Digitale Probenverwaltung: weniger Fehlversuche, weniger Materialverbrauch

Nachhaltige Chemie beginnt nicht erst bei der Wahl umweltverträglicher Rohstoffe oder energieeffizienter Syntheserouten, sondern bereits bei der Organisation der Laborprozesse. Jeder Fehlversuch verbraucht Chemikalien, Energie und Arbeitszeit, jede verlorene Probe muss neu hergestellt werden. In vielen Forschungs- und Prüflaboren erschweren jedoch papierbasierte Protokolle, verteilte Datenablagen und unvollständig erfasste Probenbestände eine reproduzierbare Arbeitsweise. Die digitale Probenverwaltung setzt an diesem Punkt an: Sie bündelt Probeninformationen, Prozessschritte und Begleitdokumente an einer zentralen Stelle. Eine Fallstudie des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) zeigt, welche messbaren Effekte sich daraus für Effizienz, Qualität und Materialeinsatz ergeben.

Dezentrale Daten als Ursache für Fehlversuche

Akkreditierte Prüflabore unterliegen strengen Dokumentationspflichten: Jedes Ergebnis muss nachvollziehbar und lückenlos belegt sein. In der Praxis verteilen sich Sicherheitsdatenblätter, Kalibrierzertifikate und Prozessparameter häufig auf Aktenordner, unterschiedliche Laufwerke und handschriftliche Notizen. Mitarbeitende geben Prozesswissen oft mündlich oder per Klebezettel weiter. Diese uneinheitlichen Strukturen verlängern die Versuchsvorbereitung, erhöhen die Fehlerquote und erschweren parallele Versuchsabläufe.

Für die Ressourcenbilanz eines Labors hat das unmittelbare Folgen. Abweichungen in der Versuchsdurchführung führen zu schwankenden Produkteigenschaften, wiederholte Ansätze erhöhen den Verbrauch an Reagenzien und Verbrauchsmaterialien. Zugleich steigt das Risiko, dass Auditoren unvollständige Dokumentationen beanstanden. Ohne eine digitale Probenverwaltung fehlt zudem der vollständige Überblick über vorhandene Probenbestände. Bei komplexen Syntheseverfahren, deren Ergebnis stark von der exakten Einhaltung der Parameter abhängt, wirkt sich fehlende Standardisierung besonders deutlich aus.

Digitale Probenverwaltung in der Praxis: die Fallstudie des Fraunhofer IKTS

Die Gruppe „Biologisierte Materialien und Strukturen“ am Fraunhofer IKTS untersuchte im Projekt Limprove zwei Verfahren aus dem eigenen Laboralltag: die Methacrylierung von Gelatine und eine zum Patent angemeldete anorganische Mineralsynthese. Bei der Methacrylierung modifizieren die Forschenden Gelatine chemisch, um sie lichtaushärtbar zu machen und Eigenschaften wie Gelbildung, Viskosität oder mechanische Stabilität gezielt einzustellen. Die Mineralsynthese nutzt Gel-Strukturen zur Herstellung von nanoskaligem Hydroxylapatit – einem knochenverwandten Material für Implantate und Gerüststrukturen (Scaffolds).

Kernstück der digitalen Probenverwaltung war die Labor- und Probenverwaltungssoftware Samples der Qualitype GmbH. Sie stellt Prozessschritte als interaktive Schritt-für-Schritt-Anleitungen mit Parametern und Videos bereit, verknüpft diese mit den Probeninformationen und archiviert alle Daten automatisch. Sicherheitsdatenblätter und Messzertifikate liegen direkt im System. Ergänzend ordnet ein modulares Regalsystem (Smart Rack) der Better Basics Laborbedarf GmbH Chemikalien, Geräte und Verbrauchsmaterialien an festen Positionen am Arbeitsplatz an und verkürzt so Laufwege und Suchzeiten.

Die Effekte lassen sich quantifizieren. Die Versuchsdauer der Methacrylierung sank von 70,8 auf 37,6 Minuten – eine Verkürzung um rund 47 Prozent. Bei der Mineralsynthese verringerte sich die Standardabweichung der Restfeuchte, einer zentralen Qualitätskontrollgröße, von 25,9 auf 1,3 Masse-Prozent. Die Ergebnisse sind damit deutlich besser reproduzierbar. Darüber hinaus verzeichnete das Team weniger Fehlversuche, weniger unvollständige Experimente und weniger Probenverluste.

Aus Sicht nachhaltiger Laborpraxis ist vor allem die geringere Fehlerquote relevant: Sie senkt den Materialverbrauch und reduziert Abfälle aus verworfenen Ansätzen. Höhere Präzision und effizientere Ressourcennutzung sparen nicht nur Kosten, sondern entlasten auch die Umwelt. Die digitale Probenverwaltung erleichtert außerdem die Einarbeitung neuer Mitarbeitender, da standardisierte Anleitungen das Prozesswissen unabhängig von einzelnen Personen verfügbar machen. Als nächste Schritte plant das IKTS, das Regalsystem in Labormöbel und Sicherheitsabzüge zu integrieren und weitere Kennzahlen sowie Videodokumentationen in der Software zu erfassen.

Quelle: Fachzeitschrift „Laborpraxis“

Foto: metamorworks