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Schnellere Diagnosen im Labor: Analytica präsentiert neue Zeitdimensionen in der Analytik

Die Analytica mit der Analytica Conference ist die Weltleitmesse für Analytik, Labortechnik, Biotechnologie/Life Sciences und Diagnostik sowie Daten- und Prozessmanagement am international führenden Messe- und Wirtschaftsstandort München. Besucher sind Entscheider und Anwender aus Chemie-, Medizin- und Pharma-Industrie sowie aus der industriellen und öffentlichen Forschung. Sie wird im Zwei-Jahres-Rhythmus veranstaltet und hat sich als zentraler Marktplatz für marktfähige Produkte und Lösungen sowie Innovationen etabliert. Die 21. Analytica findet vom 1. bis 4. April 2008 auf dem Gelände der Messe München GmbH statt. Es werden rund 1000 Aussteller und 30000 Besucher aus aller Welt erwartet. Circa ein Drittel der Besucher kommt aus dem Ausland. Kostenbewusstsein und Zeitdruck in den Laboren motivieren Anbieter analytischer Instrumente mehr denn je zu Innovationen bei Techniken und Verfahrensweisen. Welche aktuellen Trends helfen, die Probenvorbereitung zu beschleunigen, den Probendurchsatz zu erhöhen und die Analyseverfahren zu automatisieren, zeigt die Analytica auf der Neuen Messe München. Zu den zeitaufwändigsten Vorgängen in der Analytik zählt bisher die Probenvorbereitung. Jetzt ist es durch modernste Techniken möglich, die Probenvorbereitung und anschließende Analyse fester, flüssiger und gasförmiger Proben zu automatisieren und damit wesentlich zu beschleunigen. Dazu werden beispielsweise Gaschromatographen (GC) oder die Kopplung eines GCs mit einem Massenspektrometer eingesetzt. Dieses Verfahren, das kurz GC/MS genannt wird, ist besonders bei komplexen Prozessen nützlich. Denn so werden in einem Arbeitsprozess die Moleküle voneinander getrennt, ehe sie vom Massenspektrometer mengenmäßig erfasst werden. Innovative Systeme erlauben inzwischen die parallele Bearbeitung von bis zu 80 Proben und überzeugen nicht nur durch ihre hohe Geschwindigkeit, sondern auch durch eine höhere Empfindlichkeit: So werden mit Hilfe der Massenspektrometrie in Wasser Nachweisgrenzen von bis zu unter 0,1 ppt (parts per trillion), also ein Teil unter einer Billion Teile, erreicht. Mit Verarbeitungstemperaturen von bis zu 250 °C wurde bei diesen Systemen auch hinsichtlich der Temperaturtoleranz eine neue Dimension aufgestoßen.

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Mit Mikrowellentechnik zu kürzeren Aufschlusszeiten und höherer Qualität

Auch der zeitaufwändige Aufschluss fester Proben lässt sich inzwischen deutlich verkürzen ¿ mit Hilfe der Mikrowellentechnik. Die Mikrowellenstrahlung eignet sich ausgezeichnet für die Probenvorbereitung und avanciert damit zur Alternative klassischer Aufschlussmethoden. So ermöglicht die Probenvorbereitung durch Mikrowellen (elektromagnetischen Wellen, deren Wellenlänge zwischen 1 m und 1 mm liegt und einem Frequenzbereich von rund 300 MHz bis etwa 300 GHz entspricht) auch Aufschlüsse bei extrem hohen Druckverhältnissen und Temperaturen weit über dem Siedepunkt der verwendeten Reagenzien. Die Probenvorbereitung wird auf diese Weise prägnant verkürzt und die Aufschlussqualität deutlich erhöht.

Gas- und Flüssig­chromatographie: „Altlasten“ beseitigt

Potenziale zur Zeitersparnis bieten auch die Gas- und Flüssigchromatographie. Die Chromatographie ist ein Prozess, durch den Moleküle voneinander getrennt werden. Das bereits vor mehr als 100 Jahren entdeckte Verfahren ist trotz dieses für die Analytik "biblischen Alters" immer noch Basis für Innovationen und neue Methoden. Das gilt insbesondere für die Gaschromatographie (GC) und die Hochleistungsflüssigkeitchromatographie (HPCL), die Analytikern hilft, immer komplexere Fragestellungen in immer kürzerer Zeit zu lösen. Die gegenwärtigen Entwicklungen sind dadurch gekennzeichnet, dass durch die gleichzeitige Steigerung von Effizienz und Probendurchsatz die Analysenzeiten verkürzt werden. Dem standen in der Vergangenheit ungelöste apparative Probleme, geringe Probekapazität und damit verbundene Detektionsprobleme als auch mangelnde Robustheit entgegen. Inzwischen wurden auf diesem Sektor jedoch große Fortschritte erzielt.

