Anlage für ELISA-Testkits

Wächst mit

Optima Life Science hat ein Plug & Play-System entwickelt, mit dem ELISA-Testkits vollautomatisiert hergestellt und verpackt werden – und bei dem der Anlagenbetreiber selbst Änderungen in der Linienkonzeption vornehmen kann.

ImmuCoat®-Anlage bei AB Diagnostic Systems mit rund 16 Meter Länge, bestehend aus standardisierten Basis- und Prozessmodulen (alle Bilder: Optima packaging group).

Im Jahr 2010 wurde die AB Diagnostic Systems GmbH in Berlin gegründet. Mit ELISA-Tests, z.B. für den Nachweis von Viren oder Schilddrüsenhormonen, hat sich das Unternehmen seitdem einen Namen gemacht. Wichtig war dem Unternehmen von Anfang an: So viele Prozesse wie möglich automatisieren! Für die Herstellung und Verpackung seiner ELISA-Platten hat sich das Unternehmen für eine skalierbare ImmuCoat®-Anlage der Firma Optima Life Science entschieden – und diese bereits nach zweieinhalb Jahren erweitert.

Mit ImmuCoat werden ELISA-Testkits vollautomatisiert hergestellt und verpackt. In der ersten Ausbaustaufe wurde ImmuCoat bei AB Diagnostic Systems noch im Pendelbetrieb eingesetzt, denn bestimmte Vorgänge, wie z.B. das Inkubieren, laufen mehrmals ab. Die entsprechenden Maschinenfunktionen können mehrfach angefahren werden. Dabei wechselt die Verarbeitungsrichtung; dennoch wird das First-in-First-out-Prinzip gewahrt. Vorteil dieser Betriebsvariante ist, dass die Module mehrfach verwendet werden können. Durch die wechselnde Transportrichtung kann allerdings zeitgleich nur ein Batch auf der Anlage bearbeitet werden.

Schnell steigerte AB Diagnostic Systems den Absatz – und brachte das System an die Kapazitätsgrenze der vorhandenen Ausbaustufe. Das Unternehmen entschied sich bereits nach wenigen Monaten auf Linien-Betrieb umzurüsten und die vorhandenen ImmuCoat-Komponenten um weitere Module des Systems zu ergänzen. Zeitaufwand vor Ort: zwei Wochen. In dieser Zeit wurde die vorhandene Anlage abgebaut, die neu ergänzte, „große“ ImmuCoat-Anlage installiert, Rezepte und Parameter wurden angepasst, und das Personal absolvierte eine Schulung.

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Kapazität wurde verdoppelt

Heute ist die ImmuCoat-Anlage auf Batchgrößen bis 5 760 Stück ausgelegt. Die Kapazität wurde somit verdoppelt. Die Linie arbeitet im Zweischichtbetrieb – und: Die Anlage wird jetzt im Multibatch-Betrieb eingesetzt. Dabei können sich Testkits unterschiedlicher Batches gleichzeitig auf der Anlage befinden – ein verwechslungsfreier Prozess ist gesichert. Die Multibatch-Funktionalität erlaubt es, die vorhandene Anlagenkapazität bestmöglich zu nutzen. Rund 25 % mehr Durchsatz lassen sich damit (je nach Rahmenbedingungen) erreichen.

Ziel des gesamten Herstellverfahrens ist, in den Wells (Kavitäten) der ELISA-Testkits eine stabile und gleichmäßige Schicht an Antigenen oder Antikörpern aufzubauen. Diese muss am Boden sowie bis zu einer definierten Höhe an den Wänden der Wells vorhanden sein. Die Anlagentechnik hat dabei maßgeblichen Einfluss auf die Produktqualität.

Von der ImmuCoat-Anlage werden zunächst die Mikrotiterplatten aus sogenannten Destackern in das Transportsystem abgestapelt. Die Platten werden deionisiert, um statische Aufladungen abzubauen. Jede Platte erhält aus dem Register der Systemsteuerung eine Seriennummer, die Qualitätskontrollen sowie eine verwechslungsfreie Multibatch- Verarbeitung erlaubt.

Sanft und exakt: Mikroliterdosierung

Für die Beschichtung werden jeweils 100 µl der Coating-Lösung in die 96 einzelnen Wells einer Mikrotiterplatte dosiert. Diese häufig teure und immer sensible Lösung enthält die Antikörper oder Antigene. Optima Life Science verwendet Glaskolbenpumpen und spezielle Ventile, die sich in umfangreichen Tests als besonders produktschonend erwiesen haben. Eine mechanische Beschädigung der Inhaltsstoffe wird damit effektiv verhindert. Zudem ist die Dosiergenauigkeit ganz wesentlich. Viel Entwicklungsarbeit wurde in die fluid-technische Optimierung der Dosierköpfe investiert. Ihr spezielles Design sorgt für einen gleichmäßigen Strom durch alle Nadeln. Zudem werden auftretende Luftblasen vom System erkannt und Fehldosierungen vermieden.

Nach diesem Vorgang folgt die Langzeit-Inkubation. Dabei setzen sich die enthaltenen Antikörper oder Antigene an den Wänden und am Boden der Wells fest. Mittels Temperatur und Luftfeuchtigkeit kann eine möglichst gleichmäßige Verteilung beeinflusst und gegebenenfalls beschleunigt werden – natürliche Grenzen setzen die oftmals temperatursensiblen Inhaltsstoffe und weitere Faktoren.

