Fluidiklösung für vollautomatisches HPTLC-Analysesystem
An die Oberfläche gebracht - Zusammenarbeit mit CAMAG
Bild: CAMAG
CAMAG ist ein weltweit führender Hersteller von High-End-Geräten für die Hochleistungs-Dünnschichtchromatografie (HPTLC) zur Analyse von Stoffgemischen und Substanzen. Bei der Entwicklung einer Modulreihe, die keine manuellen Eingriffe erfordert und zuverlässige Ergebnisse liefert, standen viskositätsunabhängige und chemisch beständige Komponenten im Vordergrund. Mit Unterstützung von Bürkert gelang es CAMAG, das weltweit erste vollautomatische HPTLC-System auf den Markt zu bringen.
Hoher Automatisierungsgrad für die anspruchsvolle Analytik
Müssen komplexe Probengemische analysiert werden, ist die Hochleistungs-Dünnschichtchromatografie die Methode der Wahl. Sie ermöglicht es, einzelne Substanzen zu trennen und zu quantifizieren. Die HPTLC-Analytik findet Anwendung in der
- Life-Science-Industrie,
- Qualitätskontrolle von Nahrungsmitteln und pflanzlichen Arzneimitteln,
- Analyse von Umweltschadstoffen sowie
- forensischen Toxikologie.
Je höher die Anforderungen an das analytische Ergebnis sind, desto größer ist der erforderliche Automatisierungsgrad, um Anwendungsfehler zu vermeiden und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. CAMAG hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein vollautomatisiertes HPTLC-System zu entwickeln.
Bild: CAMAG
Durch die patentierte Mikrotröpfchen-Sprühtechnologie von CAMAG erzeugen die Sprühdüsen einen extrem feinen Reagenziennebel, der sich gleichmäßig in der Derivatisierungskammer verteilt und auf der Platte absetzt.
Mit seinem neuen System CAMAG® HPTLC PRO deckt der Schweizer Hersteller alle Prozessschritte ab: von der Applikation mittels spezieller Sprühtechnik für verschiedene Probenvolumen und -arten über die Trennung der Analyten in einer Kammer bis hin zum hochpräzisen Sprühen von Reagenzien zur Derivatisierung mit anschließender Erwärmung der Platte zur Sichtbarmachung einzelner Substanzen. Fehlerquellen, die durch manuelle Anwendungen entstehen können, wie etwa bei der viskositätsabhängigen Dosiereinstellung, in der Anwendung der Lösungsmittel und Reagenzien oder bei den Reinigungsschritten, werden dadurch ausgeschlossen.
Durch dick und dünn – Präzise in einem breiten Viskositätsbereich
Die vielfältigen Anwendungen der Hochleistungs-Dünnschichtchromatografie erfordern den Einsatz von Lösungsmitteln und Reagenzien in einem breiten Viskositätsbereich. In Zusammenarbeit mit Bürkert hat CAMAG deshalb eine Mikrodosiereinheit in ihre Module integriert, die – im Gegensatz zur zuvor getesteten Pumpe eines anderen Herstellers – einen präzisen Pumpprozess ermöglicht: Von viskosen schwefelsäurehaltigen Reagenzien bis zu niedrigviskosem Methanol können Lösungsmittel in einem breiten Viskositätsbereich eingesetzt werden.
„Bürkert bietet ein großes Sortiment an resistenten, innovativen Mikrofluidik-Bauteilen. Die Beständigkeit der Produkte ist für CAMAG essenziell.“
Das Geheimnis hinter der Bürkert-Dosiereinheit: Das Volumen wird nicht in Abhängigkeit von der Zeit, sondern von Pumpzyklen gefördert. So lassen sich Substanzen viskositätsunabhängig und zudem in einem breiten Volumenbereich von 300 µl bis 3 ml sehr präzise dosieren.
Stabile Sprühtechnik mit hoher Beständigkeit
Um Substanzen wie Zucker oder Proteine sichtbar zu machen, werden die Platten nach der chromatografischen Trennung mit Reagenzien besprüht. Da diese besonders aggressiv sind, suchte CAMAG nach einem widerstandsfähigen Dosiersystem. Hier nennt Thomas van Oordt, Head of Research & Development bei CAMAG, entscheidende Vorteile der Zusammenarbeit mit Bürkert: „Schon seit über 30 Jahren vertrauen wir auf die ausgezeichnete technische Projektunterstützung der Fluidexperten von Bürkert. Für dieses Vorhaben stellten sie uns die Mikrodosiereinheit Typ 7615 als mögliche Pumplösung vor, die nicht nur viskositätsunabhängig arbeitet, sondern auch äußerst beständig gegen aggressive Chemikalien ist.“
Für die Entwicklung ihres HPTLC PRO Moduls DERIVATIZATION hat Bürkert die Mikrodosierpumpe daher mit CAMAG passgenau ausgelegt. „Ein großer Vorteil ist auch, dass die Einheit bidirektional pumpt“, erklärt Thomas van Oordt. „Das erspart uns eine Vielzahl an Schaltungen, Ventilen und Pumpvorgängen bei der Reinigung des Fluidbereichs nach jedem Dosiervorgang.“ Auch bei einem potenziellen Defekt der empfindlichen Düsen ist die Möglichkeit, in beide Richtungen zu pumpen, äußerst vorteilhaft, da so das aggressive Reagenz sofort abgesaugt und ein Reinigungsprozess eingeleitet werden kann. Dieser wird automatisch durch eine Meldung im System initiiert, was die Effizienz gegenüber manuellen Arbeitsschritten deutlich steigert.
