ChemieXtra 5/2019

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Mai 2019

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE


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EDITORIAL

Von der Vergangenheit in die Zukunft Im August des Jahres 1847 tuckerte die erste Eisenbahn der Schweiz von Baden nach Zürich. Es war damals die einzige Zugverbindung. Heute rasen täglich rund zehntausend Züge am Tag auf einem dichten Netz von über dreitausend Kilometern durchs ganze Land. Die rund 1,25 Millionen Fahrgäste, die täglich in die Wagons steigen, merken nichts von diesen Dimensionen. Eine ähnliche Entwicklung könnte auch im Nanometerbereich stattfinden. Forscher arbeiten an sogenannten Nanotransportern. Diese Moleküle sind wie Güterwagen und können dank ihrer Struktur mit Wirkstoffen beladen

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werden. Auf der Oberfläche dieser «Medikamentenwagons» sitzen zum Beispiel Antikörper, die in Zukunft an bestimmte Tumorzellen andocken könnten. Die Antikörper entscheiden also, wohin die Reise geht. Einem anderen Mechanismus folgen sogenannte Nanokäfige. Sie bestehen aus DNA-Strängen, die so starr sind, dass eine Rückfaltung unmöglich ist. Auf diese Weise bleiben regelmässige Löcher im Inneren erhalten. Die nanometergrossen Gebilde können in ihren Hohlräumen kleinere Moleküle transportieren. In diesem Fall bestimmt die Struktur der DNA, wo und wie die beförderten Stoffe freigesetzt werden. Mehr zum Thema Nanotechnologie finden Sie im vorliegenden Heft unter der Rubrik Fokus. Einen Blick zurück in die Vergangenheit erhalten Sie im zweiten Beitrag

Neutronen, Elektronen noch Isotope bekannt und dennoch konnten sie ein erstes Periodensystem entwickeln – bleibt nur Anerkennung für ihre Arbeit.

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Mendelejew und Meyer. Damals im Jahr 1869 waren weder Protonen,

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ren Sie unter anderem mehr über die wissenschaftlichen Leistungen von

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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

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FOKUS

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Umweltfreundliche Nanopartikel

MEDIZIN Mit neuer Technologie Blutgruppen und Antigene bestimmen

Forschende der Universität Zürich haben neuartige Nano­ partikel für die künstliche Photosynthese entwickelt.

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CHEMIE

Online-Analyse der Kaffeeröstung

Neuartige Spiegelmoleküle erzeugen

Eine neue Technik kann normale Moleküle so schnell drehen lassen, dass diese ihre normale Symmetrie und Form verlieren und dabei zwei gespiegelte Varianten voneinander bilden.

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BIOWISSENSCHAFTEN

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IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 9. Jahrgang (2019) Druckauflage 11 200 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2018 10 619 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 260 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Alte Bahnhofstrasse 9a CH-5610 Wohlen +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com Redaktionelle Mitarbeit Etel Keller Alexander Jegge Dr. Kurt Hermann

IN KÜRZE

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NEWS

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VERANSTALTUNGEN

Die Powtech überzeugte auch in diesem Jahr wieder als internationale Leitmesse der Pulver- und Schüttgut-Indus­ trien. An drei Tagen konnten rund 14 200 Besucher ein erstklassiges Messeprogramm erleben und nützliche Kontakte knüpfen.

Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com, www.sigwerb.com Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

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Rückblick Powtech 2019

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Weltweit arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler derzeit daran, künstliche, zellartige Systeme herzustellen, die in der Lage sind, das Verhalten lebender Organismen nachzubilden.

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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

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TERMINE

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VERFAHRENSTECHNIK Füllstandsmessung mit Radar

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FIRMEN BERICHTEN Was auf die Industrie zukommt

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Ein Messverfahren, das in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, ist die Radarmesstechnik.

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WERKSTOFFE

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VERBANDSSEITEN

UMWELT Wie gefährlich ist Mikroplastik?

SCV-Informationen An der Technischen Universität München (TUM) entwickelt Natalia P. Ivleva analytische Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastik. In einem Interview erläutert sie den aktuellen Forschungsstand.

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PRODUKTE

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LIEFERANTEN­ VERZEICHNIS

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FOKUS

Künstliche Fotosynthese

Umweltfreundliche Nanopartikel Forschende der Universität Zürich haben neuartige Nanopartikel für die künstliche Photosynthese entwickelt: sogenannte Quantenpunkte aus Indiumphosphid und Zinksulfid. Mithilfe von Sonnenlicht generieren diese Teilchen aus gewöhnlichem Wasser Wasserstoff – einen nachhaltigen Energieträger. Diese leistungsstarken Quantenpunkte aus umweltfreundlichen Stoffen stehen nun erstmals für photokatalytische Prozesse zur Verfügung.

Quantenpunkte sind kleine Alleskönner. Es sind wenige Nanometer grosse Materialstrukturen, die sich ähnlich verhalten wie Atome oder Moleküle. Form, Grösse und Anzahl der Elektronen von Quantenpunkten lassen sich gezielt beeinflussen. Die elektronischen und optischen Eigenschaften der Nanopartikel können so optimal für die jeweiligen Einsätze angepasst werden: etwa für neue Displaytechnologien, biomedizinische Anwendungen sowie die moderne Photovoltaik und Photokatalyse.

Ein weiteres Anwendungsgebiet zielt darauf ab, Wasserstoff direkt aus Wasser und Sonnenlicht zu erzeugen. Wasserstoff ist ein sauberer und effizienter Energieträger und lässt sich in gängige Treibstoffe wie Methanol und Benzin umwandeln. Die vielversprechendsten Typen von Quantenpunkten, die bisher in der Energieforschung verwendet werden, enthalten Cadmium, das wegen seiner Giftigkeit aus vielen Verbrauchsgütern verbannt wurde. Nun hat das Team von Greta Patzke, Professorin am Institut für Chemie der Universität Zürich (UZH), zusammen mit Forschenden der Southwest Petroleum University in Chengdu und der Chinese Academy of Sciences neuartige Nanoteilchen ohne toxische Elemente für die Photokatalyse entwickelt.

Bild: Fotolia

Treibstoffherstellung aus Sonnenlicht und Wasser

Der Natur abschauen: UZH-Forschende arbeiten an der künstlichen Photosynthese.

Die etwa drei Nanometer grossen Partikel bestehen aus einem Kern von Indiumphosphid, der von einer sehr dünnen Schicht von Zinksulfid umgeben ist. «Im 4

Bild: Shan Yu

Indiumhaltige Kerne mit dünner Sulfidschicht

Schematische Darstellung der photokatalytischen Wasserstoffproduktion mit InP/ZnS Quantenpunkten in einem typischen Testverfahren.

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FOKUS

Vergleich zu den cadmiumhaltigen Quantenpunkten sind die neuen Verbindungen nicht nur umweltfreundlich, sondern sind auch sehr effizient bei der katalytischen Herstellung von Wasserstoff aus Licht und Wasser», erklärt Greta Patzke. Die Sulfidionen auf der Quantenpunktoberfläche erleichtern dabei die entscheidenden Schritte bei der lichtgetriebenen chemischen Reaktion: eine effiziente Trennung der elektrischen Ladungsträger und ihr rascher Transfer an den Wirkungsort des Nanopartikels, wo die Wasserspaltung beginnt.

Potenzial für umwelt­ schonende Anwendungen Die neu entwickelten cadmiumfreien Nanomaterialien können als umweltfreundlichere Basis für diverse grosstechnische Anwendungen dienen. «Die wasserlöslichen und

umweltfreundlichen Quantenpunkte auf Indiumbasis können zukünftig auch getestet werden, um Biomasse wie Zellulose in Wasserstoff umzuwandeln. Oder sie können etwa zu kaum giftigen Biosensoren oder nichtlinearen optischen Materialien weiterentwickelt werden», ergänzt Greta Patzke. Die Chemikerin wird sich im Rahmen des Universitären Forschungsschwerpunkts «LightChEC» auch weiterhin auf die Entwicklung von Katalysatoren für die künstliche Photosynthese konzentrieren. Ziel dieses interdisziplinären Forschungsprogramms ist es, Energie aus Sonnenlicht direkt als Wasserstoff beziehungsweise chemische Energie zu speichern. Originalpublikation Shan Yu, Xiang-Bing Fan, Xian Wang, Jingguo Li, Qian Zhang, Andong Xia, Shiqian Wei, Li-Zhu Wu, Ying Zhou, Greta R.

Patzke, «Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution with Ligand Engineered All-Inorganic InP and InP/ZnS Colloidal Quantum Dots», Nature Communications (2018); DOI: 10.1038/s41467-01806294-y

Kontakt Prof. Dr. Greta R. Patzke Institut für Chemie Universität Zürich Winterthurerstrasse 190 CH-8057 Zürich +41 44 63 546 91 greta.patzke@chem.uzh.ch www.chem.uzh.ch

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FOKUS

Wie Dendrimere Nanoteilchen transportieren

Nanokäfige im Labor und im Computer

Nanokäfige sind hochinteressante molekulare Strukturen, sowohl aus der Sicht der Grundlagenforschung als auch in Hinblick auf mögliche Anwendungen. Die Hohlräume dieser nanometergrossen Objekte können als Träger kleinerer Moleküle genutzt werden, was in der Medizin für den Medikamenten- oder Gentransport in lebenden Organismen entscheidend ist. Diese Idee brachte Forscher aus verschiedenen interdisziplinären Bereichen zusammen, die Dendrimere – besondere chemische Verbindungen – als vielversprechende Kandidaten für die Herstellung solcher Nanoteilchenträger untersuchen. Die baum­ artige Architektur der Dendrimere und ihr schrittweises Wachstum mit sich wiederholenden, selbstähnlichen Einheiten erlauben die Ausformung von Hohlräumen mit kontrollierbarem Design. Jahrzehntelange Forschungen haben jedoch gezeigt, dass eine Vielzahl von verschiedenen Dendrimerarten mit zunehmenden Dendrimergenerationen eine Rückfaltung der äusseren Äste erfahren, was zu einer höheren Dichte der Bestandteile im Inneren des Moleküls führt. Die Wirkung des Rückfaltens wird durch Zugabe von Salz in die Lösung verstärkt, wodurch flexible Dendrimere stark schrumpfen und zu kompakten Objekten ohne Hohlräume in deren Innerem werden.

Starre Dendrimere erzeugen Das Team um Nataša Adžić und Christos Likos von der Universität Wien, Clemens Jochum und Gerhard Kahl (TU Wien), Emmanuel Stiakakis (Forschungszentrum Jülich, Deutschland) und Thomas Derrien und Dan Luo (Cornell University, USA) 6

Bild: Nataša Adžic´

Nanokäfige sind hochinteressante molekulare Strukturen mit Hohlräumen, die zum Beispiel der Medizin als Träger kleinerer Moleküle genutzt werden können. Kurze Abschnitte des DNA-Moleküls sind perfekte Kandidaten für das kontrollierbare Design neuartiger Nanokäfige, der DNA-basierten Dendrimere. Wie man diese robusten und stabilen Objekte mit kontrollierbaren Eigenschaften erzeugen kann, haben Physiker von der Universität Wien in Zusammenarbeit mit Kollegen von der TU Wien, vom Forschungszentrum Jülich sowie von der Cornell University im Labor und mittels detaillierter Computersimulationen untersucht.

DNA-basiertes Dendrimer der fünften Generation, eingetaucht in eine Gegenionenlösung. Regelmässige Hohlräume im Inneren dieses neuartigen Makromoleküls können als Nanoteilchen-Träger eingesetzt werden.

fand einen Weg, Dendrimere zu erzeugen, die so starr sind, dass eine Rückfaltung der äusseren Arme auch bei hohen Verzweigungsgenerationen verhindert wird. Somit bleiben regelmässige Hohlräume in ihrem Inneren erhalten. Darüber hinaus zeichnen sich die neuartigen Makromoleküle durch eine bemerkenswerte Resistenz gegen Salzzusatz aus: Die Wissenschafter zeigten, dass die Morphologie und Konformationseigenschaften dieser Systeme auch

bei Zugabe von Salz selbst in hoher Konzentration unbeeinflusst bleiben. Die Nanokäfige, die sie im Labor und am Computer erzeugten, sind DNA-basierte Dendrimere, sogenannte Dendrimer-ähnliche DNAs (DL-DNA). Der Baustein, aus dem sie bestehen, ist eine Y-förmige doppelsträngige DNA-Einheit, eine dreiarmige Struktur aus doppelsträngiger DNA (dsDNA). Diese wird durch Hybridisierung von drei einzelsträngigen DNA-Ketten (ss5/2019


FOKUS

chende Rolle bei der Entwicklung von nanogrossen Barcodes, DNA-basierten Impfstofftechnologien sowie von strukturellen Proben mit multiplexierten molekularen Sensorprozessen spielen sollen.

Experiment und Simulation stimmen überein

Das Team um Nataša Adžic´ von der Universität Wien fand einen Weg, Dendrimere zu erzeugen, die so starr sind, dass eine Rückfaltung der äusseren Arme auch bei hohen Verzweigungsgenerationen verhindert wird.

DNA), die jeweils teilweise komplementäre Sequenzen zu den beiden anderen aufweisen, gebildet. Jeder Arm besteht aus 13 Basenpaaren und einem einzelsträngigen Klebeende mit vier Nukleinbasen, welches als Klebstoff fungiert. Während eine einzelne Y-DNA der ersten Dendrimer-Generation entspricht, ergibt das Anhängen weiterer Y-DNA-Elemente DL-DNA höherer Generationen. Das resultierende Dendrimer ist eine geladene makromolekulare Anordnung mit Hohlräumen und baumartiger Architektur. Aufgrund der Steifigkeit der dsDNA sind die Zweige der DL-DNA ziemlich starr, so dass das gesamte Molekül starr ist. Da DNA geladen ist, erhöht die elektrostatische Abstossung zusätzlich die Steifigkeit des Moleküls. DL-DNA-Moleküle wurden im Labor von den Partnern in Jülich und Cornell mit bemerkenswerter Kontrolle und Sub-Nanometer-Präzision durch programmierbare Klebeende-Kohäsionen zusammengesetzt. Ihr schrittweises Wachstum ist in hohem Mass kontrollierbar, unidirektional und nicht umkehrbar. Diese Eigenschaft ist von grosser Bedeutung, da gezeigt werden konnte, dass DNA-basierte Dendrimere eine vielverspre-

Grössen, Formen sowie weitere für die Experimentalphysiker unsichtbare konformative Details wie die Grösse der Hohlräume und der Grad der Rückfaltung der Äste wurden in Wien durch Computersimulationen analysiert. Um die komplexe Struktur von DNA-Einheiten zu beschreiben, verwendete die Gruppe ein Monomer-aufgelöstes Modell mit sorgfältig ausgewählten Wechselwirkungen, um die Gleichgewichtseigenschaften der DNA in physiologischer Lösung nachzuahmen. Die ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen Experimenten und Simulationen für die Dendrimer-Eigenschaften bestätigt die verwendeten theoretischen Modelle und ebnet den Weg für die weitere Untersuchung der Eigenschaften von Nanokäfigen und ihrer Anwendungen als Nanoteilchen-Träger und als Bausteine für die Entwicklung biokompatibler künstlicher Materialien. Originalpublikation Clemens Jochum, Nataša Adžić, Emmanuel Stiakakis, Thomas L. Derrien, Dan Luo, Gerhard Kahl, and Christos N. Likos, «Structure and stimuli-responsiveness of all-DNA dendrimers: theory and experiment», Nanoscale (2018); DOI: 10.1039/ C8NR05814H Kontakt Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Christos N. Likos Fakultät für Physik Universität Wien Sensengasse 8/15 A-1090 Wien +43 1 4277 732 30 christos.likos@univie.ac.at www.univie.ac.at

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FOKUS

Steuerung für molekulare Maschinen

Akkordarbeit am Nanofliessband

DNA-Origamiroboter für die Fertigung der Zukunft Weltweit arbeiten Wissenschaftler an neuen Technologien für die Nanofabriken der Zukunft. In denen sollen eines Tages wie am Fliessband biochemische Proben analysiert oder medizinische Wirkstoffe hergestellt werden. Die dafür notwendigen Miniaturmaschinen lassen sich bereits kostengünstig mithilfe der DNA-Origami-­ Technik herstellen. Dass diese molekularen Maschinen nicht längst im grossen Massstab genutzt werden, liegt daran, dass sie bisher nur sehr langsam arbeiten. Durch Zugabe von Enzymen, DNA-Strängen oder mithilfe von Licht werden die Bausteine aktiviert und können bestimmte Aufgaben ausführen, beispielsweise Moleküle aufnehmen und transportieren. Für die Ausführung solcher Aktionen benötigen herkömmliche Nanoroboter aller8

Durch Zugabe von Enzymen, DNA-Strängen oder mithilfe von Licht werden die Bausteine aktiviert und können bestimmte Aufgaben ausführen.

dings Minuten, manchmal auch Stunden. Eine effiziente molekulare Fliessbandarbeit lässt sich mit diesen Methoden kaum realisieren.

Bild: Enzo Kopperger / TUM

Auf, ab, auf, ab. Im Gleichtakt schwingen die Lichtpunkte hin und her. Erzeugt werden sie von leuchtenden Molekülen, die an der Spitze winziger Roboterarme fixiert sind. Am Monitor des Fluoreszenzmikroskops verfolgt Friedrich Simmel die Bewegung der Nanomaschinen. Ein Mausklick genügt, um die Lichtpunkte in eine andere Richtung wandern zu lassen. «Durch Anlegen elektrischer Felder können wir die Arme beliebig in der Ebene drehen», erklärt der Inhaber des Lehrstuhls für Physik Synthetischer Biologischer Systeme an der TU München. Seinem Team ist es erstmals gelungen Nanoroboter elektrisch zu steuern und auch gleich einen Rekord aufzustellen: Die neue Antriebstechnik ist 100 000-mal schneller als alle bisherigen Methoden.

Bild: Adobe Stock

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue elektrische Antriebstechnik für Nanoroboter entwickelt. Mit dieser lassen sich molekulare Maschinen hunderttausendmal schneller bewegen als mit den bisher genutzten biochemischen Prozessen. Damit werden Nanoroboter schnell genug für die Fliessbandarbeit in molekularen Fabriken.

Elektronik macht schnell «Um nanotechnische Produktionslinien aufzubauen, braucht man eine andere Antriebstechnik. Unsere Idee war es, auf das biochemische Schalten der Nanomaschinen völlig zu verzichten und stattdessen die Wechselwirkung der DNA-Strukturen mit elektrischen Feldern zu nutzen», erklärt der TUM-Forscher Simmel, der auch Co-Koordinator des Exzellenz-Clusters Nanosystems Initiative München (NIM) ist. Das Prinzip hinter der neuen Antriebstechnik ist einfach: DNA-Moleküle enthalten negative Ladungen. Durch Anlegen elek­ trischer Felder lassen sich die Biomoleküle daher bewegen. Theoretisch ist es damit möglich, Nanoroboter aus DNA mithilfe von Stromimpulsen zu steuern.

Elektrische Felder steuern den rotierenden Nanokran hunderttausendmal schneller als bisherige Methoden.

Roboterbewegung unter dem Mikroskop Um herauszufinden, ob und wie schnell sich die Roboterarme parallel zu einem elektrischen Feld ausrichten, fixierten die Forscher Nanoroboterarme auf einem Glasträger und platzierten diesen in einen speziell dafür entwickelten Probenhalter mit elektrischen Kontakten. Jede einzelne der von Enzo Kopperger gefertigten Miniaturmaschinen besteht aus einer starren Grundplatte von 55 mal 55 5/2019


Bild: Enzo Kopperger / TUM

FOKUS

Rotation des Arms zwischen zwei Andockpunkten (rot und blau).

Nanometern, auf der sich, verbunden durch ein flexibles Gelenk aus ungepaarten Basen, ein 400 Nanometer langer Arm befindet. Der Aufbau sorgt dafür, dass sich der Arm in der Horizontalen beliebig drehen kann. In Kooperation mit Fluoreszenzspezialisten um Don Lamb von der Ludwig-Maximilians-Universität LMU markierten die Forscher die Spitzen der Roboterarme mit Farbstoffmolekülen. Deren Bewegung verfolgten sie mit einem Fluoreszenzmikroskop. Computergesteuert änderten sie die Richtung des elektrischen Feldes. Auf diese Weise konnten die Forscher die Orientierung der Arme beliebig einstellen und Bewegungsvorgänge vorgeben. «Das Experiment hat gezeigt, dass sich molekulare Maschinen elektrisch bewegen und folglich auch antreiben lassen», sagt Simmel. «Dank der elektronischen Steuerung können wir Bewegungen im Millisekundentakt ausführen und sind damit hunderttausendmal schneller als bisherige biochemische Antriebe.»

Auf dem Weg zur Nanofabrik Die neue Steuerungstechnik eignet sich nicht nur, um Farbstoffe oder Nanopartikel hin- und herzubewegen. Die Arme der Miniaturroboter können auch Kräfte auf Moleküle ausüben. Diese Wechselwirkung lässt sich beispielsweise für die Diagnostik und für die Pharmaentwicklung nutzen, betont Simmel: «Nano-Roboter sind klein und preiswert. Millionen von ihnen könnten gleichzeitig arbeiten, um in einer Probe nach bestimmten Stoffen zu suchen oder um Schritt für Schritt – wie am Fliessband – komplizierte Moleküle zu synthetisieren.» 5/2019

Die Arbeit wurde gefördert vom Sonder- by electric fields», Science (2018); DOI: forschungsbereich SFB 1032 «Nanoagents» 10.1126/science.aao4284 der Deutschen Forschungsgemeinschaft und von der International Graduate School Kontakt of Science and Engineering der TUM soProf. Dr. Friedrich C. Simmel wie dem Center for Nano Science und Physik Synthetischer Biologischer Systeme dem BioImaging Network der Ludwig-­ Technische Universität München Maximilians-Universität München. Am Coulombwall 4a D-85748 Garching Originalpublikation +49 89 289 11610 E. Kopperger, J. List, S. Madhira, F. Rothfisimmel@tum.de scher, D. C. Lamb, F. C. Simmel, «A self-aswww.tum.de sembled nanoscale robotic arm controlled

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FOKUS

Kopfschmerzen und Tumore

Nano-U-Boot medikamentiert zielgenau

Bringt man eine winzige Medikamentenkapsel – einen Nanocarrier – mit Antikörpern unter sauren Bedingungen zusammen, so kommt es zu einer stabilen Anlagerung des Antikörpers an den Medikamententräger. Dies ermöglicht es, einen Nanocarrier gezielt an erkranktes Gewebe zu führen. Zur Behandlung von Tumoren oder auch für die Schmerztherapie werden in der modernen Medizin häufig Medikamente verabreicht, die sich im gesamten Körper verteilen, obwohl der medizinisch zu behandelnde Organteil nur klein und abgegrenzt ist. Abhilfe verspricht ein zielgerichteter Transport von Medikamenten zu bestimmten Zelltypen. Vor diesem Hintergrund arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung Nanocarriers: Dabei handelt es sich quasi um Miniatur-U-Boote mit einer Grösse von ungefähr einem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Diese mit dem blossen Auge nicht erkennbaren Nanocarriers werden mit einem medizinischen Wirkstoff befüllt und dienen somit als konzentrierte Transportbehälter. Die Oberfläche dieser Nanocarriers beziehungsweise Medikamentenkapseln gilt es so zu beschichten, dass sie beispielsweise an mit Krebszellen durchsetztem Gewebe andocken können. Für die Beschichtung werden meist Antikörper verwendet, die wie ein Adressaufkleber an den zu adressierenden Zellen – wie etwa Tumorzellen oder Immunzellen, die Tumore angreifen – eine Bindestelle vorfinden. Das Team um Volker Mailänder von der Hautklinik der Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat nun eine neue Methode entwickelt, die Antikörper mit der Medikamentenkapsel auf eine genial einfache Weise zu verbinden: «Bisher mussten diese Antikörper aufwändig mit chemischen Metho10

den an die Nanokapseln gebunden werden», so Mailänder. «Wir haben nun nachgewiesen, dass es ausreicht, Antikörper und Nanokapsel in einer angesäuerten Lösung zusammenzuführen.» Die Forscher heben hervor, dass die Verbindung von Nanokapsel und Antikörper auf diese Art und Weise etwa doppelt so effizient im Reagenzglas funktioniert – und damit auch der zielgerichtete Medikamententransport entscheidend verbessert werden kann. Unter Bedingungen, wie sie im Blut vorherrschen, verlor zudem der chemisch gekoppelte Antikörper fast vollständig seine Wirksamkeit, während der nicht-chemisch aufgebrachte Antikörper weiterhin funktional blieb.

Zielgenauere Behandlung «Die bisher übliche Anbindung über komplexe chemische Verfahren kann dazu ­führen, dass der Antikörper verändert oder gar zerstört wird beziehungsweise der Nanocarrier im Blut schnell mit Proteinen zugesetzt wird», so Katharina Landfester vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Die neue Methode, die auf dem physikalischen Effekt der sogenannten Adsorption oder «Anhaftung» basiert, schützt den Antikörper. Hierdurch wird der Nanocarrier stabiler und kann somit effektiver die Medikamente im Körper verteilen. Die Forscher haben zur Entwicklung ihrer neuen Methode Antikörper und Medikamententransporter in einer sauren Lösung zusammengebracht. Dies führt – im Gegensatz zu einer Verbindung bei einem neutralen pH-Wert – zu einer effizienteren Besetzung der Nanopartikeloberfläche. Laut den Forschern bleibt auf dem Nanocarrier somit weniger Platz für Blutproteine, die das Andocken an eine Zielzelle verhindern könnten.

Bilder: Unimedizin Mainz / MPI-P

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) und der Universitätsmedizin Mainz haben eine neue Methode entwickelt, um kleinste, mit Medikamenten gefüllte Nanocarriers an Immunzellen andocken zu lassen, die dann wiederum Tumore angreifen.

Bringt man einen Nanocarrier mit Antikörpern unter sauren Bedingungen zusammen, so kommt es zu einer stabilen Anlagerung des Antikörpers an den Medikamententräger.

Insgesamt sind sich die Forscher sicher, dass die neu entwickelte Methode Effizienz und Anwendbarkeit von auf Nanotechnologie basierende Therapieverfahren in Zukunft erleichtern und verbessern wird. Originalpublikation Manuel Tonigold et al., «Pre-adsorption of antibodies enables targeting of nanocarriers despite a biomolecular corona», Nature Nanotechnology (2018); DOI: 10.1038/ s41565-018-0171-6

Kontakt Prof. Dr. Volker Mailänder Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Hofgartenstrasse 8 D-80539 München +49 6131 379 248 mailaend@mpip-mainz.mpg.de www.mpg.de

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CHEMIE

Ein neuer Weg in die Spiegelwelt

Neuartige Spiegelmoleküle erzeugen

Thomas Zoufal ¹ Die Erforschung der Händigkeit, auch Chiralität genannt, führt nicht nur zu einem noch besseren Verständnis der Natur, sondern kann auch neuartigen Materialien und Methoden den Weg ebnen. Viele Moleküle existieren in zwei Versionen, die Spiegelbilder voneinander sind. «Aus unbekannten Gründen bevorzugt das Leben, wie wir es auf der Erde kennen, fast ausschliesslich linkshändige Proteine, während die berühmte Doppelhelix des Erbguts rechtsherum gewunden ist», erläutert Andrey Yachmenev, der diese theoretische Studie in Küppers Gruppe am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) geleitet hat. «Seit mehr als einem Jahrhundert enträtseln Forscher Stück für Stück die Geheimnisse dieser sogenannten Händigkeit in der Natur, die nicht nur die belebte Welt betrifft: Spiegelversionen mancher Moleküle können auch chemische Reaktionen oder Materialeigenschaften verändern.» So gibt beispielsweise die rechtsdrehende Form der organischen Verbindung Carvon (C10H14O) Kümmel seinen charakteristischen Geschmack, die linksdrehende Form dagegen der Minze. Die Händigkeit, auch Chiralität genannt, tritt nur in einigen Molekülarten natürlich auf. «Sie lässt sich jedoch künstlich in sogenannten kreiselsymmetrischen Molekülen induzieren», sagt Alec Owens vom Center for Ultrafast Imaging (CUI). «Lässt man diese Moleküle schnell genug rotieren, verlieren sie ihre Symmetrie und bilden je nach Drehrichtung eine von zwei Spiegelformen. Über dieses Phänomen der Rotationschira-

¹ Presse- und Öffentlichkeitsarbeit am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY

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Bild: DESY, Andrey Yachmenev

Zur Untersuchung des Phänomens der sogenannten molekularen Händigkeit in der Natur haben Wissenschaftler eine neue Methode entwickelt, um massgeschneiderte Spiegelmoleküle herzustellen. Die vorgeschlagene Technik kann normale Moleküle so schnell drehen lassen, dass diese ihre normale Symmetrie und Form verlieren und dabei zwei gespiegelte Varianten voneinander bilden.

lität ist bisher nur sehr wenig bekannt, da es kaum experimentell umsetzbare Verfahren gibt, sie zu erzeugen.»

Rotationsinduzierte Chiralität erzeugen Küppers Team hat nun rechnerisch einen Weg gefunden, diese rotationsinduzierte Chiralität mit realistischen Parametern im Labor zu erzeugen. Dabei kommen korkenzieherförmige Laserpulse zum Einsatz, die als sogenannte optische Zentrifugen fungieren. Am Beispiel von Phosphin (PH3) zeigen die quantenmechanischen Berechnungen, dass bei Drehraten von einigen Billionen Mal pro Sekunde diejenige Phosphor-Wasserstoff-Bindung, um die sich das Molekül dreht, kürzer wird als die beiden anderen Bindungen. Je nach Drehrichtung entstehen dabei zwei chirale Formen von Phosphin, sogenannte Enantiomere. «Mit einem starken statischen elektrischen Feld kann die links- oder rechtshändige Version des rotierenden Phosphins ausgewählt werden», erläutert Yachmenev.

