Das digitale Labor: auf der Suche nach einem schlankeren, umweltfreundlicheren Betrieb

Die digitale Technologie sorgt für neue Effizienz in den Forschungslabors und damit für mehr Nachhaltigkeit

Vielleicht war es die Zeit, in der der Laborleiter alle Unterlagen für das Compliance-Audit der nächsten Woche zusammensuchen musste. Oder vielleicht war es, als das Labor fast tausend Dollar für ein Reagenz verschwendete, das es bereits im hinteren Teil des Chemikalienschranks gelagert hatte.

Was auch immer der Auslöser war, immer mehr Labore erkennen den Wert der Umstellung ihrer Abläufe von papierbasierten oder digitalen Einzwecklösungen auf integrierte Laborverwaltungsplattformen. Melina Blees, Standortleiterin des Biotech-Gründerzentrums BioLabs PhiladelphiaDie Erkenntnis, dass es notwendig ist, sich zu organisieren, kann für ein schnell wachsendes Unternehmen plötzlich auftauchen.

"Innerhalb einer Woche kann es passieren, dass all diese Informationen, die in einer Tabelle und im Kopf des Laborleiters gespeichert sind, plötzlich zu viel werden", sagt Blees. Wenn es um unternehmenskritische Aufgaben wie die Verfolgung des Inventars, die Bereitstellung von ELN-Funktionen (Electronic Laboratory Notebook) zur Erfassung von Protokollen und Versuchsdaten und die Überwachung der Geräteleistung geht, können digitale Plattformen viel von der Mühe abnehmen.

Der Übergang muss jedoch mit Bedacht erfolgen. Viele Labore haben auf selbst erstellte Software zurückgegriffen, die möglicherweise nicht den Test der Zeit übersteht. Erwin Seinen, Gründer und Geschäftsführer des Laborsoftwareunternehmens eLabNext, weist darauf hin, dass diese Software oft von einem einzigen Labormitglied entwickelt wurde. "Wenn diese Person das Unternehmen verlässt, gibt es niemanden, der die Software am Laufen hält", sagt er. "Es ist wichtig, eine Plattform zu wählen, die zukunftssicher ist."

Kurzfristiges Denken kann dazu führen, dass Labore bei den ersten Schritten ihrer digitalen Reise ins Straucheln geraten, aber richtig gemacht, kann der Digitalisierungsprozess die Effizienz, Qualität und Nachhaltigkeit des Betriebs verändern.

Schutz Ihrer wissenschaftlichen Investition

Digitale Laborplattformen mit ELN- und LIMS-Funktionen sind ein beliebter Ausgangspunkt für viele Labors und können sicherstellen, dass Daten einheitlich und sicher erfasst werden. Mit diesen Tools können experimentelle Daten erfasst und formatiert werden, ohne dass die Dateien auf USB-Laufwerken zwischen Computern übertragen werden müssen.

Seinen sieht auch einen Vorteil für das Personal außerhalb des Labors, ob es sich nun um Forscher handelt, die zu Hause isoliert arbeiten, oder um solche, die im Freien tätig sind. Er weist darauf hin, dass Umweltforscher an Kanadas Hakai-Institut und die Nationale Ozean- und Atmosphärenbehörde der USA nutzen die eLabNext-Plattform, um wichtige Aspekte ihrer Probenahme- und Protokollierungsprozesse im Feld zu automatisieren. Eine zuverlässige Datenerfassung und -übertragung kann den Unterschied zwischen einem Durchbruch und einer Katastrophe bei einem einmaligen Projekt ausmachen. "Was ist, wenn Sie Millionen von Dollar für eine einmonatige Expedition ausgegeben haben, um diese Dinge zu tun", sagt er, "und jetzt fehlen Ihnen diese Daten, weil Sie sie nicht richtig aufgezeichnet haben?"

Digitale Daten sind leichter auffindbar und wiederverwendbar, was für die Gewährleistung der Reproduzierbarkeit eines Experiments oder für die Bereitstellung einer genaueren Alternative zur "Papierspur", die von den Aufsichtsbehörden für die Prüfung der Einhaltung der Vorschriften in Forschungseinrichtungen verwendet wird, von entscheidender Bedeutung ist. Diese Rückverfolgbarkeit ermöglicht es den Labors, ihre Daten durch nachgeschaltete bioinformatische Analysen mit anderer Software, die mit dem ELN-System gekoppelt werden kann, besser zu nutzen.

Der digitale Wandel ist auch für die Bilanz eines Labors von Vorteil. Abgesehen von den Ressourcen, die durch unnötig wiederholte Experimente verloren gehen, verschwenden viele Forschungsgruppen routinemäßig Geld für den Kauf überschüssiger oder überflüssiger Reagenzien und Materialien. Die digitale Bestandsverfolgung beseitigt einen Großteil dieser Verschwendung, indem sie den Mitarbeitern einen ständig aktualisierten Überblick über die aktuellen Bestände gibt. "Wir sehen eine Menge Einsparungen für Labore, indem wir Doppelbestellungen verhindern", sagt Zareh Zurabyan, Leiter von eLabNext Americas. "Wir arbeiten mit Laboren aus dem akademischen Bereich, der Biotechnologie und der Pharmazie zusammen und erhalten die Rückmeldung, dass sie durch die Umstellung auf die Digitalisierung jährlich Tausende von Dollar einsparen."

