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Juni 2019

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

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EDITORIAL

Resistenz hat mit Kommunikation zu tun Der schottische Arzt und Biologe Alexander Flemming entdeckte 1928 die wachstumshemmende Wirkung von Penicillin auf Bakterien. Es begann

Kleine Berührung, grosse Gefühle.

die Ära der Antibiotika. Diese Substanzen waren bei allen Lebewesen die wirkungsvollste Waffe gegen Erreger. In Deutschland wurden 2014 allein 700 bis 800 Tonnen pro Jahr in der Human- und 730 Tonnen in der Tiermedizin eingesetzt. Bakterien bilden Abwehrreaktionen gegen Medikamente und können die Strategie über Botenstoffe an andere weitergeben. Diese Information wird in die eigene Genstruktur eingebaut und mit der Zellteilung entstehen neue resistente Keime. Die Weltgesundheitsorganisation warnt vor einem Gau in der Medizin, da immer mehr Erreger Resistenzen aufweisen. Wissenschaft und Forschung stehen unter Druck. Sie wollen verhindern,

Auch höhere Pflanzen bilden Resistenzgene gegen Krankheiten. Forscher an der Uni Zürich sind bereits an Feldversuchen, um eine Abwehrsubstanz des Maises gegen Pilzerreger bei Weizen und Gerste zu testen. Selbst bei den Kleinstlebewesen ist die Kommunikation das Zentrum ihres Überlebens, wie auch die Forschung bei der Bekämpfung von Resistenzen auf Kommunikation angewiesen ist.

C TIPRO TE • RO

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Wirkung nicht mehr ausbilden.

i l g re e n

kenhauskeim Pseudomonas aeroginosa kann durch ihn seine infektiöse

Nitr

se eines bakteriellen Botenstoffes gefunden. Der multiresistente Kran-

Kommunikation zu verstehen. In Konstanz haben Chemiker die Biosynthe-

tenter Bakterien in den Kläranlagen zu erforschen, um die interbakterielle

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In Zürich hat man den Mechanismus der Wirkung des Antibiotikums angestossen. Ein Team aus Karlsruhe sucht die Ausbreitung multiresis-

i l g re e n

TIPRO TE • RO

gien, die meist die Kommunikationsketten der Erreger im Fokus haben. Thanatin gefunden und somit die Entwicklung neuer Antibiotikafamilien

Nitr

dass alle Antibiotika unwirksam werden. Dabei gibt es mehrere Strate-

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FOKUS

Wirkstoff gegen resistente Bakterien

Der Extrakt eines Meerschwammes bildet Grundlage für die Entwaffnung resistenter Keime.

Le cheval de Troie du staphylocoque doré

L’α-toxine détruit les cellules de l’hôte en formant des pores au niveau de leurs membranes. Des chercheurs ont identifié le mécanisme qui permet l’ancrage de ces pores dans la membrane des cellules épithéliales.

CHEMIE Sensoren und Sonnenkollektoren aufdrucken

Wenn Tropfen austrocknen, sammeln sich ihre Inhaltsstoffe in einem Ring. Diesen Effekt konnten Forschende beseitigen, was neue Anwendungen in der Beschichtung von Materialien ermöglicht.

BIOWISSENSCHAFTEN Weizenresistenzgen schützt gegen Pilze

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

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

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

NEWS

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Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen.

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

REPORTAGE

Eine neue Realität in der Industrie

Neues Messsystem optimiert Destillation

Eine Virtual-Reality-Brille soll in Zukunft das Personal bei der täglichen Arbeit in der Produktion unterstützen.

VERFAHRENSTECHNIK

Eine gelungene Kombination aus keramischer und metallischer Messzelle eignet sich für die Kontrolle von Füllständen.

PUBLIREPORTAGE

Neues Kältemittel ersetzt R23

WERKSTOFFE Chemisch recycelte Kunststoffe

Eine Weltneuheit, die dringend benötigt wird: ein neues Kältemittel mit deutlich reduziertem Treibhausgaspotenzial.

Über thermochemische Verfahren können aus «alten» Kunststoffen Synthesegas oder Öle hergestellt werden.

FORSCHUNGSWELT Künstliches Erbgut eines Bakteriums

VERBANDSSEITEN SCV-Informationen

UMWELT Eine schwimmende Forschungsstation auf dem Genfersee

PRODUKTE

Ökologische Vorgänge im Generfsee und Wechselwirkungen zwischen Wasser und Atmosphäre können Wissenschaftler dank der Station nachvollziehen.

LIEFERANTEN VERZEICHNIS

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Bild: Shutterstock

CHEMIE

Der Schwamm lebt in der Antarktis.

Antibiotika aus der Antarktis

Wirkstoff gegen resistente Bakterien

Den Wissenschaftlern zufolge kann mithilfe der Synthese genügend Substanz hergestellt werden, um die Molekülstruktur verändern und untersuchen zu können. Ziel ist es, die Wirkweise der Substanz gegen resistente Bakterien zu erforschen und zur Entwicklung von geeigneten Antibiotika beizutragen. Resistente Bakterien schützen sich durch die Ausbildung scheinbar undurchdringbarer Barrieren aus Biofilmen gegen gängige Antibiotika. Ein Beispiel ist der sogenannte Krankenhauskeim MRSA (Methicillin-resistenter Staphyllococcus aureus). Infektionen mit resistenten Bakterien werden daher zunehmend zu einer Bedrohung in Krankenhäusern und zu einer Herausforderung für die Wissenschaft. Das nun erstmals synthetisch hergestellte Darwinolid ist in seiner natürlichen Form ein Extrakt eines Meeresschwamms aus der Familie der Darwinellidae. Ein US-amerikanisches Wissenschaftsteam um den Chemiker Professor Bill Baker von der University of South Florida sammelte den Schwamm im Jahr 2016 bei einem Tauchgang in der Antarktis. Das Darwinolid zeigte gegenüber MRSA eine Aktivität mit höherer Selektivität auf MRSA-Biofilmen gegenüber normalen MRSA-Zellen. Die Ursache dieser Selektivität ist Professor Mathias Christmann zu4

Bild: Bill Baker

Wissenschaftlern der Freien Universität Berlin ist erstmals die chemische Synthese eines Biofilm-selektiven Wirkstoffs gegen resistente Bakterien gelungen. Professor Mathias Christmann und der Doktorand Thomas Siemon vom Institut für Chemie und Biochemie stellten den Naturstoff Darwinolid her, der in natürlicher Form nur aus einem antarktischen Meeresschwamms in geringen Mengen gewonnen werden kann.

Meeresschwamm aus der Familie der Darwinellidae.

folge bislang noch nicht geklärt; hierzu sei es notwendig, das Darwinolid strukturell zu verändern und zu untersuchen, wie sich diese Veränderung auf die Aktivität des Extrakts auswirkt. «Die Entwicklung niedermolekularer, nichtpolymerer Moleküle ist ein vielversprechender Ansatz, um die Barrieren einer extrazellulären polymeren Matrix zu durchdringen, die Bakterien vor der Wirkung von Antibiotika schützt», sagt Professor Christmann. Fernziele seien deshalb die Entwicklung hochaktiver Analoga von Darwinolid sowie ein molekulares Verständnis darüber, wie Biofilm-Barrieren

resistenter Bakterien überwunden werden können.

Kontakt Prof. Mathias Christmann Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie Freie Universität Berlin Kaiserswerther Str. 16/18 D-14195 Berlin +49 30 838 60182 mathias.christmann@fu-berlin.de www.fu-berlin.de

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FOKUS

Handlungsbedarf bei Krankenhauskeim

Strategische Kommunikationsstörung

Die Weltgesundheitsorganisation WHO stuft den Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa als einen Erreger ein, gegen den unmittelbarer Handlungsbedarf besteht. Der Keim kann verschiedenste Krankheiten von chronischen Lungeninfektionen bis hin zur Sepsis hervorrufen. Aufgrund zunehmender Resistenzbildung vermögen viele Antibiotika nichts mehr gegen ihn auszurichten, und Infektionen mit ihm sind häufig lebensbedrohlich. Die Grundlagenforschung der Arbeitsgruppe des Konstanzer Chemikers Thomas Böttcher setzt bei der Bekämpfung von Pseudomonas aeruginosa jedoch nicht auf ein neues Antibiotikum. Der Fokus ist stattdessen auf die Hemmung sogenannter Virulenzfaktoren im Erreger gerichtet. Es handelt sich um Toxine und andere Stoffe, die den Infektionsprozess begünstigen. Möglich wurde diese Inhibition durch eine von der Arbeitsgruppe entwickelte Technik, die es erlaubt, die Hemmung von Enzymen direkt in der lebenden Zelle zu messen. Das Verfahren wird in der aktuellen Ausgabe des renommierten Journal of the American Chemical Society (JACS) beschrieben. Thomas Böttcher und die Doktorandin Michaela Prothiwa konzentrierten sich auf einen bestimmten Stoffwechselweg im Erreger. Dieser führt zur Herstellung

Bild: AG Böttcher

Chemiker an der Universität Konstanz hemmen erfolgreich die Biosynthese eines bakteriellen Signalstoffes. Damit beseitigen sie die infektiöse Wirkung des Keims Pseudomonas aeruginosa. Dieser stellt in Spitälern ein ernsthaftes Problem dar. In Ihrer Studie veröffentlichten sie ein Verfahren, welches die Kommunikation zwischen den Erregern erschwert, was sie schliesslich entwaffnet. Die Studie scheint vielversprechend. Die Forscher möchten ihre Strategie in Zukunft für andere Soffwechselwege anwenden.

Schematische Repräsentation von Pseudomonas aeruginosa.

von Signalstoffen, sogenannten Chinolonen, die Pseudomonas aeruginosa dazu nutzt, die Produktion von Virulenzfaktoren zu koordinieren. Chinolone fungieren dabei als Quorum-Sensing-Signale: Die Bakterien versuchen über diese Moleküle – ähnlich einer Mehrheitsabstimmung – festzustellen, wie viele sie sind. Signalisieren ihnen die Chinolone, dass ihre

Anzahl gross genug ist, dann beginnen sie mit der Produktion von Virulenzfaktoren. Diese sind verantwortlich für die krankmachenden Eigenschaften der Bakterien. Das Ziel der Konstanzer Forschung ist, die Kommunikation über diese Chinolone auszuschalten. Für die Biosynthese der Chinolone ist das Enzym PqsD zentral. Dem

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Antibiotikaresistente Bakterien können gerade in Spitälern zu enormen Problemen führen.

Forscherteam gelang es, ein Molekül zu entwickeln, mit dem das Enzym inhibiert werden kann. Damit wird verhindert, dass die Bakterien Chinolone produzieren und über diese Signalstoffe feststellen können, wie viele sie sind. So können sie auch die Toxine und Virulenzfaktoren nicht mehr produzieren. «Wir stören damit die Kommunikation zwischen den Mikroorganismen», so Thomas Böttcher. Eigens zu diesem Zweck hat das Team um den Konstanzer Chemiker ein neues Verfahren zur Suche nach Enzyminhibitoren entwickelt. Bisher wurden Enzyminhibitoren zunächst in zellfreien Systemen entwickelt, wobei oftmals die anschlies sende Wirksamkeit in der lebenden Zelle verloren ging. Mit einer neuartigen Strategie über chemische Sonden kann nun die Hemmung eines Enzyms direkt in der lebenden Zelle gemessen werden. Somit können aus Bibliotheken chemischer Stoffe massgeschneiderte Inhibitoren für bestimmte Stoffwechselwege in Bakterien herausgefiltert werden. Die Strategie ist dabei jedoch nicht auf das Enzym PqsD beschränkt und soll zukünftig auch für die zielgerichtete Entwicklung von Hemmstoffen gegen andere bakterielle Stoffwechselwege Anwendung finden. Originalpublikation Michaela Prothiwa, Felix Englmaier, Thomas Böttcher, «Competitive Live-Cell Profiling Strategy for Discovering Inhibitors of the Quinolone Biosynthesis of Pseudomonas aeruginosa», J. Am. Chem. Soc. (2018); DOI: 10.1021/jacs.8b07629

Kontakt Dr. Thomas Böttcher Universität Konstanz Universitätsstrasse 10 D-78457 Konstanz +49 7531 88 5766 thomas.boettcher@uni-konstanz.de www.uni-konstanz.de

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FOKUS

Die Baumwanze Podisus maculiventris produziert Thanatin.

Antibiotikum aus Insekten

Bakterien auf neuartige Weise eliminieren

Die weltweite Ausbreitung von antibiotikaresistenten Bakterien stellt eine wachsende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. «Trotz intensiver Bemühungen von Wissenschaft und Industrie ist es bisher nicht gelungen, geeignete Angriffsziele für neuartige Antibiotika zu finden», sagt John A. Robinson vom Institut für Chemie der UZH. «Eine der grössten Herausforderungen ist dabei die Identifizierung von neuen Wirkmechanismen gegen gramnegative Bakterien.» Zu dieser Gruppe von Keimen gehören viele gefährliche Krankheitserreger wie Pseudomonas aeruginosa, das lebensbedrohliche Lungeninfektionen verursacht, sowie pathogene Stämme des Darmbakteriums Escherichia coli.

tikum Thanatin – das aus der nordamerikanischen Baumwanze Podisus maculiventris gewonnen wird – gegen gramnegative Bakterien wirkt. Es stellte sich heraus, dass der Wirkstoff auf bislang unbekannte Weise den Aufbau der äusseren Zellmembran der Bakterien unterbindet. Alle gramnegativen Bakterien besitzen eine doppelte Zellmembran, wobei die äussere Membran eine wichtige Abwehrfunktion übernimmt und das Eindringen potentiell giftiger Substanzen in das Zellinnere verhindert. Die Aussenseite dieser Membran besteht aus einer komplexen Schicht von fettähnlichen, zuckerhaltigen Substanzen, den sogenannten Lipopolysacchariden. Ohne den Schutz durch diese Lipopolysaccharide sind die Bakterien nicht lebensfähig.

Zerstörung des äusseren Schutzschilds

Protein-ProteinWechselwirkungen im Visier

Ein interdisziplinäres Team der Universität Zürich und der ETH Zürich konnte nun erstmals zeigen, wie das natürliche Antibio-

Mit Hilfe modernster Methoden gelang den Zürcher Forschenden nun der Nachweis, dass Thanatin den Transport der Li-

Bild: Kerstin Möhle

Das von Baumwanzen produzierte Antibiotikum Thanatin zerstört die äussere Membran von gramnegativen Bakterien. Forscher der Universität Zürich (UZH) haben herausgefunden, dass dies durch einen bisher unbekannten Mechanismus geschieht. Thanatin soll deshalb als Ausgangsstoff für die Entwicklung neuer Antibiotikaklassen dienen.

Der Transportweg: Die beteiligten Proteine bilden eine Art Brücke, die von der inneren Membran (IM) zur äusseren Membran (OM) reicht. Die Lipopolysaccharide (LPS) wandern dort zur äusseren Membran, um diese fertig aufzubauen. Thanatin ist oben rechts dreidimensional dargestellt. Der Thanatinkomplex (links) ist Teil der Brücke.

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FOKUS

popolysaccharid-Bausteine zur äusseren Membran unterbricht. Der betroffene Transportweg besteht aus einer Superstruktur von sieben verschiedenen Prote inen, die sich zu einer Art Brücke zusammenlagern, die von der inneren Membran über den wässrigen Zwischenraum bis hin zur äusseren Membran reicht. Entlang dieser Struktur wandern die Lipopolysaccharide zur Zelloberfläche, wo sie für den Aufbau der Membran bereitgestellt werden. Thanatin blockiert die Wechselwirkung zwischen den Brückenproteinen und verhindert so die Ausbildung der Superstruktur. Die Lipopolysaccharide gelangen deshalb nicht an ihren Bestimmungsort, die äussere Membran kann nicht aufgebaut werden und die Bakterien sterben ab.

Entwicklung klinischer Kandidaten vorantreiben

Originalpublikation Stefan U. Vetterli et al., «Thanatin targets the intermembrane protein complex re quired for lipopolysaccharide transport in Escherichia coli», Science Advances (2018); DOI: 10.1126/sciadv.aau2634

Kontakt Dr. Kerstin Möhle Institut für Chemie Universität Zürich Rämistrasse 71 CH-8006 Zürich +41 44 635 61 17 kerstin.moehle@chem.uzh.ch www.chem.uzh.ch

«Dieser Wirkmechanismus ist bisher beispiellos und öffnet neue Perspektiven für

die Entwicklung zukünftiger Antibiotikaklassen gegen gefährliche Keime», erklärt Robinson, «Das Ergebnis zeigt erstmals die Möglichkeit auf, die Protein-Protein-Wechselwirkungen in der bakteriellen Zelle mit geeigneten Substanzen gezielt zu hemmen.» Auf Basis dieser neuen Erkenntnisse hat bereits ein Industriepartner – die Polyphor AG in Allschwil BL – mit der Suche nach potentiellen klinischen Kandidaten begonnen. Das Unternehmen verfügt auf diesem Gebiet über beachtliche Erfahrung und hat in Zusammenarbeit mit der UZH bereits das Antibiotikum Murepavadin entwickelt. Das Medikament, das spezifisch gegen Pseudomonas aeruginosa wirkt, befindet sich derzeit in der klinischen Phase III. «Ein weiteres neuartiges Antibiotikum, das auf andere gramnegative Erreger abzielt, wäre eine wichtige Ergänzung bei der Entwicklung von dringend benötigten antibakteriellen Therapien», so Robinson.

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FOKUS

Abwasser filtern

Multiresistente Keime reduzieren

Über Abwässer gelangen die resistenten Erreger in die Umwelt und letztlich zurück zum Menschen. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen im Verbundprojekt HyReKA die Verbreitung der Bakterien und bewerten Massnahmen wie die Ultrafiltration, um sie effektiv aus dem aufbereiteten Abwasser zu entfernen. Multiresistente Bakterien haben als Überlebensstrategie gelernt, sich der Wirkung verschiedener Antibiotika zu entziehen – sie haben Abwehrmechanismen gebildet. Nicht alle sind für den Menschen gefährlich, doch können sie ihre Resistenzgene auch an krankmachende Erreger weitergeben. So gibt es immer mehr widerstandsfähige Keime in der Umwelt. «Wenn sich die Bakterien verbreiten, kommt der Mensch auch immer häufiger mit ihnen in Kontakt. Gehen wir nicht gegen die Verbreitung vor, gibt es am Ende immer weniger Antibiotika oder sogar keine Wirkstoffe, mit denen wir eine mögliche Erkrankung bekämpfen können», sagt Professor Thomas Schwartz vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT.

Verbreitung klinisch relevanter Antibiotikaresistenzen Der Mikrobiologe und sein Team untersuchen in Gewässern das Vorkommen und die Verbreitung klinisch relevanter Antibiotikaresistenzen und Bakterien, die vor allem für Menschen mit geschwächtem Immunsystem, Kleinkinder und alte Menschen eine Gefahr darstellen können. «Resistente Bakterien gelangen über das Abwasser von Kliniken und Pflegeheimen, häuslichen Bereichen, Schlachthöfen und 10

Bild: Adobe Stock

Im vom BMBF geförderten Verbundprojekt HyReKA untersucht das KIT die Verbreitung antibiotikaresistenter Bakterien und entwickelt Massnahmen, um diese aus dem Wasser zu entfernen. 700 bis 800 Tonnen Antibiotika pro Jahr wurden im Jahr 2014 laut dem Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Deutschland allein in der Humanmedizin eingesetzt, in der Veterinärmedizin wurden im Jahr 2017 rund 730 Tonnen an Tierärzte abgegeben. Durch den hohen Einsatz von Antibiotika bilden allerdings immer mehr Bakterien Multiresistenzen, die eine medizinische Therapie bei einer Erkrankung erschweren.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT wollen mithilfe verschiedener Methoden kritische Erreger aus dem aufbereiteten Wasser in Kläranlagen entfernen.

Landwirtschaft in Kläranlagen. Hier konnten wir die Bakterien nicht nur in den Zuläufen, sondern auch in den Abläufen nachweisen», so Schwartz. Die derzeitige Abwasseraufbereitung filtere also nur einen Teil der Bakterien heraus, der Rest werde mit dem aufbereiteten Wasser in Flüsse und Bäche geleitet. Deshalb testen und bewerten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Methoden für Kläranlagen, um gerade diese kritischen Erreger aus dem Wasser zu entfernen: eine Ultrafiltrationsanlage, eine Ozon- sowie eine UV-Behandlung, eine Kombination aus beiden und eine Aktivkohlebehandlung. «Bei der Ultrafiltration, bei der das Wasser durch extrem feine Membranstränge fliesst, gelingt es uns, die antibiotikaresistenten Bakterien so weit zu reduzieren, dass wir sie kaum mehr nachweisen können. Mit der

Ozonbehandlung – auch in Kombination mit UV-Strahlen – ist eine geringere, aber auch vielversprechende Reduktion der Keime möglich. Bei der Aktivkohle konnten wir keine effektive Veränderung, das heisst keine Reduktion, feststellen», zeigt der Mikrobiologe die bisherigen Ergebnisse auf.

Belastung in kommunalen Kläranlagen senken Innerhalb HyReKA wollen die Wissenschaftler die Ultrafiltrationsanlage serienreif machen und die Ozon- und UV-Behandlung weiter optimieren, um die Reduktionsleistung zu steigern. Die Forscher des KIT erstellen ausserdem ein Bewertungskonzept für die einzelnen Verfahren, sodass die Untersuchungsparameter auch auf andere Massnahmen zur Abwasserbehandlung anwendbar sind. 6/2019

FOKUS

schiedener Fachrichtungen wie Medizin, Biologie, Geografie, Ingenieurwesen, Agrarwissenschaft, Lebensmitteltechnologie und Ernährungswissenschaft sowie Partnern aus kommunalen Wasserwirtschaftsbetrieben und der Industrie zusammen. Zu den Forschungspartnern des Verbundprojektes HyReKA zählen neben dem KIT das Universitätsklinikum Bonn, die Universität Bonn, die Technische Universität Dresden, die RWTH Aachen, das Umweltbundesamt (UBA), das Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe (TZW) und kommunale Partner, wie der Erftverband Bergheim, der Olden burgisch-Ostfriesische Wasserverband (OOWV), der Zweckverband Klärwerk Steinhäule und der Industriepartner X YLEM Services GmbH.

«So könnten wir Kliniken, Pflegeheime oder auch landwirtschaftliche Bereiche, die ebenfalls aufgrund des hohen Einsatzes von Antibiotika ein hohes Risiko für resistente Bakterien vermuten lassen, mit diesen Techniken ausstatten, um auch die Belastungssituationen an kommunalen Kläranlagen zu reduzieren», blickt Schwartz in die Zukunft.

Kontakt Sandra Wiebe SEK – Gesamtkommunikation Karlsruher Institut für Technologie KIT Kaiserstrasse 12 D-76131 Karlsruhe +49 721 60821172 sandra.wiebe@kit.edu www.kit.edu

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HyReKA HyReKA steht kurz für «Biologische beziehungsweise hygienisch-medizinische Relevanz und Kontrolle Antibiotika-resistenter Krankheitserreger in klinischen, landwirtschaftlichen und kommunalen Abwässern und deren Bedeutung in Rohwässern». Der Forschungsverbund will einen aktiven Beitrag zum umweltbezogenen Gesundheitsschutz der Bevölkerung leisten. Zu seinen Zielen gehört, den Eintrag antibio tikaresistenter Bakterien und Antibiotika rückstände in die Umwelt zu untersuchen, deren Verbreitungswege, Risikopotenziale und Übertragungsrisiken abzuschätzen, technische Verfahren der Abwasseraufbereitung an Kläranlagen zu entwickeln und Handlungsempfehlungen zu formulieren. Der Verbund setzt sich aus Forschern ver-

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CHEMIE

Lösungsmittelchemie

Sensoren und Sonnenkollektoren aufdrucken Mit einem Trick vermeiden Forscher, dass sich beim Trocknen von Tropfen ein Ring bildet. Das hat weitreichende Auswirkungen. Sprüht man in Wasser gelöste Stoffe auf eine Oberfläche und lässt sie trocknen, entsteht eine löchrige Schicht. Denn die Inhaltsstoffe wandern beim Trocknen an den Rand der Wassertröpfchen. Funktionale Oberflächenbeschichtungen waren daher auf diese Art bislang unmöglich. Mit einem Trick ist es Forschern um Nicolas Plumeré und Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) jetzt gelungen, gleichmässige Beschichtungen herzustellen.

Um eine gleichmässige Beschichtungen zu erzielen, versahen Forschende der RUB die im Wasser gelösten Moleküle mit einer kleinen Schwefelgruppe, die beim Kontakt mit Sauerstoff die Moleküle dazu zwingt, sich miteinander zu vernetzen. So bilden sie nach dem Trocknen eine gleichmässige Schicht.

Jeder kennt das Bild: Ein verkleckerter Kaffeetropfen trocknet auf dem Tisch. Was zurückbleibt, ist ein dunkler Ring mit einem Loch in der Mitte. Die Inhaltsstoffe des Kaffees wandern mit dem Wasserstrom innerhalb des Tropfens an dessen äussere Grenze zwischen Tisch, Tropfen und Luft, wo die Flüssigkeit verdunstet. Dieser Coffee-Ring-Effect ist schuld daran, dass sich im Wasser gelöste Inhaltsstoffe ungleichmässig auf einer Oberfläche verteilen. «Empfindliche High-Tech-Oberflächenbeschichtungen mit bestimmten

Bilder: RUB/Kramer

Warum Kaffeetropfen Ringe bilden

Wenn Tropfen eintrocknen, sammeln sich ihre Inhaltsstoffe in einem Ring.

Eigenschaften konnte man deswegen auf diese Weise bisher nicht herstellen», sagt Nicolas Plumeré, Leiter der Forschergruppe Molekulare Nanostrukturen und Mitglied des Exzellenzclusters «Ruhr Explores Solvation», kurz Resolv (www.solvation.de).

Schonend beschichten Die Beschichtung von Oberflächen mittels Besprühen durch kleinste Tröpfchen mit darin gelösten Materialien ist für das Trägermaterial aber wesentlich schonender als viele andere Methoden. Um sie nutzen

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CHEMIE

Nicolas Plumeré, Li Huaiguang und Thomas Happe (von links) haben den Coffee-Ring-Effekt ausgetrickst.

zu können, haben Plumeré und seine Kollegen eine Methode entwickelt, die den Effekt austrickst.

Schwefel erzwingt eine Bindung Dazu versahen sie die im Wasser gelösten Moleküle mit einer kleinen Schwefelgruppe, die so verpackt ist, dass sie nur im Kontakt mit Sauerstoff aktiv wird. Trocknet ein Tröpfchen der Lösung, kommt der Sauerstoff ins Spiel. Die Schwefelgruppe

zwingt dann die im Wasser gelösten Moleküle dazu, sich miteinander zu verbinden, so dass sie ein Netz bilden. «Der Tropfen ist dann nicht mehr flüssig, sondern eine Art Gel», veranschaulicht Plumeré. Die Moleküle können damit nicht mehr an den Rand des Wassertropfens wandern und bleiben während des Trocknens an Ort und Stelle. So entsteht eine gleichmässige Schicht ohne Löcher. Die Schwefelgruppe beeinflusst die Funktionalität der späteren Beschichtung nicht.