Neue Wege in die Spiegelwelt Diese Methode verspricht einen völlig neuen Weg in die Spiegelwelt, da sie im Prinzip auch mit anderen, schwereren Molekülen funktionieren würde. Um bei diesen eine Rotationschiralität zu induzieren, würden sogar schwächere Laserpulse und schwächere elektrische Felder genügen. Für die erste Phase der Studie wählten die Forscher Phosphin, weil schwerere Moleküle zunächst noch zu komplex für die exakten quantenmechanischen Berechnungen waren. Da Phosphin sehr giftig ist, würden solche schwereren und auch lang-

Durch schnelle Rotation verlieren symmetrische Moleküle ihre Symmetrie: Bindungen entlang der Rotationsachse sind dann kürzer als andere. Je nach Drehrichtung entstehen zwei spiegelbildliche Formen.

sameren Moleküle für Experimente jedoch bevorzugt werden. Das vorgeschlagene Verfahren könnte massgeschneiderte Spiegelmoleküle liefern. Die Untersuchung ihrer Wechselwirkungen mit der Umwelt, zum Beispiel mit polarisiertem Licht, könne helfen, die Geheimnisse der Händigkeit in der Natur weiter zu lüften und mögliche Anwendungen zu erforschen, wie Küpper betont, der auch Professor für Physik und Chemie an der Universität Hamburg ist. Originalpublikation Alec Owens et al., «Climbing the rotational ladder to chirality», Physical Review Letters (2018); DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.193201 Kontakt Prof. Jochen Küpper Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY Standort Hamburg Notkestrasse 85 D-22607 Hamburg +49 40 8998 6330 desyinfo@desy.de jochen.kuepper@desy.de www.desy.de

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Bild: Adobe Stock

CHEMIE

Allein schon aufgrund der Stellung im Periodensystem lassen sich viele Eigenschaften eines Elements ableiten.

Internationales Jahr des Periodensystems (Teil 2)

Auf dem Weg zur Ordnung der Elemente Wenn es das Periodensystem der Elemente noch nicht gäbe – man müsste es erfinden. Was vor 150 Jahren von Dmitri Mendelejew und Viktor Meyer angestossen wurde, ist heute unverzichtbar. Auf kleinstem Raum lassen sich viele wichtige Eigenschaften von Elementen und deren Verbindungen darstellen.

Grosse Entdeckungen basieren häufig auf den Vorarbeiten vieler Forscher. So auch das Periodensystem der Elemente, dessen aktuellste Version in der losen Beilage des vorliegenden Hefts vorgestellt wird. Wichtige Beiträge zur Entwicklung des Periodensystems stammen beispielsweise von Johann Wolfgang Döbereiner (1780– 1849), Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois (1819–1886) und John Alexander Reina Newlands (1837–1898), deren bedeutenden Arbeiten im ersten Teil dieses Artikels kurz vorgestellt wurden [1]. Wie viel Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer von diesen Vorarbeiten profitierten, lässt sich nicht abschliessend sagen.

Dmitri Mendelejew Der Leningrader Chemieprofessor Dmitri Mendelejew (1834–1907) suchte jahrelang nach einer Möglichkeit, die in den 1860er-Jahren bekannten Elemente zu ordnen. Der entscheidende Durchbruch wurde 1869 in einem Artikel in der Zeit12

Bilder: Wikipedia

Kurt Hermann

Dmitri Mendelejew im Jahr 1897.

Lothar Meyer um 1890.

schrift der russischen chemischen Gesellschaft publiziert. Eine von Mendelejew verfasste kurze Zusammenfassung unter dem Titel «Ueber die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente» erschien ebenfalls 1869 in der deutschen Zeitschrift für Chemie [2]. Einleitend schrieb

Mendelejew: «Ordnet man die Elemente nach zunehmendem Atomgewichten in verticale Reihen so, dass die Horizontalreihen analoge Elemente enthalten, wieder nach zunehmendem Atomgewicht geordnet, so erhält man folgende Zusammenstellung [Bild 1, links], aus der sich einige allgemeine Folgerungen ableiten lassen.» 5/2019


Bild: Wikimedia Commons

Bild: Kur t Hermann (Basis: Originaltabelle)

CHEMIE

Bild 1. Links: In der 1869 im Journal der russischen chemischen Gesellschaft erschienenen Version des von Mendelejew aufgestellten periodischen Systems sind alle damals bekannten Elemente enthalten. Rechts: Das Periodensystem nach Meyer, ebenfalls aus dem Jahr 1869.

Die Darstellung von Mendelejew muss um 90° gedreht werden, um die Ähnlichkeit mit der heutigen Form des Periodensystems zu sehen. Bereits 1871 erschien in den Annalen der Chemie und Pharmazie die deutsche Übersetzung [3] eines umfangreichen russischen Artikels, in dem Mendelejew die Drehung vollzogen hatte (Bild 2). Mendelejew betonte bereits 1869, dass «das Anordnen nach den Atomgewichten der Werthigkeit der Elemente und bis zu einem gewissen Grade der Verschiedenheit im chemischen Verhalten, z. B. Li, Be, B, C, N, O, F entspricht.» Er sagte auch voraus, dass noch viele neue Elemente zu entdecken seien. So sollten beispielsweise aufgrund der Stellung in seinem System je ein analoges Element von Aluminium und Silicium mit den Atommassen 68 bezie-

hungsweise 72 existieren. Dieser «Mut zur Lücke», wie dies auch genannt wurde, ist eine besondere Leistung: Im Jahr 1875 entdeckte Paul Emile Lecoq de Boisbaudran Gallium (Atommasse 70); das 1886 von Clemens Winkler isolierte Germanium hat eine Atommasse von 73. Diese Abweichungen weisen auch auf ein damals noch bedeutendes Problem hin: Viele Atommassen waren zu ungenau. Mendelejew prophezeite denn auch, dass «einige Atomgewichte voraussichtlich eine Correction erfahren werden.»

Lothar Meyer Lothar Meyer (1830–1895) war ab 1868 Ordentlicher Professor an der Polytechnischen Schule Karlsruhe. Eine von ihm im Jahr 1864 publizierte Tabelle [4] (siehe

Teil 1 dieses Artikels [1]) dürfte auch Mendelejew gekannt haben. In einer Publika­ tion, die er im Dezember 1869 einreichte [5], beschrieb Meyer «sein» Periodensystem der Elemente (Bild 1 rechts). Er nahm Bezug auf die vorstehend erwähnten bahnbrechenden Arbeiten von Mendelejew [2]. Meyer schrieb: «Schon 1864 konnte ich die bis dahin in verschiedenen Familien chemischer Elemente gefundenen Regelmäßigkeiten unter ein und dasselbe Schema bringen. Durch richtigere Ermittelung verschiedener Atomgewichte ist es seitdem möglich geworden, sämmtliche bis jetzt hinreichend bekannten Elemente demselben Schema einzuordnen. Vor Kurzem hat Mendelejeff gezeigt, daß man eine solche Anordnung schon dadurch erhält, daß man die Atomgewichte aller Elemente ohne willkürliche Auswahl einfach der Größe ihrer Zahlenwerthe in einer einzigen Reihe ordnet, diese Reihe in Abschnitte zerlegt und diese in ungeänderter Folge an einander fügt. Die nachstehende Tabelle ist im Wesentlichen identisch mit der von Mendelejeff gegebenen.»

Bild: Wikimedia Commons

Von der Atommasse zur Atomzahl

Bild 2. Mendelejews Periodensystem im Jahr 1871.

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Aus heutiger Sicht waren die Periodensysteme von Mendelejew und Meyer noch sehr verbesserungswürdig. Wenn man aber bedenkt, dass 1869 weder Protonen, Neutronen, Elektronen noch Isotope bekannt waren, bleibt nur Anerkennung für ihre Leistung. 13


Bild: Mardeg, Wikipedia

Bild: Bastianow, Wikipedia

CHEMIE

Bild 3. Links: Das Periodensystem als Spirale. Rechts: Periodensystem von Zmaczynski und Bayley.

Den endgültigen Beweis für die Richtigkeit des Periodensystems lieferte der englische Physiker Henry Gwyn Jeffreys Moseley im Jahr 1913. Mithilfe von Untersuchungen mit Röntgenstrahlen konnte er zeigen, dass die Ladung des Atomkerns – das heisst die Anzahl Protonen – und nicht die Atommasse entscheidend für die Stellung eines Elements im Periodensystem ist; die Kernladungszahl entspricht also der Atomzahl Z [6]. Im darauf basierenden Periodensystem fehlten zwischen Wasserstoff (Z=1) und Gold (Z=79) die Elemente mit den Atomzahlen 43, 61, 72 und 75; sie wurden alle später gefunden.

Alternative Darstellungen Es gibt sehr viele verschiedene Darstellungen des Periodensystems. Durchgesetzt hat sich die auch auf dem Beilageblatt ver-

wendete Form, in der die Lanthaniden und die Actiniden separat aufgeführt sind. Was sich sehr oft ändert, sind die ins System integrierten Informationen: Aggregatzustand bei Raumtemperatur, Elektronenkonfiguration, Elektronegativität, Schmelzund/oder Siedepunkt, um nur einige wenige Beispiele zu nennen. Edward G. Mazurs hat 1974 über 700 verschiedene Darstellungen zusammengetragen, in denen jeweils ganz bestimmte Aspekte in den Vordergrund gestellt wurden [7]. Zwei Alternativen zur Standardform des Periodensystems sind in Bild 3 aufgeführt. Literatur [1] Kurt Hermann, «Auf dem Weg zur Ordnung der Elemente», ChemieXtra 3, 7 (2019). [2] D. Mendelejew, «Ueber die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomge-

wichten der Elemente», Zeitschrift für Chemie 12, 405 (1869). [3] D. Mendelejeff, «Die periodische Gesetzmäßigkeit der chemischen Elemente», Annalen der Chemie und Pharmacie, Supplementband VIII, 133–229 (1872) (Übersetzung aus dem Russischen). [4] Lothar Meyer, «Die modernen Theo­ rien der Chemie und ihre Bedeutung für die chemische Statik», Seite 137, Breslau (1864). [5] Lothar Meyer, «Die Natur der chemischen Elemente als Funktion ihrer Atomgewichte, Liebigs Annalen der Chemie und Pharmazie, Suppl. VII, 354 (1870). [6] Henry Moseley, in englischer Version von Wikipedia. [7] Edward G. Mazurs, «Graphic Representation of the Periodic System During One Hundred Years», University of Alabama Press, Alabama (1974).

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CHEMIE

CO2-Recycling

Günstiger Katalysator Eigentlich handelt es sich um einen Katalysator für die Wasserstoffproduktion. Aber mit ein paar Tricks kann er auch andere Aufgaben übernehmen. Das Mineral Pentlandit eignet sich als Katalysator für das Recycling von Kohlendioxid und könnte somit eine Alternative zu teuren Edelmetallkatalysatoren sein. Das fanden Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB), des Fritz-Haber-Instituts Berlin und von Fraunhofer Umsicht in Oberhausen heraus.

Bislang war Pentlandit als Katalysator für die Wasserstoffproduktion bekannt. Durch die Wahl eines geeigneten Lösungsmittels konnten die Wissenschaftler es jedoch auch für die Umsetzung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid nutzen. Letzteres ist ein verbreiteter Ausgangsstoff für die che­ mische Industrie.

«Die Umwandlung von CO 2 in wertvolle Ausgangsstoffe für die chemische Indus­ trie stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, die Klimaerwärmung zu bekämpfen», sagt Ulf-Peter Apfel. «Allerdings sind bis­ lang kaum billige und leicht verfügbare Katalysatoren für die Reduktion von CO2 bekannt.» Ausserdem begünstigen die in­ frage kommenden Katalysatoren in der Regel vornehmlich eine andere chemische Reaktion, nämlich die Synthese von Was­ serstoff – so auch Pentlandit. Den For­ scherinnen und Forschern gelang es je­ doch, das Mineral in einen Katalysator für die CO2 -Umsetzung umzuwandeln. Sie erzeugten Elektroden aus Pentlandit und analysierten, unter welchen Bedin­ gungen es an deren Oberfläche zur Was­ serstoffbildung oder Kohlenmonoxidpro­ duktion kam. «Vor allem die Gegenwart von Wasser an der Elektrodenoberfläche war entscheidend», resümiert Ulf-Peter Ap­ fel. Viel Wasser verschob die Reaktion zu­ gunsten der Wasserstoffbildung, wenig Wasser zugunsten der Kohlenmonoxident­ wicklung. Indem die Forscher den Wasser­ gehalt genau einstellten, konnten sie auch Gemische aus Kohlenmonoxid und Was­ serstoff entstehen lassen. «Solche Synthe­ segasmischungen haben eine grosse Be­ 5/2019

Bild: RUB, Marquard

CO2-Umwandlung statt Wasserstoffproduktion

Kai junge Puring, Stefan Piontek und Mathias Smialkowski (von links) aus dem Team von Ulf-Peter Apfel mit der Elektrolysezelle, in der die Experimente durchgeführt wurden.

deutung in der chemischen Industrie», verdeutlicht Apfel.

Stabiler Katalysator Pentlandit besteht aus Eisen, Nickel und Schwefel und ähnelt einigen in der Natur vorkommenden katalytisch aktiven Zent­ ren von Enzymen, etwa denen der Was­ serstoff produzierenden Hydrogenasen. «Ein grosser Pluspunkt dieses Minerals ist, dass es relativ stabil gegenüber anderen chemischen Verbindungen ist, die in in­ dustriellen Abgasströmen vorkommen und wie ein Gift für viele Katalysatoren wirken», erklärt Apfel.

David Tetzlaff, Beatriz Roldan Cuenya, Ulf-Peter Apfel, «Bio-inspired design: bulk iron-nickel sulfide allows for efficient sol­ vent-dependent CO2 reduction», Chemical Science (2018); DOI: 10.1039/c8sc03555e

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CHEMIE

Isopren-Konzentration in der Luft

Chemisches Kriterium für die Filmfreigabe

Ab welchem Alter Kinder einen Kinofilm schauen dürfen, beruht bislang auf subjektiven Urteilen. In Deutschland entscheidet darüber ein Gremium der Freiwilligen Selbstkontrolle der Filmwirtschaft (FSK), nachdem es die Inhalte eines Films sorgfältig geprüft hat. Einige Filme wie «Der König der Löwen» sind für jedes Alter freigegeben, andere wie «Harry Potter», «Star Wars» oder «Dracula» eignen sich erst für Zuschauer ab 6, 12, 16 oder 18 Jahren. Die Klassifizierung ist aber letztlich recht subjektiv. Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz haben nun eine Methode entwickelt, mit der sich auch objektiv bewerten lässt, ab welchem Alter Kinder und Jugendliche einen Film schadlos schauen können. Dafür haben die Wissenschaftler bei 135 Filmvorführungen elf verschiedener Filme die Luftzusammensetzung im Kinosaal und dabei auch die Konzentration flüchtiger organischer Verbindungen, kurz VOC für Volatile Organic Compounds, gemessen. Beteiligt waren dabei insgesamt über 13 000 Zuschauer. Das Ergebnis: Die Isoprenwerte spiegelten für eine Vielzahl

Bild: 123RF/Ints Vikmanis

Für die Altersfreigabe von Filmen gibt es jetzt ein messbares Kriterium. Wie eine Gruppe von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz festgestellt hat, lässt sich aus der Isopren-Konzentration in der Luft des Kinosaals ablesen, wie die Freiwillige Selbstkontrolle der Filmwirtschaft einen Film klassifiziert hat. Menschen geben offenbar desto mehr Isopren ab, je nervöser und angespannter sie sind. Daraus lässt sich ableiten, wie belastend ein Film für Kinder und Jugendliche sein kann.

Anspannung in der Luft: Bei Nervosität geben Kinobesucher vermehrt Isopren ab – ein messbarer Hinweis darauf, wie belastend ein Film ist.

von Filmgenres und Altersgruppen zuverlässig wieder, für welches Alter ein Film freigegeben ist. «Isopren scheint ein gutes Mass für die Anspannung einer Gruppe zu sein»,

sagt Jonathan Williams, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie. «Unser Ansatz kann also objektive Hinweise geben, wie Filme klassifiziert werden sollten.»

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CHEMIE

Isopren wird frei, wenn wir uns bewegen Isopren entsteht beim Stoffwechsel und wird im Muskelgewebe gespeichert. Wenn wir uns bewegen, wird es über den Blutkreislauf und die Atmung, aber auch über die Haut freigesetzt. «Offenbar rutschen wir im Kinosessel unwillkürlich hin und her oder spannen Muskeln an, wenn wir nervös und aufgeregt sind», erklärt Jonathan Williams. Wie buchstäblich angespannt das Publikum einen Film verfolgt, liefert wiederum ein gutes Indiz dafür, wie belastend der Streifen auf Kinder und Jugendliche wirkt. Wenn die neue Methode bei einem repräsentativ zusammengesetzten Publikum angewendet würde, könnte sie in umstrittenen Fällen helfen zu entscheiden, ab welchem Alter ein Film freigegeben wird. Zudem können die Messungen auch Aufschluss darüber geben, wie sich die Reaktionen der Zuschauer und die Massstäbe für die Altersfreigabe im Laufe der Zeit verändern.

nicht eindeutig klären, weil dabei Szenen, die sehr unterschiedliche Emotionen hervorrufen, sehr schnell aufeinanderfolgen und ihre möglichen chemischen Spuren in der Luft so verwischen. Mit Messungen unter kontrollierten Laborbedingungen will Jonathan Williams der Frage nach der Gefühlsspur in der Luft aber nun gründlich nachgehen. Originalpublikation C. Stönner et al., «Proof of concept study: Testing human volatile organic compounds

as tools for age classification of films», PLoS ONE (2018); DOI: 10.1371/journal. pone.0203044 Kontakt Jonathan Williams Max-Planck-Institut für Chemie Hahn-Meitner-Weg 1 D-55128 Mainz +49 6131 305-4500 jonathan.williams@mpic.de www.mpg.de

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Hinterlassen Gefühle eine Spur in der Luft? Um die chemischen Hinweise für die Altersfreigabe aufzuspüren, haben die Wissenschaftler ein Massenspektrometer an die Belüftungsanlage des Kinosaals angeschlossen. Mit dem Messgerät, mit dem sich Substanzen identifizieren lassen, massen sie während einer Filmvorführung alle 30 Sekunden, wie sich die Zusammensetzung der Luft im Kino änderte. Die Konzentration von 60 Verbindungen analysierte das Team auf diese Weise. Auf Basis der Messungen hat das Team anschliessend ein Modell erstellt, das die Daten, wie häufig und in welchen Mengen die Zuschauer die Substanzen abgeben, mit der Altersklassifikation in Relation setzt. Der eindeutige Zusammenhang, den sie dabei für Isopren fanden, hat Jonathan Williams nun auf eine neue Forschungsidee gebracht: Er möchte untersuchen, ob wir mit den flüchtigen organischen Verbindungen, die wir abgeben, nicht nur einen chemischen Fingerabdruck unserer Anspannung, sondern auch anderer Gefühlslagen in der Luft hinterlassen. Während der Kinofilme konnte sein Team das noch 5/2019

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BIOWISSENSCHAFTEN

Pflanzenstoffwechsel modifizieren

Saugwanzen agieren zu ihrem Vorteil

Freilebende Insekten können sich in der Natur von Pflanze zu Pflanze bewegen. Im Gegensatz dazu leben endophytische Insektenarten den grössten Teil ihres Lebens in begrenzten Bereichen ein und derselben Pflanze, oft sogar innerhalb des Pflanzengewebes. Eine Studie von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie zeigt nun erstmals, dass es freilebende Insekten gibt, die bei der Nahrungsaufnahme einen ähnlichen Mechanismus wie endophytische Insekten entwickelt haben. Werden Pflanzen von Insekten angegriffen aktivieren sie Abwehrmechanismen, die gegen die Angreifer gerichtet sind. Allerdings kommen Forschende immer wieder zu der Erkenntnis, dass Insekten in der Lage sind, die pflanzliche Abwehr auszu-

Bild: Fotolia

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben erstmals gezeigt, dass freilebende Saugwanzen beim Fressen den Stoffwechsel ihrer Wirtspflanzen, Tabakpflanzen der Art Nicotiana attenuata manipulieren, indem sie Pflanzenhormone kopieren und in die Blätter injizieren. Eine ähnliche Strategie, die vermutlich den Nährstoffgehalt in der Umgebung der Einstichstelle steigert, war bislang nur von endophytischen Insekten, die innerhalb einer Pflanze leben, bekannt. Die neue Entdeckung könnte zur Entwicklung wirksamerer Schädlingsbekämpfungsmittel gegen saugende Insekten beitragen.

Eine Studie von Wissenschaftlern des Max-­P lanck-Instituts für chemische Ökologie zeigt nun erstmals, dass es freilebende Insekten gibt, die bei der Nahrungsaufnahme einen ähnlichen Mechanismus wie Frassschädlinge, welche die Pflanzen bewohnen, entwickelt haben.

schalten oder für ihren eigenen Vorteil zu nutzen. Die Strategie, ihre Wirtspflanzen so zu manipulieren, dass der Nährstoffgehalt an der Frassstelle gesteigert wird, war bislang jedoch nur von endophytischen Insekten bekannt.

Lokale Stoffwechselsenken im befallenen Gewebe «Es wird allgemein angenommen, dass endophytische Insekten die Physiologie ihrer Wirtspflanzen mithilfe des Pflanzenhormons Cytokinin modifizieren», erläutert Christoph Brütting, der sich im Rahmen seiner Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie mit der Rolle von Cytokininen bei Pflanzen-Insekten-Interaktionen beschäftigt hat. Cytokinine können 18

ein Pflanzenorgan, das normalerweise Zucker produziert – wie etwa ein reifes Blatt – in eine Art «Senke» verwandeln. Eine solche «Senke» ist das Ziel des Nährstofftransports innerhalb einer Pflanze, wo Zucker gespeichert oder primär verbraucht werden. «Es ist möglich, dass endophytische Insekten durch die Manipulation der Cytokinine lokale Stoffwechselsenken im befallenen Gewebe schaffen. Darauf, dass es Insekten gibt, die Cytokinine auf Pflanzen übertragen, gab es bislang allerdings keinerlei Hinweise.» Um dieses Phänomen genauer unter die Lupe zu nehmen, untersuchten Brütting und seine Kollegen, wie der Kojotentabak (Nicotiana attenuata) auf den Befall freilebender Saugwanzen der Art Tupiocoris notatus, einer weitverbreiteten Art pflan5/2019


Bild: Christoph Brütting, MPI chem. Ökol.

BIOWISSENSCHAFTEN

Wanzen der Art Tupiocoris notatus sind weitverbreitete Tabakschädlinge. Mit ihren Stechrüsseln bohren sie die Blätter von Tabakpflanzen und anderen Nachtschattengewächsen an, um Pflanzensaft zu saugen.

zensaugender Schädlinge, reagieren. Die Forscher entwickelten eine Isotopenmarkierungstechnik, die es ihnen ermöglichte nachzuweisen, dass das Insekt Cytokinine in befallene Blätter injiziert, um den Pflanzenstoffwechsel zu manipulieren.

Bei leichtem Befall, wenn nur 20 Insekten gleichzeitig an einem Blatt saugen konnten, fanden die Wissenschaftler keine Veränderung der Nährstoffqualität, obwohl der Frassschaden schwerwiegend war. Bei stärkerem Befall nahm jedoch die Proteinkonzentration in den befallenen Blättern ab, während die Zucker- und Stärkegehalte erstaunlich stabil blieben. «Dieser marginale Einfluss auf den Nährstoffgehalt könnte auf den Nachschub von Nährstoffen aus unbefallenen in ver wundete Blät ter zurück zuführen sein», meint Ian Baldwin, der Direktor der Abteilung Molekulare Ökologie am Max-Planck-Institut. «Wenn das so ist, dann verursacht der Befall durch Tupiocoris notatus wahrscheinlich eine Art Zuckersenke, ähnlich wie sie von endophytischen Insekten beim Fressen verursacht wird.» Weitere Untersuchungen an Tupiocoris notatus und dem Transfer von Cytokininen sind nun geplant, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Schädlingen

und ihren Wirtspflanzen zu verstehen. Diese Erkenntnisse können zur Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung der Schädlingsresistenz von Kulturpflanzen beitragen. Originalpublikation Brütting, C., Crava, C. M., Schäfer, M., Schuman, M. C., Baldwin, I.T., «Cytokinin transfer by a free-living mirid to Nicotiana attenuata recapitulates a strategy of en­ dophytic insects», eLife (2018); DOI: 10.7554/eLife.36268

Kontakt Prof. Ian T. Baldwin Max-Planck-Institut für chemische Ökologie Hans-Knöll-Strasse 8 D-07745 Jena +49 3641 571 101 baldwin@ice.mpg.de www.ice.mpg.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Basler Forschende erfolgreich

Wirkstoff gegen Metastasenbildung Die grösste Gefahr bei Brustkrebs sind Metastasen. Sie verbreiten die Krebszellen im ganzen Körper. Forschende der Universität Basel und des Universitätsspitals Basel haben nun einen Wirkstoff entdeckt, der die Bildung von Metastasen unterdrückt. Diese neuen Erkenntnisse über die Mechanismen der Metastasenbildung sind das Ergebnis einer gross angelegten Studie und interdisziplinären Zusammenarbeit unter anderem mit dem Tumorzentrum des Universitätsspitals Basel.

Bild: M. Oeggerli / Micronaut 2018

Die Entwicklung von Metastasen ist für mehr als 90 Prozent der krebsbedingten Todesfälle verantwortlich, und Patienten mit metastasierenden Erkrankungen gelten als unheilbar. Das interdisziplinäre Team um Nicola Aceto, Professor am Departement Biomedizin von Universität und Universitätsspital Basel, hat eine Substanz identifiziert, welche die Verbreitung von bösartigen Krebszellen hemmt und gleichzeitig die Bildung von Metastasen verhindern kann.

Zirkulierende Tumorzellverbände Zirkulierende Tumorzellen (CTCs) sind Krebszellen, die einen Primärtumor verlassen, in die Blutbahn gelangen und dann in anderen Körperregionen Fernmetastasen bilden. Diese sogenannten CTCs können als Einzelzellen oder Zellverbände im Blut eines Patienten unterwegs sein. Insbesondere die Tumorzellverbände (CTC-Cluster) gelten als Vorläufer von Metastasen. Das Basler Forschungsteam hat festgestellt, dass im Zuge der Clusterbildung eine chemische Veränderung auf Zellebene stattfindet, wodurch Gene an- und ausgeschalten werden. Diese sogenannten epigenetischen Veränderungen ermöglichen es den CTC-Clustern, einige Eigenschaften von embryonalen Stammzellen anzunehmen, etwa die Fähigkeit unkontrolliert zu wachsen und verschiedene Gewebetypen hervorzubringen. Die Wissenschaftler haben auch aufgezeigt, dass diese epigenetischen Veränderungen vollständig umkehrbar sind, wenn es gelingt, die Zellverbände wieder in ihre Einzelzellen aufzutrennen. 20

Das Bild stellt einen kolorierten Tumorzellverband dar (CTC-Cluster), der aus dem Blut einer Patientin mit Brustkrebs isoliert wurde und auf einem Mikrochip eingefangen wurde.

«Wir wollten nicht dem Standardansatz folgen und Wirkstoffe suchen, die Krebszellen abtöten. Vielmehr ging es uns darum, Medikamente zu identifizieren, mit denen die Zellcluster unwirksam gemacht werden können», so Nicola Aceto, Inhaber eines ERC Starting Grants und einer SNF-Professur. «Unser ehrgeiziger Ansatz wäre ohne die Kooperation mit hervorragenden Klinikern, Molekularbiologen, Bioinformatikern und ohne die Unterstützung modernster Technologieplattformen nicht möglich gewesen», sagt Aceto und fügt hinzu: «Unsere Methodik ist direkt an der Schnittstelle zwischen diesen verschiedenen Disziplinen positioniert. Wir arbeiten bereits am nächsten Schritt, der Durchführung einer klinischen Studie mit Brustkrebspatientinnen.» Originalpublikation Sofia Gkountela et al., «Circulating Tumor Cell Clustering Shapes DNA Methylation to Enable Metastasis Seeding», Cell (2019); DOI: 10.1016/j.cell.2018.11.046

Verhindern von Metastasen versus Abtöten Auf der Suche nach einem Wirkstoff, der die Metastasenbildung unterdrückt, testete das Forschungsteam 2 486 von der US-Arzneimittelbehörde FDA zugelassene Substanzen, die für unterschiedliche Indikationen eingesetzt werden. Dabei fanden die Forschenden unerwartet Hemmstoffe, die eine Auflösung der patienteneigenen CTC-Cluster bewirken. Diese medikamentöse Auftrennung in Einzelzellen führt dazu, dass die epigenetischen Veränderungen rückgängig gemacht werden und die Bildung von neuen Metastasen verhindert wird.

