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www.laborpraxis.de Februar 2016 40. Jhg. LP 1/2
ERNEUERBARE ENERGIEN
Nanopartikel fr moderneSolarzellen Seite 16
WASSER- & UMWELTANALYTIK
Ist die Normenvielfalt nochzeitgem? Seite 40
LEBENSMITTELANALYTIK
So analysieren SieMykotoxine effizient Seite 46
VAKUUMTECHNOLOGIE
Fortschritt inder Forschung
Seite 20
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www.eppendorf.com/bioprocessEppendorf and the Eppendorf logo are
registered trademarks of Eppendorf AG, Germany. New Brunswick is a
trademark of Eppendorf AG, Germany.DASGIP is a registered trademark
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Laborpraxis Februar 2016 3
E d i t o r i a l L P 1 / 2
Das Highlight aus Sicht der Laboranwender wird in diesem Jahr
sicherlich dieAnalytica hrt man doch aus Richtung des Veranstalters
nur positive Mel-dungen im Hinblick auf Programm und
Ausstellerzahlen. Doch das Labormesse-Jahr startet schon im Mrz,
denn dann findet in Frankfurt am Main die ersteLab-Supply 2016
statt. Diese eintgige Fachausstellung hat sich in den ver-gangenen
Jahren als populre Veranstaltung etabliert, die mit Regionalittund
umfangreichem Weiterbildungsprogramm punktet. Wer sich also fr
Vor-trge zu Themen wie Refraktometrie oder optimierter HPLC
interessiert, demsei der 2. Mrz ans Herz gelegt. Dann findet in der
Jahrhunderthalle in Frank-furt die erste Lab-Supply 2016 statt
(mehr dazu finden Sie auf S. 50).
Was uns bewegt...
Genormte Verfahren im Labor sind wichtig! Gerade wenn sie in so
kritischenBereichen wie der Wasseranalytik Anwendung finden. Doch
ist die heutigeNormenvielfalt noch zeitgem? Unsere Autoren haben in
den vergangenenLP-Ausgaben spezifische Verfahren unter die Lupe
genommen. Ab Seite 40finden Sie eine Zusammenfassung dieser
Ergebnisse und einer Einschtzungunserer Experten.
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Der Fusionsreaktor Wendelstein 7-X hat am 3. Februar erstmals
ein Wasserstoff-Plasma erzeugt. Nach zehn Jahren der Montage und
der Betriebsprfung istdie Forschungsanlage von Bundeskanzlerin
Angela Merkel erstmals gestartetworden. Ob das mehr als eine
Milliarde teure Projekt die Lsung fr unsereEnergieprobleme sein
wird, bleibt abzuwarten. Ein Beispiel fr den deutschenForschergeist
ist es allemal!
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LP-Leser teilgenommen haben (Stichwort Ge-haltsreport auf
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Anforderungen kommt es an. Gemeinsammit unseren Kunden erarbeiten
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4 Februar 2016 Laborpraxis
Mit neuen vorkonfigurierten Pumpensystemenlassen sich
Vakuumanwendungen optimaldurchfhren. Seite 20
Wenn Labore geplant werden mssen, gilt es eine Vielzahl von
Entscheidungen zu treffen. Integrierte Planung hilft dabei. Seite
24
Bei der knstlichen Photosynthesenutzt man quasi ein knstliches
Blatt,das unmittelbar Wasserstoff durchWasserspaltung erzeugt.P R O
F . D R . T H O M A S H A N N A P P E L ,Leiter Institut fr
Photonik, Technische Universitt Illmenau
Seite 14
I n h a l t L P 1 / 2
RUBRIKEN
Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Highlight News digital . . . . . . . . . . . 6
Top 10 www.laborpraxis.de . . . . . . . . 7
Marktbarometer . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Wissenschaft & Forschung . . . . . . . . 10
Termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Weiterbildung . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Wirtschaft & Mrkte . . . . . . . . . . . . 56
Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Vorschau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Die letzte Seite . . . . . . . . . . . . . . . 58
ERNEUERBARE ENERGIEN
Wasserstoff effizient erzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . .
.14Knstliche Photosynthese als Lsung
Dispersion als Lsung? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .16Organische Halbleiternanopartikel fr
umweltfreundlicheSolarzellen
Produktmeldungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .19
LABORTECHNIK
Mit Hochvakuumsystemen von der Forschung zum Fort-schritt . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.20Optimale Vakuumsysteme fr Laboranwendungen
Sanierung oder Neubau? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .24Laborsymposium bringt Experten und Anwender zusammen
Planung gut, alles gut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .26Integrierte Laborplanung aus einer Hand ein
SchweizerBeispiel
SPECIA
L
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Laborpraxis Februar 2016 5
Schimmelpilzgifte sind gefhrlich. Mit der HPLC/MS lassen siesich
in Lebensmittelproben effizient nachweisen. Seite 46
Nachhaltig sozial? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .30Nachhaltigkeit als Teil des modernen Labormanagements Teil
2
Produktnews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .33
BIO- & PHARMAANALYTIK
Blutzuckerspitzen senken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .36Heilpflanzenextrakt auf bioaktive Inhaltsstoffe untersucht
Produkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .39
WASSER- & UMWELTANALYTIK
Normenvielfalt noch zeitgem? . . . . . . . . . . . . . . . .
.40Genormte photometrische Verfahren in der Wasseranalytik
Produktinformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .44
LEBENSMITTELANALYTIK
Neun auf einen Streich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .46Effiziente Multimethode fr die Mykotoxinanalytik
Produktneuheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .49
Nachhaltiges Handeln inUnternehmen beinhaltetauch viele soziale
Aspekte.Wir haben sie zusammen-gefasst. Seite 30
NEU: Digitaler und analoger
Anschluss pH- und LF-Messung
sind gleichzeitig mglich Ethernet-Anschluss
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6 Februar 2016 Laborpraxis
I n h a l t w w w. l a b o r p r a x i s . d e
Bild:LAB
ORPRAXIS
Bild:N
.Yakushevich
-Fotolia
KOSTENFREIES WEBINAR
Zehn goldene GMP-RegelnMit der Verffentlichung der Good
Manufacturing Practice-Richtlinien wurde auch die Empfehlung
festgehalten, denLieferanten strker in den internen
Qualifizierungsablaufeinzubinden. Lernen Sie in dieser
Webinar-Aufzeichnung, wieSie mit zehn einfachen Regeln den Einstieg
in die effizienteund nachverfolgbare Laborarbeit schaffen.
Stichwort: Webinar Anton Paar
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LABORWASSER
Die richtige Anlage findenOhne Wasser kann kein Labor arbeiten,
denn es ist das wich-tigste Reagenz und Lsungsmittel. Dennoch ist
vielen An-wendern nicht bewusst, wie entscheidend die
Laborwasser-Aufbereitung fr ihre Arbeit ist. Dieser Leitfaden
zeigt, wel-che Aspekte Sie bei der Entscheidung fr ein neues
Rein-oder Reinstwassersystem beachten sollten.
Stichwort: Whitepaper Reinstwasser
DATENVERLUSTE
Die verrckten Top 10Jedes Jahr stellt das
Datenret-tungsunternehmen Kroll Ontrac dieTop 10 der
ungewhnlichsten Da-tenverluste aus den eigenen Labo-ren vor. Dabei
ist es schon erstaun-lich, wie die Experten Daten retten.
Stichwort: Datenverluste
ARBEITSSICHERHEITSBAROMETER
Psychische ProblemeDie Mehrheit der deutschen Unter-nehmen hat
die psychische Gesund-heit ihrer Mitarbeiter noch nichtausreichend
im Blick. Nur ein Vier-tel legt ein besonderes Augenmerkauf
psychische Belastungen.
Stichwort: Dekra Arbeitssicherheit
PHARMABRANCHE
Das gelobte LandIndien erwchst zum gelobten Landfr die
Pharmaindustrie. Expertenvon Global Data sagen fr 2020 ei-nen
gewaltigen Wachstumsschubvoraus. Treiber ist u.a. der
Gene-rikamarkt.
Stichwort: Pharmamarkt Indien
MODERNE PRODUKTION
Biotechnologie 4.0Industrie 4.0 erfordert eine durch-gehende
Datenerfassung, um auto-matisierte Prozessabfolgen in kom-plexen
Produktionsumgebungen zusteuern. Ein Beispiel dafr ist
dieKultivierung lebender Zellen.
Stichwort: Biotechnologie 4.0
Bild:K
rollOntrack
Bild:A
ndreyPopov/Fotolia.com
Bild:M
ichaelJarmoluk;CCO,P
ixabay
Bild:B
ildschn
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Laborpraxis Februar 2016 7
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Sichere GefahrstofflagerungUnsere Webinaraufzeichnung zeigt fr
die Gefahrstofflage-rung vielfltige, neue Mglichkeiten auf, die dem
aktuellenStand der Technik und Vorschriften entsprechen.
Insbeson-dere die individuellen Bedrfnisse der Anwender sowie
dieProzesssicherheit stehen im Fokus der Lsungen zur Lage-rung von
brennbaren Flssigkeiten, Suren und Laugen.
Stichwort: Webinar Gefahrstoffe
Top 10 Artikelauf www.labo
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REINSTWASSER:Manahmen fr bessere Wasserqualitt in der LC-MS
WEICHMACHER:Phthalate machen dick
SKURRILES UND NTZLICHES FR DAS BRO:20 Must-haves fr den
Arbeitsplatz
LEITFHIGKEITSMESSUNG:Was bei der Leitfhigkeitsmessung zu
beachten ist
STUDIE ZUM THEMA ROHMILCH:Rohmilch schtzt vor Allergien
EPIGENETISCHER SCHALTER:bergewicht kann manchmal abgeschaltet
werden
MIKROPLASTIK:Mikroplastikpartikel in Speisefischen
MORBUS PARKINSON:Entdeckung der Krankheitsursache rckt nher
VENUSFLIEGENFALLE:Pflanzen knnen rechnen
BESTANDSMANAGEMENT UND ANALYSETRENDS:So vermeiden Sie alltgliche
Fehler im Labor
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2
3
4
5
6
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9
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8 Februar 2016 Laborpraxis
328 Entwicklungs-projekte mit Chance auf
Abschluss bis 2019
Z a h l e n & M r k t e L P 1 / 2
Mark tbarometerTREIBHAUSGASEMISSIONEN
Klimaschutz mit Bioethanol?Biokraftstsoffe mssen erst ab 2017
eine Mindesteinsparungan Treibhausgasemissionen von 50% erreichen.
Bioethanol er-reichte 2015 im Vergleich zu fossilem Benzin bereits
ber 62%.
CHEMIEBRANCHE
Die beliebtesten ArbeitgeberIn einer aktuellen Umfrage wurden
rund 20 000 Studenten ausdem Bereich Chemie nach ihren bevorzugten
Arbeitgebern be-fragt. BASF und Bayer stehen ganz oben auf der
Wunschliste.