Senkrecht lückenlos beschichten Diese Technik erlaubt es, selbst senkrechte Oberflächen sehr gleichmässig mit in Wasser gelösten Materialien zu beschichten. Damit gelang es den Wissenschaftlern unter anderem, einen Nitratsensor (http://news.rub.de/wissenschaft/201802-15-chemie-duengen-oder-nicht-duengen-keine-frage) gleichmässig lückenlos

und reproduzierbar mit hochempfindlichen Enzymen zu beschichten. «Es sind zahlreiche weitere Anwendungen denkbar», sagt Plumeré. «So wäre es zum Beispiel möglich, Solarkollektoren praktisch direkt auf Dächer aufzudrucken.» Originalpublikation Huaiguang Li et al., «Preventing the coffee-ring effect and aggregate sedimentation by in-situ gelation of monodisperse materials», Chemical Science (2018); DOI: 10.1039/C8SC03302A Kontakt Prof. Dr. Nicolas Plumeré Fakultät für Chemie und Biochemie Ruhr-Universität Bochum Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum +49 234 32 29434 nicolas.plumere@rub.de www.rub.de

Naturwissenschaftliche/r Labortechniker/in Die Weiterbildung für Laborpraktikerinnen und Laborpraktiker

Naturwissenschaftliche/-r Labortechniker/-in mit eidgenössischem Diplom

• Eidgenössischer Ausweis nach erfolgreicher höherer Fachprüfung (HFP) • Modularer Lehrgang • Berufsbegleitend Start der nächsten Lehrgänge: • August 2016 bei aprentas

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Der Fachverband Laborberufe (FLB) und der Wirtschaftsverband scienceDie höhere Fachprüfung (HFP) bildet den Abschluss einer anspruchsvollen höheren Berufsbildung. Wer dieses industries tragen den Verein Weiterbildung Laborberufe. Dieser ist verantwortlich für praxisnahe Weiterbildungen auf der tertiären Bildungsstufe für qualifizierte gelernteHandelskompetenzen, Berufsleute im biologischen und chemischen Labor. um in seinen/ihrem Beruf eidgenössische Diplom erlangt hat, verfügt über die notwendigen fachlich anforderungsreiche Aufgaben zu übernehmen, und ist auf dem Arbeitsmarkt eine gefragte Fachkraft. Da die Weiterbildung berufsbegleitend erfolgt, ist der Bezug zur Arbeitswelt ohne Unterbruch sichergestellt.

Foto: Hugues Frainier

Lohnende Weiterbildung

Praxisnah und umfassend Der modulare Lehrgang zur Vorbereitung auf die höhere Fachprüfung ist konsequent auf Anwendungssituationen in der beruflichen Praxis ausgerichtet und erstreckt sich über das gesamte Berufsfeld des Laborberufs. • August 2019 bei der Allgemeinen Berufsschule in Zürich (ABZ) • Januar 2020 bei der aprentas Weiterbildung in Muttenz Weitere Informationen: www.wblb.ch Besuchen Sie auch die Internetseiten und Informationsveranstaltungen der Anbieter ABZ und aprentas Weiterbildung.

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Foto: Christoph Gysin

Start der nächsten Lehrgänge

Bild: Adobe Stock

CHEMIE

Die Beigabe von Fluor in ein Medikament kann dessen Eigenschaften so verändern, dass es leichter vom Körper aufgenommen werden kann.

Wasserstoff-Fluor-Tausch

Verbesserte Pharmazeutika dank Fluor

Die grosse Mehrheit der Pharmazeutika, die zur Behandlung menschlicher Erkrankungen angewandt werden, ist organischer Natur. Ihre aktive Komponente ist ein Molekül (oder eine Kombination aus mehreren Molekülen), welches aus Kohlenstoffund Wasserstoffatomen aufgebaut ist. «Unsere Körper sind nichts anderes als eine Ansammlung von Milliarden Kohlenstoffverbindungen, oder in anderen Worten, organischen Molekülen», erklärt Nuno Maulide, Österreichs Wissenschafter des Jahres 2018, von der Universität Wien. Durch diese Ähnlichkeit sind organische Pharmazeutika ideal, um mit dem menschlichen Körper zu interagieren. Der Entwurf eines pharmakologischen Moleküls passend zu einer spezifischen Interaktion mit einem Rezeptor wird oft mit dem Schlüssel-Schloss Prinzip erklärt. «Der Rezeptor (oft ein Enzym) hat eine einzigartige Struktur (Schloss) und benötigt daher auch eine einzigartige Struktur (Schlüssel), mit der er interagieren kann. Der Schlüssel – Wortspiel beabsichtigt – zu einer vorteilhaften Bioaktivität ist die struk14

Bilder: Universität Wien/Maulide Group

Die Verbesserung von Pharmazeutika spielt eine zentrale Rolle im fortlaufenden Kampf gegen Krankheiten. Die organische Chemie ermöglicht diesen Fortschritt, indem sie Methoden bereitstellt, mit denen man chemische Strukturen verändern kann. Ein Forscherteam um Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien und Harald Sitte von der Medizinischen Universität Wien haben nun ein neues Werkzeug entdeckt. Sie fanden eine Möglichkeit, mit der Wasserstoff in wichtigen Arzneimitteln besonders mühelos durch Fluor ersetzt werden kann.

(S,S) -Fluoro-Citalopram.

turelle Unversehrtheit der pharmazeutischen Verbindung, um die exakte Passform zu gewährleisten», erklärt Harald Sitte von der Medizinischen Universität Wien und Koautor der Studie. Allerdings werden Pharmazeutika, die in den Körper gelangen, von denselben Enzymen abgebaut, die auch Essensbestandteile verarbeiten. «Diese Art von Aufräummaschinerie ist für unseren Körper zwar essenziell, um ihn zu schützen, unglücklicherweise ist sie oft nicht spezifisch und Pharmazeutika werden metabolisiert, so-

bald sie in den Körper gelangen», stellt Christopher Teskey, Ko-Erstautor der Studie, fest. Dadurch können Medikamente ihre vorteilhaften Eigenschaften verlieren. «Ein Grossteil dieses Abbaus erfolgt an der Bindungsstelle zwischen Kohlenstoff- (C) und Wasserstoffatomen (H). C–H Bindungen sind von Natur aus ziemlich schwach, was bedeutet, dass sie leicht oxidiert werden können», erklärt Co-Erstautorin Pauline Adler. Einen vielversprechenden Ansatz, um dieses Problem zu lösen, haben Chemiker vor 6/2019

CHEMIE

einigen Jahren entdeckt: Den Tausch von besonders schwachen C–H Bindungen mit viel stärkeren C–F Bindungen. Obwohl sich Wasserstoff und Fluor in manchen Aspekten stark unterscheiden, sind deren Grössen vergleichbar und man kann davon ausgehen, dass der Austausch nur einen minimalen Effekt auf die Struktur des Medikaments hat, wie Maulide erklärt: «Durch dessen unterschiedliche elektronische Eigenschaften kann ein strategisch platziertes Fluoratom zusätzliche Interaktionen mit dem Ziel erzeugen und dadurch den erwünschten Effekt verstärken.» Zudem könne das Einführen von Fluor in ein Medikament dessen Eigenschaften so verändern, dass es leichter vom Körper aufgenommen werden könne, ergänzt Daniel Kaiser, Koautor der Studie (siehe Abbildung 1). Die Einführung von Fluor kann eine Vielzahl von vorteilhaften Effekten auf Phar-

Abbildung 1: Links: Austausch eines Wasserstoffatoms (rot) durch Fluor (grün) führt zu einer stark erhöhten metabolischen Stabilität. Rechts: Die gleiche kleine Veränderung führt zu einer grösseren Bioverfügbarkeit.

mazeutika haben, jedoch ist die Platzierung auf organische Moleküle oft nicht einfach. «Die meisten Chemiker versuchten Fluor einzuführen, indem sie negativ polarisierte organische Moleküle mit einem F+ -Reagenz reagieren liessen. Wir haben das Gegenteil gemacht: Wir wechselten die Polarität des organischen Moleküls, so dass wir dasselbe Fluorid verwenden konnten, das auch in Zahnpasta

verwendet wird». (siehe Abbildung 2) «Der neu entwickelte Ansatz verwendet günstiges Ausgangsmaterial und ist einfach zu handhaben», freut sich Maulide. «Eine Methode, um Wasserstoff unter einfachen Bedingungen mit Fluor zu ersetzen, ist nur der Anfang. Wir können uns vorstellen, dies mit einer Reihe anderer Pharmazeutika zu machen und die Eigenschaften der neu erzeugten Analoga zu erforschen.» Originalpublikation Pauline Adler, Christopher J. Teskey, Daniel Kaiser, Marion Holy, Harald H. Sitte, Nuno Maulide, «α-Fluorination of carbonyls with nucleophilic fluorine», Nature Chemistry (2019); DOI: 10.1038/s41557-019-0215-z

Abbildung 2: Der weit verbreitete Ansatz zur Fluorierung verwendet unerwünschte Reagenzien und ist oft unselektiv (oben). Im Gegensatz dazu erlaubt die Aktivierung eines Amids, gefolgt von sogenannter Umpolung (Polaritätsinversion) die Verwendung von erwünschtem F – , das eine Reihe an Vorteilen gegenüber seinem Gegenstück, dem F + , bietet.

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Nuno Maulide Institut für Organische Chemie Universität Wien Währinger Strasse 38 A-1090 Wien +43 142 77521 55 nuno.maulide@univie.ac.at www.univie.ac.at

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CHEMIE

Chemiker entwickeln neue Synthesemethode

Herstellung fluorierter Piperidine

Bei Piperidinen handelt es sich um kleine, ringförmige chemische Verbindungen. Da Fluoratome die Eigenschaften und damit die Wirkung von bestimmten Produkten durch ihre besonderen Eigenschaften dramatisch ändern, werden sie gern in Pharmazeutika eingebaut: So enthalten etwa 20 Prozent aller verkauften Medikamente weltweit Fluor. Bislang war jedoch das Zusammenführen von Fluoratomen und Piperidinen extrem aufwendig. Chemiker der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun erstmalig eine neue, leicht durchführbare Synthesemethode zur Herstellung solcher Fluor-tragenden Piperidine entwickelt.

Piperidine und Fluormoleküle kombinieren Bereits 2017 veröffentlichten die münsterschen Chemiker eine Studie, in der sie ein Verfahren präsentierten, mit dem fluorierte Molekülringe einfach und schnell hergestellt werden können. An diesen Durchbruch knüpfen die Chemiker nun mit ihrer neuen Studie an. «Bislang war es sehr schwierig, Piperidine und Fluormoleküle zu kombinieren, obwohl sie gemeinsam hervorragende chemische Eigenschaften besitzen, die beispielsweise bei der Herstellung von Wirkstoffen relevant sind. Wir haben jetzt eine einfache Synthese entwickelt und so diese beiden Bausteine kombiniert», erklärt Frank Glorius vom Organisch-Chemischen Institut der WWU. Das Verfahren, welches das Team um Glorius entwickelt hat, läuft in zwei Schritten hintereinander – jedoch im selben Behälter – ab: Als Startmoleküle dienen gut zugängliche fluorierte Pyridine, sogenannte «aromatische» Verbindungen. Diese Verbindungen sind flach und besitzen eine besonders hohe Stabilität, was sie für viele chemische Abläufe «reakti16

Bild: Frank Glorius

Synthetisch hergestellte Moleküle sind für viele Produkte des menschlichen Lebens essenziell: Medikamente, Pflanzenschutzmittel oder besondere Materialien wie Teflon. Die Moleküle setzen sich dabei aus mehreren Bausteinen zusammen, die auf verschiedene Art kombiniert werden können und die zu unterschiedlichen Eigenschaften führen. Sowohl sogenannten Piperidinen als auch fluorierten Gruppen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu.

Druckgefäss (Autoklav) zur Durchführung der Hydrierung fluorierter Pyridine. Die Reaktionen werden bei einem Wasserstoffdruck von 50 bar durchgeführt (zum Vergleich: Der normale Atmosphärendruck beträgt 1 bar).

onsträge» macht. Im nun publizierten Verfahren wird im ersten Schritt die Aromatizität beseitigt («Dearomatisierung»). Dadurch gelingt in einem zweiten Schritt die Übertragung von Wasserstoffatomen (Hydrierung) gezielt an eine Seite des Ringsystems. Die entstehenden fluorierten Piperidine sind jetzt im Unterschied zu den aromatischen Startmaterialien nicht mehr flach – was für die Bildung komplexer dreidimensionaler Strukturen hilfreich sein kann. Für beide Reaktionsschritte nutzen die Chemiker einen Katalysator.

Bausteine für Pharma- und Agrowirkstoffe Die Ergebnisse können nun genutzt werden, um wertvolle und neuartige Bausteine für Pharma- und Agrowirkstoffforschung herzustellen, die zuvor nicht verfügbar waren. «Wir hoffen, dass diese Bausteine bald in grosser Menge hergestellt werden», betont Frank Glorius. Im Rahmen einer kürzlich gewährten Förderung des Europäischen Forschungsrats in Höhe von 2,5 Millionen Euro wollen die

Chemiker der WWU der Hydrierung von Aromaten zu einer «Renaissance» verhelfen und damit neuartige Moleküle effizient erzeugen. «Wir versuchen unter Hochdruck mehr über den Mechanismus der Katalyse zu verstehen, um bessere Katalysatoren zu entwickeln und das Potenzial dieser Reaktionen vollständig nutzen zu können.» Originalpublikation Z. Nairoukh et al., «The formation of allcis-(multi)fluorinated piperidines by a dearomatization–hydrogenation process», Nature Chemistry (2019); DOI: 10.1038/ s41557-018-0197-2 Kontakt Prof. Dr. Frank Glorius Organisch-Chemisches Institut Universität Münster Corrensstrasse 40 D-48149 Muenster +49 251 833 32 48 glorius@uni-muenster.de www.uni-muenster.de

6/2019

CHEMIE

Wirkstoff

Problematisches Protein liefert Lösung

Um ein neues Medikament auf den Markt zu bringen, müssen mitunter Millionen von Molekülen getestet und optimiert werden. Vor allem die Leitstruktursuche zu Beginn eines Projektes ist gegenwärtig zeit- und ressourcenintensiv: Grosse Bibliotheken potenzieller Leitstrukturen müssen in aufwendigen Verfahren nach aktiven Molekülen durchsucht werden, was zu den hohen Kosten der Medikamentenentwicklung beiträgt. Es wäre ein grosser Vorteil, wenn sich ein therapeutisch relevantes Protein, das für die Entstehung einer Krankheit verantwortlich ist, dazu nutzen liesse, selbst einen Wirkstoff gegen sich herzustellen, idealerweise auch noch aus den Bausteinen, aus denen es selbst aufgebaut ist. Einen solchen faszinierenden Vorgang haben die Forscher in ihrer Studie entdeckt und das dabei entstandene Produkt anschliessend für die Neuschöpfung (de novo Design) eines hochwirksamen Wirkstoffmoleküls genutzt.

Proteinasen im Fokus der Forschung Das therapeutische Zielprotein (Target) Matrixmetalloproteinase-13 (MMP-13), das für eine Vielzahl schwerwiegender Erkrankungen verantwortlich ist, steht seit geraumer Zeit im Fokus der Forschenden; denn obwohl die Relevanz dieser Proteinase für die Entstehung der Krankheiten eindeutig bewiesen ist, konnte bislang von der pharmazeutischen Industrie noch kein Medikament gegen dieses Zielprotein auf den Markt gebracht werden. Der Grund dafür sind Nebenwirkungen, an denen die bisher in den klinischen Studien eingesetzten künstlich hergestellten Wirkstoffe allesamt gescheitert sind. Der Ansatz der Forscher besteht deshalb darin, Wirkstoffe zu ent6/2019

Bild: ZHAW

Forschende um Prof. Dr. Rainer Riedl am Institut für Chemie und Biotechnologie (ICBT) der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) konnten einen neuen Ansatz in der Wirkstoffforschung aufzeigen. Sie haben ein Phänomen gefunden, dass das aufwendige und systematische Suchen nach bioaktiven Verbindungen überflüssig machte. Das Zielmolekül verbirgt sich nämlich ausgerechnet im krankheitsverursachenden Protein.

Der neue MMP-13-Inhibitor ist hier in einem farbigen (hauptsächlich grünen) Grundgerüst dargestellt. Dieser sehr potente Inhibitor ist membrandurchgängig und zeigt ein vielversprechendes Selektivitätsprofil gegenüber biologischen Zielstrukturen.

wickeln, die sich von natürlichen Inhibitoren der Proteinasen ableiten. Das Forscher-Team vom Institut für Chemie und Biotechnologie konnte dabei nun zum ersten Mal mithilfe der Röntgenkristallographie nachweisen, dass sich das Protein teilweise selbst abbaut. Dabei entdeckten sie einen Peptidligand, der sich im Grunde aus der Proteinase selbst herausgeschnitten hatte. Dieses Pepdid wurde anschliessend durch strukturbasiertes de novo Design in ein zyklisches Molekül, genauer ein zyklisches Peptidomimetikum umgewandelt. Dieser sehr potente Inhibitor ist membrandurchgängig und zeigt ein vielversprechendes Selektivitätsprofil gegenüber biologischen Zielstrukturen, die an der Entstehung von Krebs beteiligt sind. Dies macht ihn für weiterführende Studien sehr interessant. Im Gegensatz zu herkömmlichen Scree ning-Ansätzen mit grossen Sammlungen synthetischer Moleküle haben die Forscher somit einen natürlichen Liganden entdeckt, der vom therapeutischen Zielprotein selbst generiert wurde. Dies stellt

eine neue Strategie zur Beschleunigung der pharmazeutischen Wirkstoffforschung dar, weshalb die Studie vom renommierten Fachjournal Angewandte Chemie als Titelstory präsentiert und als «hot paper» ausgezeichnet wurde. Originalpublikation F. M. Gall, D. Hohl, D.Frasson, T. Wermelinger, P. Mittl, M. Sievers, R. Riedl, «Drug Design Inspired by Nature: Crystallographic Detection of an Auto-Tailored Protease Inhibitor Template», Angewandte Chemie Intern. Ed. (2019); DOI: 10.1002/ anie.201812348 Kontakt Prof. Dr. Rainer Riedl ZHAW Life Sciences und Facility Management Einsiedlerstrasse 31 CH-8820 Wädenswil +41 58 934 56 18 rainer.riedl@zhaw.ch www.zhaw.ch

BIOWISSENSCHAFTEN

Erfolgreiche Versuche

Weizenresistenzgen schützt gegen Pilze Pflanzenforschende der Universität Zürich haben transgene Mais- und Gerstenlinien entwickelt, die dank dem Lr34-Resistenzgen aus Weizen widerstandsfähiger gegen mehrere Pilzkrankheiten sind. Nach den erfolgreichen Versuchen im Gewächshaus wollen die Wissenschaftler die Pflanzen nun am Agroscope-Standort in Zürich-Reckenholz im Freiland prüfen.

Freilandversuche in Reckenholz geplant Hunderte Resistenzgene gegen Pilzkrankheiten von diversen Getreidearten sind bereits bekannt. Eines davon – das von Kellers Team identifizierte Resistenzgen

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Lr34 aus Weizen – zeichnet sich durch eine langanhaltende, partielle Wirkung gegen mehrere Pilzarten aus. Die UZH-Forschenden wollen wissen, ob das Weizenresistenzgen auch bei Mais und Gerste funktioniert. Versuche im Labor und im Gewächshaus haben gezeigt, dass mit Lr34 ausgestattete Mais- und Gerstenlinien besser geschützt sind gegen mehrere Pilzkrankheiten. «Nun wollen wir die Resistenzwirkung unter Feldbedingungen testen. Wir haben daher beim Bundesamt für Umwelt einen Freilandversuch am Agroscope-Standort in Zürich-Reckenholz beantragt», sagt Teresa Koller, Leiterin der geplanten Feldversuche. Deren Durchführung ist vorgesehen von Frühling 2019 bis Herbst 2023.

Mais und Gerste mit verbesserter Pilzresistenz

Bilder: UZH

Die Gruppe von Beat Keller, Professor am Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich (UZH), erforscht seit vielen Jahren das Immunsystem von Getreidesorten, mit dem sich die Pflanzen gegen Schädlinge und Krankheiten zur Wehr setzen. Ziel ist, die vielfältigen Wechselwirkungen von Pflanzen und Pathogenen besser zu verstehen. Gleichzeitig können die widerstandsfähigeren Linien in der Pflanzenzucht genutzt werden, da Pilzkrankheiten häufig zu grossen Ernteverlusten führen.

Das am KIT entwickelte Verfahren kombiniert die Vorteile der Bindung von Mikroschadstoffen mit Aktivkohle mit denen der Ultrafiltration.

Nach den erfreulichen Resultaten aus den Gewächshausversuchen soll die Schutzwirkung nun im Freiland getestet werden: beim Lr34-Mais gegen die Blattfleckenkrankheit (E. turcicum) und den Mais beulenbrand (U. maydis) und bei der Lr34-Gerste gegen den Zwergrost (P. hordei) und den Echten Mehltau (B. graminis f. sp. hordei). «Zudem wollen wir untersuchen, ob die genetischen Veränderungen auch weitere agronomische Eigenschaften der Mais- und Gerstenlinien beeinflussen: die Pflanzenentwicklung und den Ertrag», ergänzt Koller.

Pflanzliches Immunsystem besser verstehen Das Resistenzgen Lr34 wird weltweit seit mehr als einem Jahrhundert intensiv in der Zucht und dem Anbau von Weizen

Von Echtem Mehltau befallene, nicht-transgene Gerste im Gewächshaus.

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BIOWISSENSCHAFTEN 34. Internationale Fachmesse für Fein- und Spezialchemie Bewilligungsverfahren Die Universität Zürich hat im Dezember 2018 beim Bundesamt für Umwelt (BAFU) Gesuche für die Bewilligung der Freisetzungsversuche eingereicht. Nach der Bekanntgabe der Gesuchseingabe im Bundesblatt wird eine Frist für Stellungnahmen eröffnet. Dabei prüft das BAFU die Gesuche und die eingegangenen Stellungnahmen und wird voraussichtlich bis im Frühling 2019 entscheiden, ob es die Versuche bewilligt. Die Feldversuche sind für maximal fünf Jahre bis Herbst 2023 geplant.

genutzt. Trotzdem haben sich die Pilzerreger bisher noch nicht an die Resistenz angepasst – Lr34 ist also nach wie vor wirksam. Viele bekannte Resistenzgene beinhalten den Bauplan für Rezeptoren, mit denen die Pflanzen Krankheitserreger erkennen können. Lr34 hingegen ist von der Struktur her ein sogenannter ABC-Transporter. Dabei handelt es sich um Membranproteine, die Substanzen aktiv in die Pflanzenzelle hinein- oder aus dem Zellinneren heraustransportieren. Pflanzen haben ein ausgeklügeltes Immunsystem entwickelt, das ihnen erlaubt, zwischen krank machenden und unproblematischen oder nützlichen Mikroben zu unterscheiden und eine angemessene Abwehrreaktion auszulösen. «Primäres Ziel der geplanten Feldversuche ist, die Funktion und Wirksamkeit von Lr34 besser zu verstehen», sagt Teresa Koller, die bereits die Freilandversuche mit transgenem, mehltauresistentem Weizen von 2016 bis 2018 leitete. Originalpublikationen Boni, R. et al., «Pathogen-inducible Ta-Lr34res expression in heterologous barley confers disease resistance without negative pleiotropic effects», Plant Biotechnology Journal (2017); DOI: 10.1111/pbi.12765 Sucher, J. et al., «The durable wheat disease resistance gene Lr34 confers common rust and northern corn leaf blight resistance in maize». Plant Biotechnology Journal (2016); DOI: 10.1111/ pbi.12647 Risk, J.M., Selter, L.L., Chauhan, H., et al., «The wheat Lr34 gene provides resistance against multiple fungal pathogens in barley», Plant Biotechnology Journal (2013); DOI: 10.1111/pbi.12077

Kontakt Dr. Teresa Koller Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie Universität Zürich Rämistrasse 71 CH-8006 Zürich +41 44 634 82 66 teresa.koller@botinst.uzh.ch www.botinst.uzh.ch

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BIOWISSENSCHAFTEN

Regulationsmechanismus von Parasiten

Turbolader für die Zellmaschinerie

Beschleuniger und Bremse in einem Aber nicht nur die menschliche Biologie gibt weiterhin Rätsel auf. Besonders spannend finden Forschende zum Beispiel Trypanosomen, parasitäre Einzeller, die unter anderem für die Schlafkrankheit verantwortlich sind. Diese Mikroorganismen sind bekannt für ihren in vielfacher Hinsicht einzigartigen molekularbiologischen Apparat. Unlängst haben Forschende vom Departement für Chemie und Biochemie der Universität Bern einen besonders ungewöhnlichen Mechanismus entdeckt: Ein 20

ncRNA-Molekül, das gewissermassen als Aufputschmittel für Ribosomen fungiert und das bei Stress produziert wird. Dies ist auch deshalb überraschend, weil bislang bloss die gegenteilige Funktion von nichtcodierender RNA bekannt war: nämlich als Bremse für den Zellapparat. Bei Stress lagern sich ncRNA-Moleküle an Ribosomen an und bedienen auf diese Weise gewissermassen den «Notausschalter» der Proteinmaschinerie. Wenn Nährstoffe knapp werden oder die Umweltbedingungen schwierig werden, fährt so die ganze Montagelinie kurzerhand herunter: das verschafft der Zelle Zeit. ncRNA-Moleküle sind prädestiniert für solche Regulationsmechanismen – sie werden innert Bruchteilen von Minuten produziert und können so für eine viel raschere Reaktion der Zelle sorgen als über den Umweg eines Proteins.

Trypanosomen sind Parasiten, die für einige Krankheiten verantwortlich sind. Hier ist der Einzeller Trypanosoma cruzi abgebildet. In der Studie wurde ein Verwandter – das Bakterium Trypanosoma brucei – verwendet.

Möglicher Therapieansatz Aber eine Beschleunigung der Fabrikation? Das liess die Forschenden gleich in zweifacher Hinsicht stutzen: Erstens erschliesst sich nicht unmittelbar, was der Sinn einer solchen Regulation sein könnte, und zweitens ist es viel schwerer, für eine solche Funktionsweise mit einem einleuchtenden Mechanismus aufzuwarten. «Inhibitoren kannten wir, diese blockieren typischerweise wichtige Bindungsstellen», sagt Norbert Polacek, der Leiter der Forschungsgruppe – was aber wäre das Gegenteil von Sand im Getriebe? Im Rahmen des in Bern angesiedelten Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) «RNA and Disease» kollaborierte Polaceks Gruppe mit Trypanosom-Expertinnen und Experten der Gruppe von André Schneider und konnte so zeigen, dass die stimulierende Wirkung der RNA gewissermassen vorsorglich wirkt: Auf Stresssituationen folgen meist wieder

Bild: Christopher Jackson, Ikelos

Die molekularbiologische Grunderzählung folgt einer simplen Form: Gen-RNA-Protein. So hat man es in der Schule gelernt: DNA wird ausgelesen und zu RNA transkribiert. Diese dient in den Proteinfabriken (den sogenannten Ribosomen) gewissermassen als Lochkarte – die Proteine werden von der Maschinerie genau nach der DNA-Vorgabe zusammengesetzt. Ein einziger grosser Apparat kann so ganz verschiedene Proteine fertigen. In den letzten Jahrzehnten haben Biologen allerdings gemerkt, dass dieses Schema viel zu simpel ist, insbesondere was die Rolle der RNA angeht. Denn man hat immer mehr RNA gefunden, die keinen Code – also keine Proteinbauanleitung – enthält. Inzwischen geht man davon aus, dass bei vielen Lebewesen der grösste Teil der durch Transkription gebildeten RNA «nichtcodierend» ist (sogenannte ncRNA). Beim Menschen sind es erstaunliche 98 Prozent. Warum wird so viel RNA transkribiert, die gar nicht dem «klassischen» Zweck dient? RNA ist offensichtlich nicht nur eine DNA-Blaupause, sondern übernimmt noch eine ganze Menge anderer Aufgaben in der Zelle.

Bild: CDC/Dr. Myron G. Schultz

Forschende der Universität Bern haben in einzelligen Parasiten einen bislang noch nie beobachteten molekularen Regulationsmechanismus entdeckt. RNA-Fragmente fungieren dabei nicht als Bremsen im Zellapparat, sondern im Gegenteil als «Stimulanzien»: Sie kurbeln die Proteinfabrikation nach Stressperioden an.

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zweier Trypanosomen (blau), die im Blut schwimmen. Bei der runden Struktur handelt es sich um ein rotes Blutkörperchen.

«entspanntere» Zeiten, und dann kann es entscheidend sein, möglichst rasch wieder viele Proteine produzieren zu können. Das ncRNA-Fragment bewirkt, dass die Ribosomen ohne Zögern auf die volle Fabrikationsleistung heraufgefahren wer6/2019

BIOWISSENSCHAFTEN

sie auch verwundbar. Versteht man noch besser wie er funktioniert, lässt sich dieser Turbolader, so die Hoffnung, gezielt stören, und zwar auf eine für den Menschen vollkommen unschädliche Weise.