Kontakt Prof. Dr. Nicola Aceto Departement Biomedizin Universität Basel Petersplatz 1 Postfach CH-4001 Basel +41 61 207 07 73 nicola.aceto@unibas.ch www.unibas.ch

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LABOR

Modelle des Lebens

Künstlich erzeugte Zellen kommunizieren

Weltweit arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler derzeit daran, künstliche, zellartige Systeme herzustellen, die in der Lage sind, das Verhalten lebender Organismen nachzubilden. Friedrich Simmel und Aurore Dupin ist es nun erstmals gelungen, solche künstlichen Zellverbände in einer festen räumlichen Anordnung zu erzeugen. Der Clou an der Sache: Die Zellen können sogar miteinander kommunizieren. «Unser System ist ein erster Schritt hin zu gewebeähnlichen, synthetischen biologischen Materialien, die komplexes raumzeitliches Verhalten zeigen und in denen sich einzelne Zellen ähnlich wie biologische Organismen spezialisieren oder ausdifferenzieren könnten», erklärt Friedrich Simmel, Professor für die Physik Synthetischer Biosysteme an der TU München.

Bilder: A. Dupin / TUM

Friedrich Simmel und Aurore Dupin, Forschende an der Technischen Universität München (TUM), ist es erstmals gelungen, künstliche Zellverbände zu erzeugen, die miteinander kommunizieren können. Die durch Fettmembranen getrennten Zellen können kleine chemische Signalmoleküle austauschen und dabei komplexere Reaktionen wie Herstellung von RNA oder Eiweissen auslösen.

Signalmoleküle (blau) verbreiten sich im künstlichen Zellverband und ermöglichen eine Kommunikation durch die Membranen hindurch.

In den roten Tröpfchen befinden sich Signalmoleküle, die in die künstlichen Zellkompartimente rechts daneben hineindiffundieren und dort eine grüne Fluoreszenz auslösen.

Genexpression in einer festen Struktur

100 Mikrometer kleinen Einheiten können chemische oder biochemische Reaktionen ungestört ablaufen. Das Forschungsteam nutzte von einer Lipidmembran umschlossene Tröpfchen und bauten diese zunächst zu künstlichen mehrzelligen Strukturen zusammen, soge-

Als Grundbausteine für die künstlichen Zellen eignen sich Gele oder Emulsionströpfchen, umgeben von dünnen Fettoder Polymermembranen. In den 10 bis

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LABOR

Bild: U. Benz / TUM

Zellen unterschiedlich entwickelten. «Unser System ist das erste Beispiel eines multizellulären Systems, in dem künstliche Zellen mit Genexpression eine feste Anordnung haben und über chemische Signale miteinander gekoppelt sind. Auf diesem Wege erreichen wir damit eine Form der räumlichen Differenzierung», sagt Simmel.

Aurore Dupin und Prof. Friedrich Simmel am Fluoreszenzmikroskop.

nannten «Mikro-Geweben». Die verwendeten biochemischen Reaktionslösungen in den Tröpfchen waren in der Lage, RNA oder Proteine herzustellen, die Zellen haben also eine Art Genexpression.

Signaltausch der Zellen Doch damit nicht genug: Kleine «Signalmoleküle» konnten über die Membranen oder über in die Membranen eingebaute Proteinkanäle zwischen den Zellen ausgetauscht werden. Damit liessen diese sich zeitlich und räumlich miteinander koppeln. Die Systeme wurden so dynamisch – wie im realen Leben. Chemische Pulse liefen so durch den Zellverband und trugen Informationen weiter. Die Signale liessen sich auch als Auslöser nutzen, so dass sich anfänglich identische

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Modelle, Minifabriken und Mikrosensoren Solche synthetischen Systeme zu entwickeln ist wichtig, weil sie ein Studium grundlegender Fragen nach dem Ursprung des Lebens im Modell erlauben. Komplexere Organismen waren erst möglich, als sich Zellen spezialisieren und die Arbeit zwischen kooperierenden Zellen aufteilen konnten. Wie dies passierte, ist eine der spannendsten Fragen in der Grundlagenforschung. Mit einer Art Modulbaukasten massgeschneiderter Zellsysteme wollen die Forschenden künftig verschiedene Eigenschaften biologischer Systeme nachbilden. Zellen sollen auf ihre Umgebung reagieren und eigenständig handeln lernen. Auch erste Anwendungen scheinen möglich: Die künstlichen Zellverbände lassen sich langfristig als Minifabriken einsetzen, um gezielt Biomoleküle zu produzieren, oder als winzige Sensoren in der Mikroro-

botik, die Informationen verarbeiten und sich an ihre Umgebung anpassen können.

Zellen aus dem 3D-Drucker Derzeit müssen Friedrich Simmel und Aurore Dupin ihre Zellsysteme noch mühsam von Hand mit Hilfe von Mikromanipulatoren zusammenbauen. Sie planen jedoch künftig Kooperationen, um die Systeme mit Hilfe von 3D-Drucktechniken gezielt grösser und lebensnäher bauen zu können. Originalpublikation Aurore Dupin and Friedrich C. Simmel, «Signalling and differentiation in emulsion-­ based multi-compartmentalized in vitro gene circuits», Nature Chemistry (2018); DOI: 10.1038/s41557-018-0174-9

Kontakt Prof. Dr. Friedrich C. Simmel Physik Synthetischer Biologischer Systeme (E14) Technische Universität München Am Coulombwall 4a D-85748 Garching +49 89 289 11610 simmel@tum.de www.tum.de

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LABOR

Vision oder Realität?

Das Analytiklabor der Zukunft Automatisierung begleitet uns heute überall in unserem Alltag. Sie fasziniert aufgrund der Möglichkeiten, die sie uns eröffnet und sie schürt Ängste wie den vor dem Verlust von Arbeitsplätzen. Auch wenn unsere Welt zunehmend automatisierter wird, gibt es mit der analytischen Messtechnik einen Bereich, in dem sich scheinbar wenig geändert hat.

Kerstin Thurow¹ und Heidi Fleischer² Chemisch-analytische Labore sehen heute ähnlich aus wie vor 100 oder 200 Jahren. Einige elektrische Geräte haben Einzug gehalten, im Wesentlichen überwiegt aber noch die manuelle Tätigkeit. Woran liegt es, dass gerade an diesem Bereich die Automatisierung noch vorbeizugehen scheint und welche Möglichkeiten gibt es, auch in diesem Bereich die Potenziale moderner Technik zum Vorteil der Menschen zu nutzen?

Industrieautomation versus Laborautomation Vollautomatisierte Fabriken sind in der klassischen Industrie längst Realität. Ob in der Automobilindustrie, der Lebensmittel­ industrie oder anderen Zweigen – überall dominieren grosse Automationsanlagen. Auch im Bereich des Bioscreenings sind vollautomatisierte Anlagen zur Probenprozessierung und Messung biologischer Parameter heute allgemeiner Standard. Wo­ rin besteht der Unterschied zu den chemisch-analytischen Prozessen? Industrielle Prozesse sind in der Regel auf Massenprodukte ausgelegt, die Automationssysteme werden daher langfristig für sich nicht ändernde Prozesse eingesetzt. Im Bereich der Life Sciences haben wir es demgegenüber mit einer Vielzahl unterschiedlicher Prozesse mit einer hohen Anzahl an diversen Subprozessen zu tun. Dies erfordert eine erheblich grössere Flexibilität der eingesetzten Automationsanlagen, um eine schnelle und einfache ¹ Center for Life Science Automation, ² Institut für Automatisierungstechnik, Universität Rostock

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Adaption der Anlagen an neue Applikationen zu erreichen. Im Bereich des Bioscreenings gibt es zwei Faktoren, die die dort erfolgte Automatisierung begünstigt haben. Zum einen sind biologische Prozesse in der Regel recht «einfach», das heisst, es handelt sich überwiegend um Flüssigphasenprozesse unter sehr moderaten Umweltbedingungen (zum Beispiel Raumtemperatur, Normaldruck, wässrige Lösungen). Zum anderen wurde mit der Etablierung der Mikrotiterplatte ein Standardformat geschaffen, das in allen Applikationen eingesetzt werden kann und somit die Entwicklung standardisierter Geräte und Gerätesysteme ermöglicht hat. Weiterhin ist damit eine hohe Parallelisierung verbunden, da je nach Platte bis zu 96, 384 oder sogar 1 536 Proben gleichzeitig prozessiert werden können. In der chemisch-analytischen Messtechnik hingegen ist ein derartiges Standardformat nicht vorhanden. Je nach Applikationsfall kommen unterschiedliche Gefässe zum Einsatz. Dies erschwert erheblich die Entwicklung flexibler Automationssysteme und beschränkt darüber hinaus die parallele Bearbeitung der Proben. Ausserdem sind chemisch-analytische Prozesse häufig durch kompliziertere Umweltbedingungen gekennzeichnet. Dies betrifft sowohl die erforderlichen Temperatur- und Druckbedingungen als auch den Einsatz von Lösungsmitteln mit beispielsweise unterschiedlichen Dampfdrücken oder Toxizitäten. Ein weiterer Unterschied zwischen biologischen und analytisch-messtechnischen Prozessen besteht in der häufig grösseren Inhomogenität von Proben im Bereich der Analytik, die daher ein grösseres Probenvolumen erfordert.

Automationsansätze im Labor Für die Automatisierung chemisch-analytischer Prozesse können drei Ansätze gewählt werden. Im ersten Fall kann auf die vorhandenen Automationslösungen, die aus dem Bereich des Bioscreenings bekannt sind, zurückgegriffen werden. Die Analyseprozesse werden damit so angepasst, dass sie in Mikrotiterplatten durchgeführt werden können. Alle Probenprozessierungen wie beispielsweise Pipettieren, Schütteln oder Heizen können dann mit den aus der Bioautomation bekannten Systemen durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass bekannte und vorhandene Systeme eingesetzt werden können, also keine zusätzlichen Kosten für zu beschaffende Hard- und Software entstehen. Durch die Prozessierung in Mikrotiterplatten können ausserdem eine hohe Parallelität und damit ein hoher Probendurchsatz gewährleistet werden. Diese Art der Automation eignet sich für alle Prozesse, die auf Mikrotiterplatten durchgeführt werden können; dies erfordert unter anderem das Handling kleiner Probenmengen und moderate Prozessbedingungen. Zahlreiche analysenmesstechnische Verfahren lassen sich nicht ohne Weiteres in das Mikrotiterplattenformat bringen, sei es aufgrund der Probenmengen oder der erforderlichen Prozessbedingungen (zum Beispiel Temperatur, Druckbeaufschlagung, Entstehung giftiger Dämpfe). In diesem Fall muss ein Handling von Einzelproben automatisiert werden. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung des möglichen Durchsatzes an Proben. Um auch in diesem Fall eine – wenn auch im Vergleich zur MTP wesentlich geringere – Parallelität zu erreichen, werden die zu prozessieren23


LABOR

Bilder: Universität Rostock

den Proben in Racks zusammengefasst, die wiederum den Footprint von Mikrotiterplatten haben.

Racks im Mikrotiterplattenformat für unterschiedliche Gefässtypen. Der Verschluss der Einzelgefässe kann durch Deckelplatten oder einzelne Deckel erfolgen.

Damit wird auch in diesen Fällen die Nutzung zum Beispiel von parallelen Pipettiersystemen aus dem klassischen Bioscreening möglich. Dieser Automationsansatz kann für alle Prozesse verfolgt werden, die in Einzelgefässen arbeiten. Es ist eine beliebige Anzahl von Prozessschritten automatisierbar; auch Teilprozesse wie Mikrowellenaufschlüsse sind unter Beachtung der erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen möglich.

Komplexes Automationssystem für die Probenaufbereitung von Einzelproben. Dabei kommen die oben genannten Racks zum Einsatz.

Die beiden vorgenannten Automationsstrategien nutzen Roboter als zentrale Systemintegratoren, die lediglich die Funktion eines Transportelementes haben. Die automatisierte Prozessierung der Proben selbst erfolgt in intelligenten Subsystemen. Damit einher gehen zusätzliche Investi­ tionskosten für die intelligenten Subsysteme; darüber hinaus muss in der Regel eine Anpassung der Analysenvorschriften beim Transfer der manuellen Methoden auf das Automationssystem erfolgen. Eine Möglichkeit der Nutzung klassischer Laborgeräte wie beispielsweise Pipetten, Glaspipetten, Rührer und Schüttler bietet sich, wenn der Roboter im Automations24

system nicht nur als Transportelement eingesetzt wird, sondern auch selbst Prozessschritte durchführt. Hierzu bieten sich zum Beispiel Dual-Arm-Roboter an, die eine menschenähnliche Abarbeitung der Prozesse durchführen können. Dies hat den Vorteil, dass keine weiteren Investitionskosten für die Beschaffung intelligenter Subsysteme erforderlich sind, allerdings ist die Programmierung derartiger Systeme wesentlich komplexer und damit kostenintensiver. Einsatz findet diese Methode insbesondere in hoch regulierten Bereichen, wo Änderungen der Prozessabläufe zu umfangreichen und kostenintensiven Neuvalidierungen und Akkreditierungen führen würden.

Der Einsatz mobiler Roboter im Laborbereich bringt einige Herausforderungen mit sich. So müssen zum einen geeignete Strategien für die Positionsbestimmung und Navigation entwickelt werden. Kamera- und laserbasierte Systeme ermöglichen ein sehr genaues Abbild der Umgebung, sind aber sehr kostenintensiv und erfordern einen sehr hohen Aufwand im Bereich der Datenverarbeitung. Einfachere Systeme nutzen Landmarken, zum Beispiel IR-reflektierende Materialien, die von den mobilen Robotern ausgelesen werden. Darüber hinaus müssen die Prozesse des Greifens und Ablegens von Labware realisiert werden, was umfangreiche Untersuchungen der Armkinematik erfordert.

Zweiarm-Roboter für die Ausführung von Laborprozessen in Analogie zum Menschen – hier Pipettieren mit klassischer Laborpipette.

Mobiler Roboter für den Probentransport. Der Probentransport ist sowohl über die Arme als auch eine installierte Plattform zur Ablage der Probenracks möglich.

Mobile Kollegen im Labor Die Entwicklung geeigneter Automationssysteme für analysen-messtechnische Prozesse kann einen 24/7-Betrieb er­mög­ lichen. Dazu ist aber auch eine kontinuierliche Versorgung der Systeme mit Labormaterialien und Proben erforderlich. Die Nutzung von Transportbändern ist hierbei aufgrund der räumlichen Gegebenheiten in entsprechenden Laboren in der Regel nicht möglich, vor allem dann nicht, wenn unterschiedliche Räume versorgt werden müssen. Hier bietet sich der Einsatz mobiler Roboter an, die den Transport von Verbrauchsmaterialien und Proben übernehmen. Die Ansteuerung der Roboter erfolgt über ein übergeordnetes Hierarchisches Workflow-Management-System, das die Aufgaben an die einzelnen mobilen «Kollegen» verteilt.

Für die Erkennung der Labware kommen Verfahren der Bildverarbeitung zum Einsatz. Sollen die mobilen Roboter den Arbeitsraum mit dem Laborpersonal teilen, so sind geeignete Verfahren der Mensch-Roboter-Interaktion erforderlich; diese Interaktion kann über Armbewegungen, Bewegungen des Kopfes oder der Augen sowie über Sprachsteuerungen erfolgen. Kontakt Prof. Dr.-Ing. habil. Kerstin Thurow Center for Life Science Automation Universität Rostock F.-Barnewitz-Strasse 8 D-18119 Rostock +49 381 498 7800 kerstin.thurow@celisca.de www.celisca.de

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MEDIZIN

Neue Biosensorentechnologie im Einsatz

Blutgruppen und Antigene bestimmen Mithilfe einer neuen Biosensor-Technologie des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) könnten Blutgruppen schon bald mit biotechnologischen Methoden bestimmt werden. Das neue System ist kostengünstig, mobil überall einsetzbar und könnte bald das gesamte erythrozytäre Antigenspektrum von Patienten analysieren. Anwendungen liegen in der medizinischen Diagnostik oder Umweltanalyse.

Martin Walpot ¹

Die Blutgruppensysteme im Überblick Die Oberfläche unserer roten Blutkörperchen (Erythrozyten) ist mit Blutgruppenantigenen überzogen. Diese bestehen aus Zuckermolekülen oder Proteinen und definieren insgesamt 35 verschiedene Blutgruppensysteme. Die bekanntesten unter ihnen sind das ABO-System mit den vier Blutgruppen A, B, AB und O sowie das Rhesussystem. Ein Blutgruppensystem ist charakterisiert durch eine unterschiedliche Anzahl von Antigenen, die zur Bildung von Antikörpern geführt haben. Diese Antikörper müssen bei Bluttransfusionen immer berücksichtigt werden. Das geschieht vor jeder Bluttransfusion durch Bestimmung der ABO- und Rhesus-Blutgruppe und der Verträglichkeitsprobe. Sind Empfängerund Spenderblut inkompatibel, können

¹ Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB)

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Bild: Adobe Stock

Blutgruppen mithilfe modularer Biosensoren bestimmen? Eine gemeinsame Studie von Wissenschaftlern des Grazer Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und des Centre de Recherche sur les Macromolécules Végétales (CERMAV, CNRS) in Grenoble rückt diese Vision einen Schritt näher an die Realität. Die Wissenschaftler verwendeten nicht-natürliche Aminosäuren, um einen Rezeptor, mit dessen Hilfe sich Bakterien an menschliche Zellen heften, mit der Affinität für bestimmte Blutgruppen auszustatten. Diese Rezeptoren könnten die Grundlage für Biosensoren zur Blutgruppenbestimmung bilden. Eine neue Studie rückt die Vision der Blutgruppenbestimmung mithilfe modularer Biosensoren einen Schritt näher an die Realität. Die Wissenschaftler verwendeten nicht-natürliche Aminosäuren, um einen Rezeptor mit der Affinität für bestimmte Blutgruppen auszustatten.

schwere Transfusionsreaktionen auftreten, die in seltenen Fällen auch zum Tod des Empfängers führen können. Eine qualitätsgesicherte Bestimmung der Blutgruppen und der Verträglichkeitsprobe ist daher oberstes Gebot.

Serologische Tests greifen kurz Aktuell macht man sich bei der Blutgruppenbestimmung die Tatsache zunutze, dass man mit freiem Auge Verklumpungen von roten Blutkörperchen mit verschiedenen Antikörpern sichtbar machen kann. Routinefälle wie die Verträglichkeitstestung bei Bluttransfusionen können daher kostengünstig, rasch und eindeutig mit klassischen serologischen Tests abgeklärt werden. Anders verhält es sich bei der Bestimmung individueller Besonderheiten, darunter Verwandtschaftsverhältnisse und

erbliche Varianten von Blutgruppeneigenschaften. Hier greifen serologische Tests zu kurz, weil so spezielle Antikörper nicht verfügbar sind.

Genotypisierungen im Labor teuer und langsam Zur Untersuchung zum Beispiel seltener Antigene haben sich molekularbiologische Methoden wie DNA-Analysen als vielversprechend erwiesen. Gesetzliche Hämotherapie-Richtlinien schreiben im Rahmen von Schwangerschaften oder bei Bluttransfusionen die Bestimmung erythrozytärer Alloantikörper vor. Tritt zum Beispiel eine Blutgruppenunverträglichkeit zwischen Mutter und ungeborenem Kind auf, können schwerwiegende Komplikationen wie eine Immunantwort bei der Mutter auftreten. Die gebildeten Antikörper gelangen durch die Plazenta in den kindlichen Kreislauf, wo 5/2019


MEDIZIN

sie sich mit den roten Blutkörperchen des Fetus verbinden und diese zerstören. Eine Blutarmut des Kindes ist die Folge. So wichtig und erfolgversprechend Genotypisierungen bei der Blutgruppenbestimmung oder in der Diagnostik auch sind, sind genaue Vorhersagen bis heute kostenund zeitintensiv. Zudem sind DNA-Analysen ortsgebunden: Anders als die serologische Bestimmung der AB0-Blutgruppe, die nur wenigen Minuten in Anspruch nimmt, bedingen umfassende Genotypisierungen oftmals die Weitergabe der Probe an andere Labore, was mehrere Tage dauern kann.

Biosensortechnologie erkennt seltene Antigene Die Biosensortechnologie des ACIB könnte schon bald, so die Vision, das erythrozytäre Antigenspektrum von Patienten in kürzerer Zeit und standortunabhängig analysieren. «Um einen Biosensor herzustellen, benötigen wir als Basis einen Rezeptor, der

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in der Lage ist, die unterschiedlichen Oberflächenstrukturen der Blutgruppen­ antigene zu erkennen. Solche Rezeptoren kommen in der Natur in Form von Lektinen vor», erklärt ACIB-Key-Researcherin Birgit Wiltschi und führt weiter aus: «Diese Glykoproteine binden an die Zuckermolekülstruktur der Blutzellen und nehmen, ähnlich einer Funkstelle, Informationen auf, leiten diese weiter und lösen dadurch biochemische Reaktionen aus.» Die Herausforderung dabei ist, dass solche Rezeptoren Zuckerketten zwar erkennen können, von Natur aus aber zu wenig spezifisch sind, um als Biosensor arbeiten und verschiedene Blutgruppenantigene eindeutig erkennen und bestimmen zu können. Um die Lektine «feinzutunen», tauschten die Forscher einzelne Aminosäuren mithilfe biotechnologischer Methoden aus. Dabei wurden fluorierte Moleküle eingebracht und Proteine produziert, welche die Fluoratome an genau vorherbestimmten Positionen enthielten. Wiltschi: «Dabei zeigte

sich, dass die Fluoratome die Rezeptorstruktur beeinflussten, wodurch die Affinität des Rezeptors für die Oligosaccharide (Zuckerpolymere) der Blutgruppe A erhöht war. Dies führt die Forschung einen wichtigen Schritt näher an die eindeutige Bestimmung seltener Blutgruppenantigene.» Anwendungen liegen in der Herstellung von Rezeptoren für modulare Detektionssysteme, die in der medizinischen Dia­ gnostik sowie Umweltanalyse eingesetzt werden können.

Kontakt Dipl.-Ing. Dr. techn. Birgit Wiltschi Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) Petersgasse 14 A-8010 Graz +43 316 873 9313 birgit.wiltschi@acib.at www.acib.at

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ERNÄHRUNG

IMS-MS

Online-Analyse der Kaffeeröstung Edle Rohkaffees durch perfekte Röstprozesse zur vollendeten Tasse Kaffee führen – dies ist nicht nur das tägliche Ziel eines jeden Kaffeerösters, sondern auch von aktuellem Forschungsinteresse: Wie entstehen die feinen Kaffeearomen während der Röstung, wie kann dies durch Variation der Röstparameter beeinflusst werden? Denn erst während der Röstung der noch grünen Kaffeebohnen werden die Verbindungen, die zum Kaffeearoma beitragen, in vielen chemischen Reaktionen gebildet. Je nach Kaffeesorte und Röstparameter (vor allem Zeit und Temperatur) verlaufen diese Reaktionen anders und tragen somit zu unterschiedlichen Kaffeearomen bei.

Um das Zusammenspiel von Röstparame­ tern, Kaffeesorten und chemischen Reak­ tionen zu verstehen, wurde die Aroma­ bildung während des Röstprozesses in dieser Arbeit zum ersten Mal mittels on-line Ionenmobilitätsspektrometrie-Massenspek­ trometrie (IMS-MS) untersucht. Diese Me­ thode vereint einige Vorteile bisheriger Ana­ lysetechniken wie Gaschromatographie und on-line Massenspektrometrie und ermög­ licht selbst die separate Analyse isobarer und isomerer Substanzen, wie am Beispiel einiger Alkylpyrazine, siehe Tabelle 1, ge­ zeigt werden konnte.

Bilder: ZHAW

Dr. Alexia N. Gloess ¹, C. Yeretzian ¹, R. Knochenmuss ², ³ und M. Groessl ³, 4

Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Kopplung von Kaffeeröster und IMS-MS.

IMS-Massenspektrometer atmet Röstaromen Ein zusätzlicher Vorteil der IMS-MS ist der einfache Wechsel zwischen positivem und negativem Ionisierungsmodus der Korona­ entladung. Dies erlaubt die Analyse einer grossen Bandbreite unterschiedlichster Substanzen. Erstmals konnten dadurch Fettsäuren beobachtet werden, welche in grünen Bohnen vorhanden sind und wäh­ rend der Röstung zunächst oxidativ abge­ baut werden, bevor sie in weiteren chemi­ schen Reaktionen zur Aromabildung beitragen.

¹ ZHAW, Wädenswil ² University of Bern, Dept. of Chemistry and Biochemistry, Bern ³ Tofwerk, Thun 4 University of Bern, Dept. of Nephrology and Hypertension and Department of Bio Medical Research, Bern

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Abbildung 2: links: IMS Spektra der Alkylpyrazine; rechts: zeitlicher Intensitätsverlauf der entsprechenden IMS-MS Peaks.

In der vorliegenden Arbeit wurde das IMSMS (Tofwerk IMS-TOF, Thun, Schweiz) di­ rekt an den Kaffeeröster (Trommelröster, Gene Café) gekoppelt, siehe Abbildung 1. Vor der Injektion in die Ionisierungskam­ mer (Koronaentladung im positiven bzw. negativen Modus) wurde das Gas ver­ dünnt. Das Substanzgemisch wurde mittels elektrischen Feldes durch die mit Stickstoff gefüllte Driftröhre geführt. Ionen gleicher Masse wurden hier anhand ihres unter­ schiedlichen Kollisionsquerschnitts aufge­ trennt und anschliessend mittels Flugzeit­

massenspektrometrie nachgewiesen. Pro Röstcharge wurden 120 g Brasilianische Yellow Bourbons während 17,5 min gerös­ tet (Endtemperatur 230 °C, Gewichtsver­ lust 18 % ± 3 %).

Gleichzeitige Analyse isobarer und isomerer Substanzen Die on-line Analyse der Kaffeeröstung mit­ tels IMS-MS lieferte eine Fülle an Informa­ tionen über die Zusammensetzung des Gasgemisches im Röstprozess. Pro Mess­ 5/2019


ERNÄHRUNG

punkt wurde ein Massenspektrum aufge­ zeichnet (Intensität versus Masse-zu-La­ dungsverhältnis, m/z). Pro Peak im Massenspektrum wurde ein IMS-Spektrum aufgezeichnet (Intensität versus Driftzeit). Wird nun die Intensität eines Peaks im Massenspektrum oder im IMS-Spektrum für jeden Messzeitpunkt gegen die Mess­ dauer aufgetragen, so erhält man den In­ tensitäts-Zeit-Verlauf der entsprechenden Komponente über die gesamte Röstung hinweg. Beispielhaft ist dies in Abbildung 2 für die Alkylpyrazine dargestellt. Im IMS Spektrum (Abbildung 2, links) zeigt sich bereits deutlich, dass ein Peak im Massenspektrum mehr als eine Substanz und somit mehr als ein Peak im IMS-Spek­ trum umfasst. Im Vergleich mit Messungen mit Referenzsubstanzen konnten zum Bei­ spiel die Peaks bei m/z 151, DT 24,9 ms und 26,2 ms den Konformeren von 2,3-Diethyl-5-methylpyrazin zugeordnet werden. Die IMS-Peaks verhalten sich nun ihrerseits unterschiedlich als Funktion der Röstdauer, wie in Abbildung 2, rechts, er­ sichtlich ist. Einige werden während der Röstung gebildet, andere nehmen mit zu­ nehmender Röstdauer an Intensität ab.

Negativer Ionisierungsmodus: Fettsäuren beobachten Doch die Untersuchung der Kaffeeröstung mittels IMS-MS erlaubte nicht nur erstmals die Auf trennung unterschiedlicher Alkyl-Pyrazin-Isomere in der on-line Analy­ se. Die Messung im negativen Ionisie­ rungsmodus liess die Bildung organischer Säuren verfolgen, welche zur angenehm

Alkylpyrazin

Summen-­ formel

Masse (monoisotopic)/Da

protonierte Masse/Da

Pyrazin

C 4H4N2

80.04

81.04

2-Methylpyrazin

C 5H 6 N 2

94.05

95.06

2,3-Dimethylpyrazin / 2,5-Dimethyl­ pyrazin / 2,6-Dimethylpyrazin

C 6H 8N2

108.07

109.08

2-Ethylpyrazin

C 6H 8N2

108.07

109.08

2,3,5-Trimethylpyrazin

C7H10N2

122.08

123.09

2-Ethyl-3-methylpyrazin / 2-Ethyl-5methyl-pyrazin / 2-Ethyl-6-methylpyrazin

C7H10N2

122.08

123.09

2,3-Diethylpyrazin / 2,5-Diethylpyra­ zin / 2,6-Diethylpyrazin / 2,5-Di­ methyl-3-ethylpyrazin

C 8H12N2

136.10

137.11

Diethyl-methylpyrazin

C 9H14N2

150.12

151.12

Tabelle 1: Alkylpyrazin-Isomere.

fruchtigen Säure einer feinen Tasse Kaf­ fees beitragen. Erstmalig wurden auch Fettsäuren beobachtet, die in der grünen Bohne vorhanden sind und während der Röstung zunächst oxidativ abgebaut wer­ den, bevor sie in weiteren chemischen Reaktionen zur Aromabildung beitragen, siehe Abbildung 3.

Perfekte Röstprozesse zur vollendeten Tasse Kaffee Abschliessend kann die erstmalige Anwen­ dung der on-line Analyse der Kaffeerös­ tung mittels Ionenmobilitätsspektrome­trieMassenspektrometrie (IMS-MS) als voller Erfolg betrachtet werden, welcher die Er­

Abbildung 3: links: IMS Spektren der Fettsäuren, von oben nach unten: c16:0 (m/z 255.22), c18:2 (m/z 279.22), c18:1(m/z 281.24), c18:0 (m/z 283.25), c20:0 (m/z 311.28), c22:0 (m/z 339.32); rechts: zeitlicher Intensitätsverlauf der Fettsäuren und ihrer Ester.

