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Probenröhrchen mit 2D-Code2D-Codes für Probenröhrchen

Les- und Haltbarkeit unter Laborbedingungen
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Probenröhrchen mit 2D-Code: 2D-Codes  für Probenröhrchen

Alberta Colakovic, Brian Hewson, Tal Murthy*)

  1. Die Studie wurde in den Scientific Applications Laboratories von Thermo Fisher Scientific durchgeführt. Das Team, bestehend aus Alberta Colakovic, Brian Hewson (brian.hewson@thermofisher.com) und Tal Murthy (tal.murthy@thermofisher.com) entwickelt Anwendungen für verschiedene Produkte für unterschiedliche naturwissenschaftliche Gebiete, u.a. für die Produktlinien zur Probenlagerung.
Angesichts von Tausenden oder sogar Millionen einzelner Proben, die bearbeitet und nachverfolgt werden müssen, bedarf es einer effektiven Methode mit hohem Durchsatz zur Identifikation, zur Bearbeitung und zum Abruf von Proben aus den Lagerungssystemen. Zu diesem Zweck wurden Röhrchen mit zweidimensionalem Code am Röhrchenboden, einem unverwechselbaren 2D-Datenmatrix-Code, entwickelt. Dieser Artikel befasst sich mit der Beständigkeit der Codes unter verschiedenen Bedingungen, wie sie im Labor vorkommen können.
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2D-Codes ermöglichen die problemlose Nachverfolgung von Probenröhrchen, so dass der Anwender die diversen Proben wesentlich schneller und leichter einlagern, abrufen und identifizieren kann. Im Labor können die Abläufe dank dieser Röhrchen effektiv rationalisiert werden, denn sie schließen Verwechslungen aus, und die manuelle Probennachverfolgung wird auf ein Minimum begrenzt. Das setzt Zeitreserven und Ressourcen für eine größere Anzahl anderer Experimente frei.

Röhrchen, die bereits bei der Fertigung mit einem Code versehen werden, sind dauerhaft gekennzeichnet, so dass eine sichere und zuverlässige Nachverfolgung im Labor möglich ist. 2D-Codes werden häufiger eingesetzt, da sie weit mehr Informationen enthalten als 1D-Codes. Sie stellen nicht nur ein hervorragendes Verfahren zur Bestandsüberwachung dar, sondern senken auch die Fehlerrate bei der Probenidentifikation. Code-Daten verschaffen dem Anwender ein hohes Maß an Sicherheit. Der Inhalt der Probenröhrchen steht praktisch zweifelsfrei fest und die Gefahr, mit falschen Proben zu arbeiten, ist nahezu ausgeschlossen. Das ist ein großer Vorteil, denn durch die Verwechslung von Proben kann die Nutzbarkeit bestimmter Substanzen beeinträchtigt werden, während die Zugabe des falschen Reagenz zu einer Reaktion im besten Fall zu inkonsistenten Daten führen, im schlimmsten Fall gefährliche oder schädliche Wirkungen nach sich ziehen kann. Nutzt man für das Probenmanagement im Labor Röhrchen mit 2D-Codes, so beugt man Fehlern vor, verbessert die Reproduzierbarkeit und Sicherheit der Experimente und trägt zu einem optimierten Laborbetrieb bei.
Die Codes mit 2D-Datenmatrix werden dauerhaft am Boden der Probenröhrchen angebracht, entweder durch direkte Laser-Ätzung oder durch Einkapselung. So wird die zuverlässige Lesbarkeit der Codes ebenso wie die sichere Nachverfolgbarkeit der Racks und Röhrchen sichergestellt, unabhängig vom verwendeten Lagerungssystem. Die Code-Daten lassen sich mit einem 2D-Code-Lesegerät als Zubehör ablesen sowie schnell und problemlos in unterschiedliche Probenlagerungsarchive, beispielsweise Datenbanken in Form von Kalkulationstabellen oder LIMS (Laboratory Information Management Systems), übertragen.