Quelle: XXXX
Quelle: IHS
GLOBALER MONONATRIUMGLUTAMAT-MARKT
Asien treibt Wachstum
Quelle: Bundesverband der deutschen Bioethanolwirtschaft
(BDBe)
Quelle: vfa
AUSBLICK BIS 2019
Krankheiten besser behandeln
Grafik
Grafik
Grafik
Treibhausgas-emissionen
Bioethanol 2015:
minus 62%verglichen mitfossilem Benzin
Bild:
SophiaWinters-Fotolia
Quelle: Studitemps 11/2015 Grafik
1 BASF 29,7%
2 Bayer AG 23,9%
3 Evonik Industries 9,4%
4 Henkel 8,9%
5 Wacker Chemie 5,4%
6 Lanxess 4,1%
7 Linde AG 3,5%
8 Brillux 3,2%
9 Hoechst 2,9%
10 3M 2,8%
Bild:destina-Fotolia
Bild:fosin-Fotolia.com
Haupttreiber fr Wachstum:Thailand, Indonesien,Vietnam und
China
gefolgt vonBrasilien und
Nigeria
Asienkonsumiert
88%,China allein
55%, des weltweitverbrauchtenNatrium-glutamats
Anstiegdes geschtztenglobalen Bedarfs:
3Miot(2014)
3,9Miot(2019)
bis 2019 rund
120 Krankheitenbesser behandel- oder
vermeidbar
wichtige
Indikationen:Infektionskrankheiten,Herz-Kreislauf-Erkran-kungen,
Krebs, seltene
Erkrankungen
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Laborpraxis Februar 2016 9
Z a h l e n & M r k t e L P 1 / 2
Quelle: BIO Deutschland
LIQUID-HANDLING-AUSRSTUNG
Globaler Markt im Aufwrtstrend
DEUTSCHE BIOTECHNOLOGIE-BRANCHE
Optimistischer Start ins neue Jahr
Grafik
2014:
2,9
2019:
3,4Mrd. US-Dollar
Mrd. US-Dollar
8,3%durchschnittlicheWachstumsrate
Einnahmen 2015:553 Mio. Euro =
38% mehrals 2014
2016:Neue Investitio-nen in Personal-aufbau und F&E
geplant
Grafik
Quelle: BBC Research
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W i s s e n s c h a f t & F o r s c h u n g L P 1 / 2
10 Februar 2016 Laborpraxis
HELICOBACTER PYLORI
Hatte Gletschermumie tzi Magenprobleme?Jena Das Bakterium
Helico-bacter pylori findet sich heutebei der Hlfte aller
Menschenim Magen. Unter ungnstigenBedingungen kann es
Magen-geschwre und Krebs verursa-chen. Einem
internationalenForschungsteam unter Beteili-gung von Forschern des
Max-Planck-Instituts fr Mensch-heitsgeschichte ist es nun
ge-lungen, ein H. pylori-Genomaus der 5300 Jahre alten
Glet-schermumie tzi zu entschls-seln. berraschenderweise er-
gab der Vergleich mit heutigenH. pylori-Bakterien, dass derStamm
der Gletschermumieasiatischen und nicht europi-schen Stmmen hnelt.
DiesesErgebnis wirft neue Fragen zuden frhen Wanderungsbewe-gungen
der Menschen nach Eu-ropa auf. Weitere Vergleichemit historischen
Funden ausAsien und Afrika aus unter-schiedlichen Epochen sind
n-tig, um die europischen Wan-derungsbewegungen nachvoll-ziehen zu
knnen. dpo
Rekonstruktion der Gletscher-mumie tzi, der wahrscheinlichunter
Magenproblemen litt.
Bild:Wikimedia/Thilo
Parg/CCBY
-SA3.0
FORTPFLANZUNG
Zeugungsfhig dank dicht gepackter SpermienMarburg Bei der
Spermien-bildung addieren sich die Ef-fekte mehrerer
unterschiedli-cher Proteine, die zur Verklei-nerung der
Spermienkerne bei-tragen. Das folgern Biologin-nen der Universitt
Marburgaus Experimenten an Frucht-fliegen-Mnnchen. Die
For-scherinnen behinderten dieVerdichtung des Erbguts in
denSpermien, woraufhin die be-troffenen Tiere ihre
Zeugungs-fhigkeit einbten. Die Erb-substanz DNA liegt im
Zellkern
in verpackter Form vor. In Kr-perzellen besteht die Verpa-ckung
aus speziellen Eiwei-verbindungen, den Histonen.Diese werden durch
Protamineersetzt, wenn Spermien gebil-det werden, was zu einer
star-ken Verdichtung des Erbmate-rials fhrt. Die Ergebnisse
deraktuellen Studie belegen, dassmindestens drei Proteine beider
Umorganisation der Verpa-ckung zusammenwirken, umdas Erbgut in den
Spermien zuverdichten. dpo
Marburger Forscherinnen unter-suchten an Fruchtfliegen-Mnn-chen,
welche Faktoren an derenSpermienbildung beteiligt sind.
Bild:TheA
lphaWolf/Common
s
EISGLTTE
Darum schlittern wir im WinterJlich Erst seit etwa
einhun-dertundfnfzig Jahren be-schftigen sich Wissenschaftlermit
der Frage, wie es dazukommt, dass Eis berhaupt sorutschig ist.
Andere Festkrperaus Metall oder Kunststoffenbieten auch wenn sie
perfektglatt geschliffen sind deut-lich mehr Reibungswiderstandals
Eis. Aus dem Schwimmbadwei man allerdings: Bringtman Wasser ins
Spiel, dannverwandeln sich Fliesen in eineRutschbahn. Auch bei Eis
ma-
chen Forscher eine dnne Was-serschicht auf der Oberflchefr die
Gltte verantwortlich.Um den Effekt dieser dnnenWasserschicht in
eine Formelzu packen, msste man Genau-eres ber sie wissen. Das
groeProblem bei allen Theorien zurReibung ist aber, dass man
dieReibungsflche selbst nur sehrschwer untersuchen kann, er-lutert
Bo Persson vom Jli-cher Peter Grnberg Institut(PSI). Denn die
Kontaktregionder sich berhrenden Flchen
ist verborgen. Persson hat einmathematisches Modell entwi-ckelt,
das die Reibungskraftzwischen einer Eisschicht undeinem darauf
befindlichen be-wegten Krper beschreibt. Da-mit knnte es in Zukunft
mg-lich sein, Materialien fr be-sonders glattes oder
besondersrutschfestes Verhalten auf Eiszu optimieren. Persson
arbei-tet nun daran, das Reifenmate-rial schlechthin Gummi inseine
Berechnungen mit einzu-beziehen. dpo
Gieen Kommt es zu Anti-biotikaresistenzen, dann wer-den
Reserveantibiotika einge-setzt bei multiresistentenEnterobakterien
ist Colistineines der wenigen noch wirk-samen Antibiotika. Doch
auchdiese Option knnte bald aus-gedient haben: Im November2015
wurde in China ein neu-es Colistin-Resistenzgen ent-deckt.
Wissenschaftler desDeutschen Zentrums fr In-fektionsforschung
(DZIF) undder Uni Gieen konnten dasResistenzgen mcr-1 nun auchin
Deutschland nachweisen in einer Humanprobe aus demJahr 2014.
Mnchen Angststrungensind die am weitesten verbrei-teten
psychiatrischen Erkran-kungen. Ein Drittel der Pati-enten mit
Angsterkrankungenspricht nicht auf die derzeitverfgbaren
Behandlungsme-thoden an. In einer Studiekonnten Forscher am
Max-Planck-Institut fr Psychiat-rie zeigen, dass ein verbesser-ter
Schutz der Mitochondrienin Zellen angstlsende Wir-kung hat. Dieses
verbesserteVerstndnis dafr, wie mito-chondriale VernderungenAngst
beeinflussen, knnteder Schlssel zu neuartigenBehandlungsmethoden
sein.
Ulm Der Arzneistoff Ambro-xol wird unter dem Handels-namen
Mucosolvan bei Hustenund festsitzendem Sekret inden Atemwegen
eingesetzt.Bislang war lediglich geklrt,wie der Wirkstoff
Schmerzenmindert. Forscher an der UniUlm, konnten nun erstmalsden
fr die Schleimlsungverantwortlichen molekularenMechanismus
nachweisen:Ambroxol stimuliert mithilfedes Botenstoffs Kalzium
(Ca2+)die Ausschleusung von Ab-fallprodukten aus der Zelle.Dies
knnte zu neuen Thera-pieanstzen fr neurodegene-rative Krankheiten
fhren.
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12 Februar 2016 Laborpraxis
Bochum Forscher der Uni-versitt Bochum haben in Zu-sammenarbeit
mit Kollegenaus Osnabrck, Bremen undGttingen eine zweite
Riesen-pore fr den Transport vongefalteten Proteinen in be-stimmte
Zellorganellen, diePeroxisomen, entdeckt. Eineerste Riesenpore
hatte dieGruppe bereits vor fnf Jah-ren beschrieben.
Peroxisomensind am Abbau von Fettsurenbeteiligt und entschrfen
gif-tiges Wasserstoffperoxid inder Zelle. Sie sind mit zahlrei-chen
Enzymen ausgestattet,die sie aus der Zellflssigkeitimportieren
mssen.
Tbingen Ein interdiszipli-nres Team aus Forschern desInstituts
fr Bioinformatik(ZBIT), der Rechtsmedizin,des Zentrums fr
quantitativeBiologie (QBiC) sowie Bioana-lytikern vom
Forschungsinsti-tut fr Augenheilkunde (FIA)am Universittsklinikum
hatein Verfahren entwickelt, dases erlaubt, Verbrechen mitSchuss-
oder Stichwaffendeutlich genauer als bisher zurekonstruieren.
Organspezifi-scher Proteinsignaturen sol-len den Forschern nun
dabeihelfen, die Flugbahn von Pro-jektilen besser berprfen
zuknnen.
Tbingen Bilder werden imAuge wesentlich umfassenderverarbeitet
und interpretiertals bisher bekannt. Ein For-scherteam um Professor
Tho-mas Euler und Professor Mat-thias Bethge von der Univer-sitt
Tbingen hat in einerStudie die Kanle untersucht,ber die
Informationen ausdem Auge ins Gehirn geleitetwerden. Dabei
identifiziertensie zahlreiche neue Zelltypenund stellten zudem
fest, dassdie Netzhaut ber bis zu 40verschiedene Kanle ins Ge-hirn
verfgen drfte dop-pelt so viele wie bislang ange-nommen.
HELICOBACTER PYLORI
Per Mikroschwimmer zur MagenwandStuttgart Das im menschli-chen
Magen hufig vorkom-mende Bakterium Helicobacterpylori versteht es,
sich durchdie zhe Magenschleimhauthindurch zu bewegen. Forscherdes
Max-Planck-Instituts frIntelligente Systeme haben einknstliches
Mikrovehikel ge-schaffen, das ebenfalls viskoseSchleimhute
durchdringenkann. Eines Tages knnten sol-che Schwimmer
pharmazeuti-sche Wirkstoffe an die Magen-wand transportieren.
dpo
Ein winziger Schwimmer in Form eines Korkenziehers kann durch
diezhe Magenschleimhaut, dargestellt durch die schwarzen Fden,
zurMagenwand (unten) vordringen, weil eine Beschichtung mit
demEnzym Urease die Schleimhaut lokal verflssigt.