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forschung der Aromabildung als Funktion der Röstparameter einen grossen Schritt vorantreiben wird: Im Vergleich zu bisheri­ gen Methoden eröffnet IMS-MS nicht nur die Untersuchung einer weit grösseren Anzahl von Substanzen, in positivem wie in negativem Ionisierungsmodus. Die zu­ sätzliche Auftrennung der Substanzen ba­ sierend auf deren Kollisionsquerschnitt ermöglicht die Analyse isobarer und iso­ merer Substanzen, welche vor allem im Bereich der on-line Aroma-Analyse einen enormen Fortschritt darstellt. Originalpublikation A. N. Gloess et al., «On-line analysis of cof­ fee roasting with ion mobility spectrome­ try–mass spectrometry (IMS-MS)», Inter­ national Journal of Mass Spectrometry (2018); DOI 10.1016/j.ijms.2017.11.017

Kontakt Prof. Dr. Chahan Yeretzian Kompetenzzentrum Kaffee und Analytische Technologien ZHAW Life Sciences und Facility Management Einsiedlerstrasse 31 CH-8820 Wädenswil +41 58 934 55 26 chahan.yeretzian@zhaw.ch www.zhaw.ch

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ERNÄHRUNG

Berstscheiben in Hygienic Design

Explosionsschutz und Überdruckabsicherung Hygienic Design ist eines der wichtigsten Themen der Pharma- und Lebensmittelbranche. Auch Berstscheiben müssen darauf ausgerichtet werden. Da bisher kaum Produkte erhältlich sind, welche die strengen Kriterien erfüllen, mussten Anlagenbetreiber oft hohe Kosten und viel Aufwand in Kauf nehmen, um Schutz und produktionsbedingte Hygieneanforderungen in Einklang zu bringen. Rembe, Spezialist für Prozesssicherheit und Explosionsschutz, schafft Abhilfe mit Berstscheiben in Hygienic Design.

Bilder: REMBE GmbH Safety + Control

Sanitärberstscheiben sind keine Neuheit. Entscheidende Unterschiede gibt es hin­ sichtlich Dichtheit, Beständigkeit und Handling der Berstscheiben. Letzteres äus­ sert sich oft in einem erheblichen Auf­ wand bei der Installation der Berstschei­ ben. Bestehende Rohrsysteme müssen umständlich angepasst, beziehungsweise zur Berstscheibe gehörige Rohrstücke ­e ingefügt werden. Die Ursache hierfür liegt in der Variationsvielfalt von Tri-ClampFlansch­s ystemen, die unter anderem in der Pharmaindustrie zum Standard gehö­ ren. Zudem werden Berstscheiben übli­ cherweise in DIN- oder EN-Flanschsyste­ men montiert.

Prozesssicherheit in Hygienic Design Für aseptische Prozesse ergeben sich dar­ aus zwei Herausforderungen: Zum einen ist mit DIN- oder EN-Flanschen keine Ste­ rilität gewährleistet, zum anderen müssen bestehende Anlagenteile modifiziert wer­ den, um diese Flansche zu integrieren, wodurch unerwünschte Toträume entste­ hen. Rohrleitungen schneiden, neue Flansch­ verbindungen anbringen, Rohrstücke mit integrierter Berstscheibe anflanschen und Aufhängungen bei Bedarf korrigieren – die To-do-Liste der Werksschlosser ist um­ fangreich. Die Alternative: eine Berstscheibe, die an­ stelle der ohnehin vorhandenen Dichtun­ gen innerhalb der bestehenden Tri-­ClampRohrverbindungen installiert werden kann. Die KUB clean ist ein Beispiel für eine Berstscheibe, die diese Anforderung erfüllt. Soll ein Prozess (nachträglich) abgesichert werden, kann eine bestehende Tri-Clamp30

Einfache Montage in bestehende Tri-Clamp-Flansche spart dauerhaft Zeit und Geld.

Dichtung ohne Modifikation der bestehen­ den Rohrleitung durch eine KUB clean Berstscheibe ersetzt werden. Die oben beschriebenen Aufgaben der Werksschlos­ ser entfallen ersatzlos. Das Geheimnis liegt in der Kombination aus einer hochwertigen Knickstab-Umkehr-Berstscheibe und einer besonderen Dichtung, die sich durch Be­ ständigkeit und Langlebigkeit auszeichnet. Die in der Berstscheibe integrierte Dich­ tung ist ausserdem besonders formstabil und korrosionsbeständig. Bei Bedarf kann die Tri-Clamp-Verbindung geöffnet und die Berstscheibe samt Dichtung einfach ent­ nommen werden. Was für die Druckentlastung gilt, ist eben­ so für den Explosionsschutz Realität: Mit den entsprechenden Produkten können in

beiden Fällen Hygiene und Schutz der An­ lage gleichzeitig sichergestellt werden.

Explosionsschutz in Pharmaund Lebensmittelbetrieben Grundsätzlich stehen Pharma- und Le­ bensmittelbetrieben selbstverständlich die gleichen Technologien und Massnah­ men zur Verfügung wie anderen Indus­ triezweigen. Tatsächlich reduziert sich die Anzahl aber auf wenige Produkte. Die folgende Übersicht fasst die beste­ henden Schutztechnologien kurz zusam­ men: Konzepte des vorbeugenden Explosions­ schutzes zielen darauf ab, explosionsfähi­ ge Stäube beziehungsweise Gase und/ 5/2019


ERNÄHRUNG

oder Zündquellen zu vermeiden. So soll die Wahrscheinlichkeit von Explosionen verringert werden. Zur Verfügung stehen unterschiedliche Optionen: Belüftung, Ent­ staubung und Reinigung von Luft und Oberflächen, Inertisierung oder der Einsatz von Funkenlöschanlagen. Aber auch wenn all diese Vorkehrungen getroffen wurden, ist oftmals kein zuverläs­ siger Schutz garantiert – nicht zuletzt auf­ grund der geringen Mindestzündenergien von vielen Gasen und vor allem hybriden Gemischen. Der konstruktive Explosionsschutz redu­ ziert die Auswirkungen einer (nicht zu ver­ meidenden) Explosion und ist das zentrale, meist verwendete Konzept des Explosions­ schutzes. Durch zertifizierte Sicherheitssysteme wer­ den betroffene Anlagenteile, Mitarbeiter und die gesamte Umgebung geschützt.

Konventionelle Druckentlastung Bei Anlagen ausserhalb von Gebäuden oder Anlagenteilen an einer Aussenwand werden häufig Berstscheiben zur Explosi­ onsdruckentlastung verwendet. Geschützt werden zum Beispiel im Aussenbereich

Berstscheiben für Hygieneanwendungen müssen nicht nur sicher, sondern auch leicht zu reinigen sein. Anbackungen dürfen keine Chance haben. Nur so sichert man kontinuierlich hohe Produktqualität.

Berstscheiben unterscheiden sich je nach Anwendung in Form und Aufbau.

stehende Trockner, Silos, Filter und Eleva­ toren. Im Fall einer Explosion schützt die Berstscheibe die entsprechende Anlage, indem sie den Überdruck im Behälter durch ihr Öffnen verringert und die Explo­ sion nach aussen entlässt. Da kaum ein Prozess dem anderen gleicht, gibt es un­ terschiedliche Berstscheibentypen, die sich in Form, Material, Temperatur- und Druck-/Vakuumbeständigkeit unterschei­ den. Auch hygienisch anspruchsvolle Prozesse können heutzutage mit Berstscheiben ge­ sichert werden. Entwickelt nach den stren­ gen Kriterien der EHEDG (European Hy­ gienic Engineering & Design Group) und speziell für hygienisch anspruchsvolle Be­ reiche konzipiert, schützt die Berstscheibe EGV HYP den jeweiligen Behälter im Falle einer Explosion durch Entlastung von Flammen und Druck. Die glatte Oberflä­ che mit dem patentierten, vollflächigen und angeschrägten Dichtungssystem ver­ hindert Ablagerungen und Anbackungen während dem Produktionsprozess sowie während der Reinigung der Anlage. Die EGV HYP kann in kritischen Anlagen wie Sprühtrocknern mit/ohne Nassreini­ gung, Fliessbetttrocknern, Filtern und Mi­ schern bedenkenlos eingesetzt werden und bietet so eine kostengünstige Schutz­

lösung nach den Anforderungen des Hy­ gienic Design. Im Rahmen der EHEDG Zertifizierung wur­ den Untersuchungen zur Reinigungsfähig­ keit der EGV HYP durchgeführt, die exzel­ lente Resistenz gegen Keimbildung aufweist und damit nachgewiesen als ein­ zige Berstscheibe der Welt sogar CIP-fähig (Clean in Place) ist. Für zylindrisch geformte Behälter besteht die Möglichkeit der Anbiegung der Berst­ scheibe an den Behälterradius. Das verhin­ dert unerwünschte Toträume. Sämtliche Ausführungen der EGV HYP können optional mit einer Silikonkisseniso­ lierung ausgestattet werden, die Konden­ sat und Ablagerungen durch Taupunkt­ unterschreitungen an der Innenoberfläche verhindert. Temperatur- und Energieverlus­ te reduzieren sich auf ein Minimum.

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NEWS

– IN KÜRZE E Z R Ü K N I – E KÜRZ IN KÜRZE – IN n Bayer Animal Health GmbH und Adivo GmbH sind eine weltweite Kollaboration zur Entwicklung therapeutischer Antikörper für die Tiermedizin eingegangen. Im Rahmen dieser Vereinbarung erhält Bayer Animal Health Zugang zu Adivos spezies-spezifischer monoklonaler Antikörper-Technologie, schreibt Bayer in einer Medienmitteilung. Ziel der Unternehmen ist es, Tierärzten neue und innovative Behandlungen zur Verfügung zu stellen. www.bayer.com n Die Digitalisierung treibt die Verkäufe von Unternehmens­ teilen bei deutschen Grosskonzernen, wie die Beraterfirme ey mitteilt. Der Gesamtwert der Verkäufe stieg im Jahr 2018 im Vergleich zum Vorjahr um knapp 63 Prozent auf 107,7 Milliarden US-Dollar. Die Anzahl der Transaktionen ging dagegen leicht von 516 auf 480 zurück. www.ey.com n Mit einem gelungenen Start ins Geschäftsjahr 2019 setzte Sika ihren Wachstumskurs fort und konnte im ersten Quartal einen neuen Umsatzrekord von 1 644,8 Mio. Franken erzielen, teilt Sika mit. Dies entspricht einer Steigerung von 7,1% in Lokalwährungen. Ein negativer Währungseffekt von -1,3% führte zu einem soliden Umsatzzuwachs in Franken von 5,8%. Für das Geschäftsjahr 2019 erwartet Sika eine Umsatzsteigerung von 6–8%. www.sika.com

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n Über die vorgeschlagene Einstufung von TiO2 als Gefahrstoff soll doch noch vor der Europawahl abgestimmt werden. Vor einem Monat schien es, als sei die europaweite Diskussion um eine Einstufung von Titandioxid als «vermutlich krebserregend beim Einatmen» zunächst beendet. Bei einer Sondersitzung des REACH-Regelungsausschusses, dem für die Chemikaliengeset zgebung massgeblichen Komitee, gab es am 7. März in Brüssel erneut keine qualifizierte Mehrheit für die von der Kommission vorgeschlagene Einstufung von TiO2 als Gefahrstoff. https://bdi.eu n Die dänische Chr. Hansen Holding und Lonza haben eine Vereinbarung über die Gründung eines 50/50-Joint-Ventures unterzeichnet, um in der LBP-Branche Pionierarbeit zu leisten und sich als führender CDMO-Partner (Auftragsentwicklung und Auftragsherstellung) für Biotech- und Pharmakunden zu positionieren. Bei dem Joint Venture handelt es sich um eine zu je 50% kon­ trollierte Einheit, die von ihrem Hauptsitz in Basel aus operiert und über Produktionsstätten in Dänemark und der Schweiz verfügen wird. Das Joint Venture vereint in sich ergänzende Fähigkeiten und wird eine vollständige Lieferkette zur Produktion von Bakterienstämmen für therapeutische Zwecke anbieten. www.lonza.com n Bayer will dem Beschluss eines US-Gerichts nachkom-

men und in einem der Glyphosat-Verfahren in eine Mediation eintreten. Der Konzern werde der Vorgabe Folge leisten, teilte Bayer mit. «Dieser Verfahrenskomplex befindet sich jedoch noch in einer frühen Phase – es gibt lediglich zwei Jury-Urteile, in keinem Fall wurde bislang die Berufung durchlaufen.» Der Konzern werde sich weiterhin da­ rauf konzentrieren, die «glyphosatbasierten Herbizide und deren Sicherheit vor Gericht zu verteidigen». In zwei Fällen wurde das Unternehmen bereits zu millionenschweren Schadenersatzzahlungen verurteilt. Bayer hat zwar Berufung eingelegt, viele Experten gehen aber bereits von einem teuren Vergleich aus. Ein US-Richter hatte Bayer zu einer Mediation im Fall einer Klägerin aufgefordert. Die Parteien sollten einen Mittler vorschlagen. Gelinge dies nicht, werde das Gericht einen Mediator ernennen. www.bayer.com n An der 116. ordentlichen Generalversammlung der Siegfried Holding AG im Stadtsaal Zofingen nahmen rund 250 Aktionärinnen und Aktionäre teil, die 58 Prozent des Aktienkapitals vertraten. Sie genehmigten die Erhöhung der Ausschüttung aus Kapitaleinlage­ reserven von 2.40 auf 2.60 Franken pro Namenaktie. Alle bisherigen Verwaltungsräte wurden wiedergewählt. Dr. Rudolf Hanko wurde neu in den Verwaltungsrat der Siegfried Holding AG gewählt. www.siegfried.ch

n Das Spezialchemieunternehmen Clariant hat seinen Beitritt zum World Business Council for Sustainable Development (WBCSD, Weltwirtschaftsrat für Nachhaltige Entwicklung) bekannt gegeben. Durch die Zugehörigkeit zum Netzwerk des WBCSD, das aus über 200 führenden Unternehmen aus allen Wirtschaftssparten und allen wichtigen Volkswirtschaften besteht, kann Clariant ihre ambitionierten Nachhaltigkeitsziele in Zusammenarbeit mit gleichgesinnten Partnern weiter ausbauen und umsetzen und in Bezug auf Corporate Sustainability Entscheidendes bewirken. www.clariant.com n Lanxess MPP, Hersteller bekannter Biozidbrands wie Preventol, Biochek und Metasol hat per 1. März 2019 die Zusammenarbeit mit dem Chemiehandelsunternehmen Impag in der gesamten Schweiz und Liechtenstein begonnen. Lanxess ist eine der wenigen Firmen, die weltweit Biozide herstellt und vermarktet. Das Unternehmen legt grossen Wert auf die Auswahl ihrer Distributionskanäle um global eine kompetente Marktbearbeitung sicherzustellen. Impag verfügt über das Know-how, um die von Lanxess geforderte Professionalität sicherzustellen. Lanxess ist einer der führenden Hersteller von Spezialchemikalien. Die Impag AG ist ein unabhängiges, international ausgerichtetes Handels- und Dienstleistungsunternehmen mit Hauptsitz in Zürich. www.impag.ch

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NEWS

Die Aktionäre der Clariant AG stimmten in der gestrigen Generalversammlung in Basel über sämtliche vom Verwaltungsrat vorgeschlagenen Traktanden und Anträge ab. Die anwesenden 459 Aktionäre und Aktionärsvertreter vertraten 232 891 106 Aktien beziehungsweise rund 70,16 Prozent des Aktienkapitals von Clariant. Die Generalversammlung genehmigte den integrierten Bericht, die Jahresrechnung und die Konzernrechnung der Clariant AG für das Geschäftsjahr 2018 mit 99,94 Prozent der Stimmen. Dem Vergütungsbericht 2018 wurde auf konsultativer Basis mit 94,65 Prozent der Stimmen zugestimmt. Die

Mitglieder des Verwaltungsrates und des Executive Committee wurden mit 98,56 Prozent der Stimmen entlastet. Ferner hat die Generalversammlung der Verwendung des Bilanzgewinns 2018 mit 99,93 Prozent der Stimmen zugestimmt sowie mit 99,94 Prozent der Stimmen der Ausschüttung einer Dividende aus Kapitaleinlagereserven in Höhe von 0,55 Franken je Aktie. Alle vorgeschlagenen Änderungen der Statuten, die im Zusammenhang mit dem neuen Long-Term-Incentive-Plan erforderlich waren oder sicherstellen, dass im Fall einer zukünftigen Neuauflage vergleichbarer leistungsbezogenen Vergütungspläne keine

Bild: Clariant

Generalversammlung der Clariant AG

Hariolf Kottmann, Verwaltungsratspräsident, eröffnet die 24. ordentliche Generalversammlung der Clariant AG.

weitere Statutensänderung erforderlich ist, wurden genehmigt. Alle Mitglieder des Verwaltungsrates wurden mit

grosser Mehrheit für ein Jahr wiedergewählt, ebenso wie der Verwaltungsratspräsident, Hariolf Kottmann. PricewaterhouseCoopers AG wurde als Revisionsstelle für 2019 bestätigt. Der Vorschlag für die Gesamtvergütung des Verwaltungsrates für die Amtsdauer von der ordentlichen Generalversammlung 2019 bis zur ordentlichen Generalversammlung 2020 wurde mit 88,30 Prozent der Stimmen angenommen, ebenso wie die Gesamtvergütung des Executive Committee für das Geschäftsjahr 2020, die 91,89 Prozent der Stimmen erhielt. Medienmitteilung Clariant AG

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NEWS

Bild: BASF

Michael Mertler leitet den Standort Kaisten von BASF

Dr. Michael Mertler – Standortleiter am BASF-Standort Kaisten

Die BASF in Kaisten (AG) hat einen neuen Standortleiter bekommen: Seit 1. April 2019 hat Dr. Michael Mertler (41) die Führungsverantwortung für den Standort übernommen. Michael Mertler folgt auf Dr. Wolfgang Bächle, der die Geschicke in Kaisten seit 2006 lenkte und sich jetzt auf die Leitung der BASF-Standorte Schweizerhalle und Basel

konzentriert. Daneben wird Bächle weiterhin für Infrastrukturprojekte in der Region Basel zuständig sein. Mertler startete seine Laufbahn 2007 in der technischen Entwicklung der BASF SE in Ludwigshafen (D) und hatte seitdem verschiedene Positionen in Forschung und Entwicklung, Marketing, Technologie und der Einheit opera­

tive Exzellenz sowie als Vorstandsassistent in Deutschland und Belgien inne. Zuletzt war er für die Produktion von Kunststoffadditiven in Kaisten verantwortlich. Er ist promovierter Chemie-Ingenieur, verheiratet und Vater von zwei Kindern.

Medienmitteilung BASF

Mit dem Ziel, die Kreislaufwirtschaft zu stärken und den Umweltnutzen des Recyclings weiter zu optimieren, hat Swiss Recycling die «Drehscheibe Kreislaufwirtschaft Schweiz» ins Leben gerufen. Die Plattform will die Koordination zwischen der Industrie, dem Inverkehrbringer und den Recyclingorganisationen verbessern und den Dialog fördern. Am 2. April 2019 fand das erste Treffen von Kreislauf- und Recycling-Experten aus der Schweiz und der EU statt. Die EU hat das ambitionierte «Kreislauf wir t schaf t spaket 2030» vorgelegt. Darin enthalten sind verschiedene Massnahmen, um Abfälle zu vermeiden, die Rezyklierfähigkeit von Produkten zu verbessern und den Aufbau von Sammelund Recyclingsystemen zu fördern. Ziel ist, dass die Wirtschaft in eine Kreislaufwirtschaft übergeht. Stellt die wichtigste Handelspartnerin der Schweiz ihren Wirtschaftsraum so grundlegend um, 34

muss sich auch die Schweiz mit diesen Veränderungen auseinandersetzen. Recycling-Experten aus der EU und der Schweiz haben an der ersten Fachtagung der Plattform «Drehscheibe Kreislaufwirtschaft Schweiz» über die He­ rausforderungen und Folgen dieser neuen EU-Strategie auf die Schweizer Industrie debattiert. Patrik Geisselhardt, Geschäftsführer von Swiss Recycling, zeigte sich erfreut über den gelungenen Start: «Das ‹Kreislauf w ir t schaf t spaket 2030› wird unsere Wirtschaft mehr verändern, als viele denken. Ich bin sehr glücklich, dass wir den Dialog in dieser frühen Phase starten können, um so den Wissens- und Ideen­austausch zu fördern.» Auch die Schweiz strebt die Kreislaufwirtschaft an. Sie startet jedoch aus einer besseren Ausgangslage als viele EU-Länder. So werden viele Wertstoffe in der Schweiz bereits separat gesammelt und hochwertig rezykliert. Die Leitsätze des Ressourcentrialogs

geben einen Rahmen vor. Auch die Zusammenarbeit zwischen öffentlicher Hand, Recycling-Industrie, Produkteherstellern und Detailhandel funktioniert. Für weitere Schritte in Richtung Kreislaufwirtschaft ist das Produkt-Design, bzw. das «Design for Recycling» essenziell. Das heisst, Produkte und Verpackungen sind so zu designen, dass sie am Ende des Lebenszyklus möglichst optimal wieder in den Kreislauf gelangen. Im Fokus der Öffentlichkeit stehen momentan die Kunststoffe. Dass Kunststoff eine wertvolle Ressource sein kann, beweist das PET-Recycling. Seit vielen Jahren zirkulieren PET-Getränkeflaschen im geschlossenen Flaschenkreislauf. Am 3. April wurde in Bilten (GL) die modernste PET-Verwertungsanlage von ganz Europa eröffnet. Damit wird der Kreislauf beim PET-Recycling weiter optimiert und nachhaltig gesichert. Das PET-Recycling dient so anderen Kunststoff-Fraktionen als

Bild: Adobe Stock

Wo steht die Kreislaufwirtschaft in der Schweiz?

Das PET-Recycling dient anderen Kunststoff-Fraktionen als Best-Practice-Beispiel.

Best-Practice-Beispiel. Der Verein PET-Recycling Schweiz teilt sein Know-how in der Kreislaufschliessung auch innerhalb der Drehscheibe Kreislaufwirtschaft Schweiz. Dieses Wissen soll anderen Unternehmen, Organisationen und Ländern dazu dienen, ihre Stoffkreisläufe ebenfalls besser zu schliessen.

Medienmitteilung Drehscheibe Kreislaufwirtschaft www.swissrecycling.ch 5/2019


VER ANSTALTUNGEN

Rückblick Powtech 2019

Messe geht erfolgreich zu Ende

Der Networking Campus kam als neues Konzept für Unternehmer und Wissenschaftler besonders gut an und galt mit seinem interaktiven Programm als echtes Highlight an der Powtech. Auch der Kongress für Partikeltechnologie (Partec) glänzte mit mehr als 500 Teilnehmern aus 30 Ländern. Maschinen im Live-Betrieb und Expertenaustausch auf höchstem Niveau und inspirierende Vorträge – nach drei Messetagen schloss die Powtech 2019 wieder ihre Tore. «Wir hatten uns zum Ziel gesetzt, mit einer qualitativ hochwertigen Ausstellung, neuen Ansätzen und einem vielseitigen, fachlich anspruchsvollen Vortragsprogramm mit Fortbildungscharakter zu überzeugen. Und genau das ist uns – so habe ich es aus vielen Rückmeldungen vernommen – gelungen», zieht Beate Fischer, Leiterin der Powtech, ihr Fazit. Etwa 14 200 Fachbesucher nahmen an der Messe teil – davon 40 Prozent aus dem Ausland. Das untermauert, dass die Powtech auf internationaler Ebene der unangefochtene Branchentreff für die Pulver- und Schüttgut-Community ist. Top-Aussteller stammten neben Deutschland aus Österreich, Italien, der Schweiz und den Niederlanden.

Bild: NürnbergMesse

Die Powtech überzeugte auch in diesem Jahr wieder als internationale Leitmesse der Pulver- und Schüttgut-Industrien. An drei Tagen konnten rund 14 200 Besucher ein erstklassiges Messeprogramm erleben und nützliche Kontakte knüpfen. 824 Aussteller aus 35 Ländern präsentierten in sechs Hallen am Messegelände Nürnberg ihre Innovationen. Zahlreiche Vorträge in den Fachforen mit Fokus auf Chemie, Food und Pharma vermittelten neue wissenschaftliche Erkenntnisse.

Die ausstellenden Unternehmen nutzten insgesamt eine Fläche von rund 26 700 Quadratmetern. Als etablierte Weltleitmesse bot die Powtech den Branchenvertretern eine unvergleichliche Möglichkeit der Vernetzung und des Austauschs von Experten zu Experten – und das nun zum 21. Mal in Nürnberg. Erste Befragungen während der Messelaufzeit haben erge-

ben, dass 87 % der Aussteller auf Grund der Kontakte und Anbahnungen an der Powtech 2019 ein Nachmessegeschäft erwarten. Die nächste Powtech findet wieder vom 29. September bis 1. Oktober 2020 im Messezentrum Nürnberg statt. www.powtech.de

Mischen – Homogenisieren – Entgasen Dorfstrasse 8 • 8906 Bonstetten Tel. 044 709 07 07 • www.tracomme.ch • tracomme@tracomme.ch Rasches, schonendes Mischen und Homogenisieren von hochviskosen Proben, kompletten Formulierungen, Pulvermischungen, Pasten etc. Durch die hohen Zentrifugalkräfte werden die Mischungen gleichzeitig entgast und dies alles ohne Einsatz von Rührern 5/2019 oder Mischwerkzeugen. Rotationsverhältnis der schräg aufgehängten Probengefässe und der Sonnenscheibe ist individuell einstellbar. Tischgeräte von 1 × 250 g bis 2 × 400 g und Geräte für das Pilotlabor bis 2 × 5000 g. Buchen Sie eine kostenlose Demo.

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Bilder: Labvolution

VER ANSTALTUNGEN

Die nächste Labvolution findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Hannover statt. Die Labvolution ist die europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows. Als solche zeigt sie die ganze Welt des Labors – von den Life Sciences bis zur analytischen Chemie.

Labvolution 2019

Labortechnik in Zeiten der Vernetzung Das vernetzte Labor steht im Fokus der kommenden Labvolution vom 21. bis 23. Mai 2019 in Hannover. Die europäische Fachmesse für innovative Labortechnik und die Optimierung von Labor-Workflows bringt einige neue Formate für Anwender und Interessierte aus der Laborbranche an den Start. Zu den Highlights gehört auch das weiterentwickelte SmartLAB, das eine Vision des intelligenten Labors für die Zukunft entwirft.

Die digitale Transformation prägt das Bild der kommenden Labvolution. So stellt die Messe 2019 erstmals ein Leitthema in den Mittelpunkt: «The Integrated Lab – das vernetzte Labor». «Digitale Transformation, Automation, Vernetzung und neue Formen der Interaktion verändern die Abläufe im Laboralltag», sagt Andreas Gruchow, Mitglied des Vorstands der Deutschen Messe. «Auf der Labvolution finden Anwender der wichtigsten Laborbranchen die passenden Lösungen, um ihre Labore für den Wettbewerb im digitalen Zeitalter fit zu machen.» Auch wenn die Möglichkeiten der Digitalisierung noch längst nicht die ganze Laborwelt erobert haben, so bietet sich die Labvolution als geeignete internationale und branchenübergreifende Plattform an, um unter dem Leitthema der Vernetzung aktuelle Fragen rund um Labor 4.0, Laborworkflows, Big Data in der Bioanalytik sowie gemeinsame Standards und Sicherheit zu diskutieren. Die wichtigsten Anwenderbranchen der Labvolution sind die Industrien Chemie, Pharma, Life Sciences, Biotechnologie, Umwelt, Lebensmittel und Medizin sowie die Bereiche Forschung und Entwicklung. 36

Einen wichtigen Stellenwert nimmt neben dem Fokus auf die unterschiedlichen Anwenderbranchen auch das Thema Biologisierung ein. «Die Biologisierung der Wirtschaft, der Bioökonomie oder der Medizintechnik ist im Hier und Jetzt angekommen», sagt Peter Quick, Vorstandsmitglied im Verband der Diagnostica-Industrie (VDGH) und Vorsitzender der Fachabteilung Life-Science-Research im VDGH. «Entsprechende Erkenntnisgewinne aus den Lebenswissenschaften formen zunehmend politische und unternehmerische Prozesse. Die Biologisierung ist eine entscheidende Triebfeder des Fortschritts und eine enorme Chance für den Standort Deutschland.» Hierbei wirkt die Life-Science-Branche katalytisch: Hinsichtlich des Marktvolumens hat die Life-Science-Research-Branche (LSR) in Deutschland im Jahr 2017 erstmals zur Diagnostika-Industrie aufgeschlossen, beide Branchen setzten jeweils 2,2 Milliarden Euro um. «Der dynamische Fortschritt durch die zukunftsweisenden Technologien der Life-­ Science-Forschung stärkte den LSR-Markt in 2017 mit seinen mehr als 200 Unternehmen dabei bereits um 4,9 Prozent, im 1.

Die diesjährige Messe wartet mit einer Neue­ rung auf: Das bisherige Lab-User-Forum wird zum Lab-User-Dialogue ausgebaut – mit Produktpräsentationen, hochwertigen Workshops und Podiumsdiskussion.