Bild: DCB, Universität Bern.

Originalpublikation Roger Fricker et al., «A tRNA half modulates translation as stress response in Trypanosoma brucei», Nature Communications (2019); DOI: 10.1038/s41467018-07949-6

André Schneider und Norbert Polacek.

den, sobald zum Beispiel wieder genügend Nährstoffe vorhanden sind – Polacek nennt es einen «Kickstart» für die Zelle. Der genaue Mechanismus bleibt allerdings noch ungeklärt – da tut sich laut Polacek

ein interessantes Feld für weitere Forschung auf. Bestenfalls führt die Entdeckung zu einer neuen Substanzklasse für die Behandlung von Trypanosom-Krankheiten. Denn die molekularbiologischen Extravaganzen der Trypanosomen machen

Kontakt Prof. Dr. Norbert Polacek Departement für Chemie und Biochemie (DCB) Universität Bern Hochschulstrasse 6 CH-3012 Bern +41 31 631 43 20 norbert.polacek@dcb.unibe.ch www.dcb.unibe.ch

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LABOR

Der Sandwich-Elisa

Standard und doch modern durch Zuverlässigkeit Unter dem Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay (Elisa) gibt es verschiedene Assayformate, die je nach Fragestellung zur Anwendung kommen. Ein häufig genutzter Nachweistest ist der Sandwich-Elisa, der für viele verschiedene Analyten nutzbar ist. Analyten, für die es spezifisch bindende Antikörper gibt, bezeichnet man auch als deren Antigene. Für den Test werden zwei Antikörper benötigt, die beide spezifisch, aber an unterschiedlichen Stellen an das Antigen binden. Damit dies funktionieren kann, muss der Analyt allerdings eine entsprechende Grösse aufweisen.

Bilder: Candor Bioscience GmbH

Zuerst wird der sogenannte Fängerantikörper auf der Oberfläche einer Elisa-Platte immobilisiert. Anschliessend müssen auf der Kunststoffoberfläche die noch freien Bindungsstellen mit einer Blockierungslösung abgesättigt werden. Danach erfolgt die Zugabe der Proben beziehungsweise der Kalibrationsstandards. Dabei bindet das Antigen spezifisch an den Fängerantikörper. Am Ende wird dann ein Enzym-markierter Detektorantikörper zugegeben, der ebenfalls das Antigen bindet. Dieser Komplex wird dann mittels einer Farbreaktion nachgewiesen und quantifiziert. Das Prinzip ist schematisch in Bild 1 dargestellt. Bild 2: Eine Farbänderung gilt als visueller Reaktionsnachweis.

Arbeitsschritte im Einzelnen Nachfolgend werden die einzelnen Arbeitsschritte genauer erläutert. Die angegebenen Zeiten und Volumina sind nicht bindend und können sich von Assay zu Assay unterscheiden und sollten jeweils individuell optimiert werden. Zur Immobilisierung des Fängerantikörper auf der Platte, gibt man 100 bis 150 µl Antikörperlösung in jedes Well (Konzentra

tion von 0,1–10 µg/ml). Hierfür wird meist ein Puffer auf Carbonat- beziehungsweise PBS-Basis verwendet. Man inkubiert bei Raumtemperatur für eine bis vier Stunden beziehungsweise über Nacht bei 4 °C. Dabei sollte man darauf achten, dass die Platte gut abgedeckt ist, um Verdunstung zu reduzieren. Anschliessend wird die Plate drei- bis fünfmal mit 200 bis 300 µl Waschpuffer/Well

gewaschen (z. B. mit einem PBS Tween Puffer). Die Verwendung eines automatischen Washers ist sinnvoll, damit die Waschschritte einheitlich erfolgen. Um zu verhindern, dass auch andere Proteine oder Moleküle aus der Probe unspezifisch an die Oberfläche der Elisa-Platte binden, muss diese mit einer geeigneten Blockierungslösung blockiert werden. Zur Auswahl stehen hierfür zum Beispiel Blockierer auf Casein-Basis, BSA-Basis oder auch synthetische Blocker.

Lückenlose Molekülbeschichtung

Bild 1: Schematische Darstellung eines Sandwich-Elisa.

Dabei ist zu beachten, dass die Oberfläche mit einer möglichst lückenlosen Schicht von Molekülen belegt ist. Casein fand sich schon früh als sehr guter Blockierer in der Literatur. Als optimal haben sich später Blockierer erwiesen, bei denen das Casein in ein breites Spektrum verschieden grosser Moleküle gespalten ist. Das er6/2019

LABOR

möglicht es für jede «Lücke» auf der Elisa- Platte die passenden Blockierer-Moleküle in der ausreichenden Menge im Blocker zu haben. Somit ergibt sich eine extrem hohe Blockierungseffizienz, die sich auch in niedrigeren Variationskoeffizienten (VK) der Messungen nachweisen lässt. Die Spaltung des Caseins soll aber keine vollständige Zerlegung sein, da auch etwas grössere Fragmente sich positiv auf die dichte Belegung der Oberfläche auswirken. Es gibt jedoch Anbieter, die hierfür einen reproduzierbaren, industriellen Herstellprozess entwickeln konnten. Für die Blockierung werden 200 µl Blockierer pro Well pipettiert und die Platte dann für ein bis zwei Stunden bei Raumtemperatur geschüttelt. Anschliessend wird die Platte wieder drei- bis fünfmal mit Waschpuffer gewaschen.

Assaypufferzugabe nach Blockierung Nach der Blockierung erfolgt die Zugabe der in Assaypuffer verdünnten Proben beziehungsweise der Standards. Bei stabilisierten und getrockneten Platten können ebenfalls direkt die Proben beziehungsweise Standards zugegeben werden. Diese sind in derselben Matrix zu messen. Wenn die Matrix, zum Beispiel Blutserum, nicht ohne Analyten verfügbar ist (Nullserum), kann man sich mit einer Surrogat-

matrix mit ähnlichen Eigenschaften behelfen. Zur Inkubation pipettiert man 100 bis 150 µl in jedes Well und inkubiert 30 Minuten bei Raumtemperatur. Dabei sollte eine Doppelbestimmung der Proben erfolgen. Sofern Realproben, wie zum Beispiel Blutseren, gemessen werden, sollte ein moderner Assaypuffer verwendet werden, der Interferenzen wie Kreuzreaktivitäten und Matrixeffekte reduzieren kann. Dadurch können Fehlbestimmungen wie Falsch-Positive vermieden werden und man erhält niedrige VKs.

Lagerung dank Stabilisierung Um die Platte nun für längere Zeit in getrocknetem Zustand lagern zu können, kann man diese mit einem Stabilisierer beschichten. Dieser bildet eine Schutzschicht um die gecoateten Antikörper, die darunter über lange Zeiträume stabil bleiben. Hierzu gibt man 200 µl eines Coating Stabilizers pro Well hinzu und inkubiert für 15 bis 90 Minuten bei Raumtemperatur. Anschliessend wird die Lösung abgesaugt und die Platte für ein bis zwei Stunden bei 37 bis 45 °C getrocknet. Nach der Trocknung kann sie in Folie eingeschweisst und für ein bis drei Jahre bei 2 bis 8 °C gelagert werden. So werden auch Elisa-Platten für kommerziell erhältliche Kits stabilisiert. Die Haltbarkeit hängt vom verwendeten Antikörper ab und ist daher immer zu testen. Diese Stabilisierung findet zunehmend Einzug in Forschungslabore, weil sich bei modernen Coating-Stabilizern ein positiver Einfluss auf die Interassay-Variation zeigt, wenn man mehrere Messungen mit Platten durchführen kann, die im gleichen Arbeitsgang beschichtet, blockiert und stabilisiert wurden. Das liegt unter anderem am Einfluss von externen Parametern wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit während der Beschichtungs- und Blockierungsphase. Da ein moderner Coating Stabilizer die gecoateten Platten gegen äussere Einflüsse sehr dicht abschottet, spricht man mitunter auch von «flüssigem Sealing» der Platten. 6/2019

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LABOR

Früher übliche Puffer wie zum Beispiel PBS/BSA/Tween sind für zuverlässige E lisa nicht geeignet, denn sie unterbinden nicht die niedrig-affinen Bindungen, die die Ursache für Interferenzen und Ergebnisverfälschungen sind. Dennoch findet man solche Rezepturen noch häufig in der Literatur, weil sie bis vor einem Jahrzehnt Stand der Technik waren. Anschliessend wird wieder drei- bis fünfmal mit Waschpuffer gewaschen.

Enzym-markierte Detektorantikörper Dann kann der Enzym-markierte Detektor antikörper (z. B. mit Meerrettich-Peroxidase oder alkalische Phosphatase gelabelt) zugegeben werden. Die Konzentration sollte zirka 10- bis 100-fach oberhalb der höchsten zu erwartenden Analytkonzen tration in der Realprobe liegen oder alternativ in 10- bis 100-fachem Überschuss zum höchsten Standard in der Kalibra

tionskurve. Es werden 100 bis 150 µl Detektorantikörper in Assaypuffer pro Well zugegeben und für zwei bis vier Stunden bei Raumtemperatur inkubiert. Wegen der langsamen Inaktivierung des Enzyms können Detektorantikörper meist nicht lange im Assaypuffer gelagert werden. Es gibt hierfür jedoch spezielle HRP oder AP Stabilisierer, die allerdings gleichzeitig auch gute Assaypuffer sein müssen. Darin kann man die Detektorantikörper über Monate bei 2 bis 8 °C auch in Endkonzentrationen lagern, ohne dass es zu einem im Assay relevanten Abbau der Enzymaktivität oder Bindung kommt. Auch diese Stabilizer wurden ursprünglich für die kommerzielle Kit-Produktion entwickelt, kommen aber mehr und mehr auch in der Forschung zum Einsatz. Anschlies send wird wieder drei- bis fünfmal mit Waschpuffer gewaschen. Der letzte Schritt ist die Detektion. Dieser kann im Fall eines HRP-gelabelten Sekundärantikörpers mit TMB erfolgen. Dafür

pipettiert man 100 bis 150 µl TMB-Sub strat in jedes Well und inkubiert für 10 bis 20 Minuten. Danach wird die Reaktion mit H²SO gestoppt und kann in einem Elisa Reader bei 450 nm vermessen werden. Je stärker der Farbumschlag ist, desto mehr Analyt ist in der Probe vorhanden. Quantitativ wird der Elisa mit Hilfe der Kalibrationskurve ausgewertet. Es zeigt sich, dass auch der traditionelle Sandwich-Elisa sich deutlich weiterentwickelt hat und eine zuverlässige Methode ist, sofern moderne Lösungen als Werkzeuge hierfür verwendet werden. Kontakt Dr. Sabine Glöggler Candor Bioscience GmbH Simoniusstrasse 39 D-88239 Wangen +49 7522 79 52 713 s.gloeggler@candor-bioscience.de www.candor-bioscience.de

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6/2019

LABOR

Schwermetallgehalte in Lebensmitteln

Neue Technik für schnelle Analysen Auf der PitCon 1985 stellte CEM mit dem MDS 81 (Microwave Digestion System) der Weltöffentlichkeit das erste Mikrowellen-Druckaufschlussgerät vor. In zwölf Druckbehältern aus Teflon PFA konnten gleichzeitig in kurzer Zeit Proben mit Mineralsäuren auf hohe Reaktionstemperaturen gebracht werden. In nur 30 Minuten wurden mit dieser Neuheit die Proben für die Elementanalyse aufgeschlossen. Der klassische Weg des Säureaufschlusses dauerte etliche Stunden und benötigte zudem grosse Mengen an Chemikalien, deshalb war diese Technologie zu der damaligen Zeit ein enormer Fortschritt.

Einfachheit: Keine Verschraubungen Im Discover SP-D 80 werden die Druckbehälter mit einem Schnappdeckel verschlossen. Den Rest erledigt das Gerät (Bild 2). Die Probe wird in einen Quarzbehälter eingewogen, zu der nur noch die Säure hinzugegeben wird. Abschliessend wird der Schnappdeckel aufgesetzt – fertig. Kein Verschrauben, kein Werkzeug, keine Stützmäntel, keine weitere Montage nötig. Im Discover SP-D 80 verschliesst ein motorgetriebener Druckverschluss den Aufschlussbehälter druckdicht. Nach Aufschlussende öffnet der Druckverschluss und die entweichenden Gase werden abgesaugt. Somit wird ein druckloses Aufschlussgefäss sicher entnommen. Das Gerät kann zudem aus serhalb des Abzuges betrieben werden. 6/2019

Bilder: CEM

Aufgrund einer Marktstudie, in der CEM weltweit die Kunden befragte, wurde ein neues Konzept zum Mikrowellenaufschluss entwickelt. Das Discover SP-D vermag die Proben noch flexibler, noch einfacher und noch schneller zu bearbeiten als alle auf dem Markt befindlichen Mikrowellenaufschlussgeräte. Es reichen typischerweise zehn Minuten inklusive Abkühlung für einen kompletten Aufschluss. Diese Vorteile sind so revolutionär für die Probenvorbereitung zur Elementanalyse, das nun der Wunsch nach einer Erhöhung der Probeneinwaage auf bis zu zwei Gramm Organik und die Verwendung aller Mineralsäuren, also auch HF und Königswasser formuliert wurde. Als Ergebnis entwickelten die CEM Ingenieure das Discover SP-D 80 (Bild 1). Was ist so besonders am Discover SP-D 80?

Bild 1: Wasserklare und restkohlenstofffreie Aufschlüsse in wenigen Minuten.

Die Einfachheit wird ausserdem in der Bedienersoftware deutlich. Zum einen kann das Discover SP-D am Gerät selbst bedient werden. Über eine LAN-Schnittstelle kann aber auch ein PC angeschlossen werden und die Bedienung erfolgt über die Synergy D Software. Mittlerweile sind Dutzende von Aufschlussmethoden in der Software enthalten. Von jeder einzelnen Probe wird der komplette Aufschlussverlauf dokumentiert und automatisch archiviert.

Schnelligkeit: Nur 15 Minuten Die Aufschlussgeschwindigkeit liegt bei herkömmlichen Mikrowellenaufschluss-

Bild 2: Das Discover SP-D 80 kann ausserhalb eines Abzuges aufgestellt werden.

LABOR

Connecting Global Competence

Parameter

Wert

Stufe

Temperatur (°C)

200

Rampenzeit (min)

Haltezeit (min)

Leistung (W)

300

Rührung

Medium

Tabelle 1: Discover SP-D 80 Aufschlussparameter.

EM D U F VE L I K A T LE HOTONNIK H N C LI STE ER BIOIZPINTEOCHTON ICS CHSER IN DD MEDD OF PH Ä N LA UNWOR L AU

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24.–27. JUNI 2019, MESSE MÜNCHEN 24. Weltleitmesse und Kongress für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

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geräten der früheren Generationen bei gut einer Stunde zuzüglich der Abkühlung auf Raumtemperatur zur Weiterverarbeitung der Proben. Im Discover SP-D 80 reichen typischerweise 15 Minuten inklusive Abkühlung für einen Aufschluss. Dann kann die Probe vermessen werden. In dieser Veröffentlichung wurden alle Lebensmittelproben in nur 15 Minuten bearbeitet. Damit können auch dringende Proben mal «eben zwischendurch» aufgeschlossen werden. Mittels der fokussierten Mikrowelle und der patentierten PowerMax-Technologie wird der Aufschluss enorm beschleunigt. Kein anderes auf dem Markt befindliche Aufschlussgerät ist derart schnell. In dieser neuen Konzept ion mit der permanenten Kontrolle von Temperatur und Druck bei jeder Probe wird nicht nur die Arbeitssicherheit erhöht. Das Discover SP-D 80 ermöglicht auch restkohlenstofffreie Aufschlüsse von schwierigen und komplexen Proben, die zum Beispiel viel Fett enthalten.

Vielseitigkeit Im Laboralltag fallen ständig unterschiedliche Proben an, die flexibel abgearbeitet werden sollen. Zudem werden für die unterschiedlichen Probenarten alle typischen Mineralsäuren wie zum Beispiel HNO3, HCl, HF, H2O2 und Säuremischungen wie Königswasser benötigt. Hinzu kommen unterschiedliche Probenmengen von wenigen Milligramm bis zu mehreren Gramm Probeneinwaage. Bei den herkömmlichen Mikrowellenaufschlussgeräten in der bisherigen Konzeption wurden auf einem Drehteller ähnliche Proben mit einem Programm bearbeitet. Für unterschiedliche Proben gab es bisher die Arbeitsweise, dass sie somit nacheinander zeitversetzt abgearbeitet wurden und das Mikrowellenaufschlussgerät zwischendurch blockiert war. In der neuen Konzeption des Discover SP-D 80 werden alle Proben einzeln individuell schnell abgearbeitet. Viele Labors bekommen einige wenige Proben von verschiedener Zusammensetzung. Diese Pro-

Parameter

Wert

RF Power [W]

1550

Sampling depth [mm]

6,9

Flussrate des Plasmagases (Ar) [L/min]

Flussrate der Carrier-Gases (Ar) [L/min]

0,79

Flussrate des make-up-Gases (Ar) [L/min] 0,43 Scan modus

Full Quantification

Dwell time [s]

0,3; 1s für 45As

Detektierte Massen

As, 79Y, 110Cd, 111Cd, 112Cd, 199Hg, Hg, 202Hg, 206Pb, 207Pb, 208Pb

200

Hg,

201

Tabelle 2: ICP-MS-Parameter.

LAS19-AV-Anzeige-Biophotonics_ChemieXtra-58x266-D-CH.indd 09.04.19 1 13:19

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LABOR

ben können häufig nicht zusammen auf einem Drehteller aufgeschlossen werden, da sie unterschiedlich reagieren und häufig auch unterschiedliche Säuren und Aufschlusstemperaturen benötigen. Im Dis cover SP-D 80 mit dem Explorer-Autosampler holt sich der Probengeber jede Probe mit der notwendigen Säuremischung in die Mikrowelle, wo die Proben dann individuell aufgeschlossen werden, in zwei Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt und vom Autosampler wieder zurück ins Rack gebracht. Nun ist die nächste Probe dran. Dank der individuellen Reaktionskontrolle können auch bisher ungeahnt hohe Probeneinwaagen realisiert werden. Mit dieser Technik der fokussierten Mi krowelle ist es möglich, organische Proben von 1 g bis zu 2 g im Mikrowellendruckaufschluss aufzuschliessen. Diese hohen Einwaagebereiche sind mit herkömmlichen Mikrowellenlaborsystemen nicht zu bearbeiten. So wurden beispielsweise vegetarische Öle von bis zu 1,5 g Einwaage, trockene Gülle/Fermentermasse von Biogasanlagen mit 1 g Einwaage, PEG/Industriechemikalien mit 1 g Ein-

Bild 3: Einfacher Verschluss des Quarzgefässes mit einem Schnappdeckel.

Bild 4: Externe Hg-Kalibration im Bereich von 1–50 ( µg/l).

waage, Milchpulver und Babybrei/Milchpulver mit 1,5 g Einwaage, 2 g Wurst- und Fleischwaren und Nahrungsergänzungsmittel von 2 g Einwaage problemlos aufgeschlossen.

Weniger Platzbedarf als Autoklaven Autoklavensysteme für Aufschlüsse haben einen enormen Platzbedarf und passen häufig nicht mehr auf den vorhandenen Labortisch. Das Discover SP-D 80 benötigt die Stellfläche eines DIN A3 Blattes und hat damit den geringsten Platzbedarf aller am Markt befindlichen Mikrowellenaufschlussgeräte und Autoklaven. Das mitgelieferte Abluftmodul ermöglicht sogar die Aufstellung ausserhalb des Abzugs.

In vielen modernen Labors ist das Platz angebot sehr begrenzt, so dass das Dis cover SP-D 80 hier ideal eingefügt werden kann.

Experimenteller Teil Um die Richtigkeit dieses Verfahrens zu überprüfen, wurden verschiedene Lebensmittel-Standard-Referenzmaterialien im Discover SP-D 80 aufgeschlossen und ihre zertifizierten Elementgehalte wie As, Hg, Cd und Pb wurden mittels ICP-MS 7500a von Agilent gemessen. Probenaufschluss Elementanalytik Discover SPD 80 von CEM

ICP-MS 7500a von Agilent

Tabelle 3: Analyseinstrumente.

Wieviel Salz steckt in der Wurst? Die Zugabe von Salz ist bei der Lebensmittelproduktion wesentlich für Geschmack und Haltbarkeit.

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21.05.2019 16:26:45

LABOR

QC-Materialien

T07221QC Leber

Elemente

Zertifiziert (mg/kg)

As (total)

T07204QC Sojamehl Gemessen (mg/kg)

T07199QC Leber

Zertifiziert (mg/kg)

Gemessen (mg/kg)

Zertifiziert (mg/kg)

1106 (758-1455) 1248±13

869 (585-1153)

989±22

1134 (778-1490) 1256±8

668 (441-895)

659±34

607 (398-816)

610±46

508 (328-688)

Hg(total)

789 (528-1050) 855±37

291 (179-403)

301±16

801 (536-1066) 785±27

1060 (23-1395)

457 (293-62)

411±25

713 (473-953)

965±33

Gemessen (mg/kg)

508±17

619±

Tabelle 4: Quantifizierung von As, Pb, Hg und Cd in FAPAS QC-Materialien T07211QC, T07204QC und T07199QC.

men, da sie nicht im Fokus der vorliegenden Untersuchung lagen.

Probenvorbereitung

ICP-MS Analyse

Folgende Referenz- und QC-Materialien wurden eingesetzt: ERM Milk Powder BD151 FAPAS Milk Powder TET010RM FAPAS Offal (Liver) T07221QC FAPAS Offal (Liver) T07199QC FAPAS Soya Flour T07204QC Etwa 0,5 g der Trockenproben werden zunächst im Aufschlussgefäss eingewogen, mit 4 ml HNO3 (67 %, trace pure) und 1 ml H2O2 (30 %, trace pure) versetzt und offen im Abzug für zehn Minuten zum Vorreagieren stehen gelassen. Nach der Vorreaktion werden 200 µL einer 1-ppm-Yt triumlösung als interner Standard zur Probelösung gegeben, das Gefäss verschlossen und in das Discover SP-D 80 eingesetzt. Die Lösungen werden dann sequenziell aufgeschlossen (Aufschlussparameter: siehe Tabelle 1). Abschliessend werden die Proben in ein 50-ml-Greiner-Gefäss überführt. Das Aufschlussgefäss wird mit einigen Millilitern Reinstwasser gewaschen und die Lösung auf 20 ml mit Reinstwasser aufgefüllt.

Die Kalibrationslösungen wurden durch Verdünnen eines 1000 ppm konzentrier ten Multielementstandards im Bereich von 1 bis 50 µg/l hergestellt. Die verwendeten ICP-MS Parameter sind in Tabelle 2 dargestellt.

Ergebnisse und Diskussion Als Beispiel ist eine Hg-Kalibrationsgerade in Bild 4 dargestellt. Die Korrelationsfaktoren der vier gemessenen Elemente betrug R²= 0,999. Die Ergebnisse der sechs zertifizierten Referenzmaterialien der Elemente As, Hg, Cd und Pb sind in Tabelle 4 zusammengefasst. In einer Analysenreihe wurden zusammen mit zwei zertifizierten Referenzmaterialien drei weitere QC-Materialien untersucht. Die Ergebnisse beziehen sich auf das Trockengewicht der Probe und können aus nachfolgenden Tabellen entnommen werden. Aus der Versuchsreihe wurden die Elemente Al, Cu und Zn (ausschliesslich in QC-Materialien) ausgenom-

TET010RM Milchpulver

ERM-BD151 Milchpulver

Elemente

Zertifiziert (mg/kg)

Gemessen (mg/kg)

Zertifiziert (mg/kg)

Gemessen (mg/kg)

As (total)

57,8±5,9

61,7±1,2

–

46,6±4,7

45,0±0,5

207±14

211±2

Hg (total)

12,6±1,4

12,3±0,7

520±40

544±8

–

106±13

96±2

Tabelle 5: Quantifizierung von As, Pb, Hg und Cd in Milchpulver-Referenzmaterialien TET010RM und ERM-BD151.

Zusammenfassung Die mikrowellenunterstützten Aufschlusse von zwei Referenzmaterialien und drei QC-Materialien wurden mittels Discover SP-D 80 in 80-ml-Quarzgefässen durchgeführt. Diese Methode gilt als schnell und verlustfrei. Die Verlustfreiheit konnte durch Wiederfindungsraten für Referenzmateria lien im Bereich von 91 bis 107 Prozent nicht nur für als flüchtig geltende Elemente wie Hg und As, aber auch für Pb und Cd bestätigt werden. Dies konnte ebenfalls anhand der QC-Materialien gezeigt werden. Alle gemessenen Werte für As, Pb, Hg und Cd lagen in den vom Hersteller angegebenen Konzentrationsbereichen.

Kontakt Maxim Diel CEM International Carl-Friedrich-Gauss-Strasse 9 D-47475 Kamp-Lintfort +49 28 42 96 44 0 maxim.diel@cem.com www.cem.com Ulf Sengutta CEM Mikrowellen-Labortechnik GmbH Carl-Friedrich-Gauss-Strasse 9 D-47475 Kamp-Lintfort +49 28 42 96 44 0 ulf.sengutta@cem.com www.cem.de

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LABOR

Dekontamination

Mikrovernebelung statt Verdampfung

Geschlossene «Isolator»-Werkbänke gibt es bereits. Genauer betrachtet bleiben bei solchen «umgebauten Sicherheitswerkbänken» aber noch viele Wünsche der Anwender unerfüllt. Sie stellen also lediglich einen Kompromiss dar. Ein echter Kleinisolator, der genau auf diese Anwendungsgebiete zugeschnitten ist und gleichzeitig alle Eigenschaften eines gross en Produktionsisolators mitbringt, ist daher dringend nötig. Über solche Eigenschaften verfügt beispielsweise der Skanfog Pure aus dem Hause Skan. Aufgrund der kompakten Bauweise ist ein beschränkt verfügbarer Platz keine He rausforderung. Gebäudeseitig müssen keine Anpassungen gemacht werden (er passt durch Standardtüren), weder für die Installation noch für den Betrieb. Er benötigt lediglich Strom und Druckluftanschlüsse.

Neue Technologie Der im Laborisolator eingesetzte Skanfog-Dekontaminationsprozess basiert auf einer neuen Methode. Das Dekontaminationsmittel, in der Regel Wasserstoffperoxid, wird direkt in die Arbeitskam-

Eine komplett neue Art eines Laborisolators, welcher maximale Arbeitssicherheit bietet.

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Bilder: Skan AG

Viele Einrichtungen wie Labore und Spitalapotheken stehen vor einer Herausforderung: Für den Umgang mit aktiven, zytostatischen Substanzen oder mit krankheitserregenden Mikroben wird das Arbeitsumfeld unter immer höhere Sicherheitsanforderungen gestellt. Auch für die Einrichtung einer kleinen A-Zone in einem D-ZonenReinraum für aseptische Kleinmengenfertigung (Kleinmengen-GMP) sucht man einen praktischen isolierten Sicherheitsarbeitsplatz (geschlossenes Containment).

Arbeitsraum und Materialschleuse (links im Bild) sind komplett aus Edelstahl. Die patentierte H 2 O 2 -Dekontamination bewirkt kürzere Zyklen und erhöht so die Produktivität.

mer gesprüht. Dies geschieht mithilfe der sogenannten Mikrovernebelung. Auf Knopfdruck sind wahlweise die Schleusen oder die Arbeitskammer des Laborisolators dekontaminierbar. Dafür wird H 2O 2 direkt im Arbeitsbereich, über eine Druckdüse, vernebelt. Gegenüber der herkömmlichen Methode, der Verdampfung von H 2O 2, bietet diese einige Vorteile. So ist die verwendete Menge an Wasserstoffperoxid geringer, was den Dekontaminationsprozess erheblich verkürzt. Das direkte Versprühen in der Arbeitskammer schont die Filter, im Gegensatz zur Verdampfung. Dort kann das H 2O 2 durch die Filter gedrückt werden. Der Abbau des H 2O 2 übernimmt der Katalysator. Dieser ist direkt im Isolator integriert und erlaubt einen autonomen Betrieb im Labor, unabhängig von Gebäudeanschlüssen wie beispielsweise der Abluft.