Bild:AlejandroPosada
UMWELTVERSCHMUTZUNG
Mikroplastik in Fischen und PflanzenfressernBremerhaven
Wissenschaft-ler des Alfred-Wegener-Institu-tes, Helmholtz-Zentrum
fr Po-lar- und Meeresforschung un-tersuchen die Menge und
Ver-breitung von Mikroplastik imMeer sowie dessen Auswirkun-gen auf
die Meeresbewohner.In zwei Studien haben die Bio-logen weitere
Tiergruppenidentifiziert, die Mikroplastik-partikel aufnehmen. Die
ersteGruppe umfasst Nord- und Ost-see-Speisefische wie Kabeljauund
Makrelen; die zweite Grup-
pe sind Pflanzenfresser wieStrandschnecken, die sich vonGroalgen
ernhren und Fi-schen sowie Krebsen als Beutedienen. Die
Wissenschaftlerhaben den Verdauungstraktund Mageninhalt von 290
Ma-krelen, Flundern, Heringen,Dorschen und Klieschen ausder Nord-
und Ostsee unter-sucht. Dabei zeigte sich, dassder Hering zu
bestimmten Jah-reszeiten keine Mikroplastikp-artikel aufzunehmen
scheint.Bei der Makrele hingegen
schwankte der Prozentsatz derTiere mit Mikroplastik in
denVerdauungsorganen je nachMeeresregion zwischen 13 und30 Prozent.
Das Langfristzielder Forscher lautet, eine ge-naue Risikoabschtzung
dar-ber abgeben zu knnen, mitwelcher Wahrscheinlichkeit be-stimmte
Tiergruppen Mikro-plastikpartikel aufnehmen. We-nig bekannt ist
bisher ber dieFolgen der Plastikaufnahme frdie Fische als auch fr
dieStrandschnecke. dpo
EVOLUTION
Starkes Immunsystem durch Neandertaler-Gene?Leipzig,
Paris/Frankreich Als moderne Menschen vor vie-len Tausend Jahren in
Europaauf Neandertaler trafen undsich mit ihnen
fortpflanzten,erbten einige NachkommenGenvariationen, deren
TrgerInfektionen besser abwehrenkonnten. Dieses Neandertaler-Erbe
knnte aber auch dafrverantwortlich sein, dass eini-ge Menschen
anflliger fr Al-lergien sind. Wissenschaftlervom
Max-Planck-Institut frevolutionre Anthropologie in
Leipzig und vom Institut Pas-teur und dem CNRS in Paris be-legen
jetzt in zwei voneinanderunabhngigen Artikeln diewichtige Rolle
artbergreifen-der Beziehungen fr die Evolu-tion des Menschen und
des an-geborenen Immunsystems.Die Vermischung mit
altenMenschenarten wie dem Nean-dertaler und dem Denisova-Menschen
hatte Auswirkungenauf die genetische Diversitteiniger angeborener
Immunge-ne der Familie der Toll-Like-
Rezeptoren, erklrt Janet Kel-so vom Max-Planck-Institut
frevolutionre Anthropologie inLeipzig. Diese und andere an-geborene
Immungene weiseneinen hheren Neandertaleran-teil auf als der Rest
des Ge-noms, ergnzt Lluis Quintana-Murci vom Institut Pasteur
unddem CNRS in Paris. Das zeigt,wie wichtig der artbergreifen-de
Austausch von Genen frdie Evolution des angeborenenImmunsystems
beim Menschengewesen sein knnte. dpo
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W i s s e n s c h a f t & F o r s c h u n g L P 1 / 2
Laborpraxis Februar 2016 13
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COPD-PATIENTEN
Rauchen beeintrchtigt zellulren Protein-SchredderNeuherberg
Wissenschaftlerdes Helmholtz-Zentrums Mn-chen haben in
Zusammenarbeitmit Kollegen vom Klinikum derUniversitt Mnchen und
demDeutschen Zentrum fr Lun-genforschung (DZL) gezeigt,dass
Zigarettenrauch die Akti-vitt des Immunoproteasomsvermindert. Zudem
weisen Pa-
tienten mit chronisch obstruk-tiver Lungenerkrankung
(COPD)verringerte Immunoproteasom-Level auf. Dies knnte
dazubeitragen, dass COPD-Patien-ten anflliger gegenber
Atem-wegs-Infekten sind. Das Im-munoproteasom ist eine Struk-tur in
Sugetierzellen unddient dem Abbau von zellfrem-
den Eiweimoleklen, wie sieetwa bei einer
Virusinfektionvorliegen. Seine Funktion istmit einem zellulren
Schreddervergleichbar. Die dabei entste-henden Proteinstcke
werdengezielt dem Immunsystem pr-sentiert, welches
spezifischeAbwehrmanahmen vorberei-tet. Das Forscherteam fand
he-
raus, dass Rauchen diesenSchutzmechanismus des Im-munsystems
entscheidend be-hindert. Die Forscher wollennun prfen, ob eine
geringereAktivitt des Immunoprote-asoms als Biomarker fr die
er-hhte Anflligkeit gegenberviralen Infektionen bei COPDdienen
knnte. dpo
HOX-GENE
Gene steuernFressverhaltenHeidelberg Mit Untersu-chungen an der
Fruchtfliegehaben Biologen der UniversittHeidelberg neue
Erkenntnissedarber gewonnen, wie Fress-verhalten kodiert und
gesteu-ert wird. Dazu hat das Wissen-schaftlerteam die Funktion
ei-nes speziellen Entwicklungs-gens aus der Hox-Genfamilie inden
Blick genommen. DiesesGen ist wichtig fr die Auf-rechterhaltung
einer motori-schen Einheit im Kopf der Flie-ge, die aus einem
Muskel undden anregenden Neuronen be-steht und die
Nahrungsaufnah-me der Fliege ermglicht. Wardas untersuchte Hox-Gen
inseiner Funktion beeintrchtigtoder defekt, wurde diese Ein-heit
nicht oder unvollstndigausgebildet und die Tiere ver-hungerten. Das
Team konntezeigen, dass ein bestimmtesHox-Gen Deformed nichtnur
whrend der embryonalenEntwicklung die Etablierungder motorischen
Einheit zumFressen kontrolliert. Es ist auchin spteren Lebensphasen
da-fr zustndig, ihre Funktionaufrecht zu erhalten. Die Stu-dien
zeigen, dass Hox-Gene ei-ne Schutzfunktion in Neuronenausben.
Sobald dieser Schutznicht mehr vorhanden ist, de-generieren
Neuronen, wie beiAlzheimer oder Parkinson. dpo
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SPECIA
LSPECIA
LE r n e u e r b a r e E n e r g i e n I n t e r v i e w
14 Februar 2016 Laborpraxis
LP: Herr Prof. Hannappel, fossile Brenn-stoffe sind nicht
unbegrenzt verfgbar.Weltweit suchen Forscher nach erneuerba-ren
Energietrgern, die zugleich sauberund kostengnstig erzeugt werden
knnen.Welche Rolle spielt hierbei der Wasserstoff?PROF. DR. THOMAS
HANNAPPEL: Durchknstliche Photosynthese, das heitdurch die
Zerlegung von Wasser mithilfe
von Sonnenlicht in seine Bestandteile H2und O2, kann Wasserstoff
regenerativ undnachhaltig erzeugt werden. Bei seiner an-schlieenden
Verbrennung entsteht wie-der Wasser als Reaktionsprodukt. Somitkann
man einen erneuerbaren, geschlos-senen Kreislauf fr die
Energiewandlungund die chemische Speicherung realisie-ren, ohne die
Erzeugung von Treibhaus-
Wasserstoffeffizient erzeugenKnstliche Photosynthese als
Lsung
Wie kann die Frage nach sauberer Energie beantwortet werden?Der
Wissenschaftler Prof. Dr. Thomas Hannappel setzt auf
Wasserstoff.
Das Gesprch fhrte LP-Chefredakteur M A R C P L A T T H A U S
gasen, mit Wasserstoff als Energietrger,einem Brennstoff mit
hchster Energie-dichte. Die solar betriebene, direkte
Was-serspaltung ist dabei die Knigslsung,der heilige Gral der
Elektrochemie. Diesewettbewerbsfhig zu entwickeln, scheintmit
Konversionseffizienzen ab 15% imBereich der Mglichkeiten und wre
dieLsung der globalen Energieprobleme in-klusive der
Energiespeicherung. Mit unse-rem neuen Bestwert von 14%, der
deut-lich ber dem bisherigen, 17 Jahre wh-renden Rekordwert von
12,4% liegt, sindwir da schon nahe dran. Diese Ergebnisse,die in
einer Kooperation der TU Ilmenaumit dem Helmholtz-Zentrum Berlin,
demFraunhofer-Institut fr Solare Energiesys-teme ISE und dem
California Institute ofTechnology erzielt wurden, sind im
Wis-senschaftsmagazin Nature Communica-tions verffentlicht
worden.
LP: Mit welchen Methoden lsst sich Was-serstoff derzeit
herstellen, und gibt es Pro-bleme, die hierdurch entstehen
knnen?HANNAPPEL: Es gibt ganz unterschiedli-che
Herstellungsmethoden fr die Wasser-stofferzeugung. Die meisten,
gegenwrtigindustriell eingesetzten Methoden sindnicht regenerativ,
indem konventionelleBrennstoffe wie Gas, Kohle oder l einge-setzt
werden. Fr die nachhaltige, son-nengetriebene Wasserstofferzeugung
gibtes prinzipiell zwei Anstze. Im erstenwird elektrische Energie
genutzt, die ei-nen Elektrolyseur betreibt. Diese Herstel-lung kann
regenerativ und nachhaltigsein, wenn der elektrische Strom
erneu-erbar generiert wurde. Nichtsdestotrotzhat man hier zwei
unabhngige, hinterein-ander geschaltete Prozesse die Erzeu-gung
elektrischer Leistung, die auch miteinem konventionellen Kraftwerk
erfolgen
Bei der knstlichen Photosynthesenutzt man quasi ein knstliches
Blatt,das unmittelbar Wasserstoff durchWasserspaltung erzeugt.P R O
F . D R . T H O M A S H A N N A P P E L ,Leiter Institut fr
Photonik, Technische Universitt Illmenau
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E r n e u e r b a r e E n e r g i e n I n t e r v i e w
Laborpraxis Februar 2016 15
kann und die anschlieende Wasserstofferzeugung mittels eines
Elektrolyseurs.
LP: Und wie unterscheidet sich der zweiteAnsatz?HANNAPPEL: Beim
zweiten, der knstlichen Photosynthese, nutzt man quasi
einknstliches Blatt, das beim Eintauchenund gleichzeitigen
Beleuchten unmittelbar Wasserstoff durch Wasserspaltung erzeugt,
ohne einen Umweg ber einenweiteren Prozess. Dieser Variante wird
beierfolgreicher Umsetzung das grte Wertschpfungspotenzial
zugeschrieben. Inbeiden Fllen spielen die beiden FaktorenErhhung
der Konversionseffizienz, diewir in unserer Verffentlichung schon
demonstriert haben, und Erhhung der Stabilitt, d.h. Verminderung
von Korrosion,entscheidende Rollen.
LP: Sie konnten nun den Wirkungsgrad derso genannten direkten
solaren Wasserspal-tung von 12,4 auf 14% steigern. Wie sindSie
dabei vorgegangen?HANNAPPEL: Der grundstzliche Ansatzbesteht darin,
geeignete Mehrfachzellenzu verwenden und die kritischen Grenzflchen
angemessen zu konditionieren.Auf dem Feld der Mehrfachsolarzellen
waren wir in jngster Vergangenheit ja bereits sehr erfolgreich mit
der Entwicklungder weltbesten (Vierfach)Solarzelle miteiner
Konversionseffizienz von etwa 45%.Die Aufgabe bei der direkten
Wasserspaltung ist allerdings noch anspruchsvoller.Hier muss die
Tandemzelle im Betrieb genau die richtigen Leistungsmerkmale anden
Tag legen, wie z.B. die genau richtige, generierte Spannung. Mit
einem jetztpatentierten Verfahren gelang es unsdann auch noch, ganz
spezifische, miteinem Katalysator beschichtete Grenzfl
chen so zu modifizieren, dass sie erhhteStabilitt und
Funktionalitt zeigten.
