch Modifikation der Oberfläche von Bismutvanadat oder die Verwendung von Additiven zur Stabilisierung von Schlüsselstrukturen. Die Studie setzt auch einen neuen Standard für die Simulation komplexer Reaktionen an Grenzflächen und zeigt, dass maschinelles Lernen die Lücke zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand schliessen kann.
www.epfl.ch (Übersetzung ins Deutsche: ChemieXtra)
Mit Hilfe eines elektrisch schaltbaren Komposits aus Kohlenstoff und Siliciumdioxid wurden erstmals Gase wie Kohlendioxid, Stickstoff oder Argon gezielt aus der Gasphase entfernt – allein durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Material speichert die Gase an seiner Oberfläche und gibt sie bei Spannungsänderung wieder vollständig frei.
In Wissenschaft und Technik ist es von zentraler Bedeutung, Stoffe voneinander zu trennen. Möchte man beispielsweise Flüssigkeiten trennen, ist dafür oft viel Energie erforderlich, etwa beim Destillieren und Verdampfen. Es gibt aber auch schonendere Methoden, um Stoffe gezielt zu trennen. Diese funktionieren, indem man Stoffe (Adsorbate) an einer Oberfläche anlagert und sie später wieder ablöst. In mehreren Schritten können so zum Beispiel verschiedene Gase nacheinander eingefangen (adsorbieren) und wieder freigesetzt werden (desorbieren).
Spannung anlegen – und wieder wegnehmen
Um Adsorption und Desorption energieeffizient zu realisieren, sind schaltbare Materialien und Prozesse erforderlich. Für eine technologische Nutzung muss das schaltbare Material ausserdem gut verfügbar sein. Der Schaltprozess sollte reversibel und möglichst ressourcenschonend ablaufen. Hierfür stehen insbesondere elektrische Verfahren im Fokus der anwendungsorientierten Forschung. Besonders attraktiv wird das Verfahren dann, wenn die dafür notwendige elektrische Energie weitestgehend aus regenerativen Quellen zur Verfügung gestellt werden kann.
Eine Forschungsgruppe um Doktorand Silvio Heinschke und Professor Jörg J. Schneider vom Fachgebiet Mesoskopische Chemie aus dem Fachbereich Chemie der TU Darmstadt ist es jetzt erstmals gelungen, Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) oder Argon (Ar) direkt aus der Gasphase zu adsorbieren, indem eine niedrige elektrische Spannung an ein Material (Adsorbens) angelegt wird. Dieses Adsorbens besteht aus Kohlenstoff (Kohle) und Silici -
Links: Reale Grenzflächensituation in einem Komposit aus Kohlenstoff/Siliciumdioxid, in dem die Gasadsorption selektiv gesteuert werden kann. Rechts: Die Farbcodierung zeigt den Verlauf des elektrischen Feldgradienten an einem Kohlenstoff/Sliciumdioxid-Ensemble. Der Spannungsanstieg verläuft in Pfeilrichtung. (Bild: S. Heinschke / J.J. Schneider, Rawpixel)
umdioxid (Sand). Später können diese Gase kontrolliert und vollständig vom adsorbierenden Material abgelöst werden, indem die Spannung wieder weggenommen wird.
Der Trick dabei ist, dass im Material Grenzflächen in einer Grösse von nur wenigen Mikrometern erzeugt werden. Diese Grenzflächen entstehen zwischen dem elektrisch leitfähigen Kohlenstoff und dem dielektrischen, also isolierenden Siliciumdioxid. Die Mischung (Komposit) beider Stoffe ist notwendig und entscheidend für das jetzt erstmals beschriebene Adsorptions-/Desorptionsverhalten. Zwischen den zahlreich vorhandenen Grenzflächen aus Kohlenstoff und Siliciumdioxid im Komposit werden durch elektrische Aufladung Inhomogenitäten, das heisst Feldgradienten, erzeugt. In diesen Feldern werden Gasmoleküle wie CO2, N2 oder Argon leicht elektrisch geladen beziehungsweise polarisiert und bleiben dann
an der Oberfläche des Kohlenstoffs haften.
Die Adsorption wird durch die Multipole in den Gasmolekülen beeinflusst. Diese weisen im elektrischen Feld unterschiedlich grosse Ladungsverteilungen und Polarisierbarkeiten auf. Die dadurch erzeugte Anbindung der Gase an das Adsorbens ist vollkommen reversibel. Somit kann durch das An- und Abschalten des elektrischen Feldes ein spannungsinduzierter Swing zwischen der Be- und Entladung aus der Gasphase und der Komposit-Oberfläche erzeugt werden.
Dieses Prinzip sollte grundsätzlich für alle Gase mit einer hohen Polarisierbarkeit realisierbar sein. Auf dieser Grundlage erscheint zukünftig auch die Trennung von Gasgemischen durch elektrisch gesteuerte Swing-Adsorption/Desorption realistisch. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
www.tu-darmstadt.de
Mikroplastik detektieren oder Pflanzenschädlinge frühzeitig erkennen – das und noch viel mehr ermöglicht ein neues Verfahren, welches auf Nahinfrarot-Licht-Messungen basiert. Es ist günstig und funktioniert in Echtzeit.
Die Methode funktioniert mithilfe von Nahinfrarot (NIR)-Licht und ermöglicht, detaillierte spektrale Informationen aus verschiedenen Materialien und biologischen Proben präzise zu erfassen. Die Forschenden zeigten, dass sich mit der sogenannten «HyperNIR»-Technik beispielsweise verschiedene Kunststoffsorten berührungsfrei unterscheiden lassen, was nützlich für Recyclingprozesse oder die Detektion von Mikroplastik ist. Das für Menschen unsichtbare Nahinfrarot-Licht enthält wertvolle Informationen über die chemische Zusammensetzung einer Probe. Mit früheren Verfahren liess es sich entweder als Graustufenbild oder als Spektrum darstellen, also als Intensitätsverteilung für verschiedene Wellenlängen. Das neue Verfahren basiert auf der hyperspektralen Bildgebung, also auf der Kombination aus spektralen und räumlichen Informationen. Mit kostengünstigen und kommerziell verfügbaren Komponenten können die Forschenden jede Stan -
Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff. Für das Recycling ist es wichtig herauszufinden, mit welchem Material genau man es zu tun hat. Eine neue Methode könnte dabei helfen.
(Bild: RUB, Kramer)
dardkamera in eine HyperNIR-Kamera verwandeln und so spektrale Informationen in Bilder überführen. Sie nutzen dafür eine steuerbare Polarisationsoptik. Externe Marker, zum Beispiel Farbstoffe, können auch erfasst werden, sind aber nicht erforderlich.
Das System erstellt drei Aufnahmen pro Probe, die detaillierte spektrale Informationen liefern. Während herkömmliche Verfahren eine Probe zeitintensiv abrastern müssen, ist die HyperNIR-Kamera deutlich schneller. «Die Fähigkeit, unterschiedliche Materialien und deren Eigenschaften in Echtzeit zu analysieren, kann die Effizienz von Prozessen in der Umweltüberwachung erheblich steigern», prognostiziert Sebastian Kruss vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS.
So zeigten die Forschenden beispielsweise, dass sie mit der Hyper-NIR-Technik in Echtzeit verfolgen konnten, wie eine Paprika-Pflanze Wasser aufnimmt – und zwar kontaktlos und ohne Farbstoffe einzusetzen. «Diese hyperspektrale Bildgebung lässt sich potenziell auch auf andere Moleküle übertragen», gibt Jan Stegemann einen Ausblick. «So könnte man den Nährstoffgehalt in einer Pflanze überwachen oder einen Befall mit Schädlingen sowie pflanzlichen Stress frühzeitig erkennen.»
