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Frischzellenkur für das Labor

Neue Gestaltungsideen für Laborarbeit im Wandel

von Dipl.-Ing. Jörg Castor

In der Laborarbeit findet ein Paradigmenwechsel hinsichtlich Tätigkeitsanteilen und Technologieeinsatz statt. In dem Verbundprojekt „Lab 2020“ sowie im „Lab Innovation Center“ forschen zwei Fraunhofer Institute gemeinsam mit Partnern aus der Industrie an der Zukunft von Laborarbeit und entwickeln praxisnah Gestaltungslösungen.

Veränderungen in der Laborarbeit werden besonders durch Nutzeranalysen und Expertenbefragungen deutlich. So untermauern aktuelle Studien veränderte Nutzeransprüche an Labore. Die Automatisierung und Computerisierung von Laborarbeit, das Arbeiten in Teams sowie die Zusammenarbeit mit Forschern aus anderen wissenschaftlichen Disziplinen werden in Befragungen immer wieder als zentrale Themen für den Wandel in der Laborarbeit genannt. Zudem werden Fragestellungen zur Ergonomie von Forschungsumgebungen für die Labornutzer immer wichtiger. Die Geräuschkulisse sowie das Raumklima werden dabei als größte Störfaktoren genannt. Die Ergebnisse einer im Rahmen von „Lab 2020“ durchgeführten Befragung von Forschern und Technikern in europäischen Life Science Laboren [1] belegen beispielsweise eindrücklich die Relevanz von Technologie und deren flexibler Integration ins Labor. So rangieren die Vernetzung von IT mit Laborgeräten sowie die Adaptierbarkeit von Versorgungssystemen und der Flächenbedarf für Laborgeräte unter den Topnennungen der notwendigen Veränderungen in den nächsten Jahren (siehe Abb. 1). Aber auch hinsichtlich der allgemeinen Arbeitsweise werden Veränderungen sichtbar. Zum Beispiel wird Teamarbeit immer bedeutender. So wurde im Rahmen einer Prognose zu Veränderungen der Tätigkeiten speziell eine Zunahme von Meetings aufgeführt. In der Detailfrage zu Teamarbeit wurde dazu die fach- und arbeitsgruppenübergreifende (cross-funktionale) Zusammenarbeit als besonders wichtig erachtet (siehe Abb. 2a und 2b).

Das Lab Innovation Center - ein Labor für Labore

Wie in den Abbildungen unten aufgezeigt, bewirken die Veränderungen einen Anpassungsbedarf bei Laborumgebungen. Um nicht nur in der Theorie zu forschen, haben das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB sowie Arbeitswirtschaft und Organisation IAO daher das „Lab Innovation Center“ ins Leben gerufen. Im „Lab Innovation Center“ werden innovative Produkte im täglichen Praxiseinsatz evaluiert sowie eigene Lösungen entwickelt und umgesetzt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei in der Vernetzung von Labortechnik und IT sowie der technischen Unterstützung von Teamarbeit im Forschungsprozess. Basis des „Lab Innovation Center“ ist ein Labor für Zellsysteme der Forschungsgruppe um die international renommierten Wissenschaftlerin Prof. Heike Mertsching. Die Forschungsgruppe entwickelt u.a. 3- dimensionale Matrizen menschlichen Gewebes, die beispielsweise für Tests von Medikamenten und z.B. in der Form von Hautmodellen auch als Testmodelle für Kosmetika genutzt werden können. [2] Der sehr innovative und erfolgreiche Forschungsansatz der Gruppe beinhaltet die Nutzung von Bioreaktoren zur Züchtung entsprechender Zellsysteme sowie ein umfassendes Wissensmanagement bezogen auf Analysedaten und die Dokumentation der entsprechenden Arbeitsschritte. Er beinhaltet des Weiteren einen hohen Anteil an (cross-funktionaler) Teamarbeit – so z.B. mit Materialwissenschaftlern zur Unterstützung bei chemischen Fragestellungen hinsichtlich von Oberflächenanalysen.
Für den Einsatz der Bioreaktoren ist ein hohes Maß an Flexibilität nötig – bei gleichzeitig umfassender Nutzung von Sicherheitswerkbänken im Labor kein leichtes Unterfangen. Die Sicherheitswerkbänke stellen nicht nur räumliche Fixpunkte dar, sondern sorgen auch für einen hohen Geräuschpegel im Labor. Als Lösung für eine möglichst hohe Flexibilität am Boden mit wenig Behinderung der hohen Sicherheitswerkbänke im Labor kommt ein deckengebundenes Versorgungssystem – der Medienflügel – zum Einsatz. Darüber hinaus wurde eine neuartige Decke konzipiert, die verschiedene Lichtstimmungen darstellen kann sowie Aus kofferungen mit Breitbandabsorbern zur Verringerung des Geräuschpegels beinhaltet. Aber auch in vielfältigen Detailfragen werden neuartige Lösungen entwickelt. So ist bspw. ein mobiler Brutwagen mit integrierten Pumpen entwickelt worden, der im Zusammenspiel mit dem Deckensystem kurzfristig an diverse Arbeitsstationen geführt werden kann. Der transparente Deckel mit der Zugriffsmöglichkeit von oben bewirkt eine bessere Bedienfähigkeit und eine optimale visuelle Kontrolle der Reaktoren und Gewebekulturen. Die Benutzung über ein externes Touchscreen erleichtert zudem die Bedienung. Weitere Einrichtungsinnovationen sind z.B. ein neuartiger – speziell für die Laborarbeit entwickelter – Laborstuhl sowie ein Caddy zur Unterstützung der gemeinsamen Nutzung von Sicherheitswerkbänken.