Die rostfreien Oberflächen des Innenraums haben so wenig Nahtstellen wie möglich und sind leicht zu reinigen. Das Gehäuse besteht aus robustem ABS-Kunststoff. Skanfog Pure sichert das Handling von krebserzeugenden, mutagenen oder reproduktionstoxischen Stoffen (CMR-Stoffe), die Kleinmengen-Pharmaproduktion, die totale parenterale Ernährung (TPE), Zellkultur-Anwendungen, die Qualitätskontrolle und vieles mehr, was isoliert bearbeitet werden sollte. Kontakt Skan AG Pure Solutions Binningerstrasse 116 CH-4123 Allschwil +41 61 485 45 87 vk-lab@skan.ch www.skan.ch/puresolutions

MEDIZIN

Identifier les mécanismes cellulaires

Le cheval de Troie du staphylocoque doré

L’étude montre comment différentes protéines des cellules humaines s’assemblent en un complexe auquel s’arriment de nombreux pores, avec un verrou moléculaire qui stabilise le tout. Les biologistes démontrent également qu’il suffit de bloquer l’assemblage de deux des pièces du complexe pour que les pores puissent être enlevés de la membrane et que les cellules survivent. Identifier les mécanismes cellulaires de l’hôte qui contribuent à la virulence des toxines devient essentiel pour développer des approches thérapeutiques contre les bactéries résistantes aux antibiotiques. Les cellules épithéliales qui tapissent les muqueuses et la peau constituent les barrières principales à franchir pour le staphylocoque doré. Son arsenal d’attaque est doté d’une arme très efficace, l’α-toxine, qui s’assemble en pores pour trouer les membranes des cellules de l’hôte. Celles-ci deviennent perméables, leur ADN se fragmente et elles finissent par s’autodétruire.

Les jonctions adhérentes contribuent Les membranes de nos cellules épithéliales sont équipées de jonctions adhérentes qui contribuent à la formation de nos tissus. Celles-ci sont composées de diverses protéines qui permettent d’unir les cellules adjacentes entre elles, mais aussi de relier la membrane de chaque cellule à son cytosquelette. « Il y a trois ans, nous avions découvert que plusieurs composants des jonctions adhérentes jouent un rôle dans la virulence de l’α-toxine, mais sans en connaître les mécanismes sous-jacents », explique Sandra Citi, professeure 30

au Département de biologie cellulaire de la Faculté des sciences de l’UNIGE. Que se passe-t-il donc lorsque le staphylocoque doré sécrète de l’α-toxine en quantité à proximité des cellules épithéliales ? En collaboration avec des chercheurs de l’Université de Stanford et de l’Inserm, les biologistes de l’UNIGE ont entrepris d’assembler les pièces existantes du puzzle et d’en découvrir les éléments manquants. « Nous savions déjà que la toxine se lie à une protéine de la membrane cellulaire nommée ADAM10, ce qui provoque la formation de pores et leur regroupement au même endroit », détaille Jimit Shah, chercheur du groupe genevois et premier auteur de l’étude.

Ancrer les pores de la toxine Les scientifiques ont mis au jour l’existence d’un complexe formé de quatre protéines différentes de l’hôte, dont l’assemblage permet d’amarrer ADAM10 aux jonctions adhérentes et de stabiliser l’ensemble avec un verrou moléculaire. La bactérie détourne ainsi un dispositif présent dans les membranes des cellules épithéliales et s’en sert pour les détruire et coloniser les tissus sous-jacents. Existe-t-il un moyen de contrer l’effet de l’arme bactérienne ? « Nous avons démontré que la liaison de deux des protéines du complexe entre elles est cruciale pour que l’ensemble puisse fonctionner. L’inhibition de cette interaction entrave en effet l’assemblage des toxines aux jonctions adhérentes », ajoute Jimit Shah. Les pores formés par l’α-toxine sont alors éliminés de la surface cellulaire, ce qui entraîne le rétablissement de la cellule endommagée et assure sa survie.

Image : Sandra Citi, UNIGE

La bactérie infectieuse détourne à son profit une structure mise en place par les cellules humaines, afin de les détruire et d’envahir l’organisme. Le staphylocoque doré est responsable de nombreux types d’infections parfois mortelles chez l’humain. L’une de ses armes les plus redoutables est l’α -toxine, qui détruit les cellules de l’hôte en formant des pores au niveau de leurs membranes. Des chercheurs de l’Université de Genève (UNIGE) ont identifié le mécanisme qui permet l’ancrage de ces pores dans la membrane des cellules épithéliales.

Cellules épithéliales dont le noyau est marqué en bleu. ADAM10 est localisé dans les jonctions adhérentes qui ceinturent les cellules (jaune).

De nombreuses souches de staphylocoque doré sont devenues résistantes aux antibiotiques, et certaines le sont même à tous les traitements existants. « Une nouvelle cible thérapeutique potentielle pourrait être le complexe que nous avons découvert. Le développement d’une molécule clinique capable d’inhiber cette interaction au sein du complexe serait vraisemblablement un obstacle à la propagation des souches multirésistantes », conclut Sandra Citi. Publication J. Shah et al., « A Dock-and-Lock Mechanism Clusters ADAM10 at Cell-Cell Junctions to Promote α-Toxin Cytotoxicity », Cell Rep. (2018); DOI: 10.1016/j.celrep.2018.10.088 www.unige.ch 6/2019

NEWS

Der Verwaltungsrat von Switzerland Global Enterprise (S-GE) hat eine neue Vorsitzende der Geschäftsleitung gewählt. Dr. Simone Wyss Fedele tritt ab Oktober die Nachfolge von Daniel Küng an, welcher nach über 15 Jahren als CEO von S-GE in den Ruhestand treten wird. Sie ist Expertin für Internationalisierungsfragen mit relevanter Erfahrung in Wirtschaft und Politik. Simone Wyss Fedele ist promovierte Volkswirtin und eine versierte Kennerin des internationalen Wirtschaftsumfelds. In ihrer beruflichen Laufbahn war sie als Managementberaterin für Internationalisierungsfragen tätig, entwickelte neue Geschäftsmodelle für den internationalen Markt und begleitete Firmen durch makroökonomische Herausforderungen wie die Euro-Krise. Darüber hinaus ist die 39-jährige Baslerin unter anderem Mitglied

6/2019

der Life-Sciences-Kommis sion der Handelskammer beider Basel und der Aussenwirtschaftskommission von Economiesuisse sowie Vorstandsmitglied der International Chamber of Commerce Switzerland und des Swiss Venture Club Region Nordschweiz. Der Verwaltungsrat von S-GE ist überzeugt, mit Simone Wyss Fedele die ideale Besetzung für den Posten als CEO gefunden zu haben. Ruth Metzler-Arnold, Ver waltungsratspräsidentin von S-GE, fügt hinzu: «Simone Wyss Fedele versteht das für S-GE und seine Kunden zentrale Thema der Internationalisierung aus wirtschaftlicher und politischer Sicht. Damit ist sie bestens geeignet, um unser Unternehmen gemeinsam mit dem Staatssekretariat für Wirtschaft Seco und unseren Partnern erfolgreich weiterzuentwickeln und das Schweizer Exportför-

derungssowie Ansiedlungs-Netzwerk mit seinen zahlreichen Akteuren weiter zu stärken. Wir freuen uns sehr, dass ein ausgewiesener Wirtschafts- und Politprofi das Ruder von Daniel Küng übernehmen wird.» Simone Wyss Fedele ist derzeit Chefökonomin bei Novartis und gehört als Leiterin Politik zur Geschäftsleitung von Novartis Schweiz. In dieser Funktion ist sie für die strategische Interessenvertretung gegenüber Verbänden, Politik und Verwaltung, für Internationalisierungsfragen sowie für den Umgang mit makroökonomischen Trends und Herausforderungen verantwortlich. Zuvor war sie unter anderem für Takeda Pharmaceuticals, Helvetia Versicherungen sowie Endress+Hauser tätig. Simone Wyss Fedele studierte Business & Economics an der Universität Basel und erlangte 2010 den Doktortitel mit einer

Bild: Switzerland Global Enterprise

Neue CEO für Switzerland Global Enterprise

Simone Wyss Fedele.

Dissertation zum internationalen Handel. Zusätzliche Weiterbildungen erfolgten unter anderem an der Oxford University, der London School of Economics und der Universität St. Gallen.

Medienmittelung Switzerland Global Enterprise www.s-ge.com

NEWS

Novartis hat bekannt ge geben, dass sie ihre Areal teile und Gebäude im Werk Klybeck an die Firma Central Real Estate Basel AG verkauft hat. Die Central Real Estate Basel AG gehört zu einer Holding, in welcher ausschliesslich Schweizer Investoren vertreten sind. Novartis ist überzeugt, dass dies der richtige Schritt ist, damit die weiterführende Entwicklung dieses zukünftigen Stadtquartiers durch eine Unternehmung wahrgenommen wird, deren Kernkompetenz und Wissen im Bereich der Areal- und Stadtentwicklung liegt. Die Kernkompetenz von Novartis liegt nicht in der Immo-

Bild: Pressefoto BASF

Novartis verkauft Klybeckareal in Basel

Das Klybeckareal in Basel.

bilienentwicklung sondern in der Forschung und Entwicklung von neuartigen Medikamenten und innovativen Therapieformen. Das Projektteam der Käuferschaft hat im Rahmen der Verkaufsgespräche die Novartis davon überzeugt,

dass sich die in der Planungsvereinbarung gesetzten Ziele optimal umsetzen lassen. Somit ist es der richtige Schritt, dass die weiterführende Entwicklung dieses zukünftigen Stadtquartiers durch eine Unternehmung wahrgenommen

wird, deren Kernkompetenz und Wissen im Bereich der Areal- und Stadtentwicklung liegt. Die aktuell noch im K lybeck angesiedelten Funktionen der Novartis werden im Laufe der Zeit auf den Novartis Campus verlegt. Der Zusammenzug unserer Mitarbeitenden erhöht und verstärkt die Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen den verschiedenen Funktionen. In der Übergangszeit wird Novartis einzelne Gebäude im Klybeck von der Käuferin zurück mieten und weiternutzen.

Medienmitteilung Novartis www.novartis.com

Weltweiter Bann für drei gefährliche Chemikalien Die Vertragsstaatenkonferenz des Stockholmer Übereinkommens zum weltweiten Umgang mit schwer abbaubaren Chemikalien bereitet ein globales Verbot von drei problematischen Chemika lien vor. So soll das in der EU bereits seit 2008 nicht mehr zugelassene Pflanzenschutzmittel Dicofol sowie die Industriechemikalien Perfluoroktansäure (PFOA) und Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) ab 2020 weltweit nicht mehr eingesetzt werden. Bei PFOA und PFOS wird es für einige Anwendungsbereiche Übergangsfristen bis 2025 geben. Damit unterliegen weltweit mittlerweile insgesamt 30 gefährliche Pflanzenschutzmittel, Industriechemikalien und andere Schadstoffe strengen Verwendungs- und 32

Verbotsregeln. Deutschland setzt sich als derzeitiger Vorsitzender der internationalen Konferenz für das Chemika lienmanagement (ICCM) für einen wesentlich nachhaltigeren Umgang mit Chemikalien ein. Mit der Aufnahme von Chemikalien in das Stockholmer Übereinkommen verfolgt die internationale Staatengemeinschaft das Ziel, Mensch und Umwelt vor persistenten organischen Schadstoffen (persistent organic pollutants = POP) zu schützen. Diese sogenannten POP sind Chemikalien mit toxischen Eigenschaften, die sehr lange in der Umwelt verbleiben und sich weltweit verbreiten. Das neu aufgenommene Pflanzenschutzmittel Dicofol ist in der Europäischen Gemein-

schaft und damit auch in Deutschland schon lange nicht mehr zugelassen. Die bisher für Kunststoffe mit wasserabweisenden Eigenschaften in grossen Mengen verwendete Chemikalie PFOA ist nun ebenfalls weltweit verboten. Wenige eng begrenzte Ausnahmen gelten noch für Feuerlöschschäume, Berufstextilien für den Arbeits- und Gesundheitsschutz, medizinische Textilien und Membranen einiger Industrieverfahren, implantierbare medizinische Geräte, Filmbeschichtungen und zur Halbleiterherstellung. Für das schon länger in die POP-Liste des Übereinkommens enthaltene PFOS wurden fast alle noch erlaubten Ausnahmen gestrichen. Dieser Stoff darf nur noch in

Feuerlöschschäumen und bei der Hartverchromung so verwendet werden, dass er nicht in die Umwelt gelangen kann. Er muss ebenfalls bis spätestens 2025 ersetzt sein. PFOA ist gefährlich, weil es in der Umwelt extrem schwer abbaubar ist. So vielfältig wie es angewendet wird, hat es sich fast überall verbreitet. Menschen nehmen PFOA über Nahrung, Luft, Staub oder das Trinkwasser auf und man findet es im Blut. Der Stoff ist schädlich für die Fortpflanzung und wirkt lebertoxisch.

Medienmitteilung Bundes ministerium für Umwelt www.bmu.de 6/2019

NEWS

E RZE – IN KÜRZ Ü K N I – E Z R Ü K IN KÜRZE – IN n Das britische Pharmaunternehmen Glaxosmithkline hat seinen Vorsteuergewinn im ersten Quartal um 17 Prozent auf 1,3 Milliarden Pfund Sterling gesteigert und damit die Prognosen der Analysten übertroffen. Auch das Umsatzplus von 6,1 Prozent auf 7,66 Milliarden Pfund lag über den Erwartungen. Der bereinigte Gewinn je Aktie erreichte 30,1 Pence, wie das Unternehmen mitteilte. Dow Jones Newswires n Hanspeter Steinmetz wird neuer Geschäftsführer der nationalen Gewässerschutzorganisation Aqua Viva. Er folgt auf Antonia Eisenhut, die den Verein nach mehr als vier Jahren erfolgreicher Arbeit auf eigenen Wunsch verlässt. Der Vorstand von Aqua Viva hat Hanspeter Steinmetz zum neuen Geschäftsführer berufen. Der promovierte Veterinärmediziner wird ab 1. Juli 2019 die Geschäfte der Gewässerschutzorganisation leiten. www.aquaviva.ch n Bio-Logic gibt bekannt, dass am 1. April 2019 eine neue Tochtergesellschaft für die Märkte in Deutschland, Österreich und der Schweiz eröffnet worden ist. Das Unternehmen mit Namen Bio-Logic Science Instruments GmbH hat seinen Sitz in Göttingen (D) und wird von Julia Berlin geleitet. www.bio-logic.net

6/2019

n Archroma, ein weltweit führender Hersteller von Farbund Spezialchemikalien, hat sein neues Global Competence Center for Automotive & Synthetic Dyeing in Korschenbroich offiziell eingeweiht. Das Zentrum liegt am Standort der ehemaligen M. Dohmen GmbH, einer internationalen Firmengruppe, die auf die Fertigung von Textilfarben und Chemikalien für die Automobil-, Teppich- und Bekleidungsindustrie spezialisiert ist und zwischen 2014 und 2018 von Archroma übernommen wurde. www.archroma.com n Zum neuen Professor für Computational Pharmacy an der Universität Basel hat der Universitätsrat Prof. Dr. Markus A. Lill gewählt. Markus A. Lill ist derzeit Associate Professor für Medizinische Chemie und Molekulare Pharmakologie am College of Pharmacy der Purdue University in West Lafayette (USA), ebenso Mitglied des Purdue Center for Cancer Research und des Purdue Institute for Drug Discovery. Seine Professur an der Philosophisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Basel wird er auf den 1. August 2019 antreten. www.unibas.ch n Merck hat im 1. Quartal 2019 beim Umsatz stark zugelegt, vor allem organisch. Der

Konzern erwartet jetzt für das Gesamtjahr 2019 unverändert einen moderaten organischen Anstieg der Umsatzerlöse in Höhe von +3 % bis +5 % gegenüber dem Vorjahr Insgesamt prognostiziert Merck für 2019 Konzern-Umsatzerlöse von 15,3 bis 15,9 Mrd. €. www.merckgroup.com

neues Akademie- und Tagungszentrum in Wallisellen eingeweiht. Nach einer intensiven Bauphase konnte mit Kunden, Lieferanten, Partnern, Behörden und Mitarbeitenden die Fertigstellung des Erweiterungsbaus in Wallisellen gefeiert werden. www.svti.ch

n Der Spezialchemie-Konzern Lanxess ist trotz der sich abschwächenden Konjunktur solide in das neue Geschäftsjahr gestartet. Die wesentlichen Gründe für die positive Entwicklung waren gestiegene Verkaufspreise und vorteilhafte Wechselkurseffekte, insbesondere aus dem US-Dollar. www.lanxess.com

n Givaudan, der weltweite Marktführer der Aromen- und Riechstoffindustrie, hat den Abschluss der Übernahme von Albert Vieille bekannt gegeben, einem französischen Unternehmen, das auf natürliche Ingredienzien für die Riechstoff- und Aromatherapiemärkte spezialisiert ist. www.givaudan.com

n Bioprodukte boomen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS nehmen die Eigenschaften neu entwickelter biogener Harze unter die Lupe. Wie wirken sich die variierenden Inhaltsstoffe auf die Harze aus? Ist dieser erste Schritt getan, optimiert das IMWS-Team die Harze und passt sie an die Verarbeitungsverfahren an. Sie entwickeln aus den Pflanzenölepoxiden neuartige Klebstoffe, die frei von Lösungsmitteln sind. www.imws.fraunhofer.de

n Die pharmazeutische Industrie investierte 2017 5,6 Milliarden Franken in Forschung und Entwicklung (FE) und tätigt damit mehr als ein Drittel der betriebsinternen FE-Aufwendungen der Privat unternehmen in der Schweiz. Mit weiteren 5.5 Milliarden Franken unterstützt die Pharmabranche betriebsexterne Forschungsprojekte im In- und Ausland und fördert damit den nationalen Wissenstransfer und die internationale Forschungskollaboration. Damit bleibt die pharmazeutische Industrie einer der wichtigsten Akteure im Forschungsbereich in der Schweiz.

n Mit einem Tag der offenen Tür hat die SVTI-Gruppe ihr

www.interpharma.ch

VER ANSTALTUNGEN

Chemspec Europe

Die Vorbereitungen sind im Gange

348 Aussteller aus 27 Ländern haben derzeit ihren Stand auf der diesjährigen Chemspec Europe gebucht. Die Ausstellerunternehmen bilden einen repräsentativen Querschnitt der gesamten Fein- und Spezialchemie. Wichtigste Ausstellerländer sind Deutschland, Frankreich, Grossbritannien, die Schweiz, China, Indien und die USA. Es werden sowohl weltweite Marktführer als auch zahlreiche kleine und mittelständische Unternehmen vertreten sein. Aussteller auf der Chemspec Europe 2019 sind Hersteller, Distributoren, Anbieter von Ausrüstung, Anbieter von Rohmaterialien, Händler, Agenten, Regulierungsbehörden und Beratungsunternehmen. Die Unternehmen decken das gesamte Spektrum der Fein- und Spezialchemie für unterschiedlichste Anwendungen und Industriebereiche ab: Pharmazeutika, Agrochemik alien, Polymere, Nahrungsmittel und Futterbestandteile, Aromen und Duftstoffe, Pigmente und Farbstoffe, Farben und Beschichtungen, Haushalts- und Reinigungschemikalien, Kleb- und Dichtstoffe, Petrochemikalien, Leder- und Textilanwendungen und viele mehr. Zu den diesjährigen Ausstellern gehören Albemarle, AlzChem Trostberg GmbH, BASF SE, CABB AG, Chemical Industries Association, Dottikon Exclusive Synthesis AG, Esim Chemicals, IVICT Europe GmbH / Mitsubishi Corporation, Johnson Matthey, Lonza Ltd, Robinson Brothers Limited, Saltigo GmbH, Siegfried AG, Socma, Solvay, Sumitomo Chemical Europe SA/NV, Vertellus, WeylChem und viele mehr. Das bemerkenswerte Aufgebot unterstreicht die Bedeutung der Chemspec Europe als zentrales Bran chenevent der Fein- und Spezialchemie in Europa. 34

Bilder: Mack Brooks Exhibitions Ltd

Bereits zum 34. Mal bietet die Chemspec Europe vom 26. bis 27. Juni 2019 eine wichtige und anerkannte Plattform für die gesamte Branche, um massgeschneiderte Lösungen, neue Ansätze und innovative Substanzen zu erkunden und sich über aktuelle Marktentwicklungen, Technologieneuheiten und regulatorische auszutauschen. Die Messe findet auf dem Messegelände in Basel statt. Bereits jetzt steht eine Vorschau online zur Verfügung.

Die an der Messe teilnehmenden Unternehmen decken das gesamte Spektrum der Fein- und Spezialchemie für unterschiedlichste Anwendungen und Industriebereiche ab.

Messevorschau ist online «Die Besucher haben auf der Chemspec Europe 2019 die Möglichkeit, hochspezielle Substanzen und massgeschneiderte Lösungen zu finden und im direkten Austausch mit Experten zu diskutieren», erklärt Liljana Goszdziewski, Messedirektorin der Chemspec Europe, im Namen des Veranstalters Mack Brooks Exhibitions. Die offizielle Online-Messevorschau bietet einen ersten Eindruck der diesjährigen Chemspec Europe. Besucher können durch Filteroptionen ihre individuelle Messevorschau erstellen und erhalten so detaillierte Informationen zu zahlreichen Ausstellern und deren Produkten, die für sie persönlich relevant sind. Die Online-Messevorschau ist auf der Chemspec Europe Webseite veröffentlicht: www.chemspeceurope.com. Auf der Messe sind auch Anbieter von Laborgeräten vertreten.

Quelle: Medienmitteilung Chemspec 6/2019

VER ANSTALTUNGEN

Produktion und Analytik können sich hervortun

Mikroplastik – Chance zur Profilierung Kunststoffteilchen sind im doppelten Sinne in der Gesellschaft angekommen. Chemisch-analytisch haben sie sich schon im Magendarmtrakt, im Blut, in der Lymphe und in der Leber von Tieren nachweisen lassen¹ und sogar im Stuhl von Menschen.² Angekommen ist Mikroplastik auch als politisches Thema für eine breite Öffentlichkeit – ein Ansporn für Forscher, Licht und Ordnung in das komplexe Gebiet zu bringen und möglichen Handlungsbedarf für die beteiligten Unternehmen aufzuzeigen.

«Wer sich als Forscher mit Umweltproblemen befasst, kommt um Mikroplastik heute nicht herum», sagt Prof. Dr. Bernd Nowack von der Environmental Risk Assessment and Management Group an der Empa in St. Gallen klipp und klar. «Aber es ist wichtig, zu definieren, wovon wir hier sprechen. Eine wesentliche Unterscheidung ist die in primäres und sekundäres Mikroplastik.»

Generell bezeichnet man Kunststoffpartikel mit einer Grösse unterhalb von 5 Millimetern als Mikroplastik. Primäres wird bestimmten Produkten extra beigemischt, um spezielle Eigenschaften zu erreichen, zum Beispiel sogenannte Microbeads für Kosmetika. Sie sollen als Peelingmittel der Haut ein frisches Aussehen verleihen, dienen als Füllmittel oder Filmbildner und steuern die Viskosität – offenbar wahre Multitalente. So spielt Mikroplastik auch in technischen Prozessen eine Rolle. Eine Studie der Universität Basel hat etwa im Rhein Ionenaustauscher-Kügelchen aus Ionenaustauscherharzen (z. B. auf Polystyrol-Basis) zutage gefördert.³ Beim primären Mikroplastik kann der Hersteller etwas tun. Viele packen die Gelegenheit beim Schopf und ersetzen zum Beispiel synthetische Polymere durch natürliche (z. B. Walnussschalen). Das sekundäre Mikroplastik dagegen, sprich: Kunststoffabfall, stellt ein Entsorgungsproblem dar. Es entsteht zum Beispiel überall dort, wo beim Waschen Mikrofasern aus Polyestertextilien freigesetzt werden.4 6/2019

Bild: Shimadzu

Gezielt eingesetzte Kunststoffe

Für eine differenzierte Bewertung gilt es auch Folgendes zu beachten: Mikroplastik ist oft nicht nur Kunststoff, sondern enthält möglicherweise Spuren von unbeabsichtigt eingebrachten und potenziell gefährlichen Stoffen. Dazu zählt zum Beispiel Antimon aus dem Antimontrioxid-Katalysator, Quecksilber, Blei und Cadmium. Man kommt diesen Spurenverunreinigungen mit einer kombinierten Analyse von Kontaminationsdaten und Datenvergleichen auf die Spur wie etwa mit einer Kombination aus EDX (energiedispersive Röntgenfluoreszenzspek troskopie) und FTIR (Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie) nebst einer «EDXIR-Software» zur simultanen Verarbeitung von Daten aus beiden Verfahren.

Sowohl beim Endverbraucher wie bei chemisch-pharmazeutischen Prozessen kommt es auf eine Schärfung des Bewusstseins an: Könnte sich beim Materialumschlag Mikroplastik ablösen und in Oberflächengewässer gelangen? Könnte aus dem Prozess selbst Mikroplastik in die Umwelt abgegeben werden (z. B. die genannten Kügelchen aus Ionenaustauscherharzen)? Diese Fragen stellen sich umso drängender, als eine Modellierung des Material forschungsinstituts Empa am Standort St. Gallen, in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt jetzt neues Licht in

die Thematik bringt. Die Studie ist zwar noch nicht publiziert, soviel lässt sich aber schon sagen5: Sekundäres Mikroplastik spielt bei der Gesamtumweltbilanz eine viel grössere Rolle als primäres. Analysiert hat man dabei den Materialfluss von sieben häufig verwendeten Kunststoffen: Polyethylen mit geringer Dichte (LDPE), Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), expandiertes Polystyrol/Schaumpolystyrol (EPS), Polyvinylchlorid (PVC) und Polyethylen terephthalat (PET). Konsequenterweise wäre dabei nicht allgemein von Mikroplastik zu sprechen, sondern von Mikro-LDPE, 35

VER ANSTALTUNGEN

Mikro-HDPE usw. Bei der Materialflussanalyse geht es im Wesentlichen um die Frage: Welche Menge eines bestimmten Kunststoffs wird produziert? Wie werden die Abfälle gesammelt und entsorgt? Wie gelangen Restmengen zum Beispiel in Gewässer?

Dabei haben die Forscher zunächst festgestellt: Zur Probennahme wurde teilweise mit Planktonnetzen im Fluss «gefischt» und der Fang unter dem Mikroskop analysiert. Kunststoffe und insbesondere Mikroplastik können auf diese Weise identifiziert werden. «Insgesamt stellten wir sowohl bei der Probennahme als auch bei der Analyse inkonsistente Methoden, vielfach lediglich qualitative Ergebnisse und mangelnde Vergleichbarkeit der eingesetzten Verfahren untereinander fest», fasst Prof. Nowack seine Erfahrungen zusammen. Eine grössere Bedeutung und ein höherer Schwierigkeitsgrad gegenüber Mikroplastik in Gewässern kommt der Analyse des Bodens zu. Denn hier landet der Hauptanteil, und es gilt, Polymer-Kohlenstoff in einer kohlenstoffreichen Matrix zu quantifizieren, was oft nur unter Verwendung von sehr harschen Aufschlüssen gelingt. Hier besteht ein grosser Bedarf an analytischer Forschung, Validierung und Harmonisierung von Methoden.