LP: Welche Entwicklungsschritte stehennun an, und welchen
direkten Nutzen wirddie Effizienzsteigerung haben?HANNAPPEL: Ein
wichtiger Faktor der erhhten Effizienz unserer neuen
PhotolyseZellen war der Einsatz von so genannten IIIVHalbleitern,
die auf der einenSeite allerbeste optoelektronische Qualitt
besitzen, auf der anderen Seite aberkostspielig als Basismaterial
(Substrat)sind. Durch die Nutzung von Silizium alsHauptbestandteil
und die Veredelungdurch IIIVHalbleiter knnte man hiereinen goldenen
Weg beschreiten. An derVerbindung dieser beiden
HalbleiterTechnologien, Silizium und IIIVHalbleiter,arbeiten wir
gegenwrtig mit hoher Intensitt und Erfolg. Auch dies ist ein
Forschungsziel, das gegenwrtig unter groem Wettbewerb steht und an
dem renommierte Gruppen weltweit arbeiten ein generisches Element,
das die ganzeOptoelektronik beflgeln kann. Mit einersolchen
IIIV/SiTandemstruktur sindnchste Zielsetzungen, eine
Effizienzsteigerung ber 15% und eine Stabilitt vonmehr als 1000
Stunden zu erreichen. Darber hinaus gilt die Forschung der
Suchenach kostengnstigen und effizienten Katalysatoren. Und
natrlich insgesamt demmikroskopischen Verstndnis dieser komplexen
Zusammenspiele, wie dem Einflussder kritischen Grenzflchen, denen
wiruns insbesondere verschrieben haben. AmEnde geht es ja bei
dieser anspruchsvollen Aufgabe um nicht mehr oder weniger,als das
wichtigste Menschheitsproblemnachhaltig und endgltig zu lsen.Vielen
Dank fr das Gesprch Herr Prof.
Hannappel.
1993 Dipl-Physiker: Studium an der RWTH Aachen/TU Berlin;
19931997 Doktorandam Fritz-Haber-Institut der
Max-Planck-Gesellschaft, Dissertation an der TU Berlin,Dr. rer.
nat., Photoinduzierte Ladungstrennung in der Farbstoffsolarzelle;
19971998 Post-Doc, Fritz-Haber-Institut der
Max-Planck-Gesellschaft; 19982005 Grup-penleitung, III-V
Solarzellen und Grenzflchen, Hahn-Meitner-Institut Berlin;20032004
Visiting Scientist at National Renewable Energy Laboratory, CO,
USA;20052011 kommissarische Abteilungsleitung Hahn-Meitner-Institut
Berlin Dyna-mik von Grenzflchenreaktionen und kommissarische
Institutsleitung Helmholtz-Zentrum Berlin fr Materialien und
Energie, Institut Materialien fr Photovoltaik;2006 Habilitation,
InP(100)-based interfaces for photovoltaics prepared via
metalorganic chemical vapor deposition, Freie Universitt Berlin,
Privatdozent an der FUBerlin; 20112013 wissenschaftlicher
Geschftsfhrer des Solarzentrum am CIS For-schungsinstitut Erfurt
seit 2011 Stiftungsprofessur Photovoltaik TU Illmenau
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SPECIA
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16 Februar 2016 Laborpraxis
Organische Solarzellen sind mecha-nisch flexibel [1], knnen in
belie-bigen Farben hergestellt werdenund bieten aufgrund eines
variablen De-signs viele neue Anwendungsmglichkei-ten in der
Architektur und fr die mobileElektronik (s.Abb.1). Die Vision der
Wis-senschaftler ist die Herstellung von orga-nischen Solarzellen
in groflchigen
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Karlsruher Institut frTechnologie (KIT), Lichttechnisches
Institut,76131 Karlsruhe, Tel. +49-721-608-48587
* * B E R N D B A U M S T M M L E R :Instillo GmbH, 66802
berherrn
Druck- oder Beschichtungsprozessen
aufRolle-zu-Rolle-Produktionslinien.In ihrer Funktionsweise
unterscheiden
sich organische Solarzellen wesentlichvon ihren anorganischen
Pendants. Wh-rend die allgegenwrtigen Siliziumsolar-zellen auf
einem pn-bergang beruhen,werden in organischen Solarzellen
licht-absorbierende Halbleiter, z.B. Polymere,mit starken
Elektronen-Akzeptoren, meis-tens Fullerenen, gemischt
(s.Abb.2).Elektrostatisch gebundene Elektron-Loch-Paare, die bei
der Absorption von Lichtauf dem Polymer entstehen, werden
ge-trennt, wenn das Elektron auf den Akzep-tor bergeht. Beide
Ladungstrger werden
1 Die mechanische Flexibili-tt organischer Solarzellenund die
freie Wahl der Farbeerffnen viele neue Anwen-dungen. Die
Energiercklauf-zeit von nur wenigen Mona-ten ist konkurrenzlos.
Bild:F
elix
Nickel
/KIT
Dispersion als Lsung?Organische Halbleiternanopartikel fr
umweltfreundliche Solarzellen
Eine neue Technologie erlaubt die Herstellung von organischen
Solarzellen ausungiftigen Lsemitteln. Nanopartikeldispersionen
knnten dabei der Schlssel zueiner kostengnstigeren und nachhaltigen
Solarzellenproduktion in groflchigen
Druckprozessen sein. S T E F A N G R T N E R * , B E R N D B A U
M S T M M L E R * * , A L E X A N D E R C O L S M A N N *
dann entlang der jeweiligen Materialdo-mnen zu den
entsprechenden Elektrodenabgefhrt.Um organische Halbleiter oder
Halblei-
tergemische verdrucken oder beschichtenzu knnen, werden diese in
Forschungs-laboren blicherweise in chlorierten aro-matischen
Lsemitteln, wie Chlorbenzol,gelst. Zwar lassen sich auf diesem
Wegesehr einfach homogene lichtabsorbieren-de Schichten auftragen,
jedoch lsst sichdas Verfahren nicht problemlos auf einegroflchige,
industrielle Solarzellenfer-tigung bertragen. Die meisten
chlorier-ten aromatischen Lsemittel sind toxischoder karzinogen und
mssen deshalb in
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Laborpraxis Februar 2016 17
einem geschlossenen System verwendetwerden. Sie drfen nicht in
die Umweltgelangen oder, z.B. im Fall eines techni-schen Defektes
oder einer Systemwar-tung, mit Menschen in Berhrung kom-men. Die
zustzlich zu installierendenSicherheitsvorkehrungen zur
Vermeidungder Kontamination von Mensch und Um-welt stehen in klarem
Widerspruch zumhohen Preisdruck, der auf dem Solarsektorlastet.
Unbedenkliche Lsemittel sindgefragtNachdem die Wirkungsgrade
organischerSolarzellen in den letzten Jahren diewichtige Marke von
10% bersprungenhaben, sodass sie fr erste Anwendungenim
Consumer-Markt interessant werden,konzentrieren sich Wissenschaft
und In-dustrie nunmehr auch auf geeignete Her-stellungsprozesse,
und somit unter ande-rem auf die Vermeidung von
toxischenLsemitteln. Viele Forscher haben hierzudie Verwendung von
weniger giftigennicht-chlorierten aromatischen Lsemit-teln wie
Xylol oder Anisol untersucht. Undauch fr die oftmals verwendeten
haloge-nierten Prozessadditive haben sich weit
weniger umweltgefhrdende Ersatzstoffewie Anisaldehyd gefunden
[2]. Das ulti-mative Ziel ist jedoch die Verwendung
vonunbedenklichen Lsemitteln wie Wasseroder einigen Alkoholen, die
im Ernstfallnicht zu einer sofortigen Vergiftung vonMensch oder
Umwelt fhren. Leider lsensich die organischen Halbleiter, die
zurLichtabsorption in Solarzellen eingesetztwerden knnen, im
Allgemeinen nicht inWasser oder Alkoholen, sodass dieser Wegzunchst
verschlossen bleibt.
Wandfarben als Vorbild fr dieSolarzellenherstellung?Eine Lsung
fr diese Herausforderungzeichnet sich jedoch ab, wenn man sich
2 In einer organischen Solarzelle werdenlichtabsorbierende
Polymere mit starkenAkzeptoren, typischerweise Fullerenen,
ge-mischt. Die beiden Materialphasen sorgenfr den Transport der
Ladungen zu denElektroden.
Bild:KIT
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das Prinzip von Wandfarben vor Augenfhrt. Hier werden auf einer
Wand Farb-pigmente appliziert, die nicht im Trans-fermedium gelst,
sondern vielmehr dis-pergiert wurden. Doch was bedeutet die-ses
Prinzip nun fr die Herstellung vonorganischen Solarzellen? Typische
licht-absorbierende Schichten in organischenSolarzellen haben eine
Dicke von ledig-lich 100 bis 300nm, was etwa dem Fnf-zigstel des
Durchmessers eines menschli-chen Haares entspricht. Die zu
dispergie-renden Partikel mssen eine geringereGre als diese
Schichtdicke haben, umhinterher eine homogene Schicht aus ei-ner
Dispersion applizieren zu knnen.Die bertragung des
Wandfarben-Prin-
zips fhrt hier zu einer Fllung des orga-nischen Halbleiters in
einem Dispersions-medium. Hierfr wird der organischeHalbleiter
beispielsweise in Chloroformgelst und dann nach und nach in
Etha-nol eingebracht. Da sich Chloroform undEthanol miteinander
mischen, die Ls-lichkeit des organischen Halbleiters in derMischung
der Lsemittel jedoch drastischreduziert ist, fhrt dieser Prozess zu
ei-nem sofortigen Ausfall des organischenHalbleiters, im Idealfall
unter Bildungvon Nanopartikeln mit einer Gre vonunter 100nm. Nach
der Verdampfung desChloroforms liegt eine
Halbleiternanopar-tikel-Dispersion in Alkohol vor, die nunzur
weiteren Prozessierung zur Verfgungsteht [3]. Die Verwendung von
Chloroforman dieser Stelle steht nicht im Wider-spruch zu einer
umweltfreundlichen So-larzellenherstellung, da die Herstellungder
Dispersionen industriell in einer kon-trollierten Chemie-Umgebung
stattfindenwrde, und so das Chloroform in einemgeschlossenen System
rckgewonnen
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18 Februar 2016 Laborpraxis
der Solarzellen kann in knftigen Prozessoptimierungen noch
weiter verringertwerden.
Design neuer Materialsystemeals HerausforderungWo liegen nun
also die Herausforderungen, um diese umweltfreundliche
Prozesstechnologie zur Marktreife zu treiben? Derallergrte Teil der
organischen Halbleiter, die heute in Solarzellen eingesetztwerden,
wurde fr eine Abscheidung aus(chlorierten) aromatischen
Lsemittelnoptimiert. Daher erscheint es wenig berraschend, dass nur
sehr wenige organische Halbleiter zur Herstellung von Nanopartikeln
geeignet sind.Die grte Herausforderung liegt im
Design von neuen Materialsystemen, dieauf die neue
Prozesstechnologie abgestimmt sind. Auch fr das Verbinden
derNanopartikel in den applizierten Schichten mssen neue technische
Lsungengefunden werden, da eine thermische Behandlung bei ber 100C
fr mehrere Minuten grotechnisch auf einer
RollezuRolleProduktionsanlage zu untragbarenMehrkosten fhren wrde.