Das HyperNIR-Verfahren kann auch mit der Fluoreszenzmikroskopie kombiniert werden, um verschiedene fluoreszierende Moleküle zu unterscheiden, die als Marker genutzt werden. Das macht das System potenziell für die biomedizinische Forschung interessant. Diesen Anwendungs-
Mit der «HyperNIR»-Technik verfolgten die Forschenden, wie eine Paprikapflanze Wasser in die Blätter aufnimmt. Mit der mittig über der Pflanze angebrachten Kamera konnten sie im Nahinfrarot-Licht die Vorgänge im Inneren der Pflanze beobachten. (Bild: Jan Stegemann)
bereich möchte die Forschungsgruppe künftig weiter erschliessen.
«Eine Integration des Verfahrens in Drohnen könnte zudem eine neue Dimension der Datenerfassung und -analyse eröffnen und so bei der Lösung drängender Umweltfragen im Bereich Landwirtschaft helfen», skizziert Sebastian Kruss eine mögliche Weiterentwicklung der Technik. Die Ergebnisse wurde in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
www.ruhr-uni-bochum.de
Bestimmte Waschmittelzusätze, die sogenannten Aminopolyphosphonate, die über das Abwasser in Kläranlagen gelangen, können dort zu Glyphosat und verwandten problematischen Stoffen umgesetzt werden. Diesen grundsätzlichen Nachweis haben Forschende jetzt erbracht.
Die Forschungsgruppe vom Geo- und Umweltforschungszentrum der Universität Tübingen führte dazu umfangreiche Versuche im Labor durch, bei denen auch die Bedingungen im Abwasser berücksichtigt wurden. Der Befund erhärtet den Verdacht, dass die Waschmittelzusätze eine bedeutende Quelle für die beständig hohen Glyphosatmengen in europäischen Gewässern bilden könnten. Bisher ging man davon aus, dass Glyphosat fast ausschliesslich von der Landwirtschaft über die Verwendung als Herbizid in die Umwelt gelangt. Glyphosat gilt als weltweit meistverwendeter Wirkstoff in Herbiziden. In Pflanzen und vielen Mikroorganismen hemmt es die Bildung lebenswichtiger Proteinbausteine, sodass das Wachstum unterbunden wird. Durch Auswaschung aus Böden kann Glyphosat in Gewässer und die Umwelt gelangen. Wie stark Lebewesen aller Art dadurch geschädigt werden, ist nicht abschliessend geklärt; Ökologen warnen vor unüberschaubaren Folgen. Auf den menschlichen Körper wirkt Glyphosat nur schwach giftig, allerdings wird eine krebserregende Wirkung diskutiert.
Auch ohne Landwirtschaftseintrag vorhanden
In der EU steht vor allem die Landwirtschaft wegen des Einsatzes von Glyphosat in der Kritik. «Uns war aufgefallen, dass auch in Gebieten und zu Zeiten, in denen kaum Glyphosateintrag aus der Landwirtschaft zu erwarten ist, die Mengen in Gewässern nicht entsprechend abnahmen», berichten Stefan Haderlein und seine Kollegin Carolin Huhn vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen. Sie vermuteten einen Zusammenhang mit abwasserbürtigen Vorläufersubstanzen wie Aminopolyphosphonaten.
Aminopolyphosphonate werden in Waschmitteln als Komplexbildner eingesetzt zur Enthärtung des Wassers und Verstärkung der Reinigungswirkung. Ob sie aus gewässerökologischer Sicht eine Verbesserung gegenüber den ebenfalls schlecht abbaubaren Vorgängersubstanzen sind, halten die Forschenden für fraglich. (Bild: Shutterstock)
Aminopolyphosphonate werden in Waschmitteln als Komplexbildner eingesetzt zur Enthärtung des Wassers und Verstärkung der Reinigungswirkung. Ob sie aus gewässerökologischer Sicht eine Verbesserung gegenüber den ebenfalls schlecht abbaubaren Vorgängersubstanzen sind, hält Haderlein für fraglich. «Letztendlich wird auch aus den Aminopolyphosphonaten Phosphat freigesetzt, welches eine Sauerstoffverarmung in Gewässern durch vermehrtes Algenwachstum fördert», sagt er. Als Umweltmineraloge interessiert sich Haderlein für chemische Reaktionen, die an Mineraloberflächen ablaufen. «Daher wussten wir aus einem früheren Projekt, dass Polyphosphonate an Manganmineralen adsorbieren und reagieren können.»
In den Laborversuchen der aktuellen Studie habe sich gezeigt, dass Manganverbindungen, die sehr häufig in Bodensedimenten, aber auch im Abwasser und im Klärschlamm vorkommen, der Schlüssel für eine mehrstufige Umwandlung von Aminopolyphosphonaten sind, bei der Glyphosat als Nebenprodukt entsteht. «Wir haben im Labor Bedingungen wie etwa Sauerstoffgehalt und pH-Werte variiert und Abwasser verwendet, in dem zahlreiche verschiedene Substanzen die Reaktionen mit Mangan beeinflussen könnten. Doch entstand aus DTPMP, dem wichtigsten Vertreter der Aminopolyphosphonate, bereits mit winzigen Mengen gelösten Mangans immer Glypho -
Wasserenthärter
Ob flüssig, in Pulverform oder Pods, die meisten Waschmittel enthalten Wasserenthärter. Diese Substanzen helfen, die Härte des Wassers zu reduzieren, indem sie Calcium- und Magnesiumionen binden, die für hartes Wasser verantwortlich sind. Durch die Enthärtung des Wassers kann das Waschmittel effektiver reinigen, da es die Bildung von Kalkablagerungen verhindert und die Waschwirkung verbessert. Typische Wasserenthärter in Pulverwaschmitteln sind:
Zeolithe
Zeolithe sind aluminosilikatische Verbindungen, die Calcium- und Magnesiumionen gegen Natriumionen austauschen. Sie sind in vielen Pulverwaschmitteln enthalten.
Phosphate
Phosphate waren früher weit verbreitet, sind aber aufgrund von Umweltbedenken in vielen Ländern eingeschränkt oder verboten. Sie binden Calcium- und Magnesiumionen effektiv.
Citrate
Citrate sind umweltfreundlichere Alternativen zu Phosphaten. Sie binden Calciumionen und sind in vielen modernen Waschmitteln enthalten.
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)
EDTA ist ein Chelatbildner, der Metallionen bindet. Es wird in einigen Waschmitteln verwendet, ist aber aufgrund von Umweltbedenken weniger verbreitet.
Nitrilotriessigsäure (NTA)
NTA ist ein weiterer Chelatbildner, der in einigen Waschmitteln verwendet wird. Auch hier gibt es Umweltbedenken.
Ionenaustauscher
Einige Waschmittel enthalten spezielle Ionenaustauscher, die Calcium- und Magnesiumionen binden und so die Wasserhärte reduzieren.
ChemieXtra
sat, sofern zugleich Sauerstoff vorhanden war. Und mit mineralischem Mangan sogar in Abwesenheit von Sauerstoff», berichtet der Forscher. Haderlein hinterfragt auch bisherige Laborergebnisse zum mikrobiellen Abbau der Aminopolyphosphonate. «In den Nährmedien für die Mikroorganismen ist meist Mangan enthalten», stellt er fest. So könne ein vermeintlich beobachteter Bioabbau von Aminopolyphosphonaten ein rein chemischer Prozess sein.