Reifenabrieb als prominente Herausforderung Eine analytische Spezialdisziplin mit steigendem Gewicht stellt der Reifenabrieb dar. Über die letzten Jahre kamen hier immer grössere Mengen Mikroplastik zusammen und setzten sich in Böden ab. Gleichzeitig haben analytische Chemiker danach vergleichsweise selten gesucht, lässt sich doch Reifengummi in einer Umweltprobe schwer identifizieren – schwerer zumal als etwa Polyethylen. Eine gewisse Entwarnung ergibt sich für Mikroplastik gemäss einer an der EU-Chemikalienrichtlinie Reach orientierten Risikoabschätzung. Diese lieferte sehr niedrige Werte.5 «Manchmal muss man Mikroplastik in Gramm pro Liter einsetzen, damit die als 36

Bild: Fraunhofer IWS

Die Kunststoffanalytik ist gefragt

Mit der hyperspektralen und multispektralen Bildgebung gelingt es, visuell gleich erscheinende, aber chemisch unterschiedliche Kunststoffe zu erkennen. Dadurch können die Stoffe sinnvoll sortiert werden. Hier ein Labor mit entsprechenden Messgeräten.

‹Biosensoren› dienenden Daphnien eine Reaktion zeigen», merkt Prof. Nowack an. «Kunststoff ist eben sehr inert. So könnte das ‹Problem Mikroplastik› geringer sein, als man landläufig meint. Definitiv gibt es aber in Asien bestimmte Flüsse mit einem etwas höheren Risikofaktor.» In Europa ist ein ökotoxikologisches Risiko durch Mikroplastik gering, es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden. Hiesige Forscher verweisen auch auf Anzeichen, dass Mikroplastik durch die Begünstigung von Entzündungsreaktionen oder durch die Aufnahme verschiedener Begleitstoffe den Magendarmtrakt schädigen kann.² Damit besteht in der Forschung noch ein erheblicher Bedarf nach Studien zu Mikroplastik. Seine Minimierung in chemischen, pharmazeutischen und biotechnologischen Prozessen erscheint auf dem Stand der Wissenschaft ratsam, ebenso wie die Optimierung der analytischen Verfahren zur Erfassung von Mikroplastik. Das bedeutet auch: Wer als Produktionsbetrieb oder Labor nach dem Stand der Technik arbeitet und in Spezialbereichen die Nase vorn hat, findet hier ein ideales Feld, um sich im Wettbewerb zu profilieren. Literatur 1. http://www.chemie.de/news/1158036/ erstmals-mikroplastik-im-menschen-nachgewiesen.html?WT.mc_id = ca0259 (Zugriff am 21.02.2019).

2. P. Schwabl et al., «Assessment of microplastic concentrations in human stool – Preliminary results of a prospective study»; präsentiert im Rahmen der UEG Week 2018 in Wien am 24. Oktober 2018 [wie zitiert nach Literaturstelle 1]. 3. T. Mani et al., «Repeated detection of polystyrene microbeads in the Lower R hine River». Environ Pollut 2019 Feb; 245:634–641. 4. E. Hernandez et al., «Polyester Textiles as a Source of Microplastics from Households: A Mechanistic Study to Understand Microfiber Release During Washing.» Environ Sci Technol 2017, 51, 7036–7046. 5. V. Adam et al., «Toward an Ecotoxicological Risk Assessment of Microplastics: Comparison of Available Hazard and Exposure Data in Freshwaters.» Environmental Toxicology and Chemistry 2019; 38(2):436–447.

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

6/2019

TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen JULI 2019 02.07. und 03.07.

Anwenderkurse zur Mikrowellen-Aufschlusstechnik Ort: D-Kamp-Lintfort Veranstalter: CEM GmbH Carl-Friedrich-Gauss-Str. 9, D-47475 Kamp-Lintfort +49 28 42 96 44 0 info@cem.de, www.cem.de

25.07.– 27.07.

Klassische und nicht-klassische Kristallisation Ort: D-Konstanz Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main +49 69 7917 331 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

23.08.

SEPTEMBER 2019 03.09.– 04.09.

Tiamo Basic Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

05.09.– 06.09.

Tiamo Basic (Englisch) Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

06.09.

Klebetechnik für Praktiker Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 claudia.gonzalez@empa.ch, www.empa.ch

10.09.

MagIC Net Basic Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

24.09.– 27.09.

ILMAC 2019 Ort: Messe Basel, Halle 1 Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG info@ilmac.ch, www.ilmac.ch

AUGUST 2019 19.08.– 17.12.

19.08.– 17.01.2020

20.08.

Fernlehrgang: Validierungsbeauftragter für analytische Methoden Ortsunabhängiger Fernlehrgang Veranstalter; Provadis-Novia Chromatographie und Messverfahren GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B845, E. 06 D-60444 Frankfurt am Main +49 69 305 439 43 info@provadis-nova.de, www.provadis-nova Fernlehrgang: Laborexperte für Chromatographie (Schwerpunkt GC) Ortsunabhängiger Fernlehrgang Veranstalter; Provadis-Novia Chromatographie und Messverfahren GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B845, E. 06 D-60444 Frankfurt am Main +49 69 305 439 43 info@provadis-nova.de, www.provadis-nova Validieren von Analysenverfahren I, Grundlagen [QS-8] Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft (SCG) Haus der Akademien, Division of Analytical Science Laupenstrasse 7, CH-3001 Bern, +41 58 765 52 00 Ort: Eawag Wasserforschungsinstitut, Dübendorf infodas@eawag.ch, kurse.scg.ch

Validieren von Analysenverfahren II, Praktische Beispiele [QS-9] Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft (SCG) Haus der Akademien, Division of Analytical Science Laupenstrasse 7, CH-3001 Bern, +41 58 765 52 00 Ort: Eawag Wasserforschungsinstitut, Dübendorf infodas@eawag.ch, kurse.scg.ch

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GAS-UND GAS-UNDENERGIESYSTEME ENERGIESYSTEME GAS-UND ENERGIESYSTE

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H.Lüdi H.Lüdi+ Co. + Co. AGAG Moosäckerstrasse Moosäckerstrasse H.Lüdi + Co. AG 8686 Postfach Moosäckerstrasse Postfach CH-8105 CH-8105 86Regensdorf Regensdorf Postfach ZHZH CH-8105 Tel.Tel. +41 Regensdorf +41 4444 843843 3030 ZH 5050 Fax Tel. Fax +41 +41 +41 44 4444 843 843 843 30 3030 90 5090 E-Mail: Fax E-Mail: +41sales@hlag.ch 44sales@hlag.ch 843 30 90 www.hlag.ch E-Mail: www.hlag.ch sales@hlag.ch www.hla

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FIRMEN BERICHTEN

Sie arbeiten im Verborgenen

Hochdruckdosierpumpen

Gruppenfoto im Grillo-Labor mit Timo Ott und seinem Team.

Schwefeltrioxid ist nur in einem schmalen Temperaturbereich zwischen 32 °C und 44 °C überhaupt flüssig, reagiert bei Kontakt mit Wasser heftig und verkohlt die meisten Kunststoffe sehr schnell, das heisst, es ist in der Handhabung sehr anspruchsvoll. «Auf der Suche nach geeigneten Pumpen für diese Aufgabe hatten wir schon einige Absagen von Anbietern erhalten, bevor wir uns an Knauer wandten. Ein Modell von der Stange konnte uns auch Knauer nicht anbieten, sie waren aber der einzige Hersteller, der sich auf eine kleine Entwicklungsreise eingelassen hat», betont Timo Ott, Leiter für Produkt- und Prozessentwicklung im Bereich Chemie bei Grillo. Diese Hochdruckdosierpumpen basieren auf HPLC-Technik und bringen von Haus aus eine hohe chemische Beständigkeit, hervorragende Flussratenpräzision und ge-

ringe Pulsation mit. Flüssiges Schwefeltrioxid zu fördern, erforderte jedoch individuelle Anpassungen insbesondere hinsichtlich Kunststoffteilen im Fliessweg. Weitere wichtige Voraussetzung für das Gelingen war die von Knauer angebotene leistungsfähige Pumpenkopfheizung, um Schwefel

Bild: Wikipedia/Benjah-bmm27

Methansulfonsäure ist bereits aktuell eine im industriellen Massstab hergestellte Substanz, denn ihre stark sauren, jedoch nicht oxidierenden Eigenschaften machen sie zu einem interessanten Katalysator für viele Reaktionen in der organischen Chemie, insbesondere bei Polymerisationen. Methansulfonsäure findet darüber hinaus in der Galvanik Anwendung und zunehmend auch in Industriereinigern, wo sie anstelle von Phosphor-, Salz- oder Schwefelsäure zum Einsatz kommt, weil sie bei vergleichbarer oder grösserer Wirksamkeit weniger umweltschädlich ist als die bisher verwendeten Mineralsäuren. Die Herstellung von Methansulfonsäure ist momentan relativ aufwändig, weil mehrstufig und teilweise von toxischen Zwischenprodukten wie Dimethyldisulfid abhängig. Naheliegend wäre eigentlich die direkte Reaktion von Methan mit Schwefeltrioxid. Forscher weltweit experimentieren schon lange an der direkten Aktivierung von Methan. In den 1950er-Jahren wurde ein US-Patent angemeldet, das Schwefeltrioxid verwendet, jedoch waren die erreichten Ausbeuten an Methansulfonsäure gering und die ungewünschten Nebenprodukte zahlreich. ² Die Grillo-Forscher beschritten einen anderen Weg als die meisten anderen Forschenden. Sie setzten auf relativ milde Temperaturen unter 100 Grad Celsius und Drücke um 50 bar. Der Clou an ihrem Prozess ist ein Aktivatormolekül, das am Rande des Prozesses aus MSA und Schwefelsäure leicht nachgebildet werden kann und die Sulfonierung anstösst. Schwefelsäure dient in dem Prozess übrigens als Lösungsmittel. Ein kniffliger Teil der neuen MSA-Synthese ist die genaue Dosierung des Schwefeltrioxids (SO3) in den chemischen Reaktor.

Bild: Grillo

Wie der Berliner Labormessgerätehersteller Knauer Wissenschaftliche Geräte GmbH berichtet, spielten seine Hochdruckdosierpumpen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des richtungweisenden neuen Herstellungsverfahrens von Methansulfonsäure (MSA) direkt aus Methan und Schwefeltrioxid, das von Forschern der Duisburger Grillo-Werke AG erfolgreich realisiert wurde. ¹

Methansulfonsäure.

6/2019

FIRMEN BERICHTEN

Bild: Knauer

Für flammenlose Druckentlastung und kompakte Explosionsentkopplung.

trioxid auch bei niedrigen Flussraten oder Stopps fliessfähig zu halten. «Es gehört zu unserer Firmenphilosophie, dass wir für unsere Kunden und mit ihnen gemeinsam Lösungen finden, die sie vo ranbringen. Wir freuen uns besonders, dass wir bei der MSA-Synthese von Grillo ein kleines Stück zum Gelingen eines Forschungsprojekts von Tragweite beitragen konnten», so Christian Benkhäuser, Leiter der Hardwareentwicklung bei Knauer. Das Besondere an dem von den Forschern entwickelten Herstellungsverfahren für Methansulfonsäure ist, dass es deutlich effizienter arbeitet als bisherige Prozesse und Methan als Kohlenstoffquelle für die Sulfonierung nutzbar macht. Methan wird auf jeden Fall als Rohstoff bedeutender und im Fall von Erdgas als Quelle hoffentlich etwas weniger ungenutzt abgefackelt als bisher. Im Fall von Biogas als Methanquelle kann das Verfahren auch ganz auf Kohlenstoff fossilen Ursprungs verzichten. Eine gerade veröffentlichte vergleichende Ökobilanzuntersuchung der Universität Zürich kommt zu dem Ergebnis, dass das neue Verfahren einen um Faktor drei geringeren Fussabdruck auf die Umwelt hat als bisherige Verfahren. Die Treibhausgase missionen liegen um 85 Prozent niedriger. ³ «Wenn das neue Herstellungsverfahren für Methansulfonsäure grosstechnisch Einzug hält, wird die Umwelt davon profitieren», ist Ingo Biertümpel überzeugt. Er ist Leiter 6/2019

Forschung und Entwicklung im Geschäftsbereich Chemie und Nachhaltigkeitsbeauftragter der Grillo-Werke AG. Etwas anderes ist bereits jetzt klar: Es lohnt sich, wie es Grillo hier getan hat, ausgetretene Pfade zu verlassen, es lohnt sich auch wie Knauer, nicht vorschnell zu sagen «das können wir nicht liefern» und es macht Spass, gemeinsam neue Lösungen zu entwickeln. Publikationen ¹ Pressemeldung Grillo-Werke AG: 201606-20, ht tps://grillo.de/?page_id = 9446546677 ² John C. Snyder, Aristid V. Grosse, Houdry Process Corp, https://patents.google.com/ patent/US2493038A/en ³ Steve Kappenthuler et al., «Environmental assessment of alternative methanesulfonic acid production using direct activa tion of methane», Journal of Cleaner Production (2018); DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.07.284

Kontakt Knauer Wissenschaftliche Geräte GmbH Hegauer Weg 38 D-14163 Berlin +49 30 809 7270 info@knauer.net www.knauer.net

Entkopplung von Explosionen, Funken und Flammenfronten: das EXKOP® System von REMBE® ist eine sichere, kostengünstige und unkomplizierte Entkopplung für staubführende Anlagen.

Explosionsdruckentlastung ohne Flammen- und Staubausbreitung: mit dem REMBE® Q-Rohr® können Apparate und Behälter innerhalb von geschlossenen Räumen druckentlastet werden.

8703 Erlenbach Telefon 044 910 50 05 www.paliwoda.ch

Offizieller Partner der R-KB

Knauer-Dosierpumpen.

Bild: Adobe Stock

FIRMEN BERICHTEN

Man sagt, der Lebenszyklus einer ERP-Software liege bei etwa zehn Jahren.

Flexible Zusammenarbeit

Eine Software für alles

Pentapharm war lange Jahre ein Familienunternehmen, bis es vor 12 Jahren an DSM verkauft wurde. Das Unternehmen agiert aber selbständig und ist nicht in den Konzern integriert. Der IT-Leiter Reto Alispach präzisiert: «Das heisst wir arbeiten mit unserer eigenen IT, mit unserer eigenen Logistik und einer eigenen Auftragsabwicklung. Auch die Buchhaltung organisieren wir komplett selbständig.» Die Firma nutzt seit über zwanzig Jahren die ERP-Software Casymir. «Wir verwenden das ERP-System in sämtlichen Unternehmensabläufen, das beginnt bei der Buchhaltung. Wir steuern aber auch Beschaffungsprozesse, oder die Lagerverwaltung darüber», sagt Alispach. Die Herstellung der Produkte verwaltet das Unternehmen ebenfalls mit dieser Software. Das umfasst Herstellprotokolle oder Rezepturen, die hinterlegt werden, wie auch die Freigabe von Produkten. Generell schätzt der IT-Leiter vor allem die Flexibilität der Software: «Das war seinerzeit einer der wichtigsten Gründe, weshalb wir uns für dieses System entschieden haben.» Eines der grössten Herausforde40

Bild: Opag Informatik AG

Für die Pharma- und Chemiebranche können ERP-Programme ein wichtiges Instrument sein. Die IT-Experten müssen allerdings die Schnittstellen im System sinnvoll setzen können. Dies ist kein einfaches Unterfangen. Hierbei helfen ihnen eine enge Kooperation mit Verantwortlichen im entsprechenden Unternehmen sowie gute Branchen- und Betriebskenntnisse. In Zukunft werden die Programme benutzerfreundlicher. Sie werden komplexe Sachverhalte bildlich darstellen können.

Rund um das Casymir-Basismodul reihen sich verschiedene Zusatzmodule für alle Firmenbereiche. Sei es Einkauf, Lagerverwaltung, Spedition, Personalmanagement oder Finanzbuchhaltung, das modulare ERP-System deckt alle Anwendungsbereiche ab.

6/2019

FIRMEN BERICHTEN

rungen für die IT-Abteilung war sicherlich die Akquisition durch DSM. Weil die IT nicht in die Konzernstrukturen integriert wurde, brauchte es Schnittstellen für einen reibungslosen Datenaustausch mit dem Mutterkonzern. «Das Reporting innerhalb der DSM muss natürlich in das ERP-System des Konzerns, sprich in SAP, eingepflegt werden. Dabei geht es z. B. um Finanzdaten, Verkaufszahlen oder auch um das Inventar», fasst Alispach zusammen. Die IT-Spezialisten lösten diese Problemstellung mit entsprechenden Schnittstellen. Laut Alispach war es nicht ganz einfach diese beiden Welten zusammenzubringen: «Es brauchte etwa zwei bis drei Monate Arbeit, bis die Datenübergabe funktionierte. Es gibt auch immer wieder neue Anforderungen, die wir abdecken müssen, aber mittlerweile schaffen wir das gut.»

Langlebigkeit dank Flexibilität Man sagt, der Lebenszyklus einer ERP-Software liege bei etwa acht bis zehn Jahren. Hier ist Caysimir schon seit über 20 Jahren im Einsatz. Warum? «Der Vorteil an Casymir ist die stetige Weiterentwicklung, sei es auf Hinweise von uns oder auch von anderen Anwendern», antwortet der IT-Leiter. Ein aktuelles Beispiel sind Gefahrensymbole. Pharma- und Chemieunternehmen brauchen ein Inventar über ihre gefährlichen Produkte und müssen diese entsprechend kennzeichnen.

Visualisierung liegt im Trend Auch für die Zukunft sind weitere Anpassungen und Entwicklungen geplant. Gerade haben die IT-Spezialisten zusammen mit den Entwicklern von Opag ein Add-on evaluiert. Konkret handelt es sich um eine Fremdsoftware, mit der sich Sales- Daten visualisieren lassen. «Diese Daten holen wir aus dem System heraus und speisen sie in die Visualisierungssoftware ein. Dort lassen sie sich einfach darstellen und z. B. mit Aufklappmechanismen verständlicher darstellen», erklärt Alispach. Solche Visualisierungen liegen im Trend. Laut dem IT-Leiter hängen die Anforderungen an diese Features stark vom jeweiligen Benutzer ab: Ein Marketingspezialist braucht andere Darstellungen als ein Finanzbuchhalter. Alispach: «Es ist nicht einfach die richtige Form zu finden. Aber der Trend, Daten auch auf mobilen Endgeräten aussagekräftig darzustellen ist schon da. Dazu braucht es natürlich zusätzliche Tools, denn eine ERP-Software ist nicht für den Betrieb auf einem Smartphone ausgelegt.»

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REPORTAGE

Datenbrille und Cloudlösungen

Eine neue Realität in der Industrie Am 13. Mai lud Endress+Hauser Journalisten zum jährlichen Fachpressetag ein. Der Höhepunkt der Veranstaltung war die Virtual-Reality-Brille, die in Zukunft das Personal bei der täglichen Arbeit in der Produktion unterstützen soll. Diese von Microsoft entwickelte Datenbrille ist eine Folge der allgegenwärtigen Entwicklung: die Industrie 4.0. Auch zu diesem Thema präsentierte das Unternehmen seine Strategie.

Stellen wir uns folgende fiktive Situation vor: Wir befinden uns in der Produktion eines grossen Chemieunternehmens. Ein defektes Gerät muss neu verdrahtet wer den. Es handelt sich um ein Füllstand messgerät. Also nimmt sich ein Mitarbeiter dem Problem an. Er trägt einen Helm und eine Art Skibrille, welche direkt am Helm befestigt ist, so dass der besagte Mitarbei ter direkt durch die Brille sieht. Die Sicht ist nicht eingeschränkt, die Umwelt scheint lediglich etwas abgedunkelt. Der Mitarbei ter nähert sich dem defekten Gerät. Auf Anhieb findet er es jedoch nicht. Er orien tiert sich. Schaut in der Gegend umher und entdeckt grüne Punkte. Diese digitali sierten Punkte projiziert die Brille. Für die letzten dreissig Meter weisen sie ihm den Weg zum defekten Gerät. Die Datenbrille erkennt sogar neue Hindernisse, indem sie den ganzen Raum «auf Befehl» abscannt und Gegenstände, die plötzlich im Weg stehen, sofort registriert. Elegant verlaufen dann die grünen Punkte um das Hindernis herum. Schon geht es los. Am Ziel angekommen, beschreibt nun die Software in Form einer Animation, was zu tun ist. Eine Gebrauchs anweisung wird somit überflüssig. Selbst jemand, der noch nie ein Gerät verdrahtet hat, kann das dank der intuitiven Anleitung tun. Eine virtuelle Menüleiste taucht vor seinen Augen auf. Er klickt sich durch. Von aussen betrachtet, mag das Ganze recht amüsant aussehen. Jemand gestikuliert in der Luft und ist dabei hochkonzentriert, obschon doch nichts da zu sein scheint. In der Realität ist nichts da, aber in der virtu ellen Realität passiert so einiges. Schliess lich werden gewisse Teile des Füllstand messgeräts von der Brille digitalisiert 42

Bilder: Endress+Hauser

Roger Bieri

Bild 1: Der Füllstand kann dank der Datenbrille digitalisiert dargestellt werden (blaue Scheiben).

Bild 2: Schematische Darstellung der Industrie 4.0. Ein Schlüsselelement stellt die Cloud «Netilion» dar.

dargestellt, die ihm für die physische Ar beit helfen sollen. Dieses dreidimensiona le virtuelle Abbild ist sozusagen eine digi tale Kopie des echten Messgerätes – ein sogenannter digitaler Zwilling («digital twin»). Wie in einem Computerspiel kann der Anwender auch die digitalisierten In formationen verändern, indem er vor al

lem mit dem Zeigefinger und Daumen bestimmte Gestiken durchführt. Die Soft ware zeigt prozessrelevante Daten, War tungszustand und weitere Hintergrund informationen an. Die Kommunikation zwischen Mensch und Software ist inter aktiv. Beispielsweise könnte der Anwender allfällige Ersatzteile direkt vor Ort mit der 6/2019

REPORTAGE

Brille bestellen und somit gleich kaufen. Dies gelänge mit einer entsprechenden Schnittstelle zum ERP-System.

Mit Sorgfalt in die Zukunft Die Datenbrille befindet sich noch in der Entwicklungsphase. Dank einer engen Zu sammenarbeit mit unterschiedlichen Un ternehmen entwickelt sich das Projekt, welches unter dem Namen «VisionBlue» zusammengefasst wird, stetig weiter. Mit hilfe des VisionBlue können zudem neue Anlagen virtuell erstellt werden, die die Entwickler auch direkt begehen können. Auf diese Weise haben sie Probleme be reits erkannt, bevor die Anlage gebaut wird und physisch existiert. Sobald Computerprogramme das mensch liche Handeln unterstützen, tauchen aber immer wieder dieselben Fragen auf. Eine ganz zentrale Frage ist die der Verantwor tung. Was passiert, wenn falsche Anwei sungen der Software zu einem Unfall füh ren? Wie sicher ist das System auch in Bezug auf Hackerangriffe? Diese Fragen sind ernst zu nehmen. Deshalb ist es von zentraler Bedeutung, die Gefahren von An fang an gerade während der Entwicklungs phase im Blick zu halten.

te, also jener technischen Einrichtungen, die unmittelbar am Herstellungsprozess beteiligt sind, digital verknüpft. Ungefähr 97 Prozent der von Messgeräten gesam melten Werte liegen brach und werden nicht genutzt. Dank eines neuen Ökosys tems können die ungenutzten Daten z. B. via Bluetooth auf einer Cloud gesammelt werden (siehe Bild 2) und anschliessend verwertet werden. Auf diese Daten hat der Benutzer unabhängig vom Ort und vom Endgerät jederzeit Zugriff (auf dem Bild 2 die Spitze der Pyramide). Endress+Hauser

arbeitet dabei eng mit SAP zusammen. Die Unternehmen sind darauf bedacht, die Systeme möglichst offen zu gestalten, so dass die Daten in Zukunft auch für Weiter entwicklungen nützlich bleiben. Quellen Der Artikel basiert auf Informationen, die anlässlich des Fachpressetags vermittelt worden sind, sowie verschiedenen Bro schüren des Unternehmens. www.ch.endress.com

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Offene Systeme Die Digitalisierung beherbergt, wie bereits erwähnt, Risiken. Sie birgt aber auch grosse Chancen für die Industrie. Bereits heute sind rund 90 Prozent der Feldgerä

Alliance 4.0 An der Hannover Messe 2019 haben sieben führende Unternehmen aus Ma schinenbau, Industrieautomatisierung und Software die Gründung der Open Industry 4.0 Alliance angekündigt. Sie wollen mit dieser Kooperation proprie täre Insellösungen überwinden und der digitalen Transformation der europäi schen Industrie den entscheidenden Schub geben. Mehr zur Open Industry 4.0 Alliance auf www.openindustry4.com. Quelle: Medienmitteilung Endress+Hauser

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Eine Weltneuheit

Neues Kältemittel ersetzt R23 Die nächste Stufe der EU-Kältemittelregulierung greift ab dem 1. Januar 2020. Bisher fehlen bei Tiefkälte-Anlagen zur Umweltsimulation Alternativen zum nur noch eingeschränkt erlaubten Kältemittel R23. Weiss Technik stellt das völlig neu entwickelte Kältemittel WT69 in einem Klimaschrank vor. WT69 hat ein um über neunzig Prozent reduziertes Treibhausgaspotenzial (GWP) im Vergleich zum Kältemittel R23. Es macht keine Kompromisse bei Performance, Anwendung und Wirtschaftlichkeit und ist nicht brennbar, toxisch noch korrosiv.

Bilder: Weiss Technik

Das neue, zukunftssichere Kältemittel WT69 wird bis Ende des Jahres in allen kompakten ClimeEvent Standard-Klimaprüfschränken mit einer Abkühlrate von drei und fünf Kelvin eingesetzt werden (siehe Bild 1). Ab dem Jahr 2020 werden auch Sondervarianten wie Vibrationsschränke und grössere Klimaprüfkammern mit Temperaturwechselraten bis zwanzig Kelvin umgestellt. Janko Förster, Leiter Produktmanagement, erklärt dazu: «WT69 ist nicht einfach ein weiteres Kältemittel, sondern eine echte Innovation im Tiefkältebereich, die technologische, ökologische und wirtschaftliche Anforderungen gleichermassen optimal erfüllt und R23 damit ersetzt.»

Unabhängiger Vertrieb und Produktion WT69 ist das Ergebnis eines mehrjährigen Entwicklungsprozesses von Weiss Technik im Verbund mit der Technischen Universi44

Bild 1: Der Premiumschrank ClimeEvent enthält jetzt WT69 als Ersatz zu R23.

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PUBLIREPORTAGE

Bild 2: Die Fähigkeit des Klimaschrankes, dem Prüfling Wärme zu entziehen, bleibt gleich. Es sind keine Unterschiede zwischen den Kältemitteln R23 und WT69 festzustellen.

tät Dresden. Die Technischen Gase und Gastechnik GmbH Tega wird das neue Kältemittel unabhängig produzieren und den Vertrieb übernehmen. Dies ermöglicht den sicheren und fachgerechten Umgang mit WT69 von der Produktion über die Abfüllung bis hin zu Vertrieb und Transport.

Zum Hintergrund Die Kältemittelregulierung für fluorierte Treibhausgase verschärft die Auflagen für Hersteller von Anlagen mit FKW-Kältemitteln deutlich und bedeutet neue Anforderungen für Betreiber von Bestandsanlagen hinsichtlich ihrer Prüf- und Dokumentationspflichten. Darüber hinaus wird sich R23 aufgrund der Quotenregelung weiter verknappen und verteuern. Als einer der weltweit führenden Spezialisten für Umweltsimulations-Prüfsysteme hat Weiss Technik diese Auswirkungen frühzeitig erkannt und mit der Entwicklung eines eigenen Kältemittels für Anlagen im Tiefkältebereich begonnen.

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Bild 3: Die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur ist bei WT69 bis unter –55 °C besser als bei R23.

Dabei wird das Kältemittel frei am Markt verfügbar sein und kann bei Bedarf auch in anderen Anlagen eingesetzt werden.