Erfreulicherweise lassen sich darber hinaus diemeisten Prozesse aus
der organischen
werden kann. Entscheidend ist, dass giftige Lsemittel nicht
groflchig in einem offenen RollezuRolleDruckprozessverdampfen.
Neues Verfahren ermglichtWirkungsgrade von 4,7%Im Versuchslabor
werden organischeHalbleiterschichten per Spincoating oderRakeln
hergestellt. Industriell verwendetman Verfahren wie den InkjetDruck
oderden Schlitzguss, wobei letzteres im Wesentlichen einem
dosierten Rakelverfahren entspricht [4]. In allen Fllen erhltman
dnne Schichten aus Nanopartikeln,die unter dem Elektronenmikroskop
oderdem Rasterkraftmikroskop als einzelneNanopartikel erkennbar
sind (s.Abb.3).Diese NanoSolarzellen mssen nunmiteinander verbunden
werden, um in einer Solarzelle spter die
photogeneriertenLadungstrger zu den Elektroden abtransportieren zu
knnen. Das kann beispielsweise durch eine thermische Nachbehandlung
der Nanopartikelschichten erfolgen. Da organische Halbleiter
weicheMaterialien und somit verformbar sind,bilden sich beim
Anlegen einer Temperatur von typischerweise ber 100C homogene
Schichten aus dem organischenHalbleiter aus.Wendet man dieses
Verfahren auf die
Fruchtfliege der organischen Photovoltaik an, ein
Polymer/FullerenHalbleitergemisch aus Poly(3hexylthiophen)
undIndenC60Bisaddukt, so lassen sich heutebereits Wirkungsgrade von
bis zu 4,7%erreichen. Mit dem gleichen Halbleitergemisch werden auf
herkmmlichem Wege,also unter Verwendung von toxischen Lsemitteln,
nur geringfgig hhere Wirkungsgrade von 5,6% erzielt. Die
verbleibende geringe Differenz im Wirkungsgrad
Zunehmende Wirkungsgrade machen organische Solarzellen fr erste
Anwendungenim Consumer-Markt interessant. So konzentrieren sich
Wissenschaft und Industrienunmehr auch auf geeignete
Herstellungsprozesse, und somit u.a. auf die Vermei-dung toxischer
bzw. die Verwendung unbedenklicher Lsemittel. Organische
Halblei-ter, die zur Lichtabsorption in Solarzellen eingesetzt
werden knnen, lsen sich imAllgemeinen nicht in Wasser oder
Alkoholen. Einen neuen Lsungsansatz bietet diebertragung des
Wandfarben-Prinzips auf die Herstellung organischer Solarzellen,das
auf einer Verwendung von Dispersionen beruht.
L P - T I P P Dispersionen als Alternative
3 Rasterkraftmikrosko-pische Aufnahme einerNanopartikelschicht,
diesich bei der Abscheidungder Nanopartikel ausDispersion bildet.
DieseNano-Solarzellen ms-sen durch thermischeNachbehandlung
mit-einander verbunden wer-den, um einen gutenLadungstransport
sicherzu stellen.
Bild:Stefan
Grtner/
KIT Photovoltaik auch fr die neuartigen na
nopartikulren Solarzellen bernehmen.Eine groskalige, sehr
reproduzierbareNanopartikelsynthese kann
perspektivischbeispielsweise mit MicrojetReaktorenumgesetzt werden.
Darber hinaus wartetdie NanopartikelTechnologie noch miteiner
weiteren Besonderheit auf: Da dieorganischen Halbleiter nach der
Abscheidung im Dispersionsmedium unlslichsind, lassen sich mehrere
Schichten mitunterschiedlichen Funktionalitten aufeinander
abscheiden, ohne die darunterliegenden Schichten wieder
aufzulsenoder zu beschdigen. Auch wird es in Zukunft mglich sein,
diese Technologie aufandere organische Halbleiterbauelementewie
organische LEDs (OLEDs), Photodetektoren oder auch Transistoren
auszuweiten.
Literatur[1] F. Nickel, T. Haas, E. Wegner, D. Bahro, S.
Salehin, O. Kraft, P.A. Gruber, A. Colsmann,
Mechanically robust, ITOfree, 4.8% efficient,
allsolution processed organic solar cells on
flexible PET foil, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
130 (2014) 317321
[2] C. Sprau, F. Buss, M. Wagner, D. Bahro, D.
Landerer, M. Koppitz, A. Schulz, W. Schabel,
P. Scharfer, A. Colsmann, Highly Efficient Po
lymer Solar Cells Cast from Xylene: Anisalde
hyde Solution, Energy & Environ. Sci. 8
(2015) 27442752
[3] S. Grtner, M. Christmann, S. Sankaran, H.
Rhm, E.M. Prinz, F. Penth, A. Ptz, E. Tre
li, B. Penth, B. Baumstmmler, A. Colsmann,
Ecofriendly fabrication of 4% efficient orga
nic solar cells from surfactantfree P3HT:ICBA
nanoparticle dispersions, Adv. Mater. 26:38
(2014) 66536657
[4] S. Sankaran, K. Glaser, S. Grtner, T. Rdlmei
er, K. Sudau, G. Hernandez Sosa, A. Colsmann,
Ecofriendly fabrication of polymerfullerene
bulkheterojunctions from organic nanopar
ticle dispersions by doctor blading and ink
jet printing, Org. Electronics, 28 (2016) 118
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Laborpraxis Februar 2016 19
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Scans von gro-en Proben mit hohem Durch-satz und
herausragenderBildqualitt. Zusammen mitden hochauflsenden
Rntgen-mikroskopen Zeiss Xradia Versaknnen Forscher groe
Probenzwei- bis fnfmal schneller er-kunden, um Regionen von
In-teresse (ROI) aufzufinden. Mitden
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Vergrerung und Distanzauf-lsung kann anschlieend mithoher
Auflsung in Bildberei-che hineingezoomt werden.Zeiss FPX in
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20 Februar 2016 Laborpraxis
Massenspektrometer fr die Qualittskontrolle von Wasser und
Lebensmitteln oderin der Arzneimittelentwicklung, Rntgen-Analyse
zur Untersuchung der Werkstoff-gte, Elektronenmikroskope in der
biologischen Forschung und Halbleiterentwick-lung oder
Oberflchenanalysen fr werkstofftechnische Grundlagenforschung:
Diemeisten dieser Analyseinstrumente arbeiten in hohem oder
ultrahohem Vakuum.Ein Groteil dieser Instrumente bentigt
Turbo-Molekularpumpen mit mechani-schen oder magnetischen Lagern.
Vakuumqualitt und hohe Betriebslaufzeiten desVakuumsystems sind
unverzichtbar fr den Betrieb analytischer Instrumente.
L P - T I P P zum Vakuum in der Analytik
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Laborpraxis Februar 2016 21
L a b o r t e c h n i k V a k u u m t e c h n i k
In unzhlig vielen Forschungslaborenwerden Hochvakuumsysteme
bentigt mglichst kompakt, rtlich flexibelund przise. Denn sie
werden in hochkom-plexen Anlagen meist zur Erzeugung
vonIsoliervakuum eingesetzt. Dies kommtz.B. bei supraleitenden
Magneten, Spek-trometern, Strahlrohren und Beschleuni-gern zur
Anwendung. Auch bei diesenhochtechnischen Anlagen fungiert
dieVakuumtechnologie als Basistechnologie,die eine weitere
Erforschung und Bearbei-tung von naturwissenschaftlichen The-men
erst ermglicht.Daher ist der Einsatz dieser Systeme fr
die Forschung und Entwicklung in Labo-ren und Universitten immer
dann we-sentlich, wenn auf kleinem Raum undmobil ein Hochvakuum
erzeugt werdenmuss. Turbolab sind
Plug-and-Play-Hoch-vakuumpumpsysteme auf der Grundlage
bewhrter Komponenten. Ausgehend voneiner Design-Plattform bieten
diese Sys-teme die Mglichkeit, verschiedene Vari-anten zu whlen.
Die Systeme sind kom-pakt, vollstndig zusammengebaut undknnen
sofort in Betrieb genommen wer-den. Verschiedene Konfigurationen
de-cken dabei die einzelnen Vakuumanforde-rungen einer Vielzahl von
Applikationenaus den F&E-Mrkten und analytischeAnwendungen ab.
Durch das einzigartigelfreie Hybridlager der neuen Turbopum-pen
Turbovac i / iX sowie die Auswahl-mglichkeit verschiedener
trockenver-dichtender Vorpumpen ist ein kohlenwas-serstofffreier
Betrieb mglich.
Einfaches DatenmanagementmglichDaten und Datenmanagement bilden
ei-nen kritischen Forschungsaspekt und dieentsprechende
Datenverwaltung und Aus-wertung kann sehr komplex sein. Deswe-
1 Verschiedene Varianten des Turbolab Hochvakuumsystems
Mit Hochvakuumsystemen vonder Forschung zum Fortschritt
Optimale Vakuumsysteme fr Laboranwendungen
Fr zahlreiche Laboranwendungen ist Hochvakuum erst die
Voraussetzung freinen optimalen Ablauf. Mit neuartigen
Plug-and-Play-Systemen, die
kompakt und mobil aufgebaut sind, lsst sich dies nun einfach und
effizientdurchfhren. P E T E R L A M B E R T Z *
gen bieten diese Hochvakuumsystemeeine Reihe von Vorteilen fr
den Kunden,die diese Aufgabe erleichtern. Alle kriti-schen
Parameter und Betriebszustndewie Fehler, Warnmeldungen,
Frequenz,Temperatur etc. werden in einem internenSpeicher auf der
Grundlage eines Stan-dardzeitintervalls automatisch aufge-zeichnet,
welche der Benutzer sehr leichtvor Ort anpassen kann. Mit dem
Software-Tool Turbolab-Daten-Viewer, als Down-load auf der
Unternehmens-Webseite kos-tenlos verfgbar, knnen Benutzer
leichteine Protokolldatei erstellen. Alternativknnen die letzten
512 Datenpunkte ausdem Turbolab-Daten-Viewer im Webservereingesehen
werden.Der integrierte Webserver ermglicht
die Analyse der Betriebszustnde und Er-eignisse des
Turbolab-Systems. Die Trend-ansicht auf einem Laptop oder
mobilenGerten zeigt die Ereignisse zu den hoch-gerechneten
Parametern. Diese neue Dar-stellung von Ereignisdaten hilft bei
der
Bilder:Oe
rlikonLeyboldVakuum
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22 Februar 2016 Laborpraxis
L a b o r t e c h n i k V a k u u m t e c h n i k
Diagnose systemrelevanter Bedingungen.Die neuen kompakten
Hochvakuum-Pumpsysteme Turbolab werden vollstn-dig montiert und
betriebsbereit ausgelie-fert und beinhalten eine
Turbomolekular-pumpe, eine Vorvakuumpumpe und eineinnovative
Anzeige- und Bedieneinheit.Sowohl kompakte Tisch- aber auch mo-
bile Cart-Varianten stehen zur Verfgungund bieten hchste
Flexibilitt und Kom-fort fr den Betrieb.Einbaustze fr die flexible
Montage
der Turbopumpe abseits des Pumpstands-gestells sind ebenfalls
verfg-bar.Eine breite Palette an Zube-
hrkomponenten z.B. Sperr-gas- und Belftungsventil,Luft- oder
Wasserkhlung,Flanschheizung sowie Vorva-kuum-Sicherheitsventil
er-leichtert die Anpassung anindividuelle Bedarfe. Das Sys-tem kann
zudem mit Vorvakuum-Messge-rten Thermovac TTR und
Hochvakuum-Sensoren Penningvac PTR ausgestattetwerden.