«Wir haben nun den Nachweis erbracht, dass aus bestimmten Aminopolyphosphonaten, die in Waschmitteln eingesetzt werden, in Anwesenheit von Mangan Glyphosat entsteht. Das ist ein wichtiger Schritt. Im nächsten Schritt muss nun geprüft werden, welche Rolle diese Glyphosatquelle mengenmässig spielt», fasst Haderlein den
Stand der Untersuchungen zusammen. Dazu müssen wir noch besser verstehen, wie Umweltbedingungen in Gewässern und Abwassersystemen die Menge an Glyphosat beeinflussen, das bei der Reaktion von DTPMP mit Mangan entsteht.
«Professor Haderlein und Professorin Huhn und deren Mitarbeitende decken mit ihrer Forschungsarbeit hochspannende Zusammenhänge auf, die viel Aufmerksamkeit in der interessierten Öffentlichkeit hervorrufen. Die Ergebnisse können dabei helfen, unsere Umwelt besser zu schützen», sagt Professorin Dr. Dr. h.c. (Dõshisha) Karla Pollmann, die Rektorin der Universität Tübingen. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
https://uni-tuebingen.de
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Pilze gelten als eine vielversprechende Quelle für biologisch abbaubare Materialien. Jetzt haben Forschende ein neues Material entwickelt, das auf einem Pilzmycel und dessen extrazellulärer Matrix basiert. Das verleiht dem Biomaterial besonders vorteilhafte Eigenschaften.
Anna Ettlin ¹
Nachhaltig produzierte, biologisch abbaubare Materialien sind ein wichtiger Schwerpunkt der modernen Materialforschung. Doch die Verarbeitung natürlicher Materialien wie Cellulose, Lignin oder Chitin stellt Forschende vor einen Kompromiss. In ihrer reinen Form sind die natürlichen Werkstoffe zwar biologisch abbaubar, aber oft nicht leistungsfähig genug. Durch chemische Verarbeitungsschritte lassen sie sich stärker, widerstandsfähiger oder geschmeidiger machen – dabei büssen sie aber wiederum an Nachhaltigkeit ein.
Forschende aus dem Labor «Cellulose and Wood Materials» der Empa haben jetzt ein biobasiertes Material entwickelt, das diesen Kompromiss geschickt umgeht. Es ist nicht nur vollständig biologisch abbaubar, sondern auch reissfest und besitzt vielseitige funktionale Eigenschaften. Das alles mit minimalen Verarbeitungsschritten und ganz ohne Chemie – man kann es sogar essen. Sein Geheimnis: Es lebt.
Von
Als Grundlage für ihr neuartiges Material verwendeten die Forschenden das Mycel des Gemeinen Spaltblättlings, ein weit verbreiteter essbarer Pilz, der auf totem Holz wächst. Mycelien sind wurzel-ähnliche fadenförmige Pilzstrukturen, die bereits rege als potenzielle Materialquellen erforscht werden. Normalerweise werden die Mycelfasern – sogenannte Hyphen – dafür gereinigt und gegebenenfalls chemisch bearbeitet, was den bekannten Kompromiss zwischen Leistung und Nachhaltigkeit mit sich bringt.
Die lebende Folie ist nahezu transparent und besitzt eine gute Reissfestigkeit. Sie könnte zum Beispiel als Bio-Kunststoff zum Einsatz kommen. (Bilder: Empa)
Die Forschenden wählten einen anderen Ansatz. Anstatt das Mycel aufwändig aufzubereiten, verwenden sie es als Ganzes. Beim Wachsen bildet der Pilz nämlich nicht nur die Hyphen aus, sondern auch eine sogenannte extrazelluläre Matrix: ein Netz aus unterschiedlichen faserartigen Makromolekülen, Proteinen und weiteren biologischen Stoffen, welche die lebenden Zellen absondern. «Der Pilz nutzt diese extrazelluläre Matrix, um sich Struktur und andere funktionale Eigenschaften zu verleihen. Warum sollten wir nicht dasselbe tun?», erklärt Ashutosh Sinha. «Die Natur hat bereits ein optimiertes System entwickelt», ergänzt Gustav Nyström, Leiter des «Cellulose and Wood Materials»Labors.
Mit ein bisschen gezielter Nachoptimierung haben die Forschenden der Natur auf die Sprünge geholfen. Aus der enormen genetischen Diversität des Gemeinen Spaltblättlings wählten sie einen Stamm, der besonders viel von zwei bestimmten Makromolekülen bildet: dem langkettigen Polysaccharid Schizophyllan und dem seifenähnlichen Protein Hydrophobin. Hydrophobine sammeln sich aufgrund ihrer Struktur an Grenzflächen zwischen pola -
ren und apolaren Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser und Öl. Schizophyllan ist eine Nanofaser: weniger als einen Nanometer dick, aber mehr als tausendmal so lang. Gemeinsam verleihen diese zwei Biomoleküle dem lebenden Mycelmaterial Eigenschaften, die es für verschiedenste Einsatzgebiete fit machen.
Die Vielseitigkeit ihres Materials zeigten die Forschenden gleich selbst im Labor. In ihrer Studie, die in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht wurde, stellten sie zwei Anwendungsmöglichkeiten für das lebende Material vor: eine kunststoffähnliche Folie und eine Emulsion. Emulsionen sind Mischungen aus zwei oder mehr Flüssigkeiten, die sich normalerweise nicht mischen lassen. Wer ein Beispiel sehen möchte, braucht bloss den Kühlschrank zu öffnen: Milch, Salatsauce oder Mayonnaise zählen dazu. Aber auch diverse Kosmetika, Farben und Lacke liegen als Emulsionen vor.
Eine Herausforderung besteht darin, solche Gemische zu stabilisieren, damit sie sich über Zeit nicht wieder in die einzel -
In der Natur wächst der Gemeine Spaltblättling auf totem Holz und bildet Fruchtkörper, die in weiten Teilen der Welt als Speisepilz gelten. (Bild: Shutterstock)
Dank den Hilfsmolekülen in ihrer extrazellulären Matrix sind die Mycelfasern gute natürliche Emulgatoren – sie sind sogar essbar.
nen Flüssigkeiten «entmischen». Hier zeigt sich das lebende Mycel von seiner besten Seite: Sowohl die Schizophyllan-Fasern als auch die Hydrophobine wirken als Emulgatoren. Und der lebende Pilz gibt laufend mehr von diesen Molekülen ab. «Das ist wohl die einzige Art von Emulsion, die mit der Zeit stabiler wird», sagt Sinha. Sowohl die Pilzfäden selbst als auch ihre Hilfsmoleküle sind dabei komplett ungiftig, biologisch kompatibel und sogar essbar – der Gemeine Spaltblättling gilt in weiten Teilen der Welt als Speisepilz. «Die Anwendung als Emulgator in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie ist daher besonders interessant», weiss Nyström.