Halbjahr 2018 wächst der LSR-Markt noch dynamischer um 7,8 Prozent», so Quick. «Treiber dieser Entwicklung, die sich synchron in Deutschland und im Weltmarkt zeigt, ist insbesondere das Wachstum bei Geräten und damit verbundenen Serviceleistungen. Beide Branchen sind mittelständisch geprägt und zeichnen sich durch eine hohe Forschungsintensität aus: Rund 11 Prozent ihrer Umsätze werden im Schnitt in FuE und in der LSR in Schwerpunkte wie Gen-Editierung (CRISPR), NGS, Immun-, Gen- und Zell-Therapien, Life Cell Imaging, 5/2019


VER ANSTALTUNGEN

Hands-on-Laborbereich geben, in dem die Besucher die neuen SmartLAB Features selbst ausprobieren können. Aus­ serdem bekommen die Use-Cases noch mehr Gewicht. Die Anwender dürfen schon jetzt gespannt sein.» Überhaupt dreht sich auf der Labvolution alles um die Anwender. Als Fachmesse für die ganze Welt des Labors richtet sie sich an alle Entscheider und Mitarbeiter im Labor, die Interesse an innovativer Labor-, Bio- und Analysetechnik sowie an vernetzter Laborinfrastruktur, Anwendungen und Workflows haben.

Das SmartLAB leistet einen wichtigen Beitrag zum Thema Vernetzung. Dabei zeigen insgesamt 14 Partner aus Forschung und Industrie im intelligenten Labor der Zukunft, wie das Labor sich entwickeln wird.

in In-vitro-Systeme von 3D-Zellkulturen bis zu Organoiden sowie in Schnittstellen zur biopharmazeutischen Fertigung reinvestiert. Companion Diagnostics, die im Rahmen der personalisierten Medizin zur Begleitung zielgerichteter Arzneimitteltherapien eingesetzt werden, bleiben eine der wichtigsten inhaltlichen Brücken zwischen Diagnostika- und Life-Science-Research-Industrie.»

SmartLAB III mit noch mehr Anwenderbezug Einen wichtigen Beitrag zum Thema Vernetzung leistet das SmartLAB. Beim mittlerweile dritten Auftritt des intelligenten Labors der Zukunft gehen die insgesamt 14 Partner aus Forschung und Industrie noch einmal eine Entwicklungsstufe weiter. Von Augmented-Reality-Funktionen und der neuen Generation von Virtual-­ Reality-Brillen über innovative Interaktionsmedien bis hin zum Einsatz einer Drohne wird SmartLAB das technologisch Mögliche ausschöpfen und dabei gleichzeitig den Anspruch erfüllen, als voll funktionsfähiges Zukunftslabor die Fachbesucher zum Weiterdenken zu animieren. Im Mittelpunkt steht das Motto «dezentral arbeiten – global vernetzt sein». «Die Erfahrung der letzten Jahre hat gezeigt, dass die Besucher der Labvolution beim SmartLAB mitmachen wollen», so Gruchow. «Es wird deshalb einen 5/2019

Neue Gefässe Dialog, Konferenz und Award Neben den etablierten Formaten wie dem Biotechnica Forum wird es auch einige Neuerungen auf der Labvolution 2019 geben. Das bisherige Lab-User-Forum wird zum Lab-User-Dialogue ausgebaut – mit Produktpräsentationen, hochwertigen Workshops und Podiumsdiskussion. Neu sind zwei Konferenzen, die in Kooperation mit der Gläsernes Labor Akademie aus Berlin veranstaltet werden. Die erste richtet sich mit einer zertifizierten Schulung an technische Angestellte aus dem Labor, die zweite mit dem Thema Berufsorientierung an Young Life Scientists. Ein weiteres Highlight wird ein Wissenschafts-Symposium sein, das sich mit aktuellen Themen aus den molekularen Life Sciences befasst. Eine weitere Neuerung ist der Labvolution Award. Der erstmals ausgeschriebene Preis zeichnet erfolgreiche Laboroptimierungen aus und richtet sich damit ausdrücklich an Anwender – also an Labore, Forschungsgruppen oder auch Einzelpersonen. Prämiert werden Lösungen, die den Laboralltag verbessern. Wichtig ist, dass es sich um konkrete Beispiele aus der Praxis handelt, die sich auch bereits als nachhaltig erfolgreich erwiesen haben. Der Labvolution Award wird am ersten Messetag auf dem SmartLAB-Stand verliehen. In Planung sind schliesslich auch ein Gemeinschaftsstand zu Labor-Informations- und Managementsystemen (LIMS), ein geförderter Stand für Start-ups sowie diverse Angebote zum Thema Job und Karriere. www.labvolution.de 37


VER ANSTALTUNGEN

Chemspec Europe 2019 in Basel

Aus Herausforderungen Chancen machen

Chemspec Europe 2019 zeigt innovative Chemielösungen für aktuelle gesellschaftliche und politische Anforderungen. Zwischen Investitionsboom und Brexit sieht die Fein- und Spezialchemiebranche gespannt ihrem jährlichen Treffen auf der Chemspec Europe 2019 in Basel entgegen, um sich über die aktuellen Marktentwicklungen, Technologieneuheiten, Geschäftsmöglichkeiten und regulatorischen Fragen dieses sich rasant wandelnden Marktes auszutauschen. Die 34. Ausgabe der Fachmesse deckt das gesamte Spektrum der Fein- und Spezialchemie für unterschiedlichste Anwendungen und Industriebereiche ab, einschliesslich Pharmazeutika, Agrochemikalien, Polymere, Lebens- und Futtermittel, Geschmacks- und Duftstoffe, Pigmente und Farbstoffe, Farben und Beschichtungen, Haushalts- und Reinigungschemikalien, Kleb- und Dichtstoffe, Petrochemikalien, Leder- und Textilanwendungen und viele mehr. Zur vorherigen Messe 2018 kamen 358 Aussteller und mehr als 6000 Teilnehmer aus der ganzen Welt. Die Ausstellerliste der kommenden Veranstaltung verspricht wieder ein starkes Aufgebot, wobei Deutschland die meisten Unternehmen stellt, gefolgt vom europäischen Ausland mit Grossbritannien, der Schweiz, Frankreich, Belgien, Österreich, Irland und den Niederlanden. Ebenfalls prominent vertreten sind Aussteller aus den USA und Asien, insbesondere aus Indien und China. Die Fein- und Spezialchemieindustrie agiert in einem sehr wettbewerbsintensiven Markt mit immer komplexeren Umwelt­ anforderungen und steht derzeit unter reichlich Druck von unterschiedlichsten Seiten; zugleich profitiert die Branche von hohen Investitionen, insbesondere in grü38

Bilder: Mack Brooks Exhibitions Ltd

Die Chemspec Europe findet vom 26. bis 27. Juni 2019 auf dem Messegelände Basel statt, einem der wichtigsten Standorte für Fein- und Spezialchemie in Europa. Als zentraler Branchentreffpunkt vereint die Chemspec Europe wichtige Technologieführer, Innovatoren und Entscheidungsträger aus der Entwicklung und Fertigung chemischer Produkte sowie dazugehöriger Dienstleistungen unter einem Dach.

Die Chemspec Europe findet vom 26. bis 27. Juni 2019 auf dem Messegelände in Basel statt.

ne und bio-basierte Technologien. «Viele Hersteller verzeichnen derzeit gute Umsätze, doch die Unternehmen müssen den Wandel mitgestalten und noch stärker als bisher innovativ tätig werden, was Nachhaltigkeit und optimierte Betriebsabläufe angeht», sagt Liljana Goszdziewski, Messedirektorin der Chemspec Europe im Namen des Veranstalters Mack Brooks Exhibitions. «Mit der richtigen Herangehensweise können Unternehmen die aktuellen Herausforderungen in neue Chancen für Innovation und Wachstum verwandeln.» Liljana Goszdziewski erklärt weiter: «Die kommende Chemspec Europe bringt eine beeindruckende Vielfalt an Experten, Wissenschaftlern, Managern und Technologieführern zusammen und bildet so eine wichtige und anerkannte Plattform für die gesamte Branche. Einkäufer und Agenten können sich hier zu den neusten techni-

Einer der innovativen auch in der Schweiz ansässigen Aussteller ist Vacuubrand. Der Pumpstand PC 3001 VARIO select regelt das Vakuum punktgenau über die Drehzahl der Pumpe. Mit seiner grafischen Bedienoberfläche bietet der integrierte Vakuum-Controller des Gerätes vordefinierte Vakuumprozesse für alle gängigen Laboranwendungen.

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VER ANSTALTUNGEN

schen Entwicklungen informieren, nach hochspeziellen Substanzen suchen oder im direkten Austausch mit Anbietern individuelle Lösungen entwickeln. Die messebegleitenden Workshops und Konferenzveranstaltungen bieten viele zusätzliche Gelegenheiten, um Fachwissen auszutauschen und internationale Kontakte zu Branchenkollegen und Geschäftspartnern zu knüpfen.»

Umfangreiches zweitägiges Konferenzprogramm Ein hochkarätiges zweitägiges Seminarprogramm vermittelt informative Einblicke in aktuelle Marktentwicklungen und erläutert wichtige Schlüsselstrategien der Branchenführer für mehr Erfolg und Wachstum. Die Teilnahme ist für alle Aussteller und Besucher der Chemspec Europe 2019 kostenlos. Das vollständige Konferenzprogramm wird auf www.chemspeceurope.com veröffentlicht und fortlaufend aktualisiert. Die Chemspec Agrochemical Outlook Conference, unterstützt von Agrow, beschäftigt sich mit den aktuellen Herausforderungen und Möglichkeiten der Branche für 2019. Die Konferenz beleuchtet das Thema aus den unterschiedlichen Blickwinkeln der Industrieexperten, Hersteller und führenden Anbieter der Branche. Besucher erhalten wertvolle Einblicke, wie

Die Fachmesse zieht das ganze Spektrum der Fein- und Spezialitätenchemie für die unterschiedlichsten Anwendungen und Industriebereiche an. An der letztjährigen Messe waren 358 Aussteller und 6000 Besucher präsent. Für die Messe in Basel wird ein ähnlich starkes Aufgebot erwartet.

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man den Anforderungen der Branche für 2019 gerecht werden kann. Das «Pharma Lecture Theatre» konzen­ triert sich auf die Trends, Herausforderungen und Chancen für die Pharmaindus­ trie, vermittelt Informationen zu aktuellen Forschungsprojekten und ermöglicht den direkten Austausch mit führenden Industrieexperten. Das «Pharma Panel» diskutiert über Ansätze zur Entwicklung globaler Outsourcing-Strategien, die Suche nach geeigneten Outsourcing-Partnern, Ansätze zur Risikobegrenzung, mögliche Probleme beim Outsourcing sowie Strategien für die effiziente Zusammenarbeit mit Partnern. Im Vorfeld des Panels am ersten Messetag spricht Magid Abou-Gharbia vom Moulder Center for Drug Discovery Research in Philadelphia in seiner beliebten «Abou-Gharbia Lecture» über neue Strategien der Pharmaindustrie, um öffentliches Vertrauen zurückzugewinnen, sinkende Produktivität und steigende Kosten in den Griff zu bekommen und gleichzeitig die Versorgung der Patienten mit innovativen Therapiemöglichkeiten zu sichern. Die «Regulatory Services Conference», organisiert von REACHReady, unterstützt und berät Aussteller in Fragen zum Regulierungs- und Chemikalienmanagement und vermittelt Einblicke und praktische Tipps von Experten. Neben den Themen REACH, Biozide und CLP deckt das Seminar auch Inhalte zum Umgang mit bedenklichen Chemikalien, Rechts- und Compliance-Fragen sowie potenzielle Auswirkungen neuer gesetzlicher Vorschriften auf die europäischen Chemieunternehmen ab, einschliess­ lich REACH-ähnlicher Vorschriften auf internationaler Ebene. Das «RSC Symposium 2019», organisiert von der Royal Society of Chemistry, ist ein zweitägiges internationales Symposium zur Reduzierung von Umweltbelastungen. Präsentiert wird ein umfassendes Programm mit international anerkannten Sprechern aus der Industrie und aus Unternehmen, die bereits bahnbrechende Fortschritte in der Erforschung und Entwicklung neuer Ansätze für mehr Nachhaltigkeit erzielt haben. Themen sind die gewinnbringende Nutzung von Abfallprodukten, Alternativen zu problematischen Rohstoffen, der Austausch synthetischer Stoffe durch natürliche Rohmaterialien,

Die ReachReady- Konferenz unterstüt z t und berät Aussteller in Fragen zu Regulierungs- und Chemikalienmanagement. Zudem organisier t die Royal Societ y of Chemistr y ein zweitägiges internationales Symposium zur Reduzierung von Umweltbelastungen.

die Minderung der Umweltauswirkungen von Kunststoffen, chemische Eigenschaften von Bio-Kunststoffen und biologische Abbaubarkeit, sowie Prozesseffizienz und Biokatalyse. Die «Chemspec Careers Clinic», organisiert von Chemical Search International, bietet eine diskrete und kostenlose Karriereberatung für Führungskräfte aus allen Ebenen der Fein- und Spezialchemiebranche durch eine spezialisierte Personalberatung. Bereits zum dritten Mal bringen Chemspec Europe und BCNP Consultants junge Unternehmen, ihre Innovationen und das Thema «Unternehmensgründung in der Chemie» auf die Bühne. Das Programm Innovative Start-ups beinhaltet einen Hauptvortrag, Präsentationen von Unternehmensgründern in der Chemie und eine Podiumsdiskussion. Die Chemspec Europe 2019 findet vom 26. bis 27. Juni 2019 in der Messe Basel in der Schweiz statt. Die offizielle Messevorschau steht ab sofort auf der Webseite von Chemspec Europe zur Verfügung und Eintrittskarten können über den Online Ticket Shop erworben werden. Besucher können den kostenlosen Newsletter abonnieren, um regelmässig mit Neuigkeiten zur Messe und aktuellen Meldungen aus der Branche versorgt zu werden. Weitere Informationen finden Sie auf www.chemspeceurope.com. Quelle: Medienmitteilung Chemspec 39


VER ANSTALTUNGEN

Patientensicherheit geht vor

Personalisierte Medizin im grünen Bereich

Viele Insider sehen die Biotechnolo­ giebranche grundsätzlich als «grüne Bran­ che» und bewerten sie typischerweise folgendermassen: «Zunächst wurden Wirkstoffe während 60 bis 90 Jahren praktisch durchweg chemisch syntheti­ siert. Die chemische Industrie war in der Vergangenheit ein Umweltrisiko. Heute können Bakterien oder Zellkulturen Wirk­ stoffe aus natürlichen Bausteinen zusam­ menfügen, und diese sind dann wieder biologisch abbaubar. Im Vergleich zu an­ deren Industrien hat die gesamte Bio­ techbranche einen geringen Einfluss auf die Umwelt. Die grössten ‹Sünder› von heute muss man in anderen Branchen suchen.»

Hat man bisher hauptsächlich auf Grösse gesetzt und über Skaleneffekte Effizienz­ steigerungen und damit auch die Scho­ nung der Umwelt zu erreichen versucht, setzt sich in der Gesundheitsbranche die Erkenntnis durch, dass ein bestimmtes Medikament nicht jeden Patienten gleich gut heilt. Die Therapie muss individuell zugeschnitten werden. Nur so werden zum Beispiel auch seltene Krankheiten («orphan diseases») zu behandeln sein. Die umsatzstarken Blockbuster wird es in Zukunft womöglich seltener geben. Indivi­ dualisierte oder gar personalisierte Medi­ zin dürfte zwar insgesamt teurer sein, aber dafür mehr Menschen länger und besser leben lassen. Mit personalisierter Medizin und mit den dort interessierenden hochwirksamen In­ haltsstoffen verknüpft sich sehr eng das moderne Containment: Der Herstellungs­ bereich soll komplett eingehaust und ab­ geschottet sein, um sowohl das Produkt selbst als auch die Mitarbeiter zu schützen.

Geringe Mengen, hochrein und hochwirksam

Abbildung 1: Die Sterilisation mit Reinstdampf (SIP) wird an vielen Punkten in den Anlagen mit Temperaturfühlern überwacht – hier ein Modell mit QuickNeck-Schnellverschluss für einfacheres Kalibrieren.

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Gerade bei der Produktion von personali­ sierten Wirkstoffen in Containments könn­ ten verschiedene aktuelle Trends, zum Beispiel der verstärkte Einsatz von Robo­ tern, in besonders spürbare Vorteile mün­ den. Denn hier produziert man in kleinem Massstab und in hoher Reinheit. Das wird immer häufiger Roboter erfordern, da Menschen in miniaturisierten Arbeitsum­ gebungen von einigen Mikrometern nicht mehr sinnvoll arbeiten könnten. Auch aus der Perspektive des Kontami­ nationsschutzes dürften Roboter uner­ setzlich werden, denn gerade im Bereich der Onkologie müssen hochwirksame

Bilder: Endress+Hauser

Diese neue Therapie ist auf eine extrem zielgenaue Produktion ausgerichtet – im Extremfall ein Medikament der «Losgrösse 1» für einen bestimmten Patienten. Das ist aus Umweltgesichtspunkten doch «fast nichts». Und dennoch bedarf es auf dem Weg dorthin aller Errungenschaften der modernen Pharmaindustrie: zum Beispiel Containment, Roboterisierung und Big Data. Wie nachhaltig kann das sein?

Abbildung 2: Nach dem Reinigungslauf (CIP) wird die Anlage mit Reinstwasser gespült («final rinse»). Dieser Vorgang wird mit kondukti­ ven Leitfähigkeitsmessungen überwacht, hier mit digitaler Schnittstelle.

Sub­s tanzen gehandhabt werden, soge­ nannte HPAPI («highly potent active pharmaceutical ingredient»). So stellt zum Beispiel bei der Produktion von An­ tikörperwirkstoffkonjugaten, die in der Krebsimmuntherapie eingesetzt werden, ein Arbeitsplatzgrenzwert (OEL, Occupa­ tional Exposure Limit) von 0,1 μg/m³ pro 8 Stunden einen in der Praxis nicht un­ üblichen Wert dar. Die Extreme liegen bereits heute zwei Zehnerpotenzen da­ runter. In Zukunft wird es sich immer häufiger an­ bieten, auch nötige Aufreinigungsschritte direkt in die Herstellung zu integrieren. Dazu kann unter anderem eine Aufreini­ 5/2019


Bilder: Pall

VER ANSTALTUNGEN

Abbildung 3: Auf die Schnittstellen kommt es an: Single-use-Sterilkonnektoren für den sterilen Transfer von Flüssigkeiten.

mit Single-use-Modulen arbeiten oder mit einer Kombination von beidem.

Fazit: Per se umweltfreundlich

Abbildung 4: Ein ganzer Festbett-Bioreaktor in Single-­ use-Ausführung: Das System eignet sich zur Produktion von Human- und Veterinär­ impfstoffen, viralen Vektoren und rekombinanten Proteinen. Es ist in einer «Nano-Version» auch für den kleineren Massstab geeignet.

gung durch präparative Chromatographie zählen. Fortgeschrittene Systeme kommen auf hohe Flussraten (z. B. 5000 ml/min) und bieten zahlreiche Extras, wie etwa kundenspezifische Abzugshauben für Frak­ tionssammler oder Zertifizierungen für den Einsatz in Umgebungen mit entflammba­ ren Gasen oder Stäuben (Atex) oder in GMP-Prozessen. Gerade bei der Abfolge mehrerer Schritte kommt es wesentlich auf die Schnittstel­ len an. Muss die Anlage etwa für den Transfer von der biotechnologischen Her­ stellung zur Aufreinigung und Aufkonzen­ trierung des Wirkstoffes geöffnet werden, so wird man bei Reinigungsprozeduren bevorzugt CIP/SIP einsetzen müssen oder 5/2019

Zieht man hier eine Umweltbilanz, so dürf­ ten die Einsparungen an Rohstoffen, die Verringerung des Ausschusses und eine, dank Miniaturisierung und Mengenreduzie­ rungen, wenig energieintensive Produktion den technologischen Mehraufwand deut­ lich überwiegen. Ressourcen werden ge­ schont und Kosten begrenzt. Für grosse Unternehmen mit starken Assets in der personalisierten Medizin wie für kleine Start-ups verheisst dies attraktive Marktpo­ tenziale bei vergleichsweise geringen Aus­ wirkungen auf die Umwelt – eine «grüne Pharmazie». Es gibt allerdings eine klare Grenze, wie Branchenkenner betonen: Wichtig ist, dass Produkte im Gesundheitsbereich für Pati­ enten sicher bleiben müssen. Hier darf es keine Kompromisse geben, denn wir kön­ nen keine Menschen in Gefahr bringen um noch drei Watt in der Produktion zu sparen. ILMAC Basel 2019 Dauer: Dienstag, 24. bis Freitag, 27. September 2019 Öffnungszeiten: 9 bis 17 Uhr Ort: Messe Basel, Halle 1 Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG info@ilmac.ch www.ilmac.ch

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VER ANSTALTUNGEN

Am 4. Juni 2019 im Hotel Arte in Olten

16. Schweizer Sonderabfalltag Die 16. Ausgabe des Schweizer Sonderabfalltages bietet ein abwechslungsreiches Programm für Fachpersonen aus der Industrie, dem Gewerbe, Institutionen und Behörden. Die Tagung wartet auch dieses Jahr mit vielfältigen Referaten über Problemstellungen und entsprechenden Lösungen beim Transport von Sonderabfällen, Herausforderungen bei der Entsorgung und dem Recycling sowie aktuellen Themen aus dem Abfallrecht auf.

Lithium-Batterien und Co Der Einsatz von Lithium-Batterien ist aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken. Ihre vergleichsweise hohe Energiedichte erlaubt es, unsere elektronischen Helfer immer kleiner zu machen. Beim Transport und der Entsorgung stellt aber gerade diese hohe Energiedichte eine besondere Herausforderung dar. Herr Viktor Haefeli, Smart Resources GmbH in Stans, präsentiert im Namen des Schweizerischen Verbands für Umwelttechnik (SVUT) Lösungen für die Bergung, Quarantäne, Lagerung und den sicheren Transport von Lithium-Batte­ rien und -Akkus, welche sich in unde­ finiertem oder schlechtem Zustand befinden. 42

Nach wie vor aktuell ist auch die Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten. Andreas Heller vom Fachverband VREG Entsorgung (FVG), informiert die Teilnehmer über die wirtschaftlichen Aspekte und die Umweltauswirkungen des E+E Geräte Recyclings.

Ein Blick über die Landesgrenze Dieses Jahr wagen wir am Sonderabfalltag einen Blick über die Landesgrenze hinaus. Welche Problemstellungen beschäftigen unsere Nachbarn bei der Entsorgung ihrer Abfälle, wo gibt es Unterschiede und welche Gemeinsamkeiten bestehen? Mit diesem Thema beschäftigt sich Frau Nolwenn Zanettin von GAIA Conseils GmbH. Sie vergleicht die Sonderabfallentsorgung in der Schweiz und Europa. Neben der umweltgerechten Entsorgung von Sonderabfällen spielt auch ihre möglichst effiziente Verwertung eine wichtige Rolle. Für die Ressourcenschonung, insbesondere für Unternehmen mit hohem thermischem Energiebedarf, ist der Einsatz von alternativen Brennstoffen eminent wichtig. Herr Clemens Wögerbauer, Geocycle Schweiz in Zürich, klärt das Publikum über die Rolle der Zementwerke im Sonderabfallgeschäft auf, wobei nicht nur die thermische Verwertung eine Rolle spielt. Der Begriff «Kreislaufwirtschaft» ist beim Einsatz von Rohstoffen und der Wiederverwertung von Abfällen immer häufiger zu hören. Was er genau bedeutet und in welchen Bereichen er zur Anwendung kommen kann, erläutern am Sonderabfalltag Raymond Schelker von der Allianz Design for Recycling Plastics in Basel und Frau Patricia Walker von Eberhard Recycling AG in Kloten.

Bild: Adobe Stock

Umfangreiche Dienstleistungen im Entsorgungsbereich scheinen gefragt zu sein. Immer mehr Sammelhöfe nehmen auch Sonderabfälle entgegen. Häufig mangelt es bei den Betrieben an Know-how und geeigneter Infrastruktur für das richtige Handling dieser speziellen Abfälle. Herr Reto Friedli vom Amt für Wasser und Abfall des Kantons Bern zeigt, welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um die entsprechende abfallrechtliche Betriebsbewilligung für die Entgegennahme von Sonderabfällen zu erhalten. In einem zweiten Referat zum Thema «Sonderabfallsammelstellen» erläutern Dieter Zaugg und Benny Irniger, EcoServe International AG, zusammen mit Jürg Mühlemann vom Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft AWEL, die technischen und organisatorischen Voraussetzungen für einen gesetzeskonformen Betrieb bei der Annahme, der Lagerung und der Weiterleitung von Sonderabfällen.

Neben der umweltgerechten Entsorgung von Sonderabfällen spielt auch ihre möglichst effiziente Verwertung eine wichtige Rolle.

Herr Schelker zeigt am Beispiel von Kunststoffverpackungen auf, wie das «Design for Recycling» entlang der gesamten Wertschöpfungskette aufgebaut und weiterentwickelt werden kann. Daneben widmet sich Frau Walker der Rückführung mineralischer Rohstoffe in den Stoffkreislauf, um Ressourcen zu schonen und Deponieraum einzusparen. Neben den vielfältigen Fachreferaten wird der Sonderabfalltag durch eine Begleitausstellung abgerundet und von den Patronatspartnern, dem Fachverband VREG Entsorgung (FVG) und dem Schweizerischen Verband für Umwelttechnik (SVUT), unterstützt. Weitere Informationen und ein online-Formular für die Anmeldung finden Sie auf: www.ecoserve.ch/aktuelles/sonderabfalltag. Sichern Sie sich heute noch einen Platz, wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme. Kontakt EcoServe International AG Pulverhausweg 13 CH-5033 Buchs +41 62 837 08 10 info@ecoserve.ch www.ecoserve.ch

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TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen JUNI 2019 04.06.

04.06.

04.06.

16. Schweizer Sonderabfalltag Ort: CH-Olten Veranstalter: EcoServe International AG Pulverhausweg 13, CH-5033 Buchs AG +41 62 837 08 10 info@ecoserve.ch, www.ecoserve.ch Wissenschaftliche Informationen suchen, finden und verwalten – ganz einfach (QS-2) Ort: CH-Zürich Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft / Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

Technisches Basiswissen für die Qualitätssicherung und Auditoren Ort: Freiburg im Breisgau Veranstalter: gmp-experts BeratungsGmbH, Kirchwiesenstrasse 5, D-67434 Neustadt/W. +49 6321 399 55 66 info@gmp-experts.de, www.gmp-experts.de

11.06. – 12.06.

Analyse der Stabilität und der Haltbarkeit von Produkten Ort: CH-Basel Veranstalter: Aicos Technologies AG, Sandweg 46 CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

12.06.

Dampf-Seminar Ort: CH-Winterhur Veranstalter: André Ramseyer AG, Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt +41 31 744 00 00 info@ramseyer.ch, www.ramseyer.ch

13.06.

13.06. –14.06

14.06.

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Séminaire vapeur Ort: CH-Yverdon Veranstalter: André Ramseyer AG, Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt +41 31 744 00 00 info@ramseyer.ch, www.ramseyer.ch La Spéctrométrie de Masse à Source Plasma (SP-4F) Ort: CH-Genf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft / Division analytische Wisschenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse Dampf-Seminar Ort: CH-Flamatt Veranstalter: André Ramseyer AG, Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt +41 31 744 00 00 info@ramseyer.ch, www.ramseyer.ch

15.06.

Dampf-Seminar Ort: CH-Laufen (BL) Veranstalter: André Ramseyer AG, Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt +41 31 744 00 00 info@ramseyer.ch, www.ramseyer.ch

18.06. – 19.06.

Statistische Analyse von Labordaten mit Excel Ort: CH-Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG, Sandweg 46 CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

21.06.

Rasterelektronenmikroskopie (REM) – Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) (AA-3) Ort: CH-Biel-Benken (BL) Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft / Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

24.06. – 25.06

Prozessoptimierung mit Big Data in der Praxis Ort: CH-Basel Veranstalter: AICOS Technologies AG, Sandweg 46 CH-4123 Allschwil +41 61 686 98 76 info@aicos.com, www.aicos.com

25.06.

Basis: FvP Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

25.06. – 27.06.

Sensor + Test 2019 Ort: D-Nürnberg Veranstalter: AMA Service GmbH Von-Münchhausen Str. 49, D-31515 Wunstorf +49 5033 9639 0 info@ama-service.com, www.ama-service.com

26.06. – 27.06.

Chemspec Europe 2019 34. Internationale Fachmesse für Fein- und Spezialchemie Ort: CH-Basel Veranstalter: Mack Brooks Exhibitons Ltd – Chemspec Europe Romeland House, Romeland Hill GB-St Albans, AL3 4ET +44 1727 814 400 info@chemspeceurope.com www.chemspeceurope.com

28.06.

Referenzmaterialien zur Methodenvalidierung und Gerätequalifizierung (QS-14) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft / Division analytische Wissenschaften SCG / DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

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FIRMEN BERICHTEN

Was auf die Industrie zukommt

Manuelle Dossierüberprüfung Phase-In-Substanzen sind unter der Verordnung REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) registriert. Behörden der EU-Mitgliedstaaten führen wissenschaftliche Bewertungen an Substanzen für den fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft (CoRAP) durch. Die Prüfungsgründe werden in diesem Plan öffentlich gemacht. Zusätzlich kontrolliert die Europäische Chemikalienagentur ECHA die Dokumente. Offiziell erstrecken sich diese Prüfungen nur auf die Vollständigkeit der Dossiers, doch sind durchaus wissenschaftliche Sachverhalte im Spiel. Ein Erfahrungsbericht.