Intelligente Vernetzung

Ein wichtiger Schwerpunkt in der Forschungsarbeit im „Lab Innovation Center“ ist die Flexibilisierung von computerbezogenem Arbeiten und eine umfassende Wissensdokumentation. Jeder, der schon einmal ein klassisches Laborbuch gesehen oder geführt hat, weiß wie schwierig es z.T. ist, die Informationen später geordnet auszuwerten oder diese überhaupt lesen zu können, wenn die entsprechende Person das Institut oder das Unternehmen verlassen hat. Im „Lab Innovation Center“ kommt ein elektronisches Laborbuch zum Einsatz, welches im Kontext einer Gesamtvernetzung weiter zu einer interaktiven Leitwarte ausgebaut wird. So sind im „Lab Innovation Center“ auch Laborgeräte (z.B. Mikroskope, Zentrifugen) ins System integriert, sodass entsprechende Ergebnisse direkt als Grafik in die Laborbuchseiten der Nutzer übernommen werden. Die Vorteile eines solchen Systems liegen auf der Hand: Die Datenübertragung ist konsistenter, den Forschern werden zeitaufwändige „handwerkliche“ Dokumentationsarbeiten abgenommen und ein optimaler Datenzugriff wird gewährleistet – das dokumentierte Wissen ausscheidender Kollegen bleibt nicht nur verfügbar, sondern lässt sich auch problemlos recherchieren.
Als weiteres Feature ermöglicht die interaktive Leitwarte die Darstellung von Laufzeitparametern, Auslastungsgraden und Störmeldungen der Laborgeräte. Zwei große LCDDisplays stellen für die genannten Funktionen das sichtbare Herzstück dar. Hier sind entsprechende Informationen für das gesamte Team problemlos sichtbar. Zudem können Aufnahmen von Mikroskopen auf die Displays geschaltet werden sowie Lern und Arbeitsanweisungen an Studenten oder technische Assistenten in der Ausbildung angezeigt werden. Die Displays unterstützen somit auch die fachliche Diskussion und Ausbildung.
Aktuell hat eine weitere Vernetzung des Systems mittels RFID( Radio Frequency Identification) Technologie stattgefunden. So werden nun das Probentracking und die Zugangssicherheit im Labor und einzelne Bereiche über diese Technologie geregelt. Lagerungsparameter von Proben können so bspw. gespeichert und kurzfristig abgerufen werden. Auch können Haltbarkeitsdaten von Proben vermerkt werden – das System gibt eine Meldung nach Ablauf der genannten Frist heraus. Hinsichtlich eines lückenlos dokumentierten Umgangs mit Proben im Labor ein wichtiger Schritt.

joerg.castor@iao.fraunhofer.de

Foto: © Dipl. -Ing. Jörg Castor