Angeschlossene Sensoren werdenerkannt und Druckmesswerte werden
au-tomatisch auf dem Display angezeigt.Highlights der neuen Systeme
sind
u.a.: perfekt abgestimmtes, betriebsbereitesHochvakuumsystem mit
ausgezeichneterPumpleistung;
breites Anwendungsfeld durch ein kom-plettes Sortiment an
Hochvakuumpum-pen, trockenen oder lgedichteten Vorva-kuumpumpen;
geringer Platzbedarf und kompakte,mobile Konstruktion mit
einfachemStandortwechsel der Pumpe in oder ausdem Rahmen;
hintergrundbeleuchtetes Display
(Steu-erung/berwachung/Konfiguration).Diese neue Generation von
mobilen
Hochvakuum-Pumpstnden geht ber denStand der Technik hinaus,
erlutert Dr.Martin Fllenbach, CEO der Oerlikon Ley-bold Vacuum.
Heutzutage sind Datenund deren korrekte Interpretation we-sentliche
Faktoren in der automatisiertenForschung und Entwicklung, aber auch
inder Fertigung. Die Verknpfung vonGrundlagenforschung hin zum
industriel-len Herstellungsprozess definiert hufigden Erfolg.
Oerlikon Leybold Vacuumsieht sich als Partner der Kunden, um die-se
Aufgaben zu erleichtern.
Hochvakuumsysteme fr dieWerkstofftechnikEs geht auch eine Nummer
grer in derForschung und Entwicklung, wobei dieWerkstofftechnik
zumeist der kleinste ge-meinsame Nenner ist.Die Werkstofftechnik
ist ein interdiszi-
plinrer Bereich, der sich mit der Entde-ckung und Entwicklung
neuartiger Mate-rialien durch Analyse ihrer Synthese,Struktur,
Eigenschaften und Verhaltenbefasst.Die Forschungsaktivitten
erstrecken
sich ber das gesamte Werkstoffspektrumeinschlielich
elektronischer, optischerund magnetischer Materialien, Polyme-ren,
Implantationswerkstoffen fr medi-
zinische Zwecke und Nanowerkstof-fen, beispielsweise Graphen.
Werk-stoffentwicklung stellt den wich-tigsten Entwicklungsantrieb
frBereiche wie Elektronik, Pharma-zeutik und Medizin, Energie,
Na-notechnologie sowie der allgemei-nen industriellen
Werkstoffherstel-lung dar.Ein weiterer Bereich ist die
Dnnschichttechnologie. OptischeBeschichtungen verbessern
dasReflektionsverhalten oder diebertragungseigenschaften opti-scher
Systeme wie Filter, Linsen,Brillenglsern oder Spiegeln. Ty-pisch
ist eine Kombination vielerdnner Schichten, zur
Erzeugungunterschiedlicher Reflektionsver-halten oder fr leitfhige
Schich-ten. Sie werden blicherweisedurch Zerstubungs- oder
Verdamp-fungsverfahren aufgebracht.Dnne Schichten fr die Poly-
merelektronik werdenz.B. in denLaboren des COPT-Zentrums der
Uni-
2 Univex-System, das zur Optimierung in der organischen
Elektronik eingesetzt wird.
3 Fr Materialtests in der Weltraum-forschung wird Hochvakuum
bentigt.
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Laborpraxis Februar 2016 23
L a b o r t e c h n i k V a k u u m t e c h n i k
versitt Kln erforscht: In der organi-schen Elektronik werden in
chemischenund physikalischen Prozessen aus Mole-klen dnne Schichten
erzeugt, die nurim Elektronenmikroskop sichtbar sind. Dieorganische
Elektronik oder auch Poly-merelektronik ermglicht dadurch
voll-kommen neue, bisher nicht realisierbareelektronische Produkte:
flexible Displays,Solarzellen auf Folien, medizinische
Dia-gnosegerte in der Kleidung oder sogarzum Aufkleben auf die
Haut. Schon jetztbefinden sich OLEDs (Organische Leucht-dioden) in
Leuchten oder Displays vonSmartphones. Erste Fernsehgerte mitOLEDs
sind auf dem Markt, unzerbrechli-che und flexible Displays aus
Kunststoffsind bereits angekndigt. Die organischeElektronik wird in
den kommenden Jahrendie siliziumbasierte Elektronik durch vie-le
neue Anwendungen ergnzen. Diemeisten dieser Prozessschritte
werdenerst unter Hochvakuumbedingungen mg-lich.Oerlikon Leybold
Vacuum liefert spezi-
ell fr die Forschung experimentelle Kam-
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mersysteme, in denen diverse Beschich-tungen auf Substrate
aufgebracht werdenknnen. Die Beschichtungsanlagen Uni-vex 350 G
sind mit absolut trockenlaufen-den Pumpen wie der Scrollvac und
derTurbovac Magintegra ausgerstet undschtzen die empfindlichen
OLED-Materi-alien vor Sauerstoff.Drei Vakuumsysteme der Reihe
Univex
350 G wurden hier mit Glovebox-Einhei-ten kombiniert, die unter
dem Schutz ei-ner reinen Stickstoffatmosphre betrie-ben werden. Die
Systeme der Univex-Rei-he liefern reproduzierbare Ergebnisse
effizient und kostengnstig. Univex-Sys-teme sind
teilstandardisiert, bei gleich-
zeitiger modularer Auslegung. Damit er-mglichen sie eine
individuelle Ausstat-tung sowie nachtrgliches Auf- und Um-rsten bei
vernderten Prozessbedingun-gen und hoher Zuverlssigkeit.
Simulation fr dieWeltraumforschungEin gutes Beispiel fr die
Interaktion die-ser Technologien bei groen Projekten istdie
Raumfahrt. Raumfahrtmissionen, wis-senschaftliche oder kommerzielle
Satelli-ten, Raumforschungsprojekte wie dieRosetta-Mission der ESA
oder der Roverder NASA-Marsexpedition knnen nur ge-lingen, wenn
alle eingesetzten Werkstof-fe, Komponenten und Baugruppen
erfolg-reich unter Hochvakuum- und Ultrahoch-vakuumbedingungen
getestet wurden.Weltraumsimulationskammern gibt es inallen Gren:
von wenigen Litern zumTesten kleiner Objekte wie Leiterplattenbis
hin zu mehreren tausend Kubikmeternfr den Nachweis der
Raumfahrttauglich-keit ganzer Raumschiffe.
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24 Februar 2016 Laborpraxis
Am Anfang aller berlegungen stehtimmer die Planung, die
mageblichalle weiteren Ablufe bestimmt. Jedurchdachter und
grndlicher in der Pla-nungsphase neue Strukturen und
Nut-zungsprozesse festgelegt werden, destoreibungsloser und
effizienter ist die Bau-phase und desto zufriedener und effekti-ver
sind spter die Betreiber und Nutzervon Laboratorien. Intensives
Nachdenkenund Planen lohnen sich sowohl bei Sanie-rungsmanahmen als
auch bei Neubau-projekten. Die Schlsselfrage bei einerpotenziellen
Sanierung ist, ob das Platz-angebot und das bestehende Gebude
frzuknftige Anforderungen ausreichend
* D R . M - D E L L E R T - R I T T E R :Freie Journalistin ,
63741 Aschaffenburg,E-Mail: [email protected]
und geeignet ist. Expansionsmglichkei-ten sollten dabei in der
Planungsphaseintensiv errtert werden und nicht erstnach
abgeschlossener Sanierung, wenndafr keine Mglichkeiten mehr
bestehen.Ist die Entscheidung fr eine Sanierunggefallen, sollten
darber hinaus unvor-hergesehene Ereignisse wie unerwartetebauliche
Gegebenheiten und Schadstoff-belastungen durch Baustoffe wie
Asbestetc. oder Auflagen des Denkmalschutzesin bestimmten Fllen in
Erwgung gezo-gen werden. In allen Fllen ist es
wichtig,Risikoerwgungen und Sicherheitsaspektebeim Umgang mit
hochaktiven Substan-zen sowie Brand- und Explosionsschutz-auflagen
zu erfllen. Entscheidend istauch, den Nutzer von Anfang an in
Ver-nderungsprozesse mit einzubeziehen,seine Bedrfnisse auszuloten
und zu be-rcksichtigen, um ihm einen Arbeitsplatz
1 Experten und Anwender diskutierten im Oktober ber Sanierung
von Laborgebuden.
Sanierung oder Neubau?Laborsymposium bringt Experten und
Anwender zusammen
Sanieren oder besser gleich neu gemacht? Unter diesem Motto
standdas 19. Waldner Symposium in Isny. Im Oktober 2015 traf sich
die Fachwelt imAllgu, um diese Fragestellung aus verschiedenen
Sichtweisen zu diskutieren
und neu zu beleben. M A R G A R E TA D E L L E R T - R I T T E R
*
zu schaffen, wo er sich wohlfhlen undeffizient eine maximale
Arbeitsleistungerbringen kann.
Wenn der Sanierung die LuftausgehtVon zentraler Bedeutung ist im
Sanie-rungsfall die Versorgung von Laboratorienund Brorumen mit
Luft. Bernd Schoeler,Fachteamleiter Regelung bei Waldner,
re-ferierte eindrucksvoll ber die ThematikLftungsanlagen.
Sanierungsmanahmenaufgrund von Nutzungsnderungen, neu-en
Anforderungen, Unwirtschaftlichkeitdurch in die Jahre gekommene
Lftungs-anlagen oder neuen Brandschutzvorgabenstellen die
Lftungsplanung oft vor neueHerausforderungen. Eine effektive
Lf-tungsanlage kann nur auf Grundlage einerLaborplanung zu 100%
korrekt geplant
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Laborpraxis Februar 2016 25
L a b o r t e c h n i k L a b o r a u s s t a t t u n g
werden. Entscheidend ist eine fortlau-fende Kommunikation
zwischen Laborpla-nung und Lftungsplanung, so Schoeler.Wenn die
Laborplanung nicht steht, kannauf der Lftungsseite nur mit
Richtwertengearbeitet werden. Dies kann zur Folgehaben, dass im
Laborbetrieb Einschrn-kungen bei der Nutzung auftreten kn-nen.
Lftungsanlagen werden nach derDIN 1946 T7 mit 25 Kubikmetern pro
H-he mal Quadratmeter Hauptnutzflcheausgelegt. Ein Laborraum muss
abernicht mit dieser Leistung betrieben wer-den, entsprechend der
Gefhrdungsbeur-teilung knnen davon Abnderungen er-folgen, betont
der Lftungs-Experte. DieTendenz geht zu niedrigeren
Luftge-schwindigkeiten (Auswirkung der ENEVund spezifischen
Ventilatorleistung SFP),was sich auch positiv auf den
strmungs-technischen Abgleich im Kanalnetz unddie
Geruschproblematik auswirkt.Ist die Lftungsanlage in die Jahre
ge-
kommen und unwirtschaftlich geworden,werden oft die
Einzelsysteme durch Ge-samtabluftanlagen ersetzt. Knnen dabeidie
vorhandenen Schchte genutzt wer-den, ist eine bessere Platznutzung
dieFolge. Mssen neue Trassenkonzepte er-arbeitet werden, knnen
Wrmerckge-winnungssysteme installiert und die Lf-tungsanlagen
bedarfsgerecht betriebenwerden. Laut Waldner-Experte Schoelergibt
es verschiedene Varianten der Sanie-rung: Alte Abzge werden z.B.
durch neueSecuflow-Abzge ersetzt und mit kons-tanten Luftmengen
weiterbetrieben. Odersie werden durch neue Abzge mit varia-bler
Regelung ersetzt, sodass die Zuluftweiterhin konstant bleibt und
die Abluftauf die Abzge bzw. auf die Raumabluftverteilt wird.