Arno Wess ¹

Bild: Adobe Stock

Nicht umsonst sind die Chemikaliendossiers in der Europäischen Union (EU) in einem Datenbankformat einzureichen. Nur dank dieser strukturierten Form kann nämlich auf eine individuelle Durchsicht und Überprü­ fung der Dossiers durch Behördenexperten weitgehend verzichtet werden. Es ist nicht nur ein vorgegebenes Format, vielmehr stellt es eine vollständige Implementierung der «OECD Templates» dar. Diese Doku­ mentenvorlagen der Organisation für wirt­ schaftliche Zusammenarbeit und Entwick­ lung (OECD) legen internationale Standards darüber fest, wie Chemikaliensicherheitsex­ perimente strukturiert und einheitlich rap­ portiert werden sollen, damit alle Informa­ tionen für eine Studienbewertung vorhanden sind und auch leicht gefunden werden. Bestehende Strukturen können zu mehr Behördenkorrespondenz führen.

Vom Abfragelogarithmus übersehen Neben den relativ oberflächlichen Überprü­ fungen durch Kontrollen des integrierten Validierungsassistenten sind in der Dossier­ datenbank weitgehendere Abfragen mög­ lich, die sicherlich auch von den Behörden angewendet werden. Dies zum Beispiel, um die zunächst noch relativ unverbindli­ chen «Quality Observation Letters» (QOL) an die Anmelder zu schicken, damit diese die Dossierqualität überprüfen und durch eine Aktualisierung verbessern. Ganz sicher sind auch die Substanzen, die für die Über­ prüfung von den Behörden der Mitglieds­

¹ Innovative Environmental Services (IES) Ltd

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staaten vorgesehen sind, aufgrund von ge­ zielten Datenbankabfragen bestimmt worden. Höhere Tonnagen (EU-Produktion plus Import gemäss REACH) in Kombina­ tion mit Verwendungen durch Endverbrau­ cher erfordern zunächst eine zunehmende Sorgfalt. Finden sich nun noch (nicht offen­ gelegte) Stichworte in den Texten, die auf potenzielle besonders bedenkliche Eigen­ schaften wie karzinogen, mutagen oder reproduktionstoxisch hindeuten, so mag dies bereits genügen, um die Anmelder zu einer Überarbeitung des Dossiers aufzu­ fordern. Dem Autor ist ein solcher Fall in der beruflichen Praxis vorgekommen, in dem allerdings alles in Ordnung war. Eine sprachliche Verneinung im Freitext wurde offensichtlich vom Abfragelogarithmus übersehen. Eine einfache Umformulierung

der entsprechenden Passage, die wörtlich aus dem Prüfbericht kopiert worden ist, hat hier genügt, um die Zweideutigkeit zu be­ seitigen. Ein anderer Schwerpunkt der Dossier­ überprüfung sind die Begründungen für nicht durchgeführte Standardstudien: die sogenannten «Waiver». Im Grunde ge­ nommen handelt es sich dabei um eine formaljuristische Stellungnahme, da eine gesetzliche Anforderung nicht erfüllt wird. Nun sind die entsprechenden Texte in den Waivern oft nicht mehr als eine Kurzphrase aus einem Phrasenkatalog, wie sie zu Anfang der Registrierphase kursierten. Dies ist wohl der grossen Zeit­ knappheit beim Verfassen der Dossierda­ tensätze geschuldet. Unmittelbar nach den ersten beiden Registrierungsstichta­ 5/2019


FIRMEN BERICHTEN

gen ging es mit der nächsten Staffel wei­ ter, weshalb für Aktualisierungen bezie­ hungsweise die Transformation in das danach erst zur Verfügung gestellte For­ mat International Uniform Chemical In­ formation Database 6 (IUCLID 6) kaum Zeit blieb. Dies ist wohl auch ein plausib­ ler Grund für die vonseiten der Behörden bemängelte geringe Zahl von Aktualisie­ rungen. Mit der Umstellung von IUCLID Version 5 auf 6 wurden hier Auswahllis­ ten für die einfachen Fälle eingeführt, womit die eher simplen Waiver akkurat erfasst sein dürften – allerdings nur in den zwei niedrigsten Tonnagebändern. So ist wohl anzuraten, nun wo die Alt­ stoffregistrierung beendet ist, die IUCLID5-Dossiers auf die Version 6 zu bringen, was durchaus eine beachtenswerte Über­ arbeitung bedeutet. Vor allem für all die komplexeren Waiver, die sich direkt auf die im REACH Annex XI angegebenen Tatbestände stützen, ist ein strikt forma­ ler Aufbau anzuraten: Zunächst sollten die Studiendaten, die nicht den Anforderungen entsprechen, klar genannt werden (z. B. «Annex XI, 1.5. Grouping of substances and read-across approach»). Dies mag innerhalb der IUCLID entbehrlich erscheinen, doch wer­ den diese Texte beim automatisch erstell­ ten Chemischen Sicherheitsbericht einko­ piert, wo die Zuordnung nicht mehr so offensichtlich ist (ein gewählter Endpunkt wir nicht einkopiert). Dann bietet es sich an, die für den Waiver relevanten Fakten aufzuzählen und die Referenzen anzuge­ ben, wozu in der Regel ein Verweis auf die entsprechenden IUCLID- und CSR-Kapitel genügen wird. Nun wären eventuell be­ nutzte Passagen aus der behördlichen Wegleitung («Endpoint specific guidan­ ce»-Dokumente) zu zitieren. Dann sind die Fakten zu diskutieren. Das heisst, die Fak­ ten sind in Bezug auf die spezifischen oder allgemeinen Ausnahmerechtfertigungen zu setzen. Schliesslich sollte in den meis­ ten Fällen die Schlussfolgerung so lauten: «… daher ist eine experimentelle Studie nicht nötig beziehungsweise nicht möglich …». Anzufügen ist dann noch, wie der Endpunkt zu bewerten ist: z. B. «die Sub­ stanz ist als nicht chronisch toxisch für ter­ restrische Umweltorganismen anzusehen». Es sei noch darauf hingewiesen, dass eine Überprüfung der Einstufung aufgrund der 5/2019

eingegebenen Endpunkte durchgeführt wird. Sollte zum Beispiel in einem Limit­ test an der Grenze der Wasserlöslichkeit kein Effekt aufgetreten sein, so muss der L(E)C 50, 10 oder auch der NOEC unbe­ dingt als «discriminating dose» markiert sein. Fazit: Es ist an der Zeit, vor allem die 2013er- und 2015er-Dossiers im Format IUCLID 5 nochmals durchzugehen und auf das Format der Version 6 zu bringen. Ins­ besondere die Waiver sowie die korrekte Fassung der Endpunkte sollten dabei im

Blick sein, um zusätzliche Behördenkorres­ pondenz zu vermeiden und auch die Ak­ tualisierungsstatistik aufzubessern. Kontakt Innovative Environmental Services (IES) Ltd Benkenstrasse 260 CH-4108 Witterswil +41 61 705 10 31 info@ies-ltd.ch www.ies-ltd.ch

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FIRMEN BERICHTEN

Herstellung von Pharmazeutika und Kosmetik

Reines Prozess- und Produktwasser herstellen Ohne unerwünschte «Inhaltsstoffe»: Spezielles Biozid stellt mikrobiologische Qualität von Prozess- und Produktwasser sicher. Desinfektion von produktberührenden Oberflächen mit Nades 2.0 verhindert Kreuzkontaminationen.

Bild: Tim Reckmann / pixelio.de

Wasser wird häufig als Ausgangs- oder Hilfsstoff bei der Herstellung von Pharmazeutika und Kosmetika sowie zur Reinigung von CIP-Anlagen eingesetzt. An seine Qualität werden daher hohe Anforderungen gestellt, die jedoch besonders in mikrobieller Hinsicht schwierig einzuhalten sind: Wasserführende Systeme neigen zur Bildung von Biofilm und können eine Quelle für gefährliche Erreger wie Legionellen und Pseudomonaden werden, was den Einsatz von wirksamen Desinfektionsverfahren notwendig macht. Doch die meisten Problemkeime haben bereits Resistenzen gegenüber gängigen chemischen Lösungen ausgebildet. Auch führt die thermische Desinfektion oft nicht zum gewünschten Erfolg.

Breites Wirkspektrum ohne Resistenzbildung Eine Alternative ist das Biozid «Nades 2.0», das von der Aquagroup AG entwickelt wurde. Es verfügt über ein breites Wirkspektrum, für das derzeit keinerlei Resistenzbildung bekannt ist. Die Gefahr einer Beeinträchtigung des Produkts durch belastetes Wasser kann somit zuverlässig minimiert werden. Der Einsatz des Biozids zur Desinfektion von Produktionslinien oder CIP-Anlagen verhindert zudem Kreuzkontaminationen.

Wasser wird häufig als Ausgangs- oder Hilfsstoff bei der Herstellung von Pharmazeutika und Kosmetika eingesetzt. Um seine mikrobielle Qualität sicherzustellen, ist der Einsatz von wirksamen Desinfektionsverfahren notwendig. Viele herkömmliche Methoden haben jedoch keinen dauerhaften Effekt, da die meisten Problemkeime bereits Resistenzen gegenüber gängigen chemischen Lösungen ausgebildet haben. Auch die thermische Desinfektion führt oft nicht zum gewünschten Erfolg.

Da das Mittel vor Ort automatisiert aus Salz, Wasser und Strom hergestellt und eingespeist wird, entfallen die Risiken und Kosten, die bei der konventionellen Behandlung von Wasser mit dem Transport, der Lagerung und der Handhabung von gefährlichen Chemikalien verbunden sind.

Wasser: Ein wichtiger Ausgangsstoff der Industrie «Wasser wird in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie sehr häufig verwendet. Es kommt einerseits als Aus46

gangsstoff für unterschiedlichste Produkte zum Einsatz, andererseits wird es in Herstellungs- oder Reinigungsprozessen genutzt», erklärt Werner Jendrzejzyk, Vertrieb und Projektmanagement bei der Aquagroup AG. «Die Ansprüche an seine Qualität sind dementsprechend hoch. So müssen die Vorgaben der Trinkwasserverordnung sowie im Bereich Pharmazie auch die des Europäischen Arzneibuchs eingehalten werden.» Wassersysteme gehören damit zu den wesentlichen Komponenten der Pharma- und Kosmetikproduktion. Da es jedoch zu unterschiedlichsten Verunreini5/2019


FIRMEN BERICHTEN www.sterico.ch info@sterico.ch gungen – etwa durch Partikel oder Mikroorganismen – kommen kann, müssen geeignete Aufbereitungsverfahren angewandt werden. So kann sich in allen Systemen, in denen Wasser zum Einsatz kommt, beispielsweise ein Biofilm bilden – eine symbiotische Lebensgemeinschaft von verschiedenen Bakterien, die sich gegenseitig unterstützen und durch eine Schicht aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) geschützt sind. Dieser Film gewährleistet unter anderem ideale Bedingungen für das Wachstum von Legionella pneumophila und Pseudomonas aeruginosa, die eine ernste Gesundheitsgefährdung darstellen können. Eine strenge Kontrolle ist daher unabdingbar, um dauerhaft eine hohe Wasserqualität zu gewährleisten und das Risiko einer mikrobiellen Belastung der Produkte zu senken.

Keine Resistenzbildung bei neuem Biozid Meist wird hierfür eine thermische Desinfektion durchgeführt oder es werden Biozide wie Peressigsäure eingesetzt, welche die Mikroorganismen abtöten und die Biofilmbildung vermindern sollen. «Dabei gibt es jedoch ein Problem», so Ulf Kausch, Mitarbeiter in der wissenschaftlichen Projektvalidierung. «Die im Biofilm vorkommenden Bakterien bilden häufig Resistenzen gegen die konventionellen Desinfektionsverfahren und -mittel.» Eine von derzeit nur wenigen effektiven Alternativen zu diesen gängigen, aber immer unwirksameren Methoden bildet das erst vor wenigen Jahren entwickelte Biozid Nades 2.0. Dabei handelt es sich um Natriumhypochlorit auf Elektrolysebasis, das nachweislich über eine bakterizide Wirkung unter anderem gegen Pseudomonas aeruginosa, Legionella spp., Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella entercia, Staphylococcus aureus sowie Enterococcus faecium verfügt. Das Mittel führt zur Reduzierung des Biofilms in wasserführenden Systemen und verhindert dessen Neuaufbau, da die EPS durch die kontinuierliche Einspeisung von Nades 2.0 abgebaut werden. «Beim Kontakt mit organischer Substanz reagiert Natriumhypochlorit (NaOCl) ab und verändert so Proteine. Bei entsprechender Konzentration beziehungsweise Einwirk5/2019

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Direkt oder fernbedient

Die Aquagroup AG hat mit Nades 2.0 ein Biozid entwickelt, für das keine Resistenzbildung bekannt ist. Es wird vor Ort, zum Beispiel in dem eigens konstruierten mCON-Generator, aus Salz, Wasser und Strom hergestellt. Das Mittel verfügt über ein breites Wirkspektrum gegenüber Mikroorganismen, reduziert Biofilm und beugt dessen Wiederaufbau vor.

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zeit kommt es schliesslich zum Absterben des Mikroorganismus», erklärt Kausch. Das Biozid wird am Ort des Verbrauchs durch eigens konstruierte ECA-Generatoren mittels speziellem Elektrolyseverfahren erzeugt und direkt verwendet. «Zur Herstellung von Nades 2.0 wird ausschliesslich Wasser, Strom und Kochsalz benötigt. Die gesättigte Kochsalzlösung wird durch die patentierte Zelle gepumpt, die aus zwei Titanelektroden – Anode und Kathode – besteht. Das Wasser und die enthaltenen Salze werden durch Anlegen einer Elektrodenspannung elektrolytisch gespalten», erläutert Matthias Schneegans, Techniker der Aquagroup AG. Das Biozid hat einen Gehalt an freiem, aktiven Chlor von 4000 bis 6000 ppm und einen pHWert von zirca 9,5.

Automatisierte Dosierung und Einspeisung Die Generatoren sind in unterschiedlichen Ausführungen und mit verschiedenen Kapazitäten erhältlich: So bestehen die Standardanlagentypen aus einem Elektrokabi-

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FIRMEN BERICHTEN

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nett, das die Steuerung beinhaltet, und einem Wasserkabinett. Im Wasserkabinett sind die Elektrolysezelle, Salz- und Wasserpumpe sowie ein Lüfter verbaut. Meldeleuchten sind ebenfalls installiert, um Anlagenausfälle möglichst schnell und einfach sichtbar zu machen. Der Typ eCON ist zusätzlich mit einem Soletank und einem Enthärter ausgestattet. Der kleinere mCON-Generator produziert in der Stunde sechs Liter des Biozids. Er verfügt neben der Elektrolysezelle und der Sole-Dosierpumpe auch über eine integrierte Mikroprozessorsteuerung. Die als Plug-and-Play-Lösung konzipierte Anlage wird mit einem Salzbehälter anschlussfertig – optional auch mit Enthärter und Vorratsschrank – geliefert, so dass nur der Wasseranschluss und die Verbindungen zum Salz- beziehungsweise Produktlagertank gelegt werden müssen.

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Überdosierung wird automatisch verhindert Die Integration ins System vor Ort erfolgt durch eine automatisierte, mengenproportionale Dosierung: «Nades 2.0 wird mittels einer Pumpe über eine Impfstelle ins Wasser dosiert, entsprechend des festgelegten Sollwerts beziehungsweise durchflussgesteuert», so Schneegans. «Eine Sicherheitsabschaltung bei Überdosierung ist in allen Fällen möglich.» Die Überwachung kann über ein Online-Messsystem erfolgen, das sich optional installieren lässt. Für das Monitoring der Einspeisung und die Steuerung der Dosierung von Nades 2.0 setzt Aquagroup dabei je nach projektspezifischen Gegebenheiten Chlor- oder Redox-Messsonden ein, die den Wirkstoffgehalt ständig messen. So wird eine Über- sowie eine Unterdosierung ausgeschlossen. Neben der Beaufschlagung von Trink- und Brauchwasser, um die mikrobielle Qualität pharmazeutischer und kosmetischer Produkte sicherzustellen, eignet sich Nades 2.0 auch für die Desinfektion von Produktionslinien, CIP-Anlagen, Behältern (IBC beziehungsweise Tanks) und Anlagenbauteilen. «Dabei kann die Anwendungskonzentration je nach Veränderung des mikrobiologischen Zustands des Wassersystems oder der Produktlinie angepasst werden», erklärt Kausch.

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Keine Kanisterware, keine manuelle Dosierung Neben dem breiten Wirkspektrum gegenüber Mikroorganismen ist ein wesentlicher Vorteil von Nades 2.0, dass es sich dabei im Gegensatz zu den meisten anderen Bioziden um keinen Gefahrstoff handelt. Massnahmen wie das Anlegen von Schutzkleidung oder der Einsatz eigens geschulten Personals sind bei der in-situ-Produktion nicht notwendig, was die Arbeitssicherheit deutlich erhöht. Ferner entfallen die typischen Transportund Lagerkosten, die bei Gefahrstoffen wie Wasserstoffperoxid, Peressigsäure oder Alkohol – diese werden als Kanisterware angeliefert – aufgewendet werden müssen. Der Betrieb eines ECA-Generators ist deutlich weniger kostenintensiv, da alle drei Betriebsmittel – Salz, Wasser und Strom – günstig und weltweit verfügbar sind. Zudem kann konventionell hergestelltes NaOCl während der Lagerung schädliches Chlorat bilden oder Wirkstoffkonzentration beispielsweise durch den Transport oder Umwelteinflüsse vor Ort abgebaut werden – Gefahren, die aufgrund des Justin-time-Konzepts bei Nades 2.0 ebenfalls nicht bestehen. Durch die Generierung vor Ort und die automatisierte Einspeisung entfällt ausserdem der «menschliche Faktor», also die Gefahr, dass beim Ausmischen und manuellem Dosieren Fehler gemacht werden. Insgesamt ermöglicht die Automatisierung der Prozesse eine deutliche Zeiteinsparung im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden. Da Aquagroup die Anlagen selbst herstellt, können die Systeme spezifisch für den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt werden «Die Meldungen der ECA-Anlage beispielsweise lassen sich sogar auf der Leitwarte des Anwenders aufschalten beziehungsweise visualisieren», so Schneegans.

Kontakt Aquagroup AG Am Forst 4 D-92637 Weiden +49 961 634 6980 contact@aquagroup.com www.aquagroup.com

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Bild: Andreas Battenberg / TUM

UMWELT

Kunststoffpartikel an einem Strand von Mallorca.

Forschung zur Analytik von Mikroplastik

Wie gefährlich ist Mikroplastik?

Andreas Battenberg: Mikroplastik – Was ist das eigentlich genau? Natalia Ivleva: Nach gegenwärtiger Definition sind das Kunststoffpartikel kleiner als fünf Millimeter. Die untere Grenze liegt bei einem Mikrometer, also einem Tausendstel Millimeter. Partikel in der Grösse von einem Mikrometer bis zu 100 Nanometern werden als Sub-Mikroplastik bezeichnet, Partikel kleiner als 100 Nanometer als Nanoplastik. Studien zeigen, dass die meisten Plastikpartikel im unteren Mikrometerbereich zu finden sind. Die Partikel können in der Umwelt durch die Fragmentierung grösserer Plastikteile entstehen, sie bilden sich im Strassenverkehr durch Reifenabrieb und in Form feinster Fasern beim Waschen von Kleidung mit Kunstfaseranteil. Ausserdem wird Mikroplastik in Körperpflegeprodukten eingesetzt, beispielsweise in Zahnpasta. Warum müssen wir uns Sorgen machen um Mikroplastik? Eigentlich ist noch gar nicht klar, wie gefährlich Mikroplastik wirklich ist. Sicher ist, dass solche Partikel von Lebewesen aufgenommen werden, natürlich auch von Menschen. Das allein ist aber nicht hinreichend, 5/2019

Bild: H. Imhof und P. Anger / TUM

Seit den ersten Berichten über die Verschmutzung der Meere und Küsten mit Mikroplastik intensivierte sich auch die weltweite Forschung dazu. Inzwischen ist klar, dass Mikroplastik auch in unsren Flüssen und Seen sowie in Getränken und Lebensmitteln allgegenwärtig ist. An der Technischen Universität München (TUM) entwickelt Natalia P. Ivleva analytische Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastik. Im Interview erläutert sie den aktuellen Forschungsstand.

Mikroskop-Bild eines Wasserflohs (Daphnia magna) und Raman-mikroskopische Untersuchung eines Segments (links, grün umrahmt) im Darm des Tieres. Die magentafarbenen Bereiche im rechten Bild zeigen vom Tier aufgenommene PVC-Partikel.

um toxische Effekte zu erwarten. Es wird allerdings auch diskutiert, dass kleinere Partikel in bestimmte Gewebe von aquatischen Organismen gelangen können. Weltweit werden pro Jahr inzwischen rund 400 Millionen Tonnen Kunststoff produziert. Ein erheblicher Teil davon landet in der Umwelt und braucht dort unter Umständen mehrere Hundert Jahre bis er abgebaut ist. In den nächsten Jahrzehnten müssen wir daher mit einer massiven Zunahme von

Mikroplastik in der Umwelt rechnen. Gleichzeitig wissen wir, dass auch inerte und an sich ungefährliche Stoffe ab einem Schwellenwert zu unvorhersehbaren Effekten führen können. Warum weiss man so wenig über die Folgen? Bei den ersten Messungen hat man teilweise einfach optisch sortiert. Leider ist diese Methodik sehr fehleranfällig. Ein Sandkorn und ein Plastikpartikel von weni49


Bild: Uli Benz/TUM

UMWELT

Natalia P. Ivleva mit ihrem Raman-Mikroskop.

ger als einem Millimeter Durchmesser sehen sehr ähnlich aus. Im Rahmen eines durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts «MiWa» haben wir zum Beispiel in einer Probe aus der Elbe 3000 Partikel chemisch analysiert. Nur etwa eines von Tausend Partikeln war tatsächlich Kunststoff. Neben Kalk und anderen Mineralien gibt es ja auch noch organische Stoffe. Deswegen ist die Entwicklung zuverlässiger und standardisierter Methoden extrem wichtig. Sonst sind die Messwerte nicht vergleichbar. Und: Wir reden hier über sehr geringe Kon-

zentrationen, das heisst auch über sehr geringe Effekte. Bei einigen Versuchen mit hohen Konzentrationen von Mikroplastik hat man negative Effekte beobachtet, andere haben keine Effekte gesehen. Hier steht die Forschung noch ziemlich am Anfang. Was nicht heisst, dass wir noch warten sollten. Angesichts der langsamen Abbauraten müssen wir uns dringend überlegen, wie wir den Eintrag von Kunststoffen in die Umwelt reduzieren können. Mit welchen Methoden kommt man dem Mikroplastik auf die Spur? Je nach Fragestellung wird die Analytik von Mikroplastik zurzeit mit verschiedenen Methoden durchgeführt: Thermoanalytische Methoden, gekoppelt mit Gaschromatographie und Massenspektrometrie liefern Werte für die Masse unterschiedlicher Plastiksorten und deren Additive in einer Probe – geben jedoch keine Aussagen über die Partikelgrösse. Spektroskopische Methoden liefern Informationen über die chemische Identität

sowie Grösse und Form von Mikroplastikpartikeln. Die Infrarot-Mikrospektroskopie ist in der Lage, Partikel bis ungefähr 20 Mikrometer automatisch zu analysieren. Bei uns am Institut wenden wir vor allem Raman-mikroskopische Analysen an. Das ist eine zerstörungsfreie spektroskopische Methode, die Fingerabdruck-Spektren liefert und eine verlässliche Identifizierung der Partikel ermöglicht. Damit können wir sehr gut zwischen synthetischen Polymeren und natürlichen Substanzen wie Zellulose oder Quarz unterscheiden. Ausserdem können wir die Plastiksorte feststellen. Eine Kopplung des Raman-Spektrometers mit einem optischen Mikroskop erlaubt es uns, Partikel bis hinunter zu weniger als einem Mikrometer zu analysieren. Somit können wir eine Aussage über die Anzahl, die Grössenverteilung und die Polymersorten von Mikroplastikpartikeln in der Probe treffen. Wir konnten bereits zeigen, dass sich Mi­ kroplastikpartikel im Darm von Wasserflö-

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5/2019


UMWELT

hen anreichern können. Ausserdem haben wir in einem vom Bayerischen Umweltministerium geförderten Projekt festgestellt, dass Muscheln die besonders kleinen Mikroplastikpartikel aufnehmen und im Körper anreichern. Wie geht es nun weiter? Für eine repräsentative und statistisch belastbare Aussage zur Mikroplastik-Verunreinigung müssen sehr viele Partikel pro Probe untersucht werden. Deswegen arbeiten wir in einem von der Bayerischen Forschungsstiftung (BFS) geförderten Projekt «MiPAq» an der Automatisierung der Raman-basierten Analyse. Da Plastikpartikel mit abnehmender Grös­ se ein höheres ökotoxikologisches Potenzial besitzen, sind die Methoden zur Analyse solch kleiner Partikel von besonderem Interesse. Daher entwickelt unser Institut in dem vom BMBF geförderten Vorhaben «SubµTrack» zusammen mit vier weiteren Lehrstühlen der TUM die Analyse sehr kleiner Partikel weiter. Liegen erst einmal genügend vergleichbare Ergebnisse für die Belastung von Umwelt- und Lebensmittel-Proben mit Mikround Nanoplastik vor, kann man mögliche negative Effekte für die Umwelt und uns Menschen untersuchen. Dafür sind ökotoxikologische Studien mit Mikroplastik unter Berücksichtigung von relevanten Plastiksorten, Grössen, Formen und vor allem Konzentrationen notwendig. Würden Sie nun die Herstellung von Plastik verbieten? Nein, ich würde in keinem Fall auf Kunststoff komplett verzichten, weil es ein vielseitig einsetzbares Material ist und viele Vorteile bringt. Aber man muss Kunststoff richtig nutzen. Vor allem müssen wir den Eintrag von Kunststoff in die Umwelt verringern. Und hier ist nicht nur die Industrie gefragt, sondern jeder kann selbst etwas dafür tun. Originalpublikationen Christian Schwaferts et al., «Methods for the analysis of submicrometer- and nanoplastic particles in the environment», Analytical Chemistry (2019); DOI: 10.1016/j. trac.2018.12.014 Philipp M. Anger et al., «Raman microspectroscopy as a tool for microplastic particle 5/2019

analysis», Analytical Chemistry (2018); DOI: 10.1016/j.trac.2018.10.010 Janina Domogalla-Urbansky et al., «Raman microspectroscopic identification of microplastic particles in freshwater bivalves (Unio pictorum) exposed to sewage treatment plant effluents under different exposure scenarios», Environmental Science and Pollution Research (2018); DOI: 10.1007/s11356-018-3609-3 Natalia P. Ivleva et al., «Mikroplastik in aquatischen Ökosystemen», Angewandte Chemie (2016); DOI: 10.1002/ange.­201606957

Kontakt Dr. Natalia P. Ivleva Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie Institut für Wasserchemie & Chemische Balneologie (IWC) Technische Universität München Marchioninistrasse 17 D-81377 München +49 89 2180 78252 natalia.ivleva@ch.tum.de www.hydrochemistry.tum.de

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FORSCHUNGSWELT

Rendement record

Cellules solaires en silicium et pérovskite A Neuchâtel, en Suisse, des chercheurs de l’EPFL et du CSEM ont combiné des cellules solaires en silicium et des cellules à base d’un matériau de type pérovskite, pour obtenir un rendement de 25,2 %. Un record pour ce type de construction en tandem. Leur procédé de fabrication, novateur et simple, pourrait directement s’intégrer dans les chaînes industrielles existantes. Le rendement pourrait à terme dépasser les 30 %.

Laure-Anne Pessina Dans le domaine des technologies photo­ voltaïques, les cellules solaires à base de silicium représentent plus de 90 % du marché. Leur rapport coût, stabilité et ren­ dement (20 à 22 % pour les cellules ty­ piques du marché) défie toute concurren­ ce. Au bénéfice de décennies de recherche et d’investissement, les cellules solaires en silicium s’approchent à présent de leur ef­ ficacité théorique maximale. De nouveaux concepts sont donc requis pour faire bais­ ser les prix de l’électricité solaire sur le long terme et ainsi permettre une large intégration du photovoltaïque dans le pay­ sage énergétique. Une des solutions consiste à superposer deux cellules solaires de nature différente l’une sur l’autre afin de maximiser la con­ version des radiations lumineuses en puis­ sance électrique. Ces technologies, dites à double jonction, sont largement étudiées par la communauté scientifique mais pré­ sentent des coûts de fabrication élevés. A

Neuchâtel, des équipes de recherche du Laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques de l’EPFL et du CSEM PV-center ont travaillé sur une solu­ tion économiquement compétitive. Ils ont intégré une cellule perovskite directement sur une cellule solaire à base de silicium standard, et obtenu le rendement record de 25,2 %. Leur méthode de fabrication est prometteuse, car elle n’ajouterait que quelques étapes supplémentaires dans les lignes de production actuelles des cellules en silicium, avec des coûts raisonnables. La recherche est publiée dans Nature Ma­ terials.