Aber auch für klassische Materialanwendungen kommt das lebende Pilznetzwerk in Frage. In einem zweiten Experiment haben die Forschenden dünne Folien aus ihrem Mycel hergestellt. Die extrazelluläre Matrix mit den langen Schizophyllan-Fasern verleiht dem Material eine sehr gute Reissfestigkeit, die durch gezieltes Ausrichten der Pilz- und Polysaccharidfasern weiter verstärkt werden kann. «Wir verbinden die bewährten Methoden zur Verarbeitung von faserbasierten Materialien mit dem aufstrebenden Gebiet der lebenden Materialien», erläutert Nyström. Sinha ergänzt: «Unser Mycel ist sozusagen ein lebender Faserverbundwerkstoff.» Die Eigenschaften dieses Werkstoffs können die Forschenden steuern, indem sie die Bedingungen verändern, unter denen der Pilz wächst. Denkbar wäre auch der Ein -
Die Pilzkultur des Gemeinen Spaltblättlings auf einem Nährmedium. Aus der Petrischale links wurden Proben entnommen. Sicheres Scale-up vom Labor zur
satz anderer Pilzstämme oder -arten, die andere funktionale Makromoleküle produzieren.
Die Arbeit mit dem lebendigen Werkstoff bringt aber auch gewisse Herausforderungen mit sich. «Biologisch abbaubare Materialien reagieren immer auf ihre Umgebung», weiss Nyström. «Wir wollen Anwendungsmöglichkeiten finden, bei denen diese Interaktion nicht hinderlich ist – oder sogar von Vorteil.» Die biologische Abbaubarkeit ist indes nur ein Teil der Geschichte für das Mycel. Es ist auch biologisch abbauend: Der Gemeine Spaltblättling kann Holz und pflanzliche Materialien aktiv zersetzen. Hier sieht Sinha eine weitere Anwendungsmöglichkeit: «Anstelle der kompostierbaren Plastikbeutel für Küchenabfälle könnte man daraus Beutel herstellen, welche die organischen Abfälle selbst kompostieren», sagt der Forscher. Vielversprechende Anwendungen gibt es für das Mycel aber auch im Bereich der nachhaltigen Elektronik. So reagiert das Pilzmaterial beispielsweise reversibel auf Feuchtigkeit und könnte zur Herstellung von bioabbaubaren Feuchtigkeitssensoren verwendet werden. Eine weitere Anwendung, an der Nyströms Team gerade arbeitet, kombiniert das lebende Material mit zwei weiteren Forschungsprojekten aus dem «Cellulose and Wood Materials»-Labor: der Pilzbatterie und der Papierbatterie. «Wir wollen eine kompakte, biologisch abbaubare Batterie herstellen, deren Elektroden aus einem lebenden Pilzpapier bestehen», sagt Sinha.
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Mit dem «Innovation Technology Hub» in Winterthur Töss hat Sulzer seinen vierten Standort in der Schweiz eröffnet. Das Ziel der 3150 Quadratmeter grossen Labor- und Forschungsfläche: Die Forschungs- und Entwicklungskapazitäten in Polymerverarbeitung und -recycling zu erhöhen.
Mit der Zunahme der Weltbevölkerung nimmt auch die Menge an Kunststoffen, die für Verpackungen, Elektronik oder das Bauwesen verwendet werden, stetig zu. Traditionell werden diese Kunststoffe aus fossilen Quellen hergestellt. Biopolymere wie PLA (Polymilchsäure) und PCL (Polycaprolacton) hingegen können aus erneuerbaren Quellen und biologisch abbaubar hergestellt werden und haben einen viel geringeren CO2-Fussabdruck. Sie tragen zur Lösung von zwei
Einweihungsfeier mit Tim Schulten, Divisionsleiter Sulzer Chemtech; Suzanne Thoma, Executive Chairwoman von Sulzer; Carmen Walker Späh, Volkswirtschaftsdirektorin des Kantons Zürich; und Michael Künzle, Stadtpräsident von Winterthur. (Bild: Sulzer)
grossen ökologischen Herausforderungen bei: Kohlenstoffemissionen und Plastikabfälle. Sulzer ist führender Anbieter für die Herstellung von PLA, dem derzeit wichtigsten Biokunststoff. Die Technologie des Unternehmens wird in
Der 22. Schweizer Sonderabfalltag lockte am 19. Juni rund 180 Fachpersonen aus Gewerbe, Industrie und Behörden nach Olten. Im Fokus der Tagung standen aktuelle Entwicklungen in der Sonderabfallwirtschaft:
von neuen Gefahrgutregelungen über PFAS-Problematiken bis hin zur Krisenkommunikation.
Aizea Astor Hoschen (FEAD –European Waste Management Association) erläuterte Neuerungen im ADR 2025 (Überein-
ten Arabischen Emiraten entsteht.
Nach der Eröffnung des «Innovation Technology Hub» in Singapur im März 2024 soll der neue Standort die Entwicklung und den Einsatz neuer Biopolymere beschleunigen. In Töss geht es um massgeschneiderte Lösungen: die Reinigung von Materialien, die Herstellung nachhaltiger Schaumstoffe aus rezyklierten Materialien oder die Entwicklung biobasierter Kunststofflösungen.
den meisten PLA-Anlagen eingesetzt, wie in Indiens erster Anlage zur Umwandlung von Zuckerrohr in Biokunststoff, einer PLA-Produktionsstätte in China oder bei der weltweit grössten PLA-Produktionsanlage, die derzeit in den Vereinig -
Das Zentrum ist mit Folien-, Form-, Schaum- und Extrusionsanlagen ausgestattet, die es ermöglichen, Biopolymere präzise zu formen, um spezifische Kundenanforderungen wie Haltbarkeit, Flexibilität oder biologische Abbaubarkeit zu erfüllen.
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kommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Strasse) zur Verpackung gefährlicher Abfälle. Benny Irniger (Gefag) zeigte die rechtlichen Unterschiede zwischen ADR und VeVA (Verordnung über den Verkehr mit Abfällen) auf. Christiane Wermeille (Bafu) warb für ein Umdenken in Richtung Kreislaufwirtschaft, da Recycling allein nicht ausreiche. Die PFAS-Problematik wurde von Steven De Laet (Inopsys) praxisnah vertieft – mit Fokus auf aktuellen Technologien für deren Entfernung aus der Umwelt.
Auch industrielle Praxisbeispiele wurden vorgestellt: Nicola Tabertshofer (Getec) präsentierte effiziente Entsorgungs -
prozesse in Industrieparks, Markus Peter (AGVS – Auto Gewerbe Verband Schweiz) berichtete über Lithium-Batterien und gefährliche Abfälle im Garagengewerbe. Adrian Seiler (Tinovachem) demonstrierte den Ernstfall bei Verätzungen und die Wichtigkeit funktionierender Notfallausrüstung. Zum Abschluss gab Michael Felber der Agentur int/ext konkrete Tipps zur Krisenkommunikation: Klarheit, Schnelligkeit und Übung sind entscheidend. Der Schweizer Sonderabfalltag wurde von EcoServe organisiert. Die nächste Ausgabe findet am 9. Juni 2026 statt.
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Der Schleim, der die Nasenhaare bedeckt, übernimmt eine zentrale Funktion bei der Reinigung der eingeatmeten Luft. Er filtert Pollen und Staubpartikel heraus, die sonst bis in die Lunge vordringen könnten. Forschende haben jetzt gezeigt, dass sich dieses natürliche Prinzip auch auf technische Luftfilter, etwa in Klimaanlagen, übertragen lässt. Ein neuer Filter nutzt eine hauchdünne Flüssigkeitsschicht, um Partikel mithilfe von Kapillarkräften festzuhalten. Dabei bilden sich Flüssigkeitsbrücken zwischen den Staubpartikeln und den Fasern des Filters. Diese verhindern, dass sich die Staubpartikel ab -
Inspiriert durch die natürliche Filterwirkung des Nasenschleims: Neuartiger Luftfilter mit Flüssigkeitsbeschichtung (Bild: MPI-P)
lösen und führen zu kompakten Staubaggregaten. Anders als herkömmliche Filter, die sich mit der Zeit zusetzen und die Luftzirkulation behindern, bleibt der neue Filter länger durchlässig – bei gleichzeitig hoher Filterleistung.