Hochleistungstrennmethoden für Biotech und Life Sciences

Innovative Methoden werden heute in weiten Bereichen der Analytischen Chemie immer wichtiger. Dies gilt insbesondere für die HPLC. Nach Ansicht von Prof. Dr. Andreas Rizzi vom Institut für Analytische Chemie der Universität Wien kommt dieser Methode in den nächsten Jahren eine Schlüsselrolle zu. Davon sollen insbesondere die Wachstumssegmente Biotechnologie und Life Sciences profitieren. Mit so genannten "Ultra Performance Systemen" (Ultra Performance Liquid Chromatography/UPLC) dringen die Gerätehersteller in völlig neue Dimensionen der Chromatographie vor. Diese bieten gegenüber modernen HPLC-Systemen bis zu 9-mal kürzere chromatographische Laufzeiten und bis zu 3-mal höhere Empfindlichkeit. Einige Systeme wurden speziell für Forschungslaboratorien konzipiert, um im Labor eine maximale Produktivität zu erzielen.

Genanalytik verlangt nach Automatisierung

Innovationsbedarf herrscht auch in der Genanalytik. So ist die manuelle Probenvorbereitung für Genexpressionsanalysen mit Microarrays auch heute noch ein aufwändiger und zeitintensiver Prozess im Laboralltag. Da die Methode immer mehr an Bedeutung gewinnt und gleichzeitig immer größere Mengen an Proben verarbeitet werden müssen, stehen automatisierte Lösungen auf der Wunschliste der Microarray-Anwender ganz oben. Darüber hinaus sollen die automatisierten Systeme in der Lage sein, die komplexen Abläufe im Labor sicherer und schneller als je zuvor zu managen. Immerhin wurden bereits vor vier Jahren die ersten Automationslösungen zur DNA-Microarray-Probenvorbereitung vorgestellt. Inzwischen hat sich auf dem Gebiet einiges getan und neueste Technologien ermöglichen nunmehr die automatisierte Abarbeitung der langen und arbeitsintensiven Probenvorbereitung. Die modernsten auf dem Markt verfügbaren Systeme sind in der Lage, sämtliche Stufen des Prozesses - ausgehend von der Gesamt-RNA oder Boten-RNA (mRNA) über die cRNA-Synthese bis hin zur Aufreinigung ¿ zu automatisieren. Die Automation dieser anspruchsvollen Applikation ist vor allem durch die hohe Flexibilität der Systeme und den Einsatz neuartiger Technologien möglich.

Liquid Handling: Innovationsschub aus der Pipette

Im Gegensatz hierzu wird die Pipettiertechnik nicht als besonders innovationsträchtig betrachtet ¿ zu Unrecht. Denn einige Hersteller demonstrierten eindrucksvoll, dass auch neuartige Pipettiersysteme zur Effizienzsteigerung beitragen. Dazu gehören unter anderem Systeme, die auf der Mikroringpumpen-Technologie basieren. Sie erleichtern den Umgang mit den geringen Volumina, die für den Reaktionsansatz notwendig sind, und das Handling der Pipettiermengen, die für die Aufreinigungsschritte gebraucht werden. Hinzu kommt eine ausgeklügelte Temperatursteuerung der Reagenzien- und Pipettierpositionen. Diese Steuerung stellt sicher, dass die wertvollen und empfindlichen Reagenzien und Proben richtig behandelt werden. Softwaregesteuerte Vakuummodule komplettieren schließlich das gesamte System.

Schnelle Blutuntersuchungen im OP-Saal

Auch die medizinische Diagnostik profitiert vom Trend zur Hochgeschwindigkeits-Analytik. Forschern der Frankfurter Goethe-Universität ist es nach eigenen Angaben kürzlich gelungen, ein neues Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Analyse von Blut und anderen Körperflüssigkeiten zu entwickeln. Mit Hilfe eines Infrarot-Messgeräts ließen sich in weniger als einer Minute mehr als sechs verschiedene Blutwerte ermitteln. Das neue Verfahren versetzt einen Arzt in die Lage, noch während der Operation oder auf der Intensivstation Hinweise auf den Zustand eines Patienten zu erhalten und schnell reagieren zu können.

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