Une tartine de pérovskite sur du silicium Grâce à ses propriétés, les cellules solaires à base d’un matériau de type pérovskite ont fait une percée remarquée dans la re­ cherche photovoltaïque ces dernières années. En 9 ans, le rendement de ces cellules a été multiplié par six. Ces matéri­ aux permettent un haut rendement de

conversion pour des coûts de fabrication potentiellement limités. Dans une configuration en tandem, la pérovskite est complémentaire au silici­ um : elle convertit avec plus d’efficacité les radiations bleues et vertes du spec­ tre solaire, et le silicium les radiations rouges et infra-rouges. « En les combi­ nant, nous pouvons maximiser l’utilisati­ on du spectre solaire et augmenter la puissance générée. Nos calculs et nos travaux montrent qu’un rendement de plus de 30 % devrait être possible bientôt », annoncent les auteurs princi­ paux de l’étude, Florent Sahli et Jérémie Werner. Mais la création d’une structure tandem performante superposant les deux matéri­ aux n’est pas anodine. « En surface, le sili­ cium présente une succession de pyrami­ des d’environ 5 microns, qui piègent la lumière et agissent comme antireflets. Ce relief constitue toutefois un obstacle si l’on veut déposer une couche homogène de pérovskite », explique Quentin Jeangros, co-auteur de la publication. Habituellement déposée sous forme liqui­ de, la pérovskite s’accumule dans les creux entre les pyramides, et laisse les sommets découverts, créant des courts-circuits.

Images : 2018 EPFL

Une couche-clé qui assure une microstructure

Image microscopique des pyramides de silicium recouvertes de la cellule perovskite.

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Les scientifiques de l’EPFL et du CSEM ont contourné cet obstacle en formant par évaporation une couche inorganique de base couvrant entièrement les pyramides. La porosité de cette couche permet de retenir la solution organique liquide, qui est ajoutée par une technique de déposi­ tion de couche mince appelée spin-coa­ ting. Les scientifiques chauffent enfin le 5/2019


FORSCHUNGSWELT

étapes de fabrication supplémentaires », commente Florent Sahli.

Une mise à jour des technologies en place

Image microscopique des pyramides de silicium recouvertes de la cellule perovskite.

substrat à basse température (150 °C), pour cristalliser une couche homogène de pérovskite sur les pyramides du silicium. « Jusqu’à présent, l’approche standard pour fabriquer un tandem pérovskite/sili­ cium consistait à aplanir les pyramides de la cellule en silicium, ceci au détriment de ses propriétés optiques et donc de sa per­ formance, avant d’y déposer la cellule pérovskite. Cela impliquait également des

Le nouveau type de cellule tandem per­ met de hauts rendements et une compa­ tibilité directe avec les technologies à base de silicium monocristallin, qui bénéficient d’une longue expertise industrielle et d’une fabrication déjà rentable. « Nous proposons d’utiliser les équipements déjà en place dans l’industrie, et de rajouter quelques étapes spécifiques. Il ne s’agit pas d’une nouvelle technologie solaire en soit, mais bien d’une mise à jour des lig­ nes de production des cellules à base de silicium », commente Christophe Ballif, di­ recteur du Laboratoire de photovoltaïque de l’EPFL, et du PV-Center au CSEM. Pour l’heure, la recherche continue afin de gagner encore en rendement et améliorer la stabilité sur le long terme de la couche

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pérovskite. Une étape vient d’être franchie mais il reste du chemin à faire avant une potentielle commercialisation. Références F. Sahli et al., « Fully textured monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25,2 % power conversion efficiency», Na­ ture Materials (2018); DOI: 10.1038/ s41563-018-0115-4

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FORSCHUNGSWELT

Die Forschung an leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien geht unentwegt weiter.

Längere Akkulaufzeit

Chemiker entwickeln neues Material

Eine hohe Energiedichte, eine hohe Anzahl an Ladezyklen und keinen Memoryeffekt: Lithium-Ionen-Akkus sind die am weitesten verbreiteten Energiespeicher für mobile Geräte sowie Hoffnungsträger für die Elektromobilität. Die Forschung sucht nach neuen Typen von aktivem Elektrodenmaterial, um die Batterien noch leistungsfähiger, langlebiger und damit auch besser nutzbar für Grossgeräte zu machen. «Nanostrukturiertes Material für Lithium-Ionen-Akkus kann hier einen erfolgreichen Weg vorgeben», sagt Freddy Kleitz vom Institut für Anorganische Chemie, der gemeinsam mit Claudio Gerbaldi, Leiter der Gruppe für Angewandte Material- und Elektrochemie am Politecnico di Torino (Italien), Erstautor der Studie ist. Die von den zwei Forschern und ihren Teams entwickelte neue nanostrukturierte 54

Bild: F. Kleitz/Universität Wien und C. Gerbaldi/Politecnico di Torino

Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, wie sie in Smartphones und Notebooks zum Einsatz kommen, stossen zunehmend an Leistungsgrenzen. Materialforscher Freddy Kleitz von der Fakultät für Chemie der Universität Wien hat mit internationalen Wissenschaftlern nun ein neues nanostrukturiertes Material für die Anode von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt, das den Batterien mehr Leistung und Lebensdauer bringt. Das Material aus Basis eines halbporösen Mischmetalloxids in Kombination mit Graphen könnte einen Ansatz bieten, um die Batterien in Grossgeräten wie Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen besser nutzen zu können.

HRSEM-Bild eines 3D/2D-CuO-NIO Graphen-Nanokomposits als aktives Anodenmaterial.

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FORSCHUNGSWELT Made in Switzerland 2D/3D-Verbindung aus Mischmetalloxiden und Graphen steigerte deutlich die elek­ trochemische Leistung der Akkus: «Die Batteriekapazität war mit bis zu über 3000 reversiblen Ladezyklen, sogar bei sehr hohen Strombelastungen von bis zu 1,280 Milliampère, beispiellos», so Institutsvorstand Kleitz. Heutige Lithium-Ionen-Akkus verlieren nach etwa 1000 Ladezyklen an Leistungsfähigkeit.

Neue Rezeptur Die Anode handelsüblicher Lithium-Ionen-Akkus besteht häufig aus einem Kohlenstoffmaterial wie Graphit. «Metalloxide weisen eine höhere Batteriekapazität als Graphit auf, sind aber eher instabil und wenig leitfähig», so Kleitz. Die Forscher haben einen Weg gefunden, die positiven Eigenschaften beider Stoffe in einer neuartigen Verbindung bestmöglich zu nutzen. Sie haben eine neue Familie für aktives Elektrodenmaterial aus halbdurchlässigen Mischmetalloxiden, bestehend aus Kupfer und Nickel, in Kombination mit dem elektrisch leitfähigen und stabilisierend wirkenden Graphen entwickelt. Das Material weist im Vergleich zu den meisten bereits bekannten Metalloxid-Nanostrukturen und Verbundwerkstoffen überlegene Eigenschaften auf. Um das Mischmetall mit Anteilen von Kupfer und Nickel kontrolliert und homogen erstellen zu können, entwickelten sie eine neue Kochprozedur für die Metalle. Unter Einsatz des Nanocasting-Verfahrens – einer Methode zur Herstellung von mesoporöser Materialien – schuf das Team anschliessend geordnete nanoporöse Misch­metallOxid-Kügelchen, die aufgrund ihres weitflächigen Netzwerkes an Poren eine sehr hohe aktive Reaktionsfläche für den Austausch mit den Lithiumionen aus dem Elektrolyten der Batterie aufweisen. Über ein

anschliessendes Sprühtrockenverfahren werden die Mischmetalloxidpartikel mit hauchdünnen 2D-Graphenschichten ummantelt und von diesen durchdrungen.

Einfaches und effizientes Design Die Verwendung von Lithium-Ionen-Akkus für die Elektromobilität gilt aus Umweltsicht, zum Beispiel aufgrund ihrer rohstoff­ intensiven Produktion, als eher problematisch. Kleine Akkus, die möglichst viel Energie speichern können, lange halten und nicht zu kostenintensiv in ihrer Herstellung sind, könnten ihren Einsatz in Grossgeräten vorantreiben. «Im Vergleich zu den bestehenden Ansätzen ist unsere innovative Design-Strategie für leistungsfähiges und langlebiges Anodenmaterial einfach und effizient. Es handelt sich um einen wasserbasierten Prozess und ist von daher umweltfreundlich und bereit zur Anwendung auf industrieller Ebene», so die Studienautoren. Originalpublikation Louis Lefrançois et al., «Spray-Dried Mesoporous Mixed Cu-Ni Oxide@Graphene Nanocomposite Microspheres for High Power and Durable Li-Ion Battery Anodes», Wiley Online Library (2018); DOI: 10.1002/aenm.201802438 Kontakt Univ.-Prof. Dr. Freddy Kleitz Institut für Anorganische Chemie – funktionelle Materialien Universität Wien Währinger Strasse 42 A-1090 Wien +43 1 4277 529 02 freddy.kleitz@univie.ac.at www.univie.ac.at

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VERFAHRENSTECHNIK

Was es zu beachten gilt

Füllstandsmessung mit Radar Die Auswahl an Messprinzipien für die Füllstandsmessung von flüssigen oder festen Medien ist heutzutage gross. Dank dieser Menge finden Betreiber von Anlagen stets massgeschneiderte Lösungen für ihre Anforderungen. Kein Messprinzip eignet sich jedoch in der gleichen Weise für alle Anwendungen. Ein Messverfahren, das in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, ist die Radarmesstechnik.

Philipp R. Michel

Bilder: Endress+Hauser

Bei der Entscheidung für eine Messtechnik stehen Produktqualität, Wirtschaftlichkeit sowie die Anlagensicherheit immer im Vordergrund. In der Radarmesstechnik kommen unterschiedliche Frequenzen zum Einsatz. Welche Rolle spielen die Frequenzen bei der Inbetriebnahme und worauf muss bei der Radarmesstechnik besonders geachtet werden?

Unterschiedliche Frequenzen Die Frequenz von 1 GHz kommt bei Endress+Hauser ausschliesslich beim Einsatz der geführten Mikrowelle zu tragen. Das Messgerät generiert hier einen Radar-Impuls, welcher entlang einer Messsonde gesendet wird. Parallel stösst dieser Impuls eine Zeitmessung an, die für die Füllstandsmessung hier die entscheidende Messgrösse darstellt. Die Stärken des geführten Radars kommen vor allem bei Applikationen mit Schaumbildung sowie bei Medien mit sehr niedrigen Dielektrizitätskonstanten zur Geltung. Die Messfrequenz eignet sich zur Messung von Trennschichten, bei Gasphasenkompensationen und für die Anwendung in Bypassgefässen. Ein Einsatz eines frei abstrahlenden Radargerätes von 6 GHz ergibt vor allem dann Sinn, wenn die Messung starker Kondensatbildung oder extremen Turbulenzen ausgesetzt ist. Diese Frequenz wird zudem erfolgreich in Schwallrohranwendungen eingesetzt. Die 26-GHz-Technologie stellt den Generalisten unter den verschiedenen Frequenzen dar. Dank der guten Fokussierung erhält man auch bei leichten Turbulenzen einen zuverlässigen Messwert. Insgesamt lassen sich mit dieser Technologie mehr 56

Abbildung 1: Die Technologie erlaubt einen kosteneffektiven und sicheren Anlagenbetrieb während des gesamten Lebenszyklus, indem es Diagnose-, Verifikations- und Monitoringfunktionen sinnvoll kombiniert.

als 80 % der vielzähligen Anwendungen abdecken. Im Gegensatz zu den bisherigen Technologien beruht die 80-GHz-Reihe bei Endress+Hauser auf die FMCW-Radartechnologie («Frequent Modulated Continious Wave»). Hier steigt die Frequenz des kontinuierlichen Radarsignals, welches über eine Antenne übermittelt wird, linear an. Anstelle der benötigten Zeit zwischen Senden und Empfangen, wie bei den Puls-Radargeräten, gibt hier die Frequenzdifferenz Aufschluss über die gemessene Distanz. Vorteile der 80-GHz-Technologie liegen im speziellen in der starken Fokussierung des Abstrahlwinkels mit bis zu 3° und den grossen Messbereichen von bis zu 125 Metern.

Erhöhte Anlagenverfügbarkeit Möchte der Betreiber seine Anlage wirtschaftlich betreiben, so hat die Anlagenverfügbarkeit einen zentralen Stellenwert

bei der Suche nach einem geeigneten Messsystem. Um diesem wichtigen Punkt gerecht zu werden, sind viele der Füllstandsmessgeräte mit dem Diagnosekonzept der Heartbeat Technology ausgestattet. Dieses Konzept ist in drei Kategorien aufgeteilt: Diagnose, Verifikation und Monitoring. Die permanenten Diagnosefunktionen, welche standardmässig aktiv sind, ermöglichen einen störungsfreien Prozessablauf. Die Geräte können standardisierte Meldungen und klar formulierte Handlungsanweisungen ausgeben. Die jeweilige Messtestelle kann direkt – ohne Ausbau oder Prozessunterbrechung mit einer geführten Verifikation geprüft werden. Die automatisch generierte Prüfdokumentation stellt hier einen erheblichen Vorteil dar und kann unterstützend zur Einhaltung von Regularien, Gesetzen und Normen verwendet werden. Durch die Bereitstellung und Auswertung von Geräte- und Prozessdaten können über die Monitoring-Funktion Tren5/2019


VERFAHRENSTECHNIK

Abbildung 3: Drahtlose Kommunikation mit den Sensoren erlauben eine einfache Inbetriebnahme und Diagnose auch aus weiterer Entfernung.

derkennungen, wie Schaum- oder Ansatzbildung, gezielt erkannt werden. Dies ermöglicht den Betreibern eine einfache, vorausschauende Wartung.

Sicherheit darf kein Zufall sein Die Sicherheitsanforderungen an Messund Regeltechnik in der Prozessindustrie steigen stetig. Gleichzeitig sollen die Kosten, um eine Anlage zu betreiben, möglichst niedrig gehalten werden – Für den Betreiber eine häufig enorme Herausforderung. Bereits während der Entwicklung der Produkte können Messgerätehersteller den Kunden in der Prozessindustrie entscheidend entgegenkommen. Die Entwicklungsprozesse bei Endress+Hauser sind nach IEC61508 vom TÜV zertifiziert. Das Resultat dieser aufwendigen und langwierigen Entwicklung sind Messgeräte, deren gefährlichen und unentdeckten Fehler minimiert wurden, ohne besonde-

re Anforderungen an den Anlagenbetreiber zu stellen. Betrachtet werden diese Vorteile im Besonderen bei einem Einsatz der Messtechnik in Schutzeinrichtungen nach SIL2 sowie SIL3 in homogener Re­ dundanz. Nebst der Einhaltung höchster Ansprüche im Bereich der Anlagensicherheit können zudem nach IEC61508 entwickelte Geräte ohne Betriebsbewährung direkt ab Markteinführung in Schutzeinrichtungen eingesetzt werden. Letztlich gewährleistet Endress+Hauser so zuverlässige Geräte und gleichbleibend hohe Qualität.

Datenverschlüsselung Die Kommunikation mit den Geräten via Bluetooth bringt den Nutzern von Prozesssensoren weitreichende Möglichkeiten in der Bedienung, Diagnose und Wartung. Von entscheidender Wichtigkeit ist dabei die Datensicherheit, die zu jeder Zeit gewährleistet sein muss. Dank der Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut ist es gelungen diese Anforderungen einzuhalten. Anwender haben nun die Möglichkeit, geführte aber auch frei abstrahlende Radargeräte in Betrieb zu nehmen, die über eine verschlüsselte und passwortgeschützte Datenübertragung geführt werden. Durch eine App lassen sich zudem aktuelle Signalkurven darstellen.

Fazit Abbildung 2: Die Sensoren des Zweileiter-Konzepts sind nach IEC61508 (für SIL 2/3) entwickelt. Die konsequente Umsetzung der Industriestandards gewährleistet hohe Betriebssicherheit und maximale Anlageverfügbarkeit.

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Die Frage nach einem passenden Radargerät kann nicht mit einer Frequenz beantwortet werden. Vielmehr müssen die Faktoren wie Medium, dessen Eigenschaften und die Gegebenheiten des Behältnisses

berücksichtigt werden. Das geführte Radar mit der Frequenz von 1 GHz kann seine Stellung als Spezialist vor allem in Applikationen mit stark schäumenden Medien oder Medien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten festigen. Ebenfalls kommt das Messprinzip erfolgreich in Bypassanwendungen, Trennschichtapplikationen sowie Gasphasenkompensationen zum Einsatz. Wenn eine Unempfindlichkeit gegenüber Kondensatbildung und starken Turbulenzen gefragt ist, kann auf die 6-GHz-Technologie zurückgegriffen werden. Der Allrounder der Radargeräte stellt der Radar von 26 GHz dar. Dieser kommt mit guter Fokussierung ebenfalls in Applikationen mit Turbulenzen gut zurecht. Die 80-GHz-Radartechnologie ermöglicht dank einem kleinen Abstrahlwinkel von bis zu 3° eine sehr einfache Inbetriebnahme von Messungen in engen Behältern. Durch den Einsatz der FMCW-Technologie können mit diesen Geräten hohe Genauigkeiten auch bei gros­ sen Messbereichen realisiert werden. Neben der Überlegung, welche Radarfrequenz für die jeweilige Applikation passend ist, sollten die Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit beachtet werden. Das Diagnosekonzept rund um Heartbeat Technology sorgt für Geräte, die sich selbst überwachen und eine Verifikationund Monitoringfunktion mit sich bringen. Dieses Konzept ermöglicht es den Anwendern stets den aktuellen Gerätestatus abzufragen und Wartungen vorausschauend zu planen. Durch den hohen Entwicklungsstandard nach IEC61508 eignen sich die Radargeräte bestens für den Einsatz in SIL-Schutzkreisläufen. Abgerundet mit der Bluetooth-Technologie und einer Vielzahl an Apps lassen sich die Geräte schon heute via Tablet oder Smartphone problemlos einrichten und deren Produktdokumente live abrufen. Dies vor allem dann von Vorteil, wenn Geräte an schlecht erreichbaren Teilen der Anlage verbaut sind. Kontakt Endress+Hauser (Schweiz) AG Kägenstrasse 2 CH-4153 Reinach +41 61 715 75 75 info@ch.endress.com www.ch.endress.com

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VERFAHRENSTECHNIK

Visualisierung im Ex-Bereich

Monitore mit System Die Anforderungen an industrielle Monitore in der Prozessindustrie sind ebenso anspruchsvoll wie vielfältig. Die zugrunde liegenden Technologien müssen heute vor allem flexibel anwendbar und zukunftsorientiert sein. Ein modulares Baukastensystem bietet hier eine optimale Lösung für unterschiedliche Anwendungsszenarien. Pepperl+Fuchs hat daher ein breites Portfolio extra leichter und kompakter Komponenten, die speziell für den Ex-Bereich entwickelt worden sind.

Der modulare HMI-Baukasten Bei der VisuNet-GXP-Produktfamilie setzt sich das Monitor-System aus drei Hauptkomponenten zusammen: die Einheiten Display, Rechner und Netzteil. Kern des Systems stellt die Rechnereinheit dar. Diese ist als Thin-Client-Variante verfügbar, das heisst, der Rechner ist auf die Hilfe eines Servers angewiesen. Es ist eine Variante, die in Installationen zum Einsatz kommt, bei denen auf einen Leitsystemrechner zugegriffen werden soll, um dessen Bedienoberfläche in den explosionsgefährdeten Bereich zu übertragen. Die PC-Variante der Rechnereinheit wird in Stand-Alone-Anwendungen eingesetzt, bei denen zum Beispiel Informationen einer lokalen SPS visualisiert werden sollen. Dank vielfältiger Schnittstellen, wie redundantem Ethernet sowie RS-232- und RS-485-Schnittstellen besitzen beide Rechnereinheiten eine grosse Flexibilität hinsichtlich der Konnektivität. Weiterhin besteht jedes Modell der Reihe auch aus einem AC- oder DC-Netzteil und einer Display-Einheit. Zur 21,5 Zoll Bild58

Der modulare GXP-Baukasten besteht aus den drei Einheiten Display, Rechner und Netzteil. Der optionale Edelstahl-Frontrahmen erlaubt eine Installation des Geräts als Panel-PC sowie in das systemeigene Umgehäuse.

schirmdiagonalen mit Full-HD-Auflösung ist hier auch eine kompakte Variante von 19 Zoll vorhanden.

Bilder: Pepperl+Fuchs

Auch dort, wo Umgebungsbedingungen höchste Ansprüche an Material und Technologie stellen, ist ein direkter Zugriff auf Prozessinformationen entscheidend. HMI-Systeme müssen exakt auf die Anforderungen der Prozessanlage zugeschnitten sein. Bei all dem sollten die HMI-Lösungen aber auch kompakt und leicht sein, um sie platzsparend verbauen zu können. Genau für diese Anforderungen hat man bei Pepperl+Fuchs ein modulares Baukastensystem mit Zulassung für Atex und IECEx bei Zone 1/21 entwickelt.

Die durchgängige Verwendung von Edelstahl bei den Montageoptionen sowie Gehäusen macht die Geräte widerstandsfähig gegenüber branchenüblichen Chemikalien und Reinigungsmitteln.

Für die Ex-Zone Beide Bildschirmeinheiten sind mit einem kapazitiven Multitouch verfügbar. Der Multitouch ist nicht nur für die Nutzung mit Handschuhen optimiert, da er sich hinter einem dicken, gehärteten Schutzglas befindet, sondern auch vor äusseren Einwirkungen und Beschädigung geschützt. Dank LED-Hintergrundbeleuchtung ist darüber hinaus ein niedriger Energieverbrauch gewährleistet. Die durchgängige Verwendung von Edelstahl bei den Montageoptionen sowie Gehäusen macht die Geräte widerstandsfähig gegenüber branchenüblichen Chemikalien und Reinigungsmitteln. Alle Oberflächen sind ohne Lücken und ohne waagerechte Flächen gestaltet, um eine schnelle, einfache Reinigung sicherzustellen. Auch das

vollständig staubdichte Design nach IP66, der Verzicht auf bewegliche Teile wie Lüfter und der erweiterte Temperaturbereich (–20 °C bis +50 °C) stehen für vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Insgesamt bietet dieses hochflexible Baukastensystem eine optimale Lösung für jedes Anwendungs-Szenario im explosionsgefährdeten Bereich. Kontakt Pepperl+Fuchs AG Sägeweg 7 CH-2557 Studen +41 32 374 76 76 info@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.com

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WERKSTOFFE

Zäher, härter, bruchfester

Künstliches Perlmutt nach Mass ETH-Forscher entwickelten ein von Perlmutt inspiriertes Material, dessen physikalische Eigenschaften gezielt eingestellt werden können. Natürliches Perlmutt, wie es beispielsweise Muscheln bilden, ist eines der härtesten, stabilsten und steifsten Naturmaterialien. Forscherinnen und Forscher sind seit jeher davon fasziniert.

Metalloxidbrücken verstärken Material Um das künstliche Perlmutt noch stabiler und härter zu machen, verwendete das Team neu Aluminiumoxidplättchen, die mit Titanoxid beschichtet sind. Ab rund 800 Grad Celsius bilden sich auf der ¹ Strategische Entwicklung und Kommunikation – Gesamtkommunikation, Karlsruher Institut für Technologie

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Die Natur dient Forschern als Vorbild.

Oberfläche der Plättchen Tröpfchen aus Titanoxid, die zu mineralischen Verbin­ dungsbrücken ausreifen und so das ge­ samte Gefüge verfestigen. «Diese Brücken beeinflussen die Festigkeit des Materials massgeblich», sagt Kunal Masania. Die Dichte dieser Titanbrücken lässt sich bei bestimmtem Druck und bei bestimm­ ter Temperatur genau einstellen, sodass künstliches Perlmutt mit gewünschten Ei­ genschaften wie einer bestimmten Steifig­ keit, Stärke und Bruchzähigkeit entsteht. Mithilfe eines Modells und von Experimen­ ten berechneten die Forscher, welche Druck- und Temperaturverhältnisse die Ausbildung der jeweiligen Eigenschaften fördern, welche vergleichbar sind mit der Steifigkeit von Kohlenfaserverbundwerk­ stoffen. Dem Team ist es gelungen, einen neuen Weltrekord in der Kombination der Steifigkeit, Härte und Risswiderstand in dieser Klasse von bioinspirierten Materia­ lien zu realisieren. Mit der neu entwickelten Technik lassen sich perlmuttähnliche Werkstoffe erzeugen, die für die jeweilige Anwendung massgeschnei­ derte Eigenschaften aufweisen. Denkbare Anwendungen sind etwa der Flugzeugbau, die Raumfahrt oder auf dem Bau.

Bild: Kunal Masania/ETH Zürich

Der Aufbau von Perlmutt ist gar nicht ein­ mal so komplex: unter dem Elektronenmi­ kroskop sieht es aus wie eine Miniatur-Back­ steinmauer, deren Fugen mit Mörtel gefüllt sind. Die Backsteine sind winzig kleine auf­ einander gestapelte Kalkplättchen, welche durch Brücke verbunden sind. Der Mörtel ist eine organische Substanz. Diese Struktur untersuchen und imitieren ETH-Forschende von der Gruppe Komple­ xe Materialien, geleitet von André Studart. Die Materialwissenschaftler nutzen dazu ein spezielles, von ihnen entwickeltes Ver­ fahren, um solche perlmuttähnliche Mate­ rialien zu erzeugen. So verwenden sie anstatt der Kalkplättchen kommerziell erhältliche Aluminium­oxidPlättchen von wenigen dutzend Mikrome­ tern Grösse, als Fugenkitt fungiert ein Epo­ xidharz. In einem rotierenden Magnetfeld richten die Forscher die in wässriger Lö­ sung verteilten magnetisierten Plättchen wunschgemäss in einer Richtung aus, und unter hohem Druck und Temperaturen um 1000 Grad Celsius verfestigen sie das Ma­ terial unter Beigabe des Harzes. Dadurch entsteht ein Verbundmaterial mit einer Mi­ krostruktur, die der von natürlichem Perl­ mutt ähnelt.

Bild: Adobe Stock

Peter Rüegg ¹

Ein Querschnitt durch ein Perlmutt-Imitat zeigt, dass sich ab Temperaturen von 800 Grad Celsius zwischen den Plättchen Noppen bilden, welche das Material verfestigen.

Originalpublikation Grossman M, Bouville F, Masania K, Studart AR, «Quantifying the role of mineral bridges on the fracture resistance of nacre-like composites», PNAS (2018);­ ­ DOI: 10.1073/pnas.1805094115 Kontakt ETH Zürich Hochschulkommunikation Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 45 32 peter.rueegg@hk.ethz.ch www.hk.ethz.ch

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WERKSTOFFE

Neue Materialien für die Elektronik

Auf Wiedersehen, Silicium? Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, das ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silicium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bild: MPI-P, Lizenz CC-BY-SA

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silicium eingesetzt. Für diese Anwendungen wird hochreines Silicium benötigt, das in der Herstellung sehr teuer ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Defekte in einem Material dessen elektrische Eigenschaften stark beeinflussen. Wissenschaftler um Gruppenleiter Enrique Cánovas haben nun ein neues und kostengünstiges Material entwickelt, ein sogenanntes «metall-organisches Netzwerk» (engl. metal-organic framework, MOF), das ähnliche elektrische Eigenschaften wie Silicium aufweist. Das MOF, welches von der Gruppe von Xinliang Feng in Dresden hergestellt wurde, ist ein hochkristalliner Festkörper, der aus Eisenionen aufgebaut ist, die über orEin metall-organisches Netzwerk könnte in Zukunft als Ersatz für das Halbleitermaterial Silicium dienen.

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ganische Moleküle miteinander verbunden sind. Aufgrund dieser Struktur (Eisen + organische Moleküle) wird er als metall-organisches Netzwerk bezeichnet. Im Gegensatz zu Silicium kann das Material bei Raumtemperatur hergestellt werden. Die Zusammensetzung, Beschaffenheit und elektronischen Eigenschaften können hierbei während des Herstellungsprozesses einfach angepasst werden. In der Vergangenheit hergestellte Netzwerke zeigten keine oder eine nur sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Dies verhinderte deren Einsatz in optoelektronischen Komponenten, wo eine ausreichende Beweglichkeit der Elektronen in dem Material beim Anlegen eines elektrischen Feldes benötigt wird. Mit dem neu hergestellten MOF haben die Forscher aus Mainz nun

gezeigt, dass sich die Elektronen in dem organisch-basierten Material ähnlich wie in Silicium verhalten.

Atypisch für organische Materialien Das Verhalten wird als sogenanntes «Drude-Verhalten» bezeichnet (nach dem Physiker Paul Drude). Dies bedeutet, dass sich die Materialelektronen bei Anlegen eines externen elektrischen Feldes – also einer Spannung – fast frei bewegen können. Dieses Verhalten, meist beobachtbar in anorganischen, hochgeordneten Kristallen wie Silicium, wurde bisher kaum in organisch basierten Materialien beobachtet, da diese normalerweise eine ungeordnete Struktur besitzen. 5/2019


WERKSTOFFE

FAULHABER BX4

Bild: Adobe Stock

© Schunk

Wir haben Präzision im Griff

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten in Solarzellen, LEDs oder Computerchips benötigt man heute hochreines Silicium.

