Leuze Electronic

Laborautomation: mit Barcodelesern Proben sicher identifizieren und rückverfolgen

| Autor / Redakteur: Dr. Lutz Werner* / Peter Reinhardt

Wenn es um die lückenlose Identifikation und Rückverfolgbarkeit von Proben im Labor geht, gilt bei der Automatisierung von Analyseprozessen: es dürfen keine Fehler passieren.
Wenn es um die lückenlose Identifikation und Rückverfolgbarkeit von Proben im Labor geht, gilt bei der Automatisierung von Analyseprozessen: es dürfen keine Fehler passieren. (Bild: Tecan Trading AG)

Barcodes erlauben die eindeutige Identifizierung und Rückverfolgung von Proben und gehören heute gerade in sensiblen Bereichen, beispielsweise beim Umgang mit Patientenproben zum state of the art. Doch für eine sichere Automatisierung der Prozesse müssen die Lesegeräte oft sehr individuellen Anforderungen gerecht werden.

  • Scanner zur Detektion von Proberöhrchen in einer Multilane-Anwendung
  • Barcodeleser trotz weitem Lesefeld platzsparend in kompakte Analysegeräte integrieren
  • Individueller Barcodeleser einschließlich Leiterplatte als Gesamtpaket von Leuze Electronic

Geringe Einbauabstände, kleine Modulgrößen und schnelles Codelesen schon ab minimalem Abstand – diese Anforderungen stellen Codeleser immer wieder vor besondere Herausforderungen. Den richtigen, auf ihre Anforderungen für eine Multilane-Anwendung zugeschnittenen Scanner zur Detektion von Proberöhrchen und für deren Zuordnung und Rückverfolgbarkeit zu finden – das war zugleich Aufgabe und Herausforderung für Markus Wolf. Als Senior System Analyst entwickelt dieser seit über 20 Jahren Systemkonzepte für den Schweizer Hersteller und Lösungsanbieter für Laborinstrumente Tecan.

Scanner spielen hierbei eine wichtige Rolle im gesamten Workflow, um Proben effektiv nachverfolgen zu können und so die Prozesssicherheit zu erhöhen. „Letztendlich geht es bei der Entwicklung immer darum, die Customer Needs in Design Input Requirements aufzunehmen und diese mit verschiedenen Scannerspezifikationen abzugleichen, um so dem Endkunden die bestmögliche Lösung anbieten zu können“ erläutert Wolf. Tecans Endkunden sind beispielsweise namhafte Pharma- und Biotechnologieunternehmen, Forschungsabteilungen von Universitäten sowie forensische und diagnostische Laboratorien im Life-Science-Bereich.

Barcodeleser: Platzsparende Integration in kompakte Analysegeräte

Häufige Anforderung ist, dass sich der Barcodeleser trotz weitem Lesefeld möglichst platzsparend in kompakte Analysegeräte integrieren lässt. Für Tecan war dies ein entscheidendes Kriterium, warum die Wahl für die neue Automationsplattform auf den Barcodeleser BCL300 von Leuze Electronic fiel. „Genau genommen war der Barcodeleser BCL 300 von Leuze Electronic das einzige Gerät am Markt, dass im Hinblick auf das Lesefeld meine Erwartungen erfüllte“, sagt Markus Wolf. „Ein weiterer Vorteil neben dem großen Lesefeld war, dass sich zahlreiche Sonderfunktionen wie Softwarekommandos und Sicherheitsfeatures zu einem guten Preis-Leistungsverhältnis flexibel in den Barcodeleser integrieren ließen.“

Selbst die Optik des Geräts wurde auf die individuellen Anforderungen von Tecan hin modifiziert. Somit entstand ein eigener, exakt auf die Bedürfnisse von Tecan zugeschnittener, spezifischer, pre-konfigurierter Scanner, welcher mit einer kundenspezifischen Typennummer versehen wurde und damit dem Change Management bei Leuze Electronic unterliegt. Das bedeutet, dass keinerlei Software- oder Hardwareänderungen ohne vorhergehende Kundenabstimmung vorgenommen werden können, was für zertifizierte Geräte in der Medizintechnik essenziell ist. Der Kunde erhält damit sein, und nur sein individuelles Gerät, kein anderes, und dies, wenn gewünscht, über viele Jahre hinweg.

Flexible Gesamtlösung aus einer Hand

„Es ist auch ein Vorteil für uns, dass wir unseren ganz individuellen Barcodeleser einschließlich der Leiterplatte als Gesamtpaket von Leuze Electronic beziehen können“, so der Systems Analyst. Sowohl die Optik als auch die Leiterplatte kommen aus der Leuze-Gruppe: Das Optik-Modul wird vom Optosensorikhersteller Leuze Electronic in Owen gefertigt. Die bestückte Leiterplatte sowie das darauf aufbauende integrierte System kommen von der Leuze Assembly, einem 100%igen Tochterunternehmen von Leuze Electronic. Gegründet in 1977, fertigt die Leuze Electronic Assembly in Unterstation bestückte Leiterplatten sowie darauf aufbauende integrierte Systeme – für Leuze Electronic selbst, aber auch für externe Kunden wie Tecan. „Unser hoher Innovationsgrad, das gute Preis-Leistungsverhältnis und unsere individuell ausgerichtete Betreuung sind im Markt der EMS-Dienstleister anerkannt“, sagt Sebastian Raible, welcher seit einem Jahr Betriebsleiter bei Leuze Electronic Assembly ist.