Die in die Linie integrierten Inkubatoren sind vollklimatisiert und können zwischen 4 °C und 37 °C sowie zwischen 40 % und 90 % relativer Luftfeuchte betrieben werden. Die beiden miteinander gekoppelten Module bieten eine Kapazität für insgesamt 5  760 Platten, die zeitgleich inkubiert werden können. Die Module sind unmittelbar in die Linie integriert, so dass für das Be- und Entladen – sowie in der gesamten Linie – kein manuelles Handling erforderlich ist.

Im nächsten Schritt wird sichergestellt, dass nur die fest anhaftende Schicht aus Antikörpern oder Antigenen im Well verbleibt. Die Coating-Lösung wird dazu per Vakuum aus den einzelnen Wells abgesaugt; anschließend werden diese gewaschen. In mehreren Waschzyklen werden jeweils 200 µl Waschlösung pro Well dosiert und nach kurzer Einwirkzeit wiederum mittels Vakuum entfernt.

Zur weiteren Stabilisierung der Antikörper oder Antigene im Well wird nun eine spezifische Lösung dosiert, die bei AB Diagnostic Systems für rund drei Stunden inkubiert. Für diesen Vorgang nutzt man einen nachgeschalteten, nicht klimatisierten Kurzzeit-Inkubator.

Stabile Strukturen im Well

Ein Finishing-Aspirator-Modul bereitet die Trocknung der Platten vor. Hier ist erneut höchste Präzision gefordert: Im Well soll nur noch eine Restmenge von typischerweise <1 µl Flüssigkeit verbleiben! Diese Menge realisiert man durch eine Absaugfunktion mit speziell entwickelter Geometrie und Strömungstechnik.

Die sich anschließende Trocknung basiert auf einem klimatisierten Inkubator-Modul. Die Trocknungseinheit führt getrocknete Luft zu und verdrängt feuchte Luft. Das Umluftsystem – mit Adsorptionstrocknung, Wärmetauscher und HEPA-Filtern ausgestattet – erzeugt trockene Luft. Diese wird über Injektionsdüsen eingebracht, reichert sich mit der Restfeuchte der Platten an und wird in den äußeren Bereich abgeführt. Die in Rezepturen definierten Temperatur- und Feuchtigkeitswerte werden damit sicher erreicht – und die Antigene oder Antikörper befinden sich in einer stabilen kristallinen Schicht im Well fixiert.

Letzter Schritt in der Inline-Verarbeitung ist die Verpackung. Das ImmuCoat-Modul schiebt die Mikrotiterplatten samt Trockenbeutel in einen gespreizten Dreirandsiegelnahtbeutel ein, der an seiner vierten Seite versiegelt wird. Die in den Beutelspreizern integrierten Vakuumsauger stellen bei Bedarf ein definiertes Vakuum in den Verpackungen her. Mit Scanner, Drucker und Etikettierer erhält jede Verpackung eine Seriennummer, die der auf der Mikrotiterplatte entspricht.

Sicher reproduzierbar

Mit automatisierten Reinigungsabläufen ist die Anlage innerhalb weniger Minuten auf neue Produkte umgestellt. Sämtliche Bewegungen in der ImmuCoat werden durch Schrittmotoren ausgeführt. Die Anlage kommt ohne Pneumatik aus, was sich bei den Betriebskosten positiv bemerkbar macht. Formatwechsel werden ausschließlich über das Bedienpanel durchgeführt. Neben der Zeitersparnis ist insbesondere die Reproduzierbarkeit aller Abläufe ein zentraler Vorteil. Zahlreiche Prozesskontrollen sichern diese ab. Mit der Rund-um-Automatisierung ist die Arbeitskraft einer Person für die Anlagenbedienung und -versorgung mit Materialien ausreichend. Eine zusätzliche Erweiterung der ImmuCoat-Anlagenkapazität wäre technisch jederzeit durchführbar.


Neue Prozesse per Plug & Play

Eine ImmuCoat®-Anlage kann bereits mit einer Basisstation in einer Länge von 0,75 m betrieben werden. Darauf sind sechs Prozessmodule integrierbar. Mit weiteren Basisstationen und Modulen entstehen große Produktionslinien, wie in dem hier geschilderten Anwendungsfall bei AB Diagnostic Systems. Die Linie misst rund 16 m Länge und besteht aus standardisierten Basis- und Prozessmodulen. Für beengte Raumverhältnisse stehen spezielle Module zur Verfügung.
Plug & Play: Der Anlagenbetreiber selbst kann Änderungen in der Linienkonzeption vornehmen. Soll die Anordnung von Modulen verändert werden, genügt es, zwei Schrauben und einen elektrischen Steckverbinder zu lösen und das Modul an gewünschter Stelle auf gleiche Weise zu platzieren. Die Anlagensteuerung erkennt die neue Position und adaptiert sich selbst. Insbesondere für Tests, neue Produkte und Prozessoptimierungen wird diese Anlagenfunktion von Kunden genutzt. Für die meisten verfügbaren Mikrotiterplatten sind die Datensätze zur automatischen Parametrierung in der Steuerung bereits hinterlegt.

Optima packaging group GmbH, Schwäbisch Hall
http://www.optima-packaging.com

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