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LabortechnikRFID im Labor

Neue Lösungen sparen Zeit und Geld
Labortechnik: RFID im Labor

Andreas Löw*)

  1. Feig Electronic GmbH, Lange Straße 4, D-35781 Weilburg. E-Mail: andreas.loew@feig.de


Der Einsatz der RFID-Technologie verringert den logistischen Aufwand bei hohem Probenaufkommen im Labor. Die Bearbeitungszeit der Proben wird verkürzt und die Sicherheit für Nutzer labortechnischer Geräte und Instrumente deutlich erhöht. Damit liefert die RFID-Technologie einen unschätzbaren Mehrwert für das gesamte Laborwesen.


Zehntausende Proben täglich, restriktive Budgetierung von Laboreinrichtungen und ökonomische Zwänge in öffentlichen wie privatwirtschaftlichen Forschungsbereichen zeigen deutlich, wie unerlässlich die Einführung einer qualitativ hochwertigen und dennoch finanzierbaren Labortechnik ist.

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Mit Hilfe von RFID können schon heute Abläufe automatisiert und überwacht werden, ohne die Prozesse für den Anwender merklich zu verändern. Dies sorgt für eine problemlose und umgewöhnungsfreie Integration in bestehende Handlungsabläufe.

Erkennt Veränderungen sofort

Ein Beispiel für eine Anwendung im Bereich der Labortechnik ist die automatisierte Temperaturkontrolle von Labormaterialien während eines Transportes. Täglich versenden beispielsweise Krankenhäuser, Arztpraxen und spezialisierte Laboratorien in den Branchen der Lebensmittelanalyse oder Medikamententwicklung unzählige Proben. Mittels RFID-Sensorik können Temperaturmessungen zwischen einer Minute und mehreren Stunden erfolgen. Ein einzelner RFID-Transponder bietet Platz für weit mehr als 10 000 Messwerte. Eine Kombination aus Temperatursensor und RFID-Funkchip bildet hier die technische Grundausstattung.

Durch das zeitnahe Erkennen von Temperaturschwankungen und der zuverlässigen Temperaturkontrolle lassen sich schon während des Transports Daten in Echtzeit an den Fahrer übertragen. Äußere Einflüsse, die sich negativ auf die Lebensdauer sensibler Produkte auswirken können zeitnah erkannt und ohne das Öffnen von Verpackungen korrigiert werden.

Die Labordiagnostik ist ein weiteres Einsatzgebiet der RFID-Technologie. Wo bisher der Eingriff des Menschen erforderlich war, werden durch RFID komplexe Abläufe und Analysenverfahren vollständig automatisiert. Im Gegensatz zu den hier bisher verwendeten Ident-Technologien wie 1-D- und 2-D-Barcodes ist mittels RFID-Identifikation eine Erkennung ohne optische Verfahren problemlos möglich.

Ein weiterer Bereich für den Einsatz von RFID ist die Identifizierung von Instrumenten und anderen Materialien. Hier können beispielsweise Inventarisierungsvorgänge automatisch dokumentiert werden. Im Vergleich zu der fehleranfälligen händischen Erfassung wird ein kompletter Arbeitsprozess automatisch aufgezeichnet und nachhaltig überprüfbar gemacht. Gleichzeitig wird das Laborpersonal von wiederkehrenden Laborarbeiten entlastet und das Handling mit sehr teuren oder giftigen Substanzen erleichtert. Track- und Tracing-Systeme mit RFID-Unterstützung können innerhalb eines Labors die Wege der bereitgestellten Instrumente und Materialien wie Objektträger oder Zentrifugenröhrchen verfolgen. Damit erhöht sich im Labor die Sicherheit bei Analytik und Postanalytik.

In der pharmazeutischen Industrie hat RFID sich bereits als effektiver Plagiatsschutz etabliert. Mit RFID-Technologie ausgestattete Lieferungen sind lückenlos rückverfolgbar und können weltweit in bestehenden Datenbanken identifiziert und auf Echtheit überprüft werden.