Ein ausgereiftes Logistikkonzept ermöglicht die Kombination eines großen Losgrößenspektrums mit hoher Variantenvielfalt. Die umfangreiche technologische Leistungspalette macht die Leuze Electronic Assembly zu einem kompetenten und zuverlässigen Partner für die Bestückung von THT- (engl. through-hole technology) und SMT- (engl. surface-mounting technology) Bauteilen auf flexiblen oder starren PCBs (engl. printed circuit board, Leiterplatte). Ihre Kernkompetenz liegt in der Verbindungstechnologie auf flexiblem Trägermaterial sowie in der Bestückung von fine pitch BGAs (engl. ball grid array) inklusive „Package on Package“ (PoP)-Lösungen. Moderne Prüftechnologien wie die Flying-Probe und AOI (Automatische Optische Inspektion) stellen ihre hohen Qualitätsansprüche zur optischen Prozesskontrolle sicher. Die Möglichkeit, dieses Gesamtpaket aus einer Hand zu beziehen, überzeugte System Analyst Markus Wolf.

Ergänzendes zum Thema
 
Barcodes auf dem Prüfstand

Multilane-Anwendung – eine Herausforderung

Bei dieser konkreten Multilane-Anwendung auf der Freedeom-Evo-Plattform von Tecan müssen 6 x 16 Lanes identifiziert werden, bei der neuen Fluent-Plattform sind es sogar 6 x 32. Die Probenanzahl hochgerechnet, entspricht dies bei der Freedom-Evo-Plattform einer 96-Well-Platte, bei Fluent zweien. Die Proben und auch die Positionslabels müssen dabei im „Fly-Bye“ vom Barcodescanner sehr schnell und zeitgleich gelesen und einander entsprechend zugeordnet werden. Hierbei gilt eine absolute Nullfehlertoleranz. Der Barcodeleser BCL 300 von Leuze Electronic, Laserklasse 2, liest diese Lanes aufgrund seiner hohen Tiefenschärfe unabhängig davon, in welcher Reihenfolge die Racks eingeschoben werden. Je nach Analysegerät wird diese offene Plattform mit einer Edelstahl- oder Aluminiumoberfläche auf einem Worktable aufgesetzt. Das neue Fluent-ID-Modul arbeitet hocheffizient und vermeidet Warte- und Beobachtungszeiten für die Liquid-Handling-Station, indem es innerhalb von nur drei Sekunden 32 Barcodes einlädt und identifiziert. Es ist mit einem Statusanzeiger ausgestattet, welcher dem Anwender nach erfolgtem Einladen der Tubes einen „Pass“ oder „Fail“ sofort signalisiert.

Proben und Positionen stets sicher zuordnen

Um eine absolut sichere Identifikation der Probenbarcodes zu gewährleisten, setzt Markus Wolf auf eine weitere Funktionalität des BCL300, die eigens für Tecan adaptiert wurde: die geometrische Analyse des reflektierten Laserlichts. Mithilfe dieser Funktionalität kann die Auswerteeinheit des Barcodescanners die horizontale Position des Reflexes genau bestimmen. Damit ist eine exakte Zuordnung des Positions- oder Probenbarcodes möglich. Gleichzeitig erfolgt eine zeitliche Analyse des Lesetores, sodass die zeitliche Detektion des Probencodes auf einen bestimmten Positionsbarcode zurückgeführt werden kann. Das bedeutet: Positions- und Probenbarcodes können gegeneinander geprüft und somit eine sichere Zuordnung auf die jeweilige Position innerhalb des Probenracks gewährleistet werden. Das ist extrem wichtig, denn speziell wenn es um die lückenlose Identifikation und Rückverfolgbarkeit von Proben im Labor geht, gilt bei der Automatisierung von Analyseprozessen: hier dürfen keine Fehler passieren.

Effiziente, wirtschaftliche Lösung, die Fehler minimiert

Die Kombination einer schnellen, extrem zuverlässigen Identifikation mit einem direktem Feedback und Fehlerhandling bei der Fluent-Plattform stellt für den Anwender eine wirtschaftliche Lösung dar: im Vergleich zu herkömmlichen Automatisierungsansätzen erspart diese Variante dem Endanwender jährlich mehre Tage Zeit und damit Geld. Zudem bietet der Barcodeleser BCL 300 von Leuze Electronic die Funktionalität einer Lichtschranke und ermöglicht damit eine Aktivierung ohne zusätzliche Sensorik, was weitere Fehlerquellen minimiert und Kosten einspart. Bei dieser Variante zeigt der Barcodeleser mit reduziertem Scanstrahl auf einen gegenüberliegenden Reflektor, während das Lesetor geschlossen bleibt. Erst durch das Einfahren der Racks wird der Reflektor verdeckt und somit der Scanner aktiviert.

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Weitere Artikel über OEM-Komponenten für die Laborautomation finden Sie in unserem Themenkanal Konstruktion.

Dieser Artikel ist erschienen auf dem Portal unserer Schwesterzeitschrift Laborpraxis.

* Dr. Lutz Werner, Global Industry Manager Laboratory Automation, Leuze Electronic GmbH + Co. KG, Owen

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