Ultraschnelle Terahertz-­ Spektroskopie eingesetzt Zur Charakterisierung der einzigartigen Eigenschaften des hergestellten Netzwerks haben die Wissenschaftler des MPI-P die Technik der ultraschnellen Terahertz-Spektroskopie verwendet. Diese Technologie erlaubt eine Messung der Leitfähigkeit ohne physikalischen und damit störenden Kontakt zum Material. Hierbei wird über einen Laserpuls, der im sichtbaren Spek­ tralbereich liegt, zunächst Energie an die Elektronen des Materials transferiert. Mit einem zweiten Laserpuls – einem sogenannten Terahertz-Puls, der ungefähr einen Faktor 1000 langsamer schwingt als sichtbares Licht, kann nun die Leitfähigkeit dieser angeregten Elektronen abgefragt. Dies resultiert in einem frequenzabhängigen Leitfähigkeitssignal, durch das die Wissenschaftler das Drude-Verhalten verifizieren konnten. «Durch diese Messungen konnten wir Rekordmobilitäten der Elektronen in diesem Material messen, welche die Mobilitäten von isolierenden MOFs um einen Faktor 10 000 übersteigen», sagt Cánovas. Dies bedeutet, dass sich Elektronen einfach über lange Strecken bei Anlegen eines elektrischen Feldes in dem MOF bewegen können, ein Effekt, der in 1000-µm-langen Proben gemessen werden konnte. Daher 5/2019

ebnet das neue Material den Weg für die Nutzung metall-organischer Netzwerke in der Optoelektronik. In Zukunft wollen die Forscher daran arbeiten, die elektronischen Eigenschaften des Materials direkt bei der Herstellung über die Zusammensetzung des MOFs modifizieren und vorhersagen zu können. Onlinepublikation Renhao Dong et al., «High-mobility band-like charge transport in a semiconducting two-dimensional metal–organic framework», Nature Materials (2018); DOI: 10.1038/s41563-018-0189-z

FAULHABER Antriebssysteme für elektrische Greifer Beim Greifen und Bewegen kleiner bis mittlerer Werkstücke sind flexible Kraft und hohe Geschwindigkeit gefragt – ob im vollautomatischen oder kollaborierenden Betrieb. Elek trische Greifer systeme zeichnen sich dabei durch feinfühlige, flexible Greifkraftkontrolle und ein präzises, synchronisiertes Agieren auf kleinstem Raum bei maximaler Dynamik aus. Bei der Antriebslösung setzt der führende Hersteller auf die Technologien und das Know-how von FAULHABER. www.faulhaber.com/gripper/de

Kontakt Dr. Enrique Cánovas Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Hofgartenstrasse 8 D-80539 München +49 6131 379 157 canovas@mpip-mainz.mpg.de www.mpip-mainz.mpg.de

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VERBANDSSEITE

■■ Infostelle SCV Schweizerischer Chemieund Pharmaberufe Verband Postfach 509 CH-4005 Basel info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch

■■ Präsident ■■ Höhere Fachprüfung ■■ Termine Kurt Bächtold Chemietechnologe Alle Termine online Siegfried AG, Daniel Müller anschauen: Bodenackerstrasse 15F Untere Brühlstrasse 4 www.cp-technologe.ch CH-4334 Sisseln CH-4800 Zofingen praesident@cp-technologe.ch +41 62 746 10 71 weiterbildung@cp-technologe.ch

ZENTRALVORSTAND Jahresbericht 2018 der SKBQ zur Berufsausbildung Die Schweizerische Kommission für Berufsentwicklung und Qualität für Chemie- und Pharmatechnologen/-technologinnen EFZ (SKBQ-CPT) tagte im Jahr 2018 am 23.03. in der Lonza AG und am 26. 11. 2018 bei der Firma Hoffmann-La ­Roche. Die SKBQ-CPT konnte im Jahr 2018 in unveränderter Zusammensetzung die Geschäfte fortführen. Schwerpunkte der Kommissionsarbeit Im Frühling 2018 haben die ersten, nach neuer BiVo ausgebildeten Lernenden, das Qualifikationsverfahren (QV) durchgeführt. Im September 2018 wurde zum QV ein Erfahrungsaustausch am EHB in Zollikofen durchgeführt. Die Erfahrungen waren generell positiv und die erarbeiteten Hilfsmittel haben die Durchführung unterstützt. Anpassungsbedarf sieht man vor allem bei den Rahmenbedingungen zur Durchführung der schriftlichen BK-Prüfung, vor allem bei der Gewichtung der Handlungskompetenzbereiche. Diese Anpassungen können aber erst im Rahmen einer Revision der BiVo erfolgen. Für die überbetrieblichen Kurse 62

(üK) und die Berufsfachschulen wurden im April und August 2018 je eine Veranstaltung zum Erfahrungsaustausch organisiert. Bei den üK wurde festgehalten, dass mit dem vorhandenen Ausbildungsprogramm und den Beurteilungshilfsmitteln die Kurse gut durchgeführt werden können. Einzig beim Beurteilungsformular für den Kompetenznachweis könnten im Rahmen der nächsten Revision Anpassungen erfolgen. Die Vertreterinnen und Vertreter der Berufsfachschulen (BfS) haben die Unterrichtserfahrungen mit dem Lehrplan für die BfS, die Thematik des Englisch/ Facheng­ l isch, die Aufteilung der Handlungskompetenzbereiche und die Zeugnisse/Notengebung diskutiert. Es wurde festgehalten, dass bis Lehrbeginn im August 2019 der Lehrplan für Berufsfachschulen überarbeitet werden soll. Die Einstufung des Berufs Chemie- und Pharmatechnologin/-technologe EFZ in der Nationalen Qualifikationsrahmen ist im Sommer 2018 erfolgt. Mit der Einstufung auf Niveau5, analog Laborantin/Laborant EFZ, konnte ein wichtiges Ziel erreicht werden.

Schaffung neue berufliche Grundbildung – Ende April 2018 wurde die Verordnung des SBFI über die berufliche Grundbildung Chemie- und Pharmapraktikerin/Chemie- und Pharmapraktiker mit eidgenössischem Berufsattest (EBA) erlassen. In kurzer Zeit, nach dem «FastTrack Verfahren», war es möglich die neue berufliche Grundbildung zu entwickeln. Notwendig und hilfreich waren dabei eine sehr enge Zusammenarbeit aller Verbundpartner, die klaren Vorgaben durch das SBFI, die praxisnahe und erfahrene methodisch-pädagogische Begleitung und gute Kenntnisse des Berufsbildungssystems und der Branche. – Im August 2018 haben elf Lernenden an der Berufsfachschule bsa Aarau die Ausbildung zur Chemie- und Pharmapraktikerin/zum Chemie- und Pharmapraktiker EBA gestartet. – Bis auf die Ausführungsbestimmungen zum Qualifikationsverfahren wurden alle Umsetzungsdokumente bis zum Lehrbeginn erstellt.

Berichte und Beschlüsse 2018 Im Jahr 2018 wurden die üK-­ Berichte der Ausbildungsorganisationen für das Ausbildungsjahr 2017 eingefordert. Ausblick 2019 Bis zum Lehrbeginn im August 2019 soll der Lehrplan für Berufsfachschulen überarbeitet werden. Dazu wird sich eine Gruppe mit allen Vertretern der Berufsfachschulen zu einem Workshop treffen und die Änderungen definieren. Im ersten Quartal 2019 wird in allen Sprachregionen eine online Befragung zu den Leistungszielen des Betriebs und der eingesetzten Dokumentation berufliche Grundbildung erfolgen. Bis im Herbst 2019 werden die Ausführungsbestimmungen zum Qualifikationsverfahren Chemie- und Pharmapraktikerin/ zum Chemie- und Pharmapraktiker EBA erstellt, anschliessend erfolgt die Schulung der Prüfungsexpertinnen/-experten.

Reto Fankhauser Vorsitzender SKBQ-CPT, Angelo Gasparini Stv. Vorsitzender SKBQ-CPT 5/2019


VERBANDSSEITE

SEKTION AARGAU

Gutausgebildete CPT sind auf dem Markt gefragt. Wenn auf der Schicht eine Störung auftritt, sollte schnell und kompetent gehandelt werden. Möglicherweise muss das Pikett aufgeboten werden. Kann ich das selbst tun? Darf ich das überhaupt und wenn ja, welches Pikett? Ist die Störung mechanischer Art, oder liegt es an der elektrischen, oder pneumatisch Steuerung (MSR)? Sind es die Armaturen, welche die Störung auslösen? Früher wurden dieses Thema in einem überbetrieblichen Kurs (üK) behandelt. Nachdem diese Kurse abgeschafft wurden, haben sich verschiedene verantwortliche Ausbilder zusammengefunden und kaufen diese Weiterbildung für ihre Lernenden CPT ein. Die Chemiewehrschule Zofingen (Bilfin­ ger) bietet unter fachkundiger Leitung von Kurt Friderich eine massgeschneiderte Ausbildung

Anschauungsunterricht an einem Schnittmodel einer Zahnradpumpe.

5/2019

Fotos Kur t Friedrich

Der praktische Werkstattkurs 2019

Zum Abschluss konnten die Teilnehmer des Werkstattkurses die Firma CP Pumpen besuchen.

an. Die spannende Ausbildung beinhaltet nur etwa zwei Stunden Theorie und über 40 Stunden Praxis. Anhand vieler Schnittmodelle von Pumpen und Armaturen, sowie an Pumpen und Armaturen, die auseinandergenommen, gezeichnet und wieder zusammengebaut werden können, lernen die Teilnehmer die Wirkungsweisen verstehen. Sie festigen so das Erlernte aus der Berufsschule. Mit einen Eingangstest wurde der Wissensstand vor dem Werkstattkurs in der Berufsschule erfasst und am Ende des Kurses wiederholt und verglichen. «War ich blöd, dass ich das nicht wusste, ist ja logisch» war zum Beispiel die Selbstkritik eines Lernenden. Service, Armaturen, Pumpen Am ersten Tag starteten wir im Schulungsraum. Zur Einführung wurden die Sicherheitsgrundsätze in einem Chemiebetrieb durch eine Präsentation repetiert. Vorher wurden wir nach

unseren Kurserwartungen gefragt. Zum Start wurden die Themen (Sicherheit, Kommunikation, Ordnung/Sauberkeit, verhalten im Team) kurz bearbeitet und den anderen Lernenden präsentiert und dieses Verhalten, als Spielregel für die kommenden Ausbildungstage festgelegt. Danach gingen die Gruppen in die Werkstatt und wurden auf die drei Themen eingeteilt. Service Zum Einstieg ins Thema wurden auf den Flipchart Begriffe

aufgeschrieben. Welche Messgeräte kennen wir, und was kann man mit ihnen messen. Den ganzen Tag befassten wir uns mit den Messgeräten, lernten ihre Funktion und ihre Verwendung kennen. Zum Schluss fassten wir die Funktionsprinzipe zusammen, um einen Überblick zu erhalten. Nach eineinhalb Tagen Arbeit im Bereich Service, wechselte die Armaturengruppe zum Service Bereich und die Service-Gruppe zu den Armaturen. Armaturen Auch dieser Kursteil begann an einem Flipchart, wo wir die Einteilungen der Armaturen zusammenfassten. Wir nahmen verschiedene Absperrorgane auseinander und besprachen ihre Funktionen. Zusätzlich wurden auch Bilder von verbauten Armaturen gezeigt, wobei die unterschiedlichen Absperrorgane erkannt und beschrieben werden mussten. Eine Steigerung war der Rundgang durch die chemische Produktion der Siegfried AG. Dabei mussten wir die in die Anlagen verbauten Armaturen erkennen.

Das Innere einer Schneckenpumpe gibt ihre Funktionsweise frei.

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VERBANDSSEITE

Teilnehmer der Werkstattkurses erhalten einen Einblick in die Werkstatt von CP Pumpen.

Pumpe Im Pumpen-Kurs musste man die Funktionen verknüpfen, um eine Pumpe genau zu verste-

hen. Beim Auseinandernehmen einer Pumpe, musste man auf einen systematischen und kontrolliert Ablauf achten.

Das Ziel war es, die Pumpe am Schluss wieder korrekt und funktionstüchtig zusammenzubauen. Bei jedem Bereich mussten wir ein Arbeitsblatt ausfüllen, welches mit einer Skizze und weiteren Informa­ tionen, zum Ankreuzen, versehen war. Mit einer Betriebsbesichtigung bei der Firma CP Pumpen wurde der Pumpenteil ergänzt. Wir durften bei der Montage von neuen Pumpen zusehen und einen Pumpentest miterleben. Herzlichen Dank der CP Pumpe für die Unterstützung in der Ausbildung der Lernenden CPT.

Reflexionen Bei diesem zweiwöchigen Kurs fiel uns auf, dass die Zeit sehr knapp bemessen war. Sehr anspruchsvolle Bereiche waren Pumpen und Service. Positiv zu diesem Werkstattkurs ist zu sagen, dass nicht nur die Funk­ tionsprinzipien und Anwendungsbereiche angeschaut, sondern auch die verschiedenen Werkstoffe und Ursachen von Werkstoffzerstörungen behandelt und repetiert wurden.

Treffpunkt Eingang zum Steinwasenpark, Steinwasen 1, D-79254 Oberried

glieder und deren Familienmitglieder ist der Eintritt gratis. Gäste erhalten keine Vergünstigung. Die Teilnehmerzahl ist beschränkt. Anmeldungen werden in der Reihenfolge des Eingangs berücksichtigt.

Hafir Bytyqi, Arlind Sadikoski, Enis Zymeri und Shqiprim Sejdiu

SEKTION FRICKTAL Familienausflug in den Steinwasenpark Der Steinwasen-Park ist ein Erlebnispark etwa 20 km südöstlich von Freiburg im Breisgau im Schwarzwald. Er befindet sich an der Passstrasse von Kirchzarten über den Notschrei nach Todtnau. Er bietet Tiere, Natur und Unterhaltung. Den Besuch im Steinwasenpark geniessen wir individuell oder zusammen – so

wie es für jeden Einzelnen von uns passt. Später kann an einem gemeinsamen Abendessen teilgenommen werden, welches auf dem Nachhauseweg eingenommen wird. www.steinwasen-park.de Datum 8. September 2019

Beginn 10.30 Uhr Teilnehmer Mitglieder des SCV aus allen Sektionen und Gäste. Für Mit-

Anmeldung dieter.brunner@dsm.com

Besichtigung des Paul Scherrer Instituts Das Paul Scherrer Institut (PSI) ist ein multidisziplinäres Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz. Es gehört zum ETH-Bereich der Schweizerischen Eidgenossenschaft. Das Institut beschäftigt rund 2100 Mitarbeiter und betreibt auf einem Areal von über 35 Hektaren Grundlagenforschung und Angewandte Forschung in den Bereichen Materie und Mate­ 64

rial, Mensch und Gesundheit sowie Energie und Umwelt. Im Einzelnen verteilen sich die Forschungsaktivitäten auf folgende Schwerpunkte: Festkörperforschung 35 Prozent, Lebenswissenschaften 24 Prozent, Allgemeine Energie 20 Prozent, Nukleare Energie und Sicherheit 13 Prozent, Teilchenphysik 8 Prozent. Das PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungseinrich-

tungen und stellt sie der nationalen und internationalen Wissenschaftsgemeinschaft zur Verfügung. Im Jahr 2017 etwa kamen mehr als 2500 Forscher aus 60 verschiedenen Nationen an das PSI, um die weltweit einmalige Kombination an Grossforschungseinrichtungen am selben Ort zu nutzen. Datum 25. Oktober 2019, 15.30 Uhr

Anmeldung Teilnehmerzahl begrenzt auf 20 Personen, Personenangaben müssen erhoben werden, da es sich um eine Forschungseinrichtung handelt. Interessenten melden sich bei: Daniel Giebson aus der CH: 0049 7761 57898 aus D: 07761 57898 oder per E-Mail: d.gipsy@t-online.de 5/2019


PRODUKTE

Berghof Hoch& Nieder-DruckReaktoren mit & ohne PTFE-Lining

Der neue Produktkatalog von Semadeni Erstmals präsentiert der Katalog von Semadeni seine über 8000 Standardprodukte aus Kunststoff auf mehr als 600 Seiten rezykliertem Papier. Das Sortiment wurde mit 1400 Neuheiten aufgewertet, insbesondere zum Präsentieren von Produkten, Verteilen von Prospekten und Vermitteln von Informationen. Darunter sind Prospektständer, Schilderhalter, Werbesockel, Kundenstopper, Abschrankungen oder Preissysteme, welche besonders am POS, an Messen, am Empfang oder im Show-Room allgegenwärtig sind. Abgerundet wird das neue Angebot mit Artikeln aus Biokunststoff wie Weizenkleie, PLA sowie Bio-PE. Auch Flaschen mit Garantieverschlüssen in runder, quadratischer oder rechteckiger Form und robuste Laborgeräte gehören zu den unzähligen neuen Produkten des Semadeni Katalogs 2019. Sämtliche Standardartikel sind bereits ab ei-

dardsortiment ist auch online unter www.semadeni.com/webshop zu finden. Semadeni bietet eines der grössten Sortimente an Kunststoffartikeln für alle Branchen an – sei es für Wissenschaft und Labor, Gesundheitswesen, Food und Gastro, Industrie und Logistik oder Baugewerbe und Gebäudeunterhalt. Neben den Standardprodukten ist Semadeni auch Ansprechpartner für massgeschneiderte Produkte aus Kunststoff. In zwei eigenen Werken fertigt die Semadeni Gruppe Kunststoffprodukte im Spritzgussverfahren, im Blasformverfahren und in der manuellen Kunststoffbearbeitung. ner kleinen Menge verfügbar und meist innert weniger Arbeitstage ab Lager lieferbar. Der neue Katalog ist kostenlos erhältlich und kann telefonisch oder unter www.semadeni.com angefordert werden. Das gesamte Stan-

Semadeni AG Tägetlistrasse 35–39 CH-3072 Ostermundigen +41 31 930 18 18 info@semadeni.com www.semadeni.com

Systemintegratoren mit branchenübergreifendem EMSR-Auswahltool

Eine Pumpe in kürzester Zeit in ein BUS-System einzubinden und damit in ein Anlagenkonzept zu integrieren – das ist Aufgabe von Systemintegratoren, die sich branchenübergreifend, in der Industrie ebenso wie in der Wasserwirtschaft oder der Gebäudetechnik, mit allen Fragen der Elektrischen Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (EMSR) beschäftigen. Speziell für diese Zielgruppe hat Grundfos auf seiner Website einen

5/2019

gesonderten Bereich eingerichtet, der unter anderem ein EMSR-Auswahltool enthält, das auf der Website www.grundfos.ch/emsr verfügbar ist. Mit Hilfe des Tools findet der Sys­ temintegrator alle für sein spezifisches Projekt nötigen Informationen zu dem passenden Kommunikationsmodul. Hierzu sind lediglich die zu installierende Pumpe und der gewünschte BUS-Protokoll-Typ auszuwählen. Neben dem geeigneten

Mini-Reaktor

bis 25 ml oder bis 40 ml

Kommunikationsmodul liefert das Tool weitere Informationen (Schnittstellenbeschreibung und Ressourcendateien; Schaltplan; externe Bibliotheken; Inbetriebnahme). Besonders attraktiv sind die kostenlos verfügbaren Funktionsblöcke für Siemens S7 als Programmierbeispiel, mit denen der Engineering-Aufwand (Zeit) deutlich sinkt. Fazit: Mit dem Auswahltool unterstützt Grundfos EMSR-Techniker tatkräftig bei der Implementierung von Pumpe 4.0-Lösungen in das gewünschte BUS-System, macht das Engineering schneller und effizienter. Ein in der Pumpenwelt einzigartiger Service.

Grundfos Pumpen AG Bruggacherstrasse 10 CH-8117 Fällanden +41 44 806 81 11 info_ch@grundfos.com www.grundfos.ch

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PRODUKTE

Einsatz der Mikrowelle zur Analytik von Peptiden und Proteinen

Während in der organischen Chemie (z. B. Heterocyclen-Chemie) die mikrowellenunterstützte organische Synthese längst Einzug in die Labors gehalten hat, werden mittlerweile immer mehr Anwendungen für die Mikrowelle in der Biochemie ent-

deckt. So erforschen immer mehr Wissenschaftler die Vorteile des Mikrowellen-Einsatzes bei der Synthese von Peptiden sowie bei der Analyse von Peptiden und Proteinen. Der enzymatische Verdau ist ein wichtiger Schritt in der Probenvor-

Neue Pipette für jede Hand

Die neuen Pipetten der Serie Pette von IKA wurden auf der letzten Achema angekündigt und sind jetzt verfügbar. Die insgesamt 18 Modelle führen die beliebtesten Features eines Laborklassikers zusammen. Mit ihren grossen Displays, der langlebigen Konstruktion und den ergonomischen Griffen sind Pette fix und vario ideal für häufiges Pipettieren. IKA Pette vereint in einem einzigen Gerät alles, was Labormitarbeitende bei häufigem Gebrauch für eine sichere Dosierung erwarten. Alle Modelle sind voll autoklavier-

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bar und können ganz einfach sterilisiert werden. Das gewährt Fehlerfreiheit, Präzision und Sicherheit beim Pipettieren. Die grosse mechanische Volumenanzeige ist auch während des Pipettierens gut ablesbar. Besonders angenehm in der Hand liegen die leichten Pipetten dank drei austauschbarer ergonomischer Griffe. Die Geometrie der Aufnahme ist so gestaltet, dass sie für alle marktüblichen Spitzen geeignet ist. IKA Pette fix und vario sind darüber hinaus stossfest sowie UV- und chemikalienbeständig. Die Kalibrierung und Wartung sind benutzerfreundlich eigenhändig durchführbar, können aber auch vom IKA Service vorgenommen werden. Labormitarbeitende sind eingeladen, die Pipetten über das IKA Application Center zum Testen zu bestellen.

IKA-Werke GmbH & Co. KG Janke & Kunkel-Strasse 10 D-79219 Staufen +49 7633 8310 sales@ika.de www.ika.de

bereitung zur Sequenzanalyse von Proteinen und Peptiden mittels Massenspektrometrie. Dabei werden die Proteine oder Peptide durch verschiedene selektive Enzyme (z. B. Glu-C) an bestimmten Schnittstellen gespalten und ein grosses Polymer dabei in einige kleinere Fragmente geschnitten, die sich deutlich leichter sequenzieren lassen. Dieser Prozess wird durch Einsatz der Mikrowelle deutlich beschleunigt. Ein klassisches Beispiel ist der Transferrin-Verdau. Der konventionelle Verdau dauert je nach Qualität des schneidenden Enzyms bis zu 16 Stunden. Der Verdau mit Mikrowellenunterstützung im Discover dauert demgegenüber nur 10 min.

Zudem sind in der Mikrowelle Schnitte realisierbar, die konventionell praktisch gar nicht stattfinden, sodass beispielsweise beim Transferrin-Verdau die Qualität des mikrowellenunterstützen Verdaus um 10 % besser ist als auf dem konventionellen Wege.

CEM GmbH Mikrowellen-Labortechnik Carl-Friedrich-Gauss-Strasse 9 D-47475 Kamp-Lintfort +49 2842 964 40 info@cem.de www.cem.de www.die-mikrowelle.de

Kautschuk-Belag im neuen Look

Noraplan Signa bietet mit 48 Farben von allen Nora Bodenbelägen die grösste Auswahl. Zum anderen ist der Boden auch funktional ein Alleskönner und unterstützt den Systemgedanken. So ist Noraplan Signa beispielsweise als ableitfähige Variante erhältlich, als Fliese und Bahnenware oder in unterschiedlichen Dicken (zwei und drei Millimeter). Auch eine Variante mit besonders hoher Trittschalldämmung ist Bestandteil des Sortiments. Neben der Vielzahl an unterschiedlichen technischen und funktionalen Eigenschaften umfasst das Noraplan Signa Produktportfolio ein passendes Zubehörprogramm mit Fugenmasse oder Sockelleisten für den perfekten Wandhochzug. Des Weiteren ist Noraplan Signa auch als nTx Variante erhältlich, bei welcher der Klebstoff bereits an der Unterseite des Bodenbelags angebracht ist.

Ganz neu ist eine besonders rutschhemmende R10 Variante mit reflexbrechender Oberfläche. Neben der zusätzlichen Oberflächenvariante wurden auch das Farbspektrum sowie das Granulatdesign von Noraplan Signa überarbeitet. «Uns war es auch bei den Überarbeitungen wichtig, ein harmonisches Design mit durchweg zeitlosen Farben zu kreieren, so dass ein installierter Boden auch nach Jahrzehnten noch attraktiv und modern aussieht», so Dirk Oswald, Leiter des Produktmanagements bei Nora Systems. Die Granulateinstreuungen des neuen Noraplan Signa sind noch besser auf die jeweilige Grundfarbe abgestimmt. Die aktualisierten Farben reichen von kühlen Grautönen über warme Beigefarben bis hin zu lebendigen Tönen, die unzählige Kombinationsmöglichkeiten bieten und auch über unterschiedliche Bereiche hinweg eine angenehme Raumatmosphäre aus einem Guss schaffen.

Nora Flooring Systems AG Gewerbestrasse 16 CH-8800 Thalwil +41 44 835 22 88 www.nora.com/ch

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PRODUKTE

Batchmischer: Neue Grössen, neue Optionen

Gericke ist Vorreiter bei der Entwicklung von Mischern für anspruchsvolle Anwendungen. Basierend auf fundierten wissenschaftlichen Erkenntnissen, umfangreichen Versuchen und der Erfahrung aus vielen Implementierungen rund um den Globus ist der GMS-Doppelwellenmischer der technolo-

gisch führende Mischer auf dem Markt. Mit neuen Optionen und Funktionen ist der GMS die optimale Prozesslösung für viele Anwendungen. Der Batchmischer ist jetzt in Grös­sen von 140 bis 5000 Liter erhältlich. Kurze Mischzeit bei gleichzeitig hoher Mischleistung. Die homogene

Sicherer und dauerhafter Anlagenbetrieb

In der Chemie und Petrochemie genauso wie im Öl- und Gasbereich oder in der Verarbeitung von technischen Gasen laufen die Anlagen oft im Dauerbetrieb. Zur Absicherung der Anlagen vor Schäden werden Sicherheitsventile eingesetzt, welche jedoch regelmässig gewartet werden sollten. Ist nur ein einziges Sicherheitsventil installiert, kann dies zu einem kompletten, teuren Anlagenstillstand führen. Für einen kontinuierlichen und sicheren Betrieb sollte ein Ersatz-Sicherheitsventil installiert sein, was mit Hilfe eines Wechselventils möglich ist. Jenes übernimmt den Umschaltprozess zwischen dem im

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Betrieb befindlichen und dem über eine Rohrverbindung an die Anlage angeschlossenen Sicherheitsventil auf Standby. Muss ein Ventil gewartet werden, sichert das andere die Anlage 24/7 ab. Um eine möglichst flexible Nutzung der Wechselventile zu ermöglichen, hat die Firma Leser ein Baukastensystem mit zwei Ventiltypen entwickelt. Type 330 Compact kommt für Standardanforderungen beim Druckverlust zum Einsatz. ­Type 320 Flow hingegen wird für erhöhte Druckverlustanforderungen – etwa durch zusätzliche Rohrleitungen oder bei Sicherheitsventilen mit hoher Leistung – verwendet.

André Ramseyer AG Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt +41 31 744 00 00 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

Mischung von Kleinstkomponenten (bis zu <0,001 %) war noch nie so einfach und schnell und ersetzt teure Vormischungen. Das Misch­ ergebnis (relative Standardabweichung <1,0 %) kann in einem der Gericke Test Centren rund um den Globus praxisnah geprüft werden. Das Design des GMS Mischers mit der hohen Mischdynamik mittels Fliessbett ermöglicht nicht nur das Mischen von Pulvern, sondern auch die effiziente Zugabe von flüssigen Inhaltsstoffen. Der neue optionale Cutter (Patent angemeldet) kann in die Fronttür eingebaut werden, um Agglomerate aufzuschliessen. Mit seinem gros­sen Durchmesser und der optimalen Positionierung in der Mischkammer arbeitet er hocheffizient. Zur Reinigung lässt sich die Fronttür aufschwenken, so dass der Cutter für die Reinigung gut zugänglich ist.

Der GMS Mischer kann optional auch mit einem luftgefüllten Doppelmantelgehäuse geliefert werden. Dieses ermöglicht die Temperaturregelung und sichert die Produktqualität. Die aktive Kühlung oder Heizung wird durch eine effiziente Wärmeübertragung vom Mantel auf den Mischer erreicht. Typische Anwendungen für die kontrollierte Wärmeübertragung sind das Mischen von Produkten die empfindlich auf hohe Temperaturen reagieren und die Zugabe von Flüssigkeiten, die dazu neigen, am kalten Mischergehäuse zu kristallisieren.

Gericke AG Althardstrasse 120 CH-8105 Regensdorf +41 44 871 36 36 info@gericke.net www.gericke.net

Raman Spektrometer der nächsten Generation

Das handgehaltene Raman Spek­ trometer Bravo wurde für die Verifizierung von Rohstoffen im Bereich der Wareneingangskontrolle in der pharmazeutischen Industrie konzipiert, es kann aber auch für die Identitätsprüfung einer unbekannten Probe mit dafür vorgesehenen Bibliotheken herangezogen werden. Das Bravo setzt neue Standards im Bereich der portablen Raman Spektrometer und überzeugt mit einem intuitiv und einfach gehaltenen Arbeitsablauf auf einem grossen Touchdisplay. Die Fluoreszenz gilt als das grösste Hindernis bei Raman Messungen.

Brukers patentierte Fluoreszenzunterdrückung SSETM unterbindet dieses Phänomen und öffnet so den Zugang zu einem breiteren Spektrum an Stoffen, die ohne diese Besonderheit nicht gemessen werden können. Das Duo LASERTM System (Laserklasse 1 M) fächert den Spektralbereich bis hin zu den CH-Streckschwingungen auf und sorgt für eine konstant hohe Empfindlichkeit. Die robuste und präzise Optik steht für qualitativ hochstehende Messergebnisse, die von einer automatischen Wellenzahlkalibrierung begleitet wird. Bravos IntelliTip erkennt die unterschiedlichen Messspitzen automatisch und ist somit sehr anwenderfreundlich. Es erfüllt zudem auch alle Regularien der pharmazeutischen Industrie (cGMP, 21 CFR Part 11). Bruker Optics GmbH Industriestrasse 26 CH-8117 Fällanden +41 44 825 98 37 optics.ch@bruker.com www.bruker.com

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