Sanierung und Neubau vonF&E-LaborenEberhard Keller zeigte in
seinem Vortrag,nach welchen Kriterien bei Merck inDarmstadt
Laborgebude saniert und neugebaut werden. Die strukturelle
Entwick-
lung der Forschungsgebude am StandortDarmstadt begleitete Keller
mit der Frag-stellung Wo kommen wir her und wo wol-len wir hin? Mit
entsprechenden Bildernstellte er die Merkmale der
Generationenheraus und die Forschungsgebude derersten, zweiten und
dritten Generationvor. Dabei thematisierte er auch die
An-forderungen an zuknftige Forschungsge-bude und Labore unter dem
Aspekt dersich verndernden Arbeitsbedingungenund Arbeitsweisen. Die
Bedeutung fr zu-knftige Gebudestrukturen und die Dar-stellung eines
innovativen Arbeitsplatz-konzeptes erluterte der Projektleiter
amBeispiel des Projektes D50. Dabei rcktdie Kommunikation immer
mehr in dasZentrum. Auerdem verndert die zuneh-mende Vernetzung der
Mitarbeiter nichtnur die Struktur und die Arbeitsbedingun-gen bei
Merck, sondern auch die Brosvon morgen bekommen eine neue
Bedeu-tung, sie sind Rckzugsort und Treffpunktgleichermaen. In
diesem Sinne werdenzentrale Sozial- und Besprechungsberei-che
zunehmend wichtiger.
Facility-Management in derForschungEinen Vortrag aus
Betreibersicht zur The-matik von Instandsetzungszyklen,
Le-benszyklen und Nutzungsstrategien vonLaborgebuden hielt Dr.
Albin Berger vonder BASF. Der Standort Ludwigshafen istmit zehn
Quadratkilometern das weltweitgrte zusammenhngende Chemiearse-nal.
Es umfasst ungefhr 110 Produkti-onsbetriebe mit rund 200 Anlagen
undrund 2000 Gebuden. Rund 60 Laborge-bude der zentralen
Forschungseinheitenmit einem Durchschnittsalter von 45 Jah-ren und
ca. 90000 Quadratmetern Labor-flche knnen das Facility
Managementvor besondere Herausforderungen stellen,vor allem auch
mit Blick auf geltende Ge-setze, Richtlinien und Verordnungen.
140Mitarbeiter sind verantwortlich fr dieBetriebsleitung der Gebude
und fr inf-rastrukturelle Dienstleistungen.Im Zentrum aller
Betrachtungen sollen
die Nutzer der Laboratorien stehen, istsich der BASF-Experte
sicher. Das FacilityManagement in der Forschung sollte da-rauf
zielen, dass alle Bemhungen undBauprojekte dem Nutzen dienen und
nicht(nur) vom Nutzer gesteuert ablaufen. Da-bei ist es wichtig,
die Ablufe und Pro-zesse im Labor einerseits und die Motiva-tion
der Nutzer andererseits zu verste-hen.
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L a b o r t e c h n i k L a b o r a u s s t a t t u n g
26 Februar 2016 Laborpraxis
Wohl kaum ein Labor gleicht demanderen. Das liegt nicht allein
ander Ausstattung mit spezifischerTechnik und individuellem
Labormbel.Das liegt vor allem auch an der Konzep-tion fr spezielle
Verwendungszwecke ein Labor fr Materialprfungen stelltandere
Anforderungen als ein Forschungs-labor in der Pharmaindustrie,
insbesonde-re mit Blick auf die Infrastruktur (Wasser,Abwasser,
Vakuum, Druckluft, Reinstwas-ser). Nicht zuletzt muss der
Laborplanerdie Wnsche der Mitarbeiter bercksich-tigen diese wissen
schlielich am bes-ten, wie ihr Arbeitsplatz fr effizientesArbeiten
aussehen sollte. Kommunikation
* T . K R U G : Triplan Ingenieur AG, Basel,Schweiz, Tel.
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hat fr die Nutzer im Labor in jeglicherHinsicht hchste
Bedeutung. Zudem for-dern der Arbeits- und Umweltschutz
dieExpertise des Laborplaners. Die schweize-rische Triplan
Ingenieur AG bietet zusam-men mit der Triplan Gebudetechnik AGeine
Plattform, die relevante Gewerke auseiner Hand abdeckt, was die
Schnittstel-len minimiert und so Zeit und Kostenspart.
Ein besonderer Auftraggeber
Die Laborplanung ist fr den Engineering-Dienstleister Triplan
ein Geschftsfeld,das sich quasi aus dem Tagesgeschft er-geben hat:
Als Anlagenplaner fr die che-mische, petrochemische,
pharmazeuti-sche und biotechnische Industrie stoendie
Triplan-Ingenieure regelmig auf
1 Auenansicht auf die neuen Gebude des Amts fr
Verbraucherschutz.
Bilder:TriplanIngenieurAG
Planung gut, alles gutIntegrierte Laborplanung aus einer Hand
ein schweizer Beispiel
Der bertrag der Planung eines Laborgebudes an einen
Planungs-Dienstleisterkann Zeit und Kosten sparen. Wie wichtig
dabei im Vorfeld die Kommunikationmit den spteren Nutzern ist,
zeigt die Planung des neuen Verwaltungs- und
Laborgebudes des Amtes fr Verbraucherschutz in Steinhausen. T O
B I A S K R U G *
den Wunsch von Auftraggebern, auch dieGewerke Haustechnik und
damit auch diePlanung von Reinrumen und Laboratori-en zu
bernehmen.Eine besondere Herausforderung fr die
Ingenieure war die Planung des neuenVerwaltungs- und
Laborgebudes des Am-tes fr Verbraucherschutz in Steinhausenim
Auftrag des Kanton Zug: Anhand derVorgaben aus dem zuvor
ausgeschriebe-nen Projektwettbewerb definierten dieSpezialisten von
Markus Schietsch Archi-tekten und Triplan den Laborbereich. Dieswar
die Grundlage zur Diskussion mit denNutzern. In mehreren Workshops
mit denNutzern und durch Besichtigung des be-stehenden Labors wurde
das neue Labo-ratorium kontinuierlich weiterentwickelt.Nach jedem
Workshop passten die Planerdas Layout an und legten es den
Nutzern
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L a b o r t e c h n i k L a b o r a u s s t a t t u n g
Laborpraxis Februar 2016 27
zur weiteren Diskussion vor. Diese inten-sive Zusammenarbeit
ergab schlielichdie optimale Laborlsung.
Initialer Projektwettbewerb
Wie sicher sind unsere Lebensmittel? Frden Verbraucher ist dies
ein brisantesThema fr die Lebensmittelanalytik einegroe
Herausforderung. Rohstoffe undEndprodukte mssen streng
berwachtwerden; nur mit modernsten Gerten undVerfahren
(Chromatographie, Spektrosko-pie, Massenanalyse,
molekularbiologischeMethoden, mikrobiologische Analysen)knnen die
geforderten Qualitts- undHerkunftsanalysen durchgefhrt werden.2009
wurden das schweizer Amt fr Le-
bensmittelkontrolle und das Veterinramtzu einem Amt fr
Verbraucherschutz(AVS) zusammengelegt. Rumlich arbei-ten die
ursprnglichen Verwaltungsein-heiten jedoch nach wie vor getrennt.
Dasveranlasste den Kantonsrat, ein gemein-sames Labor- und
Verwaltungsgebude inSteinhausen im Kanton Zug planen zulassen.
Im Mai 2011 schrieb die Baudirektionden Projektwettbewerb fr den
Neubauaus. Das Planungsergebnis sollte sichdurch eine hohe
Benutzerfreundlichkeitauszeichnen, Flexibilitt und Zweckm-igkeit
bei der Gestaltung der Laborrumeim Vordergrund stehen. Bei der
Planungwaren folgende Labore und Nebenrumezu bercksichtigen:
Probenannahme, Pro-benvorbereitung,
Instrumentenanalytik,Wasseranalytik,
Lebensmittelanalytik,Molekularbiologie I+II, Mikrobiologie,
Mi-kroskopie, Lager Chemie, Lager Probenund Abwaschraum.Bis zum
Abgabetermin Ende September
reichten 18 Teams einen Projektvorschlagein. Den Zuschlag fr die
Weiterbearbei-tung erhielt schlielich die MarkusSchietsch
Architekten GmbH in Koopera-tion mit der Triplan Ingenieur AG.
Umsetzung der Laborplanung
Anhand der Vorgaben aus dem Wettbe-werb (Betriebliche Ablufe,
Arbeits- undMaterialflsse mssen effizient organi-siert sein)
erstellten die Triplan-Ingeni-
2 Blick ins Innere des Laborgebudes
eure, in enger Zusammenarbeit mit denArchitekten, erste
Konzeptstudien. Diesewurden immer wieder mit den Nutzern in-tensiv
besprochen und die Nach- und Vor-teile der Studien
diskutiert.Planung der Medienversorgung: Im
Rahmen der Workshops mit den Nutzernhaben die Triplan-Ingenieure
auch dieNutzung der Medien hinterfragt. Darausergab sich eine
belastbare Mengen- undVerbraucherbilanz und die
angestelltenBerechnungen ergaben, dass keine zent-rale Druckluft-
und Vakuum-Versorgungerforderlich ist. Das zentrale
Druckluftsys-tem und das zentrale Vakuumsystem wur-den folglich den
gestellten Anforderun-gen der Nutzer auf ein dezentrales
Systemumgestellt. Diese Lsung ersparte demAuftraggeber Kosten fr
die nicht ben-tigte Infrastruktur, ohne die Nutzung
zubeeintrchtigen. Das zeigt, wie wichtigdie Kommunikation im
Vorfeld einer La-borplanung ist.In einem Labor wurde die
Vakuumver-
sorgung mittels einer im Unterbau einesAbzugs untergebrachten
Vakuumpumpeals beste Lsung erarbeitet.
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L a b o r t e c h n i k L a b o r a u s s t a t t u n g
28 Februar 2016 Laborpraxis
Das Gase-Lager des Laborgebudes istso konzipiert, dass eine
Erweiterung derPalette an Gasen jederzeit mglich ist.Derzeit ist
eine zentrale Versorgung mitStickstoff (N2), Helium (He), Argon
(Ar)und synthetischer Luft 80/20 (LS) ge-plant. Im Untergeschoss
sind ein Khl-raum (Temperaturbereich 1 bis 4C) undein Tiefkhlraum
(Temperaturbereich bis-22C) verfgbar. Die Khlzellen sind miteiner
Temperaturberwachung ausgestat-tet, die Abweichungen per Alarm
meldet.Planungsnderungen: Das Wettbe-
werbsverfahren gab explizit Flexibilittbei der Gestaltung der
Rume vor. Sowohldas Raum-Layout als auch die techni-schen
Installationen waren so auszule-gen, dass nderungen des
Nutzungskon-zeptes oder das Nachrsten von Installa-tionen einfach
mglich sind.Eine weise Voraussicht, wie sich zeigen
sollte: Nach Genehmigung der Plne wur-den durch interne
Umstrukturierungenzwei wesentliche Planungsnderungendurchgefhrt.