«Die Technologie ist ein Schritt in Richtung langlebiger, energieeffizienter Filtersysteme», sagt Dr. Michael Kappl vom Max-Planck-Institut in Mainz, einer der beteiligten Autoren. «Besonders beeindruckend ist, dass selbst ultrafeine Partikel im Nanometerbereich zuverlässig gebunden werden.»
Das Projekt vereint Fachwissen aus Südkorea (Chung-Ang University, Incheon National University), den USA (University of Cincinnati) und Deutschland (Max-Planck-Institut für Polymerforschung).
Federführend war das Team um Professor Sanghyuk Wooh (Chung-Ang University, Seoul), das die zugrunde liegende
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Idee und das Design entwickelte.
Diese neue Filtertechnologie eignet sich für zahlreiche Einsatzbereiche, sowie in Lüftungs- und Klimaanlagen, industriellen Abluftsystemen, medizinischen Schutzmasken, Reinräumen sowie Staub- und Rauchfiltern in städtischen Gebieten. Durch die hohe Partikelbindung bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch kann die Technologie langfristig Kosten senken und Umweltbelastungen verringern. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
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Für viele Chemikalien-Anwendungen stehen verschiedene Stoffe zur Verfügung, die sich in ihren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt sehr unterscheiden können. Eine frei verfügbare Webanwendung unterstützt Anwender und Hersteller von Erzeugnissen dabei, die Nachhaltigkeit ihrer Chemikalien zu bewerten und gute Chemikalien auszuwählen. «ChemSelect» unterstützt KMU wie etwa Spielzeug- oder Textilproduzenten, aber auch Farbenhersteller oder chemische Reinigungen bei der Nachhaltigkeitsbewertung ihrer eingesetzten Stoffe und Gemische. Dadurch schützen sie nicht nur die Umwelt, sondern können auch Risiken für ihr Unternehmen verringern und Kosten für
aufwändige Risikomanagement-Massnahmen vermeiden. Mit der Webanwendung können Nutzer schauen, ob die von ihnen eingesetzten Chemikalien oder Gemische schädlich sind und ob es Hinweise auf nachhaltigere Ersatzstoffe gibt. Durch die Auswahl weniger belastender Stoffe kann damit jeder seinen ökologischen Fussabdruck. Für ein Nachhaltigkeitsscreening eignet sich das Tool auch für Forschende oder Behörden. ChemSelect unterscheidet zwischen unkritischen, kritischen und sehr kritischen Eigenschaften und hebt problematische Eigenschaften wie beispielsweise «krebserregend» oder «umweltschädlich» hervor. Anhand von 9 Kriterien – darun -
ter die Erwähnung auf Listen problematischer Stoffe, der Schutz von Klima und Ozonschicht, der Ressourcenverbrauch, die Kreislauffähigkeit und die Verantwortung der Lieferanten – wird ein Nachhaltigkeitsprofil der Stoffe und Gemische erstellt. Gleichzeitig lassen sich bis zu 5 Stoffe vergleichen. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt in einem Ampelsystem. Bei Stoffen und Gemischen startet die Eingabe mit leicht verfügbaren Informationen aus dem Sicherheitsdatenblatt. Auch bei Datenlücken wird ein Ergebnis erzielt und angezeigt, an welchen Stellen die Lücken bestehen. Das Tool ist kostenlos und in 10 Sprachen verfügbar. Es ist via Browser (siehe Link unten)
«ChemSelect» bietet Unterstützung und Verbesserung beim Management von Chemikalien. (Symbolbild: Shutterstock)
auf nutzbar oder kann als Docker-Image https://hub.docker. com/r/ubadeu/chemselect oder als Debian-Programmpaket heruntergeladen werden. Die Anwendung ist eine Weiterentwicklung des «Leitfadens nachhaltige Chemikalien» des Öko-Instituts (www.oeko.de).
https://chemselect.uba.de
Bei der Diagnose von Krankheiten sind Schnelligkeit und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Forschende der Technischen Universität München und des Imperial College London haben eine neue Methode entwickelt, um Bakterien mit bislang ungekannter Geschwindigkeit zu identifizieren.
Traditionell erfolgt die Diagnose von bakteriellen Erkrankungen über das langwierige Isolieren der Erreger und Anlegen von Bakterienkulturen. Wartezeiten von mehreren Tagen sind hier die Regel. Erst danach kann mit der gezielten Behandlung der Erkrankung begonnen werden. Bei ihrem neuen Ansatz konnten die Forschenden mittels Massenspektrometrie direkt in den Gewebe- und Stuhlproben spezifische Stoff-
wechselprodukte von Bakterien identifizieren.
Kernstück des Verfahrens ist eine Datenbank, in der bislang 232 medizinisch besonders wichtige Bakterienspezies und ihre Stoffwechselprodukte verzeichnet sind. Aus dieser werden Biomarker hergeleitet, die dann zur direkten Detektion bestimmter Bakterien verwendet werden können. Unter den mit der neuen Methode identifizierbaren Bakterien sind klinisch extrem bedeutende Erreger, die zum Beispiel Magenkrebs auslösen können, für bestimmte Lungen- und Hirnhautentzündungen verantwortlich sind, mit Frühgeburten in Zusammenhang stehen sowie Gonorrhö oder Blutvergiftungen verursachen können.
Erstautorin Wei Chen, Doktorandin am Department of Bio -
Massenspektrometer wird mit Probe befüllt. (Bild: TU München)
science der TUM School of Natural Sciences in Garching, betont: «Unser Ansatz besteht darin, nicht direkt nach den krankmachenden Bakterien zu suchen, sondern lediglich nach ihren Stoffwechselprodukten. Das ermöglicht uns einen indirekten, aber sehr viel schnelleren Nachweis.»
Die Forschenden sehen grosse Chancen für die Nutzung in der personalisierten Medizin, bei der die Therapie exakt auf die jeweiligen Betroffenen abgestimmt wird. Durch zielgenaue Interventionen lässt sich die Chance auf einen Behandlungserfolg dramatisch verbessern. Nun gilt es die Biomarker-Datenbank weiter auszubauen, um den regelmässigen Einsatz der neuen Methode in der klinischen Praxis zu ermöglichen. Insgesamt sind den Forschenden zufolge über 1400 bakterielle Krankheitserreger bekannt und beschrieben. Deren spezifische Stoffwechselprodukte sollten nun erfasst und ebenfalls aufgenommen werden.
www.tum.de
Die Sauerstoffgasentwicklung gilt als einer der energieintensivsten Schritte der Wasserelektrolyse und ist damit ein zentraler Hebel, um die Produktion von grünem Wasserstoff effizienter zu machen. Modellierungen der Reaktionsmechanismen legten bisher zugrunde, dass die elementaren Schritte nacheinander ablaufen, nicht gleichzeitig. Forschende konnten jetzt zeigen, dass diese Annahme nicht immer stimmt.