Chemische Grundlagen Bei der Entwicklung von WT69 wurde zunächst untersucht, ob ein natürlich vorkommender Reinstoff alternativ zu R23 für die klimatechnischen Anforderungen in Frage kam. Da dies nicht der Fall war, wurde geprüft, welche Verbindung von Kohlenstoffdioxyd mit den Vorteilen von Kohlenwasserstoffen die gestellten Anforderungen erfüllt. Die gesuchte Mischung musste sehr tiefe Temperaturen erreichen, aber auch bei Temperaturen von mehr als 180 Grad Celsius chemisch bzw. thermisch stabil sein. In diesem Zusammenhang mussten die Parameter Gefriertemperatur, Brennbarkeit und Dampfdruckkurve so optimiert werden, dass WT69 über den gesamten Temperaturbereich nicht brennbar oder explosiv ist und mit dem gleichen Systemdruck der bestehenden Anlagen betrieben werden kann. Diese Eigenschaften wurden über drei Jahre in mehr als 100 000 Teststunden in zwanzig Anlagenkonfigurationen bestätigt.

Alle Vorteile im Überblick WT69 hat gegenüber R23 einen um mehr als neunzig Prozent reduzierten

Treibhausgaspotenzial (GWP) (1357). Es ist unabhängig zertifiziert und erfüllt alle Anforderungen an ein zukunf ts sicheres Kältemittel für Anwendungen bis –70 Grad Celsius. Alle Prüfprofile können auch weiterhin benutzt werden, die Ergebnisse bleiben vergleichbar. Als normales synthetisches Kältemittel sind keine Sicherheitsbetrachtung, separate Kühlung oder erhöhte Kältemittelmengen notwendig. WT69 ist zuverlässig verfügbar und hat keine ozonschädigende Wirkung. Es ist nicht toxisch (Sicherheitsdatenblatt freigegeben), nicht brennbar (A1/A1 durch ASHRAE freigegeben), nicht korrodierend und chemisch stabil. Marketingleiter Steffen Hönlinger fasst die Vorteile von WT69 wie folgt zusammen: «Wir freuen uns, mit WT69 einen neuen Branchenmassstab im Bereich umweltschonender Tiefkältemittel zu setzen und wieder einmal Vorreiter für unsere Kunden zu sein.»

Kontakt Weiss Technik AG Brügglistrasse 2 CH-8852 Altendorf +41 55 256 10 66 Info.ch@weiss-technik.com www.weiss-technik.ch

FORSCHUNGSWELT

Am Computer erzeugt

Künstliches Erbgut eines Bakteriums ETH-Wissenschaftler entwickelten eine neue Methode, welche die Herstellung von grossen DNA-Molekülen mit vielen hundert Genen enorm vereinfacht. Sie erzeugten damit das erste vollständig künstliche Genom eines Bakteriums. Die Methode hat das Potenzial, die Biotechnologie zu revolutionieren. Gleichzeitig könnte sie aber auch Grundlage für wichtige Diskussionen in der Wissenschaft und Gesellschaft bilden.

Caulobacter crescentus ist ein harmloses Süsswasserbakterium, das weltweit in Gewässern vorkommt. Alle weltweit bekannten Genomsequenzen von Organismen sind in einer Datenbank des amerikanischen Zentrums für Biotechnologie-Information gespeichert. Nun gibt es dort einen zusätzlichen Eintrag, jenen zu Caulobacter ethensis-2.0. Es ist das weltweit erste komplett am Computer erzeugte Genom eines Lebewesens, erstellt von Wissenschaftlern der ETH Zürich. Betonen muss man allerdings: Von C. ethensis-2.0 existiert bisher nur das Genom – reell, in Form eines Chromosoms, also eines sehr grossen DNA-Moleküls. Einen dazugehörigen Organismus gibt es noch nicht. C. ethensis-2.0 fusst auf dem Genom eines gut untersuchten und harmlosen Süsswasserbakteriums: Das Bakterium Caulobacter crescentus kommt weltweit natürlicherweise in Gewässern vor, unter anderem im Zürichsee. Krankheiten verursacht es keine. Auch ist C. crescentus ein in Forschungslabors häufig verwendeter Modellorganismus, mit dem Wissenschaftler das Leben von Bakterien erforschen. Das Genom dieses Bakteriums umfasst viertausend Gene. Wissenschaftler haben vor Jahren gezeigt, dass davon nur rund 680 essenzielle Gene zwingend benötigt werden. Bakterien mit diesem Minimalgenom sind im Labor überlebensfähig.

Verkürzte DNA-Sequenz Beat Christen, Professor für experimentelle Systembiologie an der ETH Zürich, und sein Bruder Matthias Christen, Chemiker an der ETH Zürich, nahmen dieses Minimalgenom von C. crescentus als Aus46

Bild: ETH Zürich / Jonathan Venetz.

Fabio Bergamin

Das weltweit erste komplett am Computer erzeugte Genom eines Lebewesens.

gangspunkt. Sie setzten sich zum Ziel, dieses als zusammenhängendes Chromosom von Grund auf chemisch zu synthetisieren. Eine solche Aufgabe war bisher mit einem immensen Aufwand verbunden: Für das vom amerikanischen Genetikpionier Craig Venter vor elf Jahren präsentierten chemisch synthetisierten bakteriellen Genom arbeiteten laut Medienberichten zwanzig Wissenschaftler während zehn Jahren. Die Projektkosten sollen vierzig Millionen Dollar betragen haben. Während Venter sein bakterielles Genom 1:1 kopierte, veränderten die ETH-Forscher ihr Genom bewusst mithilfe eines Computeralgorithmus wesentlich, einerseits um es sehr viel einfacher herstellen zu können, andererseits, um damit grundlegenden Fragen der Biologie nachgehen zu können. Um ein so grosses DNA-Molekül wie ein Bakteriengenom herzustellen, müssen Wissenschaftler schrittweise vorgehen. Im Fall des Caulobacter-Genoms synthetisierten die ETH-Wissenschaftler 236 Genom-Teilstücke, welche sie anschliessend

zusammensetzten. «Nicht immer ist die Synthese dieser Teilstücke einfach», erklärt Matthias Christen. «Denn DNA-Moleküle haben nicht nur die Fähigkeit, sich an andere DNA-Moleküle zu heften, sie können je nach Bausteinabfolge auch Schlaufen und Knäuel mit sich selbst bilden, was die Herstellung erschweren oder verunmöglichen kann.» Um die Genom-Teilstücke möglichst einfach synthetisieren und um die Teilstücke anschliessend möglichst rationell zusammenfügen zu können, haben die Wissenschaftler die Genomsequenz vereinfacht, ohne dabei die eigentliche genetische Information (auf der Ebene der Proteine) zu verändern. Spielraum für Genom-Vereinfachungen ist vorhanden, weil die Biologie beim Speichern genetischer Information Redundanzen kennt. Beispielsweise gibt es für viele Proteinbausteine (Aminosäuren) zwei, vier oder noch mehr genetische Möglichkeiten, um die Proteinbaustein-Information zu definieren. Der von den ETH-Wissenschaftlern entwickelte Algorithmus nützt diesen Spielraum optimal aus. Mit ihm berechneten die For6/2019

Kann das Erbgut eines lebenden Bakteriums bald am Computer nach Belieben verändert werden?

scher die für Synthese und Zusammenbau ideale DNA-Sequenz, welche sie für ihre Arbeit schliesslich auch benutzten. Dies führte dazu, dass die Wissenschaftler in der DNA-Baustein-Abfolge des Minimalgenoms sehr viele winzige Änderungen vornahmen, die in ihrer Gesamtheit jedoch beträchtlich sind: Mehr als ein Sechs tel aller 800 000 DNA-Bausteine sind im künstlichen Genom gegenüber dem «natürlichen» Minimalgenom verändert. «In unserem Genom ist die Abfolge der DNA-Bausteine neu und gegenüber der ursprünglichen Abfolge nicht mehr wiederzuerkennen, die biologische Funktion auf Ebene der Proteine bleibt jedoch dieselbe», sagt Beat Christen. Das umgeschriebene Genom ist auch biologisch interessant. «Unsere Methode ist ein Lackmustest, um zu überprüfen, ob wir Biologen die Genetik richtig verstanden haben, und sie erlaubt uns, allfällige Wissenslücken zu entdecken», erklärt Beat Christen. Denn in dem umgeschriebenen Genom sind zwangsläufig nur Informationen enthalten, welche die Forscher auch verstanden haben. Allfällige zusätzliche in der DNA-Sequenz «versteckte» und von der Wissenschaft noch nicht verstandene Informationen wären durch die Neucodierung verloren gegangen. Zu Testzwecken stellten die Wissenschaftler Bakterienstämme her, welche sowohl das natürliche Caulobacter-Genom als auch Teilbereiche des neuen künstlichen Genoms enthalten. Indem die Forscher in diesen Bakterien einzelne natürliche Gene funktionsunfähig machten, konnten sie die Funktion der künstlichen Gene überprüfen. Sie testeten in mehreren Schritten jedes der künstlichen Gene. 6/2019

In diesen Experimenten fanden die Forscher, dass nur rund 580 der 680 künstlichen Gene funktionsfähig sind. «Mit dem gewonnenen Wissen wird es uns jedoch möglich sein, unseren Algorithmus zu verbessern und eine voll funktionsfähige Genom-Version 3.0 zu entwickeln», sagt Beat Christen.

Bald Bakterium mit künstlichem Genom? «Auch wenn die derzeitige Genom-Version noch nicht perfekt ist, so zeigt unsere Arbeit dennoch, dass biologische Systeme so einfach aufgebaut sind, dass wir sie in Zukunft am Computer nach unseren Zwecken definieren und anschliessend bauen können», sagt Matthias Christen. Und dies auf vergleichbar einfache Weise, wie Beat Christen betont: «Was mit Craig Venters Technologie zehn Jahre dauerte, erreichte unsere kleine Gruppe mit unserer neuen Technologie innerhalb eines Jahres mit Herstellungskosten von 120 000 Schweizer Franken.» «Wir glauben, dass es bald auch möglich sein wird, aus einem solchen Genom funktionsfähige bakterielle Zellen herzustellen», sagt Beat Christen. Das hat ein grosses Potenzial. Zu möglichen künftigen Anwendungen gehören synthetische Mi kroorganismen, die in der Biotechnologie zum Einsatz kommen könnten, etwa zur Herstellung von komplexen pharmazeutisch wirksamen Molekülen oder Vitaminen. Die Technologie ist universell auf alle Mikroorganismen anwendbar, nicht nur Caulobacter. Auch die Herstellung von Impfstoffen auf DNA-Basis ist denkbar. «So vielversprechend die Forschungsresultate und möglichen Anwendungen auch

sind, verlangen sie eine tiefgreifende gesellschaftliche Diskussion darüber, zu welchen Zwecken diese Technologie angewandt werden darf, und damit verbunden, wie Missbräuche verhindert werden können», sagt Beat Christen. Noch ist unklar, wann es das erste Bakterium mit künstlichem Genom geben wird – klar ist jetzt aber, dass es entwickelt werden kann und wird. «Diese Zeit müssen wir nun für intensive Diskussionen unter Wissenschaftlern, aber auch mit der ganzen Gesellschaft nutzen. Wir sind bereit, uns hier mit unserem ganzen Wissen intensiv einzubringen.» Originalpublikation J. E. Venetz, L. Del Medico, A. Wölfle, P. Schächle, Y. Bucher, D. Appert, F. Tschan, C. E. Flores-Tinoco, M. van Kooten, R. Guennoun, S. Deutsch, M. Christen, B. Christen, «Chemical synthesis rewriting of a bacterial genome to achieve design flexibility and biological functionality», PNAS 2019, doi: 10.1073/pnas.1818259116 Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 42 44 news@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

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Schwimmende Forschungsstation

Den Genfersee durchleuchten

Wasser zum Trinken und Bewässern; Lebensraum für Fische, Pflanzen und Kleintiere; Erholungsraum für uns: Seen sind für Mensch und Natur einzigartig. Doch die empfindlichen Ökosysteme sind unter Druck. Neben der veränderten Landnutzung sowie Einträgen von Nähr- und Schadstoffen beeinflusst auch der Klimawandel die Seen in unseren Alpenregionen: Weil sich das Seewasser laufend erwärmt, verstärkt sich die Schichtung der Seen und die Zusammensetzung des Planktons verändert sich. Beispielsweise sorgen sich Forschende, dass sich Blaualgen (Cyanobakterien) künftig stark ausbreiten und das Trinkwasser und die Fischerei beeinträchtigen würden. «Seen agieren über nationale Grenzen hinaus als empfindliche Frühwarnsignale für Umweltveränderungen», sagt Gewässerphysiker und Mitglied der Eawag-Direk tion Johny Wüest, der das Projekt «LéXPLORE» gemeinsam mit seinem Kollegen Bas Ibelings von der Universität Genf ini tiierte. Solchen Veränderungen und deren wissenschaftlichen Hintergründen will das Forscherteam nun mithilfe von «LéX PLORE» nachgehen. «Diese Plattform ist weltweit die modernste schwimmende Forschungsstation auf einem See», sagt 48

Bilder: Natacha Pasche

Neu treibt die gut 100 Quadratmeter grosse Forschungsplattform namens «LéXPLORE» auf dem Genfersee. Mit an Bord: Unzählige Sonden und Sensoren, mit deren Hilfe Forschende der Eawag, EPFL und den Universitäten Lausanne und Genf ökologische Vorgänge im Genfersee sowie die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Atmosphäre verstehen wollen.

Arbeiten während der Installation der Plattform auf dem Genfersee.

LéXPLORE ist ein gemeinsames Projekt der Eawag, EPFL sowie den Universitäten Genf und Lausanne. Das Projektteam wird eng mit den Interessengruppen zusammenarbeiten, etwa mit der Internationalen Kommission zum Schutz des Genfersees (CIPEL). Die Plattform soll allen interessierten Gewässerforschern international zugänglich sein – insbesondere auch den Partnern in Frankreich. Ausserdem sollen alle Bürgerinnen und Bürger in Echtzeit Zugriff haben auf die Online-Messungen wie meteorologische Bedingungen, Seetemperatur und Wasserqualität.

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Natacha Pasche, Limnologin und Projektverantwortliche an der EPFL. Bis im Jahr 2026 wird die Forschungsstation in der Nähe von Pully (VD) in Betrieb sein und so stündliche, jahreszeitliche sowie langfristige Veränderungen aufzeichnen. Das Projektteam will mit den Nutzern des Sees zusammenarbeiten: Berufsfischer, Schifffahrt, Naturschutz und Behörden sowie Forschende und anderweitig Interessierte sollen umgehend Daten und neue Erkenntnisse nutzen können.

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Technisches Kunststück Nachdem die Forschenden die Plattform im Dezember 2018 im Kanal von Bouveret auf Herz und Nieren getestet hatten, wurde sie gestern im See verankert. «Das war nicht ganz einfach», betont Natacha Pasche, denn die Verankerungen seien bis zu 140 Meter tief. In den nächsten Monaten werden sämtliche Messinstrumente und Dutzende von Sensoren installiert. Dabei wird eine Wetterstation täglich Temperaturen und Winde registrieren, Sensoren erfassen Strömungsgeschwindigkeiten sowie Licht, Turbulenzen, Sauerstoff, Kohlendioxid, verschiedene Algengruppen und diverse natürliche und künstliche Substanzen. «Es dürfte noch eine Weile dauern, bis alles einwandfrei funktioniert», sagt Pasche. «Aber wir können es kaum erwarten, endlich mit den Messungen zu beginnen und dem See seine Geheimnisse zu entlocken.»

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Vielleicht gedeihen Nutzpflanzen dank den Erkenntnissen zukünftig auch an ungünstigen Stellen.

Wenn die Entwicklung gestört wird

Wie Pflanzen unter Stress kommunizieren Forschende untersuchten die Vorgänge innerhalb einer Zelle. Sie konnten ein Schlüsselprotein identifizieren, dass für den optimalen Import von bestimmten Proteinen in die Chloroplasten verantwortlich ist. Fehlt dieses zentrale Protein, gelangen die Biomoleküle nicht mehr in die Chloroplasten. Die entsprechende Zelle gerät in einen Stresszustand, den sie mit allen Mitteln zu bewältigen versucht.

Pflanzen sind über die Wurzeln im Boden verankert und können somit nicht vor unvorteilhaften oder gar lebensbedrohenden Umweltbedingungen flüchten. Diesen scheinbaren Nachteil kompensieren sie durch eine ausgeklügelte Wahrnehmung von sich ändernden Umweltfaktoren. Sie begegnen diesen Veränderungen mit der schnellen Ausbildung von Abwehr- und Schutzmassnahmen. Um diese Massnahmen in Gang zu setzen – etwa bei Trockenheit, wechselnden Lichtintensitäten oder Temperaturen –, ist die Kommunikation innerhalb der Zelle (intrazellulär) zwischen den Organellen von zentraler Bedeutung.

ein wesentlicher Beitrag zur Aufklärung der Funktion eines bislang unbekannten Faktors gelungen, der für die intarzelluläre Kommunikation wichtig ist. Es handelt

sich dabei um das Protein Genomes Uncoupled 1 (GUN1), welches die Forschenden als zentrale Komponente im Kommunikationsprozess identifiziert ha-

Plastiden, Mitochondrien und Zellkern Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Arbeitsgruppe von Prof. Ralph Bock am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm, Wissenschaftlern der Oxford University sowie der Humboldt-Universität zu Berlin ist 50

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Zellen einer Pflanze unter dem Mikroskop. Die grünen Kreise sind die Chloroplasten. Sie sind die Kraftwerke der Photosynthese. Ihre Farbe verdanken sie dem Chlorophyll.

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Hitzeschockproteine Das sind Proteine, die die Zellen bilden, wenn sie einer erhöhten Temperatur oder anderen zellulären Stressfaktoren ausgesetzt werden. Sie werden nach ihrem Molekulargewicht eingeteilt. Die Bezeichnungen Hsp70 und Hsp90 stehen für die jeweiligen Molekulargewichte von 70 bzw. 90 Kilodalton (kDa).

ben – insofern die Entwicklung der Pflanze gestört wird. Die intrazelluläre Kommunikation von Pflanzen spielt sich zwischen den Organellen Plastiden und Mitochondrien sowie dem Zellkern ab. Die Organellen sind vor allem für die zelluläre Energiegewinnung durch Photosynthese und Atmung zuständig. Sie senden Signale an den Zellkern, um die Bildung von Proteinen in Gang zu setzen, die unter anderem den Aufbau des Photosyntheseapparates und die Biosynthese von Chlorophyll in den Chloroplasten ermöglichen. Die an diesem Prozess der sogenannten retrograden Kommunika-

tion beteiligten Signale wurden vor mehr als 30 Jahren postuliert, jedoch konnten erst in den letzten Jahren Zugänge gefunden werden, um ihre molekulare Identität aufzuklären. Die Forschenden konnten nachweisen, dass das GUN1-Protein in den Plastiden als eine zentrale Komponente für den Import zellkernkodierter Proteine in die Chloroplasten agiert, wenn die Entwicklung der Pflanze durch Stress gestört wird. Dazu haben sie Mutanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eingesetzt. Diese Pflanze ist das bevorzugte Forschungsobjekt der molekularen Pflanzenwissenschaftler. Den mutierten Pflanzen fehlt das GUN1-Protein. Sie konnten beobachten, dass in den Mutanten nicht genügend Proteine in die Chloroplasten transportiert wurden. Zusätzlich aktivierten die Mutanten Gene für die Produktion von Stressproteinen (hier sogenannte Hitzeschock-Proteine Hsp70 und Hsp90). Damit versuchten sie zu verhindern, dass die Proteine, die nun nicht wie üblich in die Chloroplasten eingeschleust worden sind, anderweitig Schäden in der Zelle anrichten. Die gemeinsamen Arbeiten zeigen, dass das GUN1-Protein für die itrazelluläre Kom-

munikation und den optimalen Import von Proteinen in die Chloroplasten insbesondere unter Stressbedingungen von grosser Bedeutung ist. Die Erkenntnisse eröffnen auch neue Möglichkeiten, die Anpassung von Nutzpflanzen an ungünstige Umweltbedingungen zu verbessern. Originalpublikation Guo-Zhang Wu, E. H. Meyer, A. Richter, M. Schuster, Qihua Ling, M. A. Schöttler, D. Walther, R. Zoschke, B. Grimm, R. P. Jarvis, R. Bock, «Control of retrograde signalling by protein import and cytosolic fol ding stress», Nature Plants, (2019); DOI: 10.1038/s41477-019-0415-y

Kontakt Prof. Dr. Ralph Bock Max Planck Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie Am Mühlenberg 1 D-14476 Potsdam-Golm +49 331 567 8700 rbock@mpimp-golm.mpg.de www.mpg.de

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VERFAHRENSTECHNIK

Dream-Team für Hitze und Kondensat

Neues Messsystem optimiert Destillation In der Herstellung von Zusatzstoffen für Kunststoffe überwachen Differenzdruckmesssysteme die Füllstände. Die klassische Variante solcher Messysteme arbeitet mit silikonölgefüllten Kapillarleitungen, die – im Falle einer Havarie – mit dem Medium in Kontakt kommen könnten. Höchste Sicherheit bieten dagegen elektronische Differenzdruck-Messsysteme in der Kombination aus keramischer und metallischer Vega-Messzelle. Bei der BASF am Standort Kaisten AG sind nun diese neuartigen Messysteme in Betrieb.

Claudia Homburg ¹ Schon seit über 100 Jahren werden Kunststoffe industriell hergestellt. Doch, wer etwa seine Kindheit in den 70er- oder 80er-Jahren verlebte, weiss, dass Plastik von einst wenig mit heutigen Spezialkunststoffen gemein hat. Schnell vergilbten die begehrten Indianer- und Cowboy-Spielzeugfiguren und mancher Legostein wurde spröde. Kunststoffe altern durch thermo-oxidativen Abbau, also unter Einfluss von Wärme und Sauerstoff. Dass sie heute lange farbecht und elastisch, hochglänzend oder abriebfest, glasklar und selbst hitzebeständig sind, verdanken sie verschiedensten Additiven.

Bei der Herstellung solcher Zusatzstoffe, wie etwa Antioxidantien, spielt der Dampfdruck von Flüssigkeiten eine entscheidende Rolle. Deren präzise Messung leistet bei der BASF nicht nur einen Beitrag zur hocheffizienten Steuerung der Spezialverfahren, sondern gibt zusätzlich Hinweise, wie prozesstechnische Bauteile optimiert und die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden kann. Es gilt: je genauer die Werte, desto klarer die Vorgänge und desto höher das Optimierungspotenzial. Bei extremen Bedingungen mit aggressiven Substanzen und Säuren, die zu Anhaftungen an den Behälterwänden und schlammigen Ablagerungen neigen sowie bei Vakuum und starker Dampfentwicklung sind die zuverlässigen Messergebnisse der Vega-Druckmittler entscheidend.

¹ Vega Grieshaber KG, Schiltach

Bilder: Vega

Das Auge durch den Sturm

Bild 1: Am besten meistern keramische und metallische Messzelle gemeinsam die Herausforderungen im oberen und unteren Reaktorbereich.

Silikonölfreie Messung Kamen hier zur Füllstandmessung bislang klassische Differenzdrucksysteme zum Einsatz, so entschieden sich die Messund Regeltechniker der BASF in Kaisten nun für den Austausch ihrer Instrumentierung. Sie stellten ihren Prozess auf elek tronischen Differenzdruck um, der ohne Kapillarleitungen und somit ohne mechanische Druckmittler silikonölfrei arbeitet. Nicht zuletzt dank keramischer Messzelle ist dieses System für Vakuum und hohe Temperaturen prädestiniert. «Die Entscheidung für elektronischen Differenzdruck auf der Basis keramischer Certec-Messzellen lag nahe, weil diese

abrasiven Substanzen zuverlässig standhalten. Unsere Anlage läuft komplett automatisiert und wird 7 Tage die Woche zu 24 Stunden betrieben», betont Markus Stoll, BASF-Leiter Fachwerkstätten EMSR, der mit seinem Team für eine höchstmögliche Anlagenverfügbarkeit sorgt.

Begehrte Zusatzstoffe BASF ist einer der führenden Hersteller von Kunststoffadditiven mit Produktionsstätten rund um den Globus. In Kaisten werden diese grossvolumigen Substanzen von rund 260 Mitarbeitern produziert und gelangen von hier aus in Kunststoffe und Schmieröle. Unter exakt definierten Druck6/2019

VERFAHRENSTECHNIK

Bilder 2 und 3: Elektronischer Differenzdruck arbeitet ohne Kapillarleitungen silikonölfrei und mit geringem Installationsaufwand.

verhältnissen werden die Einsatzstoffe in mehreren chemischen Reaktionsschritten in entsprechende Additive umgesetzt. Eine

vollautomatische Prozesssteuerung erfasst jeden Messwert kontinuierlich und sorgt für die exakten Dosierungen wie auch den

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hocheffizienten Betrieb der Anlage. Zuverlässigkeit ist entscheidend, denn das Endprodukt ist ein für BASF essenzielles Zwischenprodukt. Zu etwa 80 % wird es in Folgestufen weiterverarbeitet. Steht dieser Bereich still, dann mit weitreichenden Folgen. «Jeder noch so kleine Ausfall», beschreibt Stoll, «unterbricht einen komplexen Prozess. Ganz praktisch bedeutet dies für uns: Wochenend- und Mehrarbeit.» Aufwendige Neuabgleiche und akribische Analysen sind dann fällig. Stoll weiss, wovon er spricht. Driftet ein Messwert ab, so passiert dies oft schleichend. Die eigentliche Arbeit ist es dann, dem «schwer plausiblen» Fehler auf die Spur zu kommen. Ungenaue Messwerte, sagt er, müssten unter allen Umständen vermieden werden.

Bitte keine Experimente Eigentlich arbeiten Mess- und Regeltechniker nach dem Prinzip «Never change a

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good running system». Damit Prozesse rund laufen, müssen alle Produktionsparameter exakt aufeinander abgestimmt sein. Und so zeigte sich bei der Einführung neuer, ölfreier Druckmesstechnik auch bei BASF manche Besonderheit erst im Zuge der Umstellung. Eine Destillation, so auch die einer Reaktionsmischung unter Vakuum, beruht auf unterschiedlich hohen Siedepunkten der beteiligten Flüssigkeiten und auf deren verschiedenen Dampfdrücken. Die erwünschte Trennwirkung kommt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Flüssigkeiten und des Dampfes zustande. Bei jeder Differenzdruckmessung sind die Druckmittler exakt auf die zu überwachenden Medien abgestimmt: So werden den Messzellen etwa zum Schutz vor hohen Temperaturen oder Feuchtigkeit spezielle Trennmembranen vorgeschaltet.

Ein System für zwei Extreme Die robuste keramische Certec-Messzelle zeigte sich im BASF-Vakuumreaktor ideal für die – auch hygienisch einwandfreie – Anwendung am heissen, aggressiven Lösemittel im unteren Reaktorteil. Im oberen Reaktorbereich hingegen herrschten ganz andere Bedingungen: Hier sorgte der extreme Dampf für Kondensat auf der Messzelle und verursachte Ungenauigkeiten. Eine naheliegende, zunächst avisierte Lösung, das Differenzdrucksystem anstelle von keramischen Messzellen auf der Basis metallischer Metec-Messzellen einzusetzen, zeigte eine gegenläufige Problematik. Kondensat und Feuchtigkeit hatten keinerlei negativen Einfluss mehr. «Der obere Messwert blieb in allen Situationen plausibel und hochpräzise», erinnert sich Markus Stoll. Nun jedoch löste die hohe Temperatur des Lösemittels im unteren Reaktorbereich wiederholt Messwertdriften aus.

Dream-Team für Hitze und Kondensat Es brauchte Expertise, Experimentierfreudigkeit und vor allem das Hand-in-HandArbeiten zwischen der BASF-Abteilung Mess- und Regeltechnik und Jürgen Feser, dem zuständigen Key Account Manager bei Vega, bis beide der Überzeugung wa54

Bild 4: Etwa 40 km östlich von Basel liegt der BASF-Produktionsstandort Kaisten AG.

ren: «Jetzt läufts rund, jetzt passt alles!» Die verblüffende Lösung bestand in einem neuartigen elektronischen Messsystem – einer Kombination aus keramischer und metallischer Messzelle. Beide Druckmittler erfassen ihre jeweiligen Werte separat und berechnen deren Differenz im Mastersensor. Möglich macht dies eine baulich verwandte Geräteelektronik hinter den beiden ganz unterschiedlichen Messzellen. Sie funktionieren auch im gemischten Team hervorragend. «Für unsere Anwendung ist diese Verbindung ein echtes Dream-Team», zeigt sich Feser zufrieden. «Soweit ich weiss, bietet nur Vega diese Kombination.» Unter dem Strich ist das Ergebnis die «eine» Lösung für zwei He rausforderungen: Die keramische Messzelle meistert die hohen Temperaturen und aggressiven Substanzen im unteren Reaktorbereich. Im oberen Teil leistet die metallische Messzelle ganze Arbeit bei Kondensatbildung.

