Verfahrenstechnik 11/2024

VERFAHREN UND ANLAGEN

VERFAHREN UND ANLAGEN MIKROFLUIDISCHES ANALYSESYSTEM LABOR AM MANN Ein neues PCR-basiertes Nachweissystem ermöglicht es jetzt, direkt vor Ort festzustellen, ob schädliche Mikroorganismen im Produkt vorliegen. Die mikrofluidische Technologie gibt Antworten – ohne dass ein voll ausgestattetes Labor oder speziell geschultes Personal dafür erforderlich sind. Ein neues PCR-Analysesystem verhilft jetzt verschiedenen Industrien zu schnellerer Transparenz: Mit ihm können Mitarbeitende direkt vor Ort selbst Proben auf Bakterien oder Viren testen und müssen diese nicht mehr zeitaufwändig ins Labor schicken. Das System ersetzt dabei den kompletten Laborablauf von der Probe zum Ergebnis. Es besteht aus einem kleinen, einfach zu bedienenden Gerät sowie verschiedenen Kits – und liefert in unter 90 Minuten Ergebnisse. Entwickelt wurde es von Endress+Hauser Biosense, einem 2021gegründeten Joint Venture von Endress+Hauser und dem Forschungs- und Entwicklungsdienstleister Hahn-Schickard mit Sitz im Freiburger Innovationszentrum Friz auf dem Campus der Technischen Fakultät der Universität Freiburg. Kerntechnologie des Systems ist die von Hahn-Schickard in das Joint-Venture eingebrachte zentrifugale Mikrofluidik. Sie ermöglicht es, mittels Zentrifugalkräften geringste Flüssigkeitsmengen auf kleinstem Raum zu steuern. „Dadurch können auf einem Detektionsmodul im Inneren des Gerätes komplette und komplexe Laborabläufe ERGEBNISSE IN UNTER 90 MINUTEN Dr. Nicholas Krohn, Geschäftsführer von Endress+Hauser Biosense, erklärt: „Der Gang ins Labor braucht Zeit, denn es sind etliche Schritt bis zum Ergebnis notwendig. Mit unserem neuen Verfahren können Mitarbeitende direkt vor Ort selbst Proben auf Bakterien oder Viren testen und müssen diese nicht mehr zeitaufwendig ins Labor schicken. Das System besteht aus einem kleinen, einfach zu bedienenden Gerät sowie verschiedenen Kits – und liefert in unter 90 Minuten Ergebnisse.“ automatisch auf Knopfdruck und ohne manuelle Eingriffe fürs Reagenzienhandling stattfinden. In der medizinischen Diagnostik sind solche so genannten Lab-on-a-Disc-Anwendungen schon verbreitet. Uns ist es nun gelungen, sie auf die industrielle Prozessund Laborautomatisierung zu übertragen“, erklärt der Geschäftsführer Dr. Nicholas Krohn von Endress+Hauser Biosense. FOKUS AUF BENUTZERFREUNDLICHKEIT Auch die notwendige Probenvorbereitung vor der automatischen PCR-Analyse ist durch neue Methoden der Probenkonzentration einfach. Die entsprechenden Verfahren steuerte das zur Endress+Hauser Gruppe gehörende Unternehmen IST Innuscreen bei. „Da sie ohne Zentrifugation, Filtration oder Flockung auskommen, braucht es auch hier weder Spezialausrüstung noch -ausbildung. Jeder Mitarbeitende kann die Probe mit wenigen Handgriffen in nur fünf Minuten aufbereiten“, sagt Krohn. Diese wird dann in das mikrofluide Einweg-Detektionsmodul übertragen, das alle für den Ablauf notwendigen Reagenzien enthält. Das scheibenförmige Modul wird anschließend in das Verarbeitungsgerät Baboo gegeben. Das Gerät führt automatisch eine DNA- oder RNA-Extraktion mit anschließender Multiplex-Real- Time-PCR durch. Durch schnelle Rotationsbewegungen entstehende Zentrifugalkräfte steuern dabei den Transport der Flüssigkeit durch die Modulkanäle in Reaktions- und Analysekammern. Integrierte Analyse-Algorithmen interpretieren am Ende die PCR-Ergebnisse und zeigen sie auf dem Gerätedisplay an. Eine manuelle Dateninterpretation ist nicht erforderlich. EIN GERÄT, UNZÄHLIGE ANWENDUNGEN Für das universelle Verarbeitungsgerät Baboo bietet das Unternehmen aktuell rund zehn verschiedene applikationsspezifische 22 VERFAHRENSTECHNIK 2024/11 www.verfahrenstechnik.de