Schritte zur Nachhaltigkeit

Vergeudete Anstrengungen und Ressourcen können einen tiefen ökologischen Fußabdruck hinterlassen, und die Digitalisierung kann auch hier von Vorteil sein, auch wenn sich viele Labore dessen vielleicht nicht bewusst sind. "Meiner Erfahrung nach ist das eine neue Verbindung, die die Leute herstellen", sagt Rachael Relph, Chief Sustainability Officer bei der Non-Profit-Organisation, Mein grünes Labordie bewährte Praktiken im Bereich der Nachhaltigkeit im Labor fördert und ein globales grünes Labor betreibt Zertifizierungssystem.

Jeder Dollar, der durch die Minimierung des Verbrauchs mittels digitaler Bestandsverwaltung eingespart wird, bedeutet weniger Abfall, der verbrannt oder auf einer Mülldeponie abgelagert wird. Das Ausmaß des Problems der Forschungsabfälle ist nicht vollständig bekannt, aber Relph verweist auf Schätzungen, wonach allein in den Labors der Welt jährlich mehr als 5,5 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle anfallen (Urbina, M. und andere Natur 528, 479; 2015).

Der routinemäßige Laborbetrieb ist ebenfalls sehr ressourcenintensiv, selbst für Forschungsgruppen, die ihren Reagenzienbestand effektiv verwalten. "Labore verbrauchen pro Quadratmeter fünf- bis zehnmal mehr Energie als kommerzielle Büroflächen und etwa viermal mehr Wasser", sagt Relph. Mit den aus digitalen Daten gewonnenen Erkenntnissen haben Labore die Möglichkeit, diesen Verbrauch zu senken, ohne ihre Forschung zu beeinträchtigen. My Green Lab weist zum Beispiel auf die sorgfältige Wartung von Gefrierschränken und die Temperatureinstellung hin, um den täglichen Stromverbrauch zu senken.

Eine intelligente digitale Strategie

Um diese Vorteile zu maximieren, brauchen die Labore eine klare Vorstellung davon, wie sie ihre Arbeit so digitalisieren können, dass ihre langfristige "digitale Gesundheit" maximiert wird, sagt Zurabyan. Das bedeutet, dass maßgeschneiderte oder begrenzte Lösungen vermieden werden müssen, die möglicherweise veraltet sind oder zusätzliche Arbeit verursachen, anstatt den Wissenschaftlern Arbeit zu ersparen. "Stürzen Sie sich nicht sofort in die Arbeit. Erstellen Sie einen Plan, und beginnen Sie dann, eine Lösung nach der anderen zu implementieren", sagt er. "Die Zusammenarbeit mit BioLabs und My Green Lab ermöglicht es uns, die wahren Bedürfnisse dieser Labore zu verstehen und sie bei der digitalen Transformation zu beraten."

Relph fügt hinzu, dass digitale Plattformen wie Laborinformationsmanagementsysteme (LIMS) den Laborleitern zwar helfen können, Möglichkeiten zu erkennen, wie sie ihren Betrieb nachhaltiger gestalten können, dass es aber keine Einheitslösung gibt. "Es ist wichtig, den Laboren dabei zu helfen, zu erkennen, wie sie ihre speziellen Herausforderungen mit digitalen Tools lösen können, damit sie die für sie passende Lösung finden", sagt sie.

eLabNext möchte nun sowohl mit My Green Lab als auch mit BioLabs zusammenarbeiten, um diesen Prozess für neue Start-ups zu erleichtern. Der Gedanke dahinter ist, dass junge Unternehmen durch die Bereitstellung weitreichender digitaler Lösungen einen guten Start in Bezug auf die betriebliche Effizienz und die Einbeziehung der von My Green Lab ermittelten Nachhaltigkeitsmaßnahmen haben. "Indem wir diese Gewohnheiten in ein kleines Unternehmen einbauen", sagt Blees, "wird es eine viel größere Wirkung haben, wenn man Hunderte von Mitarbeitern hat."

Relph ist ebenfalls begeistert von der Förderung einer neuen Generation von Wissenschaftlern, die mit Hilfe digitaler Technologien die Führung in Sachen Nachhaltigkeit im Labor übernehmen. "Wir können eine ganze Gemeinschaft inspirieren", sagt sie. "In den nächsten zehn Jahren wird sich ein ziemlicher Wandel vollziehen."

"Wenn gestern die Aufgabe für die Labore darin bestand, zu digitalisieren und effizienter zu werden", sagt Zurabyan, "geht es morgen darum, nachhaltig zu digitalisieren und die Grundlage für eine groß angelegte Datenanalyse durch Automatisierung und KI zu schaffen."

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