Lagerungsbedingungen

Die Nachverfolgbarkeit und die Abrufbarkeit von Proben auch über lange Zeiträume hinweg sind von größter Bedeutung. Beides wird erschwert oder gar unmöglich, wenn der Code an Lesbarkeit verliert. Verschiedene Probentypen sind unterschiedlichen Bedingungen und Temperaturen ausgesetzt, je nach geeignetem Verfahren zur Aufrechterhaltung der Probenqualität und -integrität. Die Lesbarkeit der Codes muss daher unter allen Lagerungsbedingungen gewährleistet sein. In der Regel erfolgt die Langzeitlagerung von Proben bei Temperaturen von -80 °C, und immer häufiger auch als Cryolagerung in Flüssigstickstoff bei etwa -196 °C. Darüber hinaus müssen bestimmte Proben vor der eigentlichen Langzeitlagerung in der Gasphase von Flüssigstickstoff schockgefroren werden. Proben, die unmittelbar für Experimente zur Verfügung stehen müssen, werden üblicherweise bei -4 °C gelagert. Das heißt, Codes müssen einem breiten Spektrum von Chemikalien und aggressiven Substanzen sowie extrem niedrigen Temperaturen standhalten.

Im Idealfall sollten Proben aliquotiert und als Bibliothek nutzbarer Proben in Gefrierschränken aufbewahrt werden, um der Gefahr einer Verschlechterung oder potenziellen Kontamination der Proben vorzubeugen. Die einzelnen aliquotierten Proben können dann unmittelbar vor dem Experiment wieder aufgetaut werden. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht in allen Labors praktikabel, denn aus Kostengründen oder aufgrund von Platzmangel ist die Einlagerung von Proben in größeren Aliquots mitunter unumgänglich. 2D-Codes müssen daher auch bei Proben, die mehrere Gefrier- und Auftauzyklen durchlaufen, lesbar bleiben.

Tests der Röhrchen mit 2D-Codes

Drei unterschiedliche Typen von Thermo Scientific Röhrchen wurden unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt, um die langfristige Lesbarkeit der 2D-Codes zu überprüfen: sterile 1,4-ml-Röhrchen mit flachem Boden, 1,0-ml-Röhrchen und 1,2-ml-Röhrchen mit Drehverschluss. Alle Röhrchen wurden unter folgenden Bedingungen getestet: -80 °C Tiefkühlung, Tiefkühlung in der Gasphase von Flüssigstickstoff, kochendes Wasser. Zwar kommen Röhrchen mit Barcodes in der Regel nicht mit kochendem Wasser in Berührung, aber wir wollten auch diese Extrembedingung testen, um zu prüfen, ob der Code auch dieser Belastung standhält. Jedes Rack enthielt eine Reihe aus acht Röhrchen mit unterschiedlichem Inhalt: 100 % DMSO-Lösung, destilliertes Wasser, kein Inhalt (Röhrchen leer).

Folgende Testbedingungen wurden definiert: ein Gefrier- und Auftauzyklus bei -80 °C (die Röhrchen wurden in einem Gefrierschrank auf -80 °C heruntergekühlt und konnten dann auf Raumtemperatur auftauen), ein Gefrier- und Auftauzyklus in der Gasphase von Flüssigstickstoff (die Röhrchen wurden in Flüssigstickstoff eingefroren und konnten dann auf Raumtemperatur auftauen), ein Siede- und Abkühlzyklus (die Röhrchen wurden 10 Minuten lang kochendem Wasser von 100 °C ausgesetzt und konnten dann auf Raumtemperatur abkühlen). Auch ein Auftaugerät für die Röhrchen kam zum Einsatz. Dieses erzeugte einen kontinuierlichen Strom von Umgebungsluft am Boden der Röhrchen, um den Auftauvorgang zu beschleunigen. Nach einem Auftauzyklus wurden die Röhrchen in den Racks wieder den ursprünglichen Lagerungsbedingungen ausgesetzt.