Einfache Integration

Die grundlegenden Anforderungen für RFID-Komponenten in der Labortechnik liegen in einer möglichst einfachen Integration in bestehende Systeme und einem absolut störungsfreien Betrieb im Umfeld von labortechnischen Geräten. Dazu müssen alle Bestandteile eines RFID-Systems möglichst klein und kompakt sein, damit sie sich in jede Umgebung einpassen können. Um eine Störung der eigentlichen Funktion von Analysengeräten sowie Lagerungsvorrichtungen zu vermeiden, müssen die Komponenten nach entsprechenden Richtlinien und Normen der EMV wie der EN 61326 für Laborgeräte zugelassen sein. Die Feig Electronic GmbH bietet verschiedene RFID-Schreib-/Lesegerät an, welche auf die Anforderungen in der Labortechnik optimal abgestimmt wurden und bereits von mehreren namhaften Herstellern genutzt werden. Die Lesereichweite dieser Geräte bewegt sich im Bereich von 4...15 cm. Unterstützt werden dabei handelsübliche, nach ISO 15693 normierte Transponder mit einer Betriebsfrequenz von 13,56 MHz.

Vorteile bei HF

Für den Einsatz der HF-Technologie (13,56 MHz) im Laborwesen sprechen zum einen die langjährige erfolgreiche Nutzung in vielen anderen Anwendungsbereichen sowie die im Vergleich zu UHF-Komponenten preisgünstigeren Geräte. Obwohl zunächst beide Frequenzbereiche, HF (13,56 MHz) und UHF (860...960 MHz) befürwortet wurden, sind im letzten Jahr die Empfehlungen auf die HF-Technologie beschränkt worden. In der Praxis finden sich unterschiedliche Vorteile der HF-Technologie gegenüber der UHF-Technologie. Aufgrund des eingeschränkten Lesebereichs und des rein elektromagnetischen Feldes kommt es bei HF zu keinen störenden Reflexionen oder Überreichweiten. Dies wirkt sich auch auf die Nutzung der sogenannten RSSI-Werte aus. Die Received Signal Strength Indication gibt an, wie stark ein detektierter Transponder antwortet und erlaubt dadurch eine Aussage darüber, wie weit dieser Transponder von der Antenne entfernt ist. Somit kann beim Zusammenspiel mehrerer Antennen mit einem RSSI-fähigen Schreib-/Lesegerät, wie den Mehrkanal-Readermodulen von Feig Electronic, die Position identifizierter Objekte ermittelt werden. Unkritisch stellt sich dies im HF-Bereich dar, da sich hier ein relativ homogenes Feld ausbildet. Im UHF-Bereich entstehen, je weiter man von der Antenne entfernt ist, aufgrund von Reflexionen abwechselnd Überlagerungen und Auslöschungen des Feldes. Besonders im Umfeld von Metallgegenständen treten solche Effekte auf. Aufgrund dessen kommt es zu „Funklöchern“ innerhalb des Antennenfeldes, in denen keine Transponder detektiert werden können.

Auch Flüssigkeiten keine Hürde

Ein weiterer Aspekt, der für den Einsatz von RFID-Komponenten im HF-Bereich spricht, ist der Vorteil bei der Identifizierung von flüssigen oder wasserhaltigen Stoffen. Die hier verwendete magnetische Kopplung wird im Vergleich zu der reinen Funkverbindung im UHF-Bereich nicht durch die dämpfende Eigenschaft von Flüssigkeiten beeinflusst. Gleichzeitig werden die einzelnen Bestandteile eines RFID-Systems immer widerstandsfähiger. So stellen mittlerweile extreme Umweltbedingungen, wie hohe Luftfeuchtigkeit und Temperaturen von –25...+100 °C für den Einsatz von RFID-Transpondern kein Hindernis mehr da.

Eine Vielzahl führender Institute und Labore haben die Vorteile der HF-RFID-Technologie erkannt und diese erfolgreich in ihren Anwendungen implementiert und eingesetzt. Dies umfasst pharmazeutische und biotechnologische Labors genauso wie medizintechnische Geräte, die chemisch-pharmazeutische Industrie und die Fertigungstechnik selbst. Bereits realisierte Projekte zeigen dabei die Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten auf. Beginnend bei der Überwachung verschiedener Geräte über die Automatisierung in der Labordiagnostik bis hin zur Nachvollziehbarkeit von Transportwegen ist die HF-RFID-Technologie in der Lage, bei steigernder Kosteneffizienz die Analysenarbeit und Sicherheit um ein Vielfaches zu erhöhen.

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