Grundsätzlich werden zwei Arten der Katalyse unterschieden: Homogene Katalysatoren befinden sich im gleichen Aggregatzustand wie die umzusetzenden Stoffe (alle sind z.B. flüssig), heterogene Katalysatoren liegen in einer anderen Phase vor: zum Beispiel als Feststoff, der mit Flüssigkeiten oder Gasen reagiert. Damit eine Reaktion an einem festen Katalysator überhaupt ablaufen kann, müssen die Ausgangs -
stoffe (Edukte) sich an dessen Oberfläche anlagern (Adsorption) und nach erfolgter Umsetzung wieder lösen (Desorption).
Bisher ist die Forschung bei festen Katalysatoren – d.h. in der heterogenen Variante – davon ausgegangen, dass Adsorption und Desorption nacheinander passieren: Das Edukt bindet an den Katalysator, reagiert, anschliessend löst sich das Produkt ab. Bei homogenen Katalysatoren dagegen ist bekannt, dass diese Schritte gleichzeitig ablaufen.
Bei der Modellierung von Reaktionsmechanismen in der heterogenen Katalyse wurden mögliche parallel ablaufende Elementarschritte bisher nicht immer berücksichtigt. Doch eine theoretische Studie zeigt jetzt: Der Feststoff Iridiumdioxid (IrO2), der zur Herstellung von grünem Wasserstoff als Anodenmaterial verwendet wird, verhält sich in der Sauer-
«Walden-artiger Mechanismus», in dem sich Wasser an der katalytisch aktiven Oberfläche anlagert und sich gleichzeitig Sauerstoff löst. Sauerstoffatome: rote Kugeln; Wasserstoff: weisse Kugeln; Iridiumatome: hellgrüne Kugeln. (Bild: UDE/Muhammad Usama)
stoffgasentwicklung ähnlich wie ein homogener Katalysator: Sauerstoff entsteht in einem «Walden-artigen Mechanismus», in dem Adsorption und Desorption analog zur homogenen Variante gleichzeitig ablaufen. Das widerspricht der bisherigen Vorstellung und eröffnet neue Möglichkeiten, Elektrodenmaterialien zu ver-
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bessern, die sich stärker an den Prinzipien der homogenen Katalyse orientieren.
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und sollen neue Möglichkeiten eröffnen bei der Verbesserung fester Katalysatoren.
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Michael Wyer Präsident Sektion Oberwallis
Backen mit Leidenschaft
Am Freitag, 20. Juni 2025, trafen sich Mitgliederinnen und Mitglieder der SCV-Sektion Nordwestschweiz sowie Freundinnen und Freunde zu einem besonderen Event in der Konditorei Buchmann in Münchenstein. Der Anlass begann um 16:30 Uhr bei strahlendem Sonnenschein.
Nach einer freundlichen Begrüssung wurde die gut gelaunte Gruppe an Lukas Jenny übergeben, der den abwesenden Dominique Buchmann vertrat und uns durch die Veranstaltung führte.
Lukas eröffnete mit einem spannenden Rückblick auf die Geschichte der Bäckerei/Konditorei Buchmann, die seit 1953 in Familienbesitz ist. Emanuel Buchmann Senior gründete damals eine kleine Bäckerei in Münchenstein. Heute wird der Betrieb in der dritten Generation von Dominique Buchmann geführt, der seit 2018 in der Produktion tätig ist und gemeinsam mit seinem engagierten Team neue Ideen verwirklicht. Isabelle Buchmann, seine Schwester, kümmert sich um das Marketing, die Kommunikation und vieles mehr. Im Anschluss wechselten wir in die Backstube, wo moderne Technik auf teils historische Maschinen trifft. Lukas erklärte anschaulich die Herstellung von Sauerteig und gab interessante Einblicke – etwa, wie viele Eier pro Woche verarbeitet werden. Verwendet werden weitgehend Schweizer Zutaten, darunter UrDinkel-Mehl und Butter. Dann wurde es praktisch: Alle Teilnehmenden durfte aus frischem UrDinkel-Zopfteig den
eigenen Zopf flechten. Einige zeigten dabei bereits geübte Hände. Während darauf der Teig ruhte und der Ofen aufgeheizt wurde, verarbeiteten wir gemeinsam den am Vortag vorbereiteten Brotteig zu Laiben. Diese wurden dann fachgerecht von Lukas in den Ofen geschoben. Als nächstes durften wir «Schoggiweggli», das beliebte regionale Gebäck, zubereiten –natürlich stand eine vorgebackene Charge zur Degustation bereit. Es war beeindruckend
zu erleben, wie viel Handarbeit, Zeit und Sorgfalt in der Herstellung von Brot, Zopf und Süssgebäck steckt. Man gewinnt dabei eine neue Wertschätzung für diese traditionellen Produkte. Während unsere Brote im Ofen backten (es wurde ziemlich warm in der Backstube), besichtigten wir die weiteren Räumlichkeiten des Betriebs –inklusive dem angenehm kühlen Rohstofflager im zweiten Untergeschoss. Dort lagern die vielen Mehlsorten und weiteren
Zutaten, die täglich in der Bäckerei verarbeitet werden. Zurück in der Backstube wurden unsere frisch gebackenen Brote und Zöpfe aus dem Ofen geholt, aus den Formen genommen und zum Abkühlen bereitgestellt. Zum Abschluss des Events erwarteten uns feine Canapés, Brötchen und ein Gläschen Wein oder Bier – ein gelungener Ausklang einer ebenso informativen wie genussvollen Feierabendveranstaltung.
Die selbstgebackenen Werke wurden schliesslich verpackt, um sie stolz nach Hause zu tragen. Ein herzliches Dankeschön geht an alle Teilnehmenden –insbesondere an das Team der Bäckerei Buchmann und an Lukas Jenny für die engagierte und sympathische Leitung des Workshops. Ebenfalls ein grosser Dank an den SCV Nordwestschweiz für die Organisation dieses besonderen Anlasses!
Felice Bertolami SCV-Sektion Nordwestschweiz
Salsiccia-Herstellung mit gemeinsamem Mittagessen
Ein Workshop in Liestal widmet sich der Herstellung der Salsiccia, der bekannten Bratwurst mit Extraklasse-Schweinefleisch und wildem Fenchel sowie diversen Gewürzen.
Die italienische Salsiccia gibt es in zahlreichen Varianten, abhängig von Region und verwendeter Fleischsorte. Wir konzentrieren uns an dieser Veranstaltung auf eine klassische, gut umsetzbare Variante mit Schweinefleisch. In einem praxisnahen Workshop zeigen wir Euch die einfache Herstellung der Salsiccia –sodass jede und jeder in der Lage sein wird, ihre oder seine
Wurst künftig auch zu Hause für Familie oder Freunde selbst zuzubereiten. Anschliessend wird gemeinsam gegrillt. Zum Mittagessen gibt es Pasta, frisch zubereitete Salsiccia, Salat, Brot sowie Getränke und Espresso –alles im Preis inbegriffen. Nicht verzehrte Würste werden unter den Teilnehmenden aufgeteilt und mitgenommen.
Wann und wo?
Der Workshop findet bei der AZ Holz AG statt, die über ausreichend Parkmöglichkeiten verfügt. Für diejenigen, die den ÖV bevorzugen, befindet sich eine Bushaltestelle in nur 5 Gehminuten Entfernung.
