Dr. Ingo Muckenschnabel hat mit seinem Team ein pneumatisches Rohrleitungssystem für die Probenlogistik rund um die Analytik implementiert. © Novartis; Quelle: Novartis Live Magazine

LABO: Wofür und für welche Arten von Proben nutzen Sie das System Lab2Lab?
Dr. Muckenschnabel: Wir nutzen das System für den automatisierten und sicheren Probentransport, um Proben für die Analytik von kleinen Molekülen, Peptiden und Proteinen mit LC/MS und NMR bereitzustellen.

Sie nutzen das System ja nicht nur innerhalb eines Gebäudes, sondern auch für den Probentransport von einem Gebäude zum anderen. Wie ist sichergestellt, dass die Probe schonend transportiert wird?
Das Lab2Lab-Vial wurde speziell für den Transport dieser Proben entwickelt, um sicherzustellen, dass diese verschlossen bleiben. Zudem ist der Deckel des Vials so konzipiert, dass dieser mehrfach durchstochen werden kann, wie zum Beispiel durch Injektor-Nadeln von automatisierten Systemen, und sicher wieder verschließt. Die Vials werden mit bis zu drei Meter pro Sekunde pneumatisch transportiert, und das System überwacht mittels einer Vielzahl an Sensoren den Ablauf des Transportes der Proben bis hin zur automatisierten Entsorgung der abgearbeiteten Probe.

Reduktion manueller Abläufe und kurze Wege für die Mitarbeitenden: Nur die Bereitstellung der Probe zu Beginn ist noch ein manueller Schritt. Nachdem das Probengefäß in den Sender gestellt wurde, übernimmt das Lab2Lab-System Transport und Bereitstellung direkt am Analysegerät – selbst wenn das Analysegerät sich in einem anderen Gebäude befindet. © Novartis; Quelle: Novartis Live Magazin

Erfasst das System auch automatisch, welches HPLC-Gerät z. B. gerade verfügbar ist, oder muss das vorgegeben werden?
Ja, eines der Stärken des Lab2Lab-Systems ist es, dass es automatisch erkennt, welches der angeschlossenen LC/MS- oder NMR-Geräte verfügbar ist. Zudem werden die Proben automatisch so verteilt, dass für den Fall von mehreren gleichzeitig verfügbaren Systemen die Proben aufgeteilt werden. Dadurch wird die Auslastung der Systeme optimiert und die Wartezeit für Resultate so gering wie möglich gehalten.

Wie gelangt die Probe bzw. das Aliquot in die HPLC?
So genannte Lab2Lab-"Receiver/Empfänger" sind fest an die LC/MS- und NMR-Systeme verbaut. Sobald eine Probe an einem solchen Empfänger ankommt, wird die Probe automatisch in den Innenraum des Autosamplers befördert. Von einer dort fest definierten Position übernimmt dann die Software des LC/MS- bzw. NMR-Systems, um die Probenlösung zu aspirieren und dann für die Analyse zu verwenden. Dies geschieht voll automatisiert.

Der LC/MS-Autosampler kann auch mit bereitgestellten Proben aus dem Lab2Lab-System „arbeiten“. © Novartis; Quelle: Novartis Live Magazine

Nachdem diese "Rohrpost" innerhalb von Gebäuden installiert und erfolgreich genutzt wurde, wurde ja auch ein Probentransport zwischen verschiedenen Gebäuden möglich gemacht. Zu diesem Zweck mussten die verschiedenen Gebäude miteinander verbunden werden. Sind hier besondere bauseitige Maßnahmen erforderlich?
Die Verbindung von verschiedenen Gebäuden miteinander wird nach denselben Installationsanforderungen des Herstellers (Biegeradius, Verbindungsstücke) ausgeführt wie innerhalb eines Gebäudes und kann von lokalen Handwerken umgesetzt werden. Es ist erwähnenswert, während der Installation und unmittelbar nach Fertigstellung der Rohrleitungen, die neuen Verbindungen zwischen den Gebäuden pneumatisch zu testen.

Wie erfolgt der Probentransport über Druckluft? Es muss ja auch so gesteuert werden, dass der Transport zum richtigen Ziel führt.
Der pneumatische Transport wird sichergestellt durch das Erzeugen eines leichten Unterdrucks auf der Empfängerseite und durch Druckluft auf der Senderseite. Um sicherzustellen, dass das Vial am richtigen Ort angekommen ist, wird die Information des 2D-Barcodes jedes Vials verwendet, und die Software steuert die Zustellung der Probe an die optimale Position für die Analysen.

Gibt es hier ein Temperaturmapping für die Transportbereiche?
Aufgrund der kurzen Transportzeiten, welche innerhalb des Gebäudes im Bereich von zehn bis 20 Sekunden liegen und zwischen den Gebäuden im Bereich von ein bis zwei Minuten, wurde auf eine Temperaturkontrolle verzichtet.