Wieso silikonölfrei? In den 70er-Jahren erklärten grosse Autokonzerne ihre Lackierstrassen fortan rigoros zu «silikonölfreien Zonen». Was steckte dahinter? Immer wieder war es beim Lackieren von Fahrzeugen zu rätselhaften Lackfehlern gekommen. Als Verursacher konnte schliesslich das Haarspray von Mitarbeitern dingfest gemacht werden. Zwar dürfte zwischenzeitlich deutlich weniger Haarspray im Einsatz sein als noch auf den interessanten Dauerwellen der 70er-Jahre. Vorschriften zur silikonölfreien Produktion sind jedoch

seither Standard in vielen industriellen Produktionsbereichen. Sie erstrecken sich über mechanische Einrichtungen, Bauelemente wie Rohre, Pumpen oder Schläuche und verlangen auch Zulieferern Garantien und Nachweise über deren silikonölfreie Produktion ab. BASF verzichtet am Standort Kaisten in vielen Herstellungsprozessen konsequent auf Silikone.

Fazit Auch der ausgeklügeltste Herstellungsprozess von Additiven ist immer so gut, wie es die Produktionsanlage erlaubt. Im Falle der Destillations-Reaktoren bei der BASF in Kaisten leisten die Sensoren von Druckmessumformern an unbehaglichen Orten ganze Arbeit: im unteren Kesselteil unter den hohen Temperaturen der aggressiven, anhaftenden Flüssigkeit und gleichzeitig im oberen Kesselteil bei dichten Kondensat. Eine perfekte Lösung für die ungleichen Prozessbedingungen in einem Behälter stellt eine spezielle Variante der elektronischen Differenzdruckmessung dar: bestehend aus keramischer Certecund metallischer Metec-Messzelle.

Kontakt Vega Messtechnik AG Barzloostrasse 2 CH-8330 Pfäffikon ZH +41 44 952 40 00 info.ch@vega.com www.vega.com

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Bild: Adobe Stock

VERFAHRENSTECHNIK

Milchpulver für Säuglinge und Kleinkinder.

Pumpenanwendung in der Lebensmittelindustrie

Milchpulver ohne Rekontamination Hersteller von Baby- und Kleinkindnahrung auf Milchbasis müssen bei ihren Produkten auf höchste Reinheitsstandards sowie konstante Qualität und auf eine optimale Prozesssicherheit im Werk achten. Das Risiko, dass hygienisch ungeeignete Anlagenkomponenten das Enderzeugnis rekontaminieren, ist gross. Um dieser Gefahr besser entgegenzuwirken, schaffte die Hochdorf Swiss Nutrition AG – ein Schweizer Produzent von Früh- und Folgemilch – eine neue hygienegerechte Hochdruckpumpe an.

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Kontaminationsrisiko durch Kolbenpumpe war zu hoch Das fertige, konzentrierte Halbfabrikat wird anschliessend zur weiteren Verarbeitung in einen Reinraum befördert, in dem die abschliessende Trocknung stattfindet. Für diesen wichtigen Schritt wurde bisher eine Kolbenpumpe eingesetzt, die jedoch aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise nicht optimal für die Anwendung geeignet war. «Da die Kolben der Pumpe mit Wasser gekühlt werden mussten, bestand ein hohes Rekontaminationsrisiko für das Fertigprodukt, das im Fall einer Kontamination nicht verkauft werden kann und entsorgt werden muss. Aus diesem Grund suchten wir nach einer Lösung, die ohne eine Kolbenspülung auskommt», führt der Plant Manager weiter aus. Die Wahl fiel auf eine Triplex G3F Prozess-Membranpumpe des erfahrenen

Bilder: Lewa GmbH

«Aufgrund der hohen Hygieneanforderungen an die Produktion von Kinder- und Säuglingsnahrung sind ständig Anpassungen an neue gesetzliche Vorgaben notwendig», erklärt der verantwortliche Plant Manager der Hochdorf Swiss Nutrition AG. «Es ist daher essentiell, die einzelnen Komponenten in unserem Werk perfekt aufeinander abzustimmen, damit höchste Reinheitsvorgaben erfüllt und darüber hinaus eine konstante Produktqualität gewährleistet werden. Aus diesem Grund waren die Referenzen von Lewa zu ähnlich hygienisch anspruchsvollen Anwendungen wichtig bei der Entscheidungsfindung für die Membranpumpentechnologie.» Dies gilt besonders in der Produktion von Spezialmilchpulver für Säuglinge und Kleinkinder. Hierbei wird im ersten Schritt unter produktschonenden Vakuumbedingungen ein Milchkonzentrat hergestellt, welches in Bezug auf die Hygiene sehr kritisch ist.

Für die Förderung von Milchpulverkonzentrat wird bei Hochdorf seit Kurzem eine Triplex G3F hygienic Prozess-Membranpumpe des erfahrenen Pumpenherstellers Lewa eingesetzt.

VERFAHRENSTECHNIK

Die G3F verfügt über insgesamt drei speziell für die aseptische Anwendung bei Hochdorf ausgewählte M9-Pumpenköpfe. Diese zeichnen sich durch ihre PTFE-Sandwichmembranen aus, die eine hohe Betriebssicherheit bei vergleichsweise geringem Wartungsaufwand garantieren.

Pumpenherstellers Lewa. Mit seinen Tri plex-Aggregaten hat das Unternehmen eine Pumpenreihe im Repertoire, die speziell für die hohen Drücke sowie Förderströme des lebensmittel- und fettverarbeitenden Bereichs ausgelegt ist, so dass die geforderte Durchsatzmenge von 4000 l/h bei 250 bar kein Problem darstellte. Zudem verfügt die G3F über insgesamt drei speziell für die aseptische Anwendung bei Hochdorf ausgewählte M9-Pumpenköpfe. Diese zeichnen sich durch ihre PTFE-Sand-

wichmembranen aus, die eine hohe Betriebssicherheit bei vergleichsweise geringem Wartungsaufwand garantieren. Die hermetische Dichtheit der Pumpe mit entsprechender Systemanbindung sorgt dabei für eine sterile Förderung des Produkts. Sämtliche fluidberührten Oberflächen bestehen aus hochfestem DIN 1.4571-Edelstahl und sind gemäss der Hygieneanforderungen mit einer Oberflächenrauheit von Ra < 0,5 µm ausgeführt. «Auf der Saug- sowie Druckseite befindet sich eine Sammelverrohrung, welche auf Kundenwunsch mit Drucktransmitter in aseptischer Ausführung versehen wurde», erklärt Pietro Pettoruto, Vice Director bei Lewa Schweiz. «Sowohl Sammelleitung als auch Flansche wurden zur besseren Reinigbarkeit mit einer Oberflächenrauheit von Ra < 0,8 µm ausgeführt. Somit kann, gemäss der gewünschten Hygienic-Design-Vorgabe, höchste Betriebssicherheit gewährleistet werden.»

Triplex-Triebwerk als Garant für hohe Leistungsfähigkeit «Die Grundlage der Triplex-Baureihe von Lewa bildet das spezielle Triebwerk: Dank seiner Robustheit ist es für unterschiedlichste Bereiche in der Prozess- sowie Lebensmittelindustrie geeignet», so Pettoruto. «Die Triplex-Pumpe ist für den Dauerbetrieb konstruiert, um langfristig einen unterbrechungs- und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.» Das Triebwerksgehäuse ist einteilig und mit vertikal angeflanschtem Motor ausgeführt. Durch diese Bauart können die erforderlichen Komponenten wie Lager und Dichtungen auf ein absolutes

Minimum reduziert werden. Das Ergebnis ist ein kompaktes sowie platzsparendes Design, welches der zur Verfügung stehenden Fläche im Werk gerecht wird. «Die Pumpe kommt direkt nach dem Erhitzungs- und Homogenisierungsprozess des Produktfluids zum Einsatz», erläutert Pettoruto. Das Produkt wird von der Prozessmembranpumpe anschliessend zum Sprühturm gefördert, in welchem das finale Säuglings- beziehungsweise Folgemilchpulver formuliert wird. «Obwohl höchste Genauigkeit hinsichtlich der Hygiene erforderlich war und Zeitdruck herrschte, verlief die Kooperation aller am Projekt Beteiligten reibungslos», zeigt sich Hochdorf zufrieden. Die Anlage wurde nach Finalisierung des Projekts im April 2017 in Betrieb genommen und läuft seither sehr zufriedenstellend. Die Gefahr durch Rekontamination konnte ebenfalls erheblich gesenkt werden.

Kontakt Hochdorf Swiss Nutrition AG Siedereistrasse 9 CH-6281 Hochdorf +41 41 914 65 65 swissnutrition@hochdorf.com www.hochdorf.com Lewa GmbH Ulmer Strasse 10 D-71229 Leonberg +49 7152 14 0 lewa@lewa.de www.lewa.de

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VERFAHRENSTECHNIK

Umwälzthermostate

Leistung ist nicht alles Viele Aufgaben im Forschungslabor und Prozesse in der Verfahrenstechnik benötigen eine exakte Temperaturführung. Die Auswahl des richtigen Temperiergerätes gestaltet sich allerdings nicht immer einfach. Werbeaussagen wie «extrem schnell» oder «hohe Kälteleistung» sind wenig aussagekräftig und ermöglichen keine objektive Beurteilung. Ebenfalls schwierig ist der Vergleich von Herstellerangaben, denn oft werden unterschiedliche Methoden zur Ermittlung solcher Werte verwendet.

Unterschiedliche Konzepte Vergleicht man die am Markt erhältlichen Flüssigkeitstemperiergeräte, stellt man fest, dass es zwei Konzepte gibt. Neben den offenen Badthermostaten gibt es die geschlossenen Temperiersysteme, auch als Prozessthermostate bekannt. Die letztgenannte Geräteklasse wurde vor über 25 Jahren erstmals mit dem «Unistat Tango» ins Leben gerufen. Das damals völlig neue Konzept dieser Geräte brachte einen grossen technologischen Fortschritt beim Temperieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bad- und Umwälzthermos taten arbeitete er mit einem geschlossenen Temperierkreislauf. Unistate sind sozusagen Umwälzthermostate ohne Temperierbad. Für die thermisch bedingte Volumenänderung ersetzt ein Ausdehnungsgefäss das konventionelle Bad, dort findet die Volumenänderung statt. Durch dieses Prinzip verringern sich die zu temperierenden Massen und damit erhöhen sich die Temperaturänderungsgeschwindigkeiten. Unistate sind aufgrund dieser Eigenschaften prädestiniert für Temperier aufgaben in der Prozess- und Verfahrenstechnik. Sie eignen sich unter anderem für Reaktoren, Autoklaven, Miniplant, Pilotanlagen, Reaktionsblöcke und Kalorimeter. 6/2019

Bilder: Huber

Eine gute Vergleichbarkeit von Produkten ist für Anwender essenziell. Die DIN 12876 definiert hierzu verschiedene Merkmale und Messmethoden, an denen sich die Kenndaten für Wärme- und Kältethermostate orientieren sollten. So erfasste Kenndaten ermöglichen einen zuverlässigen Vergleich der Leistungsfähigkeit.

Bild 1: Unistate erlauben eine effiziente Temperierung von extern angeschlossenen Applikationen (z. B. Reaktoren).

Auf die Kälteleistungsdichte kommt es an Bei der Frage nach der Dynamik eines Temperiergerätes wird meist die Heizbzw. Kälteleistung (kW) als Vergleichsgrösse herangezogen. Die im Thermostaten erzeugte Leistung ist allein jedoch nicht ausreichend für eine sinnvolle Bewertung. Ein ebenso wichtiger Aspekt ist die zu temperierende Masse. Für einen aussagekräftigen Vergleich ist daher die Kälteleistungsdichte (Watt pro Liter) gemäss DIN 12876 am besten geeignet. Grundsätzlich gilt: Je grösser die Kälteleistungsdichte, desto dynamischer (schneller) kann ein Thermostat auf einen Temperaturänderungsbedarf reagieren. Hierzu ein kleines Rechenbeispiel: Nehmen wir an, wir haben zwei Temperiergeräte unterschiedlicher Anbieter. Die Kälteleistung beider Geräte ist gleich, ebenso die Förderleistung (l/min) und beide Temperiergeräte sind an identischen

Bild 2: Beim Anschluss sollte darauf geachtet werden, dass geeignete Schläue verwendet werden und dass diese nicht gequetscht werden.

Applikationen (z. B. Glasreaktor) angeschlossen. Um eine Aussage der Dynamik (Abkühlzeit) machen zu können, nutzen wir folgende Formel: P = mc dT⁄dt P = Leistung; m = Gesamtmasse; c = spezifische Wärmekapazität; dT = Temperaturdifferenz; dt = Abkühlzeit Umgestellt auf die Abkühlzeit Zeit dt: dt = mc dT⁄P Hierbei ist bei gleicher Temperieraufgabe und Flüssigkeit der Ausdruck c dT⁄ P für beide Anwendungen gleich. Bei der Masse hingegen lohnt sich ein genauerer Blick. Wir stellen uns hierzu vor, Temperiergerät A hat eine Masse von 5 kg (Füllvolumen, nicht das Eigengewicht des Gerätes). Temperiergerät B hat eine Masse von 10 kg. Die Masse der externen Applika tion beträgt 5 kg. Im ersten Fall ergibt 57

VERFAHRENSTECHNIK

sich eine Gesamtmasse von 10 kg (internes Füllvolumen plus externe Applika tion), im zweiten Fall müssen 15 kg ab gekühlt (oder aufgeheizt) werden. Das Verhältnis ist 2:3, oder anders ausgedrückt: Man benötigt mit Temperiergerät A lediglich zwei Drittel der Zeit. Die Zeitersparnis liegt also bei 33 %. Das Beispiel zeigt, dass die Kälteleistung sicherlich eine wichtige Grösse ist. Allerdings sollte diese dann auf die eingesetzte Temperierflüssigkeitsmenge bezogen werden. Als Ergebnis erhält man die Kälteleistungsdichte und diese kann dann aussagekräftig verglichen werden (siehe DIN). Übrigens: Temperiergerät A spart auch jeweils ein Drittel der Temperierflüssigkeit und der Energie.

Druck oder Fördermenge? Ein weiteres Kriterium ist die Förderleistung der Umwälzpumpe. Diese hat starken Einfluss auf den Wärmestrom, der von einem Kältethermostaten aus der Temperierflüssigkeit abgeführt werden kann. Gemäss DIN ist die Kälteleistung bei voller Pumpenleistung zu messen. Bei reduzierter Pumpenleistung ist der Wärmeeintrag durch den Pumpenmotor geringer. Dies führt zu mehr Netto-Kälteleistung und ermöglicht tiefere Temperaturen. Wichtig für die meisten Anwendungsfälle ist nicht die Druckleistung (bar) sondern eine möglichst hohe Fördermenge (l/min). Denn bei der Temperierung geht es letztlich nicht darum, wie viel Leistung ein Thermostat erzeugt,

sondern viel mehr um die Effizienz der Wärmeübertragung zum Prozess. Generierte Leistung ist nutzlos, wenn diese nicht effizient zur Applikation übertragen wird. Umwälzpumpen sind idealerweise so ausgelegt, dass eine turbulente Strömung einen grossen Wärmeübergangskoeffizient (Alpha-Wert) und somit eine effiziente Wärmeübertragung an die internen Wärmetauscher (Verdampfer und Heizung) erzeugt. Bei über 90 % aller Anwendungen in der Praxis kommt Glas zum Einsatz (Reaktoren, Destillationsapparaturen, usw.). Der zulässige Systemdruck beträgt bei diesen Anwendungen maximal 0,5 bar. Unistat-Pumpen erzeugen deshalb bevorzugt Umwälzmenge statt Umwälzdruck und benötigen dazu i.d.R. eine deutlich geringere (Pumpen-)Motorleistung.

Installation und Anwendung Fast nebensächlich werden oftmals die Installation und der Aufbau des Gesamtsystems betrachtet. Dabei gibt es auch hier zahlreiche Aspekte, die unmittelbaren Einfluss auf die Temperierleistung haben. So wirken sich Qualität und Beschaffenheit der Temperierschläuche direkt auf die erzielbaren Leistungen aus. Für Unistate sind beispielsweise Metall-Temperierschläuche mit glatter Innenwand erhältlich. Diese Schläuche verbessern das Strömungsverhalten und somit die Wärmeübertragung – dadurch kann beim Aufheizen und Abkühlen Zeit gespart werden. Weitere Punkte mit negativer Auswirkung sind ge-

Bild 3: Die Auswahl der richtigen Umwälzpumpe ist entscheidend für eine gute Wärmeübertragung. In den meisten Anwendungsfällen ist die Förderleistung wichtiger als der Druck.

Bild 4: Der «Petite Fleur» ist der kleinste Unistat und ideal für das Forschungslabor.

quetschte Schlauchverbindungen, unnötig lange Verbindungswege oder ein gerin ger Querschnitt der Schläuche bzw. Schlauchadapter.

Fallstudien für Leistungsvergleiche Als Informationsquelle für Kaufentscheidungen sind Fallstudien oftmals hilfreich. In Fallstudien werden Aufheiz- und Abkühlvorgänge dokumentiert sowie typische Szenarien wie z. B. das Regelverhalten bei einer Exothermie aufgezeigt. Fallstudien ermöglichen eine verlässliche Vorhersage, ob sich das Temperiergerät für den geplanten Einsatzzweck eignet.

Fazit Bei der Auswahl eines Thermostaten gibt es einige Punkte zu beachten. Letztlich sind nicht nur die im Herstellerkatalog angegebenen Heiz- und Kälteleistungen relevant – vielmehr sollten Kriterien wie Kälteleistungsdichte, Fördermenge und gegebenenfalls Fallstudien im Vordergrund stehen, denn nur damit ist eine praxistaugliche Beurteilung der Wärmeübertragungseffizienz möglich. Kontakt Peter Huber Kältemaschinenbau AG Werner-von-Siemens-Strasse 1 D-77656 Offenburg +49 7819 60 30 info@huber-online.com www.huber-online.com

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VERFAHRENSTECHNIK

Eine virtuelle Abbildung der Realität

Der digitale Zwilling – ein neues Konzept Der digitale Zwilling einer Chemiefabrik kann statisch den technischen Aufbau der Anlage wiedergeben. Oder er kann dynamisch einzelne Prozesse und Abläufe abbilden, so dass Ansätze für Qualitätsverbesserungen, Effizienzsteigerungen und Kostensenkungen erkennbar werden. So ein Digital Twin würde zum Leitstand, aus dem die Produktion optimal gesteuert werden kann – und zum Simulationscenter, mit dem sich Ideen für neue Anlagen oder Produkte virtuell auf Herz und Nieren prüfen lassen.

Götz Erhardt ¹

Bild: Adobe Stock

Ein Farbenwerk im australischen Melbourne hat Grosses erreicht. Es halbierte die Zeitspanne von der Planung bis zum Produktionsbeginn, erhöhte die Geschwindigkeit in der Fertigung um das Achtfache, reduzierte den Energieverbrauch um 25 Prozent. Erfüllt nun individuelle Kundenwünsche durch die Produktion vieler kleiner Chargen und hat die früher rund 75 000 manuellen Eingriffe pro Jahr obsolet gemacht. Wie ist das möglich? Der Schlüssel liegt darin, mithilfe moderner Digitaltechnologie und einer hochautomatisierten Produktion Reproduzierbarkeit und Zielgenauigkeit zu schaffen. So entsteht höchste Qualität bei minimalem Ausschuss.

Mit Digital Twin so gut wie alles simulieren Wesentlich zu diesem Erfolg beigetragen hat ein Digital Twin. Wird dieser am Rechner erzeugte digitale Zwilling mit statischen Konstruktionsdaten, dynamischen Betriebsdaten einer Maschine oder sogar dem virtuellen Abbild einer ganzen Fabrik gefüttert, lässt sich am Bildschirm im zentralen Leitstand nicht nur der aktuelle Zustand leichter überwachen und steuern. In Simulationen können auch Planungen beschleunigt, alternative Steuerungen ausprobiert und mögliche Wechselwirkungen von Veränderungen erforscht werden. Die Anwendungsfelder sind divers und werden in unterschiedlichen Branchen untersucht: Autobauer testen

¹ Accenture GmbH, Kronberg

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Mit dem digitalen Zwilling lässt sich in einer komplett gläsernen Umgebung arbeiten, wo Angestellten immer und überall die benötigten Informationen in Echtzeit zur Verfügung stehen.

mit dem Digital Twin eines Motorblocks das Verhalten von Teilen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Windradbetreiber versuchen die Stromproduktion und mechanische Belastung mit einem digitalen Zwilling zu optimieren, indem Betriebsdaten in Echtzeit analysiert werden. Im Bereich der Luftfahrt arbeiten Fluggesellschaften daran, die Wartung der Flugzeuge mithilfe dieser Technologie zu vereinfachen. Singapur will mit einem digitalen Zwilling für den ganzen Stadtstaat unter anderem Vorhersagen über den Verkehrsfluss und die Lärmbelästigung nach Baumassnahmen treffen.

Branche muss bei der Digitalisierung aufholen Der Einsatz digitaler Technologien, wie dem Digital Twin, verspricht auch in der Chemieindustrie erhebliche Qualitätsverbesserungen, Effizienzsteigerungen sowie Kostensenkungen. Besonders da die Branche, gemäss dem Ergebnis des Digital Performance Index (DPI) von Accenture, im Vergleich mit anderen Wirtschaftsbereichen bei der Digitalisierung zurückliegt. Genau wegen dieses Nachholbedarfs ist das Potenzial, das sich mit Digital Twin, Virtual Reality und Co verbindet, enorm: 59

VERFAHRENSTECHNIK

Werden die Technologien und Methoden in der Chemieindustrie gezielt eingesetzt, so die Accenture-Studie «Unlocking the Power of Digital in Plant Operations», könnten die Kosten pro Beschäftigten im Schnitt um gut 91 000 Dollar sinken. Der Schritt in Richtung Industriedigitalisierung dürfte also auch die schweizerische Chemiebranche nachhaltig verändern. Dabei ist der digitale Wandel kein einheitlicher Prozess, der einem klaren Ablaufmuster folgt: Nicht alle Branchen, Betriebsgrössen oder Technologien lassen sich über einen Kamm scheren und nicht alle Unternehmen durchlaufen gerade dieselbe Phase der Digitalisierung. In jedem Wirtschaftsbereich müssen die Manager das am besten zu den aktuellen Herausforderungen ihres Konzerns passende Instrument finden, wobei sie aus einem immer umfangreicheren Angebot digitaler Lösungen wählen und diese sehr individuell einsetzen können. Insbesondere in der Spezial- und Feinchemie, die den Kern der schweizerischen Chemieindustrie bildet, sind Verbesserungen in Durchlaufzeiten und Umlaufvermögen durch digitalisierte Produktionsrouten, Mengensteuerung und Reihenfolgebildung sowie Reinigungs- und Qualitatsprüfungszyklen erreichbar. Die Chemie-Champions in der Schweiz – Clariant, Lonza, Sika und Syngenta – arbeiten an entsprechenden Pilotvorhaben, sind aber noch ein gutes Stück von einer Skalierung entfernt.

Ein digitaler Zwilling kann statisch oder dynamisch sein Bezogen auf die Chemiebranche heisst das unter anderem: Der Einsatz eines digitalen Zwillings birgt grosses Potenzial – aber es sollte auch der zum Unternehmen passende sein. Die aktuell verfügbaren Konzepte lassen sich grob in zwei unterschiedliche Ansätze unterteilen, nämlich den statischen und den dynamischen Digital Twin. Der Statische bildet die gesamte Anlage ab. Dafür werden Informationen zur verbauten Technik in dreidimensionalen und mit Daten angereicherten Modellen erfasst, digitalisiert und auf der zentralen Plattform so abgelegt, dass jeder – vom Betriebsingenieur, Prozessoptimierer oder Anlagenbauer bis zu den Instandhaltungsteams – bei Bedarf darauf zugreifen kann. Alle Veränderungen werden hier gespei60

chert und müssen erfasst werden, damit stets die aktuelle Technik der Anlage abrufbar ist. So einen Digital Twin anzulegen, dauert bei grösseren Anlagen bis zu zwei Jahre und erfordert erhebliche Investitionen in die Erfassung und Harmonisierung der Daten. Dann lässt sich in einer (technisch betrachtet) komplett gläsernen Umgebung arbeiten, wo Angestellten wie externen Dienstleistern immer und überall die benötigten Informationen in Echtzeit zur Verfügung stehen. Im Vergleich zur petrochemischen Industrie hat hier die Spezialchemie auch in der Schweiz noch deutlichen Aufholbedarf.

Grundlage für bessere Werksplanung und Prozesse Der dynamische digitale Zwilling dagegen bildet ab, was in einer Anlage passiert. Hierbei geht es um konkrete Prozesse und Abläufe, beispielsweise um klare Vorgaben zur Prozesssteuerung und -optimierung, Reinigung, Kontrolle oder Qualitätssicherung. Ein erster Schritt zum dynamischen Zwilling könnte sein, Anlagenläufer mit Tablets oder VR-Brillen auszustatten. Wenn sie auf ihren Rundgängen nach Auffälligkeiten suchen, könnte das Tablet die Route vorgeben. In Dialogfelder könnten die Beobachtungen direkt eingetragen werden – statt in Papierformulare, die später nochmal erfasst werden müssten. Diese Dialogfelder könnten auch Handlungsanweisungen zur Ausbesserung kleiner Defekte geben oder sie könnten mit einer exakten Problembeschreibung der Reparaturcrew helfen. Solche Vorgaben aus vielen einzelnen Aufgaben würden in der Summe einen dynamischen Zwilling ergeben, der über die Arbeit der Betriebsmannschaft einen aktuellen Einblick in den Zustand und die Leistung der Anlage (inklusive Vormaterial und Zwischen-/Fertigproduktdisposition) erlaubt. Die effizientesten Prozesse und Abläufe könnten nach dem Prinzip der Best Practice für andere Standorte standardisiert vorgegeben werden. So ermöglicht der dynamische digitale Zwilling schnelle Verbesserungen im Konkreten. In der Chefetage jedes Chemiekonzerns sind nun vor allem drei Fragen zu beantworten. Erstens ist zu klären, ob es sinnvoller ist, mit einem dynamischen oder

einem statischen digitalen Zwilling zu beginnen. Wer bereits viele Daten digitalisiert und zahlreiche operative Abläufe optimiert hat, sollte besser die ganze Anlage in einem statischen Digital Twin abbilden. Andere setzen zunächst auf die raschen Effizienzeffekte kleiner Verbesserungen mit einem dynamischen digitalen Zwilling. Zweitens muss eine (IT-) Strategie gefunden werden, die gewährleistet, dass sich unabhängig vom Ausgangspunkt der statische und der dynamische Zwilling später verschmelzen lassen. Erst diese Integration erlaubt es, irgendwann das volle Potenzial des Digital-Twin-Konzepts auszuschöpfen. Hier ist es sinnvoll, über eine API-zentrierte (Cloud-)Architektur eine skalierbare IT mit einer analytischen Modell- und Prozessbibliothek sowie Schnittstellen in jede Richtung zu schaffen, um abgeschottete Datensilos zu vermeiden. Drittens muss nicht nur in die IT-Ausstattung – von der zentralen Digital-Twin-Software bis zu den mobilen Endgeräten für die Werksmitarbeiter – investiert werden, sondern auch in Qualifizierung und Motivation der Beschäftigten. Sie müssen in die Lage versetzt werden, digitale Geräte zu bedienen sowie deren Handlungsanweisungen zu folgen, ohne den Anspruch, dass alle Mitarbeiter Data Scientists werden.