Kits vor allem für die Wasser-/Abwasser-Industrie aber auch für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Ein Kit enthält jeweils alles zur Probenahme und -vorbereitung sowie die Detektionsmodule, die das Gerät intern verarbeitet. Betreiber von Kläranlagen können so einfließendes Wasser auf die Viruslast von SARS-CoV-2 oder nach der Klärung auf Enterobacter-Bakterien, Enterokokken und Escherichia Coli testen. Prozesswasser kann ebenfalls auf diese Bakterien untersucht werden sowie auf Listeria spp und Listera monocytogenes. Diese Keime können in Lebensmitteln vorkommen und finden sich auch im Umfeld von lebensmittelverarbeitenden Betrieben. BIERSCHÄDIGERN AUF DER SPUR In Brauereien spielen bakterielle Krankheitserreger bei der Qualitätssicherung eine untergeordnete Rolle. Denn anders als in Wasser vermehren sie sich im Bier wegen des niedrigen pH- Wertes, des hohen Alkoholgehalts, des hohen Kohlendioxid- Gehalts und der Hopfenbitterstoffe nicht. Allerdings gibt es andere, für den Menschen ungefährliche Bakterien, die sich an die Bedingungen angepasst haben: Diese so genannten Bierschädiger können im Laufe des Brauprozesses durch Rohstoffe, Anlagenteile oder beim Abfüllen ins Bier gelangen – und mit der Zeit dessen Qualität beeinträchtigen. Es schmeckt oder riecht dann anders, kann trüb und sauer oder durch schlechte Aromen ungenießbar werden. Mit dem Analysesystem können Brauereien Bierschädiger früh erkennen und so rechtzeitig die richtigen Gegenmaßnahmen treffen, um die Ausbreitung der Keime, den Verlust von Chargen oder gar Produktrückrufe zu verhindern. Verschiedene Kits ermöglichen die spezifische Identifikation von bis zu 18 bierschädigenden Bakterien sowie Hopfenresistenzgenen. Es kann starke Trübungen, Schleimbildung und Fehlaromen etwa durch die Erhöhung des Diacetylgehalts verursachen. Die Proben können aus Flüssig keiten oder von Oberflächen genommen werden. GROSSES POTENZIAL FÜR DIE ANALYTIK Krohn bilanziert: „Unser universelles System macht einfache, benutzerfreundliche molekularbiologische Analysen vor Ort möglich, ohne dass ein Labor benötigt wird. Die mikrofluidische Automatisierung verkürzt zudem die Zeit bis zum Ergebnis und beschleunigt die Entscheidungsfindung. Darüber hinaus behalten die Anwender während der gesamten Zeit die Kontrolle von der Probenahme zum Ergebnis. In Zukunft könnten noch viele weitere Parameter erfasst werden, zum Beispiel Pilze, multiresistente Erreger oder weitere respiratorische Erreger. Ebenfalls könnte das System in der Lebensmittelanalytik vielfältiger zum Einsatz kommen für den Nachweis von pathogenen Mikroorganismen, Allergenen, genetisch veränderten Organismen oder die Bestimmung von Tierarten.“ Aktuell arbeitet das Unternehmen im frühzeitigen und engen Austausch mit Kunden an weiteren Kits und damit an zusätzlichen Anwendungen. 13TH INTERNATIONAL VALVE TRADE FAIR & CONFERENCE MAKE YOUR BUSINESS FLOW valveworldexpo.com Bilder: Endress + Hauser, romankrykh – stock.adobe.com www.endress.com Sponsored by: UNTERNEHMEN Endress+Hauser Deutschland Colmarer Straße 6, 79576 Weil am Rhein markus.ketterer@endress.com GET TICKETS NOW!