Wie viele Proben werden über das pneumatische System transportiert? Und wie viele Gebäude sind untereinander verbunden?
Bei uns werden täglich bis zu 3 000 Lab2Lab-Vials zu Analysenzwecken verarbeitet, und zwar global. Auf dem Campus in Basel sind derzeit zehn Gebäude miteinander verbunden, was somit ein analoges Probenverteilungssystem darstellt, mit dem Ziel, die Systeme maximal auszulasten und die Proben auf schnellstem Wege zu analysieren. Auch an unserem Standort in Cambridge ist ein solches pneumatisches Probenverteilungssystem, welches derzeit weiter ausgebaut wird.

Für solch ein umfangreiches und zentrales System muss ja auch die Wartung, korrektes Funktionieren der Abläufe und möglicherweise arbeitstägliche Überwachung sichergestellt sein. Wie wird das realisiert?
Ja, der Unterhalt des Systems ist entscheidend für den täglichen Betrieb. Einerseits ist das System durch standardmäßige Wartungsverträge mit dem Hersteller abgesichert und zudem ist ein Support-Team vor Ort, um einzugreifen, wenn erforderlich. Das Lab2Lab-System wird nach der Installation durch eine Endabnahme validiert. Regelmäßig geplante Inspektionen sind Teil des Wartungsvertrages und werden entsprechend vom Hersteller durchgeführt.

Ein solches System bietet sicherlich nicht nur Vorteile in Bezug auf hohen Probendurchsatz und schnell verfügbare Analysedaten, sondern stellt auch eine große Erleichterung für die Mitarbeiter dar. Was sind die wichtigsten Vorteile?
Wissenschaftler haben direkten Zugang von ihrem Arbeitsplatz aus zu allen Analysenmethoden, die durch das Netzwerk "Lab2Lab – Open Access LCMS und NMR" bereitgestellt werden. Sie können ihre chemischen Reaktionen steuern, indem sie Proben über die Lab2Lab-Senderstationen, die sich typischerweise auf jeder Etage befinden, versenden, ohne die Probe ins analytische Labor bringen zu müssen. Darüber hinaus ist jede Probe eindeutig mit einem Barcode gekennzeichnet, der eine fehlerfreie Nachverfolgung und Zuordnung der Ergebnisdaten ermöglicht. Unsere Wissenschaftler können aus vordefinierten Methodensätzen für eine oder mehrere Analysen wählen, die alle mit einer einzigen Probe durchgeführt werden.

Jede Innovation muss zuerst implementiert werden, und die Mitarbeiter, die damit arbeiten werden, müssen einbezogen werden. Wie wurde es von den Mitarbeitern aufgenommen, als geplant war, ein solches System einzuführen?
Wir haben Lab2Lab stufenweise eingeführt, beginnend vor vierzehn Jahren mit einer Pilotinstallation in einem einzigen Labor. Dieses Pilot-Lab2Lab-System wurde parallel zu den traditionellen "Walk-up Open Access"-Analysen betrieben. Wir haben kontinuierlich auf das Feedback der Benutzer gehört und mit dem Lab2Lab-Anbieter sowie anderen externen Unternehmen zusammengearbeitet, um die besten Lösungen zu finden. Zum Beispiel haben wir das Lab2Lab-Vial mitentwickelt, das jetzt für mehrere Analysen geeignet und sicher verschlossen ist, um einen sicheren Transport über pneumatische Netzwerke zu gewährleisten. Ein weiteres Beispiel ist die Neugestaltung des Lab2Lab-Senders von einem Einzel-Vial- zu einem Mehrfach-Vial-Sender, alles basierend auf Benutzerfeedback, was letztendlich zu einer besser geeigneten technischen Lösung führte.

Ist Lab2Lab für große wie kleine Unternehmen effizient?
Durch den modularen Aufbau des Systems ist das System auch für kleinere Unternehmen einsetzbar und nach Bedarf erweiterbar. Wichtig ist in jedem Fall, dass in dem jeweiligen Unternehmen die Voraussetzungen für eine mögliche Automatisierung vorliegen bzw. geebnet wurden. Mit Lab2Lab wird die Umstellung von manuell gekennzeichneten Proben auf 2D-Barcodes und die Möglichkeit zur Kombination von Messungen mittels HPLC, LC/MS und NMR erreicht. Dies kann auch in einem kleinen Setup zu Optimierungen führen, wenn die Proben durch Lab2Lab verwaltet und verteilt werden.

Ein Blick in die Zukunft. Was könnte noch verbessert werden oder welche Erweiterungsmöglichkeiten wären noch denkbar bzw. wünschenswert?Derzeit können nur analytische Systeme einer begrenzten Anzahl Hersteller angeschlossen werden. Dazu gehören Agilent-GC/MS und -LC/MS, Waters-LC/MS und Bruker-NMR-Systeme. Es gibt Interesse, dass weitere, spezielle Systeme auch angeschlossen werden sollten, und dafür muss der Hersteller des Lab2Lab-Systems entsprechende Software mit den neuen Partnern entwickeln.

Vielen Dank für das Interview!

Die Fragen stellte Dr. Barbara Schick.