Digital Twin funktioniert nur mit den Mitarbeitern Die Geräte inklusive der Technologie dahinter sollten als Beitrag zur Sicherung von Arbeitsplätzen durch Effizienzsteigerungen kommuniziert und verstanden werden – statt als Rationalisierungsinstrument und Jobgefahr. Erst wenn dies nachhaltig gelingt, lassen sich Statik und Dynamik, Anlagenplanung und Anlagenbetrieb in Einklang bringen – und die Möglichkeiten nutzen, die der Digital Twin verspricht.

Kontakt Accenture AG Fraumünsterstrasse 16 CH-8001 Zürich +41 44 219 88 89 accenture.direct.ela@accenture.com www.accenture.com

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WERKSTOFFE

Neue Produkte, neue Prozesse

Chemisch recycelte Kunststoffe

BASF hat erstmals Produkte auf Basis chemisch recycelter Kunststoffabfälle erzeugt und gehört damit weltweit zu den Vorreitern in der Industrie. «Ein verantwortungsvoller Umgang mit Kunststoffen ist entscheidend, um das globale Abfallproblem zu lösen. Das gilt sowohl für Unternehmen als auch für Institutionen und Verbraucher. Mit chemischem Recycling wollen wir hier einen signifikanten Beitrag leisten, die Menge des Kunststoffmülls zu reduzieren», sagt Martin Brudermüller, Vorsitzender des Vorstands und Chief Technology Officer der BASF SE. «Mit unserem ChemCycling-Projekt erschliessen wir Kunststoffabfälle als Ressource. So schaffen wir Wert für Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft. Wir haben Partner entlang der gesamten Wertschöpfungkette gewonnen, um ein funktionierendes Kreislaufmodell aufzubauen», so Brudermüller. In enger Partnerschaft arbeitet das Unternehmen mit seinen Kunden, mit Abfallentsorgungsunternehmen und Technologiepartnern bis hin zu Verpackungsherstellern am Aufbau einer zirkulären Wertschöpfungskette.

Von Käseverpackung bis Kühlschrankelement Mit zehn Kunden aus verschiedenen Industrien entwickelt BASF bereits Pilotprodukte. Dazu zählen Mozarella-Beutel, Kühlschrankelemente und Dämmplatten. Die Herstellung dieser in Qualität und Hygiene anspruchsvollen Produkte wie Lebensmittelverpackungen ist möglich, weil die von BASF gelieferten ChemCycling-Produkte in ihren Eigenschaften exakt den aus fossilen Rohstoffen erzeugten Produkten entspre4/2019

Bilder: BASF SE

Chemisches Recycling ermöglicht das Wiederverwerten von derzeit nicht recycelten Kunststoffabfällen, wie gemischten oder verunreinigten Kunststoffen. Diese Abfälle werden in der Regel je nach Region deponiert oder bei ihrer Verbrennung energetisch verwertet. Chemisches Recycling bietet eine weitere Alternative: Über thermochemische Verfahren können aus diesen Kunststoffen Synthesegas oder Öle hergestellt werden. Die so erzeugten Recycling-Rohstoffe können in die Produktion bei BASF eingespeist werden und fossile Rohstoffe teilweise ersetzen.

Andreas Kicherer und Stefan Gräter unterhalten sich über die verschiedenen Arten von Kunststoffabfällen und deren Recycling.

chen. Stefan Gräter, Projektleiter ChemCycling bei BASF, sieht grosses Potenzial: «Diese neue Form des Recylings bietet Perspektiven für innovative Geschäftsmodelle für uns und für unsere Kunden, die bereits grossen Wert auf Produkte und Verpackungen aus Recyclingmaterial legen, aber keine Kompromisse bei der Qualität eingehen wollen oder können.» Im nächsten Schritt will BASF erste Produkte aus dem ChemCycling-Projekt auch kommerziell anbieten.

wird, in den Produktionsverbund ein. Dieses Einsatzmaterial für die Pilotprodukte erhält BASF von dem Partner Recenso GmbH, Deutschland. Alternativ wäre auch

Ideale Voraussetzungen für ChemCycling Zu Beginn der Produktion speist BASF ein Öl, das durch einen Verölungsprozess auf Basis von Kunststoffabfällen gewonnen 61

WERKSTOFFE

die Nutzung von Synthesegas aus Kunststoffabfällen möglich. Die erste Charge dieses Öls wurde im Oktober in den Steamcracker der BASF am Standort Ludwigshafen eingebracht. Der Steamcracker ist der Ausgangspunkt der Verbundproduktion. Er spaltet bei etwa 850 Grad Celsius diesen Rohstoff auf. Dabei entstehen im Wesentlichen Ethylen und Propylen. Aus diesen Basischemikalien wird im Verbund eine Vielzahl chemischer Produkte hergestellt. Über ein Massenbilanzierungsverfahren kann der Anteil des recycelten Rohstoffs dem zertifizierten Endprodukt rechnerisch zugeordnet werden. Der Kunde wählt selbst, wie hoch der zugeordnete Recyclinganteil sein soll.

Grosse Herausforderungen Sowohl der Markt als auch die Gesellschaft erwarten von der Industrie konstruktive Lösungen im Umgang mit Kunststoffabfällen. Chemisches Recycling ist eine innovative Ergänzung zu anderen Recycling- und Entsorgungsverfahren. «Wir brauchen eine Bandbreite an Verwertungsformen für Kunststoffabfälle, denn

Kunststoffkreislauf gemäss dem ChemCycling- Projekt.

nicht jede Lösung ist für jede Art von Abfall sinnvoll und für jede Produktanwendung möglich. Es sollte immer die Lösung gewählt werden, welche die beste Ökobilanz aufweist», erklärt Andreas Kicherer, Experte für Nachhaltigkeit bei BASF. Doch bevor das Projekt Marktreife erreichen kann, sind noch technologische und regulatorische Voraussetzungen zu erfüllen. Zum einen müssen die bestehenden Technologien zur Umwandlung der Kunststoffabfälle in die recycelten Grundstoffe Pyrolyseöl oder Synthesegas so weiterentwickelt und angepasst werden, dass eine hohe und gleichbleibende Qualität erreicht wird. Zum anderen werden die regionalen regulatorischen Rahmenbedingungen massgeblich beeinflussen, wie weit sich dieser Ansatz im jeweiligen Markt etablieren kann. So sind zum Beispiel die Anerkennung von chemischem Recycling und Massenbilanzierungsverfahren als Beiträge zur Erfüllung von produkt- und anwendungsspezifischen Recyclingquoten unabdingbar.

Verantwortungsvoller Umgang mit Abfällen Kunststoffe bieten in technologischen Anwendungen, in der Medizin und im Alltag viele Vorteile und sind oftmals die bessere Alternative zu anderen Materialien. Die Herausforderung liegt im verantwortungsvollen Umgang mit Kunststoff nach seiner Anwendung. Funktionierende Abfallmanagementsysteme und ein verantwortungsvolles Verbraucherverhalten im Umgang mit Kunststoffen sind wichtig, um Probleme wie Kunststoffmüll in der Umwelt wirkungsvoll zu lösen.

Stefan Gräter und Andreas Kicherer zeigen eine Probe von Pyrolyseöl und damit hergestellten Kunststoff vor dem Steamcracker.

Hierfür engagiert sich BASF in verschiedenen Verbandsprojekten und auf interna tionaler Ebene. Beispielsweise ist das Unternehmen Mitglied im World Plastics Council und beteiligt sich an zwei Programmen der Ellen MacArthur Foundation. BASF hat das Programm Operation Clean Sweep global umgesetzt, eine internationale Initiative der Kunststoffindustrie zur Verhinderung des Verlusts von Kunststoffgranulat, -flocken und -pulver in die Umwelt. Quelle: Medienmitteilung BASF SE

Kontakt Franz Kuntz Mediensprecher BASF SE Klybeckstrasse 141 CH-4057 Basel +41 61 636 33 33 presse.kontakt@basf.com www.basf.com

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4/2019

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

Das erste Halbjahr 2019 ging für den Zentralvorstand des SCV ruhig vorüber. Die Geschäfte in den einzelnen Ressorts laufen sehr gut und werden von den einzelnen Ressortvertretern sehr gut geführt. Mittlerweile sind alle Mitglieder des Vorstandes über 15 Jahre im Zentralvorstand. Alle bringen grosse Erfahrung aus ihrer Ressorttätigkeit mit und unterhalten ein grosses Netzwerk. Im Gegenzug besteht auf jede DV hin die Gefahr, dass der eine oder andere und im schlimmsten Fall sogar alle Vorstandsmitglieder sich mit Rücktritt befassen oder den Entschluss schon gefasst haben. Wir müssen uns bereits jetzt nicht nur Gedanken machen über eine Wachablösung beim Kassier, sondern diese auch aktiv angehen. Die richtige Person zu finden wird nicht einfach sein, doch wir sollten sicher im Berufsverband jemanden dafür finden. Idealer Weise jemand, der noch mehr als zehn Jahre im Berufsleben steht und es sich vorstellen kann, längere Zeit als Kassier zur Verfügung zu stehen. Mitgliederwerbung sollte direkt bei jungen Berufsleuten erfol6/2019

Bild: Shutterstock

Kassier dringend gesucht

Symbolbild: Eine CPT in der sterilen Pharmaproduktion.

gen und dies bereits in der Ausbildung. Daher hat der Vorstand mit der Scienceindustries Kontakt aufgenommen, um die benötigte Erlaubnis einzuholen, damit in der Grundausbildung direkt beworben werden kann. Unsere Zukunft liegt auch bei den jungen Berufsleuten und da in den jeweiligen Firmen praktisch keine Werbung erfolgt, muss dieser Weg eingeschlagen werden. Wir haben bereits in der Vergangenheit vom Vorstand aus versucht, mit Flyern für Neumitglieder Werbung zu machen. Leider hat auch dies nicht den erhofften Erfolg gebracht. Die Homepage des SCV auch in französicher Sprache anzubie-

ten, ist eine der weiteren Aufgaben des Zentralvorstandes in diesem Jahr. Dieses Projekt, welches bis zum zweiten Quartal 2019 bereits weit fortgeschritten ist, werden wir sicher bis Ende dieses Jahres abschlies sen und die Homepage für die französisch sprechenden Kollegen aufschalten können. Wie dies mit dem «professionellen Übersetzungsprogramm» laufen wird, werden wir sicher noch sehen. Dies wird ein weiterer Schritt zu einem gemeinsamen Berufsverband sein, welcher sich in den für uns wichtigen Landesteilen auch in deren Sprache präsentieren kann. Die CPT-Lernenden im 3. Lehrjahr sind wie jedes Jahr in den

Monaten April – Juni in den laufenden QV in allen Landesteilen bestrebt, einen guten Abschluss zu machen. Dazu wünscht der Zentralvorstand allen Kandidatinnen und Kandidaten alles Gute. Dazu gibt es den Hinweis, dass im Jahr 2020 die Bildungsverordnung des CPT nicht nur wieder zur Überarbeitung ansteht, sondern dass diese auch angegangen wird. Für den CPP laufen zurzeit die Vorbereitungen zum Erstellen der Dokumente für das QV im Jahr 2020. Für den Zentralvorstand SCV

Kurt Bächtold 63

VERBANDSSEITE

SEKTION AARGAU Kurzprotokoll der Generalversammlung vom 29. März 2019 1. Begrüssung Daniel Müller eröffnet um 19.40 Uhr die GV, begrüsst die zahlreich erschienenen Mitglieder insbesondere die Gäste: Kurt Bächtold (ZV), Andreas Tschupp (ehemaliges SCV-Mitglied) und unser neues Mitglied Yves Rothen . Einige Mitglieder haben sich entschuldigt. 2. Erstellen der Präsenzliste Eine Präsenzliste ist in Zirkula tion, mit der Bitte, dass sich alle einschreiben. Es sind 14 stimmberechtigte Mitglieder anwesend. 3. Wahl des Stimmenzählers Zum Stimmenzähler wird einstimmig Patrick Schumacher gewählt. 4. Protokoll vom 23.03.18 Das Protokoll wird so genehmigt. D. Müller verdankt die Arbeit des Protokollführers. 5. Jahresrückblick des Präsidenten Die Generalversammlung fand am 23. März 2018 im Restaurant Roggenhausen in Aarau mit 10 Personen statt. Nach der GV wurden wir vom Team des Restaurants kulinarisch mit einem feinen Cordon Bleu oder vegetarischem Essen verwöhnt. Der gemütliche Teil und die Pflege der Kameradschaft wird bei diesem Anlass immer wichtiger. Am 10. August 2018 konnten wir die Gerberei von Kurt Friderich besuchen. Er führte uns selbst durch seinen Betrieb und gab uns einen sehr guten 64

Einblick in die Herstellung von Leder und Fell. Schade, dass dieser Beruf vom «Aussterben» bedroht ist. Seine Anekdoten und die Erfahrungen, die er an uns weitergab, rundeten die interessante Führung ab. Anschliessend durften wir im Verkaufsladen einen reichhaltigen Apéro einnehmen. Es war wieder ein toller Anlass und herzlichen Dank an Kurt. Weitere Anlässe fanden im Jahr 2018 nicht statt. Gerne verweise ich auf die Homepage unseres Verbandes, auf welcher auch die interessanten Anlässe der anderen Sektionen aufgeschaltet sind und man auch gerne daran teilnehmen kann. http://www.cp-technologe.ch Die diesjährige GV findet am 29. März 2019 statt. Nach Genehmigung des Programms wird dieses auf der Webseite des SCV aufgeschaltet. Der Vorstand erhofft sich viele Mitglieder mit dem Anlass anzusprechen und wieder ein paar gemütliche und interessante Stunden miteinander verbringen zu können. 6. Mutationen/Wahlen Es sind keine Mutationen im Vorstand zu verzeichnen. Vom Revisoren-Team wird gewünscht, dass ein Ersatzrevisor gewählt wird. Als Ersatzrevisor wir Madeleine Müller vorgeschlagen. Sie wird einstimmig gewählt. D. Häner und G. Furrer bleiben als Kassenrevisoren bestehen. Vorstand Präsident: D. Müller Kassier: H.R. Plüss Aktuar: J. Wäckerlig

Beisitzer: M. Nöthiger, H.J. Schmid Raffael Tanner hat den Jahresbeitrag nicht bezahlt. Wird der Beitrag für 2019 nicht bezahlt, wird er vom Verband ausgeschlossen. Andreas Kiener hat den SCV verlassen. Als Neumitglied wird Yves Roten aufgenommen. Er wechselte von der Sektion Nordwestschweiz zu uns. 7. Kassa-/Revisorenbericht H.R. Plüss zeigt die Rechnung 2018/2019. Der Rechnungsrevisor Häner Daniel hat für die Zeitspanne von 1. März 2018 bis 28. Fe bruar 2019 die Jahresrechnung geprüft. Es wurde festgestellt, dass: – die Belege für das Vereinsjahr 2018/2019 vollständig vorhanden sind und mit der Buchhaltung übereinstimmen – die Bilanz und die Erfolgsrechnung mit der Buchhaltung übereinstimmen und die Buchhaltung sauber und ordnungsgemäss geführt wurde – Ein Gewinn ist zu verzeichnen. Ausstehende Jahresbeiträge sind nicht miteingerechnet. Diese werden in der Abrechnung 2019/2020 einbezogen. – Die gesetzlichen Bestimmungen wurden eingehalten. – Das Vereinsvermögen per 28. Februar 2019 wurde ausgewiesen – Aufgrund der Ergebnisse der Prüfung stellte ich den Antrag an die Generalversammlung die vorliegende

Jahresrechnung zu genehmigen und dem Kassier Plüss Hansruedi Entlastung zu erteilen. – Dem Vorstand sei ebenfalls Entlastung zu erteilen. Budget: Der Schwerpunkt wird auch im kommenden Jahr wieder auf gesellschaftliche Aktivitäten liegen. Da die Einnahmen auch von den eingereichten Beiträgen im Chemiextra und auf der Webseite abhängen, nochmals der Aufruf, Beiträge zu verfassen (z. B. Lehrlingslager, Besichtigungen). Das Budget wird einstimmig genehmigt. Die gute Arbeit des Kassiers wird verdankt. 8. Festsetzen des Mitgliederbeitrages Vorschlag: den Jahresbeitrag bei 65 Franken zu belassen. Der Vorschlag wird einstimmig angenommen. Studenten werden wie die Lernenden (in Ausbildung) behandelt und sind vom Mitgliederbeitrag befreit. 9. Jahresprogramm 2019 Im Juni ist ein Besuch des Kernkraftwerks Gösgen vorgesehen. Anfang Herbst gibt es ein gemütliches Zusammensein bei Daniel Müller. Die Generalversammlung findet am 27. März 2020 um 19.30 Uhr im Wildpark Roggenhausen statt. Die Jahresprogramme anderer Sektionen sind auch für uns zugänglich. Es sind verschiedene Besichtigungen und Ausbildungen geplant. 6/2019

VERBANDSSEITE

Das genaue Programm kann auf der Homepage http:// www.cp-technologe.ch eingesehen werden oder wird in unserem neuen Verbandsorgan Chemiextra (http://www.chemiextra.com) publiziert. Die genauen Daten unseres Programms werden mit der Rechnung für den Jahresbeitrag durch H.R. Plüss an die Mitglieder verschickt. Das Programm wird so genehmigt. 10. Diverses und Umfrage – K. Fridrich dankt allen, die am Werkstattkurs mitge-

holfen haben, dem Zentralvorstand und dem Sektionsvorstand für die Unterstützung und gute Zusammenarbeit. Der Werkstattkurs hat sich bewährt und sollte unbedingt weitergeführt werden. Die Teilnehmer haben einen Bericht verfasst, der in der Zeitschrift Chemiextra veröffentlicht wird. – Kurt Bächtold: Die Mitgliederwerbung ist ein grosses Thema im ZV. Die «Jungen» machen selber keine Werbung mehr für den Verband.

Leider ist auch von unserer Seite vielerorts nicht mehr möglich direkt in den Schulen Werbung zu machen. Die Homepage soll neu auch auf Französisch aufgeschaltet werden, ist doch die Romandie mittlerweile stark vertreten in unserem Verband. – Die neue SCV-App kämpft noch mit techn. Schwierigkeiten. Die Synchronisation mit der Homepage läuft nicht sauber. Das führt dazu, dass die Daten in der App nicht immer aktuell sind.

– Eine grosse Herausforderung stellt die Überalterung des ZV dar. Viele der Mitglieder im ZV sind schon viele Jahre aktiv und möchten eigentlich ihren Platz einem jüngeren überlassen. – Patrick Merkofer bedankt sich ebenfalls beim ZV und dem Sektionsvorstand für die geleistete Arbeit. – Um 20.15 Uhr endet die GV. D. Müller lädt alle im Namen der Sektion Aargau zum Nachtessen ein.

Treffpunkt Eingang zum Steinwasen-Park, 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.

J. Wäckerlig, April 2019

SEKTION FRICKTAL Familienausflug in den Steinwasen-Park 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 Sonntag, 18. August 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 Mater ial, Mensch und Gesund6/2019

heit 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 Forschungseinrichtungen 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 65

PRODUKTE

Festigkeitsprüfung von Spaghetti

Stable Micro Systems beweist mit immer wieder neuen Werkzeugen die Pole Position in der Textur Analyse, speziell für die Lebensmittel Prüfung. Die neue Klinge zur Bestimmung der Festigkeit von gekochten Spaghetti nach verbesserter AACC Standardmethode 66.52.01 wurde soeben als «AACCI

Approved Method» genehmigt, nachdem eine Ringtest Studie eine hervorragende Reproduzierbarkeit gezeigt hatte. Ausgewertet werden bei dieser Methode die absolute Spitzenkraft, Fläche zu absoluter Spitzenkraft, die gesamte Abwärtsbewegungs- und die positive Fläche. Das Werkzeug ergänzt das umfangreiche Sortiment der Pasta und Teigprüfeinrichtungen und lässt keine Diskussionen mehr über den Al-dente-Grad zu. Tracomme AG Dorfstrasse 8 CH-8906 Bonstetten +41 44 709 07 07 tracomme@tracomme.ch www.tracomme.ch

Mehr Kapazität für grössere Nennweiten Um Anlagen effizienter zu gestalten, werden verstärkt Industrie armaturen mit grossen Nennweiten eingesetzt. Der Ventilhersteller Noreva hat aufgrund der steigenden Nachfrage entsprechend aufgerüstet. Schon im vergangenen Jahr wurde eine neue Testpresse (Anpresskraft 3500 t) angeschafft, die bei gros sen Armaturen die Durchführung von Druckprüfungen erleichtert und den Arbeitsaufwand erheblich verringert. Statt einem Tag benö tigen die Techniker der Noreva GmbH nur noch 2 Stunden für den gesamten Vorgang. Diese Zeitersparnis macht eine attraktivere Preisgestaltung möglich – gleichzeitig können mehr Anfragen bedient werden. Des Weiteren wurde die Lager- und Montagefläche erweitert, wobei letztere eine Aufteilung in Klein- und Grossmontage erfahren hat. Insgesamt rund 600 m² mehr Platz stehen der Konstruktion nun zur Verfügung. Aus der Erweiterung des Lagers um die gleiche Grösse resultiert zudem eine beschleunigte Fertigung, da mehr Rohmaterialien bereitstehen. Ideen hat das Unternehmen auch an anderer Stelle: Eine simple, aber äusserst effektive Lösung für die Montage von Armaturen mit einer Länge von über 2 m ergänzt die Produktion sinnvoll. Dazu wurde

Elektronische Pipettierhilfe

Die neue elektronische Pipettierhilfe Profiller™ electro 447 ist ideal für die Arbeit mit Glas- oder Kunststoffpipetten. Ihre kompakte Form liegt gut in der Hand und ermöglicht ein problemloses Arbeiten in mikrobiologischen Sicherheitswerkbänken. Die Flüssigkeitsabsaugung und -dosierung erfolgt über zwei ergonomisch positionierte Funktionsknöpfe, die einen minimalen Betätigungsaufwand erfordern. Ein Schalter dient der Auswahl zwischen zwei Arbeitsmodi. Der lang-

same Arbeitsmodus ist für Volumen unter 10 ml, während mit dem schnellen auch Volumen über 100 ml verarbeitet werden können und die Bearbeitungszeit so erheblich verkürzt wird. Die gewählten Arbeitsmodi «Ausblasmodus» oder «Gravitationsmodus» sind deutlich auf der Digitalanzeige abgebildet. Der Energiestand des Akkus ist jederzeit auf der Instrumentenanzeige sichtbar. Für maximale Arbeitsflexibilität ist das Aufladen des Akkus entweder in Lagerposition (Stecker am Tischständer angeschlossen) oder während der Verwendung (Stecker am Gerät angeschlossen) möglich. Socorex Isba SA Chemin de Champ-Colomb 7a CH-1024 Ecublens +41 21 651 60 00 socorex@socorex.com www.socorex.com

Drucktransmitter im Weltall

ein Schacht mit einem Durchmesser von 1,5 m angelegt; genauer gesagt in den Hallenboden gebohrt. Mittels Kran kann das Ventil von oben so weit eingelassen werden, bis eine sichere und bequeme Arbeitshöhe erreicht ist. Die Bearbeitung ist dadurch ebenerdig möglich und somit um ein Vielfaches leichter. Zusammen mit dem weltweiten Vertriebs- und Logistiknetzwerk kann das Unternehmen noch schneller auf Anfragen reagieren und diese bedienen. Noreva GmbH Hocksteiner Weg 56 D-41189 Mönchengladbach +49 2166 12686 0 info@noreva.de www.noreva.de

Die internationale Raumstation ISS bewegt sich in ca. 400 km Höhe um die Erde. Da in dieser Höhe kaum Sauerstoff vorhanden ist, muss dieser entweder von der Erdoberfläche geliefert oder an Bord der ISS erzeugt werden. Den Sauerstoff ins All zu bringen ist teuer. Es ist daher sinnvoll, wenn man versucht, die ausgeatmete Luft der Astronauten aufzubereiten, um damit wieder nutzbaren Sauerstoff zu erzeugen. Das ist die Aufgabe des ACLS, welches am 22. September 2018 zum amerikanischen Destiny Modul (US-Labor) transportiert wurde. Das ACLS entwickelte Airbus für die Europäische Weltraumorganisation ESA. Für die Sauerstoff erzeugung wird im ACLS-Kreislauf das Kohlendioxid aus der Kabinenluft mit Wasserstoff, der unter Energiezufuhr aus der Aufspaltung von Wasser gewonnen wird, zu Methan und Wasser umgewandelt. Aus dem Wasser wird mittels Elektrolyse wieder Sauerstoff gewonnen. Damit diese Prozesse sicher laufen, benötigt das ACLS höchst zuverlässige Komponenten. Der Auftrag für

die Entwicklungen im Bereich Druckmesstechnik erhielt der Schweizer Druckmesstechnik-Hersteller Keller AG aus Winterthur. Das Projekt stellte höchste Anforderungen, weil in 400 km Höhe innert nützlicher Frist keine Komponenten ausgewechselt werden können, wenn sie ausfallen. Der Beitrag von Keller zu dieser Mission besteht aus Absolut- und Differenzdrucktransmittern. Keller AG St. Gallerstrasse 119 CH-8404 Winterthur +41 52 235 25 25 info@keller-druck.com www.keller-druck.com

6/2019

PRODUKTE

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Nachdruckregler tation verhindert. Bei diesem Nachdruckregler ist einerseits der eigenständige Funktionsablauf bei unterschiedlichen Durchflussmengen und andererseits die integrierte Rückschlagfunktion hervorzuheben. Anmerkung zu Blenden und Lochscheiben: Diese können nur bei maximalen Durchflussmengen optimal arbeiten, da die gewünschte Druckerhöhung von der Durchflussmenge abhängt. Die Nachdruckregler vom Typ BPV werden auch aus korrosionsbeständigen Materialien in DN 25-125 und PN 16-400 hergestellt. Der Einbau erfolgt zwischen den Flanschen. Andere Ausführungen sind auf Anfrage erhältlich.

Auch Pumpenschutzarmaturen und Regelventile können aufgrund extremer Betriebsbedingungen an ihre Grenzen stossen. In solchen Fällen werden zusätzlich Nachdruckregler vom Typ BPV von In-

vent Armaturen eingesetzt. Diese erhöhen durch Erzeugung einer definierten Druckdifferenz den Abstand zum Verdampfungsdruck des Mediums. Somit wird eine unerwünschte Ausdampfung und Kavi-

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Kontinuierliche, wartungsarme Nitratüberwachung Neuer Ott ecoN – optischer UV- Photometer für eine kontinuierliche und wertungsarme Überwachung von Nitrat im Oberflächenund Grundwasser. «Das sind hervorragende Neuigkeiten für Wissenschaftler, Einzugsgebietsmanager, Wasserunternehmen, Regulierungsbehörden und Umweltberater», sagt Ronan O’Maitiu, Global Product Manager für bei Ott HydroMet. «In der Vergangenheit mussten sich Kunden zwischen günstigen, bei der Mess genauigkeit limitierten Sensoren und High-End-Technologien, bei denen die Anschaffungskosten einen grossflächigen Einsatz verhin derten, entscheiden. Zudem basierten die Überwachungsprogramme meist auf manuellen und punktuellen Kontrollen mit Einzelproben, die unregelmässig in zeitlich grossen Abständen zur Labor analyse entnommen wurden. Der Ott ecoN füllt diese Lücke aus. Er

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eignet sich besonders zur kontinuierlichen Überwachung von Nitratwerten. Mit minimalem Wartungsaufwand, ein optionaler Wischer reduziert die jährliche Wartung, kann er auch an den abgelegensten Orten installiert werden.» Der Ott ecoN misst Nitrat durch die Absorption von UV-Licht bei 212 nm und kompensiert die möglichen Auswirkungen von orga nischen Stoffen und Trübung durch zusätzliche Messungen bei 254 nm bzw. 360 nm. Dank seines optischen Sensors verfügt er über eine hohe Genauigkeit und Auflösung

ohne störende Einflüsse durch Drift und Interferenzen, wie sie bei Messungen mit ionenselektiven Sensoren auftreten. Auch sind die Betriebskosten weit geringer im Vergleich zu den laufenden Reagenz- und Wartungskosten von nasschemischen Analysatoren.

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