Zusammenlegung der Labore Wasser-und Lebensmittelanalytik sowie
Zusammenlegung des Stickstoff-Gene-rators und der Vakuumsysteme in
einengemeinsamen Technikraum. Vergrerung der Laborflche fr
denBereich Instrumentenanalytik; diese La-borlsung entspricht den
zuknftigen An-forderungen der Nutzer.Bei der Planung waren
selbstverstnd-
lich neben den Vorgaben der Architekturauch die Belange der
Gewerke Elektro,Lftung, Klte sowie Brandschutz zu be-rcksichtigen.
Die finale Lsung wurde imLayout-Plan als 3D-Modell umgesetzt.
Die Gebudetechnik
Die Gebudetechnik fiel nicht in das Auf-gabengebiet der
Triplan-Ingenieure; je-doch erleichtern einige Hinweise dazu
dasVerstndnis fr die Laborplanung.
dem Dach des Gebudes erzeugt (Kaltwas-sersatz). Die Abwrme kann
grtenteilsber das Erdsondenfeld rckgekhlt wer-den und dient dessen
nachhaltiger Rege-neration.Fr das berwachen, Regeln und Steu-
ern der haustechnischen Anlagen ist einzentrales
Gebudeautomationssystemverantwortlich. Die haustechnischen An-lagen
werden autonom von vier Untersta-tionen geregelt, gesteuert und
ber-wacht. Die Lftung, die Heizung und dieKhlung der Laborrume im
ersten Ober-geschoss und im Untergeschoss sowie derBrorume im
Erdgeschoss werden mittelsEinzelraumregulierung gesteuert.
Gute Planung ist alles
Innerhalb der Triplan-Gruppe knnen diePlaner auf ein Netzwerk
von ber 400 In-genieuren, Naturwissenschaftlern undTechnikern an
zwlf Standorten inDeutschland und der Schweiz zugreifen.Im hier
beschriebenen Fall konnte derAuftraggeber auf die Expertise eines
Pla-nungs-Dienstleisters vertrauen, der so-wohl das Engineering fr
die Laboraus-stattung, die Medien-Infrastrukturen wieauch fr die
Haustechnik komplett ber-nimmt. Ein besonderer Vorteil ist, dassdie
Planer mit der CAD/CAE-Software Tri-cad MS seit Jahren bereits ber
ein aus-gereiftes professionelles Planungs-Toolverfgen, das alle
relevanten Gewerke dertechnischen Gebudeausrstung (TGA)abdeckt.
Durch die Nutzung einer eigensentwickelten Labordatenbank ist von
An-fang an eine lieferantenunabhngige La-borplanung als 3D-Modell
mglich frdie Nutzer ist die rumliche Visualisierungein wichtiger
Punkt, verschafft sie ihnendoch vorab eine gute Orientierung.
Die Laborplanung bentigt gegenber der TGA-Planung fr ein Gebude
eine ande-re Sichtweise: Bei der Laborplanung kommen die
Auftraggeber meist aus der In-dustrie, der Forschung, aus dem
Bildungs- oder Gesundheitswesen. Die Anforderun-gen an die
Labornutzung kommen wiederum von den Nutzern somit muss derPlaner
sich an den Vorgaben bzw. Wnschen beider Parteien orientieren. Die
hiervorgestellten Spezialisten minimieren dabei Schnittstellen,
indem sie relevanteGewerke (Laborausstattung, Reinraumplanung,
technische Infrastrukturen wieMedien, Energien, Lftung, Klte,
Sanitr, Heizung) und Sicherung der Energie-effizienz aus einer Hand
abdecken.
L P - T I P P TGA-Planung fr das Labor
DIGITAL: Mehr zu diesem Thema und weitereAbbildungen finden Sie
unter dem StichwortTriplan auf www.laborpraxis.de.
EVENTS: Vom 16. bis 17. Mrz 2016 findet inVianen, Niederlande
die European Lab DesignConvention 2016 statt. Infos und
Anmeldungunter http://www.labor-impuls-forum.de/
Eine Erdsonden-Wrmepumpe wird imvorliegenden Projekt mit einem
in Seriegeschalteten Spitzenlastheizkessel als bi-valente Anlage
betrieben. Der Heizkesseldient hierbei zur Erhhung der
Versor-gungssicherheit. Die Lftungsanlagen ge-whrleisten die
hygienische Auenluft-versorgung der verschiedenen Rume,
dienotwendige Druckhaltung im Laborbe-reich bzw. die Sicherstellung
der Abluft-volumenstrme. Die Auenluft wird frdie unterschiedlichen
Nutzungen in denseparaten Anlagen beheizt, teilweise ge-khlt und
befeuchtet.Die notwendige Klteleistung, die er-
forderlich ist fr die Einhaltung der ge-forderten
Raumkonditionen, wird durcheine konventionelle Kltemaschine auf
3 Isometrische Ansichtfr ein Geschoss desLaborgebudes.
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lernen dieTeilnehmer mehr zur optimalen Anwendung der
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L a b o r t e c h n i k M a n a g e m e n t
30 Februar 2016 Laborpraxis
Bild:violetkaipa_Mon
keyBu
siness
-Fotolia
Nachhaltig sozial?Nachhaltigkeit als Teil des modernen
Labormanagements Teil 2
Nachdem in der Septemberausgabe 2015 der LABORPRAXIS die
konomisch-kologischen Aspekte der Nachhaltigkeit im Vordergrund
standen, folgen nun diesozialen Aspekte, deren Bedeutung fr
Unternehmen, aber auch die spezielle
Verantwortung von Forschung und Wissenschaft. K E R S T I N H E
R M U T H - K L E I N S C H M I D T *
document3404816197092658694.indd 30 08.02.2016 10:55:33
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L a b o r t e c h n i k M a n a g e m e n t
Laborpraxis Februar 2016 31
Was versteht man unter sozialenAspekten der Nachhaltigkeit
inUnternehmen und in der For-schung? In beiden Fllen geht es um
dieVerantwortung gegenber der Gesell-schaft sowie deren
Einbeziehung durchDialog und Transparenz.Unternehmen sind nicht
isoliert, son-
dern eingebettet in ein Gemeinwesen. Sieprofitieren davon z.B.
in Form gut ausge-bildeter Mitarbeiter, Infrastruktur
oderpolitischer Stabilitt. Daher ist es auchihre Aufgabe, einen
Teil dieses Profitswieder an die Gesellschaft zurck zu ge-ben.
Diese Unternehmensverantwortungist im Begriff der Corporate Social
Res-ponsibility (CSR) mit enthalten, die u.a.in der ISO 26000
definiert ist (s. LP-Tipp-Kasten). Politisch werden zumindest gro-e
Unternehmen ab 500 Mitarbeiterndemnchst EU-weit strker in die
Pflichtgenommen, soziale Aspekte mehr zu be-rcksichtigen und ber
ihren Umgang mitdiesen Themen zu berichten. Laut der EU-Richtlinie
2014/95/EU mssen sie ab2017 Daten zu Sozial- und
Arbeitnehmer-belangen, zur Achtung der Menschenrech-te und zur
Bekmpfung von Korruption ineinem Nachhaltigkeitsbericht
verffentli-chen. Wissenschaft hat ebenfalls eineVerantwortung
gegenber der Gesell-schaft: es soll nicht nur exzellente, son-dern
auch sozial wnschenswerte Wissen-schaft und Technologie
(Responsible Re-search and Innovation, RRI) gefrdertwerden. Daher
soll die Gesellschaftfrhzeitig in Forschungs- und
Innovati-onsprozesse mit einbezogen werden, umdie Ergebnisse an die
gesellschaftlichenWerte anzupassen [1].
Leitlinien und Zertifizierung
Ein Zertifizierungssystem, in dem Rah-menbedingungen und
Kriterien fr sozia-le Verantwortung von Unternehmen vor-gegeben
sind, ist die SA 8000 [2]. Wei-terhin gibt es mit der ISO 26000
einenvon der ISO gemeinsam mit Vertretern ausRegierungen, der
Industrie, Gewerkschaf-ten und NGOs entwickelten Leitfaden,
umUnternehmen zu untersttzen, individuellihre gesellschaftliche
Verantwortung zubernehmen. Da dies fr jeden Betriebanders aussieht,
ist die ISO 26000 aus-drcklich ein nicht-zertifizierbarer (!)
* D R . K . H E R M U T H - K L E I N S C H M I D T
:NIUB-Nachhaltigkeitsberatung, 79112 Freiburg,Tel.
+49-7664-4053-160
Untersttzt wird dieser persnliche Ein-druck durch mehrere
Studien, in denenv.a. ein kooperatives Arbeitsklima,
Work-Life-Balance, Entwicklungs- und Weiter-bildungsmglichkeiten
als Anforderungenan knftige Arbeitgeber genannt werden auch das
Gehalt ist wichtig, steht abernicht an erster Stelle [8,9,10].Viele
Unternehmen sind sich ihrer Ver-
antwortung bewusst und kommen IhrenMitarbeitern vor allem bei
der Vereinbar-keit von Beruf und Familie in vielfacherWeise
entgegen: sei es, dass eine flexibleZeiteinteilung, inkl.
Nacharbeiten vonFehlzeiten mglich ist, eigene Betriebs-kindergrten
eingerichtet oder sogar dieKosten fr eine Tagesbetreuung mit
ber-nommen werden. Manchmal ist auch JobSharing, das Aufteilen
einer Stelle unterzwei Mitarbeitern, mglich, um so Familieund Beruf
besser zu vereinbaren. Auch diertliche Flexibilitt, z.B. die
Mglichkeitim Home Office zu arbeiten, gehrt indiesen
Themenbereich.Weiterhin sind Aus- und Weiterbil-
dungsmglichkeiten sowie die Entwick-lungsperspektive innerhalb
einer Organi-sation von Bedeutung. Hier kann einelangjhrige
Begleitung durch ein gutesPersonalmanagement die Mitarbeiter
op-timal untersttzen, einbinden und im Un-ternehmen halten. Auch
die Herausforde-rungen des demografischen Wandels soll-te eine
weitsichtige Personalpolitik frh-zeitig angehen. Hier geht es
einerseitsdarum, genau wie in der Familienphase,Flexibilitt in der
Arbeitsplatz- und Ar-beitszeitgestaltung zu zeigen, aber auchdas
Wissen und den Erfahrungsschatz l-terer Mitarbeiter zu honorieren
und imUnternehmen zu halten. AltersgemischteTeams helfen dabei,
Aufgaben gemeinsamanzugehen und sich darber aus verschie-denen
Blickwinkeln auszutauschen.Eine solche Offenheit gegenber
unter-
schiedlichen Erfahrungen, Werten undKulturen ist ganz allgemein
Teil einer gu-ten Unternehmenskultur. Diversity alsoVielfalt
umschreibt genau eine solche,die gegenber allen Menschen offen
ist,unabhngig von Alter, Geschlecht, Religi-on oder kulturellem
Hintergrund, und die-se in die Organisation mit einbindet.
Einweiterer Aspekt von Diversity, der Unter-nehmen