Mit dem 2D-Code-Lesegerät als Zubehör wurden die 2D-Codes der Röhrchen in den Racks zweimal gescannt, um die optimale Lesbarkeit der Codes unter normalen Laborbedingungen zu prüfen. Die Informationen wurden in numerische Codes konvertiert und in Form von Textdateien gespeichert.

Aliquotierte Proben von 950 bzw. 75 µl werden bei -80 °C in der Regel zehn Gefrier- und Auftauzyklen ausgesetzt. Röhrchen, die in der Gasphase von Flüssigstickstoff gekühlt werden, sind zwar ausreichend robust, aber Zell- oder Gewebeproben halten mehreren solchen Gefrier- und Auftauzyklen in der Regel nicht stand, so dass nur fünf solcher Zyklen durchgeführt wurden. Ist ein wiederholtes Auftauen von zell- oder gewebehaltigen Proben erforderlich, so ist eine Lagerung der Proben in Aliquots dringend zu empfehlen.

Sämtliche Röhrchen wurden zehn Gefrier- und Auftauzyklen bei -80 °C, fünf Gefrier- und Auftauzyklen in Flüssigstickstoff sowie fünf Siede- und Abkühlzyklen unterzogen. Nach dem Einfrieren bzw. Kochen konnten die Röhrchen in den Racks auf Raumtemperatur auftauen bzw. abkühlen. Danach wurden die 2D-Codes mit dem Lesegerät abgelesen.

Ergebnis eindeutig

Das Ergebnis der Studie ist eindeutig: Die getesteten Röhrchen mit 2D-Datenmatrix-Codes halten mehreren Gefrier- und Auftauzyklen, mehreren Siede- und Abkühlzyklen sowie dem Einfrieren in der Gasphase von Flüssigstickstoff stand, ohne dass es zu Anzeichen für Qualitätseinbußen oder sonstigen Problemen mit der Lesbarkeit der Codes kommt.

Wie die Ergebnisse in der Tabelle 1 zeigen, ließ sich der Code nach insgesamt zehn Gefrier- und Auftauzyklen bei -80 °C, fünf Gefrier- und Auftauzyklen in der Gasphase von Flüssigstickstoff sowie fünf Siede- und Abkühlzyklen bei 100 % aller Röhrchen aus allen Racks unabhängig von deren Inhalt erfolgreich in einen numerischen Code konvertieren. Das heißt, weder durch mehrere Gefrier- und Auftauzyklen noch durch mehrere Siede- und Abkühlzyklen verschlechtert sich die Lesbarkeit der Codes bei den drei getesteten Typen von Röhrchen mit 2D-Codes.

Fazit

Angesichts der ständig wachsenden Zahl an Proben, die unter den verschiedensten Bedingungen gelagert und bearbeitet werden müssen, ist Zuverlässigkeit bei der Einlagerung und dem Abruf der Proben von größter Wichtigkeit. Selbst Hunderttausende von Proben müssen zuverlässig nachverfolgt werden können. Die dauerhafte Lesbarkeit der Codes unter normalen Lagerungsbedingungen im Labor ist unabdingbare Voraussetzung für die präzise Nachverfolgbarkeit der großen Zahl von Proben, die in Labordatenbanken oder Nachverfolgungssystemen erfasst sind. Die Thermo Scientific Röhrchen mit 2D-Codes gehören zu einem kombinierbaren Produktangebot von Lösungen für die Probenlagerung und bewahren auch nach zahlreichen Zyklen unter verschiedenen Lagerungsbedingungen ihre Lesbarkeit ohne jede Beeinträchtigung. Der Datenmatrix-Code der Röhrchen erwies sich als haltbar, widerstandsfähig und stabil und ermöglicht damit eine optimale Produktleistung.

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