„Egal, ob wir wässrige oder alkoholische Lösungen einsetzen – die selbstansaugende Pumpe von Bürkert kann trocken laufen und auch wieder geflutet werden – das ist ein echtes Alleinstellungsmerkmal.“
Die diversen eingesetzten reaktiven Chemikalien erfordern eine direkte, mehrfache Reinigung des fluidischen Pfads. Schnelles Spülen und mehrmaliges Trockenlaufen mit Lösungsmitteln sind dabei essenziell.
Großes Sortiment und maßgeschneiderte Lösungen
Neben der Mikrodosiereinheit finden weitere Bürkert-Komponenten Einsatz in den Lösungen von CAMAG, sowohl in Stand-alone-Geräten als auch im neuen HPTLC PRO System. Neben Typ 6628 TwinPower Wippen-Magnetventilen mit Trennmembrane kommen Hubankerventile vom Typ 6027 mit speziellen Dichtungstechniken zum Einsatz. Diese gewährleisten u. a. den leichten Unterdruck, der für das Zerstäuben der Reagenzien auf die Platte nötig ist. Die für die HPTLC erforderlichen sensitiven Dosier- und Liquid-Handling-Prozesse werden durch die medientrennenden Whisper-Valve-Ventile Typ 6724 von Bürkert gewährleistet, die sich zudem durch eine einfache Spülbarkeit und integrierte Diagnosefunktion auszeichnen. „Das Besondere an Bürkert ist, dass sie eine breite Palette an hochwertigen, resistenten Mikrofluidik-Komponenten anbieten“, erklärt Thomas van Oordt. „Gerade in der Entwicklungsphase unserer Systeme ändern wir viele Parameter, z. B. den Volumenstrom. Durch unsere Zusammenarbeit mit Bürkert können wir schnell und unkompliziert Ventilblöcke austauschen und individuelle Lösungen finden.“
All in one, vollautomatisch und zukunftsausgerichtet für die anspruchsvolle Analytik
Das CAMAG® HPTLC PRO System setzt neue Maßstäbe: Durch die Kombination hintereinandergeschalteter Module wird ein vollautomatisierter Prozess erreicht. Ermöglicht wird dies nicht zuletzt dank der innovativen Lösungen von Bürkert, die auch die Sicherstellung der Prozesse einschließen. „Dank der elektronischen Ansteuerung ist der gesamte Ablauf unter Kontrolle. Ein weiterer Vorteil der Zusammenarbeit liegt darin, dass unsere Elektronik-Experten die Bürkert-Produkte im Detail kennen“, hebt der promovierte Ingenieur von CAMAG hervor.
Bei CAMAG sind so weiteren Entwicklungen keine Grenzen gesetzt, sowohl für die Stand-alone-Geräte als auch das HPTLC PRO System. „Aktuell entwickeln wir für das HPTLC PRO System noch das Detektionsmodul zur automatischen Analyse jeder Substanz inklusive ihres Spektrums. Somit erhalten die Kunden ein All-in-one-System von der Auftragung der Proben bis zu deren Auswertung, sie müssen lediglich die Platten im ersten Schritt in das Plattenlager einlegen.“ Bis das System am Markt ist, kann dieser Detektionsschritt aber weiterhin manuell durchgeführt werden. Und es gibt noch eine weitere Perspektive, wie Thomas van Oordt erklärt: „Zukünftig können wir direkt auf der Platte die vorhandenen Substanzen zum Beispiel auf deren Toxizität oder Antibiotika-Resistenz unter Verwendung von lebenden Zellen oder aktiven Enzymen testen, was neue Perspektiven auf ein effizientes Screening in analytischen Labors eröffnet.“
Die Vorteile der Bürkert-Lösung auf einen Blick:
Höchste Präzision in breiten Viskositätsbereich
Hohe Prozesssicherheit dank chemisch äußerst beständigen Komponenten
Breites Portfolio an Mikrofluidik-Komponenten
Ausgezeichnete technische Projektunterstützung
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