Datum: 1. November 2025, 9.00 bis ca. 14.30 Uhr Ort: AZ Holz AG, Oristalstrasse 121, 4410 Liestal
Anzahl Teilnehmer und Kosten
Teilnahmeberechtigt sind SCV-Mitglieder aus allen Sektionen. Die Anzahl Teilnehmer ist beschränkt auf maximal 16 Personen und der Workshop wird ab 8 Personen durchgeführt. Im Kostenbeitrag pro Person ist neben dem Workshop auch das Mittagessen einschliesslich Material und Verpflegung inbegriffen.
Lernende: 5 CHF
SCV-Mitglieder: 30 CHF Nicht-Mitglieder: 40 CHF
Anmeldung
Bitte melden Sie sich an bis zum 18. Oktober 2025 an Felice Bertolami mit einer SMS oder per WhatsApp an unter: +41 (0) 78 799 64 90 oder via E-Mail unter: felice.bertolami@gmx.ch
Wir freuen uns auf Eure aktive Teilnahme!
Felice Bertolami SCV-Sektion Nordwestschweiz
mit und ohne PTFE-Auskleidung
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Die kleinste ProzessbeobachtungsLeuchte für explosionsgefährdete Bereiche bietet einen besonders grossen Lichtstrom, denn ihr Motto lautet: Lumen (Output) ist der entscheidende Wert – nicht Watt (Input).
In vielen Industriebereichen – insbesondere in der Pharmaindustrie und der Chemie – ist eine zuverlässige Prozessbeobachtung unerlässlich. Dabei müssen mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden: – Sichere und leistungsstarke Beleuchtung – Direkte Sichtkontrolle durch Fachpersonal – Optionales Zubehör wie Scheibenwischer – Optionale Kamera-Systeme In der Praxis ist der dafür benötigte Platz jedoch oft eingeschränkt. Besonders bei kleinen Behältern oder Reaktoren ist die Integration mehrerer Komponenten problematisch. Bisherige Lösungen wie der Einsatz mehrerer Schauglas-Armaturen (d. h. separat für Beleuchtung und Beobachtung) oder grosser Schauglas-Armaturen (mit hohen Nennweiten) sind bei engen Platzverhältnissen entweder nicht möglich oder unpraktisch.
Besonders herausfordernd gestaltet sich die Situation in explosionsgefährdeten Bereichen, da die hier eingesetzten [Ex]-Komponenten üblicherweise grösser sind. Wo bisher Kompromisse notwendig waren, hat Max Müller nun eine innovative Lösung: die kleinste [Ex]Leuchte der Welt. Sie ist kompakt, leistungsstark, widerstandsfähig und vielseitig einsetzbar: – Extrem kompakte Bauform: ø 34×140 mm – Hohe Lichtleistung: 700 lm (= Output, äquivalent zu einem Halogen-Lichtstrom von ~50W) – Hohe Widerstandsfähigkeit: Ta –20 ° C bis +60 ° C/IP 66/68 – Zertifiziert für [Ex]-Bereiche: nach ATEX und IECEx
– Einzigartig: Optische Eigensicherheit (Ex op is) Das verbaute PowerLED-Modul erzielt einen hohen Effizienzgrad von 117 Lumen/Watt. Im Vergleich: Andere Produkte mit höherem Energieverbrauch (Watt) liefern oft weniger Licht (Lumen), da ein Grossteil der Energie in Wärme statt in Licht umgewandelt wird – ein unerwünschter Nebeneffekt, insbesondere im [Ex]-Bereich. Lumen (Output) ist der entscheidende Wert – nicht Watt (Input).
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In der Lebensmittelindustrie, dem Gesundheitswesen, der Umweltanalytik, der Gastronomie und angrenzenden Bereichen lassen sich jetzt Hygieneprüfungen auf mikrobielle Verunreinigungen mit Ergebnissen in unter 30 Sekunden durchführen, vom Messgerät via Bluetooth und USB übertragen und zum Beispiel in einer Cloud speichern.
Sowohl Fachkräfte als auch ungeübtes Personal entnehmen die Probe mit einem Stäbchen. Dieses löst im Gerät bei Anwesenheit von ATP, ADP oder AMP eine Biolumineszenzreaktion aus. Die drei Nukleotide spielen eine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel von Zellen und dienen als Indikatoren für biologische Verunreinigungen. Das Gerät ist in nur acht Sekunden einsatzbereit, kalibriert sich auto -
matisch und erlaubt die Festlegung individueller Grenzwerte. Ein LEDDisplay sorgt für eine intuitive Bedienung, während USB- und Bluetooth-Schnittstellen eine Synchronisierung mit einem Smartphone, Tablet oder PC sowie eine nahtlose Datenübertragung und Cloud-Speicherung ermöglichen. Dank seinem geringen Gewicht und der kompakten Bauweise lässt sich das Gerät («Lumitester Smart») einfach mitnehmen. Die Probennahmeröhrchen für Oberflächenund Flüssigkeitsanalysen («LuciPac») sind separat erhältlich.
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Auf der Ausgangsseite sorgt ein Überströmventil (ZM-B oder LPS) dafür, dass Schutzgas erst dann abgelassen wird, wenn der Druck auf z. B. 40 mbar g ansteigt. Solange sich der Druck zwischen 20 und 40 mbar g bewegt, wird kein Stickstoff verbraucht.
Prozess der Befüllung: Beim Befüllen von z. B. Behältern verdichtet sich das vorhandene Schutzgas, was zu einem Druckanstieg führt. Das Über-
strömventil öffnet sich, sobald der Grenzwert (z. B. 40 mbar g) erreicht ist, und verhindert somit einen weiteren Druckanstieg.
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von Baumer perfektionierten Frequenzhubtechnologie zuverlässig alle Medien mit Dielektrizitätskonstanten von 1,5 bis über 100. Baumer zeigt die 50er Serie, den Füllstandsensor CleverLevel und viele weitere intelligente Sensorlösungen auf der Ilmac in Basel, 16.-18. September, in Halle 1.0, Stand B254.
Baumer AG CH-8546 Islikon info@baumer.ch www.baumer.ch
Der Weg zur kompletten Digitalisierung von Prozessanlagen führt über lange Kabel, Explosionsschutz und Interoperabiltät. Erst diese Kombination ermöglicht eine durchgängige, transparente Kommunikation über alle Hierarchieebenen hinweg. Denn die Ethernet-Technologie lässt sich jetzt im Ex-Bereich einsetzen. Die Leitungswege erreichen Längen von bis zu 1000 m, wobei Kommunikation und Energieversorgung über ein- und dieselbe EthernetZweidrahtleitung erfolgt. Die Ethernet-Ports für das Einstecken der
Kommunikation und Stromversorgung in einem – auch für die Verbindung von Feldgeräten, wie Sensoren und Aktoren, mit einem Leitsystem für die Prozessautomatisierung (z.B. Foundation Fieldbus H1).
Kabel lassen sich bis zur ATEXKennzeichnung «Ex ia IIC» auswählen; damit wird die höchste Stufe der Eigensicherheit ebenso erreicht wie der beste Explosionsschutz (einschliesslich Gasen und Dämpfen mit niedriger Zündenergie). Gleichzeitig können bei dieser Art der Volldigitalisierung von Anlagen bestehende Installationen und Infrastrukturen genutzt werden. Tests und Zertifizierungen gewährleisten bei historisch gewachsenem, heterogenem Equipment die Interoperabilität von Geräten und Systemen verschiedener Hersteller.
Es wird durchgehend eine schnelle und effiziente Übertragung grosser Datenmengen mit einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s erreicht, wobei der Datenaustausch bidirektional erfolgt (Stichwort: Vollduplex). Dies erlaubt eine bidirektionale Echtzeitkommunikation bis in jeden Winkel im Feld einer Prozessanlage.
Pepperl+Fuchs AG CH-2504 Biel info@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch
Der neue «HygroFlex Advanced HF5A» von Rotronic kombiniert Feuchte-, Temperatur- und Taupunktmessung mit SmartphoneKompatibilität. Der Messumformer ist dank der integrierten NFC-Technologie besonders einfach konfigurierbar.
Der kompakte, wandmontierte «HF5A» im robusten IP65-Gehäuse ist für anspruchsvolle Umgebungen konzipiert. Er misst relative Feuchte (0 … 100 % rF) und Temperatur (–100 °C bis +200 °C) und ermöglicht psychrometrische Berechnungen wie den Taupunkt. Optional sind CO2- und Differenzdruckmessungen verfügbar. Das LCD-Display zeigt bis zu drei Parameter gleich -
zeitig an und verwendet Farbcodes für den Betriebszustand (grün), die Ausgangssimulation (orange) und den Alarm (rot). Zur Standardaus-
Das Kalibriergerät KAL 200 von Halstrup-Walcher ist eine praktische Kombination von Druckgeber und Druckmessgerät, mit dem Drucksensoren und andere Druckmessgeräte für niedrige Drücke in einfacher Weise geprüft und kalibriert werden können. Der gewünschte Druck wird digital vorgegeben, wobei ein Regelkreis für eine schnelle und genaue Druckerzeugung sorgt. Es ist kein An -
schluss an einen externen Druckluftgenerator notwendig. Dank der integrierten USB-Schnittstelle können Messwerte an den PC übertragen werden. Das Gerät stellt Spannungsversorgung und Messeingang für externe Messmittel bereit. Produkteigenschaften: – hohe Genauigkeit und Langzeitstabilität durch automatischen Nullpunktabgleich – Erzeugung von positiven und negativen Differenzdrücken -80 kPa bis zu 100 kPa – mobil, mit Akku bis zu 8h Kalibrierung im Feld – einfache Menüführung zur Einheitenumschaltung, Setzen von Kalibrierpunkten und Festlegen der Messspanne
Swissfilter AG CH-5037 Muhen info@swissfilter.ch www.swissfilter.ch
stattung gehören analoge 4–20 mA-Ausgänge und digitale RS485Ausgänge. Die Konfiguration erfolgt mit der Rotronic HygroSoft-App
oder PC-Software per Smartphone oder NFC-USB-Lesegerät – für eine intuitive Bedienung und schnelle Einrichtung.
Rotronic ist ein Unternehmen von DwyerOmega (vormals Process Sensing Technologies) und verfügt über mehr als 60 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Präzisionsmessgeräten, die weltweit für ihre Qualität und Zuverlässigkeit geschätzt werden. Rotronic stellt an der Ilmac Basel aus in Halle 1.0, Stand B173.
Rotronic AG CH-8303 Bassersdorf +41 44 838 11 11 www.processsensing.com
Der «Phoenix Black»-Muffelofen wurde speziell für den Einsatz in Laboren und der Prozesskontrolle entwickelt – ideal für die Analyse von Kunststoffen, Lebensmitteln, Bedarfsgegenständen, Holzprodukten, Ölen, chemischen Substanzen, Pharmazeutika, Umweltproben und mehr.
Unter Veraschungen in einem Muffelofen versteht man die thermische Zersetzung kohlenwasserstoffhaltiger Produkte, wobei die anorganischen Bestandteile zurückbleiben. Im Typ «Phoenix Black» geht das gemäss Hersteller bis zu 97 Prozent schneller als bei herkömmlichen Muffelöfen. Und einfacher: Neben der drastischen Zeitreduktion im auch ein «sauberes» Arbeiten ermöglicht. Das eingebaute Abluftsystem entfernt Rauch und Dämpfe selbstständig. Was mit der konventionellen Technik früher Stunden benötigte, wird mit der Phoenix-Technologie jetzt in nur wenigen Minuten erreicht. Das Abkühlen der Porzellantiegel in Exsikkator entfällt. Die CEM-Tiegel kühlen nach 10 Sekunden ab und können somit unmittelbar auf der Waage zurück gewogen werden.
CEM GmbH D-47475 Kamp-Lintfort info@cem.de www.cem.de
Ohne den Umgang mit komplexen Programmen erlernen zu müssen, bewerten Lebensmittelingenieure jetzt, unter Verwendung von Multiphysik-Simulations-Software, den Wärmetransport in Lebensmittelkonserven während der Sterilisation – und damit ihren Erfolg bei der Abtötung von Bakterien.
Die Nachfrage der Verbraucher nach haltbaren, langlebigen Konserven hat im Laufe der Jahre stetig zugenommen und wird voraussichtlich weiter ansteigen. Dies ist das Ergebnis einer aktuellen Studie von Fortune Business Insights, eines indischen Spezialisten für Marktforschungsdaten, massgeschneiderte Dienstleistungen, Analysen und Empfehlungen für verschiedene Branchen. Gleichzeitig steigt auch die Bedeutung der Sterilisation von Lebensmitteln in Konserven. Denn jeder Fehler in diesem Prozess kann dazu führen, dass schädliche oder sogar tödliche Bakterien in die Lebensmittel der Verbraucher gelangen. Dafür hat nun BE CAE & Test, ein italienisch-spanischer Dienstleister für Beratungen auf der Grundlage numerischer Modellierung und experimenteller Tests und ein zertifizierter Berater des Multiphysik-Simulations-Software-Spezialisten Comsol, mit Hilfe des «Application Builder» der Comsol-Software eine
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kundenspezifische Simulationsanwendung entwickelt. Diese bewertet die Effektivität des Wärmetransports in Lebensmittelkonserven während der Sterilisation, um die Abtötung von Bakterien zu beurteilen. Damit hilft die App Lebensmittelingenieuren bei der Durchführung von Sicherheitsanalysen für Lebensmittelkonserven mit präzisen, physikalisch basierten Modellen – ohne den Umgang mit Simulationssoftware erlernen zu müssen.
Comsol Multiphysics GmbH CH-8005 Zürich info-ch@comsol.com www.comsol.com
Als erfahrener und zuverlässiger Partner für anspruchsvolle Filtrationsaufgaben präsentiert die Sefiltec AG an der Ilmac ein vielseitiges Produktsortiment spezifisch für die Chemie- und Pharmaindustrie. Das Publikum erwartet unter anderem Filterbeutel, Filterkerzen, Filtermodule und Filterkapsulen in verschiedenen Materialien und Ausführungen, abgestimmt auf unterschiedlichste Prozessanforderungen. Ausserdem präsentiert das Unternehmen Filtergehäuse für komplexe und sensible Anwendungen mit Fokus auf Qualität, Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit.
onsbedingungen abgestimmt sind. Denn jede Anwendung bringt eigene Herausforderungen mit sich, die eine spezifische Filtrationslösung erfordern.
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Ausserdem besteht die Gelegenheit, gemeinsam mit Sefiltec passgenaue Lösungen zu erarbeiten, die optimal auf spezifische Kundenanforderungen und Produkti -
Unsere kompetenten Verkaufsberater sind während der gesamten Messezeit vor Ort und freuen sich auf den persönlichen Austausch in Halle 1.0, Stand C249.
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